轴心受力构件-实腹式轴心受压构件的稳定性（钢结构）

钢结构专业课件1.轴心受压构件局部失稳概念实腹式组合截面如工字形、箱形和槽形等都由一些板件组成。如果板的平面尺寸很大，且厚度较薄时，就可能在构件丧失整体稳定或强度未破坏之前，出现波状鼓曲或挠曲。因为板件失稳发生在整体构件的局部部位，所以称为轴心受压构件丧失局部稳定或局部屈曲。（如图1-1）轴心受压构件的局部稳定性当截面的某个板件屈曲退出工作后，将使截面的有效承载部分减少，有时还使截面变得不对称，因而会降低构件的承载能力。图1-12.实腹式轴心受压构件局部稳定的保证方法影响板件局部稳定性的主要因素是板件的宽厚比（高厚比）《规范》规定板件的局部稳定以限制板件的宽厚比来加以控制，即使板件的实际宽（高）厚比不超过规范容许的宽（高）厚比，具体如下：工字形截面轴心受压构件的局部稳定性翼缘板外伸边：

腹板：

（2-1）（2-2）2.实腹式轴心受压构件局部稳定的保证方法箱形截面轴心受压构件的局部稳定性翼缘板外伸边：

翼缘板中部：

腹板：

（2-3）（2-4）（2-5）2.实腹式轴心受压构件局部稳定的保证方法T形截面轴心受压构件的局部稳定性（2-6）（2-7）（2-8）翼缘板外伸边：

腹板：

热轧剖分T型钢

焊接T型钢

对于轧制型钢，由于翼缘、腹板较厚，一般都能满足局部稳定要求，无需计算。

图2-1腹板纵向加劲肋及有效截面轴心受压构件的局部稳定性对于工字形（H形）和箱形截面受压构件的腹板，当其高厚比超过容许高厚比时，可以用纵向加劲肋加强或按有效截面AWe

(如图2-1所示阴影部分腹板截面）计算，即：2.实腹式轴心受压构件局部稳定的保证方法钢结构专业课件▶理想轴心受压构件的整体稳定性研究轴心受压构件的强度时，认为构件始终保持直线形式平衡，其失效形式是强度不足的破坏。事实上，这个结论只适用于短而粗的构件，对于细而长的构件却并非如此。研究表明，细长的轴向受压构件，当压力达到一定大小时，会突然发生侧向弯曲(或扭曲)，改变原来的受力性质，从而丧失承载力。此时构件横截面上的应力还远小于材料的极限应力，甚至小于比例极限。这种失效不是强度不足，而是由于受压构件不能保持其原有的直线形状平衡。这种现象称为丧失整体稳定性，或称屈曲。理想轴心受压构件的整体稳定性轴心受压构件的整体稳定钢结构中由于钢材强度高，构件的截面大都轻而薄，而其长度则又往往较长，因此，当轴心受压构件的长细比较大而截面又没有孔洞削弱时，一般不会因截面的平均应力达到抗压强度设计值而丧失承载能力其破坏常是由构件失去整体稳定性所导致，因而也不必进行强度计算。理想轴心受压构件的整体稳定性轴心受压构件的整体稳定所谓理想轴心受压构件是认为构件是等截面的，截面形心纵轴是一直线，压力的作用线与形心纵轴重合，材料是完全均匀和弹性的。理想轴心受压构件是理论分析用的计算模型，现实当中不存在理想轴心受压构件。当轴心受压构件的截面形状和尺寸不同时，构件丧失整体稳定时可能有三种变形形态即绕截面主轴的弯曲、绕构件纵轴的扭转和弯曲与扭转的耦合，分别称为弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲。理想轴心受压构件的整体稳定性理想轴心受压构件的整体稳定性钢结构专业课件▶轴心受压构件的屈曲形式对于理想轴心受压构件，当轴心压力较小时，构件保持一稳定的直线平衡状态，即使在侧向干扰下会产生微弯，但干扰除去后，构件能恢复其原来的直线状态。当N增大到一定大小时，再给其加一侧向干扰使其微弯，则构件将保持微弯，并能达到另一稳定平衡状态。这种从直线平衡状态过渡到微弯平衡状态的现象称为平衡状态的分支。此时构件中的内力和外力间的平衡是随遇的，称为随遇平衡或中性平衡。轴心受压构件的屈曲形式轴心受压构件的屈曲形式中性平衡是从稳定平衡过渡到不稳定平衡的临界状态，中性平衡时的压力称为临界力Ncr，相应的截面应力称为临界应力σcr；σcr常低于钢材的屈服强度fy，即构件的应力达到强度极限状态之前就丧失稳定。结构丧失稳定时，平衡形式发生改变的，为第一类稳定失稳或平衡分支失稳。除了第一类丧失稳定问题还有第二类稳定性问题。丧失第二类稳定性的特征是丧失稳定性时结构弯曲平衡形式不发生改变，只是由于结构原来的弯曲变形增大使其不能正常工作。丧失第二类稳定也称为极值点失稳。轴心受压构件的屈曲形式轴心受压构件的屈曲形式当N再增大时，构件将产生不可恢复的弯曲变形，而使构件最终丧失承载力。这种现象称为构件的弯曲屈曲或弯曲失稳。轴心受压构件的屈曲形式轴心受压构件的屈曲形式钢结构专业课件1.结构和构件的稳定性所谓稳定性，是指结构和构件保持原有平衡状态的能力。例如受压的细长柱子，当压力增大到一定数值时，它会突然改变原来的形状（由直变弯），从而改变它原来受压的工作性质，这种现象称为”失稳“。如果结构的各构件在荷载作用下能够保持其原来的平衡状态，则认为它满足了稳定性要求。轴心受压构件的整体稳定性2.轴心受压构件的整体失稳的屈曲形式对轴心受压构件，除构件很短及有孔洞等削弱时可能发生强度破坏外，通常由整体稳定控制其承载力。轴心受压构件丧失整体稳定常常是突发性的，容易造成严重后果，应予以特别重视。轴心受压构件的整体稳定性2.轴心受压构件的整体失稳的屈曲形式构件在轴心压力作用下发生整体失稳，可能有三种屈曲变形形式：（1）弯曲屈曲构件轴线由直线变为曲线，这时构件的任一截面均绕一个主轴弯曲（图2-1a）（2）扭转屈曲构件绕轴线扭转(图2-1b)（3）弯扭屈曲构件在产生弯曲变形的同时伴有扭转变形(图2-1c)轴心受压构件的整体稳定性图2-12.轴心受压构件的整体失稳的屈曲形式轴心压杆的屈曲形式主要取决于：

