结构力学的柱的稳定与失稳解析结构力学是研究物体在外力作用下的力学性能和行为的学科。柱是
一种常见的结构元件，广泛应用于建筑、航空航天、机械等领域。在
设计和分析柱结构时，了解柱的稳定性和失稳行为是非常重要的。本
文将从理论和实践的角度探讨柱的稳定与失稳解析。
一、柱的稳定概念及分类
柱的稳定是指柱在外力作用下，不发生不稳定现象或局部破坏，能
够保持原有形状和极限强度的能力。柱的稳定分为完全稳定和部分稳
定两类。
完全稳定的柱是指柱在外力作用下，不发生任何形状的变化和扭曲，保持初始长度和几何形状。在完全稳定的情况下，柱仅受压应力作用，应力沿柱轴线均匀分布。此时柱的稳定性完全由初始几何形状和材料
强度决定。
部分稳定的柱是指柱在外力作用下，产生轻微的形状变化和扭曲，
但不引起整体破坏。部分稳定柱的稳定性除与初始几何形状和材料强
度有关外，还与柱的几何缺陷、加载条件、荷载形式等因素紧密相关。
二、柱稳定分析方法
1. 线性理论方法
线性理论方法是基于线弹性假设，将柱结构看作刚度恒定且线弹性的杆件进行分析。利用线性理论方法可以得出柱的临界加载和稳定失效情况。常用的线性理论方法有欧拉公式、约束能量法等。
欧拉公式是应用最广泛的线性理论方法之一，它给出了柱临界加载条件与几何形状之间的关系。欧拉公式表达式为Pcr = π²EI / L²，其中Pcr为临界加载，E为柱材料的弹性模量，I为柱截面的惯性矩，L为柱的长度。
2. 非线性理论方法
线性理论方法只适用于理想情况下的柱稳定分析，而实际工程中柱的稳定行为常常是非线性的。非线性理论方法包括弹塑性理论、屈曲分析等，可以更准确地描述柱的稳定性和失稳现象。
弹塑性理论是将材料的线弹性和塑性变形特性结合，提供了更真实的柱稳定分析方法。在弹塑性理论中，考虑了材料的屈服强度、应力应变曲线等因素，可以更贴近实际工程中柱的稳定行为。
屈曲分析是一种基于数值方法的非线性稳定性分析技术。通过应用有限元方法和数值分析技术，可以对柱的稳定性进行详细的分析和计算。屈曲分析可以考虑不同工况和荷载情况下的柱的稳定性，对工程设计和优化提供了重要的参考依据。
三、柱失稳行为与应对措施
失稳是指柱在外力的作用下，出现形状变化和破坏现象。柱的失稳行为通常包括屈曲、侧扭、屈曲扭转等。
屈曲是柱的典型失稳行为，指柱在压缩荷载作用下产生的形状变化。柱发生屈曲时，由稳定状态转变为不稳定状态，柱的承载能力会显著
下降。为了防止柱的屈曲失稳，可以采取增加柱截面尺寸、增加柱材
料强度、增加柱支撑刚度等措施。
侧扭是柱的另一种常见失稳行为，指柱在承受扭矩或偏心荷载作用
下产生的形状扭曲。侧扭会导致柱的强度和稳定性下降，甚至引起柱
的局部破坏。为了减少柱的侧扭失稳，可以增加柱的扭转刚度、采用
合适的柱形状、进行扭转刚度的校核等措施。
屈曲扭转是柱在受到同时作用的压缩力和扭矩时出现的一种综合失
稳行为。屈曲扭转会导致柱的整体形状和扭转角度的变化，柱的承载
能力和稳定性明显降低。为了避免柱的屈曲扭转失稳，可以进行屈曲
扭转的耦合分析，采取适当的加强措施和设计优化。
结论
柱的稳定与失稳解析是结构力学中的重要课题。通过对柱的稳定性
和失稳现象的分析，可以指导工程设计和优化，提高工程结构的安全
性和可靠性。合理的柱结构设计和稳定性控制是实现结构力学学科发
展与工程实践的关键。
结构力学的柱的稳定与失稳解析结构力学是研究物体在外力作用下的力学性能和行为的学科。柱是 一种常见的结构元件，广泛应用于建筑、航空航天、机械等领域。在 设计和分析柱结构时，了解柱的稳定性和失稳行为是非常重要的。本 文将从理论和实践的角度探讨柱的稳定与失稳解析。 一、柱的稳定概念及分类 柱的稳定是指柱在外力作用下，不发生不稳定现象或局部破坏，能 够保持原有形状和极限强度的能力。柱的稳定分为完全稳定和部分稳 定两类。 完全稳定的柱是指柱在外力作用下，不发生任何形状的变化和扭曲，保持初始长度和几何形状。在完全稳定的情况下，柱仅受压应力作用，应力沿柱轴线均匀分布。此时柱的稳定性完全由初始几何形状和材料 强度决定。 部分稳定的柱是指柱在外力作用下，产生轻微的形状变化和扭曲， 但不引起整体破坏。部分稳定柱的稳定性除与初始几何形状和材料强 度有关外，还与柱的几何缺陷、加载条件、荷载形式等因素紧密相关。 二、柱稳定分析方法 1. 线性理论方法
线性理论方法是基于线弹性假设，将柱结构看作刚度恒定且线弹性的杆件进行分析。利用线性理论方法可以得出柱的临界加载和稳定失效情况。常用的线性理论方法有欧拉公式、约束能量法等。 欧拉公式是应用最广泛的线性理论方法之一，它给出了柱临界加载条件与几何形状之间的关系。欧拉公式表达式为Pcr = π²EI / L²，其中Pcr为临界加载，E为柱材料的弹性模量，I为柱截面的惯性矩，L为柱的长度。 2. 非线性理论方法 线性理论方法只适用于理想情况下的柱稳定分析，而实际工程中柱的稳定行为常常是非线性的。非线性理论方法包括弹塑性理论、屈曲分析等，可以更准确地描述柱的稳定性和失稳现象。 弹塑性理论是将材料的线弹性和塑性变形特性结合，提供了更真实的柱稳定分析方法。在弹塑性理论中，考虑了材料的屈服强度、应力应变曲线等因素，可以更贴近实际工程中柱的稳定行为。 屈曲分析是一种基于数值方法的非线性稳定性分析技术。通过应用有限元方法和数值分析技术，可以对柱的稳定性进行详细的分析和计算。屈曲分析可以考虑不同工况和荷载情况下的柱的稳定性，对工程设计和优化提供了重要的参考依据。 三、柱失稳行为与应对措施 失稳是指柱在外力的作用下，出现形状变化和破坏现象。柱的失稳行为通常包括屈曲、侧扭、屈曲扭转等。
