鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理-軸心受力構(gòu)

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1、4軸心受力構(gòu)件設(shè)計主要內(nèi)容:1、軸心受拉構(gòu)件的強度和剛度2、軸心受壓構(gòu)件的強度3、軸心受壓實腹式構(gòu)件的整體穩(wěn)定4、軸心受壓格構(gòu)式構(gòu)件的整體穩(wěn)定5、軸心受壓實腹式構(gòu)件的局部穩(wěn)定6、軸心受壓格構(gòu)式構(gòu)件的局部穩(wěn)定7、軸心受力構(gòu)件的剛度第四章軸心受力構(gòu)件4軸心受力構(gòu)件設(shè)計學習目標1.掌握軸心受拉構(gòu)件強度的計算方法、凈截面的概念；2.掌握軸心受壓構(gòu)件整體失穩(wěn)的形態(tài)，實腹式構(gòu)件整體穩(wěn)定問題的基本原理、穩(wěn)定工程計算方法的特點；3.掌握軸心受壓格構(gòu)式構(gòu)件繞虛軸的整體穩(wěn)定原理和計算方法；4.掌握軸心受壓實腹式構(gòu)件的局部失穩(wěn)臨界力準則和寬（高）厚

2、比概念以及局部穩(wěn)定計算方法；5.掌握軸心受壓格構(gòu)式構(gòu)件局部穩(wěn)定的計算方法。4軸心受力構(gòu)件設(shè)計4.1軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式軸心受力構(gòu)件的截面形式：熱軋型鋼截面，如圖4-1(a)中的工字鋼、H型鋼、槽鋼、角鋼、T型鋼、圓鋼、圓管、方管等；冷彎薄壁型鋼截面，如圖4-1(b)中冷彎角鋼、槽鋼和冷彎方管等；第三種是用型鋼和鋼板或鋼板和鋼板連接而成的組合截面，如圖4-1(c)所示的實腹式組合截面和圖4-1(d)所示的格構(gòu)式組合截面等。4軸心受力構(gòu)件設(shè)計4軸心受力構(gòu)件設(shè)計工程中的格構(gòu)式柱工程中的格構(gòu)式柱工程中的格構(gòu)式柱工程中的格構(gòu)式柱

3、4軸心受力構(gòu)件設(shè)計4.2軸心受力構(gòu)件的強度和剛度1.強度軸心受力構(gòu)件的強度應(yīng)以凈截面的平均應(yīng)力不超過鋼材的屈服強度為準則：4軸心受力構(gòu)件設(shè)計《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）：對于高強螺栓的摩擦型連接，計算板件強度時要考慮孔前傳力的影響凈截面驗算摩擦型連接高強度螺栓群受“剪力”作用時:鋼板搭接，承受剪力N假設(shè)共2n個螺栓4軸心受力構(gòu)件設(shè)計4軸心受力構(gòu)件設(shè)計應(yīng)用上述公式時需注意：①An為凈截面。②材料需要有較好的延性。③截面開孔、削弱和構(gòu)造變坡應(yīng)有圓滑和緩的過渡。④連接時截面的各部分應(yīng)均勻傳力。上述公式適用于截面上應(yīng)

4、力均勻分布的桿。當桿的截面有局部削弱時，截面上的應(yīng)力分布就不均勻，在孔邊或削弱處邊緣就會出現(xiàn)應(yīng)力集中。但當應(yīng)力集中部分進入塑性后，內(nèi)部的應(yīng)力重分布會使最終拉應(yīng)力分布趨于均勻。4軸心受力構(gòu)件設(shè)計討論1：規(guī)范強度計算公式是以屈服強度進行控制，當構(gòu)件截面有削弱時，由于有削弱的截面與整個構(gòu)件相比只占很小一部分，這些截面屈服以后，整個構(gòu)件還遠未屈服，應(yīng)考慮截面的極限承載力作為控制標準，即考慮材料強度設(shè)計值以后：4軸心受力構(gòu)件設(shè)計對于工程用鋼材，一般情況下，所以也采用屈服強度進行控制。4軸心受力構(gòu)件設(shè)計討論2：某些情況下，截面的各部分并不

5、是均勻傳力。例如節(jié)點板設(shè)計不合理時，此時應(yīng)力分布不均勻的現(xiàn)象較明顯，雖然仍可以采用平均應(yīng)力近似計算，但應(yīng)采用有效凈截面面積。4軸心受力構(gòu)件設(shè)計截面材料分布4軸心受力構(gòu)件設(shè)計2.剛度剛度通過限制構(gòu)件的長細比?來實現(xiàn)。4軸心受力構(gòu)件設(shè)計軸心受壓構(gòu)件的可能破壞形式軸心受壓構(gòu)件可能發(fā)生的破壞形式有三種：1.截面強度破壞（一般發(fā)生在有截面削弱之處，）；2.整體失穩(wěn)破壞（主要破壞形式包括彎曲、彎扭、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)）；3.局部失穩(wěn)（薄壁構(gòu)件須防止）。4軸心受力構(gòu)件設(shè)計4.3實腹式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算4.3.1、穩(wěn)定問題概述穩(wěn)定問題是工程力學

6、的一個分支，主要研究各種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是工程結(jié)構(gòu)安全性的重要內(nèi)容之一。穩(wěn)定的定義：工程結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在荷載和其它作用的影響下處于某種平衡狀態(tài)，例如簡支梁式桁架，在結(jié)點荷載作用下，上弦桿處于軸向受壓的平衡狀態(tài)；薄腹工字型梁在荷載作用下處于平面彎曲的平衡狀態(tài)等等。穩(wěn)定分析是研究結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定的問題。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在荷載作用下發(fā)生一定的變形，其所處于這種平衡狀態(tài)的一種屬性。4軸心受力構(gòu)件設(shè)計平衡穩(wěn)定的三種狀態(tài)：穩(wěn)定的平衡、隨遇平衡、不穩(wěn)定的平衡。處于平衡位置的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，在任意微小外界擾動下，將偏離其平衡位置，當

7、外界擾動除去后，仍然自動回復(fù)到初始平衡位置時，則初始平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的平衡。如果不能回復(fù)到初始平衡位置，則初始平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的平衡或隨遇平衡。結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的定義：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在外力增加到某一數(shù)值時，穩(wěn)定的平衡狀態(tài)開始喪失，稍有擾動，結(jié)構(gòu)變形迅速增大，使結(jié)構(gòu)喪失正常工作的能力，稱為失穩(wěn)。在橋梁結(jié)構(gòu)中，總是要求沿各個方向保持穩(wěn)定的平衡，也即沿各個方向都是穩(wěn)定的，避免不穩(wěn)定的平衡或隨遇平衡。4軸心受力構(gòu)件設(shè)計結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題的兩種形式：第一類穩(wěn)定問題，分支點失穩(wěn)問題；第二類穩(wěn)定問題，極值點失穩(wěn)問題。所謂分支點失穩(wěn)，是指當荷載逐漸增加到某一數(shù)

8、值時，結(jié)構(gòu)除了按原有變形形式可能維持平衡之外，還可能以其他變形形式維持平衡，這種情況稱為出現(xiàn)平衡的分支。出現(xiàn)平衡的分支是此種結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的標志。對于受偏心壓力的細長直桿，當荷載逐漸增大而趨于某一數(shù)值時,其原有變形形式急劇增大，致使結(jié)構(gòu)喪失承載能力。這種失穩(wěn)現(xiàn)象稱為極值點失穩(wěn)。4軸