轴心受力构件1.pptx

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1、4-1 概 述一、轴心受力构件的应用3.塔架1.桁架2.网架轴心受力构件-轴向力作用在截面形心轴的受力构件第1页/共43页平台柱支承楼盖、工作平台的竖向受压构件通常称为柱。第2页/共43页轴心受压柱：实腹式柱和格构式柱（缀板式、缀条式）。柱由柱头、柱身和柱脚三部分组成。实腹式构件具有整体连通的截面。格构式构件一般由两个或多个分肢用缀件联系组成。采用较多的是两分肢格构式构件。缀件采用缀条或缀板。第3页/共43页二、轴心受力构件的截面形式截面形式可分为：实腹式和格构式两大类。1、实腹式截面弱轴强轴第4页/共43页2、格构式截面截面由两个或多个型钢肢件通过缀材连接而成。柱肢缀条缀板实轴虚轴第5页/共

2、43页4-2 轴心受力构件的强度和刚度轴心受力构件轴心受拉构件轴心受压构件强度（承载能力极限状态）刚度（正常使用极限状态）强度刚度（正常使用极限状态）稳定（承载能力极限状态）轴心压杆截面无削弱，一般不会发生强度破坏。只有截面削弱较大或非常短粗轴心压杆截面无削弱，一般不会发生强度破坏。只有截面削弱较大或非常短粗的构件，则可能发生强度破坏。的构件，则可能发生强度破坏。第6页/共43页一、强度计算（承载能力极限状态）N轴心拉力或压力设计值；A构件的毛截面面积；f钢材的抗拉（压)强度设计值。以轴心受力构件截面上的平均应力不超过钢材的屈服强度为计算准则。以轴心受力构件截面上的平均应力不超过钢材的屈服强度

3、为计算准则。1.1.截面无削弱截面无削弱第7页/共43页2.2.有孔洞等削弱有孔洞等削弱 弹性阶段应力分布不均匀；弹性阶段应力分布不均匀；极限状态净截面上的应力为均匀屈服应力，达到屈服强度。极限状态净截面上的应力为均匀屈服应力，达到屈服强度。（5.2.25.2.2）NNNNs0smax=3s0fy(a)弹性状态应力(b)极限状态应力设计时应满足：设计时应满足：An构件的净截面面积。第8页/共43页 3 3、普通螺栓群轴心力作用下，板件的净截面验算、普通螺栓群轴心力作用下，板件的净截面验算A、螺栓采用并列排列时:主板的危险截面为1-1截面:NNbtt1b111N第9页/共43页NNtt1bB、螺

4、栓采用错列排列时:主板的危险截面为1-1和1-1截面:1111An应如何计算第10页/共43页t1NNbtb1 4 4、高强度螺栓群轴心力作用下、高强度螺栓群轴心力作用下,板件的净截面验算板件的净截面验算A、高强度螺栓摩擦型连接主板的危险截面为1-1截面。11截面验算净截面验算毛截面验算净截面验算：考虑孔前传力50%得1-1截面的内力为：第11页/共43页B、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓的净截面验算完全相同。毛截面验算：第12页/共43页二、刚度计算（正常使用极限状态）保证构件在运输、安装、使用时不会产生过大变形。通常用长细比来衡量第13页/共43页轴心受压构件的计算长度系数 第

5、14页/共43页轴心受压构件设计内容包括哪些？高强度螺栓群在轴心力作用下,板件的截面如何验算？第15页/共43页4-3 轴心受压构件的整体稳定一、轴压构件整体稳定的基本概念长细比小（短柱）截面应力达到材料屈服强度长细比大（长柱）截面应力低于材料屈服强度稳定平衡应力问题不稳定平衡变形问题强度破坏整体失稳破坏第16页/共43页稳定对于钢结构来说是一个极其重要的问题！强度高构件细长而薄构件、结构失稳美国哈特福德体育馆轻钢屋盖倒塌第17页/共43页1、轴心受压构件的失稳形式 理想的轴心受压构件(无初始应力、无初弯曲、无初偏心、截面均匀等）的失稳形式分为：二、轴压构件整体稳定的基本理论弯曲失稳、扭转失稳

6、、弯扭失稳初始缺陷第18页/共43页（1）弯曲失稳-只发生弯曲变形，截面只绕一个主轴旋转，杆纵轴由直线变为曲线，是双轴对称截面常见的失稳形式；弯曲失稳第19页/共43页（2）扭转失稳-失稳时除杆件的支撑端外，各截面均绕纵轴扭转，是十字形双轴对称截面可能发生的失稳形式；扭转失稳第20页/共43页（3）弯扭失稳单轴对称截面绕对称轴屈曲时，杆件发生弯曲变形的同时必然伴随着扭转。弯扭失稳第21页/共43页2.轴心受压杆件的弹性弯曲屈曲lNNFFNNNNNcrNcrNcrNcrNNNcrNcrA稳定平衡状态B随遇平衡状态C临界状态临界力Ncr：理想轴心压杆从稳定平衡过渡到不稳定平衡时，所施加的外力。第2

