轴心受力构件知识ppt课件

1、轴心受力构件 (a) (a)型钢截面型钢截面 (b) (b)实腹式组合截面实腹式组合截面 (c) (c)格构式组合截面格构式组合截面 对截面无减弱的构件 ，其承载力的极限形状应控制其毛截面的平均应力不超越资料屈服强度，即： yRfNfA 对截面有部分减弱的构件，应控制构件净截面上的平均应力对截面有部分减弱的构件，应控制构件净截面上的平均应力不超越资料抗拉强度。根据不超越资料抗拉强度。根据500172019规定，抗力分项系数规定，抗力分项系数 为简化计算，方便运用，按偏平安的原那么，为简化计算，方便运用，按偏平安的原那么，500172019一致取屈强一致取屈强比为比为0.8。因此对轴心受力构件，

2、强度计算式一。因此对轴心受力构件，强度计算式一致为：致为： 正常运用极限形状要求轴心受拉构件和轴心受压构件应具有一定的刚度，以保证构件在运输和安装过程中，不会产生过大的挠曲变形或在动荷载作用下产生晃动。为此，经过限制构件的长细比来保证其具有足够的刚度，限制条件是：dndNA f轴心受压构件的强度承载力设计值：轴心受压构件的强度承载力设计值：轴心受压构件的强度设计应满足：轴心受压构件的强度设计应满足：dNNdnNfA实践轴心受压构件的实践轴心受压构件的稳定承载力不再是长稳定承载力不再是长细比的独一函数，由细比的独一函数，由于初始缺陷的存在，于初始缺陷的存在，使得杆件受力时就发使得杆件受力时就发生

3、极值型失稳。生极值型失稳。 欧拉公式是研讨受压杆件稳定性的根本公式。但由欧拉公式是研讨受压杆件稳定性的根本公式。但由于受焊接应力、初弯曲、初偏心等各种缺陷的影响，欧于受焊接应力、初弯曲、初偏心等各种缺陷的影响，欧拉公式不能直接用于受压杆件的稳定计算，还必需思索拉公式不能直接用于受压杆件的稳定计算，还必需思索各种缺陷对杆件稳定承载力的影响。各种缺陷对杆件稳定承载力的影响。 分析时可用初弯曲来模拟初偏心的影响，即用一种分析时可用初弯曲来模拟初偏心的影响，即用一种缺陷替代两种缺陷的影响。对普通钢构造，通常只思索缺陷替代两种缺陷的影响。对普通钢构造，通常只思索影响最大的焊接应力和初弯曲两种缺陷。虽然可

4、作上述影响最大的焊接应力和初弯曲两种缺陷。虽然可作上述简化，实践受压杆件的稳定分析仍很复杂。目前，世界简化，实践受压杆件的稳定分析仍很复杂。目前，世界各国均采用实际与实验相结合的方法得到的多柱子曲线各国均采用实际与实验相结合的方法得到的多柱子曲线来进展受压杆件的稳定计算。来进展受压杆件的稳定计算。 根据轴心受压构件的整体稳定临界应力根据轴心受压构件的整体稳定临界应力 应不小于其应不小于其轴心压应力的原那么，再思索抗力分项系数轴心压应力的原那么，再思索抗力分项系数 即：即： crRfffANANRyycrRcr fANfAN或fANfAN或 此即此即 规定轴心受压构件整体稳定的计规定轴心受压构件

5、整体稳定的计算式，式中算式，式中 轴心压力设计值；轴心压力设计值； 构件毛截面积；构件毛截面积； 钢材抗压强度设计值；钢材抗压强度设计值； ，称为轴心受压构件整体稳定系数。，称为轴心受压构件整体稳定系数。NAfycr/ f 美国柱子研讨委员会美国柱子研讨委员会CRC根据里海根据里海lehigh大大学对学对112根压杆的计算和实验研讨结果，提出了三条柱子曲根压杆的计算和实验研讨结果，提出了三条柱子曲线，这三条柱子曲线分别代表了线，这三条柱子曲线分别代表了30、70、和、和12条压杆的承条压杆的承载力曲线。载力曲线。 欧洲钢构造协会欧洲钢构造协会ECCS对对1000多根压杆进展了实多根压杆进展了实

