第四轴心受力构件

钢结构辅导资料十一

主 题：第四章 轴心受力构件

第六节 格构式轴心受压构件

第七节 柱头和柱脚

学习时间：2010年12月27日－2011年1月2日

内 容：

这周我们将学习本门课的第四章轴心受力构件。

第四章 轴心受力构件

第六节 格构式轴心受压构件

第七节 柱头和柱脚

本章的学习要求及需要掌握的重点内容如下：

1、格构式轴心受压构件的整体稳定、缀材设计；

2、柱头设计。

基本概念：局部稳定，整体稳定。

知识点：格构式轴心受压构件绕虚轴的换算长细比及其整体稳定验算，缀条和缀板的受力、设计与计算；柱头设计。

本周内容共包含两大部分：第一部分是知识点讲解，第二部分是本周练习题，包含了本周学习的知识点，题型以考试卷型为主。

第一部分 本周主要内容讲解及补充

一、格构式轴心受压构件

1、截面形式 常用的格构式构件截面形式有两个槽钢或工字钢组成的双肢截面，此外，当轴心压力较小但长度大时，还可以采用以钢管、角钢组成的三肢、四肢截面，如下图所示。

2、组成

格构式构件是将肢件用缀材连成一体的一种构件。缀材分缀条和缀板两种，故格构式构件以分为缀条式和缀板式两种。缀条常采用单角钢，用斜杆组成，一般斜杆与构件轴线成α(40～70)度夹角。缀条也可由斜杆和横杆组成。缀板常采用钢板，必要时也可采用型钢，每隔一定距离在每个缀板平面内设置一个。

在格构式构件截面上，垂直于肢件腹板平面的主轴叫做实轴，图中的x-x轴，垂直于缀材平面的主轴叫做虚轴，图中的y-y轴。

当构件截面尺寸较大。构件较长时，为了节约钢材，宜采用格构式。

3、格构式构件截面设计的特点

（1）通过调整肢件之间距离较易实现等稳定性。

（2）格构式构件绕实轴的稳定计算与实腹式构件相同，而绕虚轴的稳定性比具有同样长细比的实腹式构件小，因为，格构式构件的肢件是每隔一定距离用缀材联系起来的，当构件绕虚轴屈曲时，引起的变形比实腹式构件大，此变形是由弯曲和剪力两个因素共同引起的。对实腹式构件，由剪力产生的变形很小，一般可忽略不计，但对格构式构件绕虚轴屈曲时，就必须考虑剪力所产生的变形及其对临界力的影响。设计计算时，采用加大的换算长细比来代替整个构件对虚轴的实际长细比，这样就相当于降低了虚轴方向的临界力，以达到等稳定性要求。

104 第4章 轴心受力构件

例题4.1 某焊接组合工字形截面轴心受压构件的截面尺寸如图4-13所示，承受轴心压力设计值(包括构件自

重)N＝2000kN，计算长度l

0y＝6m，l

0x＝3m，翼缘钢板为火焰切割边，钢材为Q345，截面无削弱。要求验算该轴心

受压构件的整体稳定性是否满足设计要求，并计算整体稳定承载力。

图4—13 焊接工字形截面

解 （1）截面及构件几何特性计算

A=250×12×2+250×8=8000mm2

I

y=(250×2743

-242×2503

)/12=1.1345×108

mm4

I

x=(12×2503

×2+250×83

)/12=3.126×107

mm4

1.1198000/101345.1/8

AIi

yymm

5.628000/10126.3/7

AIi

xx mm

λ

y=l

0y/i

y=6000/119.1=50.4 λ

x=l

0x/i

x=3000/62.5=48.0

(2)整体稳定性验算

查表4－5，截面关于x轴和y轴都属于b类，λ

y >λ

x

1.61235/3454.50235/

yyf

查附表7得φ=0.8016

9.311

80008016.01020003







AN

N/mm2

≈f=310N/ mm2

故可认为整体稳定性满足要求。

（3）整体稳定承载力计算

φAf=0.8016×8000×310=1.988×106

N=1988kN

该轴心受压构件的整体稳定承载力为1988kN。

例题4.2 某焊接T形截面轴心受压构件截面尺寸如图4—14所示。承受轴心压力设计值(包括构件自重)N＝

2000kN，计算长度l

0x＝l

0y＝3m，翼缘钢板为火焰切割边，钢材为Q345，截面无削弱。要求验算该轴心受压构件的整

体稳定性。

105

图4—14 焊接T形截面

解 （1）截面及构件几何特性计算

A=250×24＋250×8=8000mm2

25.34

8000)12125(8250

轴心受力构件

是指受到力沿着其中心轴线方向作用的构件，包括拉杆、柱子、管道等等。在机械工程中，充当着至关重要的角色，它们能够在不同的应用场景中承受压力、弯曲和剪切等力量，从而使得机械设备得以正常运转。让我们深入探讨的运用和作用。

