轴心受力构件.ppt
《轴心受力构件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《轴心受力构件.ppt(78页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件4.1 轴心受力构件特点及截面形式一轴心受力构件的特点轴心受拉 轴心受压桁架拉杆、网架、塔架(二力杆)、工作平台柱、各种结构柱。轴心受力构件应满足两个极限状态:第一极限状态包括强度、稳定。第二极限状态包括刚度 4.1 轴心受力构件特点及截面形式第四章 轴心受力构件二轴心受力构件的 截面形式实腹式构件:热轧型钢截面实腹式组合截面 格构式构件 4.1 轴心受力构件特点及截面形式第四章 轴心受力构件 除有孔洞削弱的杆件外,轴压构件主要由稳定控制,因此应尽量使截面开展,增大。4.1 轴心受力构件特点及截面形式第四章 轴心受力构件4.2 轴心受力构件的强度和刚度N轴
2、心压力或拉力;An净截面面积;f 钢材的抗拉强度设计值。对于磨擦型高强螺栓存在孔前传力,因此应单独考虑其截面内力。假定:每个螺栓所压的面积相等,由于磨擦型螺栓是靠摩擦传力的,在最薄弱的截面处,孔前传走一半荷载。一、强度第四章 轴心受力构件因此,该截面上的受力为:n1第一排螺栓数;n一侧螺栓总数。4.2 轴心受力构件的强度和刚度第四章 轴心受力构件同时还应验算构件无削弱处的强度:An构件的净截面(无削弱处)并且应验算高强螺栓的强度。则 4.2 轴心受力构件的强度和刚度第四章 轴心受力构件长细比l0计算长度,回转半径 由于截面及支承条件不同,分x,y 二、刚度 4.2 轴心受力构件的强度和刚度第四
3、章 轴心受力构件压杆:=150、200拉杆:动荷:=250 静荷载或间接动荷:=200400 张紧的园杆:不限要保证运输和使用过程中不要由于自重产生过大变形及过大的振动。4.2 轴心受力构件的强度和刚度第四章 轴心受力构件4.3 轴心压杆的整体稳定稳定分整体稳定和局部稳定第四章 轴心受力构件 轴心受力构件受外力作用后当截面上的平均应力还远低于钢材的屈服点时,一些微扰动即促使构件产生根大的弯曲变形、或扭转变形或又弯又翅而丧失承载能力,这现象就称为丧失整体稳定性,或称屈曲。钢结构构件的截面大都轻而薄,而其长度则又往往校长,因而轴心压杆的破坏常是由失去整体稳定性所控制。4.3 轴心压杆的整体稳定第四
4、章 轴心受力构件稳定分为两种第一类稳定第一类稳定由直杆平衡转为微微弯曲的平衡,变形(挠度)从无到有平衡分枝现象。(平衡分岔失稳)第二类稳定第二类稳定由于初始缺陷,压杆一开始便为偏心受力(压弯杆件),因此无平衡分枝现象,变形从小到大,直到失稳破坏为止。(极值点失稳)4.3.1 理想轴心压杆的临界力 临界力:屈曲时的最大压力。理想压杆:等截面形心在一条直线上(没有初弯曲)、荷载绝对作用在截面形心(没有初偏心)、没有初始应力(残余应力)。4.3 轴心压杆的整体稳定第四章 轴心受力构件弯曲屈曲弯曲屈曲对称平面内失稳扭转扭转屈曲屈曲十字截面弯扭弯扭屈曲屈曲非对称平面内失稳轴心受力构件由于截面形式不同,可
5、能有三种不同的屈曲形式而丧失稳定。4.3 轴心压杆的整体稳定4.3.1 理想轴心压杆的临界力第四章 轴心受力构件4.3.1 理想轴心压杆的临界力4.3 轴心压杆的整体稳定第四章 轴心受力构件一弯曲屈曲基本假定:理想直杆。轴心受力,保向力(作用力方向不变)。屈曲时变形很小,忽略杆长变化。屈曲时截面保持平面,屈曲轴线为正弦半波。4.3.1 理想轴心压杆的临界力4.3 轴心压杆的整体稳定第四章 轴心受力构件1弹性屈曲不考虑剪切变形时两端铰接构件考虑剪切变形时 轴心受压构件发生弯曲时,截面中将引起弯矩M和剪力V,设任一点由弯矩产生变形为y1,由剪力产生变形为y2,则总变形为y=y1+y2。为与截面形状