6、际分析和实验结果统计分析，提出五条柱子曲线。际分析和实验结果统计分析，提出五条柱子曲线。 我国对常用构件的截面方式，按照不同尺寸、不同加工我国对常用构件的截面方式，按照不同尺寸、不同加工条件及相应焊接应力分布情况进展分类研讨，并根据平安、条件及相应焊接应力分布情况进展分类研讨，并根据平安、经济、适用三原那么和数理统计结果，取每类柱子曲线的平经济、适用三原那么和数理统计结果，取每类柱子曲线的平均值绘制成四条柱子曲线，分别代表了四类杆件截面类型。均值绘制成四条柱子曲线，分别代表了四类杆件截面类型。 轴心受压柱子曲线轴心受压柱子曲线 040801201602000.20.40.60.81.0上界线下

7、界线abcd=crfyf /235y 已将各条柱子曲线中的纵坐标换算成整已将各条柱子曲线中的纵坐标换算成整体稳定系数体稳定系数 ，并按不同长细比，并按不同长细比 的对应值编制成表。的对应值编制成表。实践运用时，按轴心受压构件的截面分类，并根据构件的长实践运用时，按轴心受压构件的截面分类，并根据构件的长细比细比 ，由附表，由附表4-14-1、4-24-2查得对应的稳定系数查得对应的稳定系数 ，按上，按上式进展轴心受压杆件的整体稳定计算。式进展轴心受压杆件的整体稳定计算。 因此，轴心受压构件的整体稳定计算的重要内容，因此，轴心受压构件的整体稳定计算的重要内容，就是要计算构件的长细比就是要计算构件的

8、长细比 ，计算，计算 时留意以下几种时留意以下几种情况：情况：llllx0 xx/illyy0y/illx xx xy yy yx xx xy yy yb bt tx xx xy yy yx xx xy yy yb bt t0yl0 xl式中、 分别是杆件对应轴、轴方向的计算长度。0 xl式中、 分别是杆件对应轴、轴方向的计算长度。计算后，取和中的较大值查稳定系数。对双轴对称十字形截面构件，或值不得小于5.07 （其中为悬伸板件的宽厚比）。xltb/tb/ylxlyl 对于单轴对称截面，由于截面形心与剪切中心不对于单轴对称截面，由于截面形心与剪切中心不重合，绕对称轴失稳时还伴随改动。在一样条件

9、下，重合，绕对称轴失稳时还伴随改动。在一样条件下，弯扭失稳临界力比弯曲失稳临界力低。此时，用换算弯扭失稳临界力比弯曲失稳临界力低。此时，用换算长细比替代：长细比替代： 实践运用中多采用简化计算公式实践运用中多采用简化计算公式2/12z2y202022z2y2z2yyz/1421lllllllie2t202z/7 .25/lIIAil2y2x2020iieix xx xy yy yx xx xy yy y 格构式构件普通由两个或格构式构件普通由两个或多个分肢用缀件联络组成。采多个分肢用缀件联络组成。采用较多的是两分肢格构式构件。用较多的是两分肢格构式构件。 格构式构件截面中，经过格构式构件截面中

10、，经过分肢腹板的主轴叫实轴，经过分肢腹板的主轴叫实轴，经过分肢缀件的主轴叫虚轴。分肢缀件的主轴叫虚轴。 缀件通常设置在分肢缀件通常设置在分肢的翼缘两侧平面内，其作用是的翼缘两侧平面内，其作用是将各分肢连成整体，使其共同将各分肢连成整体，使其共同受力，并接受绕虚轴弯曲时产受力，并接受绕虚轴弯曲时产生的剪力。生的剪力。格构式轴心受压构件的组成格构式轴心受压构件的组成 xba1123(b)(a)l01l01l1xyyh 格构式双肢柱有两个并列的实腹式杆件，故对其绕实轴格构式双肢柱有两个并列的实腹式杆件，故对其绕实轴失稳的整体稳定承载力计算与实腹式一样，直接用对实轴的失稳的整体稳定承载力计算与实腹式一

11、样，直接用对实轴的长细比查稳定性系数长细比查稳定性系数，按轴心受压整体稳定计算公式计算，按轴心受压整体稳定计算公式计算即可。即可。 格构式压杆绕虚轴失稳时，其整体稳定性格构式压杆绕虚轴失稳时，其整体稳定性与实腹式不完全一样，需求在思索剪力作用下与实腹式不完全一样，需求在思索剪力作用下柱肢和缀板变形的影响。柱肢和缀板变形的影响。 对于格构式轴心受压柱，当绕虚轴弯曲失对于格构式轴心受压柱，当绕虚轴弯曲失稳时，构件弯曲所产生的横向剪力作用在缀件稳时，构件弯曲所产生的横向剪力作用在缀件上，由于缀件较细，缀件本身变形对构件弯曲上，由于缀件较细，缀件本身变形对构件弯曲变形的影响不能忽略。变形的影响不能忽略