结构稳定结构力学 2.简单结构稳定分析由于实际结构刚度都很大，变形和杆件尺寸相比 十分微小，因此作受力分析列平衡方程时都忽略变形影响。因此线弹性材 料力-位移成正比，叠加原理适用。在作稳定分析时，必须考虑变形的影响，这时叠加原理不再适用。 1)稳定问题分析基本方法一：静力法通过考虑失稳状态下的平衡关系，利用两类稳定问题的特征，确定临界荷载的方法——静力法。 2-1)分支点稳定静力法 2-1-1)分析步骤设定约束所允许的可能失稳状态建立平衡方程用分支 点稳定的平衡两重性(可在两状态平衡)建立特征方程，也称稳定方程求特 征方程的非零解，从而得到临界荷载。 2-1-2)例一试用静力法分析图示结构，求临界荷载。 Bhin由MA0得6EI6EIFP稳定方程hin0FPahina6EIFPcrah 小挠度Bh由MA0得 6EIFPh0稳定方程aFPcr6EIah 非零解为 小 结 按静力法，线性与非线性理论所得分支点临界荷载完全相同，但线性 理论分析过程简单。非线性理论结果表明，达临界荷载后，要使角增大), 必须施加更大的AB杆继续偏转(荷载(FP增加)。而线性理论结果表明，
不管转角多大，荷载均保持为临界荷载值，也即随遇平衡，前者与实验吻合，后者实际是一种虚假的现象。 例二完善体系如图所示，试按线性理论求临界荷载FPcr。已知： k1=k,k2=3k。 设体系发生如下的变形 取B’C’为隔离体，由MB’=0,得或 FP(y2y1)k1y1l0(k1lFP)y1FPy20(1)(2k1lFP)y1k2ly20(2) 再由整体平衡MA=0,得 因为y1、y2不能全部为零，因此 k1lFPFP0稳定方程2k1lFPk2l (3) 将k1、k2代入(3)式，展开后得 F5klFP3(kl)02P2 由上式可求得： FP10.697klFP24.303kl因此FPcr0.697kl 代回式(1)或(2)的失稳形态为 2-1-3)材料力学中不同支承中心受压杆的FPcr为 2EIl2 2EI4l2 4EIl22
P 第十四章 结构的稳定计算 14.1 两类稳定问题概述 一、结构设计应满足三方面的要求 1、强度 2、刚度 3、稳定性。 二、基本概念 1、失稳：当荷载达到某一数值时，体系由稳定平衡状态转变为不稳定状态，而丧失原始平衡状态的稳定性，简称“失稳”。 工程中由于结构失稳而导致的事故时有发生，如加拿大魁北克大桥、美国华盛顿剧院的倒塌事故，1983年北京某科研楼兴建中的脚手架的整体失稳等，都是工程结构失稳的典型例子。 2、临界状态：由稳定平衡状态过度到不稳定状态的中间状态 （中性平衡状态）。 3、临界荷载：临界状态时相应的荷载。 三、结构失稳的两种基本形式 1、第一类失稳（分支点失稳）：结构变形产生了性质上的突变，带有突然性。 2、第二类失稳（极值点失稳）：虽不出现新的变形形式，但结构原来的变形将增大或 材料的应力超过其许可值，结构不能正常工作。 c r c r
14.2 确定临界荷载的静力法和能量法 一、静力法 1、临界状态的静力特征 （1）体系失稳前在弹性阶段工作 a 、应力、应变成线性关系。 b 、挠曲线近似微分方程成立。 （2）静力特征 临界荷载具有“平衡状态的二重性”，因为它是由稳定平衡状态过渡到不稳定状态的极限状态。 2、定义：假定体系处于微弯失稳的临界状态，列出相应的平衡微分方程，进而求解临界荷载的方法。 3、步骤： （1）建立坐标系、取隔离体、绘受力图。 （2）列静力平衡方程。 （3）将挠曲线方程代入平衡方程后，利用边界条件求稳定方程。 （4）解稳定方程，求临界荷载。 4、举例 试求图示结构的临界荷载。 x
解“超越方程”的两种方法： 1、逐步逼近法（试算法）： 2、图解法： 以αl 为自变量，分别绘出z= αl 和 z=tg αl 的图形，求大于零的第一个交点， 确定αl 。 取最小根αl =4.493 例14?1 图14?6（a ）所示一端固定、一端自由的杆件，BC 段为刚性， A B 段弯曲刚度为EI 。试建立临界荷载的稳定方程。 解：任一截面的弯矩为 稳定方程为 展开次行列式得
薄壁结构的稳定性与失稳分析 薄壁结构指的是在空间中形成的薄而轻的结构体系。由于其自身构造特点，薄 壁结构在工程领域应用广泛，如建筑物屋顶、桥梁、飞机机身等。然而，薄壁结构在设计和使用中也面临着一些挑战，其中之一就是结构的稳定性和失稳问题。 结构的稳定性是指结构在受到外部荷载作用时能否保持原有的形状和功能。对 于薄壁结构而言，其薄弱的横截面和高纵横比使得其更加容易发生失稳现象。例如，当一个长而细的柱子受到压力时，柱子会发生侧向位移，造成结构的失稳。因此，在设计薄壁结构时，必须考虑结构的稳定性，以避免发生不可控的失稳情况。 在进行薄壁结构的稳定性分析时，工程师通常采用弹性稳定性理论。这种理论 基于线性弹性分析，通过计算结构在外部荷载作用下的位移和应力分布，来判断结构的稳定性。常用的稳定性判据包括临界压力和失稳形状等。 临界压力是指结构能够承受的最大压力，超过此压力就会引起结构的失稳。临 界压力的计算通常涉及到结构的几何形状、材料的弹性模量和截面特性等参数。例如，对于一个圆柱形的薄壁结构，其临界压力可以通过欧拉公式来计算。而对于复杂形状的薄壁结构，则需要借助有限元分析等方法来进行求解。 失稳形状是指结构失稳时所呈现的形状特征。根据结构的几何特征和边界条件 的不同，失稳形状可以分为局部失稳和全局失稳。局部失稳是指结构的某一局部区域在失稳时发生局部破坏，而全局失稳则是整个结构都发生统一的失稳行为。失稳形状的分析可以帮助工程师了解结构在失稳时的行为，并采取相应的措施来提高结构的稳定性。 为了增加薄壁结构的稳定性，工程师可以采取一些方法和措施。其中之一是增 加结构的刚度。通过增加材料的强度或改变截面形状等方式，可以提高结构的整体刚度，从而减小失稳的可能性。另外，工程师还可以采用加固、减载和设计优化等方法来提高结构的稳定性。
