實腹式軸心受壓構(gòu)件.

1、第三節(jié)第三節(jié) 實腹式軸心受壓構(gòu)件實腹式軸心受壓構(gòu)件 一、軸心受壓構(gòu)件的強度一、軸心受壓構(gòu)件的強度二、實腹式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定二、實腹式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定對軸心受壓構(gòu)件，除構(gòu)件很短及有孔洞等削弱時可能發(fā)生強度破壞外，通常由整體穩(wěn)定控制其承載力。軸心受壓構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定常常是突發(fā)性的，容易造成嚴重后果，應(yīng)予以特別重視。構(gòu)件在軸心壓力作用下發(fā)生整體失穩(wěn)，可能有三種屈曲變形形式：1 1 關(guān)于穩(wěn)定問題的概述關(guān)于穩(wěn)定問題的概述(3) 彎扭屈曲彎扭屈曲構(gòu)件在產(chǎn)生彎曲變形的同時伴有扭轉(zhuǎn)變形軸心壓桿可能產(chǎn)生什么樣的屈曲形式，主要取決于構(gòu)件截面的形式和尺寸、構(gòu)件的長度和構(gòu)件支承約束條件等。整體穩(wěn)定要求是構(gòu)

2、件在設(shè)計荷載作用下，不致發(fā)生屈曲而喪失承載力。(2) 扭轉(zhuǎn)屈曲扭轉(zhuǎn)屈曲構(gòu)件繞軸線扭轉(zhuǎn)(1) 彎曲屈曲彎曲屈曲構(gòu)件軸線由直線變?yōu)榍€，這時構(gòu)件的任一截面均繞一個主軸彎曲（1 1）軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力傳統(tǒng)計算方法概述）軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力傳統(tǒng)計算方法概述 歐拉公式歐拉公式基本假定：理想直桿、理想彈塑性體、軸心壓力方向不變、基本假定：理想直桿、理想彈塑性體、軸心壓力方向不變、忽略桿件長度變化、截面保持平面忽略桿件長度變化、截面保持平面a) a) 理想軸心壓桿理想軸心壓桿彈性彈性彎曲屈曲臨界應(yīng)力彎曲屈曲臨界應(yīng)力l/2l/2有初彎曲的軸心壓桿有初彎曲的軸心壓桿22lEINNEcrNE E 歐拉歐拉（

3、EulerEuler）臨界力臨界力 歐拉臨界應(yīng)力歐拉臨界應(yīng)力:222222222222lssE( l/I )EilEAIlEAlEIANEEcr)(桿件長細比，桿件長細比，= =l/ /i；i 截面對應(yīng)于屈曲的回轉(zhuǎn)半徑，截面對應(yīng)于屈曲的回轉(zhuǎn)半徑， i = I/A。歐拉公式適用條件：歐拉公式適用條件：crcr 比例極限比例極限 fp2crp2Efslpp/Efll或長細比或長細比當當 ，壓桿進入，壓桿進入彈塑性彈塑性階段。采用切線模量理論計算。階段。采用切線模量理論計算。pllpcrfs22,lIENttcrEt -切線摸量切線摸量 b) 理想壓桿的理想壓桿的彈塑性彈塑性彎曲屈曲臨界應(yīng)力彎曲屈曲

4、臨界應(yīng)力圖圖 應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線fpcrE E屈曲準則建立屈曲準則建立的臨界應(yīng)力的臨界應(yīng)力: :22,lsttcrEEffffEppyyt)()(ssc) 軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算fAN由截面類型和由截面類型和確定確定, 根據(jù)表根據(jù)表4.3和和4.4分類分類,按附表按附表4.1附表附表4.4查出。查出。235yfl 軸心壓桿臨界應(yīng)力軸心壓桿臨界應(yīng)力crcr確定之后，構(gòu)件的整體穩(wěn)定計確定之后，構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算，其穩(wěn)定計算式應(yīng)為：算，其穩(wěn)定計算式應(yīng)為：ycrcrRyRfNfAfsss（2）強度問題和穩(wěn)定問題的區(qū)別及提高穩(wěn)定承載）強度問題和穩(wěn)定問題的區(qū)別及提

