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钢结构基本原理 4-1 轴心受压构件

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钢结构设计原理 第四章-轴心受力构件

钢结构设计原理 第四章-轴心受力构件

因此，失稳时杆件的整个截面都处于加载的过 程中，应力-应变关系假定遵循同一个切线模量 Et，此时轴心受压杆件的屈曲临界力为：
N cr ,t

2 Et I
2 二、实际的轴心受压构件的受力性能
在钢结构中，实际的轴压杆与理想的直杆受力性能之间差别很大，实 际上，轴心受压杆的屈曲性能受许多因素影响，主要的影响因素有：
一、理想轴压构件的受力性能 理想轴压构件是指满足下列4个条件： o杆件本身绝对直杆； o材料均质且各向同性； o无荷载偏心且在荷载作用之前无初始应力； o杆端为两端铰接。 在轴心压力作用下，理想的压杆可能发生三种形式的屈曲： 弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲——见教科书P97图4–6 轴心受压构件具体以何种形式失稳，主要取决于截面的形式 和尺寸、杆的长度以及杆端的支撑条件。
l N 2 EI 对一无残余应力仅存在初弯曲的轴压杆，杆件中点截面边缘开始 式中 N l2 NE 屈服的条件为：
0
1
经过简化为：
N N vm v0 v0 fy v m v0 v 1 1 N NE A W N N v0 N E fy A W NE N
An—构件的净截面面积_
N fy r f R An
P94式4-2
（1）当轴力构件采用普通螺栓连接时 螺栓为并列布置：
n1 n2 n3
按最危险的截面Ⅰ-Ⅰ 计算，3个截面净截面面积 相同，但 Ⅰ-Ⅰ截面受力最大。
N n
Ⅰ-Ⅰ：N Ⅱ-Ⅱ：N-Nn1/n Ⅲ-Ⅲ：N-N(n1+n2)/n
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
2 2
从上面两式我们可以看出，绕不同轴屈曲时，不仅临界力不同，且残余 应力对临界应力的影响程度也不同。因为k1，所以残余应力对弱轴的 影响比对强轴的影响严重的多。

4-钢结构设计原理-轴心受力构件1 钢结构设计原理

4-钢结构设计原理-轴心受力构件1 钢结构设计原理
第四章 轴心受力构件
4 轴
主要内容:
心
受 力
1、轴心受拉构件的强度和刚度
构
件 设
2、轴心受压构件的强度
计
3、轴心受压实腹式构件的整体稳定
4、轴心受压格构式构件的整体稳定
5、轴心受压实腹式构件的局部稳定
6、轴心受压格构式构件的局部稳定
7、轴心受力构件的刚度
学习目标
1.掌握轴心受拉构件强度的计算方法、净截面的概念；
4
轴
心 受
所谓分支点失稳，是指当荷载逐渐增加到某一数值
力 构
时，结构除了按原有变形形式可能维持平衡之外，还可
件 设
能以其他变形形式维持平衡，这种情况称为出现平衡的
计
分支。出现平衡的分支是此种结构失稳的标志。
对于受偏心压力的细长直杆，当荷载逐渐增大而趋
于某一数值时,其原有变形形式急剧增大，致使结构丧
失承载能力。这种失稳现象称为极值点失稳。
结构或构件在外力增加到某一数值时，稳定的平衡
状态开始丧失，稍有扰动，结构变形迅速增大，使结构 丧失正常工作的能力，称为失稳。
在桥梁结构中，总是要求沿各个方向保持稳定的平
衡，也即沿各个方向都是稳定的，避免不稳定的平衡或 随遇平衡。
结构稳定问题的两种形式：
第一类稳定问题，分支点失稳问题； 第二类稳定问题，极值点失稳问题。
4
轴 心 受 力 构 件 设 计
4.3.3轴压稳定理论的沿革——具有初始缺陷的实际轴心压杆的稳 定问题
有关轴心压杆的整体稳定问题的理论经历了由理想状态杆件的
单曲线函数关系到实际状态杆件多曲线函数关系的沿革。传统的
理想状态压杆的单曲线稳定理论认为轴压杆是理想状态的，它在

