板件屈曲后的强度利用
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1. 设计拉弯和压弯构件时应计算的内容?答:拉弯构件需要计算:强度和刚度(限制长细比);压弯构件则需要计算:强度、整体稳定(弯矩作用平面内稳定和弯矩作用平面外稳定)、局部稳定和刚度(限制长细比)。
2. 什么是梁的整体失稳现象?答:梁主要用于承受弯矩,为了充分发挥材料的强度,其截面通常设计成高而窄的形式。
当荷载较小时,仅在弯矩作用平面内弯曲,当荷载增大到某一数值后,梁在弯矩作用平面内弯曲的同时,将突然发生侧向弯曲和扭转,并丧失继续承载的能力,这种现象称为梁的弯扭屈曲或整体失稳。
10.实腹式轴心受压构件进行截面选择时,应主要考虑的原则是什么?答:(1)面积的分布尽量开展,以增加截面的惯性矩和回转半径,提高柱的整体稳定承载力和刚度;(2)两个主轴方向尽量等稳定,以达到经济的效果;(3)便于与其他构件进行连接,尽可能构造简单,制造省工,取材方便。
16.什么是梁的内力重分布?如何进行塑性设计?答:超静定梁的截面出现塑性铰后,仍能继续承载,随着荷载的增大,塑性铰发生塑形转动,结构内力重新分布,是其他截面相继出现塑性1铰,直至形成机构,这一过程称为梁的内力重分布。
塑形设计只用于不直接承受动力荷载的固端梁和连续梁,是利用内力塑性重分布,充分发挥材料的潜力,塑性铰弯矩按材料理想弹塑性确定,忽略刚才应变硬化的影响。
17.截面塑性发展系数的意义是什么?试举例说明其应用条件答:意义:用来表证截面所允许的塑性发展程度应用条件:(1)需计算疲劳的梁取1.0 (2)承受动力作用时取1.0 (3)压弯构件受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比18.影响轴心受压杆件的稳定系数ψ的因素答:长细比、截面形式、加工条件、初弯曲、残余应力21.什么情况下不需要计算工字钢简支梁的整体稳定?答:有铺板(各种钢筋混凝土板和钢板)密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连接,能阻止梁受压翼缘的侧向位移时H型钢或工字型截面简支梁受压翼缘的自由长度L1与其宽度b1之比不超过规定数值时。
1. 设计时,一般不允许翼缘发生局部失稳,容许腹板局部失稳并利用其屈曲后强度。
2. 根据局部稳定计算的等强原则,当翼缘宽厚比yf t b 23515≤时,翼缘不会发生局部失稳。
设计时允许腹板局部失稳,但考虑到刚度及制作等要求,腹板高厚比应作一定要求,目前我国现行《钢结构设计规范GBJ17-88》规定yw f t h 235250≤。
3. .构件平面外稳定设计公式为fWM AN by t y ≤+φβϕ0[2],其中y ϕ为平面外轴压整体稳定系数,根据平面外支撑间距与截面回转半径之比即长细比λ查表得到。
by ϕ为弯扭整体稳定系数,主要取决于平面外支撑间距y l 与截面回转半径的比值。
从该公式可以看出,在构件平面外抗弯性能相对较差(回转半径较小)的情况下,适当减小平面外支撑间距y l 可以有效地提高平面外的稳定性能。
4. 构件平面外的支撑形式和布置决定了平面外支撑间距y l ,也就决定了构件的稳定临界荷载值。
中柱通常为轴压构件,柱顶的水平位移值决定了构件的计算长度。
通过对受弯构件平面外支撑和中柱柱顶水平位移的控制可以达到控制刚架稳定临界荷载的目的5. 因此檩条间距可以看作上翼缘的支撑长度, 因此隅撑的间距作为下翼缘的面外支撑长度6. 当构件长度较长且不允许设置足够的檩条隅撑时,可以在构件中部设置撑杆。
撑杆应该设置在受压翼缘一侧,或使用桁架形式支承两侧翼缘, 7. 门式刚架梁柱设计时通过限制翼缘的yf t b 23515≤来确保其不发生局部失稳。
容许腹板局部失稳,设计时取其屈曲后极限强度,但考虑到刚度和制作要求,取yw f th 235250≤。
同时,为防止在施工安装过程中防止发生扭转可以局部设置截面加劲肋。