6、有关的系数。代入边界条件x0和xl时,y=0,满足上式的最小k值通常对于实腹式截面,1很小,故可以忽略不计,则式变为:当 时,上式成立。0.5 0.7 1.0 1.0 2.0 2.0 计算长度 l0=l 4.3 轴心压杆的整体稳定4.3.1 理想轴心压杆的临界力第四章 轴心受力构件2弹塑性屈曲Et切线模量弹塑性界限长细比:切线模量理论双模量理论Er折算模量 由于支承条件及截面形式不同、绕不同轴的杆件屈曲临界力是不同的,即 ,不经济,因此应使它们相近,实际上,若达到xy,就基本上达到了等稳定。3等稳定的概念 4.3 轴心压杆的整体稳定4.3.1 理想轴心压杆的临界力第四章 轴心受力构件二扭转弹性
7、屈曲十字型截面会产生扭转屈曲。ED纤维发生的倾角为i0截面对剪心的极回转半径。E点处的微压力在微截面上的横向剪力横向剪力对剪切中心取矩,则全截面的扭矩lw扭转屈曲的计算长度,对两端铰接端部截面可自由翘曲或两端嵌固端部截面翘曲完全受到约束的构件,lw loy。其中:截面扭转常数 翼缘板的惯性矩 扇形惯性矩(弯曲扭转常数)扭转屈曲的换算长细比代入边界条件z=0时,=0(杆端夹支),=0(杆端自由翘曲),满足上式的最小值:对常用的十字形双轴对称截面构件,项影响甚小,通常可忽略不计,则 故只要xy z,就不会由扭转屈曲控制设计。钢结构设计规范规定双轴对称十字形截面杆件,x或y的取值不得小于5.07b/
8、t。三弯扭弹性屈曲 单轴对称截面,绕对称轴弯曲,在非对称轴平面弯曲。横截面产生剪力(作用于形心)与内剪力流的合力(作用于剪心)不重合,必然伴随着扭转,这种现象称为弯扭屈曲。a0截面剪切中心至形心的距离。代入微分方程得令 通常Nyz恒比Ny和Nw小,因此a0/i0越大,Nyz越小,但可能大于 ,因此对称截面的承载力决定于 和Nyz中的较小者。如a0=0,则N=NEy 或N=Nz,不会产生弯扭屈曲。由上可解得,弯扭临界力Nyz4.3.2 初始缺陷对轴心压杆的整体稳定承载力影响 前面介绍的是理想压杆的临界力,实际构件与理想状态有很大的差别,构件总有初弯曲、初偏心、残余应力存在。理想的轴心压杆是不存在
9、的。其中初弯曲、初偏心及残余应力的影响为不利影响,而边界条件的影响往往是有利的(悬臂杆除外)。严格地讲,杆轴不可能直,在加工、制造、运输和安装的过程中,不可避免地要形成不同形式、不同程度的初始弯曲。4.3 轴心压杆的整体稳定第四章 轴心受力构件一杆轴初弯曲及其影响1压力一开始就产生挠曲,并随荷载增大而增大。2初挠度越大,则变形大,承载力小。3无论多么小,N永远小于NE。二荷载初偏心的影响 由于制造、安装误差的存在,压杆也一定存在不同程度的初偏心。由变形曲线可以看出,初偏心对压杆的影响与初弯曲的十分相似。并且:1压力一开始就产生挠曲,并随荷载增大而增大。2初偏心越大,则变形大,承载力小。3无论e
10、0多么小,Ncr永远小于NE。4.3.2 初始缺陷对轴心压杆的整体稳定承载力影响4.3 轴心压杆的整体稳定第四章 轴心受力构件二荷载初偏心的影响 由于制造、安装误差的存在,压杆也一定存在不同程度的初偏心。由变形曲线可以看出,初偏心对压杆的影响与初弯曲的十分相似。并且:1压力一开始就产生挠曲,并随荷载增大而增大。2初偏心越大,则变形大,承载力小。3无论e0多么小,Ncr永远小于NE。三残余应力的影响三残余应力的影响 为了说明问题,举例说明残余应力对稳定承载力的影响。假定残余应力布如图,忽略腹板。4.3 轴心压杆的整体稳定4.3.2 初始缺陷对轴心压杆的整体稳定承载力影响第四章 轴心受力构件绕yy