12、。 思索了剪切变形的欧拉临界力思索了剪切变形的欧拉临界力计算公式为：计算公式为： 22oxxEAll22croxEANloxl换算长细比换算长细比单位剪力作用下的剪切角度单位剪力作用下的剪切角度222211crxxEANEAll 在剪力在剪力V=1作用下，斜缀条的作用下，斜缀条的伸长量伸长量d为：为：111sincosd dxxN ladEAEA2111sinsincosxdaEA2221sincosoxxxAAll0040 70一般在2127oxxxAAll 轴心受压构件整体失稳的极限承载才干轴心受压构件整体失稳的极限承载才干NcrNcr不论是双不论是双轴对称实腹截面还是单轴对称实腹截面或者

13、格构式截面，轴对称实腹截面还是单轴对称实腹截面或者格构式截面，均可以按照以下公式一致计算：均可以按照以下公式一致计算：cryNAf在工程设计中，那么可以写成：在工程设计中，那么可以写成：crddNAf设计时，应该保证轴心受压轴力值设计时，应该保证轴心受压轴力值N N小于等于整体失稳时小于等于整体失稳时的极限承载力设计值：的极限承载力设计值：dNAfdNfAx0 xx/illyy0y/illx xx xy yy yx xx xy yy yb bt tx xx xy yy yx xx xy yy yb bt tx0 xx/illyy0y/illx xx xy yy yx xx xy yy yb b

14、t tx xx xy yy yx xx xy yy yb bt t2/12z2y202022z2y2z2yyz/1421lllllllie2t202z/7 .25/lIIAil2y2x2020iieix xx xy yy yx xx xy yy y 实腹式轴心受压构件是靠腹板和翼缘来接受轴向压实腹式轴心受压构件是靠腹板和翼缘来接受轴向压力的。当腹板和翼缘较薄时，在轴向压力作用下，腹板力的。当腹板和翼缘较薄时，在轴向压力作用下，腹板和翼缘都有能够到达临界承载力而丧失稳定。这种失稳和翼缘都有能够到达临界承载力而丧失稳定。这种失稳通常发生在构件的部分，因此称为部分失稳。通常发生在构件的部分，因此称为

15、部分失稳。 ABCDEFGABCDEFPQb1腹板失稳腹板失稳翼缘失稳翼缘失稳 加劲板件加劲板件 非加劲板件非加劲板件 部分加劲板件部分加劲板件 四边简支矩形板四边简支矩形板ywNNxab板的临界压力：板的临界压力：22222crDmbaDNkambbb板的屈曲系数：板的屈曲系数：2mbakamb222crcr112btEktN x方向的半波数方向的半波数m随着随着a/b的增大而添加，尤其是的增大而添加，尤其是当当a/b=4时，板的屈曲系数时，板的屈曲系数k趋向于趋向于4，那么板的临界力，那么板的临界力公式为：公式为：三边简支，与压力平行的一边为自在的矩形板三边简支，与压力平行的一边为自在的矩

16、形板较长板的屈曲系数较长板的屈曲系数k为：为：220.425bka很长板的屈曲系数很长板的屈曲系数k为：为：0.425k 正交异性板的临界应力为：正交异性板的临界应力为：22212 1crkEtb /tEE三边简支，与压力平行的一边有卷边的矩形板三边简支，与压力平行的一边有卷边的矩形板屈曲系数屈曲系数k为：为：1.35k 其它支承情况的矩形板屈曲系数其它支承情况的矩形板屈曲系数k与压力平行的二边为固定时，与压力平行的二边为固定时，与压力平行的一边为固定，一边为简支时，与压力平行的一边为固定，一边为简支时，与压力平行的一边为固定，一边为自在时，与压力平行的一边为固定，一边为自在时，6.97k 5

17、.42k 1.28k 自在外伸翼缘宽厚比的限值自在外伸翼缘宽厚比的限值(1)(1)实腹式轴压构件自在外伸翼缘宽厚比限值的验算式：实腹式轴压构件自在外伸翼缘宽厚比限值的验算式： y1235)1 . 010(ftbl腹板高厚比的限值腹板高厚比的限值(2)(2)实腹式轴压构件腹板高厚比的限值的验算式：实腹式轴压构件腹板高厚比的限值的验算式： yw0235)5 . 025(fthl(3)(3)实腹式轴压钢管截面尺寸限值的验算式：实腹式轴压钢管截面尺寸限值的验算式： y235100ftD实腹式轴心受压构件设计实腹式轴心受压构件设计 设计原那么设计原那么(1) 等稳定性原那么等稳定性原那么(2) 宽肢薄壁

