彩钢、钢结构构件的强度刚度和稳定分析.pdf

第三篇 彩钢、钢结构造型设计、制作工艺及应用图集 第三章 彩钢、钢结构构件的 强度刚度和稳定分析 第一节 轴心受力构件的强度和刚度 轴心受力构件根据轴心力性质的不同分为轴心受拉构件和轴心受压构件。而轴心受 拉构件和轴心受压构件虽同为轴心受力构件，但受力性能有明显的不同，拉杆的破坏主 要是钢材屈服或被拉断，都属于强度破坏。压杆的破坏则主要是由于构件失去整体稳定 性或组成板件局部失去稳定性，当构件上有螺栓孔等使截面有较多削弱时，也可能因强 度不足而破坏。因此，对压杆通常要计算构件的强度、整体稳定性和局部稳定性，而对 拉杆只计算强度这一项。这些计算都属于承载力极限状态计算，应采用荷载和材料强度 设计值。 另外，为保证轴心受力构件能满足正常使用要求，对轴心受拉和受压构件均需限制 其变形的大小，也就是正常使用极限状态的刚度计算，应采用荷载和材料强度标准值。 下面先介绍轴心受拉和轴心受压构件均需满足的强度和刚度要求。 一、轴心受力构件的强度计算： 由在材料力学研究知道，在无孔洞等削弱的轴心受拉或受压构件中，轴心力作用使 截面内产生均匀分布的受拉或受压正应力。为合理使用钢材，充分发挥其强度，以全截 面刚达到屈服应力作为强度承载力的极限状态。因为这时构件塑性变形很大，已达到不 适于继续承载的状态。 有孔洞等削弱的轴心受拉或轴心受压构件，在孔洞处截面上的应力分布是不均匀 的，在靠近孔边处会产生应力集中现象。但当应力集中不十分严重的情况下，高应力的 纤维达到屈服应力后，轴心力继续增长，部分截面发展塑性变形，出现应力重分布，应 力可渐趋均匀，净截面应力最后可达到均匀屈服应力。 因此，轴心受力构件强度可按下式计算： ! （ ） ! $ # $ ! ! # ·% · 第三章 彩钢、钢结构构件的强度刚度和稳定分析 #################################################### 式中 ———轴心拉力或压力设计值； ! ———构件净截面面积； ! # ———钢材抗拉、抗压强度设计值。按附录一附表 # $ 采用。 这里指出一点：有孔洞等削弱的构件截面应力达到屈服时，构件总变形比毛截面达 屈服应力时小；如果以后者作为承载力极限状态，则对前者将偏保守。但按式（% # ） 计算强度安全、简单、实用。而目前有些国家采用“毛截面屈服”和“净截面断裂”作 为强度计算准则。 在第四章第五节中已介绍，焊接将在构件中产生较大的焊接残余应力见图 — 。 % 同样，轧制型钢构件因轧制后的不均匀冷却也会产生残余应力。经过前面的分析我们知 道，残余应力在构件内是自平衡的内应力，并不影响构件的极限荷载 ! ’ # 。所以， ( 在计算轴心受力构件强度时，不必考虑残余应力的影响。 二、轴心受力构件刚度的计算 轴心受力构件刚度计算的目的是为了保证构件变形不能过大而影响其正常使用。那 么，真正会影响构件正常使用的变形是哪种变形呢？ 轴心受力构件中与受力相对应的变形是伸长或压缩轴向变形，如取平均荷载分项系 数为 ，当构件达到强度承载力极限时，对应的正常使用状态下的拉伸或压缩应变