加劲肋要求有一定的刚度[12],即加劲板宽度mm h b s s 4030+>,为劲板高度s h ,劲板厚度15/s s b t >。
支座处的劲板除满足一般要求外需要作局部承压验算8. 当建筑物的长度很大时,当温度变化较大,上部结构将发生很大的伸缩变形,而基础以下还固定于原来的位置,这种变形会使柱梁等构件产生很大的内力,严重的可使其断裂甚至破坏。
2.提高钢梁整体稳定性的有效途径是加强受压翼缘和减少侧向支承点间的距离(或增加侧向支承点)3.高强度螺栓预拉力设计值与 螺栓材质 和 螺栓有效面积 有关。
4.钢材的破坏形式有 塑性破坏和 脆性破坏 。
6.高强度螺栓预拉力设计值与 性能等级 和 螺栓直径有关。
7.角焊缝的计算长度不得小于8hf ,也不得小于 40mm ;其计算长度不宜大于 60hf 。
8.轴心受压构件的稳定系数φ与 钢号 、截面类型 和 长细比有关。
10.影响钢材疲劳的主要因素有应力集中,应力幅或应力比,应力循环次数11.纯弯曲的弯矩图为 矩形,均布荷载的弯矩图为 抛物线,跨中央一个集中荷载的弯矩图为三角形。
13.钢结构设计的基本原则是 技术先进,经济合理,安全适用,确保质量14.按焊缝和截面形式不同,直角焊缝可分为 普通缝,平坡缝,深熔缝,凹面缝15.对于轴心受力构件,型钢截面可分为热轧型钢和 冷弯薄壁型钢;组合截面可分为 实腹式组合截面和 格构式组合截面16.影响钢梁整体稳定的主要因素有 荷载类型,荷载作用点位置,梁的截面形式,侧向支承点的位置和距离,梁端支承条件1.钢结构设计中,承载能力极限状态的设计内容包括:静力强度、动力强度、稳定3.在螺栓的五种破坏形式中,其中_螺栓杆被剪断、板件被挤压破坏 、板件净截面强度不够 须通过计算来保证。
4.梁的强度计算包括_弯曲正应力、剪应力、 局部压应力、折算应力5.轴心受压格构式构件绕虚轴屈曲时,单位剪切角γ1不能忽略,因而绕虚轴的长细比要采用换算长细比λ6提高轴心受压构件临界应力的措施有加强约束、减小构件自由长度、提高构件抗弯能力8.实腹梁和柱腹板局部稳定的验算属于_承载能力_极限状态,柱子长细比的验算属于_正常使用_极限状态,梁截面按弹性设计属于_承载能力_极限状态。
9.螺栓抗剪连接的破坏方式、螺栓剪断、孔壁承压破坏、板件拉断、螺栓弯曲、板件剪坏10.为防止梁的整体失稳,可在梁的 上 翼缘密铺铺板。
重新定义屈曲后的强度重新定义屈曲后的强度1. 引言在材料科学和工程领域,强度是评估材料性能和可靠性的重要指标之一。
通常,材料的强度会在受力时发生屈曲,这被视为材料失去其原始形状并导致严重变形的过程。
然而,近年来,随着科技的进步和研究手段的探索,对屈曲后强度的重新定义引起了人们的关注。
本文将探讨屈曲后强度的概念,以及与其相关的研究成果和观点。
2. 屈曲后的强度传统上,材料的强度是指材料在受力前的最大承载能力。
在这种定义下,当材料受到较大的力时,会发生屈曲,其中包括塑性变形和弹性变形。
然而,近期的研究表明,屈曲后的强度可以重新定义为材料在经历了屈曲后仍能够承受的最大力。
这种定义下的屈曲后强度更加符合材料在实际使用情况下的性能表现。
3. 相关研究和观点一些研究表明,屈曲后的强度与材料的结构和形状有关。
在纳米材料中,其屈曲后的强度可能会显著提高,这是由于纳米结构引起的强化效应。
一些学者还认为,屈曲后的强度可以通过调整材料的成分和处理方法来改变,进一步提高材料的性能和可靠性。
4. 实验方法和测试技术为了准确评估材料的屈曲后强度,研究人员采用了各种实验方法和测试技术。
其中,常用的方法包括断裂力学测试、纳米压痕实验和原位观察等。
这些方法不仅可以通过量化的数据来评估屈曲后的强度,还可以提供有关材料失效机制和变形行为的详细信息。
5. 意义和应用重新定义屈曲后的强度对材料科学和工程领域具有重要的意义和应用价值。
它可以提供更准确、全面的材料性能评估指标,有助于优化材料设计和制备过程。
屈曲后强度的重新定义可以为材料的可靠性和耐久性提供更有效的评估方法,从而推动相关领域的研究和应用。
总结:屈曲后的强度作为材料性能评估的重要指标,近年来受到了重新定义的关注。