钢结构基本原理(第二版)习题参考解答第七章

钢结构基本原理(第二版)习题参考解答第七章

7.1 一压弯构件长15m ，两端在截面两主轴方向均为铰接，承受轴心压力1000N kN =，中央截面有集中力150F kN =。

构件三分点处有两个平面外支承点（图7-21）。

钢材强度设计值为2310/N mm 。

按所给荷载，试设计截面尺寸（按工字形截面考虑）。

解：选定截面如下图示：图1 工字形截面尺寸下面进行截面验算：（1）截面特性计算()23002026502021420540A mm =⨯⨯+-⨯⨯=339411300650286610 1.45101212x I mm =⨯⨯-⨯⨯=⨯ 63/325 4.4810x x W I mm ==⨯337411220300610149.01101212y I mm =⨯⨯⨯+⨯⨯=⨯ 53/150 6.0110y y W I mm ==⨯266.2x i mm ==66.2y i m m = （2）截面强度验算36226100010562.510172.3/310/20540 4.4810x M N N mm f N mm A W σ⨯⨯=+=+=<=⨯ 满足。

（3）弯矩作用平面内稳定验算 长细比1500056.3266.2x λ== 按b 类构件查附表4-4，56.368.2，查得0.761x ϕ=。

2257222.061020540' 1.20101.1 1.156.3EX x EA N N ππλ⨯⨯⨯===⨯⋅⨯ 弯矩作用平面内无端弯矩但有一个跨中集中荷载作用：371000101.00.2 1.00.20.981.2010 1.1mx EX N N β⨯=-⨯=-⨯=⨯⨯， 取截面塑性发展系数 1.05x γ= 363611000100.98562.5100.7612054010001010.8 1.05 4.481010.8' 1.2010mx x x x x EX M N A N W N βϕγ⨯⨯⨯+=+⨯⎛⎫⎛⎫⨯-⨯⨯⨯-⨯ ⎪ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭ 22189.54/310/N mm f N mm =<= ，满足。

《钢结构设计原理》——期末考试参考答案

《钢结构设计原理》——期末考试参考答案

《钢结构设计原理》——期末考试参考答案一、单选题1.对于对接焊缝，当焊缝与作用力间的夹角满足( )时，该对接焊缝的可不进行验算。

A.1B.1.5C.2D.0.5正确答案：B2.对于钢结构的局部失稳，一般不采用( )方式。

A.增加翼缘与腹板厚度B.减小翼缘与腹板的宽度C.提高杆件的强度D.设置加劲肋正确答案：C3.钢材拉伸性能试验采用( )进行检测。

A.压力试验机B.弯折仪C.拉拔仪D.万能试验机正确答案：D4.受弯构件的腹板加劲肋设计原则是（）。

A.无论如何都要设置腹板加劲肋B.调整腹板的高厚比，尽量不要设置加劲肋C.各种加劲肋的功能是不一样的，要依据情况设置D.要优先设置纵向加劲肋正确答案：C5.为了防止轴心受压构件的局部失稳需( )。

A.规定板件有足够的强度B.规定板件的宽厚比C.规定板件有足够的刚度D.规定板件有足够的厚度正确答案：B6.钢梁腹板局部稳定采用( )准则。

A.腹板局部屈曲应力不小于构件整体屈曲应力B.腹板实际应力不超过腹板屈曲应力C.腹板实际应力不小于板的屈服应力D.腹板局部临界应力不小于钢榭屈服应力正确答案：D7.常用的钢结构连接方法中，广泛应用于可拆卸连接方法是( )。