大多采用钢柱。 分类钢柱按截面形式可分为实腹柱和格构柱(图1)。实腹柱具有整体的截面（图2a），最常用的是工形截面；格构柱的截面分为两肢或多肢，各肢间用缀条或缀板联系（图2b），当荷载较大、柱身较宽时钢材用量较省。 钢柱按受力情况通常可分为轴心受压柱和偏心受压柱。轴心受压柱所受的纵向压力与柱的截面形心轴重合。偏心受压柱同时承受轴心压力和弯矩，也称压弯构件。 设计计算钢柱截面应满足强度、稳定和长细比限制等要求，截面的各组成部件还应满足局部稳定的要求。 强度柱的最大受压或受拉正应力应不超过钢材的设计强度。对轴心受压柱，轴心压力在截面内引起均匀的受压正应力；对偏心受压柱，由于弯矩的作用，在截面内引起不均匀的正应力，通常在截面偏心一侧的最外层纤维应力为最大压应力，另一侧最外层纤维应力为最小压应力，弯矩较大时可能出现最大拉应力。 实腹轴心受压柱的稳定实腹柱轴心受压时，当压力增加到一定大小，柱会由直线平衡状态突然向刚度较小的侧向发生弯曲，有时也可能发生突然扭转、或同时发生弯曲和扭转;如压力再稍增加,则弯曲、扭转或弯扭变形随即迅速加大，从而使柱失去承载能力的现象称为柱整体丧失稳定，并按其失稳变形的情况分别称为弯曲失稳、扭转失稳或弯扭失稳(图3)。使柱丧失稳定的最小轴心压力称为临界力。临界力被毛截面面积除所得的应力称为临界应力。临界应力常常低于钢材的屈服点，即柱在强度到达极限状态前就会丧失稳定。临界应力与屈服点的比值称为轴心受压柱的稳定系数。 轴心受压柱丧失稳定的三种情况中，最常见的是弯曲失稳（图3a）。影响柱弯曲失稳临界应力的主要因素是柱的长细比，亦即柱的计算长度与截面回转半径的比值。对给定的钢材，柱愈长或愈细，即长细比愈大，则临界应力愈小，愈易弯曲失稳。柱在两个主轴x和y轴方向的长细比不相等时，其弯曲失稳总是顺着刚度较弱、即长细比较大的方向发生（见柱的基本理论）。当钢柱具有开口形截面且截面壁厚较小时，由于截面抗扭刚度较差，在轴心压力作用下可能发生扭转失稳或弯扭失稳。当截面为双轴对称(如十字形截面)或点对称(如Z形截面)时,轴心压力所在的形心轴与剪切中心轴重合,当柱的长度较小时,可能发生扭转失稳(图3b);当截面为单轴对称(如槽形或T形截面),轴心压力所在的形心轴与剪切中心轴不重合，柱可能发生弯扭失稳（图3c）；当截面没有对称轴时，柱在轴心压力下失稳一般为弯扭失稳。扭转失稳和弯扭失稳的临界应力与柱的截面形式和大小、抗扭刚度和抗弯刚度、柱的长度和支承情况等有关。开口形薄壁截面的壁厚愈小，抗扭刚度愈小，愈易发生扭转。 工程上用的钢柱常有缺陷，如钢材热轧和结构焊接过程中不均匀加热和冷却所产生的截面残余应力、构件初弯曲等制造偏差，以及构件连接初偏心等安装偏差等。这些缺陷将降低临界应力和稳定系数，对于不同截面形式的钢柱，稳定系数的降低情况各不相同。 轴心受压柱的稳定计算公式为σ＝N/A≤嗘f，式中σ为毛截面压应力；N为轴心压力;A为毛截面面积；嗘为稳定系数；f为设计强度。 实腹偏心受压柱的稳定偏心受压柱同时承受轴心压力和弯矩。由于弯矩的作用，柱在弯矩作用平面内一开始就有弯曲变形。如轴心压力和弯矩同时逐渐增大,弯曲变形也相应逐渐增大。但当荷载增加到一定大小时,即使保持荷载不变甚至逐渐减小，而变形却会继续迅速增大，这时柱已失去承载能力，这个现象称为偏心受压柱在弯矩作用平面内丧失稳定（图3d），属弯曲失稳。如果柱的侧向刚度较小且侧向支承较差，当荷载增加到一定大小时，柱除在弯矩作用平面内弯曲外，在侧向也可能从其原
结构力学的刚架的受力与稳定教学案例 在结构工程学中，刚架是一种由刚性杆件连接而成的结构体系，用 于支撑和承载力荷载。刚架的受力与稳定性是学习结构力学中的重要 内容。本文将以一个实际案例为例，详细解析刚架的受力与稳定性问题。 案例描述： 某多层建筑的屋架结构为一个由水平横梁和垂直立柱组成的刚架。 刚架内部有斜杆作为支撑连接，在屋顶上方的节点处添加了一块重物。现需要分析该刚架在该重物作用下的受力与稳定性情况。 1. 刚架的受力分析 刚架的受力分析是研究刚架内部各个杆件的受力情况，需要考虑力 的平衡条件和刚架的刚性条件。首先，我们假设横梁和立柱的连接处 为刚性接头，即横梁和立柱之间没有相对位移。然后，根据力的平衡 条件，我们可以得到以下结论： - 横梁上的受力分析：横梁上方的重物会通过立柱传递到横梁上， 造成横梁产生向下的压力。这个压力会被横梁通过连接节点传递到其 他立柱上。假设横梁上共有n个立柱，则每个立柱上的压力为重物的 重力大小除以n。 - 立柱的受力分析：每个立柱在垂直方向上承受来自横梁的压力， 同时在水平方向上还需要承受与斜杆连接的拉力。根据力的平衡条件 可以得到，斜杆的拉力大小为重物的重力大小除以立柱的数量。
2. 刚架的稳定性分析 刚架的稳定性分析是研究刚架在力的作用下是否会发生失稳或倾覆的情况。在该案例中，我们可以通过分析刚架的倾覆与滑动稳定性来判断其稳定性情况。 - 倾覆稳定性分析：倾覆是指刚架在受力情况下由于力矩的偏离而发生翻倒的现象。为了判断刚架的倾覆稳定性，我们需要计算刚架的倾覆力矩和倾覆力矩抵消力矩之间的关系。在本案例中，倾覆力矩是由重物的重力产生的，而抵消力矩是由立柱在水平方向上的支撑力产生的。如果倾覆力矩小于等于抵消力矩，则刚架是稳定的。 - 滑动稳定性分析：滑动是指刚架在受力情况下由于水平方向上力的不平衡而发生滑动的现象。为了判断刚架的滑动稳定性，我们需要计算刚架的滑动力和滑动力抵消力之间的关系。在本案例中，滑动力是由斜杆在水平方向上的拉力产生的，而抵消力是立柱在水平方向上的支撑力产生的。如果滑动力小于等于抵消力，则刚架是稳定的。 3. 结论与教学意义 通过对该刚架的受力与稳定分析，我们可以得出以下结论： - 刚架内部杆件受力大小与杆件数量和重物的重力相关。 - 刚架的稳定性与倾覆力矩和滑动力之间的关系密切相关。 这一案例可以用于结构力学教学中，以提供学生实际问题的解决思路和方法。通过分析实际案例，学生能够更好地理解刚架的受力与稳