传统上,强度是指材料在受力前的最大承载能力,而重新定义的屈曲后强度更加符合实际使用情况下材料的性能表现。
研究表明,屈曲后的强度与材料结构、形状、成分和处理方法等因素密切相关。
二、填空题1. 钢结构设计规范中,钢材的强度设计值是材料强度的标准值(除以)抗力分项系数。
2. 鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标是(冷弯性能合格)。
3. 承重结构的钢材应具有(极限抗拉强度)、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有(碳)含量的合格保证。
4. 角焊缝按受力的方向可分为(正面角焊缝) 、(侧面角焊缝)和(斜焊缝)。
5.在加引弧板施焊的情况下,所有受压、受剪的对接焊缝,以及受拉的(1)和2级焊缝,均与母材等强,不用计算;只有受拉的(3级)焊缝才需计算。
6. 轴心受拉构件与轴心受压构件相比,轴心受拉构件设计时不需要验算构件的(稳定)。
7.钢结构计算的两种极限状态是(承载能力极限状态) 和(正常使用极限状态。
)。
8. 钢材的破坏形式有(塑形破坏)和(脆性破坏)。
9.建筑钢材的主要机械性能指标是(屈服点)、(抗拉强度)、(伸长率))、(冲击韧性)、和(冷弯性能)。
10.钢结构的连接方法有( 焊接连接) 、(铆钉连接)和(螺栓连接)。
11.角焊缝的计算长度不得小于(8hf),也不得小于(40mm) 。
侧面角焊缝承受静载时,其计算长度不宜大于(60 hf) 。
13.轴心压杆可能的屈曲形式有(弯曲屈曲)、(扭转屈曲)和(弯扭屈曲) 。
14.轴心受压构件的稳定系数与(残余应力) 、(初弯曲) 、(初偏心)和(长细比) 有关。
15. 提高钢梁整体稳定性的有效途径是(加强受压翼缘) 和(增加侧向支承点)。
16.焊接组合工字梁,翼缘的局部稳定常采用**(宽厚比) 的方法来保证,而腹板的局部稳定则常采用设置(设置加劲肋)的方法来解决。
17. 钢结构设计规范中,荷载设计值为荷载标准值(乘以)分项系数。
18. 冷弯实验是判别钢材在弯曲状态下的(塑性应变能力)和钢材质量的综合指标。
19.角焊缝的焊脚尺寸不宜大于(较薄焊件厚度的1.2倍, 钢管结构除外),也不得小于(6mm)。
2011年课程考试复习题及参考答案钢结构设计原理一、填空题:1.钢结构计算的两种极限状态是和。
2.提高钢梁整体稳定性的有效途径是和。
3.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。
4.钢材的破坏形式有和。
5.焊接组合工字梁,翼缘的局部稳定常采用的方法来保证,而腹板的局部稳定则常采用的方法来解决。
6.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。
7.角焊缝的计算长度不得小于,也不得小于;侧面角焊缝承受静载时,其计算长度不宜大于。
8.轴心受压构件的稳定系数φ与、和有关。
9.钢结构的连接方法有、和。
10.影响钢材疲劳的主要因素有、和。
11.从形状看,纯弯曲的弯矩图为,均布荷载的弯矩图为,跨中央一个集中荷载的弯矩图为。
12.轴心压杆可能的屈曲形式有、和。
13.钢结构设计的基本原则是、、和。
14.按焊缝和截面形式不同,直角焊缝可分为、、和等。
15.对于轴心受力构件,型钢截面可分为和;组合截面可分为和。
16.影响钢梁整体稳定的主要因素有、、、和。
二、问答题:1.高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义?2.焊缝可能存在哪些缺陷?3.简述钢梁在最大刚度平面内受荷载作用而丧失整体稳定的现象及影响钢梁整体稳定的主要因素。
