(2021年整理)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》陳紹蕃講義

（完整（完整《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》陳紹蕃講義PAGEPAGE60（完整《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》陳紹蕃講義編輯整理：尊敬的讀者朋友們：（完整紹蕃講義下為（完整《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》陳紹蕃講義的全部內(nèi)容。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第一章鋼結(jié)構(gòu)的基本性能了日程。截面組成部分的厚度也小。因此，穩(wěn)定問題在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中是一個突出的問題。建筑結(jié)構(gòu)鋼材有較好的韌性。因此，鋼結(jié)構(gòu)是承受動荷載的重要結(jié)構(gòu)。鋼材的韌性也不是一成不變的。材質(zhì)、板厚、受力狀態(tài)、溫度等都會對它產(chǎn)生影響?！句摬牡纳a(chǎn)及其對材性的影響】建筑結(jié)構(gòu)所用的鋼材包括兩大類:一類是熱軋型鋼和鋼板；另一類是冷成型（冷彎、冷沖、冷軋）的薄壁型鋼和壓型鋼板。一、鋼的熔煉冶煉按需要生產(chǎn)的鋼號進行，它決定鋼材的主要化學成分。煉鋼的原料為99%鋼水+廢鋼+合金元素。平爐煉鋼的質(zhì)量優(yōu)于轉(zhuǎn)爐煉鋼的質(zhì)量。目前，我國采用轉(zhuǎn)爐煉鋼,轉(zhuǎn)爐鋼具有投資少、建廠快、生產(chǎn)效率高、原料適應性強等優(yōu)點.二、鋼的脫氧脫氧的手段是在鋼液中加入和氧的親和力比鐵高的錳、硅和鋁.脫氧的程度對鋼材的質(zhì)量頗有影響。錳是弱脫氧劑.硅是較強的脫氧劑。鋁是強脫氧劑.FeOFeOCO騰，這種鋼稱之為沸騰鋼。它夾雜較多FeO，冷卻后有許多氣泡。硅在還原氧化鐵的過程中放出熱量，使鋼液冷卻緩慢，氣體大多可以逸出，所得鋼錠稱之為鎮(zhèn)靜鋼.冷卻后因體積收縮而在上部形成較大縮孔,縮孔的孔壁有些氧化,在輥軋時不能焊合，必須先把鋼錠頭部切去。切頭后實得鋼材僅為鋼錠的80％～85％。對沖擊韌性（尤其是低溫沖擊韌性）要求高的重要結(jié)構(gòu)，如寒冷地區(qū)的露天結(jié)構(gòu),鋼材宜用硅脫氧后再用鋁補充脫氧的特殊鎮(zhèn)靜鋼.這種鋼比一般鎮(zhèn)靜鋼具有更高的室溫沖擊韌性和更低的冷脆傾向性和時效傾向性。鎮(zhèn)靜鋼的質(zhì)量好于沸騰鋼。鎮(zhèn)靜鋼成本高。鎮(zhèn)靜鋼偏析小.鎮(zhèn)靜鋼的性能優(yōu)于沸騰鋼，主要表現(xiàn)在容易保證必要的沖擊韌性，包括低溫沖擊和時效沖擊，沖擊韌性好可以承受動荷載和處于低溫的結(jié)構(gòu)。GB50017—2003規(guī)范規(guī)定沸騰鋼不能用于下列焊接結(jié)構(gòu):需要驗算疲勞者；處于-30℃和更低溫度者；工作溫度低于-20℃并直接承受動力荷載（但不需驗算疲勞)者。鑒定鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼，可以通過硅的含量來進行。GB700-88ABCDC三、鋼的軋制輥軋是型鋼和鋼板成型的工序,是二次熔煉的過程，可以改善鋼材的性能。輥軋分熱軋和冷軋，以前者為主。冷軋只用于生產(chǎn)小號型鋼和薄板.經(jīng)過熱軋后，鋼材組織密實，力學性能得到改善。這種改善主要表現(xiàn)在沿軋制方向上,從而使鋼材在一定程度上不再是各向同性體。經(jīng)過軋制之后，鋼材內(nèi)部的非金屬夾雜物被壓成薄片，出現(xiàn)分層現(xiàn)象.