第四章 軸心受力構(gòu)件

1、第四章第四章 軸心受力構(gòu)件軸心受力構(gòu)件第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、定義一、定義 指只承受通過構(gòu)件截面形心線的軸指只承受通過構(gòu)件截面形心線的軸向力作用的構(gòu)件。向力作用的構(gòu)件。二、分類二、分類 1.1.按軸力特點(diǎn)可分為軸心受壓或軸心受拉構(gòu)件。按軸力特點(diǎn)可分為軸心受壓或軸心受拉構(gòu)件。 N NN N N NN N 2.2.按截面構(gòu)成可分為按截面構(gòu)成可分為實(shí)腹式實(shí)腹式構(gòu)件和構(gòu)件和格構(gòu)式格構(gòu)式構(gòu)件。構(gòu)件。 (1)(1)實(shí)腹式構(gòu)件具有實(shí)腹式構(gòu)件具有整體連通整體連通的截面，構(gòu)造簡(jiǎn)的截面，構(gòu)造簡(jiǎn)單，制做方便，可采用熱軋和冷彎型鋼或用型鋼單，制做方便，可采用熱軋和冷彎型鋼或用型鋼和鋼板組合而成。和鋼板組合而成。(2

2、)(2)格構(gòu)式構(gòu)件由兩個(gè)或多個(gè)分肢用綴材相連而成。格構(gòu)式構(gòu)件由兩個(gè)或多個(gè)分肢用綴材相連而成。因綴材不是連續(xù)的，故在截面圖中綴材以虛線表因綴材不是連續(xù)的，故在截面圖中綴材以虛線表示。截面上通過分肢腹板的軸線叫示。截面上通過分肢腹板的軸線叫實(shí)軸實(shí)軸，通過綴，通過綴材平面的軸線叫材平面的軸線叫虛軸虛軸。綴材的作用是將各分肢連。綴材的作用是將各分肢連成整體，并承受構(gòu)件繞虛軸彎曲時(shí)的剪力。綴材成整體，并承受構(gòu)件繞虛軸彎曲時(shí)的剪力。綴材分綴條和綴板兩類。格構(gòu)式構(gòu)件抗扭剛度大，用分綴條和綴板兩類。格構(gòu)式構(gòu)件抗扭剛度大，用料較省。料較省。三、應(yīng)用三、應(yīng)用 軸心受力構(gòu)件廣泛應(yīng)用于各種平面和空間桁軸心受力構(gòu)件廣泛

3、應(yīng)用于各種平面和空間桁架（包括網(wǎng)架和塔架）結(jié)構(gòu)，還常用做工作平臺(tái)架（包括網(wǎng)架和塔架）結(jié)構(gòu)，還常用做工作平臺(tái)和其它結(jié)構(gòu)的支柱等。和其它結(jié)構(gòu)的支柱等。四、截面選型的原則四、截面選型的原則 (1) (1) 用料經(jīng)濟(jì)；用料經(jīng)濟(jì)；(2) (2) 形狀簡(jiǎn)單，便于制做；形狀簡(jiǎn)單，便于制做；(3) (3) 便于與其它構(gòu)件連接。便于與其它構(gòu)件連接。 五、設(shè)計(jì)要求五、設(shè)計(jì)要求 滿足滿足強(qiáng)度強(qiáng)度和和剛度剛度要求、軸心受壓構(gòu)件還應(yīng)滿要求、軸心受壓構(gòu)件還應(yīng)滿足足整體穩(wěn)定整體穩(wěn)定和和局部穩(wěn)定局部穩(wěn)定要求要求。 第二節(jié)第二節(jié) 軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度計(jì)算軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度計(jì)算 一、軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算一、軸心受力構(gòu)

4、件的強(qiáng)度計(jì)算 應(yīng)保證構(gòu)件截面上的最大正應(yīng)力應(yīng)保證構(gòu)件截面上的最大正應(yīng)力不超過鋼材的強(qiáng)度不超過鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)值 f 。 =N/ An f 二、軸心受力構(gòu)件的剛度計(jì)算二、軸心受力構(gòu)件的剛度計(jì)算 軸心受力構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度軸心受力構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度l0與構(gòu)件截面的回轉(zhuǎn)半徑與構(gòu)件截面的回轉(zhuǎn)半徑i的的比值比值稱為稱為長(zhǎng)細(xì)比長(zhǎng)細(xì)比。當(dāng)。當(dāng)過大時(shí)，在運(yùn)輸和安裝過程中容過大時(shí)，在運(yùn)輸和安裝過程中容易產(chǎn)生彎曲或過大變形；當(dāng)構(gòu)件處于非豎直位置時(shí)，自易產(chǎn)生彎曲或過大變形；當(dāng)構(gòu)件處于非豎直位置時(shí)，自重可使構(gòu)件產(chǎn)生較大撓曲，在動(dòng)力荷載作用時(shí)會(huì)發(fā)生較重可使構(gòu)件產(chǎn)生較大撓曲，在動(dòng)力荷載作用時(shí)會(huì)發(fā)生較大振動(dòng)。因此構(gòu)件應(yīng)具有一定