4.建筑钢材有哪些主要机械性能指标?分别由什么试验确定?5.什么是钢材的疲劳?6.选用钢材通常应考虑哪些因素?7.在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑哪些初始缺陷的影响?8.焊缝的质量级别有几级?各有哪些具体检验要求?9.普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接,在抗剪连接中,它们的传力方式和破坏形式有何不同?10.在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时,对虚轴为什么要采用换算长细比?11.轴心压杆有哪些屈曲形式?12.压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同?13.在抗剪连接中,普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接的传力方式和破坏形式有何不同?14.钢结构有哪些连接方法?各有什么优缺点?15.对接焊缝的构造有哪些要求?16.焊接残余应力和焊接残余变形是如何产生的?焊接残余应力和焊接残余变形对结构性能有何影响?减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有哪些?17.什么叫钢梁丧失整体稳定?影响钢梁整体稳定的主要因素是什么?提高钢梁整体稳定的有效措施是什么?18.角焊缝的计算假定是什么?角焊缝有哪些主要构造要求?19.螺栓的排列有哪些构造要求?20.什么叫钢梁丧失局部稳定?怎样验算组合钢梁翼缘和腹板的局部稳定?三、计算题:1.一简支梁跨长为5.5m,在梁上翼缘承受均布静力荷载作用,恒载标准值为10.2kN/m(不包括梁自重),活载标准值为25kN/m,假定梁的受压翼缘有可靠侧向支撑。
板的屈曲理论在钢构件设计中的应用与思考作者:Running在钢结构中板的厚度与另外两个方向的尺寸相比较小,在某些维度方向上刚度大而在其他维度方向上刚度小,从而导致了在面内受压或温升作用下板容易发生屈曲失稳,降低结构的承载能力。
当施加在平板的面内荷载(如单向受力、双向受力、剪切载荷等)较小时板会处于平衡状态,而当载荷增加到一定程度时这种平衡状态将会被打破,平板将不再保持平整的形状而是开始变得不稳定。
临界屈曲荷载即为平衡状态被打破时施加在板上的最小载荷。
板的屈曲理论在钢结构厂房、桥梁、船舶和海洋平台等工程结构中有着极为广泛的应用。
1 板的屈曲理论1.1板的小挠度理论板的小挠度弹性理论认为,板屈曲时板的挠度远小于其厚度,而中面(平分板的厚度且与板的两个面平行的平面)在板屈曲时产生的薄膜拉力是微不足道的,因而作理论分析时可忽略不计。
薄板的小挠度弯曲理论,是以三个计算假设为基础的1,板很薄,微元体上的应力σz ,τzx 和τzy 远小于应力σx ,σy 和τxy ,由此产生的正应变εz 和剪应变γzx 与γzy 都可忽略不计。
εz =0,可用板中面的挠度代表沿厚度方向任何一点挠度;2,与板的厚度相比,垂直于中面的挠度是微小的,这样一来,可以忽略中面因弯曲变形伸长而产生的薄膜力,这样微元体两侧的中面力相同N x =p x ,N y =p y ,N xy =p xy ;3,板为各向同性弹性体,应力与应变关系服从虎克定律。
薄板的小挠度问题是按位移求解的,其基本未知函数是薄板的挠度ω。
因此把其它所有物理量都用ω来表示,即可得到板的常系数四阶偏微分方程:D (ð4ωðx 4+2ð4ωðx 2ðy 2+ð4ωðy 4)=N x ð2ωðx 2+2N xy ð2ωðxðy +N y ð2ωðy 2(1.1) 1.2板的大挠度理论当板边缘的支承构件具有较大的刚度时,有时板的屈曲应力虽不很高,但屈曲以后并不破坏,板的强度有很大潜力可以发挥。
第4章单个构件的承载能力——稳定性4.1 稳定问题的一般特点4.1.1 失稳的类别传统上,将失稳粗略地分为两类:分支点失稳和极值点失稳。
分支点失稳的特征是:在临界状态时,结构从初始的平衡位形突变到与其临近的另一平衡位形,表现出乎衡位形的分岔现象。
在轴心压力作用下的完善直杆以及在中面受压的完善平板的失稳都属于这一类型。
没有平衡位形分岔,临界状态表现为结构不能再承受荷载增量是极值点失稳的特征,由建筑钢材做成的偏心受压构件,在经历足够的塑性发展过程后常呈极值点失稳。