分層使鋼材沿厚度方向受拉的性能大大惡化，并且有可能在焊縫收縮時出現(xiàn)層間撕裂。焊縫收縮誘發(fā)的局部應變是屈服點應變的數(shù)倍。型鋼和扁鋼總是沿輥軋方向受力，不存在非各向同性問題。鋼板則不同，垂直于輥軋方向受力,因此鋼板拉力試驗的試樣應垂直與軋制方向切去。軋制影響鋼材的塑性和韌性，產(chǎn)生殘余應力，同時加工、切割、焊接也產(chǎn)生殘余應力。熱軋鋼材厚度小的強度高于厚度大的，而且塑性及沖擊韌性也比較好.因此鋼材的機械性能要按厚度分級。熱軋是不均勻冷卻造成的殘余應力.在沒有外力作用下內(nèi)部自相平衡的應力叫做殘余應力。板的尺寸越大，冷卻后的應力也越大.各種截面的熱軋型鋼都有這類殘余應力，不過隨截面形式和尺寸不同，殘余應力的分布有所區(qū)別.一般地說，截面尺寸越大，殘余應力也越大。殘余應力雖然是自相平衡的，對鋼構(gòu)件在外力作用下的性能有一定影響.殘余應力影響變形、穩(wěn)定性、疲勞、低溫脆斷等。軋制普通工字鋼的軋機只有兩個水平軋輥。滾軋成型時，腹板所受壓力大于翼緣，翼緣所受壓力和它內(nèi)側(cè)的斜度有關(guān)。腹板的性能優(yōu)于翼緣.當工字鋼作受彎構(gòu)件時，翼緣的應力大于腹板，承載能力主要取決于翼緣的性能。我國規(guī)定,各類型鋼拉力試驗和沖擊試驗的樣坯都從翼緣上切取，不過,槽鋼和工字鋼拉伸試件也可以在腹板取樣。判斷鋼結(jié)構(gòu)事故應考慮以下幾個方面,化學成分不均勻；C、S、P偏析，含量外多、內(nèi)少；厚鋼板要抽查檢驗是否有層間撕裂，利用超聲波或X射線探傷。四、矯直和熱處理重分布使翼緣原始殘余應力峰值有所降低,將減輕用作壓桿時的不利作用。矯直有兩種方法，輥床調(diào)直和頂直。熱處理可以改變鋼材性能，建筑鋼材一般以熱軋狀態(tài)交貨，不進行熱處理。熱處理包括調(diào)質(zhì)熱處理和正火。調(diào)質(zhì)熱處理包括淬火和高溫回火兩道工序。五、鋼材的勻質(zhì)和等向性鋼材內(nèi)部化學元素的分布不是完全均勻的。鋼錠的四周部分含碳減少，從周邊到中心碳逐漸增多，硫、磷等雜質(zhì)也聚集在冷卻較慢的部分，形成偏析。型鋼截面上不同部分的屈服點有差別,是力學性質(zhì)上的一種非勻質(zhì)現(xiàn)象。測試力學性能的方法是在翼緣上切取試樣確定屈服點比在腹板上取樣更能反映材料的實際性能。鋼材內(nèi)部存在殘余應力，從力學角度來說也是一種不均勻性。鋼板的各向異性,表現(xiàn)在三個方向的受力性能。沿軋制方向力學性能最好，橫向稍差。鋼板如有分層，則沿厚度方向性能最差.是否分層,需用超聲波等手段探傷。對于比較重要的結(jié)構(gòu)，一是對鋼材進行探傷檢查，并限制局部分層的面積，二是在設(shè)計時注意避免垂直于板面受拉和焊縫收縮造成層間撕裂?！炯庸︿摌?gòu)件性能的影響】一、加工對鋼構(gòu)件性能的影響鋼結(jié)構(gòu)的建造過程分為熱加工、冷加工和冷作硬化。熱加工,如鉆孔切割,影響殘余應力。冷加工使鋼材的強度提高，塑性和韌性下降。1、冷加工的影響冷加工考慮的因素有屈服強度、抗拉強度、冷彎性能。冷加工后，鋼材的強度有所提高，但塑性和沖擊韌性降低.韌性降低的原因包括冷加工和時效兩種因素.鋼材的剪切和沖孔，使剪斷的邊緣和沖出的孔壁嚴重硬化,甚至出現(xiàn)微細裂紋。對于比較重要的結(jié)構(gòu),剪斷處需要刨邊;沖孔只能用較小的沖頭，沖完再進行擴孔。目的都是把硬化部分除掉,以免裂紋在一定條件下擴展。冷彎成型后彎角部分屈服點大幅度提高,同時抗拉強度也有所提高，但塑性降低.外側(cè)沿圓弧方向為拉伸，沿半徑方向為壓縮，內(nèi)側(cè)沿弧線方向壓縮，沿半徑方向拉伸。當材料彎成圓角時半徑和板厚之比越小,塑性應變越大，屈服點提高幅度越大。Q345—16Mn,在－15℃以下不要冷加工,容易產(chǎn)生脆性斷裂。Q235-A

