第6章轴心受力构件.ppt
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1、1,2 轴心受力构件破坏方式及计算内容,第6章 轴心受力构件,第一节 概 述,(1)拉杆,构件毛截面屈服 净截面拉断,强度破坏 表现为,1 轴心受力构件的应用,分为拉杆和压杆 应用较为广泛,2,第6章 轴心受力构件,第一节 概 述,(2)压杆 可能的破坏方式,构件整体失稳(屈曲)板件局部失稳(屈曲)净截面强度破坏,3,第6章 轴心受力构件,第一节 概 述,构件整体失稳(屈曲)弯曲屈曲 扭转屈曲 弯扭屈曲,板件局部失稳(屈曲),4,5,6,7,8,第6章 轴心受力构件,第一节 概 述,(3)承载能力极限状态计算内容,拉杆 截面的强度,压杆 构件的整体稳定性 板件的局部稳定性 截面的强度,9,第6
2、章 轴心受力构件,第一节 概 述,(4)正常使用极限状态计算内容,刚度条件,限制轴心受力构件的长细比,10,第6章 轴心受力构件,第一节 概 述,形状简单 截面宜有对称轴 便于连接 相同截面积下具有较大的惯性矩 薄壁截面 两个主轴方向等刚度,3 截面形式的要求,11,第6章 轴心受力构件,第二节 轴心受拉构件的受力性能和计算,截面上拉应力均匀分布,1 假定,2 拉杆的计算内容,强度 刚度,(1)强度计算 可能的破坏模式 净截面1-1拉断 毛截面2-2屈服,12,第6章 轴心受力构件,第二节 轴心受拉构件的受力性能和计算,强度验算 净截面,毛截面,13,第6章 轴心受力构件,第二节 轴心受拉构件
3、的受力性能和计算,规范的简化计算 以净截面屈服作为拉杆承载力极限状态,14,第6章 轴心受力构件,第二节 轴心受拉构件的受力性能和计算,单角钢拉杆,双向偏心受拉,按轴心受拉计算时,强度设计值乘以0.85,15,第6章 轴心受力构件,第二节 轴心受拉构件的受力性能和计算,2 拉杆的计算内容,强度 刚度,(2)刚度计算 刚度条件,拉杆要求弯曲刚度的原因 避免自重下的挠曲 避免动载作用下振动过大 防止制造、运输和安装过程中偶然碰撞引起杆件弯曲变形,16,第6章 轴心受力构件,第二节 轴心受拉构件的受力性能和计算,3 拉杆截面设计,(1)选定构件截面型式和钢材牌号(2)估算需要的截面面积 净截面面积,
4、17,第6章 轴心受力构件,第二节 轴心受拉构件的受力性能和计算,(3)需要的截面回转半径,(4)选定截面尺寸,验算截面的强度和刚度,18,第6章 轴心受力构件,第三节 轴心受压构件的受力性能,1 可能的破坏模式,(1)截面强度破坏 短而粗的受压构件 截面削弱较大的受压构件,稳定平衡 中性平衡 不稳定平衡,(2)构件整体失稳(屈曲)长而细的受压构件,当截面的平均压应力达到低于屈服点的某一应力时,微小的扰动将使构件产生很大的弯曲变形、或扭转变形、或又弯又扭的变形,即初始位置的平稳失去了稳定性,或称屈曲,(3)板件局部失稳(屈曲)失稳现象发生在组成构件的板件,19,第6章 轴心受力构件,第三节 轴
5、心受压构件的受力性能,2 承载力极限状态的计算内容,(1)截面强度破坏,(2)构件整体失稳(屈曲),(3)板件局部失稳(屈曲)限制受压板件的宽厚比,20,第6章 轴心受力构件,第三节 轴心受压构件的受力性能,3 稳定问题的一些概念,(1)应力刚化效应 拉力提高构件的弯曲刚度 压力降低(2)只要构件的截面中存在受压区域,就可能存在稳定问题(3)强度问题是应力问题,针对的是构件最薄弱的截面,加大截面积即可提高构件的强度,计算以净截面为准(4)稳定问题是刚度(变形)问题,针对的是构件整体,减小变形(提高刚度)的措施都可以提高构件的稳定性,计算以毛截面为准,21,第6章 轴心受力构件,第三节 轴心受压
