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第4章 轴心受力构件4.1 概述轴心受力构件广泛地应用于钢结构承重构件中，如钢屋架、网架、网壳、塔架等杆系结构的杆件，平台结构的支柱等。
这类构件，在节点处往往做成铰接连接，节点的转动刚度在确定杆件计算长度时予以适当考虑，一般只承受节点荷载。
根据杆件承受的轴心力的性质可分为轴心受拉构件和轴心受压构件。
一些非承重构件，如支撑、缀条等，也常常由轴心受力构件组成。
轴心受力构件的截面形式有三种：第一种是热轧型钢截面，如图4-1(a )中的工字钢、H 型钢、槽钢、角钢、T 型钢、圆钢、圆管、方管等；第二种是冷弯薄壁型钢截面，如图4-1(b )中冷弯角钢、槽钢和冷弯方管等；第三种是用型钢和钢板或钢板和钢板连接而成的组合截面，如图4-1(c )所示的实腹式组合截面和图4-1(d ) 所示的格构式组合截面。
轴心受力构件的截面必须满足强度、刚度要求，且制作简单、便于连接、施工方便。
因此，一般要求截面宽大而壁厚较薄，能提供较大的刚度，尤其对于轴心受压构件，承载力一般由整体稳定控制，宽大的截面因稳定性能好从而用料经济，但此时应注意板件的局部屈曲问题，板件的局部屈曲势必影响构件的承载力。
4.2 轴心受力构件的强度轴心受力构件的强度计算是以构件的净截面达到屈服应力为限ynf A N ==σ根据概率极限状态设计法，N 取设计值（标准值乘以荷载分项系数），yf 也去设计值（除以抗力分项系数087.1=Rγ）即f，钢材设计强度见附表1.1，P313。
表达式为fA N n≤ （4.1）nA 为轴心受力构件的净截面面积。
在螺栓连接轴心受力构件中，需要特别注意。
4.3 轴心受力构件的刚度为满足正常使用要求，受拉构件（包括轴心受拉、拉弯构件）、受压构件（轴心受压构件、压弯构件）不宜过分细长，否则刚度过小，制作、运输、安装过程中易弯曲（P118列出四种不利影响）。
受拉和受压构件的刚度通过长细比λ控制][),max(max λλλλ≤=y x （4.4） 式中x x x i l /0=λ，yy y i l /0=λ；][λ为容许长细比，见表4.1，4.2。
钢结构轴心受力构件计算3.1 轴心受力构件概述在钢结构中，轴心受力构件的应用十分广泛，如桁架、塔架和网架、网壳等杆件体系。
这类结构的节点通常假设为铰接，当无节间荷载作用时，杆件只受轴向力（轴向拉力或轴向压力）的作用，称为轴心受力构件（轴心受拉构件或轴心受压构件）。
图3-1所示为轴心受力构件在工程上应用的一些实例。
图3-1 轴心受力构件在工程中的应用（a）桁架；（b）塔架；（c）网架轴心受力构件常用的截面形式可分为实腹式和格构式两大类。
（1）实腹式构件制作简单，与其他构件的连接也比较方便，常用的截面形式很多，可直接选用轧制型钢截面，如圆钢、钢管、角钢、工字钢、H 型钢、T 型钢等[图3-2（a）]；也可选用由型钢或钢板组成的组合截面[图3-2（b）]；在轻型结构中则可采用冷弯薄壁型钢截面[图3-2（c）]。
以上这些截面中，截面紧凑（如圆钢）或对两主轴刚度相差悬殊者（如单槽钢、工字钢），一般适用于轴心受拉构件，而受压构件通常采用较为开展、组成板件宽而薄的截面。
（2）格构式构件[图3-2（d）]容易使压杆实现两主轴方向的稳定性。
这种构件的刚度大、抗扭性好，用料较省。