，在－20℃以下不要冷3加工，容易產(chǎn)生脆性斷裂。2、熱加工的影響熱加工包括火焰切割、乙炔切割和焊接.焊接和焰割對鋼材焊接造成以下后果，焊縫金屬具有鑄造組織，不同于軋制鋼材，焊縫性能不如母材好,但強度高；焊弧的高溫使鄰近焊縫的鋼材發(fā)生組織變化，焊縫附近性能不好，形成熱影響區(qū)，熱影響區(qū)包括過熱區(qū)、正火區(qū)和部分重結(jié)晶區(qū)，在疲勞情況下,熱影響區(qū)容易破壞;局部性的高溫使鋼材發(fā)生塑性變形,冷卻后存在殘余應力，殘余應力產(chǎn)生的原因是熔化鐵水膨脹,未熔化部分對其產(chǎn)生的應力。焊縫金屬的碳含量稍低，而氮、氫、氧稍高。采用短弧焊、埋弧焊和氣體保護焊使熔化金屬和空氣更好的隔離，可以不同程度地氮和氧的含量。焊縫金屬含氫量高來源于大氣和焊條藥皮，包括藥皮的有機物成分和吸收的水分。當冷卻快時氫能使焊縫金屬內(nèi)部出現(xiàn)微觀裂紋。因此，受潮的焊條必須烘干后才能使用，重要結(jié)構(gòu)還要用低氫型焊條，以避免出現(xiàn)裂紋。焊接構(gòu)件的殘余應力和熱軋構(gòu)件的一樣，在整個截面上拉壓兩部分應力自相平衡,不同的是焊接構(gòu)件在焊縫及其近旁的殘余拉應力特別高。三條焊縫情況要避免交叉，如不能避免，將次要焊縫斷開，不要貫通。在制造廠對焊接結(jié)構(gòu)的零件下料時,要考慮施焊后冷卻的收縮而把材料適當放長。如果兩叫做反作用殘余應力.3、熱矯正和熱成型常用的矯正方法是進行局部加熱，使其冷卻后產(chǎn)生反向變形.為了防止淬火效應,加熱溫度不應超過900℃，鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定，低合金鋼在加熱矯正后應自然冷卻.熱加工成型的構(gòu)件需要加熱到900～1000℃.二、制造和安裝的偏差對鋼結(jié)構(gòu)性能的影響存在初始彎曲的軸心壓桿，受壓能力降低，既受壓又受彎。存在初始彎曲的軸心拉桿，不降低承受拉力的能力。桿長度的偏差會使體系內(nèi)壓力和拉力在體系內(nèi)自相平衡.由于出現(xiàn)在承受荷載之前，稱為殘余內(nèi)力。當殘余內(nèi)力和載荷引起的內(nèi)力同號時，將使承載能力降低?！就饨缱饔脤︿摻Y(jié)構(gòu)性能的影響】外界作用包括鋼結(jié)構(gòu)建成后的使用荷載和大氣作用等。一、多軸應力的影響鋼材在雙向拉力作用下屈服應力和抗拉強度提高，延伸率降低。在異號雙向應力作用下屈服應力和抗拉強度降低，延性率增大.三向受拉塑性比雙向受拉還低，破壞將是脆性的。三軸拉應力對鋼結(jié)構(gòu)是十分不利的。二、加荷速率的影響20℃方面是脆性轉(zhuǎn)變溫度隨加荷速率增加而提高。三、循環(huán)加載的影響作用下耗能能力提供了基礎(chǔ)。四、低溫和腐蝕性介質(zhì)的影響低溫使鋼材韌性降低,溫度降低到一定程度時鋼材在沖擊荷載作用下完全是脆性斷裂,腐蝕性介質(zhì)也會促成脆性斷裂并影響疲勞強度。五、高溫的影響接近600防止鋼結(jié)構(gòu)火災損傷的途徑,一是用放火材料加以保護,二是應用耐火鋼材.第二章鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題概述鋼結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)可以出現(xiàn)于下列六種情況：1、整個結(jié)構(gòu)或其一部分作為剛體失去平衡(如傾復2、結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強度被超過而破壞;3、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系（倒塌);4、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（屈曲等；5、結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過度的塑性變形，而不適于繼續(xù)承載；6、在重復荷載作用下構(gòu)件疲勞斷裂?！句摻Y(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞】建筑結(jié)構(gòu)用的鋼材具有很大的塑性變形能力。當結(jié)構(gòu)因抗拉強度不足而破壞時，破壞前呈現(xiàn)較大變形.但是當結(jié)構(gòu)因受壓穩(wěn)定性不足而破壞時，可能在失穩(wěn)前只有很小的變形，即呈脆按國家標準，脆性破壞的構(gòu)件的可靠指標應比延性破壞者提高一級，即安全等級為二級的構(gòu)件值由3。