钢筋混凝土柱的受压承载力分析与设计 一、引言 钢筋混凝土柱是建筑结构中常见的构件之一，其受力性能直接影响建 筑物的安全性能。钢筋混凝土柱的设计需要考虑多个因素，其中包括 柱截面形状、钢筋配筋、混凝土等级等。本文将从受压承载力方面对 钢筋混凝土柱的设计进行分析。 二、受压承载力的计算 1. 受压构件的失稳形式 受压构件的失稳形式可以分为局部稳定失稳和整体稳定失稳两种情况。局部稳定失稳是指受压构件在局部区域发生失稳，例如出现鞍形破坏、侧向屈曲等情况；整体稳定失稳是指受压构件整体失稳，例如整根柱 子出现屈曲破坏。 2. 受压构件的稳定系数 受压构件的稳定系数是指构件在承受压力时的稳定性能。稳定系数越低，构件越容易失稳。稳定系数的计算需要考虑构件的几何形状、材
料特性等因素。常见的受压构件稳定系数计算方法包括欧拉公式、弯曲弹性理论、板材理论等。 3. 钢筋混凝土柱的受压承载力 钢筋混凝土柱的受压承载力计算需要考虑柱截面的几何形状、钢筋配筋、混凝土等级等因素。常见的计算方法包括杆件理论、弹性稳定理论、极限平衡法等。 杆件理论的计算方法是将钢筋混凝土柱看作一个长杆，在受压状态下计算柱的稳定系数。稳定系数的计算公式为： λ = kL / r 其中，λ为稳定系数；k为系数，与材料特性和截面形状有关；L为柱的长度；r为截面半径，即柱截面面积除以周长。稳定系数越小，柱的稳定性能越好。 弹性稳定理论的计算方法是将钢筋混凝土柱看作一个弹性杆，在受压状态下计算柱的稳定系数。稳定系数的计算公式为： λ = Pcr / Pe
其中，Pcr为临界压力，即柱失稳前承受的最大压力；Pe为弹性临界 压力，即柱失稳前的弹性压力。稳定系数越小，柱的稳定性能越好。 极限平衡法的计算方法是将钢筋混凝土柱看作一个极限平衡状态下的 结构，在受压状态下计算柱的承载力。计算过程中需要考虑柱的几何 形状、材料特性、受力形式等因素。极限平衡法的计算精度较高，但 计算过程较为复杂。 三、钢筋混凝土柱的设计 1. 柱截面形状的选择 钢筋混凝土柱的截面形状有多种选择，常见的形状包括矩形、圆形、 多边形等。不同的形状对应着不同的稳定系数和承载力。在设计中需 要根据具体情况选择合适的截面形状。 2. 钢筋配筋的设计 钢筋混凝土柱的钢筋配筋需要满足强度和稳定性的要求。一般情况下，钢筋配筋应满足以下几个条件： （1）钢筋应布置在受压区域，以提高柱的承载力和稳定性；
结构力学稳定性的名词解释引言： 结构力学稳定性是一个广泛应用于工程领域的概念。它研究的是结构在受到外力作用时保持平衡的能力，也被称为结构的稳定性。在工程建筑中，稳定性是确保结构能够承受预期荷载并保持其形状和完整性的重要因素。本文将解释结构力学稳定性的概念、原理和应用，并探讨其在工程设计中的重要性。 一、概念解释 结构力学稳定性是指结构在受到外部力或扰动时，能够保持不发生失稳或破坏的性质。具体来说，稳定性要求结构的刚度足够高，能够抵抗外力的作用，以及足够刚度对不同形式的扰动具有一定的抵抗力。 二、稳定性原理 1. 平衡： 结构力学稳定性的第一个原则是平衡。在力学中，平衡是指结构所受到的外力与内力达到平衡状态。结构的稳定性取决于其平衡状态的持续性。当一个结构在外力作用下保持平衡时，它被认为是稳定的。否则，它将变为不稳定状态。 2. 强度和刚度： 稳定性的第二个原则是结构的强度和刚度。结构的强度是指其抵抗外部力和负荷的能力。刚度是指结构对外部变形的抵抗能力。一个稳定的结构必须具备足够的强度和刚度，以确保能够抵御各种形式的外力和扰动，并保持其形状和完整性。 三、应用 1. 桥梁设计：
在桥梁设计中，结构力学稳定性是至关重要的。一个稳定的桥梁必须能够承受行车荷载、风荷载和地震等外部力的作用，保持其形状和稳定性。通过采用合适的桥梁结构设计和材料选择，可以确保桥梁的稳定性，并提高其使用寿命和安全性。 2. 建筑设计： 在建筑设计中，稳定性是保证建筑物能够承受重力和其他负荷的基础要素。一个稳定的建筑物能够经受住风力、地震和其他外力的作用，确保其不会倒塌或发生结构问题。合理的结构设计、材料选择和施工技术对于确保建筑物的稳定性至关重要。 3. 航空航天工程： 在航空航天工程中，结构力学稳定性的概念同样适用。航空航天器必须能够在高速飞行和复杂环境中保持稳定。结构力学稳定性的研究可以帮助工程师设计轻量化的结构，并考虑到飞机或宇宙飞船的姿态控制和稳定性要求。 结论： 结构力学稳定性是工程设计中至关重要的概念。它涉及到结构对外部力的抵抗能力以及保持形状和完整性的能力。在不同的工程领域，如桥梁设计、建筑设计和航空航天工程中，稳定性都是确保结构安全和可靠性的重要因素。通过深入研究和应用结构力学稳定性的原理，工程师能够设计出更稳定和高效的结构，为社会发展和人类生活带来更大的贡献。
钢结构柱稳定性分析 钢结构柱作为支撑结构的重要组成部分，在工程设计中扮演着至关重要的角色。稳定性是评估钢结构柱性能的一个关键指标，本文将从理论分析和实例应用两个方面，对钢结构柱的稳定性进行深入探讨。 一、理论分析 1.1 稳定性定义和影响因素 钢结构柱的稳定性指其抵抗压力的能力，并且在承受荷载时不会产生无法可靠预测的变形和破坏。稳定性分析时，需要考虑以下因素：- 材料特性：如钢的弹性模量、屈服强度等，这些参数直接影响柱的稳定性。 - 断面形状：柱截面的几何形状和尺寸也会对稳定性产生影响。 - 受力条件：荷载类型、受力方式和作用点位置等都会对柱的稳定性产生影响。 1.2 稳定性分析方法 稳定性分析方法包括理论分析和数值分析两种。理论分析是基于材料力学原理和结构力学原理，通过推导公式和方程，对稳定性进行计算和分析。而数值分析则是通过使用计算机软件，根据给定的模型和方程，模拟柱的应力和变形情况。常用的数值分析方法有有限元法、弹塑性分析法等。 1.3 稳定性失效模式