18、宽肢薄壁(3) 制造省工制造省工(4) 衔接方便衔接方便 截面设计截面设计 (1)初选截面初选截面1)1)假定长细比假定长细比 。 l2) 根据所选压杆截面类型查根据所选压杆截面类型查 ， ；计算所需截面面积；计算所需截面面积 xyfNAmin3) 计算截面所需的回转半径计算截面所需的回转半径 和和 。l/x0 xli l/y0yli (2)确定型钢型号或组合截面各板尺寸确定型钢型号或组合截面各板尺寸 假设用型钢，可根据所需的假设用型钢，可根据所需的 、 、 值，直接在型钢表值，直接在型钢表中选择对应参数相近的、适宜的型钢。中选择对应参数相近的、适宜的型钢。 假设用组合截面，应根据各种截面回转

19、半径与截面轮廓假设用组合截面，应根据各种截面回转半径与截面轮廓尺寸的近似关系计算所需的近似轮廓尺寸尺寸的近似关系计算所需的近似轮廓尺寸 和和 ；另外，初选截面尺寸时，还应思索到钢材；另外，初选截面尺寸时，还应思索到钢材规格和部分稳定的需求，制造、焊接工艺的需求，以及宽规格和部分稳定的需求，制造、焊接工艺的需求，以及宽肢薄壁、衔接方便等原那么。肢薄壁、衔接方便等原那么。Axiyi1x/ih 2y/ib Axiyi1x/ih 2y/ib Axiyi1x/ih 2y/ib (3)验算验算1) 1) 强度验算，按照式强度验算，按照式5-35-3计算计算2) 2) 刚度验算刚度验算: :普通应按两个主轴

20、方向进展，其中普通应按两个主轴方向进展，其中 为初选为初选截面对应方向的回转半径。按照式截面对应方向的回转半径。按照式5-945-94计算。计算。i4) 4) 部分稳定验算部分稳定验算: :对于各种焊接组合截面，分别按表对于各种焊接组合截面，分别按表5-75-7进进展。而对于各种规格的型钢，均已满足部分稳定条件，不展。而对于各种规格的型钢，均已满足部分稳定条件，不需再进展部分稳定验算。需再进展部分稳定验算。3) 3) 整体稳定性验算整体稳定性验算: :须同时思索两个主轴方向，但普通可须同时思索两个主轴方向，但普通可取其中长细比较大值进展，取其中长细比较大值进展， 为毛截面面积。按照式为毛截面面

21、积。按照式5-475-47计计算。算。A(4)有关构造要求有关构造要求 当形或箱形截面柱的翼缘自在外伸宽厚比不满足表当形或箱形截面柱的翼缘自在外伸宽厚比不满足表5-7时，可采用增大翼缘板厚的方法。但对腹板，当其高厚比不时，可采用增大翼缘板厚的方法。但对腹板，当其高厚比不满足，常沿腹板腰部两侧对称设置沿轴向的加劲肋，称为纵满足，常沿腹板腰部两侧对称设置沿轴向的加劲肋，称为纵向加劲肋，加劲肋的厚度不小于向加劲肋，加劲肋的厚度不小于0.75,外伸宽度不小于。设外伸宽度不小于。设置纵向加劲肋后，应根据新的腹板高度重新验算腹板的高厚置纵向加劲肋后，应根据新的腹板高度重新验算腹板的高厚比。比。 当实腹式当

22、实腹式 H 型截面柱腹板高厚比大于或等于型截面柱腹板高厚比大于或等于80时，在时，在运输和安装过程中能够产生改动变形。为此，常在腹板两运输和安装过程中能够产生改动变形。为此，常在腹板两侧上下翼缘间，垂直于腹板对称设置加劲肋，称为横向加侧上下翼缘间，垂直于腹板对称设置加劲肋，称为横向加劲肋。劲肋。 实腹式轴心受压柱的纵向焊缝腹板与翼缘之间的实腹式轴心受压柱的纵向焊缝腹板与翼缘之间的衔接焊缝主要起衔接作用，受力很小，普通不作强度衔接焊缝主要起衔接作用，受力很小，普通不作强度验算，可按构造要求确定焊缝尺寸。验算，可按构造要求确定焊缝尺寸。格构式轴心受压构件的部分稳定格构式轴心受压构件的部分稳定 轴心