6、构件的受力性能,(5)可以说某截面强度不够,而不能说某截面稳定性不够,应说成某构件稳定性不够(6)提高构件稳定性的措施 选用薄壁截面、增设中间支撑、增加支座对构件的约束程度(7)稳定分析是二阶分析(8)稳定计算中不能应用叠加原理,22,第6章 轴心受力构件,第四节 理想轴心受压构件的整体稳定性,1 理想(完善)轴心受压构件,(1)假定 杆件无初弯曲 压力无初偏心 截面无残余应力,23,第6章 轴心受力构件,第四节 理想轴心受压构件的整体稳定性,(2)工作性能 在压力作用下,构件保持直线状态,处于稳定的平衡状态,当压力达到一定大小后,沿杆件横向作用一微小的挠动,杆件将在弯曲状态保持稳定的平衡分叉
7、屈曲,(3)分为弹性屈曲和非弹性屈曲 按屈曲时的临界应力是否低于钢材的比例极限fp,24,第6章 轴心受力构件,第四节 理想轴心受压构件的整体稳定性,2 理想(完善)轴心受压构件的弹性弯曲屈曲,(1)欧拉临界荷载,(2)欧拉临界应力,25,第6章 轴心受力构件,第四节 理想轴心受压构件的整体稳定性,(3)适用范围 弹性状态,26,第6章 轴心受力构件,第四节 理想轴心受压构件的整体稳定性,3 理想轴心压杆的非弹性弯曲屈曲,(1)适用范围,(2)切线模量理论 用相应于 的切线模量代替欧拉公式中的弹性模量,27,第6章 轴心受力构件,第四节 理想轴心受压构件的整体稳定性,(3)切线模量临界荷载,(
8、4)切线模量临界应力,28,第6章 轴心受力构件,第四节 理想轴心受压构件的整体稳定性,4 理想轴心压杆的柱子曲线,对于Q235钢,29,第6章 轴心受力构件,第五节 初弯曲和初偏心对轴心受压构件弹性稳定的影响,1 初弯曲和初偏心杆件的工作性能,随着压力增大,压杆的侧向位移不断增加,2 初弯曲的影响,(1)压力N作用下,构件中点最大挠度,30,第6章 轴心受力构件,第五节 初弯曲和初偏心对轴心受压构件弹性稳定的影响,(2)荷载挠度曲线 材料无限弹性时 以1处的水平线为渐近线 轴力作用下,弯曲刚度退化 考虑塑性 有极值 极限荷载 Nu 初弯曲降低了轴压构件的稳定临界应力,31,第6章 轴心受力构
9、件,第五节 初弯曲和初偏心对轴心受压构件弹性稳定的影响,3 荷载初偏心的影响,(1)与初弯曲的影响相似 其影响不及初弯曲大(2)通常只考虑初弯曲,32,第6章 轴心受力构件,第六节 残余应力对受压构件稳定的影响,1 残余应力的产生及在构件截面上的分布,(1)主要原因:钢材热轧后不均匀冷却、焊接后不均匀冷却(2)残余应力特点:与荷载无关,在构件截面上的分布满足自平衡条件,(3)残余应力分布示意图,33,第6章 轴心受力构件,第六节 残余应力对受压构件稳定的影响,2 残余应力对短柱平均应力应变曲线的影响,(1)截面上实际应力分布(2)残余应力的存在降低了构件的有效比例极限,使构件提前进入弹塑性工作
10、,34,第6章 轴心受力构件,第六节 残余应力对受压构件稳定的影响,3 残余应力对轴心压杆整体稳定的影响,(1)平均压应力小于有效比列极限时,构件处于弹性工作阶段,屈曲时的临界应力与无残余应力一样,不考虑初始几何缺陷时,等于欧拉应力,35,第6章 轴心受力构件,第六节 残余应力对受压构件稳定的影响,(2)平均压应力大于有效比列极限时,构件处于弹塑性工作阶段,截面的抗弯刚度来自于弹性区,临界力和临界应力,36,第6章 轴心受力构件,第六节 残余应力对受压构件稳定的影响,例题 图示理想工字形截面构件在弹塑性工作阶段的临界应力折减系数,37,第6章 轴心受力构件,第六节 残余应力对受压构件稳定的影响