钢结构柱在受力过程中可能发生不同的失效模式。常见的失效模式有以下几种： - 屈曲失效：柱产生弹性屈曲，继而变形，无法承受更大的荷载。 - 局部失稳：柱截面的一部分，在受到较大荷载作用时出现局部弯曲或局部压扁现象。 - 全局失稳：柱整体失去稳定性，发生侧扭、屈曲或倒塌等现象。 二、实例应用 为了进一步说明钢结构柱稳定性分析的实际应用，以下将以某工程项目中的一根钢结构柱为例，进行稳定性分析。 2.1 工程项目背景描述 某高层建筑项目中，需要设计一根用于支撑楼层的钢结构柱，该柱高15米，使用普通碳素结构钢材料。 2.2 稳定性分析过程 根据柱的高度、材料特性和受力条件，可以采用理论分析和数值分析相结合的方法进行稳定性分析，具体步骤如下： - 步骤一：确定柱的截面形状和尺寸。 根据楼层布置和受力要求，确定柱截面选择为矩形截面，尺寸为300mm * 500mm。 - 步骤二：理论分析计算。
结构失稳和整体稳定性分析 失稳破坏是一种突然破坏，人们没有办法发觉及采取补救措施，所以其导致的结果往往比较严重。正因为此，在实际工程中不允许结构发生失稳破坏。 导致结构失稳破坏的原因是薄膜应力，也就是轴向力或面内力。所以在壳体结构、细长柱等结构体系中具有发生失稳破坏的因素和可能性。这也就是为什么在网壳结构的设计过程中稳定性分析如此被重视的原因。 下面根据本人多年来的研究及工程计算经验，谈谈个人对整体稳定性分析的一点看法，也算做一个小结。 1稳定性分析的层次 在对某个结构进行稳定性分析，实际上应该包括两个层次。（一）是单根构件的稳定性分析。比如一根柱子、网壳结构的一根杆件、一个格构柱（桅杆）等。单根构件的稳定通常可以根据规范提供的公式进行设计。不过对于由多根构件组成的格构柱等子结构，还是需要做试验及有限元分析。（二）是整个结构的稳定分析。比如整个网壳结构、混凝土壳结构等结构整体的稳定性分析。整体稳定性分析目前只能根据有限元计算来实现。 2整体稳定性分析的内容 通常，稳定性分析包括两个部分：Buckling分析和非线性“荷载-位移”全过程跟踪分析。 （1）Buckling分析 Buckling分析是一种理论解，是从纯理论的角度衡量一个理想结构的稳定承载力及对应的失稳模态。目前几乎所有的有限元软件都可以实现这个功能。Buckling分析不需要复杂的计算过程，所以比较省时省力，可以在理论上对结构的稳定承载力进行初期的预测。但是由于Buckling分析得到的是非保守结果，偏于不安全，所以一般不能直接应用于实际工程。 但是Buckling又是整体稳定性分析中不可缺少的一步，因为一方面Buckling 可以初步预测结构的稳定承载力，为后期非线性稳定分析施加的荷载提供依据；另一方面Buckling分析可以得到结构的屈曲模态，为后期非线性稳定分析提供结构初始几何缺陷分布。 另外本人认为通过Buckling分析还可以进一步校核单根构件截面设计的合理性。通过Buckling分析得到的屈曲模态，我们可以看出结构可能发生的失稳破坏是整体屈曲还是局部屈曲。如果是局部屈曲，那么为什么会发生局部屈曲？局部屈曲的荷载因子是否可以接受？是否是由于局部杆件截面设计不合理所导致？这些问题希望能引起大家的注意。 （2）非线性稳定分析 前文已经讲过，Buckling分析是一种理论解。但是由于加工误差、安装误差、温度应力、焊接应力等因素的存在，现实中的结构多少都会存在一些初始缺陷，其稳定承载力与理论解肯定存在一定的差别。另外，由于Buckling分析是线性的，所以它不可以考虑构件的材料非线性，所以如果在发生屈曲之前部分构件进入塑性状态，那么Buckling也是无法模拟的。所以必须利用非线性有限元理论对结构进行考虑初始几何缺陷、材料弹塑性等实际因素的稳定性分析。 目前应用较多的是利用弧长法对结构进行“荷载-位移”全过程跟踪技术，来达到计算结构整体稳定承载力的目的。
混凝土柱的设计原理与计算方法 一、混凝土柱的定义及分类 混凝土柱是指在建筑结构中承受垂直荷载的构件，通常采用钢筋混凝 土作为材料。按照其截面形状和受力情况的不同，混凝土柱可分为矩 形柱、圆形柱和异形柱等。根据其受力方式的不同，混凝土柱可分为 轴心受压柱、双向受压柱和受弯柱等。 二、混凝土柱的设计原理 混凝土柱的设计原理是根据力学理论和混凝土材料力学性能，通过对 混凝土柱的截面尺寸、钢筋配筋和受力状态等参数进行计算和优化， 确保混凝土柱在受到荷载时不会发生破坏和失稳。 1. 混凝土柱的受力状态 混凝土柱的受力状态主要包括轴力、弯矩和剪力等。当混凝土柱受到 纯轴向力时，其受力状态为轴心受压，此时混凝土柱主要承受压力。 当混凝土柱同时受到轴向力和弯矩时，其受力状态为受弯柱，此时混 凝土柱既承受压力又承受弯矩。当混凝土柱同时受到轴向力和剪力时，其受力状态为双向受压柱，此时混凝土柱既承受压力又承受剪力。