2提高到3。7?！臼Х€(wěn)類別】一、鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題分為兩類：1、第一類穩(wěn)定問題或具有平衡分岔的穩(wěn)定問題（也叫分支點失穩(wěn)屈曲和完善平板中面受壓時的屈曲都屬于這一類。2、第二類穩(wěn)定問題或無平衡分岔穩(wěn)定的問題（也叫極值點失穩(wěn)。由建筑鋼材做成的偏心受使是完全彈性的，也沒有平衡分岔。二、彈性穩(wěn)定可以分為以下三類：1、穩(wěn)定分岔屈曲。結(jié)構(gòu)在達到臨界狀態(tài)時,從未屈曲的平衡位形過渡到無限鄰近的屈曲平衡位形，即由直桿而出現(xiàn)微彎。此后，變形的進一步增大，要求荷載增加.直桿軸心受壓和平板在中面受壓都屬于這種情況.2、不穩(wěn)定分岔屈曲。結(jié)構(gòu)屈曲后只能在比臨界荷載低的荷載下才能維持平衡位形。屬于這種情況的有承受軸向荷載的圓柱殼和承受均勻外壓力的全球殼，鋼結(jié)構(gòu)常用的綴條柱和圓柱殼很相似。薄壁型鋼方管壓桿也在一定條件下表現(xiàn)出類似特性.3、越躍屈曲。這種屈曲的特點是：結(jié)構(gòu)由一個平衡位形突然跳到另一個平衡位形，其間出現(xiàn)很大的變形.屬于這種情況的有鉸接坦拱和油罐的扁球殼頂蓋。雖然在發(fā)生越躍后荷載可以大于臨界值，但實際工程中允許出現(xiàn)這樣大的變形，因此，應該以臨界荷載作為承載的極限.越躍屈曲雖然沒有平衡分岔，卻和不穩(wěn)定分岔屈曲有相似之處，都是從喪失穩(wěn)定平衡后經(jīng)歷一段不穩(wěn)定平衡，然后重新獲得穩(wěn)定平衡。當構(gòu)件有幾何缺陷時荷載和變形的關(guān)系。對于穩(wěn)定分岔屈曲，雖然有缺陷，荷載仍然可以高于臨界值；對于不穩(wěn)定分岔屈曲，缺陷使承載能力受到很大傷害，荷載的極限值比無缺陷時的臨界值大幅度降低。由此可見，屈曲為不穩(wěn)定分岔的結(jié)構(gòu)對缺陷特別敏感。向另一個方向變形時呈不穩(wěn)定分岔.【結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題的特點】一、考慮變形對外力效應的影響在分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力以求解算它的強度時,除由柔索組成的結(jié)構(gòu)外，按未變形的結(jié)構(gòu)來分析它位形和變形對外力效應（即二階效應。針對未變形的結(jié)構(gòu)來分析它的平衡，不考慮變形對外力效應的影響，叫做一階分析；針對已變形的結(jié)構(gòu)來分析它的平衡，則是二階分析。應力問題通常都是一階分析，只有少數(shù)特殊的結(jié)構(gòu)如懸索屋蓋、桅桿結(jié)構(gòu)和懸索橋，因為變形對內(nèi)力影響很大,才需要用二階分析.一般解算超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，雖然要考慮變形協(xié)調(diào)關(guān)系,并沒有全面考慮變形對外力效應的影響。穩(wěn)定問題原則上都應該用二階分析。但是，目前在計算框架柱穩(wěn)定時，確定計算長度雖然以已變形的結(jié)構(gòu)為依據(jù)，而柱內(nèi)力卻是按一階分析算得的。如果要分析大變形、大撓度問題，曲率要用更精確的表達式，這時曲率和位移導數(shù)之間不再存在線性關(guān)系，稱為三階分析。二、靜定和超靜定結(jié)構(gòu)的區(qū)分失去意義靜定和超靜定結(jié)構(gòu)的劃分，是適應應力問題的需要而做出的：靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析只用靜力平衡關(guān)系就夠了；超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析，則還需加上變形協(xié)調(diào)關(guān)系.三、疊加原理不適用疊加原理普遍用于應力問題。它的應用以滿足下列兩個條件為前提：1、材料服從胡克定律，亦即應力與應變成正比；2、結(jié)構(gòu)的變形很小，可以用一階分析來進行計算.概括地說，也就是它既不存在物理的非線性，也不存在幾何的非線性。穩(wěn)定問題一般不符合第二個前提，因為它需要用二階分析來計算.二階分析在曲率和位移導數(shù)之間雖然可以看成存在線性關(guān)系，但內(nèi)力和變形之間常常是非線性關(guān)系。