11、,38,第6章 轴心受力构件,第六节 残余应力对受压构件稳定的影响,39,第6章 轴心受力构件,第六节 残余应力对受压构件稳定的影响,(3)结 论 残余应力使构件提前进入弹塑性阶段,稳定临界力降低 相同情况下,绕强轴和弱轴弯曲屈曲的临界应力折减系数截然不同 正负残余应力所在部位对构件的稳定承载力影响较大,塑性区离主轴越远,绕该主轴弯曲屈曲的临界应力降低越多,残余应力的峰值大小和分布,弯曲屈曲方向对稳定临界应力有较大影响,40,第6章 轴心受力构件,第七节 规范中实腹式轴压构件弯曲屈曲时整体稳定计算,(1)带初始缺陷的实际压杆的荷载位移曲线和极限荷载 初弯曲、初偏心 残余应力,41,第6章 轴心
12、受力构件,第七节 规范中实腹式轴压构件弯曲屈曲时整体稳定计算,(2)规范对于整体稳定计算的处理 以极限荷载 Nu 作为整体稳定的计算依据 l/1000 初弯曲 残余应力,稳定系数,规范提供了稳定系数 的表格和公式,与哪些因素有关?,42,第6章 轴心受力构件,第七节 规范中实腹式轴压构件弯曲屈曲时整体稳定计算,稳定系数(等价于稳定临界应力)与下列因素有关:长细比,理想轴心压杆,初弯曲的影响,初弯曲降低了轴压构件的稳定临界应力,43,B)正负残余应力所在部位对构件的稳定承载力影响较大,第6章 轴心受力构件,第七节 规范中实腹式轴压构件弯曲屈曲时整体稳定计算,残余应力的峰值大小和分布,弯曲屈曲的方
13、向,A)峰值越大,构件越早进入弹塑性阶段,稳定临界力降低,C)绕强轴和弱轴弯曲屈曲的临界应力折减系数截然不同,44,第6章 轴心受力构件,第七节 规范中实腹式轴压构件弯曲屈曲时整体稳定计算,根据截面残余应力的峰值大小和分布,弯曲屈曲的方向,将截面分为a、b、c三类,相应地得到a、b、c三条柱子曲线,45,第6章 轴心受力构件,第七节 规范中实腹式轴压构件弯曲屈曲时整体稳定计算,a类截面临界应力最高,残余应力对临界应力起有利作用或影响很小,只包括两种截面:绕强(x)轴屈曲时的热轧工字钢和热轧中翼缘、窄翼缘H型钢 热轧无缝钢管,46,第6章 轴心受力构件,第七节 规范中实腹式轴压构件弯曲屈曲时整体
14、稳定计算,c类截面临界应力最低,残余应力分布对弯曲稳定非常不利,仅3种截面,47,第6章 轴心受力构件,第七节 规范中实腹式轴压构件弯曲屈曲时整体稳定计算,其余截面形式残余应力有一定的不利影响,都属于b类,对于厚板结构(),增加了一条 d 曲线和专门的截面分类,48,第6章 轴心受力构件,第七节 规范中实腹式轴压构件弯曲屈曲时整体稳定计算,轴压构件整体稳定计算步骤:由附表1.12查得截面分类 根据长细比,由相应的柱子曲线(附表1.191.22),查得稳定系数 代入稳定公式进行验算,49,第6章 轴心受力构件,第七节 实腹式轴压构件弯曲屈曲时整体稳定计算,例题:某桁架上弦杆,截面为,节点板厚12
15、mm,承受轴压设计值N=1150kN,钢材为Q235,计算长度。试验算此压杆弯曲失稳时的整体稳定性。解:1 查截面几何特性,2 计算长细比,50,第6章 轴心受力构件,第七节 实腹式轴压构件弯曲屈曲时整体稳定计算,3 整体稳定验算,按 查b类截面,可得,满足,51,第6章 轴心受力构件,第八节 实腹式轴压构件弯扭屈曲时整体稳定计算,(1)发生弯扭屈曲的条件 截面形式:单轴对称截面 失稳方向:绕对称轴失稳。绕非对称轴失稳必然是弯曲失稳 原因:形心和剪心不重合,弯曲时截面绕剪心转动,52,第6章 轴心受力构件,第八节 实腹式轴压构件弯扭屈曲时整体稳定计算,(2)单角钢截面、双角钢组合截面弯扭屈曲的
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- 轴心 构件
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