2. 混凝土柱的承载力 混凝土柱的承载力是指混凝土柱所能承受的最大荷载。混凝土柱的承 载力主要受到混凝土本身的强度和钢筋的配筋等因素的影响。混凝土 的强度取决于混凝土的配合比、水灰比和固化时间等因素，而钢筋的 配筋则需要根据混凝土柱的受力状态和设计荷载进行计算。 3. 混凝土柱的失稳形式 混凝土柱的失稳形式主要包括局部稳定失稳和整体稳定失稳两种形式。局部稳定失稳是指混凝土柱在受到荷载作用时，其截面中的某个局部 区域发生失稳和破坏。整体稳定失稳是指混凝土柱在受到荷载作用时，整个柱体发生稳定失稳和破坏。 三、混凝土柱的计算方法 混凝土柱的计算方法主要包括截面尺寸计算、钢筋配筋计算和承载力 计算等。 1. 截面尺寸计算 截面尺寸计算是根据混凝土柱所受荷载和受力状态等参数，确定混凝
钢柱的长度系数 钢柱的长度系数是指与柱子的长度相关的一个系数，被广泛应用 于结构工程中的钢柱设计。它是结构安全性、承载力及柱子稳定性的 重要参数，也是影响钢结构建筑物整体安全性能的关键因素之一。本 文将分步骤阐述钢柱的长度系数的相关知识。 1. 定义与计算 钢柱的长度系数表示了柱子的相对扭曲稳定性与柱子长度及截面 尺寸的关系。其计算公式为：KL/r，其中，K为钢材的抗扭性能系数， L为柱子长度，r为柱子的半径或半截面尺寸。KL/r可以用于评估柱子的稳定状态，较小的KL/r值表明较高的稳定性，反之则表明柱子较容 易失稳。 2. 影响因素 钢柱长度系数的大小受到以下因素的影响： （1）截面形状：同一材质钢柱的KL/r值会随着截面形状的不同 而改变。一般而言，圆、方形截面的柱子KL/r值最小，而矩形截面的KL/r值则最大。 （2）截面尺寸：钢柱的KL/r值也随其截面尺寸的变化而变化。 当截面尺寸较小时，KL/r值会变大；反之，KL/r值会变小。 （3）柱子长度：显然，柱子长度也是影响KL/r值的因素。当柱 子长度增大时，KL/r值也会逐渐增大。 3. 应用范畴 钢柱长度系数主要用于评估钢柱的稳定状态及柱子在受力时是否 会失稳。结构工程师在进行钢柱的设计时，需要根据柱子所处的具体 工程环境、使用场合以及承受的载荷等因素来计算出KL/r值。在实际 应用中，如果KL/r值较小，则表明柱子的稳定性较高，不太容易失稳；若KL/r值较大，则表明柱子较容易发生屈曲变形而导致失稳。 4. 注意事项 应用KL/r值进行钢柱设计时，需要注意以下几点：
（1）在计算KL/r值时需要考虑截面形状、尺寸和长度等因素对结果的影响。 （2）KL/r值的计算与结构框架的布局、所需承载能力、安全系数等因素密切相关，因此需要充分考虑工程实际情况，谨慎处理。 （3）KL/r值计算会受到许多因素的影响，例如材料强度与韧性、支撑条件、温度等，因此需要使用合理的计算方法和参数，确保计算结果的准确性和可靠性。 总之，钢柱长度系数是一项非常重要的结构设计参数，关系到钢柱的稳定性、安全性以及整个建筑物的整体安全性能。结构工程师应该对KL/r值的计算方法和影响因素有充分的了解，并根据具体工程需求进行计算和分析，以确保钢柱的设计可靠和安全。
混凝土柱的受力分析原理 一、引言 混凝土柱是构造物中常见的结构元件，其承受着垂直于其纵轴方向的压力和弯矩作用。混凝土柱的受力分析原理是工程力学和材料力学的重要内容，对于设计和施工具有重要的指导作用。本文将从混凝土柱的材料特性、受力模式和破坏形式等方面进行分析，解读混凝土柱的受力分析原理。 二、混凝土柱的材料特性 混凝土柱是由水泥、砂、石子和水等原材料经过配合、搅拌、浇灌、养护等工艺制成，其物理力学性能与原材料的组成、配合比、养护条件等有关。混凝土的主要物理力学性质包括强度、模量、变形和稳定性等。 1.强度 混凝土柱的强度是指在受力作用下抵抗破坏的能力。混凝土的强度主要有抗压强度和抗拉强度两种。抗压强度是指混凝土在受到垂直于其面的压力作用下的抵抗能力，是混凝土柱受力的主要指标。抗拉强度
是指混凝土在受到拉力作用下的抵抗能力，通常很低，一般不作为设 计参数。 2.模量 混凝土柱的模量是指单位应力下混凝土的变形量。混凝土的模量与其 强度有关，通常抗压强度越高，模量越大。 3.变形 混凝土柱在受力作用下会发生变形，包括弹性变形和塑性变形。弹性 变形是指混凝土在受到小应力作用下发生的可逆变形，当应力消失时 能够恢复原状。塑性变形是指混凝土在受到大应力作用下发生的不可 逆变形，当应力消失时不能恢复原状。 4.稳定性 混凝土柱在受力作用下可能发生稳定性失稳，即柱子会发生侧向位移，甚至翻倒。稳定性失稳与柱子的几何形状、材料性质、支座条件等有关。 三、混凝土柱的受力模式
混凝土柱的受力模式主要有压力受力和弯曲受力两种。 1.压力受力 混凝土柱在受到纵向压力作用下，会发生压力受力。此时混凝土柱的 强度是抗压强度，其主要受力方式为轴心受力。轴心受力是指混凝土 柱受到的纵向力与柱轴线重合，且作用点在柱截面的几何中心上。当 混凝土柱的轴向压力较大时，柱子可能会出现稳定性失稳，此时需要 通过加强柱子的几何形状、增加柱子的截面积或增加柱子的受力方式 等措施来提高柱子的稳定性。 2.弯曲受力 混凝土柱在受到横向荷载作用下，会发生弯曲受力。此时混凝土柱的 强度是抗弯强度，其主要受力方式为弯矩受力。弯矩受力是指混凝土 柱在受到横向荷载作用下，柱子截面内部出现了弯曲变形，导致柱子 内部不同截面上的混凝土产生了不同的应力和变形。当混凝土柱的弯 曲应力较大时，柱子可能会发生破坏，此时主要破坏形式有压溃破坏、剪切破坏、弯曲破坏等。为了提高混凝土柱的抗弯能力，可以采用增 加柱子的截面尺寸、增加柱子的配筋、增加柱子的弯曲刚度等措施。四、混凝土柱的破坏形式