5、高穩(wěn)定承載力的措施力的措施2 2、實際軸心受壓構(gòu)件的受力性能、實際軸心受壓構(gòu)件的受力性能（1 1）截面的殘余應(yīng)力：）截面的殘余應(yīng)力：殘余應(yīng)力是在結(jié)構(gòu)受力前，內(nèi)部已存在的殘余應(yīng)力是在結(jié)構(gòu)受力前，內(nèi)部已存在的自相平衡初應(yīng)力，通常在焊接、軋制、火焰切割、冷彎和變形矯正等過程自相平衡初應(yīng)力，通常在焊接、軋制、火焰切割、冷彎和變形矯正等過程中產(chǎn)生。中產(chǎn)生。幾種典型截面的殘余應(yīng)力分布殘余應(yīng)力在截面內(nèi)自相平衡，對構(gòu)件的靜力強度并無影響。但是殘余應(yīng)力的壓應(yīng)力部分將使軸心壓桿受力時部分截面較早進入塑性狀態(tài)，只有其余彈性區(qū)提供剛度，對構(gòu)件提供有效的作用，使構(gòu)件的剛度和承載力降低。研究表明，此時可按有效截面的慣性矩

6、近似計算構(gòu)件的臨界力，即：NZlNyfyrc=rcyrf=c yfyf=NA( 1_)yfyf=ANyf)1_yf_( 1yf)yf21fy=_A=( 1yf)N yf(_1fy)fyxxyyh1h0ttbcrrct r殘余應(yīng)力(a)(b)(d)(e)(c)c在殘余應(yīng)力存在的條件下，對同一截面不同軸，穩(wěn)定承載力降低程度不同。舉例說明如下：因為khtbhtkbIINNxxexcrxcr22,2,1,)2/()(2)2/()(2IIEIIEEIEIEIlEIlEINNeppecrcr2122221221)()(/)(/)(th htkbkbb bxxy所以333,2,1,12/)(12/)(ktb

7、tkbIINNyyeycrycr（2）初彎曲和初偏心的影響初彎曲和初偏心的影響(1)初彎曲和初偏心的存在使用壓桿穩(wěn)定問題由第一類穩(wěn)定問題變?yōu)榈诙惙€(wěn)定問題，承載力降低(即)。第二類穩(wěn)定問題是指荷載一旦開始作用，構(gòu)件第二類穩(wěn)定問題是指荷載一旦開始作用，構(gòu)件就發(fā)生彎曲，只有彎曲的平衡狀態(tài)存在。就發(fā)生彎曲，只有彎曲的平衡狀態(tài)存在。(2)初彎曲和初偏心對軸心壓桿的影響本質(zhì)上是相同的，都會使構(gòu)件承載力降低。但影響程度是有差別的。3. 3. 設(shè)計規(guī)范對軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力的計算設(shè)計規(guī)范對軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力的計算fAN由截面類型和由截面類型和確定確定, 根據(jù)附根據(jù)附4查得查得235yfl 軸心壓桿臨界

8、應(yīng)力軸心壓桿臨界應(yīng)力crcr確定之后，構(gòu)件的整體穩(wěn)定計確定之后，構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算，其穩(wěn)定計算式應(yīng)為：算，其穩(wěn)定計算式應(yīng)為：ycrcrRyRfNfAfsssy/235fl圖圖4.6 4.6 我國的柱子曲線我國的柱子曲線思考題思考題軸心受壓構(gòu)件整體失穩(wěn)形式有幾種？影響彎曲失穩(wěn)的不利因素有哪些？答答:軸心受壓構(gòu)件整體失穩(wěn)形式可能有三種，即彎曲失穩(wěn)，扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)，彎曲失穩(wěn)。影響彎曲失穩(wěn)的不利因素有初彎曲，初偏心和殘余應(yīng)力等。4 驗算整體穩(wěn)定的步驟驗算整體穩(wěn)定的步驟(1)計算截面幾何特性：；(2)計算長細比；(3)驗算整體穩(wěn)定。圖圖4.8 4.8 軸心受壓構(gòu)件的局部失穩(wěn)軸心受壓構(gòu)件的局部失穩(wěn)三、實腹式軸心

9、受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定三、實腹式軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定1、關(guān)于局部穩(wěn)定問題的概述、關(guān)于局部穩(wěn)定問題的概述軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計除考慮強度、剛度、整體穩(wěn)定外，還要考慮局部穩(wěn)定。（1）局部穩(wěn)定的基本概念）局部穩(wěn)定的基本概念 實腹式組合截面如工字形、箱形和槽形等都由一些板件組成。如果板的平面尺寸很大，且厚度較薄時，就可能在構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定或強度未破壞之前，出現(xiàn)波狀鼓曲或撓曲。因為板件失穩(wěn)發(fā)生在整體構(gòu)件的局部部位，所以稱為軸心受壓構(gòu)件喪失局部穩(wěn)定或所以稱為軸心受壓構(gòu)件喪失局部穩(wěn)定或局部屈曲局部屈曲（如圖4.8）。當截面的某個板件屈曲退出工作后，將使截面的有效承載部分減少，有時還使截面變得不對稱，因而會降低