5、的剛度，來滿足結(jié)構(gòu)的正大振動(dòng)。因此構(gòu)件應(yīng)具有一定的剛度，來滿足結(jié)構(gòu)的正常使用要求。軸心受力構(gòu)件的剛度條件為常使用要求。軸心受力構(gòu)件的剛度條件為 max 第三節(jié)第三節(jié) 軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定一、概述一、概述1定義定義 受壓構(gòu)件所受壓力超過某一值后，構(gòu)件突然產(chǎn)生很大受壓構(gòu)件所受壓力超過某一值后，構(gòu)件突然產(chǎn)生很大的變形而喪失承載能力，稱這種現(xiàn)象為軸心受壓構(gòu)件的變形而喪失承載能力，稱這種現(xiàn)象為軸心受壓構(gòu)件喪失整喪失整體穩(wěn)定性體穩(wěn)定性(instability) 或屈曲或屈曲(buckling) 。軸心受壓構(gòu)件通常。軸心受壓構(gòu)件通常由整體穩(wěn)定條件決定承載力。由整體穩(wěn)定條件決定承載力。

6、2. 屈曲分類屈曲分類 對(duì)于理想的（對(duì)于理想的（完善的完善的perfect）的軸心受壓構(gòu)件，）的軸心受壓構(gòu)件，屈曲時(shí)由直線受壓狀態(tài)向非直線變形狀態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，依構(gòu)屈曲時(shí)由直線受壓狀態(tài)向非直線變形狀態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，依構(gòu)件的變形可分為件的變形可分為彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲、彎扭屈曲彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲、彎扭屈曲，即即為軸心受壓構(gòu)件的屈曲（失穩(wěn)）形式。為軸心受壓構(gòu)件的屈曲（失穩(wěn)）形式。 二、理想軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性二、理想軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性 稱無初彎曲和殘余應(yīng)力及荷載無初偏心的軸心稱無初彎曲和殘余應(yīng)力及荷載無初偏心的軸心受壓構(gòu)件為受壓構(gòu)件為理想軸心受壓構(gòu)件理想軸心受壓構(gòu)件。 1744年歐拉得出年歐拉

7、得出兩端鉸支兩端鉸支軸心受壓構(gòu)件的軸心受壓構(gòu)件的臨界臨界力的計(jì)算公式力的計(jì)算公式（歐拉公式，也常記作（歐拉公式，也常記作NE） 相應(yīng)的臨界應(yīng)力相應(yīng)的臨界應(yīng)力 公式的適用條件為公式的適用條件為crfp。當(dāng)構(gòu)件端部支座為其當(dāng)構(gòu)件端部支座為其它形式時(shí)，只需采用計(jì)算長(zhǎng)度它形式時(shí)，只需采用計(jì)算長(zhǎng)度l0=l代替式中的代替式中的 l 即即可?？?。 當(dāng)當(dāng)crfp時(shí)時(shí)，壓桿將在彈塑性狀態(tài)屈曲，此時(shí)的壓桿將在彈塑性狀態(tài)屈曲，此時(shí)的臨界應(yīng)力可按臨界應(yīng)力可按切線模量理論切線模量理論計(jì)算。計(jì)算。 22/ lEINcr22/EANcrcr22/tcrcrEAN三、缺陷對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響三、缺陷對(duì)軸心受壓構(gòu)件整

8、體穩(wěn)定性的影響 實(shí)際構(gòu)件難免存在殘余應(yīng)力、初彎曲、荷載的偶然偏實(shí)際構(gòu)件難免存在殘余應(yīng)力、初彎曲、荷載的偶然偏心，支座的約束程度也可能比理想支承偏小。這些因素心，支座的約束程度也可能比理想支承偏小。這些因素將使得構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載力降低，被看作軸心受壓構(gòu)將使得構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載力降低，被看作軸心受壓構(gòu)件的缺陷。件的缺陷。1. 初彎曲的影響初彎曲的影響 最具代表性的初彎曲為正最具代表性的初彎曲為正弦半波圖形。弦半波圖形。 考慮初彎曲影響的壓桿屈曲考慮初彎曲影響的壓桿屈曲的荷載的荷載變形曲線在數(shù)學(xué)上屬于變形曲線在數(shù)學(xué)上屬于極值點(diǎn)問題，也叫極值點(diǎn)問題，也叫第二類穩(wěn)定第二類穩(wěn)定問題。問題。 前面所述的理