十字柱扭转失稳原理 1.引言 1.1 概述 概述部分应该是对整篇文章的概括和简介。下面是一种可能的写法: 在工程力学领域，十字柱扭转失稳原理是一项重要的研究课题。十字柱指的是一种具有十字形截面的柱状结构，扭转失稳即该结构在受到扭矩作用时出现的失稳现象。该原理对于理解和设计十字柱结构的稳定性具有重要作用，因此受到了广泛的关注和研究。 本文将系统地介绍十字柱扭转失稳原理的定义、应用以及对未来研究的展望。首先，我们将明确十字柱扭转失稳原理的定义，包括其基本概念、相关的力学理论和计算方法。接着，我们将探讨该原理在实际工程中的应用，包括十字柱结构的设计、优化和改进等方面。最后，我们将对当前研究的不足之处进行总结，并提出未来相关研究的可能方向和挑战。 通过深入研究十字柱扭转失稳原理，我们可以为相关工程领域提供可靠的理论基础和设计指导，从而提高结构的稳定性和耐久性。此外，对十字柱扭转失稳原理的深入理解还将为工程力学领域的理论和实践提出新的问题和挑战。希望本文的研究内容能够对读者有所启发，促进相关领域的进一步发展和创新。 文章结构部分主要是对整篇文章的结构进行概述和说明，以让读者对文章内容的组织和安排有清晰的了解。 在本篇文章中，我们将按照以下几个主要部分来组织和阐述十字柱扭转失稳原理的相关内容：
1. 引言部分 1.1 概述：对十字柱扭转失稳原理的背景和意义进行介绍，引出文章的研究重点和主题。 1.2 文章结构：本部分，将详细说明整篇文章的组织结构，包括各个章节的内容概述和逻辑关系。 1.3 目的：明确本文的研究目标和意图，以及研究的重要性和应用前景。 2. 正文部分 2.1 十字柱扭转失稳原理的定义：详细介绍和解释十字柱扭转失稳原理的概念和相关定义，包括相关的数学模型和理论基础。 2.2 十字柱扭转失稳原理的应用：探讨十字柱扭转失稳原理在实际工程和科学领域的应用和价值，这包括结构工程、材料研究等方面。 3. 结论部分 3.1 总结：对整篇文章的主要内容进行概括和总结，强调研究的重要性和结果的意义。 3.2 对未来研究的展望：展望十字柱扭转失稳原理研究的未来发展方向，提出可能的研究方向和应用前景。 通过以上的文章结构安排，读者可以清晰地了解到本文的整体框架和内容安排，有助于读者更好地理解和吸收文章所传达的知识。 1.3 目的 本文旨在探讨十字柱扭转失稳原理及其在实际中的应用。通过深入研究该原理，我们可以更好地理解十字柱在承载结构中的作用和影响。同时，
结构力学的支座的受力与稳定研究结构力学是研究物体在受力作用下的力学性质和变形规律的学科。 在结构工程中，支座是指支撑和保持结构稳定的装置。支座的设计和 选择对结构的安全性和稳定性至关重要。本文将探讨结构力学中支座 的受力与稳定性研究。 支座承受着来自上部结构的荷载，并将这些荷载传递到地基或其他 承载层上。支座的受力与稳定性研究主要包括支座的静力分析和稳定 性分析两个方面。 首先，支座的静力分析是确定支座所受荷载的大小和方向。在实际 工程中，荷载可以分为垂直荷载和水平荷载两种情况。垂直荷载包括 自重、活载和附加荷载等，而水平荷载则包括地震力和风载等。通过 考虑这些荷载的大小和方向，可以确定支座的受力情况。 其次，支座的稳定性分析是研究支座在受力作用下的稳定性能。在 结构工程中，稳定性是指结构在受力作用下不发生倾覆或失稳的能力。支座的稳定性分析需要考虑支座的几何形状、材料性质以及受力情况 等因素。通过稳定性分析，可以确定支座的最佳形状和尺寸，以提高 支座的稳定性。 在研究支座的受力与稳定性时，还需要考虑支座与上部结构之间的 相互作用。支座与上部结构之间的相互作用可以通过力和位移的分析 来研究。在分析力和位移时，常使用的方法有位移法和力法。位移法 是通过计算支座和上部结构之间的相对位移来分析力的传递路径，而
力法则是通过计算支座和上部结构之间的相互作用力来分析力的传递路径。 综上所述，结构力学的支座的受力与稳定研究是结构工程中的重要内容。通过对支座的静力分析和稳定性分析，可以确定支座的受力情况和稳定性能。同时，还需要考虑支座与上部结构之间的相互作用，以确保结构的安全性和稳定性。 通过对结构力学中支座的受力与稳定性研究的深入分析，可以为工程设计和结构工程的发展提供重要的理论基础和实际指导。
建筑设计中的结构力学分析引言： 在建筑设计中，结构力学分析是至关重要的一环，它是确定建筑结构是否合理、稳定可靠的重要工作。本文将从结构力学分析的基础知识、影响设计的因素、分析方法和实践案例等方面进行阐述和说明。 第一章：结构力学分析的基础知识 结构力学分析是一门应用力学的学科，它主要研究物体在外力作用下的变形、应力分布、稳定性等问题。建筑结构力学分析是依据结构力学理论，对建筑结构进行研究，分析建筑结构的受力特性，为设计提供科学依据。建筑结构力学分析主要包括以下内容： 1.梁的内力分析 梁是建筑结构中重要的承重构件，梁的内力分析是分析梁在外力作用下内部应力状态的过程。通常采用静力学方法对梁进行内力分析，得出梁的弯矩、剪力、轴力值等参数，确定梁的截面尺寸、型号和材料等参数。 2.柱的稳定性分析
柱是建筑结构的直立支撑构件，柱的稳定性分析是分析柱在外力作用下的稳定性问题。通常采用结构力学中的弹性稳定分析方法对柱进行分析，得出柱的临界荷载值和失稳形态。 3.板的应力分析 板是建筑结构中用于承受平面载荷的构件，板的应力分析是分析板在外力作用下内部应力状态的过程。通常采用板结构的变形与应力分析方法对板进行分析，得出板的应力变形图和板的截面位置。 第二章：影响建筑设计的结构力学因素 建筑的结构力学因素包括建筑基础、建筑结构形式、建筑结构的材料和建筑设计目的等因素。 1.建筑基础 建筑基础是建筑物支撑的基础，它必须能承受地面的荷载并向地下扩散承托屋体。建筑基础的大小和形状受土壤性质、地形地貌、建筑物体形、地下水位等因素的影响。 2.建筑结构形式 建筑的结构形式包括框架结构、钢结构、混凝土框架结构等，不同结构形式所受到的外部力和内部应力不同，必须考虑其特有的受力特征。