一、的类型及应用

常常分为拉压杆和管子。拉杆用于承受拉伸力，管子用于承受高压液力或燃气力。在机械设计中，这些构件通常被用于桥梁、塔楼、建筑物和车辆等结构的建造中。同时，也被广泛应用在航空、航天和船舶设计中，纤维材料的应用更是增强了的使用范围。

二、的受力分析

的设计需要考虑很多因素，如承受的荷载大小、材料的强度和刚度、构件的长度和支承方式等。在实际使用过程中，还需要考虑力的传导和使构件具备符合要求的变形能力等因素。

在受力分析中，的力学特性是重要的。如果设计不当，构件可能会承受破坏性变形，从而导致严重事故的发生。例如，当长度超过一定比例时，由于柔性构件的配重达到了高峰值，会导致塔架的共振而倒塌。

三、的设计方法

的设计需要考虑构件的应用领域、材料的种类和强度、以及构件长度及支承方式等因素。设计师需要根据具体的要求进行选择和修改，并根据设计结果进行适当的测试和验证。其中，材料的选择是重要的一环。常见的材料有钢、铝和钛合金，选择合适的材料可以提高构件的强度和硬度，从而承受更大的压力。

在设计过程中，还需要使用工具进行力学分析，如荷载分析、变形分析和应力分析等。对于复杂的结构，还可以通过CAD或其他软件进行模拟和分析。最终的结果需要根据实际的实验测试结果进行优化，以确保能够达到设计要求。

四、的优化和改进

的优化和改进是一个长期的研究领域。近年来，各国的专家学者已经提出了许多新的方法和技术，如新材料的应用、优化的结构设计和精确的力学分析方法等。这些技术的不断进步和应用，使得的质量和使用效果都得到了极大的提高。

总之，是机械工程中不可或缺的部分。在未来，随着科技的进步，的研究将逐步深化，并得到更广泛的应用。

第4章 思考题参考答案

【4-1】为什么轴心受拉构件开裂后，当裂缝增至一定数量时，不再出现新的裂缝？

在裂缝处的混凝土不再承受拉力，所有拉力均由钢筋来承担，钢筋通过粘结力将拉力再传给混凝土。随着荷载的增加，裂缝不断增加，裂缝处混凝土不断退出工作，钢筋不断通过粘结力将拉力传给相邻的混凝土。当相邻裂缝之间距离不足以使混凝土开裂的拉力传递给混凝土时，构件中不再出现新裂缝。

【4-2】如何确定受拉构件的开裂荷载和极限荷载？

（1） 当0tt时，混凝土开裂，这时构件达到的开裂荷载为：

000(1)tcrctcEtNEAEA

（2） 钢筋达到屈服强度时，构件即进入第Ⅲ阶段，荷载基本维持不变，但变形急剧增加，这时构件达到其极限承载力为：

tuysNfA

【4-3】 在轴心受压短柱荷载试验中，随着荷载的增加，钢筋的应力增长速度和混凝土的应力增长速度哪个快？为什么？

（1）第Ⅰ阶段，开始加载到钢筋屈服。钢筋增长速度较快。此时若忽略混凝土材料应力与应变关系之间的非线性关系，则钢筋与混凝土的应力分别为sE和cE，由于scEE，因此钢筋增长的速度较快，若考虑混凝土非线性的影响，此时混凝土应力与荷载关系呈一条上凸的曲线，则钢筋增长的速度相对混凝土更快。

（2）第Ⅱ阶段，钢筋屈服到混凝土被压碎。混凝土增长速度较快。当达到钢筋屈服后，此时钢筋的应力保持不变，增加的荷载全部由混凝土承担，混凝土的应力加速增加，应力与荷载关系由原来的上凸变成上凹。（图4-9）

【4-4】如何确定轴心受压短柱的极限承载力？为什么在轴压构件中不宜采用高强钢筋？

（1）当00.002时，混凝土压碎，短柱达到极限承载力

cucysNfAfA

（2）由于当轴压构件达到极限承载力时00.002s，相应的纵筋应力值为：

32200100.002400/sssENmm

由此可知，当钢筋的强度超过2400/Nmm时，其强度得不到充分发挥，因此不宜采用高强钢筋。