A.焊接连接B.螺栓连接C.铆接连接D.销键连接正确答案：B8.钢梁腹板加劲肋的主要作用是( )。

A.增强截面的抗扭刚度B.保证腹板的局部稳定性C.提高截面的强度D.提高梁的整体稳定性正确答案：B9.轴的刚度分为( )和扭转刚度。

A.扭矩刚度B.弯曲刚度C.抗震刚度D.机动刚度正确答案：B10.轴心受压构件柱脚底板的面积主要取决于( )。

A.底板的抗弯刚度B.柱子的截面积C.基础材料的强度等级D.底板的厚度正确答案：C11.直角角焊缝连接的计算是根据( )情况不同分类的。

A.焊缝形式B.钢材型号C.受力情况D.结构形式正确答案：C12.钢材塑性破坏的特点是( )。

A.变形小B.破坏经历时间非常短C.无变形D.变形大正确答案：D13.高强螺栓与普通螺栓之间的主要区别是( )。

钢结构基本原理第4章

钢结构基本原理第4章


第4.1节 概述
本节目录
1. 轴心受力构件的应用 2. 轴心受力构件类型 3. 轴心受力构件的截面形式 4. 轴心受力构件的计算内容
基本要求
了解轴心受力构件的类型、应用及计算内容
4.1.1 轴心受力构件的应用
轴心受力构件是指承受通过截面形心轴线的轴向力 作用的构件。
图4.1.1 桁架
图4.1.2 网架
由于组合截面制作费时费工，其总的成本并 不一定很低，目前只在荷载较大或构件较高时使 用。
4.1.4 轴心受力构件的计算内容
件轴 心 受 力 构
强度 （承载能力极限状态） 轴心受拉构件 刚度 （正常使用极限状态）
强度 （承载能力极限状态） 轴心受压构件 稳定
刚度 （正常使用极限状态）
第4.2节 轴心受力构件的强度和刚度
②理想轴心压杆的弹塑性弯曲屈曲临界力和临界应力
对于长细比λ<λp的轴心压杆发生弯曲屈曲时，构件截 面应力已超过材料的比例极限，并很快进入弹塑性状态， 由于截面应力与应变的非线性关系，这时构件的临界力和 临界应力公式采用切线模量理论计算。
N cr

2Et I
l2
cr

2Et 2
Et ---切线摸量
A
N f
A
N ——轴心压力设计值；
A ——构件毛截面积；
f ——钢材抗压强度设计值；

——
cr
/
f
，称为轴心受压构件整体稳定系数，
y
根据截面分类和构件长细比，由柱子曲线或查表确定。
轴心受压构件的柱子曲线
压杆失稳时临界应力σcr与长细比λ之间的关系曲线 称为柱子曲线。
规范在制定轴心受压构件的柱子曲线时，根据不同 截面形状和尺寸、不同加工条件和相应的残余应力分布 和大小、不同的弯曲屈曲方向以及l/1000的最大初弯曲, 按照最大强度准则，对多种实腹式轴心受压构件弯曲失 稳算出了近200条柱子曲线。

钢结构设计原理4轴心受力构件

钢结构设计原理4轴心受力构件

轧制普通工字钢，腹板较薄，热轧后首先冷却；翼缘在
冷却收缩过程中受到腹板的约束，因此翼缘中产生纵向
残余拉应力，而腹板中部受到压缩作用产生纵向压应力
。轧制H型钢，由于翼缘较宽，其端部先冷却，因此具
有残余压应力，其值为＝0.3
f
左右，残余应力在翼缘宽
y
度上的分布，常假设为抛物线或取为直线。翼缘是轧制
边或剪切边的焊接工字形截面，其残余应力分布情况与
Ncrx
2EIx 2
x
I ex Ix
2EIx 2
x
2t(kb)h2 / 4 2tbh2 / 4
2EIx 2
x
k
N cry
2EI y 2
y
I ey Iy
2EI y 2
y
2t(kb)3 /12 2tb3 /12
2EI y 2
y
k3
由于k＜l.0，故知残余应力对弱轴的影响比对强轴的影 响要大得多 。
N f
An
采用高强度螺栓摩擦型连接的构件，验算净截面强度时 应考虑一部分剪力已由孔前接触面传递，验算最外列螺 栓处危险截面的强度时，应按下式计算
N' f
An
N ' N (1 0.5 n1 ) n
摩擦型连接的拉杆，除验算净截面强度外，还应验算毛 截面强度
N f
A
4.2.2轴心受力构件的刚度计算 为满足正常使用要求，构件应具有一定的刚度，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。
GIt
1 i02
2E 2z
A
z
I
/ l2
Ai02 GIt

同济大学课件-钢结构设计原理

同济大学课件-钢结构设计原理
由截面残余应力分布模式的介 绍，可知残余应力在截面上的分布 与截面的形状及尺寸、制作方法和 加工过程等密切相关。当钢板厚度 较大时，残余应力沿厚度方向也有 变化。
钢结构基本原理及设计
钢结构基本原理及设计
2．残余应力对短柱应力—应变曲线的影响
1）有效比例极限 残余应力的存在，使 短柱平均应力到达A点后， 出现一过渡曲线ABC，然 后到达屈服点，亦即残余应 力的存在降低了构件的比例 极限，使构件提前进入弹塑 性工作。 A点的应力称为有效比 例极限，记为fp 。
Ncr （l)2
cr