①构件截面的形式和尺寸②构件的长度③构件支承约束条件等。整体稳定要求是构件在设计荷载作用下，不致发生屈曲而丧失承载力。轴心受压构件的整体稳定性3.轴心受压构件整体稳定的实用计算方法轴心受压构件的整体稳定性

(3-1)

(3-2)式中：—轴心压力设计值；

—构件的毛截面面积；

—钢材的抗压强度设计值；

—轴心受压构件对截面x轴及y轴的稳定系数，

由钢材种类、截面类型及查表。

3.轴心受压构件整体稳定的实用计算方法说明：实践表明，一般钢结构中常用截面的轴心受压构件，由于构件厚度较大，其抗扭刚度也相对较大，失稳时主要发生弯曲屈曲。所以钢结构设计规范GB50017-2003中，对轴心受压构件整体稳定计算所用的稳定系数，主要是根据弯曲给出的。对单轴对称截面的构件绕对称轴弯扭屈曲的情况，则采用按弯曲屈曲而适当调整体降低其稳定系数的方法简化计算。对冷弯薄壁型钢构件绕对称轴弯扭屈曲的情况，采用换算长细比的方法考虑其影响。轴心受压构件的整体稳定性钢结构专业课件▶轴心受压构件的失稳形式当N再增大时，构件将产生不可恢复的弯曲变形，而使构件最终丧失承载力。这种现象称为构件的弯曲屈曲或弯曲失稳。轴心受压构件的失稳形式轴心受压构件的失稳形式对于双轴对称的截面（如工字形、H形截面），一般抗扭刚度较大，失稳时主要产生弯曲屈曲，如图所示。轴心受压构件的失稳形式轴心受压构件的失稳形式当轴心受压构件截面的抗扭刚度较差时，当N达到某一界限值时，构件将由原来的直线稳定状态变为绕构件纵轴微微扭转的平衡状态，当N再稍增加时，则扭转变形迅速增大，使构件丧失承载能力。这种现象称为构件的扭转屈曲或扭转失稳。对于某些十字形截面，截面的抗扭刚度较小，失稳时则可能产生扭转屈曲，如图所示。轴心受压构件的失稳形式轴心受压构件的失稳形式而对于单轴对称截面(如T形)的轴心受压构件，如图所示，其绕非对称轴屈曲时为弯曲屈曲，但绕对称轴屈曲时，由于形