钢结构受压构件知识总结.doc

轴心受力构件的强度、刚度、稳定性及 设计方法讨论 一、前言 对于土木工程设计来说，钢结构有着非常重要的作用，近十余年来，我国国内的钢结构的产量，品种，规格都大幅度提高。在传统工业厂房，高层，超高层以及大跨度结构中有着不可替代的优势，它有着强度高，塑性、韧性好，质量轻，施工快，密闭性好等优点。 铁在地壳中的含量仅次于氧、硅、铝，高达4.75%，排第四。其现实意义是非凡的，现今随着对钢结构的相关理论和学科的完善，铁已然成为应用最广，用量最大的金属元素。 在不久的将来，对于我们目前正在就读的土木工程的学生来说，掌握钢结构的基本知识，在将来的就业工作中起着非常重要的作用。目前由于人们对建筑的不断追求，结构的复杂程度不断升高，同时对建筑结构设计的人员要求也越来越高，这就要求我们不断丰富对钢结构的认识和研究，以适应社会进步的要求。 (1-1) N 构件的轴心压力或轴心压力设计值 f 钢材抗拉强度设计值 为构件的净截面积 对于高强螺栓摩擦型连接的杆件，验算净截面强度时应考虑摩擦力的传力影响此时的计算公式为： (1-2) 此时 此外，高强螺栓连接时还需要对截面的毛截面强度进行验算： ( 1-3) （二）轴心受压构件刚度问题 为满足正常使用需求，我们必须保证杆件不能有过分的变形，以此来满足刚度需求。受拉和受压杆件的杆件的刚度都可以用长细比来实现： (2-1) 通过上式我们可以对构件的长细比进行限制，防止其出现： ① 在运输过程中产生过大的变形和弯曲； ② 使用期间因自重而明显下老挠； ③ 在动荷载下发生较大震动； ④ 压杆长细比过大时，除具有前述的各种不利因素外，还使得构件的极限 承载力显著下降，同时初弯曲和自重产生的挠度也将对结构的整体稳定 带来不利影响； 对于不同构件我们根据使用要求和重要程度规定了不同的长细比允许值。 受压构件的容许长细比 项次 构件名称 容许长细比 1 柱、绗架和天窗中的杆件 150 柱缀条、吊车梁或吊车绗架以下的柱间支撑 2 支撑（吊车梁或吊车绗架一下的柱间支撑除外） 200 用以减小受压构件长细比的构件 （三）轴心受压构建的稳定性问题 一般情况下我们的结构在使用过程中一般不会遇到平均压力达到强度和刚度设计值而丧失承载力。所以不必进行强度设计，但由于结构的不断变薄更容易发生稳定性破坏。因此，结构的设计一般更加偏向于对稳定性的保证。 稳定性的计算包括两种，一种是整体稳定性计算。另一种是局部稳定性计算，因为恨锁构件都由不同截面特性的构件组合而成，当整体稳定性满足要求时，有可能局部构件已经发生了稳定性丧失破坏。其实也可以换一种理解方式，局部稳定也可以看成组成整个构件的一个局部构件的稳定。同样可以类比为整个结构体系中的一个独立构件，因此局部稳定性计算和整体稳定性计算一样。 构件失稳有几种不同的模式。我们首先假定构件为理想轴心受压构件，即完全挺直，荷载沿轴心作用，杆件在手里之前没有初始应力，也没有初弯曲和初偏心等缺陷，截面沿杆件是均匀的。 3.1由弯曲变形造成的弯曲失稳（以下称屈曲） 杆件只发生弯曲变形，只绕一个主轴旋转，一下由材料力学给出临界应力: (3-1-3) (3-1-2) 以上公式是在弹性阶段的理想公式，当应力很大，材料已经进入塑性阶段时： (3-1-3) 非弹性区的切线模量 3.2由扭转造成的扭转屈曲 失稳时杆件除支承端外的各截面绕纵轴扭转: (3-2-1) 杆件自由扭转刚度（国外一些文献中叫做扭转刚度） 杆件约束扭转刚度（国外一些文献中叫做翘曲刚度） 在实际工程中杆件达到弯曲屈曲还是扭转屈曲主要看材料的截面特性以及构件长度l的大小。工程中会出现的十字形截面杆件。十字形杆件抗扭性很差，很小，可以看作是零，此时公式等价为：