Ncr A
2E
l2
I A
l02

2
考虑剪切影响？

2E
l2

i2

2E
l2
2E 2
i2
其中， i I 是回转半径； A
l
i
是压杆长细比。
2） 欧拉公式范围
钢结构基本原理及设计
当截面应力超过钢材的比例极限后，欧拉公式不适用，
2E 2 fp
分割法、钻孔法
热轧的宽翼缘工字钢(H型 钢)，翼缘宽度较大，热轧后冷 却过程中，翼缘两端由于其暴露 于空气中的面积较翼缘与腹板交 接部分为多而冷却较快，
腹板中间部位则因厚度较薄 而冷却较快，翼缘与腹板交接部 位冷却收缩变形受到先冷却部分 的约束而出现残余拉应力，先冷 却部分则出现残余压应力。
钢结构基本原理及设计
(3) 缀件有缀条或缀板两种，
钢结构基本原理及设计
钢结构基本原理及设计
a)缀条用斜杆组成或斜杆与横杆共同组成，缀条常采用 单角钢，与分肢翼缘组成桁架体系，使承受横向剪力时有 较大的刚度。
b)缀板常采用钢板，与分肢翼缘组成刚架体系。 在构件产生绕虚轴弯曲而承受横向剪力时，刚度比缀

《钢结构基本原理》作业解答

《钢结构基本原理》作业解答

《钢结构基本原理》作业解答[判断题]18、在格构式柱中，缀条可能受拉，也可能受压，但设计时缀条应按拉杆来进行设计。

参考答案：错误[论述题]14、工字形截面绕强轴的塑性发展系数与绕弱轴的塑性发展系数哪个大？为什么？15、对于轴压构件，有时也常采用格构式截面（1）请说明什么情况下比较适合采用格构式截面？（2）采用格构式截面时，为什么采用换算长细比来计算虚轴的稳定承载力？（3）在已知双肢格构柱截面形式的条件下，如何计算换算长细比和验算绕虚轴的稳定性？（4）对于双肢缀条柱，除了上一问的验算外还需验算哪些容？答：14、答：绕弱轴的塑性发展系数大；绕强轴受弯，翼?发生屈服以后截面继续发生塑性发展的潜力不大。

16、答：（1）A 、柱的计算长度较大 B 、柱所承受的轴向荷载较大 C 、对柱的刚度要求较严格，这样情况下截面强度富余，由稳定控制做实腹式浪费材料，所以采用格构式。

（2）构件在微弯的临界平衡状态外，将在截面上产生剪力，从而产生剪切变形。

对于实腹式构件而言，剪力由腹板承担，而腹板的剪切刚度又很大，所以剪切变形小可以忽略不计，但是对于由缀材组成的格构式截面，剪力由缀材承担变形较大不能忽略。

考虑剪切变形的影响，构件的临界承载力降低了，规用增大长细比的方法考虑这种影响，所以绕虚轴失稳时，采用换算长细比。

1227A A x ox +=λλ（3）缀条柱 （4）还需验算：A 、格构柱的净截面强度；B 、格构柱绕实轴的稳定性 C 、格构柱绕两个轴的长细比是否需要满足刚度要求 D 、单肢的稳定 E 、缀条的稳定 F 、缀条与柱肢连接的强度验算。

论述题]13、某焊接工字形截面柱，截面几何尺寸如图所示。

柱的上、下端均为铰接，柱高4.2m ，承受的轴心压力设计值为1000kN ，钢材为Q235，翼缘为火焰切割边，焊条为E43系列，手工焊。

试验算该柱的整体稳定性。

参考资料： f=215N/mm 2【论述题]12、分析图示实腹轴心受压柱头的传力路线，写出焊缝①、②的计算表达式。

《钢结构原理》第4章轴心受力构件

《钢结构原理》第4章轴心受力构件

2tb3
3 12 12
2E k3 y2
crx
2E Iex x2 Ix
2E 2t kb h2
x2
2tbh2 4
4
2E
k
x2
2021/8/30
26
《钢结构原理》 第4章 轴心受力构件
4.4.4.2 初弯曲的影响
假设构件变形 为正弦曲线：
y0
v0
sin
x
l
v0为初始挠度
2021/8/30
x
l0x ix
,
y
l0 y iy
l0x，l0y —— 构件的计算长度； ix，iy —— 截面回转半径； [] —— 容许长细比。
2021/8/30
9
《钢结构原理》 第4章 轴心受力构件
2021/8/30
10
《钢结构原理》 第4章 轴心受力构件
【例题】 某钢屋架下弦采用L125×12双角钢做成，钢材为 Q235，截面无削弱，计算长度为12.2m，承受静力荷载设计值 为900kN，要求验算此拉杆的强度和刚度。
后存在加压和减压区）
2021/8/30
21
《钢结构原理》 第4章 轴心受力构件
4.4.4 影响轴心受压构件整体稳定承载力的因素
理想等直杆是不存在的，实际工程中的轴心受压 构件有很多几何缺陷和力学缺陷，其中影响稳定承载 力的主要因素有：
截面的纵向残余应力 构件的初始弯曲 荷载作用点的初偏心 构件端部的约束条件
N A
Nv0
W 1 N
NE
fy
假设 v0= l / 1000，则上式整理可得：
N A
1
1000
i
1
1 N
N

