水工钢结构 第5,6章 拉弯和压弯构件课件.ppt

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1、第五章轴心受力构件第一节概述一、定义指只承受通过构件截面形心线的轴向力作用的构件。二、分类1.按轴力特点可分为轴心受压或轴心受拉构件。NN(a)轴心受压构件NN(b)轴心受拉构件2.按截面构成可分为实腹式构件和格构式构件。(1)实腹式构件具有整体连通的截面，构造简单，制作方便，可采用热轧和冷弯型钢或用型钢和钢板组合而成。(2)格构式构件由两个或多个分肢用缀材相连而成。因缀材不是连续的，故在截面图中缀材以虚线表示。截面上通过分肢腹板的轴线叫实轴，通过缀材平面的轴线叫虚轴。缀材的作用是将各分肢连成整体，并承受构件绕虚轴弯曲时的剪力。缀材分缀条和缀板两类。格构式

2、构件抗扭刚度大，用料较省。三、应用轴心受力构件广泛应用于各种平面和空间桁架（包括网架和塔架）结构，还常用做工作平台和其它结构的支柱等。四、截面选型的原则(1)用料经济；(2)形状简单，便于制作；(3)便于与其它构件连接。五、设计要求满足强度和刚度要求，轴心受压构件还应满足整体稳定和局部稳定要求。第二节轴心受力构件的强度和刚度计算一、轴心受力构件的强度计算应保证构件截面上的最大正应力σ不超过钢材的强度设计值f。σ=N/An≤f二、轴心受力构件的刚度计算轴心受力构件的计算长度l0与构件截面的回转半径i的比值λ称为长细比。当λ过大时，在运输和安装过程中容易产生弯

3、曲或过大变形；当构件处于非竖直位置时，自重可使构件产生较大挠曲，在动力荷载作用时会发生较大振动。因此构件应具有一定的刚度。轴心受力构件的刚度条件为λmax≤[λ]第三节轴心受压构件的整体稳定一、概述1．定义受压构件所受压力超过某一值后，构件突然产生很大的变形而丧失承载能力，称这种现象为轴心受压构件丧失整体稳定性或屈曲。2.分类依构件的变形可分为弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲。双轴对称截面轴心受压构件的一般为弯曲屈曲，当截面的扭转刚度较小时（如十字形截面），也可能发生扭转屈曲。单轴对称截面轴心受压构件绕非对称轴屈曲时，为弯曲屈曲；若绕对称轴屈曲时，由于轴心压力

4、所通过的截面形心与截面的扭转中心不重合，此时发生的弯曲变形总伴随着扭转变形，属于弯扭屈曲。截面无对称轴的轴心受压构件，其屈曲形式都属于弯扭屈曲。a)弯曲屈曲b)扭转屈曲c)弯扭屈曲二、理想轴心受压构件的整体稳定性称无初弯曲和残余应力及荷载无初偏心的轴心受压构件为理想轴心受压构件。1744年欧拉Euler得出两端铰支轴心受压构件的临界力（欧拉公式，Ncr也称欧拉荷载，常记作NE）相应临界应力无残余应力时钢材的σ~ε曲线为理想弹塑性曲线，公式的适用条件为σcr≤fp。当构件端部支座为其它形式时，只需采用计算长度l0=μl代替式中的l即可。三、缺陷对轴心受压构件

5、整体稳定性的影响实际构件难免存在残余应力、初弯曲、荷载的偶然偏心。这些因素将使得构件的整体稳定承载力降低，被看作轴心受压构件的缺陷。1.初弯曲的影响最具代表性的初弯曲为正弦半波图形。荷载初偏心的影响3.残余应力的影响残余应力的分布和大小与构件截面的形状、尺寸、制造方法和加工过程等有关。（1）残余应力对~关系的影响残余应力的存在，使构件的~曲线由理想弹塑性曲线改变为含有弹性阶段和弹塑性阶段及塑性阶段的关系曲线。（2）残余应力对稳定承载力的影响残余应力使抗弯刚度由EI降低为EIe，导致构件的稳定承载力降低。临界力为相应的临界应力为四、轴心受压构件的整体

6、稳定计算以极限承载力Nu为依据。规范以初弯曲v0=l/1000来综合考虑初弯曲和初偏心的影响，再考虑不同的截面形状和尺寸、不同的加工条件和残余应力分布及大小及不同的屈曲方向后，采用数值分析方法来计算构件的Nu值。令绘出～λn曲线(算了200多条)，它们形成了相当宽的分布带，把其分成四个窄带，以各窄带的平均值曲线代表该带的柱子曲线，得到a、b、c、d四条曲线，依此把柱截面相应分为a、b、c、d四类。并用表格给出了它们的整体稳定系数值。轴心压力设计值N应不大于构件的极限承载力Nu。引入抗力分项系数R，可得可写成设计时先确定截面所属类别，再查表来求得值。

7、构件的长细比λ按下列规定确定：λx=l0x/ix,λy=l0y/iy第四节轴心受压构件的局部稳定一．概述组成构件的板件所受压力超过某一值后，板件突然发生翘曲变形，称为板件丧失了稳定性。因为板件失稳发生在整个构件的局部部位，所以称为构件丧失局部稳定（屈曲）。丧失稳定的板件不能再承受或少承受所增加的荷载，导致构件的整体稳定承载力降低。二．轴心受压构件的局部稳定计算规范采用σcr板σcr整体的设计准则，也称作局部与整体等稳定准则。σcr板主要与板件的宽厚比有关。规范采用限制板件宽厚比的方法来实现设计准则。根据设计准则分析并简化后得到的局部稳定计算公式为工字型截

8、面翼缘工字型截面腹板式中λ为两方长细比的较大值其他截面见图第五节轴