9、想軸心受壓構(gòu)前面所述的理想軸心受壓構(gòu)件的平衡分枝問題，也叫第一件的平衡分枝問題，也叫第一類穩(wěn)定問題。類穩(wěn)定問題。 考慮初偏心影考慮初偏心影響的壓桿屈曲的荷載響的壓桿屈曲的荷載變變形曲線在數(shù)學(xué)上屬于極形曲線在數(shù)學(xué)上屬于極值點(diǎn)問題，也叫值點(diǎn)問題，也叫第二類第二類穩(wěn)定問題。穩(wěn)定問題。2 2、荷載初偏心的影響、荷載初偏心的影響 3. 殘余應(yīng)力的影響殘余應(yīng)力的影響 此部分主要考慮縱向殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因有此部分主要考慮縱向殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因有焊接、熱軋、火焰切割等，其分布和大小與構(gòu)件截面的形焊接、熱軋、火焰切割等，其分布和大小與構(gòu)件截面的形狀、尺寸、制造方法和加工過程等有關(guān)。狀、尺寸、

10、制造方法和加工過程等有關(guān)。殘余應(yīng)力對(duì)穩(wěn)定承載力的影響殘余應(yīng)力對(duì)穩(wěn)定承載力的影響 當(dāng)當(dāng) cr fp時(shí)，屬于彈性屈曲，臨界力為歐拉荷載時(shí)，屬于彈性屈曲，臨界力為歐拉荷載Ne。但當(dāng)?shù)?dāng) cr fp時(shí)，抗彎剛度應(yīng)為彈性區(qū)的抗彎剛度與塑時(shí)，抗彎剛度應(yīng)為彈性區(qū)的抗彎剛度與塑性區(qū)的抗彎剛度之和。殘余應(yīng)力使抗彎剛度由性區(qū)的抗彎剛度之和。殘余應(yīng)力使抗彎剛度由EI降低降低為為EIe，導(dǎo)致構(gòu)件的穩(wěn)定承載力降低。，導(dǎo)致構(gòu)件的穩(wěn)定承載力降低。 工字形截面軸心受壓構(gòu)件繞工字形截面軸心受壓構(gòu)件繞 x 軸和軸和 y 軸的軸的Ie/I比值比值分別為分別為 k=Ae/A和和 k3 。 可見可見殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件繞不同軸屈曲的臨界應(yīng)力

11、影響程殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件繞不同軸屈曲的臨界應(yīng)力影響程度不同，度不同，如果簡(jiǎn)單地用切線模量如果簡(jiǎn)單地用切線模量Et取代歐拉公式中的彈取代歐拉公式中的彈性模量性模量E，并不能完全合理地反映殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件臨界應(yīng)，并不能完全合理地反映殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件臨界應(yīng)力的影響。力的影響。 4. 支座約束的影響支座約束的影響 實(shí)際支座難以達(dá)到計(jì)算簡(jiǎn)圖中理想支座的約束狀態(tài)。實(shí)際支座難以達(dá)到計(jì)算簡(jiǎn)圖中理想支座的約束狀態(tài)?？紤]上述因素，可對(duì)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)考慮上述因素，可對(duì)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)進(jìn)行修正。進(jìn)行修正。IINIIlEIlEINeEeecr2222IIEecr22 考慮殘余應(yīng)力影響時(shí)，壓桿在考慮殘余應(yīng)力影響時(shí)，壓桿在彈塑性階段屈曲

12、彈塑性階段屈曲的臨界和荷載和臨界應(yīng)力分別為：的臨界和荷載和臨界應(yīng)力分別為：四、實(shí)際軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算四、實(shí)際軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算 以極限承載力以極限承載力N Nu u為依據(jù)。規(guī)范以為依據(jù)。規(guī)范以初彎曲初彎曲v v0 0 = =l l/1000/1000來綜合考來綜合考慮慮初彎曲初彎曲和和初偏心初偏心的影響，再考慮不同的截面形狀和尺寸、不的影響，再考慮不同的截面形狀和尺寸、不同的加工條件和同的加工條件和殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力分布及大小及不同的屈曲方向后，采分布及大小及不同的屈曲方向后，采用數(shù)值分析方法來計(jì)算構(gòu)件的用數(shù)值分析方法來計(jì)算構(gòu)件的N Nu u值。值。令 繪出繪出 n曲線曲線(算了