第5章 钢结构设计原理-轴心受压构件

第5章 钢结构设计原理-轴心受压构件
3. 不对称截面的弯扭失稳
三式相互联系，失稳时呈弯扭变形状态——弯扭失稳。
21/85
5.3.4 弯曲失稳的极限承载力
1. 弯曲失稳极限承载力的准则
① 边缘纤维屈服准则——截面边缘纤维最大应力达到屈服点fy。 ② 稳定极限承载力理论——压力达到极限型失稳的顶点。
2. 临界应力σcr按边缘屈服准则的计算方法
2. 单轴对称截面的弯曲失稳和弯扭失稳 剪力中心在对称轴(如x轴)上，y0=0，由式(5-8)有：
P29
(5-27a、c) 相互联立，弯曲变形ν和扭转变形θ同时产生 ——弯扭失稳。
(5-27b) 独立，对称平面内的失稳——弯曲失稳。
20/85
5.3.3 轴心压杆的弯曲失稳、扭转失稳和弯扭失稳
初选截面形式 计算λx ，λy 按附表4-3～4-6确定φx 、φy
按表5-4确定a、b、c、d类
Nx =φxAf、 Ny=φyAf
Nx =min(NX,NY)
31/85
52．【背景资料】（25分） 两端铰接轴心受压钢柱，高10m,钢材为Q235，强度设计值ƒ=215 N/mm2，采
用图示截面，焊接工字型截面，翼缘为焰切边，尺寸单位mm。 1、计算构件截面积（2分）
初始缺陷包括： 初弯曲、初扭曲、初偏心、残余应力及材质的不均匀性
实际杆件的稳定承载力不再是长细比的唯一函数。 初始缺陷导致试验结果形成一个很宽的分布带。
15/85
5.3.3 轴心压杆的弯曲失稳、扭转失稳和弯扭失稳
钢结构压杆一般都是开口薄壁杆件。
根据开口薄壁杆件理论，具有初始缺陷的轴压杆的弹性微分 方程为(x0、y0为剪力中心坐标；u0、v0、θ0为初始缺陷引起的位移)：
（5-35a） （5-35b）

4-钢结构设计原理-轴心受力构件2 钢结构设计原理

4-钢结构设计原理-轴心受力构件2 钢结构设计原理

设
计
1. 格构式轴心受压构件绕实轴的整体稳定验算
格构式轴心受压构件绕实轴的弯曲屈曲情况与实腹式 轴心受压构件没有区别，因此其整体稳定计算也相 4 同，可以采用实腹式轴心受压构件按b类截面进行计 轴 算。
心 受 力 构 件 设 计
2. 格构式轴心受压构件绕虚轴的整体稳定验算
实腹式轴心受压构件在弯曲屈曲时，剪切变形影响很
4
轴 心 受 力 构 件 设 计
有了剪力后，即可进行缀条和缀板的计算。
4 轴 心 受 力 构 件 设 计
1）缀条的计算
缀条的内力可与桁架的腹杆一样计算。如图，一个斜缀条 的内力 Nt 为
4
轴
心 受 力
式中：
V1
―
分配到一个缀条面上的剪力；
构
件 设
n ― 承受剪力 V1的斜缀条数，对单缀条 n=1 ，对
格构式轴心受压构件绕虚轴失稳的换算长细比:
格构式轴心受压构件绕实轴的计算与实腹式构件相同，
但绕虚轴的计算不同，绕虚轴屈曲时的稳定承载力比相同
长细比的实腹式构件低。
实腹式轴心受压构件在发生整体弯曲后，构件中产生的
4
轴 剪力很小，而其抗剪刚度很大，因此横向剪力产生的附加
心
受 力
变形很微小，可以忽略不计。对于格构式轴心受压构件，
4
轴
心
受
力
构 件
，
设
计
2）求截面两个主轴方向所需的回转半径
再根据截面的近似回转半径求截面轮廓尺寸，即求截面 近似高度 h和宽度bl
4
式中α1 、 α2 分别为系数，表示 h、bl 和回转半径 ix、iy间
轴 的近似数值关系。例如，由三块钢板组成的工字形截面，