格构式截面一般由两个或多个型钢肢件组成，肢件之间采用缀条或缀板连成整体，缀条和缀板统称为缀材。
图3-2 轴心受力杆件的截面形式（a）轧制型钢截面；（b）焊接实腹式组合截面；（c）冷弯薄壁型钢截面；（d）格构式截面3.2 轴心受力构件的强度及刚度轴心受拉构件的设计除根据结构用途、构件受力大小和材料供应情况选用合理的截面形式外，还要对所选截面进行强度和刚度验算。
强度要求就是使构件截面上的最大正应力不超过钢材的强度设计值，刚度要求就是使构件的长细比不超过容许长细比。
轴心受压构件在设计时，除使所选截面满足强度和刚度要求外，还应使其满足构件整体稳定性和局部稳定性的要求。
整体稳定性要求是使构件在设计荷载作用下不致发生屈曲而丧失承载能力；局部稳定性要求一般是使组成构件的板件宽厚比不超过规定限值，以保证板件不会屈曲，或者使格构式构件的分肢不发生屈曲。
结构力学教案中的轴心受力解析学生如何分析轴心受力构件的应力和变形结构力学教案中的轴心受力解析结构力学是工程学的基础课程，其中涉及到轴心受力的分析。
轴心受力是指在结构构件上作用的沿轴心方向的力，它对于结构的应力和变形分析非常关键。
下面将介绍学生如何分析轴心受力构件的应力和变形。
一、概述轴心受力构件通常由拉力或压力引起变形，其应力和变形分析可以通过应力—应变关系和约束条件来解决。
以下将分别介绍应力—应变关系和约束条件的原理及应用。
二、应力—应变关系轴心受力构件的应力—应变关系可用胡克定律来描述，即应力等于杨氏模量与应变的乘积。
σ = Eε其中，σ为轴心受力构件的应力，E为杨氏模量，ε为应变。
根据这个方程，我们可以根据已知的应力和杨氏模量来计算应变。
三、约束条件在分析轴心受力构件的应力和变形时，需要考虑到约束条件。
约束条件通常通过位移约束、应力约束和变形约束来定义。
以下将介绍这些约束条件的原理及应用。
1. 位移约束位移约束是指轴心受力构件端点的位移被限制在某个范围内，可以是水平方向、垂直方向或轴向。
位移约束主要通过平衡方程来解决，即构件内外力的合力为零，从而确定位移约束条件。
2. 应力约束应力约束是指轴心受力构件在某些位置需要满足特定的应力条件，例如应力连续性要求。
应力约束可通过应力平衡方程来解决，即构件各截面上的应力之和为零。
3. 变形约束变形约束是指轴心受力构件在某些位置需要满足特定的变形条件，例如位移连续性要求。
变形约束可通过变形平衡方程来解决，即构件各截面上的变形之和为零。
四、应力和变形分析方法分析轴心受力构件的应力和变形通常可以采用静力平衡和材料力学的基本原理。
根据这些原理，可以采用以下两种方法进行分析。
1. 静力平衡法静力平衡法是一种通过考虑构件上的力平衡来解决应力和变形的分析方法。
通过应用平衡方程，可以得到轴心受力构件的内力分布和相应的应力和变形。
2. 受力方程法受力方程法是一种通过考虑构件上的力方程来解决应力和变形的分析方法。
轴心受力构件的概念及其类型轴心受力构件是工程结构中常见的一种构件形式，它由多个轴心受力元件组成，能够承受内力、外力和变形。
轴心受力构件广泛应用于建筑、桥梁、机械等各种领域，具有结构简单、强度高、稳定可靠等特点。
本文将详细介绍轴心受力构件的概念、分类、设计原则和应用领域。
一、概念介绍轴心受力构件是指由一根或多根轴向受力的线材、板条、形状复杂的截面、系统部件等构成的构件。
轴心受力构件通常具有良好的轴向力传递能力，能够在内力作用下产生轴向应变和轴向应力。