如果着眼于研究结构的极限承载能力,可依屈曲后性能分为如下三类:(1)稳定分岔屈曲。
分岔屈曲后,结构还可承受荷载增量。
轴心压力作用下的杆以及中面受压的平板都具有这种持征。
(2)不稳定分岔屈曲。
分岔屈曲后,结构只能在比临界荷载低的荷载下才能维持平衡位形。
承受轴向荷载的圆柱壳、承受均匀外压的球壳都呈不稳定分岔屈曲形式。
(3)跃越屈曲。
结构以大幅度的变形从一个平衡位形跳到另一个平衡位形。
铰接坦拱和油罐的扁球壳顶盖都属于这种失稳情形。
缺陷的存在使得结构不再呈分岔失稳形式。
但是缺陷的存在并不改变它们屈曲后的性态:在稳定分岔屈曲中极限荷裁仍然高于临界荷裁;而在不稳定分岔屈曲中,缺陷导致极限荷裁大幅度跌落。
由此可见,不稳定分岔屈曲的结构对缺陷特别敏感,无视缺陷对承裁力的影响将对设计造成严重的不安全后果。
4.1.2 一阶和二阶分析经典梁理论(亦称欧拉梁理论)本质上是构建在曲率与弯矩成正比的基础上的:4.1.3 稳定极限承载能力杆件的初始弯曲、初始偏心以及板件的初始不平度等都属于几何缺陷;力学缺陷一般表现为初始应力和力学参数(如弹性模量、强度极限等)的不均匀性。
对稳定承载能力而言,残余应力是影响最大的力学缺陷。
残余应力在构件截面上是自相平衡的,它并不影响强度承载能力。
但是它的存在使得构件截面的一部分提前进人屈服,从而导致该区域的刚度提前消失,由此造成稳定承载能力的降低。
1. 钢结构计算的两种极限状态是承载实力极限状态和正常运用极限状态。
2. 钢结构具有轻质高强、材质匀整,韧性和塑性良好、装配程度高,施工周期短、密闭性好、耐热不耐火、易锈蚀。
等特点。
3. 钢材的破坏形式有塑性破坏和脆性破坏。
4. 影响钢材性能的主要因素有化学成分、钢材缺陷、冶炼,浇注,轧制、钢材硬化、温度、应力集中、残余应力、重复荷载作用5. 影响钢材乏累的主要因素有应力集中、应力幅(对焊接结构)或应力比(对非焊接结构)、应力循环次数6. 建筑钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。
7. 钢结构的连接方法有焊接连接、铆钉连接、螺栓连接。
8. 角焊缝的计算长度不得小于8h f,也不得小于40mm 。
侧面角焊缝承受静载时,其计算长度不宜大于60 hf。
9.一般螺栓抗剪连接中,其破坏有五种可能的形式,即螺栓剪坏、孔壁挤压坏、构件被拉断、端部钢板被剪坏、螺栓弯曲破坏。
10. 高强度螺栓预拉力设计值和螺栓材质和螺栓有效面积有关。
11. 轴心压杆可能的屈曲形式有弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲12. 轴心受压构件的稳定系数 和残余应力、初弯曲和初偏心和长细比有关。
13. 提高钢梁整体稳定性的有效途径是加强受压翼缘、和增加侧向支承点。
14. 影响钢梁整体稳定的主要因素有荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、侧向支承点的位置和距离、梁端支承条件。
15.焊接组合工字梁,翼缘的局部稳定常接受限制宽厚比、的方法来保证,而腹板的局部稳定则常接受设置加劲肋的方法来解决。
一、问答题1钢结构具有哪些特点?1.钢结构具有的特点:○1钢材强度高,结构重量轻○2钢材内部组织比较匀整,有良好的塑性和韧性○3钢结构装配化程度高,施工周期短○4钢材能制造密闭性要求较高的结构○5钢结构耐热,但不耐火○6钢结构易锈蚀,维护费用大。
2钢结构的合理应用范围是什么?○1重型厂房结构○2大跨度房屋的屋盖结构○3高层及多层建筑○4轻型钢结构○5塔桅结构○6板壳结构○7桥梁结构○8移动式结构3钢结构对材料性能有哪些要求?钢结构对材料性能的要求:○1较高的抗拉强度f u和屈服点f y○2较好的塑性、韧性及耐乏累性能○3良好的加工性能4钢材的主要机械性能指标是什么?各由什么试验得到?是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。