疊加原理不適用于二階分析。【穩(wěn)定計算中的整體觀點】結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載能力，和它的剛度密切相關(guān).梁屈曲時兼有側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)兩種變形。由于驗算構(gòu)件穩(wěn)定時形式上似乎是驗算某一截面,往往使人對強度和穩(wěn)定計算的實質(zhì)分辨不清.二者之間的原則區(qū)別是:強度是某一個截面的問題，而穩(wěn)定則是構(gòu)件整體問題，因為構(gòu)件的剛度是它的整體組成所決定的，包括截面剛度和構(gòu)件長度。在處理穩(wěn)定問題時,必須具有整體觀點.從整體上看框架的側(cè)向剛度只能由懸臂柱提供，鉸接柱毫無抗側(cè)移的能力.因此懸臂柱對左柱上端提供彈性支座的作用，它的任務就不僅僅是承受本身的一半壓力，而是還要包括對左柱的支援作用，這種作用表現(xiàn)在承受水平力。水平力和壓力的合力是一個斜向作用力。處理穩(wěn)定問題應該有整體的觀點，還可以從局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定的相關(guān)關(guān)系來說明。局部和整體的相關(guān)關(guān)系可以概括為：整體缺陷促使截面局部弱化，局部弱化反過來又影響整體承載能力。最優(yōu)化設(shè)計的結(jié)構(gòu)總是對缺陷很敏感的。只要有一點偏差，結(jié)構(gòu)的承載能力就要下降。整體和局部等穩(wěn)，是最優(yōu)化原理在壓桿設(shè)計中的應用,它充分表明優(yōu)化結(jié)構(gòu)對缺陷的敏感性。缺陷可以使承載能力降低很多。【穩(wěn)定設(shè)計的幾項原則】一、在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了保證結(jié)構(gòu)不喪失穩(wěn)定，還應注意以下幾點：1、結(jié)構(gòu)整體布置必須考慮整個體系及其組成部分的穩(wěn)定性要求。保證這些平面結(jié)構(gòu)不致出平面失穩(wěn)，需要從結(jié)構(gòu)整體布置來解決,亦即設(shè)置必要的支撐構(gòu)件。平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的出平面穩(wěn)定計算必須和結(jié)構(gòu)布置相一致。2、桿件穩(wěn)定計算的常用方法，往往是依據(jù)一定的簡化假設(shè)或典型情況得出的，設(shè)計者必須確知所設(shè)計的結(jié)構(gòu)符合這些假設(shè)時才能正確應用。3、設(shè)計結(jié)構(gòu)的細部構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計算必須相互配合，使二者有一致性。第三章鋼結(jié)構(gòu)的斷裂【鋼結(jié)構(gòu)脆性破壞及其原因】冷加工和鑿痕是引起脆性破壞的部分原因。焊接結(jié)構(gòu)的脆性破壞也有和鉚接結(jié)構(gòu)共同之處，那就是經(jīng)常發(fā)生在氣溫較低的情況，結(jié)構(gòu)的鋼材厚度較大,一般處在靜力荷載作用下，而且應力常常并未達到設(shè)計應力,或雖達設(shè)計應力但和材料的屈服點還有一段距離。破壞時結(jié)構(gòu)并未超載，表明脆性破壞是鋼結(jié)構(gòu)的一種特殊問題。綜上所述，造成脆斷的原因有:材質(zhì)不合應力.在屋蓋結(jié)構(gòu)中,桁架比實腹構(gòu)件更容易脆斷。鋼結(jié)構(gòu)脆性破壞事故不斷發(fā)生,除了采用焊接外，還有以下原因：結(jié)構(gòu)比過去復雜，有的使用條件惡劣（如海洋結(jié)構(gòu)），有的荷載很大，鋼材強度和鋼板厚度都趨于提高和增大，設(shè)計時采用更精細的計算方法并利用材料非彈性性能以盡量降低造價，致使結(jié)構(gòu)的實際安全儲備比過去有所降低。【斷裂力學的觀點】斷裂是在荷載和侵蝕性環(huán)境的作用下，裂紋擴展到臨界尺寸時發(fā)生的。焊接過程中可能出現(xiàn)的缺陷，包括宏觀裂紋，如角焊縫可能存在的缺陷，咬邊、未熔合、未焊透及氣孔等，其中以咬邊最為不利.結(jié)構(gòu)的無損探傷只有一定的靈敏度，太小的缺陷發(fā)現(xiàn)不了。所以，即使經(jīng)過探傷,也不能說構(gòu)件就不含有裂紋.按照線彈性斷裂力學，應力強度因子K I