13、算了200多條多條)，它們形成了相當(dāng)寬的分，它們形成了相當(dāng)寬的分布帶，把其分成四個(gè)窄帶，以各窄帶的平均值曲線代表布帶，把其分成四個(gè)窄帶，以各窄帶的平均值曲線代表該帶的柱子曲線，得到該帶的柱子曲線，得到a、b、c、d四條曲線，依此把柱四條曲線，依此把柱截面相應(yīng)分為截面相應(yīng)分為a、b、 c 、d四類。并用表格給出了它們四類。并用表格給出了它們的整體穩(wěn)定系數(shù)的整體穩(wěn)定系數(shù) 值。值。)/(ynfE)/(yuAfN 設(shè)計(jì)時(shí)先確定截面所屬類別，再查表來求得設(shè)計(jì)時(shí)先確定截面所屬類別，再查表來求得 值。也可按式值。也可按式(4-28)計(jì)算。計(jì)算。 軸心壓力設(shè)計(jì)值軸心壓力設(shè)計(jì)值N應(yīng)不大于構(gòu)件的極限承載力應(yīng)不大于

14、構(gòu)件的極限承載力N Nu u。引入抗力分項(xiàng)系數(shù)。引入抗力分項(xiàng)系數(shù) R，可得：，可得： 構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比按下列規(guī)定確定：按下列規(guī)定確定：（1 1）截面為雙軸對(duì)稱或極對(duì)稱的構(gòu)件：）截面為雙軸對(duì)稱或極對(duì)稱的構(gòu)件： x x= =l l0 x 0 x / /i ix x, , y y= =l l0y0y/ /i iy y (2) (2)單軸對(duì)稱截面的構(gòu)件：?jiǎn)屋S對(duì)稱截面的構(gòu)件： 繞非對(duì)稱軸繞非對(duì)稱軸x x的長(zhǎng)細(xì)比的長(zhǎng)細(xì)比x x= =l l0 x 0 x / /i ix x， 繞對(duì)稱軸繞對(duì)稱軸y y應(yīng)采用換算長(zhǎng)細(xì)比應(yīng)采用換算長(zhǎng)細(xì)比yzyz。詳見教材詳見教材公式公式(4-11)(4-11)(第第909

15、0頁頁) )。 ffAfNANRyyufAN可寫成可寫成 第四節(jié)第四節(jié) 軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定一概述一概述 組成構(gòu)件的板件所受壓力超過某一值后，板組成構(gòu)件的板件所受壓力超過某一值后，板件突然發(fā)生翹曲變形，稱為板件喪失了穩(wěn)定性。件突然發(fā)生翹曲變形，稱為板件喪失了穩(wěn)定性。因?yàn)榘寮Х€(wěn)發(fā)生在整個(gè)構(gòu)件的局部部位，所以因?yàn)榘寮Х€(wěn)發(fā)生在整個(gè)構(gòu)件的局部部位，所以稱為構(gòu)件喪失局部穩(wěn)定稱為構(gòu)件喪失局部穩(wěn)定（屈曲）（屈曲）。喪失穩(wěn)定的板。喪失穩(wěn)定的板件不能再承受或少承受所增加的荷載，導(dǎo)致構(gòu)件件不能再承受或少承受所增加的荷載，導(dǎo)致構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載力降低。的整體穩(wěn)定承載力降低。 二單向均勻受

16、壓薄板的屈曲二單向均勻受壓薄板的屈曲 組成構(gòu)件的各板件在連接處互為支承，構(gòu)件的支座也對(duì)各組成構(gòu)件的各板件在連接處互為支承，構(gòu)件的支座也對(duì)各板件在支座截面處提供支承。例如工形截面構(gòu)件的翼緣相當(dāng)板件在支座截面處提供支承。例如工形截面構(gòu)件的翼緣相當(dāng)于三邊支承一邊自由的矩形板，而腹板相當(dāng)于四邊支承的矩于三邊支承一邊自由的矩形板，而腹板相當(dāng)于四邊支承的矩形板。形板。 對(duì)于四邊支承的矩形板對(duì)于四邊支承的矩形板(如圖如圖4-5)：由彈性穩(wěn)定理論可得板的：由彈性穩(wěn)定理論可得板的彈性屈曲臨界應(yīng)力為彈性屈曲臨界應(yīng)力為: 式中式中 k 板的屈曲系數(shù)，與板的支承條件有關(guān)。板的屈曲系數(shù)，與板的支承條件有關(guān)。 222)(

