建筑力学第十二章答案.ppt

第十二章构件的功能及杆形构件的静力学设计准则 第一节 构件的力学功能及构件的力学设计的概念 第二节 构件的强度失效分析及设计准则 第三节 强度设计准则应用 第四节 杆类构件的刚度设计准则 第五节 理想压杆稳定性的设计准则 总结与讨论 习题 12.1 构件的力学功能及构件的力学设计的概念 12.1.1 构件的力学功能 建筑物通常会受到各种外荷载作用，建筑物中起到支撑起空间、承受及传递荷载的骨架体系称为建筑结构，组成建筑结构的基本部件称为构件。例如建筑结构的组成部件有梁、板、柱和墙等。 当建筑结构承受及传递静荷载时，各构件都必须能够正常地工作，这样才能保证整个结构正常工作，完成设计者和建造者要求其完成的功能。 为此，首先要求构件在受荷载作用时组成构件的材料不发生断裂或屈服，也就是说构件不发生强度失效。如房屋的梁因荷载过大而断裂时，整个房屋就有可能破坏。 只是不发生破坏，并不一定就能保证构件或整个结构的正常工作。例如，吊车梁若因荷载过大而发生过度的变形，也就是刚度失效，吊车也就不能正常的行驶。 另外，有一些构件在荷载作用下，其原有的平衡形状可能丧失稳定性——稳定性失效。例如，房屋中受压柱如果是细长的，则在压力超过一定限度后，就有可能发生显著的弯曲变形——失稳，构件失稳的后果往往是严重的，例如上述的柱如果失稳，就可能使房屋倒塌。 12.1 构件的力学功能及构件的力学设计的概念 12.1.2 构件的静力学设计的概念 建筑物中的结构及构件都具有一定的功能。这些功能是通过设计者的设计和建造者的建造赋予建筑结构及构件的。 构件的静力学设计，简单而言就是通过设计者的创作行为（或过程）使构件在建造好后在具体的静载荷作用下具有预期的功能。 对于构件而言，通过设计使其具有足够的强度、刚度及稳定性，防止出现相应的失效。下文具体讨论相应的设计。 12.2 构件的强度失效分析及设计准则 所谓强度失效，就是指因强度不足而引起的结构或构件的失效。强度失效的基本形式是材料的断裂和材料屈服后产生的塑性变形。 在构件设计中，如何保证设计的构件在建造和使用中不发生强度失效呢？ 如果构件截面上的应力分布均匀，则当横截面上有一点应力达到极限应力，截面上各点的应力均达到了极限应力，此时整个截面发生屈服或断裂，构件就失效。如果构件横截面上各点的应力分布并不均匀，则最大应力点处的材料总是首先发生失效，此时，应力较小处的材料尚未失效，还能正常工作。可见，构件如果是塑性材料制成，则截面上一点处的失效并不会很快导致整个构件的失效；如果是脆性材料，则一点处的局部失效引起的开裂会立刻遍及整个截面，导致整个构件的失效。 目前工程中通常采用的还是一点处失效的概念，构件中如有一点发生失效，即认为整个构件的强度就失效。 12.2 构件的强度失效分析及设计准则 从前面第7章介绍试验得出结论，见式（7-7）及式（7-8），可知脆性材料和塑性材料在单向应力条件下断裂和屈服的判据。由此出发，可以在轴向拉压构件强度设计中，为了确保安全，留有余地，必须使构件横截面上的工作应力小于极限应力。设计准则为 （12-1） 上式中s 为最大工作应力，[s]称为许用应力，[s]由下式决定 （12-2） 对于脆性材料 对于塑性材料 式中n称为安全因数，常取，正确选择安全因数是一项十分重要的工作，一般由政府或政府部门进行规定。 12.2 构件的强度失效分析及设计准则 上述设计准则是从轴向拉压试验即单向应力状态中总结出的，但是实际构件危险点的应力状态往往不是单向的或纯剪切的，大部分是复杂应力状态。实践表明，材料的失效与它所处的应力状态有关。例如，脆性材料在三向等压应力状态下，会产生明显的塑性变形；而塑性材料在三向受拉应力状态下却会脆性断裂。对复杂应力状态下材料强度失效的研究，完全采用做实验的方法是难以实现的。因为，实际结构存在着多种多样的复杂应力状态，仅主应力、、的大小以及它们的比就可能有很多种组合，要完全重复实现这些应力状态是不现实的。况且，有些实验如三向等拉应力状态实验在技术上目前难以实现。 为了建立复杂应力状态下的强度设计准则，通常是依据部分实验结果，对失效现象进行分析归纳，从而提出材料失效原因的假说，可以科学的假设和预测——无论何种应力状态，也无论何种材料，只要失效形式相同便具有共同的失效原因。在此基础上，将不可能实现的复杂应力状态下的实验通过大量简单的实验，得到如下结果——材料在常温静荷载作用下要发生两种强度失效，一种是屈服；另一种是断裂，从而建立了强度设计准则或强度理论。 12.2 构件的强度失效分析及设计准则 12.2.1 脆性断裂的强度设计准则 1. 最大拉应力强度准则（第一强度理论） 最大拉应力强度准则认为，最大拉应力是引起材料断裂的决定因素，不论材料处于何种应力