轴心受力构件部分公式及例题
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轴心受力构件习题及答案一、选择题1。
一根截面面积为A,净截面面积为A n的构件,在拉力N作用下的强度计算公式为______。
2。
轴心受拉构件按强度极限状态是______.净截面的平均应力达到钢材的抗拉强度毛截面的平均应力达到钢材的抗拉强度净截面的平均应力达到钢材的屈服强度毛截面的平均应力达到钢材的屈服强度3。
实腹式轴心受拉构件计算的内容有______。
强度强度和整体稳定性强度、局部稳定和整体稳定强度、刚度(长细比)4. 轴心受力构件的强度计算,一般采用轴力除以净截面面积,这种计算方法对下列哪种连接方式是偏于保守的?摩擦型高强度螺栓连接承压型高强度螺栓连接普通螺栓连接铆钉连接5. 工字型组合截面轴压杆局部稳定验算时,翼缘与腹板宽厚比限值是根据______导出的。
6。
图示单轴对称的理想轴心压杆,弹性失稳形式可能为______。
X轴弯曲及扭转失稳Y轴弯曲及扭转失稳扭转失稳绕Y轴弯曲失稳7。
用Q235号钢和16锰钢分别建造一轴心受压柱,其长细比相同,在弹性范围内屈曲时,前者的临界力______后者的临界力。
大于小于等于或接近无法比较8。
轴心受压格构式构件在验算其绕虚轴的整体稳定时采用换算长细比,是因为______。
格构构件的整体稳定承载力高于同截面的实腹构件考虑强度降低的影响考虑剪切变形的影响考虑单支失稳对构件承载力的影响9. 为防止钢构件中的板件失稳采取加劲措施,这一做法是为了______。
轴心受力构件的强度和刚度计算1.轴心受力构件的强度计算轴心受力构件的强度是以截面的平均应力达到钢材的屈服应力为承载力极限状态。
轴心受力构件的强度计算公式为f A Nn≤=σ (4-1) 式中: N ——构件的轴心拉力或压力设计值;n A ——构件的净截面面积;f ——钢材的抗拉强度设计值。
对于采用高强度螺栓摩擦型连接的构件,验算净截面强度时一部分剪力已由孔前接触面传递。
因此,验算最外列螺栓处危险截面的强度时,应按下式计算:f A N n≤='σ (4-2)'N =)5.01(1nn N - (4-3)式中: n ——连接一侧的高强度螺栓总数;1n ——计算截面(最外列螺栓处)上的高强度螺栓数; 0.5——孔前传力系数。
采用高强度螺栓摩擦型连接的拉杆,除按式(4-2)验算净截面强度外,还应按下式验算毛截面强度f AN≤=σ (4-4)式中: A ——构件的毛截面面积。
2.轴心受力构件的刚度计算为满足结构的正常使用要求,轴心受力构件应具有一定的刚度,以保证构件不会在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形,以及使用期间因自重产生明显下挠,还有在动力荷载作用下发生较大的振动。
轴心受力构件的刚度是以限制其长细比来保证的,即][λλ≤ (4-5)式中: λ——构件的最大长细比;[λ]——构件的容许长细比。
3. 轴心受压构件的整体稳定计算《规范》对轴心受压构件的整体稳定计算采用下列形式:f AN≤ϕ (4-25)式中:ϕ——轴心受压构件的整体稳定系数,ycrf σϕ=。
整体稳定系数ϕ值应根据构件的截面分类和构件的长细比查表得到。
构件长细比λ应按照下列规定确定: (1)截面为双轴对称或极对称的构件⎭⎬⎫==y y y x x x i l i l //00λλ(4-26)式中:x l 0,y l 0——构件对主轴x 和y 的计算长度;x i ,y i ——构件截面对主轴x 和y 的回转半径。
双轴对称十字形截面构件,x λ或y λ取值不得小于5.07b/t (其中b/t 为悬伸板件宽厚比)。
轴心受力构件设计轴心受拉构件时需进行强度和刚度的验算,设计轴心受压构件时需进行强度、整体稳定、局部稳定和刚度的验算。