17、)1 (121btvEktNcrxcrx2)(mbaambk從圖從圖4-15(b)可以看出可以看出:當(dāng)當(dāng)a / b 1時(shí)，時(shí)，四邊簡(jiǎn)支均勻受壓板，四邊簡(jiǎn)支均勻受壓板，k值變化不大，值變化不大，可近似取最小值可近似取最小值 k = 4。當(dāng)兩側(cè)邊固定時(shí)當(dāng)兩側(cè)邊固定時(shí), k的最小值可近似取為的最小值可近似取為k=6.96。對(duì)于單向均勻受壓的三邊簡(jiǎn)支一邊自由矩形板對(duì)于單向均勻受壓的三邊簡(jiǎn)支一邊自由矩形板, ,板的屈板的屈曲系數(shù)為曲系數(shù)為 ：)/425. 0(221abk式中：式中： a、b1分別表示自由邊和與自由邊垂直的邊長(zhǎng)度。分別表示自由邊和與自由邊垂直的邊長(zhǎng)度。通常通常ab1 ，可近似取，可近似取

18、k = kmin= 0.425。 若引入彈性嵌固系數(shù)若引入彈性嵌固系數(shù) 來考慮組成構(gòu)件的各來考慮組成構(gòu)件的各板件在相連處提供支承約束影響板件在相連處提供支承約束影響,則則: 值取決于相連板件的相對(duì)剛度，值取決于相連板件的相對(duì)剛度，k = 4。計(jì)算腹計(jì)算腹板時(shí)取板時(shí)取 =1.3=1.3，計(jì)算，計(jì)算翼緣時(shí)取翼緣時(shí)取 =1.0=1.0。 當(dāng)板件所受縱向壓應(yīng)力超過當(dāng)板件所受縱向壓應(yīng)力超過fp時(shí)，板變?yōu)檎粫r(shí)，板變?yōu)檎划愋园??？刹捎媒乒接?jì)算屈曲應(yīng)力異性板?？刹捎媒乒接?jì)算屈曲應(yīng)力 222)()1(12btvEkcrx222)()1(12btvEkcrx式中，式中， 彈性模量折減系數(shù)，可由試驗(yàn)確定

19、。彈性模量折減系數(shù)，可由試驗(yàn)確定。三三.受壓薄板的屈曲后強(qiáng)度受壓薄板的屈曲后強(qiáng)度 受到邊界的約束受到邊界的約束，當(dāng)板失穩(wěn)后仍可繼續(xù)承受荷載，當(dāng)板失穩(wěn)后仍可繼續(xù)承受荷載，甚至能承受更大的荷載，稱這種現(xiàn)象為板具有甚至能承受更大的荷載，稱這種現(xiàn)象為板具有屈曲后屈曲后強(qiáng)度強(qiáng)度。板屈曲后截面上的應(yīng)力分布不均勻，邊緣部分。板屈曲后截面上的應(yīng)力分布不均勻，邊緣部分應(yīng)力大，而中間部分應(yīng)力小。應(yīng)力大，而中間部分應(yīng)力小。 目前還難以采用理論分析的方法得出利用板目前還難以采用理論分析的方法得出利用板屈曲后強(qiáng)度的計(jì)算公式，而常采用有效寬度法。屈曲后強(qiáng)度的計(jì)算公式，而常采用有效寬度法。將薄板達(dá)極限狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力分布圖形將

20、薄板達(dá)極限狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力分布圖形(a)先簡(jiǎn)化先簡(jiǎn)化為矩形分布為矩形分布(b)，再在合力相等的前提下，簡(jiǎn)化，再在合力相等的前提下，簡(jiǎn)化為兩側(cè)應(yīng)力為人矩形圖形為兩側(cè)應(yīng)力為人矩形圖形(c)，稱兩個(gè)矩形的寬，稱兩個(gè)矩形的寬度之和度之和be為有效寬度，為有效寬度， be的計(jì)算公式通過試驗(yàn)來的計(jì)算公式通過試驗(yàn)來確定。確定。三軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定計(jì)算三軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定計(jì)算 規(guī)范采用規(guī)范采用cr板板 cr整體整體的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，也稱作局部與整體等的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，也稱作局部與整體等穩(wěn)定準(zhǔn)則。穩(wěn)定準(zhǔn)則。 cr板板主要與板件的寬厚比有關(guān)主要與板件的寬厚比有關(guān)。規(guī)范采用限規(guī)范采用限制板件寬厚比的方法來滿足局部穩(wěn)定。根據(jù)