钢结构设计原理-轴心受力构件

钢结构设计原理-轴心受力构件
焊接构件和轧制型钢构件均会产生残余应力，但残余应 力在构件内是自相平衡的内应力，在轴力作用下，除了使 构件部分截面较早地进入塑性状态外，并不影响构件的静 力强度。
所以在验算轴心受力构件强度时，不必考虑残余应力的 影响。
钢结构设计原理
铜仁学院 土木工程专业
§5.2.2 轴心受力构件的刚度计算
1) 进行刚度计算的原因
因此轴心受力构件是以截面的平均应力达到钢材的屈服强 度fy作为强度计算准则的，而不是fu。
钢结构设计原理
铜仁学院 土木工程专业
2) 有截面削弱时的极限状态
对有孔洞等削弱的轴心受力构件，存在应力集中现象。孔 壁边缘的应力可能达到构件毛截面平均应力的3倍。
继续加载，孔壁边缘应力达到材料的屈服强度以后，应力 不再继续增加而截面发展塑性变形，应力渐趋均匀。到达极 限状态时，净截面上的应力为均匀屈服应力。
N cr

2 EIe
l2
cr

N cr A
2 EI Ie
l2A I
1947年Shanley指出切线模量临界应力是轴心受压构件弹 塑性屈曲应力的下限，双模量临界应力是其上限，切线模 量临界应力更接近实际的弹塑性屈曲应力。因此，切线模 量理论更有实用价值。
钢结构设计原理
铜仁学院 土木工程专业
§5.3.3 力学缺陷对轴心受压构件弯曲屈曲的影响
1) 残余应力的产生与分布规律
①热轧型钢截面，如圆钢、圆管、方管、角钢、工字钢、 T型钢、宽翼缘H型钢和槽钢等，最常用工字形或H形截面；
②第二种是冷弯型钢截面，如卷边和不卷边的角钢或槽 钢与方管；
③第三种是型钢或钢板连接而成的组合截面。
钢结构设计原理
铜仁学院 土木工程专业 格构式构件：一般由两个或多个分肢用缀件联系组成，采 用较多的是两分肢格构式构件。 通过分肢腹板的为实轴，通过分肢缀件的为虚轴。 分肢采用轧制槽钢或工字钢。缀件的作用是将各分肢连成 整体，使其共同受力，并承受绕虚轴弯曲时产生的剪力。 缀件有缀条或缀板两种。 缀条由斜杆组成、或斜杆与横杆共同组成，缀条常采用单 角钢，与分肢翼缘组成桁架体系，使承受横向剪力时有较 大的刚度。缀板常采用钢板，与分肢翼缘组成刚架体系， 刚度略低。

第5章-轴心受压构件.

第5章-轴心受压构件.
欧拉临界压力：
1947年，香莱(Shanley)研究了理想轴心压 杆的非弹性稳定问题，临界压力与临界应力为：
切线模量 临界应力
欧拉双曲线 也称柱子曲线
二、实际轴心压杆的整体稳定
实际轴心压杆有多种初始缺陷，如初始弯曲、 初始偏心、残余应力、材料不均匀，使得实际轴心 压杆与理想轴心压杆之间存在很大区别。
均匀受压简支矩形板的稳定系数
经过大量试验验证，纵向均匀受压简支矩形板的稳定 系数可取为4，即
联合以下几式
(2) 三边简支，与压力平行的一边为自由的矩形板 三边简支
自由边 板的临界应力也 可用前面的式子:
(3) 三边简支，与压力平行的一边有卷边的矩形板 三边简支
卷边
(4) 其他支承情况矩形板
与压力平行的二边为固定 与压力平行的一边为固定，一边简支 与压力平行的一边为固定，一边自由
公 式 计 算
查 按表5-4确定截面类型(a、b、c、d) 表
计 算
查附表4-4
例5-1 轴心受压实腹构件截面(翼缘为焰切边)如图所示，截面无 削弱，各项参数如下，计算构件的整体稳定性。
y
[解] （1）截面几何性质计算 截面面积：
惯性矩：
2508 x
25012
回转半径：
长细比： 绕x轴的长细比大于绕y轴长细比大，因此绕x轴弯曲失稳
3、板组中板件弹性阶段的临界应力 轴心压杆的截面由多块板件组成，计算截面中板件的
临界应力时，应考虑板组间的约束因素，计算公式同前
稳定系数k见P121表5-6 也可以采用下式
4、板件弹塑性阶段的临界应力 ——材料的切线模量
三、轴心受压实腹式构件板件局部稳定计算
按照不出现局部失稳准则
即：板件失稳临界应力 力