Ka

，裂紋尺寸a越大，構(gòu)件所能安全承受的應力就越小.裂紋的失穩(wěn)擴展，和構(gòu)件壓屈失穩(wěn)有些相似之處.壓桿所能承受的應力為 2E/2，長細比越大，C

越低；帶裂紋拉桿拉斷應力C

K /a),裂紋尺寸aIC越大,

越低。C建筑結(jié)構(gòu)所用鋼材屬于強度不高而韌性較好的鋼材，當要解決低應力脆斷問題時，需要用的能力的有裂紋張開位移理論(即COD理論)。按照這種理論當薄板受拉滿足條件8fa y lnsec( )

構(gòu)建即將開裂：公式左端代表裂紋頂端張開位移,右端是位移失穩(wěn)臨界aEfy CE aEfy C值,C

和K 一樣，屬于材料的固有特性。簡化后整理IC

，這就是說，韌性好的材料制成的構(gòu)件什么時候出現(xiàn)斷裂，也和a、兩個因素相關(guān).由于C

容易實驗,試件不要求很厚，故可由C

的試驗值推算K .IC應力所起的作用應該從能量的角度來理解.因裂紋出現(xiàn)而板單位厚度釋放出的應變能是2 U 2U a2，則能量釋放率為G a。根據(jù)精確計算,的數(shù)值應是:平面應力狀態(tài)E a E==(12W,a即WR=常數(shù),出現(xiàn)裂紋過程中能量的總變化是WUWa正，在此過程中釋放出的能量 U為負。

U

0，即穩(wěn)定擴展階段；若U)0，失穩(wěn)擴展階段.（41)a

結(jié)構(gòu)。因此,對高強鋼材的韌性應該要求更高一些。一般建筑結(jié)構(gòu)用的鋼材在室溫下的斷裂韌性K 值的測試，要求很厚的試件才能滿足平面應變的條件，所以難以直接測得。鋼材的韌性IC目前還是以缺口沖擊韌性作為衡量的準則，并用夏比V形缺口沖擊試驗值Cv

.實驗表明和ICC的變化規(guī)律有一定的相似性，尤其是動力荷載作用下更為類似，脆性轉(zhuǎn)變溫度也很接近。v【防止脆性斷裂】一、裂紋原始裂紋尺寸的控制主要由保證施工質(zhì)量和強檢驗來解決。裂紋質(zhì)量不僅涉及到裂紋，還涉及到咬邊、欠焊、夾渣和氣孔等缺陷.因為這些缺陷或者本身就起裂紋的作用，或者能夠引6mm二、應力考察斷裂問題時,應力應是構(gòu)件的實際應力，它不僅僅和荷載大小有關(guān)，也和構(gòu)造形狀及施焊條件有關(guān).三軸同號應力狀態(tài)的脆性破壞最為危險.應力不僅要看它的大小，更重要的是要看應力狀態(tài)。同時，避免焊縫過于集中和避免截面突然變化，這樣都有助于防止脆斷。三、材料韌性規(guī)定以夏比V形缺口沖擊試驗作為材料韌性的判據(jù)。V形缺口試件吸收的功較少，脆性轉(zhuǎn)變溫度則稍高。鋼材的斷裂有幾種不同的表現(xiàn)，即可以是脆性斷裂、韌性斷裂或兼有脆性和韌性的斷裂.脆性斷裂的宏觀特征是沒有塑性變形，斷口表面呈顆粒狀，平齊而光亮，斷面和拉伸應力的方向垂直；韌性斷裂則有明顯的宏觀塑性變形，并出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，斷口呈纖維狀,其斷裂機理是剪切斷裂過程。有塑性變形就要吸收較多的能量。