21、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則分制板件寬厚比的方法來滿足局部穩(wěn)定。根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則分析并簡(jiǎn)化后得到的局部穩(wěn)定計(jì)算公式為析并簡(jiǎn)化后得到的局部穩(wěn)定計(jì)算公式為工字型截面翼緣工字型截面翼緣工字型截面腹板工字型截面腹板式中式中為兩方為兩方長(zhǎng)細(xì)比的較大值長(zhǎng)細(xì)比的較大值其他截面板件其他截面板件見圖見圖4-18及及教材相關(guān)公式。教材相關(guān)公式。當(dāng)構(gòu)件的承載力有富裕時(shí)，板件的寬厚比可適當(dāng)放寬當(dāng)構(gòu)件的承載力有富裕時(shí)，板件的寬厚比可適當(dāng)放寬。 yftb/235)1 .010(/1ywfth/235)5 .025(/0 翼緣板也有屈曲后強(qiáng)度，但其影響遠(yuǎn)小于四翼緣板也有屈曲后強(qiáng)度，但其影響遠(yuǎn)小于四邊支承板的腹板。邊支承板的腹板。規(guī)范不考慮翼緣板的

22、屈曲后規(guī)范不考慮翼緣板的屈曲后強(qiáng)度，只考慮腹板的屈曲后強(qiáng)度強(qiáng)度，只考慮腹板的屈曲后強(qiáng)度。當(dāng)工字形或當(dāng)工字形或箱形截面受壓構(gòu)件腹板的高厚比不滿足穩(wěn)定要箱形截面受壓構(gòu)件腹板的高厚比不滿足穩(wěn)定要求時(shí)，可考慮板的屈曲后強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。在計(jì)求時(shí)，可考慮板的屈曲后強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。在計(jì)算構(gòu)件的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性時(shí)，只考慮腹板計(jì)算構(gòu)件的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性時(shí)，只考慮腹板計(jì)算高度邊緣兩側(cè)寬度各為算高度邊緣兩側(cè)寬度各為 范圍范圍 的部分組成的有效截面參加工作。但計(jì)算構(gòu)件的部分組成的有效截面參加工作。但計(jì)算構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)時(shí)，構(gòu)件的的穩(wěn)定系數(shù)時(shí)，構(gòu)件的仍按全部截面求得。仍按全部截面求得。 熱軋型鋼中的非熱軋型鋼中的非H型鋼在確

23、定規(guī)格尺寸時(shí)，型鋼在確定規(guī)格尺寸時(shí)，已考慮局部穩(wěn)定要求，可不作局部穩(wěn)定驗(yàn)算。已考慮局部穩(wěn)定要求，可不作局部穩(wěn)定驗(yàn)算。但但 H型鋼要作局部穩(wěn)定驗(yàn)算型鋼要作局部穩(wěn)定驗(yàn)算。y/f23520wt第五節(jié)第五節(jié) 軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)原則一、設(shè)計(jì)原則 1 1要求要求 應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定和局應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定要求。格構(gòu)式構(gòu)件，還應(yīng)滿足分肢穩(wěn)定要部穩(wěn)定要求。格構(gòu)式構(gòu)件，還應(yīng)滿足分肢穩(wěn)定要求，并需對(duì)綴材進(jìn)行設(shè)計(jì)。求，并需對(duì)綴材進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2 2設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則 (1).(1).盡量加大截面輪廓尺寸而盡量加大截面輪廓尺寸而減小板厚，以獲得較大減小板厚，以獲得較大I和和

24、i，提高構(gòu)件的整體穩(wěn)，提高構(gòu)件的整體穩(wěn)定性和剛度；定性和剛度；(2).(2).兩軸等穩(wěn)定，兩軸等穩(wěn)定，Nx=Ny， x = y；(3).(3). 構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于制做；構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于制做；(4).(4). 便于與其它構(gòu)便于與其它構(gòu)件連接；件連接；(5).(5). 選擇可供應(yīng)的鋼材規(guī)格。選擇可供應(yīng)的鋼材規(guī)格。 二、實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)二、實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件時(shí)，構(gòu)件所用在設(shè)計(jì)實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件時(shí)，構(gòu)件所用鋼材、截面形式、兩主軸方向的計(jì)算長(zhǎng)度鋼材、截面形式、兩主軸方向的計(jì)算長(zhǎng)度l0 x和和l0y、軸心壓力設(shè)計(jì)值軸心壓力設(shè)計(jì)值N一般在設(shè)計(jì)條件中已經(jīng)給定，一般在設(shè)計(jì)條件中已

