钢结构原理轴心受压构件.pptx

钢结构原理轴心受压构件第1页/共108页大纲要求 1、了解“轴心受力构件”的应用和截面形式； 2、掌握轴心受拉构件设计计算； 3、了解“轴心受压构件”稳定理论的基本概念和分析方法； 4、掌握现行规范关于“轴心受压构件”设计计算方法，重点及难点是构件的整体稳定和局部稳定； 5、掌握格构式轴心受压构件设计方法。第2页/共108页 轴心受压构件是指承受通过构件截面形心轴线的轴向压力作用的构件，简称轴心压杆。 轴心受力构件的应用3.塔架2.网架1.桁架第3页/共108页3.轴心受压柱第4页/共108页轴心受力构件的分类实腹式轴压柱与格构式轴压柱第5页/共108页截面形式可分为：实腹式和格构式两大类。1、实腹式截面热轧型钢截面 冷弯型钢截面 第6页/共108页格构式组合截面 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。第7页/共108页强度整体稳定实腹式 局部稳定稳定格构式 第8页/共108页轴心受力构件的计算内容承载能力极限状态正常使用极限状态刚度4.1 轴心受压构件的强度和长细比第9页/共108页强度计算◆在无孔洞等削弱的轴心受压构件中，轴心压力作用下使截面内产生均匀分布的受压正应力。 ◆当受压正应力达到钢材的极限抗压强度fu 时，构件达到强度极限承载力。但当构件应力达到钢材的屈服强度 时，由于塑性变形的发展，变形过大以至于达到不适合继续承载的状态。◆轴心受压构件的强度承载力是以截面的平均应力达到钢材的屈服应力fy。第10页/共108页◆当构件的截面有孔洞等局部削弱时，截面上的应力分布不再是均匀的，而出现应力集中现象。 弹性状态应力 极限状态应力 ◆弹性阶段，孔壁边缘的最大应力max可能达到构件毛截面平均应力?的3倍。 ◆当孔壁边缘的最大应力达到材料的屈服强度以后，应力不再继续增加而只发展塑性变形，截面上应力产生重分布，应力渐趋于均匀。第11页/共108页◆对于有孔洞削弱的轴心受压构件，仍以其净截面的平均应力达到其强度限值作为设计时的控制值。 轴心受压构件，当截面无削弱时，强度不必计算。? N—轴心拉力或压力设计值； An—构件的净截面面积； f—钢材的抗拉强度设计值。An的计算采用普通螺栓（或铆钉）连接时，可采用并列布置和错列布置。 t1t112ttNNbbb1c1112c4c3c21’NN11’第12页/共108页并列布置 错列布置 ◆ An应取1—1和2—2截面的较小面积计算。高强度螺栓摩擦型连接 ◆验算净截面强度时应考虑截面上每个螺栓所传之力的一部分已经由摩擦力在孔前传走，净截面上所受内力应扣除已传走的力。第13页/共108页验算最外列螺栓处危险截面的强度 ? n—构件一端连接的高强度螺栓数目； n1—所计算截面（最外列螺栓处）上的高强度螺栓数目； —孔前传力系数。第14页/共108页刚度计算（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。 第15页/共108页4.2 轴心受压构件的整体稳定◆ 细长的轴向受压构件，当压力达到一定大小时，会突然发生侧向弯曲（或扭曲），改变原来的受力性质，从而丧失承载力。 ◆ 构件横截面上的应力还远小于材料的极限应力，甚至小于比例极限。这种失效不是强度不足，而是由于受压构件不能保持其原有的直线形状平衡。这种现象称为丧失整体稳定性，或称屈曲。理想轴心受压构件的整体稳定性 理想的轴心受压构件(杆件挺直、荷载无偏心、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：第16页/共108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；第17页/共108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，是某些双轴对称截面可能发生的失稳形式；第18页/共108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。NcrNcrNNNNNcrFFFlNcrNcrNNNNNcr第19页/共108页轴心受压杆件的弹性弯曲屈曲A稳定平衡状态B随遇平衡状态C临界状态Ncryy1y2NcrlM=Ncr?yxNcrNcr第20页/共108页下面推导临界力Ncr 设M作用下引起的变形为y1，剪力作用下引起的变形为y2，总变形y=y1+y2。 由材料力学知：剪力V产生的轴线转角为：第21页/共108页 通常剪切变形的影响较小，可忽略不计，即得欧拉临界力和临界应力： 上述推导过程中，假定E为常量（材料满足虎克定律），所以σcr不应大于材料的比例极限fp，即：中和轴△σNcr,r△σσcr,tlxyNcr,r第22页/共108页切线模量理论假定:A、达到临界力Ncr,t时杆件 挺直;B、杆微弯时,轴心力增加 △N，其产生的平均压 应力与弯曲拉应力相等。 所以应力、应变全截面增加，无