材料斷裂時吸收的能量和溫度有密切關(guān)系。吸收的能量可以劃分為三個區(qū)域，即變形是塑性的、彈塑性的和彈性的。后者屬于完全脆性的斷裂，也屬于平面應變狀態(tài)。所以沖擊韌性的指標宜在彈塑性區(qū)域。低的方向移動.有些結(jié)構(gòu)的鋼材在工作溫度下沖擊韌性很低，但仍能保持完好，就可以由加荷=10-5s-1=1—3s—1—1。當應變率低于緩慢加荷10-3s—1時屬于準靜態(tài)情況,應變率效應可以略去不計。把加荷速率分為二級,其中R1為靜力及緩慢加載,適合于承受自重、樓面荷載、車輛荷載、風及波浪荷載以及提升荷載的結(jié)構(gòu);R2級為沖擊荷載，適用于高應變速率如爆炸和沖撞荷載。因此，除遭強烈地震作用襲擊外，建筑結(jié)構(gòu)通常都可列為準靜態(tài)的結(jié)構(gòu)，即在考慮荷載的動力系數(shù)后按靜態(tài)結(jié)構(gòu)對待，不過承受多次循環(huán)荷載時需要進行疲勞計算。鋼材的厚度對它的韌性也有影響。薄板斷裂時幾乎呈完全韌性的剪切斷口，厚度稍大則呈韌性和脆性混合的斷口；厚板呈脆性的平斷口.作為材料的韌性指標值，應取平面應變狀態(tài)的斷裂韌性K.12mm和更厚的板，沖擊試驗的標準試樣都是10mm×55mm×55mm。不同板厚的板用IC于同一截面尺寸的試樣進行試驗，反映不出帶切口厚板處于平面應變狀態(tài)的不利情況。缺點一是當厚板和薄板的沖擊韌性相同時，厚板的韌性比薄板的低。另一個缺點是難于把裂紋擴展和裂紋形成區(qū)分開來.為了彌補這一缺點，可以采用全厚度的試樣做靜力拉伸試驗或落錘試驗。靜力拉伸試驗的試樣兩側(cè)都有V分所占百分比的變化來確定材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度,也可以通過試樣拉斷的延伸率、厚度縮減率NDTV15—25℃，V四、結(jié)構(gòu)形式優(yōu)良的結(jié)構(gòu)形式可以減小斷裂的不良后果。由于脆斷時應力一般沒有達到設(shè)計設(shè)計應力,重分布后結(jié)構(gòu)仍可安全承載。當把結(jié)構(gòu)設(shè)計成超靜定的,即有贅余構(gòu)件的，可以減少斷裂造成的損失。當把結(jié)構(gòu)設(shè)計成靜定結(jié)構(gòu)時，注意使荷載能夠多路徑傳遞.多路徑不容易整體破壞，同時次要構(gòu)件和主要構(gòu)件同樣可以對多路徑傳遞作出貢獻。從控制脆斷的角度考慮，多路徑傳遞優(yōu)于單路徑傳遞。當對梁做防斷裂設(shè)計時，如果受拉翼緣由一塊厚板組成，材料的韌性要求應優(yōu)于多層較薄的板，才能夠得到統(tǒng)一的安全保證。當腹板與翼緣板之間有間隙連接時，有利于裂縫到縫隙處停止。梁腹板和翼緣之間不受垂直于間隙的拉力,這是允許間隙存在的一個條件。五、鋼材選用設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)，鋼材的選用也是防止脆斷的因素之一.【應力腐蝕開裂】用K I