25、經(jīng)給定，設(shè)計(jì)主要是確定截面尺寸。設(shè)計(jì)主要是確定截面尺寸。 通常先按整體穩(wěn)定要求初選截面尺寸，然后驗(yàn)通常先按整體穩(wěn)定要求初選截面尺寸，然后驗(yàn)算是否滿足設(shè)計(jì)要求。如果不滿足或截面構(gòu)成不算是否滿足設(shè)計(jì)要求。如果不滿足或截面構(gòu)成不理想，則調(diào)整尺寸再進(jìn)行驗(yàn)算，直至滿意為止。理想，則調(diào)整尺寸再進(jìn)行驗(yàn)算，直至滿意為止。實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件有型鋼構(gòu)件和組合截面構(gòu)件實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件有型鋼構(gòu)件和組合截面構(gòu)件兩類，型鋼構(gòu)件制作費(fèi)用低，應(yīng)優(yōu)先選用。兩類，型鋼構(gòu)件制作費(fèi)用低，應(yīng)優(yōu)先選用。1 1、 軸心受壓型鋼構(gòu)件的設(shè)計(jì)步驟軸心受壓型鋼構(gòu)件的設(shè)計(jì)步驟 (1)(1) 假設(shè)構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比假設(shè)構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比 。整體穩(wěn)定計(jì)算公式中，

26、。整體穩(wěn)定計(jì)算公式中，有兩個(gè)未知量有兩個(gè)未知量 和和A。需先假設(shè)一。需先假設(shè)一 ，求得，求得 值和值和A ，然后確定截面各部尺寸。一般假定，然后確定截面各部尺寸。一般假定 =50-10050-100，當(dāng)當(dāng)N大而計(jì)算長(zhǎng)度小時(shí)，大而計(jì)算長(zhǎng)度小時(shí)， 取較小值，反之取較取較小值，反之取較大值。所需截面面積為大值。所需截面面積為A= N/( f) (2)(2) 求所需回轉(zhuǎn)半徑求所需回轉(zhuǎn)半徑 ix= l0 x / iy= l0y/ (3)(3) 初選截面規(guī)格尺寸。根據(jù)所需的初選截面規(guī)格尺寸。根據(jù)所需的A、ix、iy查查 型鋼表，可初選出截面規(guī)格。型鋼表，可初選出截面規(guī)格。 (4)(4) 驗(yàn)算是否滿足設(shè)計(jì)要

27、求。若不滿足，需調(diào)整驗(yàn)算是否滿足設(shè)計(jì)要求。若不滿足，需調(diào)整 截面規(guī)格，再驗(yàn)算，直至滿足為止。截面規(guī)格，再驗(yàn)算，直至滿足為止。2 2、實(shí)腹式軸心受壓組合截面構(gòu)件設(shè)計(jì)步驟實(shí)腹式軸心受壓組合截面構(gòu)件設(shè)計(jì)步驟 與型鋼構(gòu)件設(shè)計(jì)步驟相同。與型鋼構(gòu)件設(shè)計(jì)步驟相同。(1)(1) 假設(shè)構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比假設(shè)構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比 。所需截面面積為：。所需截面面積為： A= N/( f)(2)(2) 求所需回轉(zhuǎn)半徑：求所需回轉(zhuǎn)半徑： ix= l0 x / iy= l0y/ 截面寬度截面寬度b和高度和高度h可按下式計(jì)算：可按下式計(jì)算： h ix / 1 b iy / 2 根據(jù)所需根據(jù)所需A、h、b 并考慮局部穩(wěn)定要求并考慮局部穩(wěn)定

28、要求 和構(gòu)造要和構(gòu)造要求求(hb)，初選截面尺寸，初選截面尺寸A、h、b 、t、tw。通常取。通常取h0和和b為為1010mm的倍數(shù)。對(duì)初選截面進(jìn)行驗(yàn)算調(diào)整。由的倍數(shù)。對(duì)初選截面進(jìn)行驗(yàn)算調(diào)整。由于假定的于假定的 不一定恰當(dāng)，一般需多次調(diào)整才能獲得較不一定恰當(dāng)，一般需多次調(diào)整才能獲得較滿意的截面尺寸。滿意的截面尺寸。 三、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)三、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì) (2)(2) 繞虛軸的整體穩(wěn)定承載力繞虛軸的整體穩(wěn)定承載力 軸心受壓構(gòu)件失穩(wěn)時(shí)發(fā)生彎曲變形或存在初彎曲，導(dǎo)致軸心受壓構(gòu)件失穩(wěn)時(shí)發(fā)生彎曲變形或存在初彎曲，導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生彎矩和剪力。剪力要由比較柔弱的綴材承受，剪構(gòu)件產(chǎn)生彎矩和剪力。剪