11、轴失稳:绕x x轴:同理,对于另一种残余应力分布情况 对yy轴:对xx轴:由上可见,残余应力的存在,都不同程度地影响了轴心压杆的稳定承载力,不同的残余应力分布,对承载力影响程度不同,既使同一应力分布,对不同的轴影响也不同。4.3 轴心压杆的整体稳定4.3.2 初始缺陷对轴心压杆的整体稳定承载力影响第四章 轴心受力构件4.3.3 实际轴心压杆的整体稳定承载力 实际压杆有初弯曲、初偏心、残余应力,为第二类稳定极值稳定,当截面部分进入塑性后EI为变量,同时,由于挠度还沿杆长变化,各截面弯矩不同,屈服区面积不同,很难用解析法得到临界力,常用数值积分法,如逆算单元长度法等。现行规范(GBT5001720
12、03)对轴心压杆承载力的计算时 1考虑l/1000的初弯曲(初挠度)。2不考虑偏心作用。3考虑不同截面形式的不同残余应力分布。通常将轴心压杆处理为具有初始缺陷的轴心受力构件小偏心压杆。进行了大量有限元计算,共作出96条曲线,最后将其归纳成四类:4.3 轴心压杆的整体稳定第四章 轴心受力构件第四章 轴心受力构件 对于具有截面削弱的构件,在满足 之后,还需验算 当 时,稳定系数的计算公式为:当 时,4.3.4 轴心压杆的整体稳定计算轴心压杆的设计公式是:其中,cr是采用第二类稳定的计算方法算出的具有初弯曲及不同残余应力分布条件下的稳定临界力。A毛截面。4.3 轴心压杆的整体稳定第四章 轴心受力构件
13、 截面类别123a类0.410.9860.152b类0.650.9650.300c类n 1.050.730.9060.595n 1.051.2160.302d类 n 1.051.350.8680.915 n 1.051.3750.4324.3 轴心压杆的整体稳定4.3.4 轴心压杆的整体稳定计算第四章 轴心受力构件(1)截面为双轴对称或极对称的构件 xlox/ix y=loy/iy式中:lox,loy构件对主轴x和y的计算长度;ix,iy 构件截面对主轴x和y的回转半径。对双轴对称十字形截面构件 x或y取值不得小于5.07b/t(其中b/t为悬伸板件宽厚比)。以避免扭转屈曲产生。4.3.4 轴
14、心压杆的整体稳定计算4.3 轴心压杆的整体稳定第四章 轴心受力构件e0截面形心至剪心的距离;i0截面对剪心的极回转半径;y构件对称轴的长细比;z扭转屈曲的换算长细比;It毛截面抗扭惯性矩;A毛截面面积;It毛截面扇形惯性矩;对T形截面(轧制、对板焊接、双角钢组合)、十字形截面和角形截面可近似取Iw=0;lw扭转屈曲的计算长度,对两端铰接端部截面可自由翘曲或两端嵌固端部截面的翘曲完全受到约束的构件,lw loy。(2)截面为单轴对称的构件 对称单轴对称截面,由于截面形心与剪心不重合,绕对称轴(设为y轴时)失稳时,一般为弯扭屈曲,因此应取考虑扭转效应,用换算长细比代替长细比。4.3 轴心压杆的整体
15、稳定4.3.4 轴心压杆的整体稳定计算第四章 轴心受力构件u对于单角钢截面和双角钢组合的T形截面,规范中还给出了yz的简化算法。见教材u无任何对称轴且不是极对称的截面(单面连接的不等肢角钢除外)不宜用作轴心压杆。对单面连接的单角钢轴心受压构件,考虑折减系数后,不再考虑弯扭效应;u当槽形截面用于格构式构件的分肢,计算分肢绕对称轴(y轴)的稳定时,不必考虑扭转效应 4.3 轴心压杆的整体稳定4.3.4 轴心压杆的整体稳定计算第四章 轴心受力构件4.4 实腹式轴心受压构件的局部稳定一薄板稳定的基本概念和理论 各种组合截面如工字形、箱形等截面,其薄板的厚度与其它两个方向的尺寸相比很小,当受压力作用时,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 轴心 构件
限制150内