23、受压缀条格构构件的部分稳定轴心受压缀条格构构件的部分稳定受压构件单肢截面板件的部分稳定受压构件单肢截面板件的部分稳定受压构件单肢本身的稳定受压构件单肢本身的稳定缀条的稳定缀条的稳定 轴心受压缀板格构构件的部分稳定轴心受压缀板格构构件的部分稳定受压构件单肢截面板件的部分稳定受压构件单肢截面板件的部分稳定受压构件单肢本身的稳定受压构件单肢本身的稳定缀板的稳定缀板的稳定受压缀条、缀板本身的稳定受压缀条、缀板本身的稳定 格构式受压构件的分支可以看作单独的实腹式轴心受压格构式受压构件的分支可以看作单独的实腹式轴心受压杆件，因此应保证它不先于构件整体失去承载才干。计算时杆件，因此应保证它不先于构件整体失去

24、承载才干。计算时不能简单地采用不能简单地采用 ，这是由于由于初弯曲等缺陷的，这是由于由于初弯曲等缺陷的影响，能够使构件受力时呈弯曲形状，从而产生附加弯矩和影响，能够使构件受力时呈弯曲形状，从而产生附加弯矩和剪力。附加弯矩使两个分肢产生弯矩。另外，分肢截面的分剪力。附加弯矩使两个分肢产生弯矩。另外，分肢截面的分类还能够比整体低。这些都使分肢的稳定承载才干降低，所类还能够比整体低。这些都使分肢的稳定承载才干降低，所以以规定：规定：1()oxylll或缀条构件：缀条构件：1max0.7ll缀板构件：缀板构件： 且不应大于且不应大于401max0.5llmaxl构件两个方向长细比中的较大值，当构件两个

25、方向长细比中的较大值，当 时，取时，取 max50lmax50l缀条的稳定性设计缀条的稳定性设计VlxxyyVNyzVVVV (a)(b)(c)V1V1N1V1=V/2V1=V/2 (a)(b)N1格构式轴心受压构件的横向剪格构式轴心受压构件的横向剪力为：力为：23585maxyfAfVV缀条的布置普通采用单系缀条，为减小分肢的计算缀条的布置普通采用单系缀条，为减小分肢的计算长度，单系缀条中也可以加横缀条。当肢件间距较大或长度，单系缀条中也可以加横缀条。当肢件间距较大或荷载较大以及有动荷载作用时，常采用交叉缀条。荷载较大以及有动荷载作用时，常采用交叉缀条。VlxxyyVNyzVVVV (a)(

26、b)(c)V1V1N1V1=V/2V1=V/2 (a)(b)N1在横向剪力作用下，一个斜缀条的轴心压力为：在横向剪力作用下，一个斜缀条的轴心压力为： cos11nVN 假设不思索改动效应，按假设不思索改动效应，按 500175001720192019规定规定 ，应将钢材强度设计值乘以折减系数，应将钢材强度设计值乘以折减系数 后后按轴心受压验算强度和稳定性。按轴心受压验算强度和稳定性。 分配到一个缀条面上的剪力；分配到一个缀条面上的剪力； 接受剪力的斜缀条数，单系缀条时接受剪力的斜缀条数，单系缀条时 ；交；交叉缀条时叉缀条时, , ； 缀条的程度倾角。缀条的程度倾角。1Vnnn缀板的稳定性设计缀

27、板的稳定性设计l1a(a)l/2a/2TMTd(b)(c)v1/2l/2v1/2v1/2v1/2缀板计算简图缀板计算简图剪力：剪力：弯矩：弯矩： 式中式中 肢件轴线间的间隔；肢件轴线间的间隔； 缀板中心间距。缀板中心间距。1 1VlTa2211lVaTMa1l 缀板应有一定刚度要求，同一截面处两侧缀板线刚度缀板应有一定刚度要求，同一截面处两侧缀板线刚度之和不得小于一个分肢线刚度的之和不得小于一个分肢线刚度的6 6倍。普通取宽度倍。普通取宽度 ，厚度厚度 且不小于且不小于6 6，构件端部第一缀板应适当加宽，构件端部第一缀板应适当加宽，普通普通 。ad3240at ad 首先应根据运用要求、轴力大小、两主轴方向计算长首先应根据运用要求、轴力大小、两主轴方向计算长度等条件确定格构方式和钢材牌号。普通中小型柱常用缀度等条件确