7、2页/共43页3、整体稳定的临界应力确定轴心压杆整体稳定临界应力的方法有四种：（1）屈服准则：以理想压杆为模型，弹性段以欧拉临界力为基础，弹塑性段以切线模量为基础，用安全系数考虑初始缺陷的不利影响；弹性阶段弯曲屈曲临界力和临界应力：第23页/共43页上述推导过程中，假定E为常量（材料满足虎克定律），所以cr不应大于材料的比例极限fp，即：弹塑性阶段采用切线模量理论以Et(切线模量）替代弹性屈曲理论临界力公式中的E，第24页/共43页（2）边缘屈服准则：以有初弯曲和初偏心的压杆为模型，以截面边缘应力达到屈服点为其承载力极限；临界应力根据“Perry”（柏利）公式计算：公式中各符号意义详见教材第2

8、5页/共43页（3）最大强度准则：以有初始缺陷的压杆为模型，考虑截面的塑性发展，以最终破坏的最大荷载为其极限承载力；NA为边缘屈服准则的承载力，超过NA后，构件进入弹塑性阶段，最高点B点处的承载力NB为“最大强度准则”的极限承载力。（4）经验公式：以试验数据为依据回归得出。第26页/共43页4、轴心受压构件的柱子曲线 由于各种缺陷对不同截面、不同对称轴的影响不同，所以cr-曲线（柱子曲线），呈相当宽的带状分布，为减小误差以及简化计算，规范在试验的基础上，给出了四条曲线（四类截面），并引入了稳定系数 。柱子曲线:压杆失稳时临界应力cr与长细比之间的关系曲线。可作为设计轴心可作为设计轴心受压构件的

9、依据。受压构件的依据。什么是怎么得到的什么用第27页/共43页截面形式、屈曲方向、加工条件第28页/共43页5、轴心受压构件的整体稳定计算轴心受压构件不发生整体失稳的条件为，截面应力不大于临界应力，并考虑抗力分项系数R后，即为：公式使用说明：（1）截面分类：见教材P80表4.3；第29页/共43页（2）构件长细比的确定、截面为双轴对称或极对称构件：xxyy对于双轴对称十字形截面，为了防止扭转屈曲，尚应满足：xxyybt第30页/共43页、截面为单轴对称构件：xxyy绕对称轴y轴屈曲时，一般为弯扭屈曲，其临界力低于弯曲屈曲，所以计算时，以换算长细比yz代替y，计算公式如下：公式中各符号物理意义详

10、见教材P82第31页/共43页、单角钢截面和双角钢组合T形截面可采取以下简 化计算公式：yytb（a）A、等边单角钢截面，图（a）第32页/共43页B、等边双角钢截面，图（b）yybb（b）第33页/共43页C、长肢相并的不等边角钢截面，图（C）yyb2b2b1（C）第34页/共43页D、短肢相并的不等边角钢截面，图（D）yyb2b1b1（D）第35页/共43页uub等边角钢构件绕u轴稳定计算，按下式计算换算长细比，并按b类截面确定 值：第36页/共43页（3）其他注意事项：1、无任何对称轴且又非极对称的截面（单面连接的不等边角钢除外）不宜用作轴心受压构件；2、单面连接的单角钢轴心受压构件，考

11、虑强度折减系数后，可不考虑弯扭效应的影响；3、格构式截面中的槽形截面分肢，计算其绕对称轴（y轴）的稳定性时，不考虑扭转效应，直接用y查稳定系数 。yyxx实轴虚轴第37页/共43页轴心受压构件的整体稳定计算步骤：（双轴）（单轴）第38页/共43页为什么轴心受压构件在没有截面削弱的情况下不必进行强度计算？不同截面类型构件的长细比应如何计算？轴心受压构件的失稳形式有哪几种？如何进行轴心受压构件的整体稳定计算第39页/共43页例4.1某焊接组合工字形截面轴心受压构件的截面尺寸如图所示，承受轴心压力设计值（包括自重）N=2000kN，计算长度l0 x=6m，l0y=3m，翼缘钢板为火焰切割边，钢材为Q345，f=310N/mm2，截面无削弱，试计算该轴心受压构件的整体稳定性。-2508-25012yyxx第40页/共43页惯性矩：回转半径：解 1、截面及构件几何性质计算长细比：-2508-25012yyxx截面面积：第41页/共43页2、整体稳定性验算翼缘板为焰切边，截面关于x轴和y轴都属于b类，且查表得：满足整体稳定性要求。第42页/共43页感谢您的观看！第43页/共43页