一、轴心受力构件的强度和刚度1.轴心受力构件的强度计算轴心受力构件的强度是以截面的平均应力达到钢材的屈服点为承载力极限状态f A N n ≤=σ (1) 式中 N ——构件的轴心拉力或压力设计值;n A ——构件的净截面面积;f ——钢材的抗拉强度设计值。
采用高强度螺栓摩擦型连接的构件,验算最外列螺栓处危险截面的强度时,按下式计算:f A N n≤='σ (2) 'N =)5.01(1n n N - (3)式中 n ——连接一侧的高强度螺栓总数;1n ——计算截面(最外列螺栓处)上的高强度螺栓数;0.5——孔前传力系数。
采用高强度螺栓摩擦型连接的拉杆,除按式(2)验算净截面强度外,还应按下式验算毛截面强度f A N ≤=σ (4)2.轴心受力构件的刚度计算轴心受力构件的刚度是以限制其长细比保证][λλ≤ (5) 式中 λ——构件的最大长细比;[λ]——构件的容许长细比。
二、 轴心受压构件的整体稳定1.理想轴心受压构件的屈曲形式理想轴心受压构件可能以三种屈曲形式丧失稳定:①弯曲屈曲 双轴对称截面构件最常见的屈曲形式。
②扭转屈曲 长度较小的十字形截面构件可能发生的扭转屈曲。
③弯扭屈曲 单轴对称截面杆件绕对称轴屈曲时发生弯扭屈曲。
2.理想轴心受压构件的弯曲屈曲临界力若只考虑弯曲变形,临界力公式即为著名的欧拉临界力公式,表达式为N E =22l EI π=22λπEA (6) 3.初始缺陷对轴心受压构件承载力的影响实际工程中的构件不可避免地存在初弯曲、荷载初偏心和残余应力等初始缺陷,这些缺陷会降低轴心受压构件的稳定承载力。
1)残余应力的影响当轴心受压构件截面的平均应力p f >σ时,杆件截面内将出现部分塑性区和部分弹性区。
由于截面塑性区应力不可能再增加,能够产生抵抗力矩的只是截面的弹性区,此时的临界力和临界应力应为:N cr =22l EI e π=22lEI π·I I e (7) cr σ=22λπE ·I I e (8) 式中 I e ——弹性区的截面惯性矩(或有效惯性矩);I ——全截面的惯性矩。
第四章轴心受力构件§4-1 概述1、工程实例(假设节点为铰接,无节间荷载作用时,构件只受轴心力作用)(1)桁架(2)塔架(3)网架、网壳2、分类⑴按受力来分:①轴心受拉构件②轴心受压构件到某临界值时,理想轴心受压构件可能以三种屈曲形式丧失稳定。
(1) 弯曲屈曲构件的截面只绕一个主轴旋转,构件的纵轴由直线变为曲线,这是双轴对称截面构件最常见的屈曲形式。
如图4-2 (a)就是两端铰接工字形截面构件发生的绕弱轴的弯曲屈曲。
(2) 扭转屈曲失稳时构件除支承端外的各截面均绕纵轴扭转,图4-2 (b)为长度较小的十字形截面构件可能发生的扭转屈曲。
(3) 弯扭屈曲单轴对称截面构件绕对称轴屈曲时,在发生弯曲变形的同时必然伴随着扭转。
图4-2 (c)即T 形截面构件发生的弯扭屈曲。
图4-2 轴心受压构件的三种屈曲形式欧拉临界力和欧拉临界应力临界应力其中:——单位剪力时的轴线转角,;通常剪切变形的影响较小,忽略其对临界力或临界应力的影响。
E N E σ1222211γλπλπσ⋅⋅+⋅⋅==EAEAN cr cr1γ)(1GA βγ=这样,※上述推导基于材料处于弹性阶段,即,或。
(二)初始缺陷对轴心受压构件稳定承载力的影响 1. 残余应力的影响残余压应力对压杆弯曲失稳的影响: 对弱轴的影响比对强轴的影响要大的多。
稳定应力上限,弱轴:强轴:其中:,0<<1.0。
2.初弯曲的影响图4-3 考虑初弯曲的压力—挠度曲线图示压力—挠度曲线有如下特点:1有初弯曲时,挠度v 不是随着N 按比例增加;N 较小时,挠度增加较慢,N 趋于时,挠度增加较快,并趋向于无限大;2相同压力N 的作用下,压杆的初挠度值越大,杆件的挠度也越大;Ecr N EAlEI N =⋅=⋅=2222λππEcr cr E AN σλπσ=⋅==22pcr f E≤⋅=22λπσpp f E λπλ=≥322kEx crx ⋅⋅=λπσkEycry⋅⋅=22λπσ翼缘宽度翼缘弹性区宽度=k k E N3由于有的存在,轴心压杆的承载力总是低于,因此是弹性压杆承载力的上限。