在设计中，轴心受力构件通常通过选取适当的截面形状和尺寸来满足强度、刚度和稳定性的要求。
二、类型分类根据构件的材料和截面特点，轴心受力构件可以分为以下几种类型：1.线材构件：线材构件通常由圆钢、角钢、工字钢等线材形成。
这种构件截面形状简单，常用于承受拉力和压力。
2.板条构件：板条构件通常由薄板和矩形截面钢材构成，如钢板、钢带等。
板条构件适用于承受弯曲力、剪切力和压力。
3.有孔构件：有孔构件通常应用于承受剪切力和扭矩，如圆孔、槽孔等形状的构件。
4.混凝土构件：混凝土构件通常由钢筋和混凝土组成。
这种构件在承受压力和弯曲力时具有良好的性能。
5.复合构件：复合构件由不同材料组成，可以充分发挥各种材料的特点以及各自的优势。
三、设计原则在轴心受力构件的设计过程中，需要遵循以下原则：1.合理选材：根据结构的要求，选择合适的材料，考虑强度、刚度、稳定性等因素。
2.合理选截面：根据内力的特点和作用方式，选择合适的截面形状和尺寸。
3.合理分布内力：在设计中，应尽量合理分配内力，避免集中在某一截面或某一部位，提高构件的整体性能。
4.考虑边界条件：结构系统的边界条件对构件的应力分布和变形有重要影响，应在设计中充分考虑。
5.考虑构件的连接方式：在设计中需考虑构件之间的连接方式和连接强度，保证构件的力学性能。
四、应用领域轴心受力构件广泛应用于各个工程领域，包括建筑、桥梁、航空航天、交通运输、能源等。
轴心受力构件知识点总结一、概念轴心受力构件是指受力对象的截面积负重心和受力方向一致的构件，在受力作用下，截面上各点受到的应力主要是轴向拉力或轴向压力，受力构件一般用材料强度和截面形状进行受力设计。
轴心受力构件的主要特点是受力为单轴应力，只产生轴向应力，不产生剪切应力。
轴心受力构件一般用钢、木、混凝土、玻璃等材料制作。
二、受力情况1. 轴向拉力当受力构件受到拉力作用时，构件内部各点受到的应力都是轴向拉力。
这时构件上每一个截面都受到一般的拉力，截面上的应力为均匀的拉应力。
2. 轴向压力当受力构件受到压力作用时，构件内部各点受到的应力都是轴向压力。
这时构件上每一个截面都受到一般的压力，截面上的应力也为均匀的压应力。
三、受力工作原理受力构件在受力作用下，内部各点受到的应力都是轴向拉力或轴向压力，主要受力方式包括：拉伸、压缩、弯曲、扭转等。
受力构件的受力工作原理主要包括静力平衡条件和应力平衡条件。
1. 静力平衡条件轴心受力构件在受力作用下，整个构件的外力和内力要达到平衡，即受力构件所受外力和内力的合力和合力矩为零。
2. 应力平衡条件轴心受力构件在受力作用下，截面上各个微元受到的应力要达到平衡，即受力构件所受应力和强度平衡，截面上各点的应力和应变满足静力平衡和变形条件。
四、受力公式1. 拉力公式受力构件受到拉力作用时，其拉力公式为N = A * σN为拉力，A为受力构件的截面积，σ为截面受力构件所受的应力。
2. 压力公式受力构件受到压力作用时，其压力公式为N = A * σN为压力，A为受力构件的截面积，σ为截面受力构件所受的应力。
3. 应变公式受力构件在受力情况下，其应变公式为ε = δ / Lε为应变，δ为受力构件的变形量，L为受力构件的长度。
五、受力计算1. 根据静力平衡和应力平衡条件，可以计算受力构件所受的拉力和压力大小，受力构件的承载能力等。
2. 在计算受力构件的承载能力时，需要考虑受力构件的截面形状、材料强度、受力方式等因素。
