4-轴心受力构件

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An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______。

改变板件的宽厚比 增大截面面积 改变截面上的应力分布状态 增加截面的惯性矩

10. 轴心压杆构件采用冷弯薄壁型钢或普通型钢，其稳定性计算______。

第四章 轴心受力构件

一、轴心受力构件的特点和截面形式

轴心受力构件包括轴心受压杆和轴心受拉杆。轴心受力构件广泛应用于各种钢结构之中，如网架与桁架的杆件、钢塔的主体结构构件、双跨轻钢厂房的铰接中柱、带支撑体系的钢平台柱等等。

实际上，纯粹的轴心受力构件是很少的，大部分轴心受力构件在不同程度上也受偏心力的作用，如网架弦杆受自重作用、塔架杆件受局部风力作用等。但只要这些偏心力作用非常小（一般认为偏心力作用产生的应力仅占总体应力的3％以下。）就可以将其作为轴心受力构件。

轴心受力的构件可采用图中的各种形式。

其中

a）类为单个型钢实腹型截面，一般用于受力较小的杆件。其中圆钢回转半径最小，多用作拉杆，作压杆时用于格构式压杆的弦杆。钢管的回转半径较大、对称性好、材料利用率高，拉、压均可。大口径钢管一般用作压杆。型钢的回转半径存在各向异性，作压杆时有强轴和弱轴之分，材料利用率不高，但连接较为方便，单价低。

b) 类为多型钢实腹型截面，改善了单型钢截面的稳定各向异性特征，受力较好，连接也较方便。

c) 类为格构式截面，其回转半径大且各向均匀，用于较长、受力较大的轴心受力构件，特别是压杆。但其制作复杂，辅助材料用量多。

二、轴心受拉杆件

轴心受拉杆件应满足强度和刚度要求。并从经济出发，选择适当的截面形式，处理好构造与连接。

1、强度计算

轴心拉杆的强度计算公式为： （6－1）

式中：

N —— 轴心拉力；

An—— 拉杆的净截面面积；

f —— 钢材抗拉强度设计值。

当轴心拉杆与其它构件采用螺栓或高强螺栓连接时，连接处的净截面强度计算如连接这一章所述。

公式（6－1）适用于截面上应力均匀分布的拉杆。当拉杆的截面有局部削弱时，截面上的应力分布就不均匀，在孔边或削弱处边缘就会出现应力集中。但当应力集中部分进入塑性后，内部的应力重分布会使最终拉应力分布趋于均匀。因而须保证两点：（1）选用的钢材要达到规定的塑性（延伸率）。（2）截面开孔和消弱应有圆滑和缓的过渡，改变截面、厚度时坡度不得大于1:4。

第九章轴心受力构件设计

第一节概述

轴心受力构件包括轴心受拉构件和轴心受压构件。在房屋建筑结构中，轴

心受压柱、屋架、托架、网架、塔架等均属于轴心受力构件。轴心受力构件按其截面形式可分为实腹式和格构式两种。实腹式构件构造

简单，制造方便，整体受力和抗剪性能好，但截面尺寸大时用钢量大，见P141

图5-2(a)。格构式构件则由两个或多个分肢用缀板或缀条连接而成，见P141

图5-2(b)、(c)。缀条常采用单角钢，缀板常采用钢板。

第二节轴心受力构件的强度和刚度

轴心受力构件的设计必须满足承载力极限状态和正常使用极限状态，包括

强度、刚度，轴心受压构件还必须满足整体稳定性和局部稳定性。本节回顾一

下轴心受力构件的强度和刚度。

一、强度计算

有孔洞削弱的轴心受拉和轴心受压构件，要求满足下面的计算公式：

fANn≤=/σ其中N为构件轴力设计值；An为构件的毛截面积；f为钢材强度设计值。

无孔洞削弱的轴心受拉和轴心受压构件，要求满足下面的计算公式：

fAN≤=/σ其中A为构件的毛截面积。

对摩擦型高强度螺栓连接的构件，计算净截面强度时应考虑孔前传力系数

对轴力的折减及螺栓孔的削弱，计算公式应为：

fAnnNn≤−=/)/5.01(1σ其中：n1为第一列螺栓数；n为构件节点上或接头一边的螺栓总数；An为

第一净截面积。注意单面连接的单角钢轴心受力构件在计算强度时，钢材的强度设计值应

乘以0.85。这是因为连接偏心会引起弯矩，使角钢受附加应力，安全度降低。

二、刚度计算长细比是构件的计算长度与截面回转半径的比值，即il/0=λ，λ越大，构件

刚度越大，反之则刚度越小。

验算构件的刚度时，应对两个主轴方向的长系比均进行计算：

][/][/λλλλ≤=≤=yoyyxoxxilil

其中：xλ、yλ为x轴长细比和y轴长细比；oxl、oyl、ix、iy分别为x轴和y轴的

计算长度和回转半径。第三节轴心受压构件的整体稳定

我国规范规定：轴心受压构件考虑残余应力、l/1000的初弯曲等因素，采

受力类型

验算内容 刚度 强度 稳定

整体稳定 局部稳定

轴心受力构件 轴拉 长细比

挠度

il0

:0l构件的计算长度

max,yx

刚稳 fANn

:nA构件的净截面面积

*无孔洞虚弱时可省略*

轴压 fAN

ycrf:整体稳定系数

min,yx ※热轧构件不需验算局部稳定

※翼缘：限制宽厚比

腹板：限制高厚比

ywyfthftb/235)5.025(/235)1.010(0※当腹板高厚比不满足要求时，可在腹板中部设置纵向加劲肋

（惯性矩越大越强）实腹式格构式强轴弱轴实轴（轴线通过分肢）虚轴（轴线通过缀材）轴心受力构件截面形式

失稳的三种形式：1.弯曲失稳（双轴对称截面）

2.扭转失稳（抗扭刚度差的截面如十字型截面）

3.弯扭失稳（单轴对称截面：绕对称轴发生弯扭失稳绕非对称轴发生弯曲失稳）

轴的长细比表示绕下标xxx:。减小的方法：1改变两端支撑2.增大i即增大I

跟两端支承相关构件的计算长度.0l：ll210两固，llll7.0,00一固一绞两绞

ll20一固一自

ycrf:整体稳定系数。柱子的曲线类别值的确定：.3.2.1yf

通过查表求得：

1判定截面类型（对于组合截面对X轴Y轴均取b类）

2计算

235/235/yyyxff

3查表得min代入

等稳定性：yxyxx实腹式：为虚轴格构式)(:0 当整体稳定不满足时增加柱间支撑，支撑作用：改变计算长度。加在弱轴方向

局部稳定：在外压力作用下截面的某些部分不能继续维持平面平衡而出现凸曲现象。

原因：1.压应力 2.平面面积大宽厚比大

构件丧失局部稳定后还可能继续维持这整体的平衡状态，但由于部份板件屈曲后退出工作，使构件的有效面积减少，会加速构件整体失稳而丧失承载能力。