29、力要由比較柔弱的綴材承受，剪力引起的變形較大，使構(gòu)件的臨界力顯著降低。由穩(wěn)定理力引起的變形較大，使構(gòu)件的臨界力顯著降低。由穩(wěn)定理論，兩端鉸支的軸心受壓雙肢綴條構(gòu)件繞虛軸的彈性臨界論，兩端鉸支的軸心受壓雙肢綴條構(gòu)件繞虛軸的彈性臨界應(yīng)力為應(yīng)力為: : 22,/ycryE1. 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載力力 (1)(1) 繞實(shí)軸的整體穩(wěn)定承載力繞實(shí)軸的整體穩(wěn)定承載力122020212222,11EAEEAExXxxxcrx式中式中 0 x 換算長(zhǎng)細(xì)比，公式見教材。換算長(zhǎng)細(xì)比，公式見教材。 設(shè)計(jì)公式與實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的公設(shè)計(jì)公式與實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)

30、定的公式相同，但應(yīng)以式相同，但應(yīng)以 0 x按相應(yīng)截面類別求按相應(yīng)截面類別求 值。值。2.2. 分肢的穩(wěn)定性分肢的穩(wěn)定性 附加彎矩使兩肢的內(nèi)力不等，而附加剪力還附加彎矩使兩肢的內(nèi)力不等，而附加剪力還使綴板構(gòu)件的分肢產(chǎn)生彎矩。分肢截面的類別還使綴板構(gòu)件的分肢產(chǎn)生彎矩。分肢截面的類別還可能比整體截面的低。這些都使分肢的穩(wěn)定承載可能比整體截面的低。這些都使分肢的穩(wěn)定承載力降低。因此計(jì)算時(shí)不能簡(jiǎn)單地采用力降低。因此計(jì)算時(shí)不能簡(jiǎn)單地采用 1 0 x （或（或 y）作為分肢的穩(wěn)定條件。規(guī)范規(guī)定的分肢）作為分肢的穩(wěn)定條件。規(guī)范規(guī)定的分肢穩(wěn)定要求見式穩(wěn)定要求見式4-554-55。2x02cr/E3. 綴材設(shè)計(jì)綴

31、材設(shè)計(jì) (1)(1) 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的剪力格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的剪力 規(guī)范以壓桿中高處截面邊緣最大應(yīng)力達(dá)屈服強(qiáng)度為條規(guī)范以壓桿中高處截面邊緣最大應(yīng)力達(dá)屈服強(qiáng)度為條件，導(dǎo)出的構(gòu)件最大剪力件，導(dǎo)出的構(gòu)件最大剪力V的簡(jiǎn)化算式為的簡(jiǎn)化算式為 設(shè)計(jì)綴材及連接時(shí)取剪力沿桿長(zhǎng)不變。設(shè)計(jì)綴材及連接時(shí)取剪力沿桿長(zhǎng)不變。 23585yfAfV (2) (2) 綴條的設(shè)計(jì)綴條的設(shè)計(jì) 每個(gè)綴材面如同一平行弦桁架，綴條按桁架每個(gè)綴材面如同一平行弦桁架，綴條按桁架的腹桿進(jìn)行設(shè)計(jì)。一根斜綴條承受的軸向力的腹桿進(jìn)行設(shè)計(jì)。一根斜綴條承受的軸向力Nt為為 Nt =V1 / (n cos ) 構(gòu)件失穩(wěn)時(shí)的變形方向不確定，斜綴條可能構(gòu)件失穩(wěn)時(shí)的變形方向不確定，斜綴條可能受壓或受拉。設(shè)計(jì)時(shí)按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。單系受壓或受拉。設(shè)計(jì)時(shí)按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。單系綴條體系的橫綴條，其截面尺寸一般取與斜綴條綴條體系的橫綴條，其截面尺寸一般取與斜綴條相同，也可按容許長(zhǎng)細(xì)比確定。相同，也可按容許長(zhǎng)細(xì)比確定。 (3) (3) 綴板的設(shè)計(jì)綴板的設(shè)計(jì) 綴板柱可視為一多層剛架。假定整體失穩(wěn)時(shí)綴板柱可視為一多層剛架。假定整體失穩(wěn)時(shí)各層分肢中點(diǎn)和綴板中點(diǎn)為反彎點(diǎn)。各層分肢中點(diǎn)和綴板中點(diǎn)為反彎點(diǎn)。 剪力剪力 Vj = V1