10、構(gòu)件的承載能力。（2）常見組合構(gòu)件的板件的四邊支承情況）常見組合構(gòu)件的板件的四邊支承情況三邊簡支一邊自由、四邊簡支2、板件失穩(wěn)的臨界應(yīng)力彈性失穩(wěn)222)()1 (12btEkcrs彈塑性失穩(wěn)222)()1 (12btEkcrs（1）對工字形截面的腹板。，屈曲系數(shù)2mbaambkk彈性模量修正系數(shù)，從試驗資料可概括為下面的計算式：（2）對工字形截面翼緣板21425. 0abk3、構(gòu)件局部穩(wěn)定的驗算方法及板件寬厚比限制值、構(gòu)件局部穩(wěn)定的驗算方法及板件寬厚比限制值（1）板件局部穩(wěn)定的驗算方法（2）寬厚比驗算寬厚比限制值的確定原則寬厚比限制值的確定原則（）板件的局部失穩(wěn)的臨界應(yīng)力不低于構(gòu)件整體失穩(wěn)的臨

11、界應(yīng)力（）板件的局部失穩(wěn)的臨界應(yīng)力足夠大寬厚比限制值寬厚比限制值()yftb2351 . 0101l()ywfth2355 . 0250l 工字形、H形截面軸心受壓構(gòu)件yftb235151翼緣腹板 箱形截面軸心受壓構(gòu)件翼緣的自由懸伸部分腹板的寬厚比限值ywfth235400 T形截面軸心受壓構(gòu)件熱軋剖分T形鋼 圓管截面軸心受壓構(gòu)件ywfthtb235)2 . 015(01l或焊接T形鋼ywfthtb235)17. 013(01l或yftD235100（3）寬大截面腹板局部穩(wěn)定的處理方法增加腹板厚度設(shè)置縱向加勁肋任其腹板局部失穩(wěn)需要指出需要指出：對于軋制型鋼構(gòu)件，由于翼緣、腹板較厚。且相連出倒圓

12、角，一般都能滿足局部穩(wěn)定要求，無需進行局部穩(wěn)定驗算如何保證實腹式軸心受壓柱的局部穩(wěn)定？如何保證實腹式軸心受壓柱的局部穩(wěn)定？答：一般鋼結(jié)構(gòu)（薄壁型鋼結(jié)構(gòu)除外）軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定，通常是采用限制板件寬厚比的方法來保證，即限制板件寬度與厚度之比不要過大，否則板件臨界應(yīng)力 很低，會過早發(fā)生局部屈曲。 思考題思考題四、軸心受壓構(gòu)件的剛度四、軸心受壓構(gòu)件的剛度0llil五、實腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計五、實腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計1、設(shè)計原則、設(shè)計原則肢寬壁薄肢寬壁薄：在滿足板件寬厚比限值的條件下使截面面積分布盡量遠離形心軸，以增大截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，提高構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載能力和剛度，達到用料合

13、理。等穩(wěn)定性等穩(wěn)定性：使構(gòu)件在兩個主軸方向的穩(wěn)定系數(shù)接近，兩個主軸方向的穩(wěn)定承載力基本相同，以充分發(fā)揮截面的承載能力。一般情況下，取兩個主軸方向的長細比接近相等，即來保證等穩(wěn)定性。制造省工，構(gòu)造簡便制造省工，構(gòu)造簡便：宜盡量選用熱軋型鋼和自動焊接截面，同時還要考慮與其它構(gòu)件連接方便。l假定長細比查表求穩(wěn)定系數(shù)fNAreq計算所需截面面積llyreqyxreqxlili0,0,選擇型鋼號過并合理為止設(shè)計，直到各項驗算通通過過或不合理，需調(diào)及剛剛度驗算。若驗算度、整體穩(wěn)、式（4.4）進式（3）、式（4.10（4.2）和式（4.最后按式（4.1）或2、選擇截面尺寸、選擇截面尺寸（1）型鋼截面。）型鋼截面。設(shè)計步驟如下：（2）組合截面）組合截面。設(shè)計步