柱结构的原理 柱结构是建筑中常见的一种结构形式，它以立柱为支撑，通过梁、柱和地基的相互作用来传导和分散荷载，并保证整个建筑物的稳定性和安全性。柱结构的原理涉及到材料力学、静力学和结构力学等多个学科。 首先，柱结构的原理涉及到材料力学。材料力学是研究物体在外力作用下的变形和破坏规律的学科。在柱结构中，柱体承受的压力是由上部建筑物和自身重力所产生的，因此柱体需要具有足够的强度来抵抗压力的作用。常见的柱体材料有钢材、混凝土、木材等，这些材料的强度和性能需要根据设计要求进行选择和计算，以确保柱体在工作状态下不会发生破坏。 其次，柱结构的原理还涉及到静力学。静力学是研究物体处于平衡状态下受力和力的平衡关系的学科。在柱结构中，柱体的稳定性依赖于各部分之间的力学平衡。柱体受到的压力被传递到地基上，而地基则通过反力支撑着柱体。这种平衡关系需要满足牛顿第三定律，即作用力与反作用力相等且方向相反。同时，柱体的自重也需要通过静力学的平衡关系来分散到地基和其他连杆上。 此外，柱结构的原理还涉及到结构力学。结构力学是研究力的作用在结构体上的分布和传递规律的学科。在柱结构中，荷载从上部建筑物传递到柱体，并通过柱体传递到地基上。为了均衡荷载作用，柱体通常采用多根分布均匀的立柱，并通过横梁来连接柱体，使得荷载均匀分散，减小柱体受力。同时，结构力学还关注柱体的变形与位移，以确保柱体在正常工作状态下不会产生过大的变形和位移。
总结起来，柱结构的原理涉及到材料力学、静力学和结构力学等多个学科的知识，通过合理选择和计算柱体的材料和尺寸，以及通过考虑荷载传递和平衡的原理，实现柱体的稳定性和安全性。合理的柱结构设计不仅能满足建筑物的功能和美观要求，还能保证建筑物在使用过程中不会出现结构失稳和安全事故。
轴心受压柱的稳定性计算 一、轴心受压柱的基本概念 二、轴心受压柱的稳定性失稳形式 当轴心受压柱受到一定的压力作用时，会出现以下几种稳定性失稳形式： 1.弯曲失稳：柱长较大、截面尺寸较小或截面形状不均匀时，柱易发生弯曲失稳形式； 2.扭转失稳：柱长较小、截面尺寸较大或截面形状不规则时，柱易发生扭转失稳形式； 3.局部失稳：柱截面上出现弯曲或剪切破坏，称为局部失稳。局部失稳的发生与柱的截面形状、尺寸以及材料性能等因素有关。 三、轴心受压柱的稳定性计算方法 1.欧拉公式法 欧拉公式法是根据轴心受压柱的材料和几何尺寸，通过应变能和应力能的平衡关系来推导出的稳定性计算方法。 欧拉公式为： Pcr = (π^2 * E * I) / (L^2) 其中，Pcr为柱的临界压力，E为材料的弹性模量，I为柱截面的惯性矩，L为柱的长度。 步骤如下：
1)根据柱的截面形状和尺寸计算出惯性矩I； 2) 根据柱的弹性模量E和长度L计算出临界压力Pcr。 2.龙柯壳方程法 龙柯壳方程法是通过将柱分为若干薄壳元来近似求解柱的稳定性问题，这种方法适用于复杂的截面形状和尺寸的计算。 步骤如下： 1)将柱分为若干薄壳元，每个薄壳元的高度为h，宽度为b； 2)计算薄壳元的截面特性参数，如截面面积A、惯性矩I、截面模量 Z等； 3) 根据柱的弹性模量E和长度L，计算薄壳元的临界压力Pcr； 4) 将所有薄壳元的临界压力Pcr相加，得到柱的总临界压力。 四、注意事项 在进行轴心受压柱的稳定性计算时，需要注意以下几点： 1)材料性能的选择要与实际情况匹配，考虑材料的弹性模量、屈服强 度等参数； 2)柱截面的形状和尺寸要符合设计要求，避免出现局部失稳的情况； 3)柱的边界条件要明确，计算时要考虑支撑方式和约束条件。 五、结论 轴心受压柱的稳定性计算是确保结构安全性的重要环节。本文介绍了 欧拉公式法和龙柯壳方程法这两种常用的稳定性计算方法，并对其步骤进
《钢结构基本原理》 实验报告 实验名称：工字形截面轴心受压柱的整体稳定实验 实验组号：25组 9号工字钢 实验组员： 一、实验目的 1 ．了解工字形截面轴心受压钢构件的整体稳定实验方法，包括试件设计、实验装置设 计、测点布置、加载方式、试验结果整理与分析等。
2 ．观察工字形截面轴心受压柱的失稳过程和失稳模式，加深对其整体稳定概念的理解。 3 ．将柱子理论承载力和实测承载力进行比较，加深对工字形截面轴心受压构件整体稳 定系数及其计算公式的理解。 二、实验原理 ●轴心受压构件整体稳定性能概述 整体失稳破坏是轴心受压钢构件的主要破坏形式。 轴心受压构件在轴心压力较小时处于稳定平衡状态，如有微小干扰力使其偏离平衡位置，则在干扰力除去后，仍能回复到原先的平衡状态。随着轴心压力的增加，轴心受压构件会由稳定平衡状态逐步过渡到随遇平衡状态，这时如有微小干扰力使其偏离平衡位置，则在干扰力除去后，将停留在新的位置而不能回复到原先的平衡位置。随遇平衡状态也称为临界状态，这时的轴心压力称为临界压力。当轴心压力超过临界压力后，构件就不能维持平衡而失稳破坏。实际轴心压杆与理想轴心压杆有很大区别。实际轴心压杆都带有多种初始缺陷，如杆件的初弯曲、初扭曲、荷载作用的初偏心、制作引起的残余应力，材性的不均匀等等。这些初始缺陷使轴心压杆在受力一开始就会出现弯曲变形，压杆的失稳属于极值型失稳。●工字形截面轴心受压构件的弯曲失稳 工字形截面属于双轴对称截面，因此工字形截面轴心受压构件只可能发生弯曲失稳或扭转失稳。对于常见的非薄壁工字形截面，其截面的抗扭刚度和翘曲刚度都很大，因 此不会发生扭转失稳。当构件未设置沿截面强轴的支撑时，由于工字形截面绕强轴的惯性矩大于绕弱轴的惯性矩，因此构件将发生绕弱轴的弯曲失稳。如图所示 工字形截面柱的弯曲失稳 三、试件几何参数，包括名义几何参数和实测几何参数 截面尺寸参数 截面编号 构件长度 l/cm 截面高H/mm 翼缘宽度 B/mm 翼缘厚度 tf/mm 腹板厚度 tw/mm 1 93.88 60.74 25.57 3.01 3.01