长春工程学院教案用纸.doc

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1、长春工程学院教案用纸序号124轴心受力构件本章主要内容：掌握轴心受力构件的强度、刚度和稳定，轴心受压柱的设计，柱头和柱脚的设计；本章重点：轴心受压柱的设计；本章难点：柱头和柱脚的设计。4.1概述平面桁架、塔架和网架、网壳等杆件体系通常假设其节点为铰接连接。当杆件上无节间荷载时，则杆件内力只是轴向拉力或压力，这类杆件称为轴心受拉构件和轴心受压构件，统称轴心受力构件。图4.1即为轴心受力构件在工程中应用的一些实例。图4.1轴心受力构件在工程中的应用(a)桁架；(b)塔架；(c)网架例如，轴心压杆经常用作工业建筑的工作平台支柱。柱由柱头、柱身和柱脚三部分组成(图4.2)。柱头用来支承平台或桁架，柱脚

2、坐落在基础上将轴心压力传给基础。图4.2柱的组成轴心受力构件的常用截面形式可分为实腹式和格构式两大类。教法提示长春工程学院教案用纸实腹式构件制作简单，与其他构件连接也比较方便。其常用形式有：单个型钢截面，如圆钢、钢管、角钢、T型钢、槽钢、工字钢、H型钢等[图4.3(a)]；组合截面，由型钢或钢板组合而成的截面[图4.3(b)]；一般桁架结构中的弦杆和腹杆，除T型钢外，常采用热轧角钢组合成T形的或十字形的双角钢组合截面[图4.3(c)]；在轻型钢结构中则可采用冷弯薄壁型钢截面［图4.3(d)］。以上这些截面中，截面紧凑的(如圆钢和组成板件宽厚比较小截面)或对两主轴刚度相差悬殊者(如单槽钢、工字钢

3、)，一般只用于轴心受拉构件；较为开展的或组成板件宽而薄的截面通常用作受压构件，这样更为经济。(a)型钢(b)组合截面(c)双角钢(d)冷弯薄壁型钢图4.3轴心受力实腹式的截面形式格构式构件容易实现压杆两主轴方向的等稳定性，刚度大，抗扭性能也好，用料较省。其截面一般由两个或多个型钢肢件组成(图4.4)，肢件间通过缀条[图4.5(a)]或缀板[图4.5(b)]进行连接而成为整体，缀板和缀条统称为缀材。轴心受力构件设计，应同时满足第一极限状态和第二极限状态的要求。对于承载力极限状态，受拉构件一般是强度条件控制，而受压构件需同时满足强度和稳定的要求。对于正常使用极限状态，是通过保证构件的刚度，即，限制

4、其长细比来控制的。因此，轴心受拉构件设计需分别进行强度和刚度的验算，而轴心受压构件设计需分别教法提示长春工程学院教案用纸进行强度、稳定和刚度的验算。图4.4格构式构件的常用截面形式图4.5格构式构件的缀材布置(a)桁架；(b)塔架4.2轴心受力构件的强度和刚度4.2.1强度计算轴心受力构件的强度承载力是以截面的平均应力达到钢材的屈服应力为极限。但当构件的截面有局部孔洞(如螺栓孔)削弱时，在孔洞附近有如图4.6(a)所示的应力集中现象，截面上的应力分布不均匀。在弹性阶段，孔壁边缘的最大应力可能达到教法提示长春工程学院教案用纸构件毛截面平均应力的3倍。若拉力继续增加，当孔壁边缘的最大应力达到材料的

5、屈服强度以后，应力不再继续增加而只是产生塑性变形，截面上的应力发生重新分布，最后达到均匀分布。图4.6有孔洞拉杆的截面应力分布(a)弹性状态应力；(b)极限状态应力因此，对于有孔洞削弱的轴心受力构件，仍以其净截面的平均应力达到其强度限值作为设计时的控制值。这就要求在设计时应选用具有良好塑性性能的材料。轴心受力构件的强度计算式如下：(4.1)式中——构件的轴心拉力或压力设计值；——钢材的抗拉强度设计值；——构件的净截面面积。普通螺栓连接的确定：若普通螺栓(或铆钉)为并列布置［图4.7(a)］，按最危险的Ⅰ-Ⅰ截面计算。若普通螺栓错列布置［图4.7(b)、(c)］，构件既可能沿截面Ⅰ-Ⅰ破坏，也可

6、能沿齿状截面Ⅱ-Ⅱ破坏。截面Ⅱ-Ⅱ的路径长度较大但孔洞削弱的长度也较大，其净截面面积不一定比截面Ⅰ-Ⅰ的大。所以应通过计算比较确定，即取Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ两者较小者。图4.7净截面面积An的计算高强度螺栓摩擦型连接轴力的确定：当采用摩擦型高强螺栓的对接连接时，构件的内力是依靠连接板件间的摩擦力传教法提示长春工程学院教案用纸递的，如图4.8所示。图4.8高强度螺栓的孔前传力假设构件承受的拉压力N，一进入连接盖板范围就开始由摩擦力传给盖板。对构件来说，危险截面仍然是第一排螺栓处，该处的内力较大，且有栓孔削弱。与普通螺栓连接不同的是，每个螺栓引起的摩擦力可认为均匀分布螺栓四周，而在栓孔之前就传走了一半力

7、，过栓孔后再继续传递另一半力，内力变化如图4.8，因此验算构件上第一排螺栓处危险截面的强度时，截面内力取为：(4.2a)(4.2b)式中——连接一侧的高强度螺栓总数；——计算截面(最外排螺栓处)上的高强度螺栓数；0.5——孔前传力系数。验算最外排螺栓处危险截面的强度时，应按下式计算：高强度螺栓摩擦型连接的拉杆，除按式(4.2)验算净截面强度外，还应按下式验算毛截面强度：(4.3)式中——构件的毛截