第4章轴心受拉构件介绍

第4章轴心受拉构件介绍
第 4章
轴心受拉构件
Chapter 4 Axial Tension Member
钢结构基本原理
Basic Principles of Steel Structure
主要内容
4.1 轴心受力构件的截面形式
4.2 轴心受拉构件的强度 4.3 轴心受拉构件的刚度 4.4 轴心受拉构件的运用类型 4.5 索的力学性能和计算方法
由 X 0 dH dx 0 dx
d 2z q q 2 两次积分： 2 z x C1 x C2 dx H 2H
将边界条件代入上式：x 0; z 0
x l; z c
q c z xl x x 2H l c 设索中点的挠度为 f，中点坐标 zc f ，代入上式 2 4 fxl x c z x 2 l l 4 fxl x 抛物线 如果c 0，则： z l2
y
dA
y
x
xdA
A
A
x x
S y xdA
A
y
ydA
A
A
S x ydA
A
（2）非紧密连接方式
净截面有效系数 130
a
22.5 1.4 22.5 1.4 0.9 1 . 4 15 1.4 0.7 2 22.5 1.4 0.9 15 1.4
4.2 轴心受拉构件的强度
1、承载极限
截面平均应力达到fu，但缺少安全储备。 毛截面平均应力达fy，结构变形过大。
2、计算准则：
毛截面平均应力不超过fy。
3、设计准则
净截面平均应力不超过钢材 的抗拉强度设计值。
钢材的应力应变关系
4.2 轴心受拉构件的强度
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格 构 式 截 面
图4.3 轴心受力构件的截面形式
实腹式构件比格 构式构件构造简 单，制造方便， 整体受力和抗剪 性能好，但截面 尺寸较大时钢材 用量较多；而格 构式构件容易实 现两主轴方向的 等稳定性，刚度 较大，抗扭性能 较好，用料较省。
钢结构 Steel Structure
b.轴心受力构件的设计
在钢结构中应用广泛，如桁架、网 架中的杆件，工业厂房及高层钢结 构的支撑，海洋平台和其它结构的 支柱等。
+
+
+
+
b)
++
++
++
++
钢结构 Steel Structure
图4.1 轴心受压构件的应用
第四章 钢结构构件及其连接
柱头
柱头
缀板
支承屋盖、楼盖或工作平台的竖向 受压构件通常称为柱。柱由柱头、 柱身和柱脚三部分组成。
第四章 钢结构构件及其连接
第4章 钢结构构件及其连接
4.1 轴心受力构件 4.2 受弯构件 4.3 偏心受力构件 4.4 钢结构的连接
钢结构 Steel Structure
第四章 钢结构构件及其连接
§4.1 轴心受力构件
4.1.1 轴心受力构件的应用
a)
轴心受力构件是指承受通过截面形 心轴线的轴向力作用的构件。包括 轴心受拉构件（轴心拉杆）和轴心 受压构件（轴心压杆）。
（3）材料为匀质，各项同性且无限弹性，符合虎克定律；
（4）构件无初应力，节点铰支。
钢结构 Steel Structure
第四章 钢结构构件及 其连接
b. 轴心受压构件的三种整体失稳状态
无缺陷的轴心受压构件（双轴对称的工型截面）通常发生弯曲失稳， 构件的变形发生了性质上的变化，即构件由直线形式改变为弯曲形式， 且这种变化带有突然性。
对某些抗扭刚度较差的轴心受压构件（十字形截面），当轴心压力达 到临界值时，稳定平衡状态不再保持而发生微扭转。当轴心力再稍微 增加，则扭转变形迅速增大而使构件丧失承载能力，这种现象称为扭 转失稳。
m a x
( l0 i
)max
[]
（4.3）
max——构件最不利方向的最大长细比； (x , y )max
l0——计算长度，取决于其两端支承情况；
i——回转半径；
[] ——容许长细比
i
I
A
钢结构 Steel Structure
第四章 钢结构构件及 其连接
§4.1.3 轴心受压构件的整体稳定
a. 轴心受压构件的整体失稳现象
截面为单轴对称（T形截面）的轴心受压构件绕对称轴失稳时，由于 截面形心和剪切中心不重合，在发生弯曲变形的同时必然伴随有扭转 变形，这种现象称为弯扭失稳。
钢结构 Steel Structure
c. 无缺陷轴心受压构件的屈曲
第四章 钢结构构件及 其连接
理想轴心受压构件
（1）杆件为等截面理想直杆；
（2）压力作用线与杆件形心轴重合；
设计时应满足
σ N f An
（4.2）
An—— 构件的净截面面积
钢结构 Steel Structure
第四章 钢结构构件及 其连接
b. 轴心受力构件的刚度计算（正常使用极限状态）
轴心受力构件的刚度通常用长细比来衡量，越大，表示构件刚
度越小；长细比过大，构件在使用过程中容易由于自重产生挠曲， 在动力荷载作用下容易产生振动，在运输和安装过程中容易产生弯 曲。因此设计时应使构件长细比不超过规定的容许长细比
第四章 钢结构构件及 其连接
轴 轴心受拉构件 心 受 力 构 轴心受压构件 件
强度 （承载能力极限状态） 刚度 （正常使用极限状态） 强度 （承载能力极限状态） 稳定
刚度 （正常使用极限状态）
钢结构 Steel Structure
第四章 钢结构构件及 其连接
§4.1.2 轴心受力构件的强度和刚度
a. 轴心受力构件的强度计算
它们与分肢翼缘组成桁架体系；缀板常
x
1 x (虚轴) 1 x (虚轴) 用钢板，与分肢翼缘组成刚架体系。
y
yy
y
y
y
(实轴)
(实轴)
x
1x
1x
钢结构 Steel Structure
第四章 钢结构构件及 其连接
a.轴心受力构件的截面形式
a）型钢截面； b)实腹式组合截面；c)格构式组合截面
实 腹 式 截 面第四章 其连接 2Fra bibliotek 有孔洞等削弱
◎ 弹性阶段－应力分布不均匀；
◎ 极限状态－净截面上的应力为均匀屈服应力。
钢结构构件及
N
N
N
N
N / A f 0
max =3 0
n
（4fy.2.2）
(a)弹性状态应力
(b)极限状态应力
图4.4 截面削弱处的应力分布
构件以净截面的平均应力达到屈服强度为强度极限状态。
传力方式： 上部结构－柱头－柱身－柱脚－基础
l l
缀条
l =l
实腹式构件和格构式构件
柱身
柱身
实腹式构件具有整体连通的截面。
柱脚
柱脚
格构式构件一般由两个或多个分肢 用缀件联系组成。采用较多的是两
x
1 x (虚轴)
分肢格构式构件。
1 x (虚轴)
y
yy
y
y
y
x
(实轴)
(实轴)
1x
1x
图4.2 柱的形式
钢结构 Steel Structure
无缺陷的轴心受压构件在压力较小时，只有轴向压缩变形，并保持 直线平衡状态。此时如果有干扰力使构件产生微小弯曲，当干扰力 移去后，构件将恢复到原来的直线平衡状态。（稳定平衡） 随着轴向压力N的增大，当干扰力移去后，构件仍保持微弯平衡状态 而不能恢复到原来的直线平衡状态。（随遇平衡） 如轴心压力再稍微增加，则弯曲变形迅速增大而使构件丧失承载能 力，这种现象称为构件的弯曲失稳。 随遇平衡是从稳定平衡过渡到不稳定平衡的临界状态，发生随遇平衡 时的轴心压力称为临界力Ncr，相应的截面应力称为临界应力cr。
第四章 钢结构构件及其连接
柱头
柱头
格构式构件
实轴和虚轴
格构式构件截面中，通过分肢腹板的
缀板
主轴叫实轴，通过分肢缀件的主轴叫
虚轴。
l l
缀条
l =l
缀条和缀板
一般设置在分肢翼缘两侧平面内，其作
柱身
柱身
用是将各分肢连成整体，使其共同受力，
并承受绕虚轴弯曲时产生的剪力。
柱脚
柱脚
缀条用斜杆组成或斜杆与横杆共同组成，
轴心受力构件以截面上的平均应力达到钢材的屈服强度作为强 度计算准则。
1. 截面无削弱 构件以全截面平均应力达到屈服强度为强度极限状态。
设计时，作用在轴心受力构件中的外力N应满足：
σN f A
（4.1）
N —— 轴心力设计值； A—— 构件的毛截面面积； f —— 钢材抗拉或抗压强度设计值。
钢结构 Steel Structure