K 作為判斷構(gòu)件是否會斷裂的準則，只適用于處于非腐蝕性環(huán)境的構(gòu)a件在腐蝕性介質(zhì)中雖然應力低于K 值,經(jīng)過一定時期也會出現(xiàn)脆性斷裂.這種現(xiàn)象叫做應力I腐蝕開裂,也叫做滯后斷裂或延遲斷裂。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是：構(gòu)件中原來存在的小裂紋在腐蝕性介質(zhì)作用下隨著時間的增長而逐漸擴展，待達到臨界尺寸時，構(gòu)件就會突然脆斷。應力腐蝕斷裂主要發(fā)生在高強度材料，高強螺栓在使用過程中就有可能出現(xiàn)延遲斷裂的現(xiàn)象。在腐蝕性介質(zhì)中做試驗來測定材料的斷裂韌性，所得結(jié)果要比在無腐蝕性介質(zhì)的大氣中測得的低。當按原始裂紋算得的應力場強度因子低于它的臨界值K

Iscc

時,不論時間多長，試件都不會斷裂每一種材料在特定的腐蝕介質(zhì)中的K 是個常數(shù),一般K (1/2~1/5)K 鋼材的Iscc Iscc IC含碳量越高，則韌性越低，抵抗應力腐蝕斷裂的性能也越差.第四章疲勞破壞一、疲勞荷載出現(xiàn)的斷裂。二、疲勞破壞的過程當構(gòu)件應力較小時,擴展區(qū)所占范圍較大，而當構(gòu)件應力很大時,擴展區(qū)就比較小.擴展區(qū)的表面光滑，而且是愈近裂源愈光,這是因為裂紋經(jīng)過多次開合的緣故。拉斷區(qū)可以是脆性的顆粒狀斷口，也可以時帶有一定韌性的斷口.三、疲勞試驗的結(jié)果光滑試件的疲勞強度明顯高于帶槽試件，這是因為帶槽試件的應力集中使疲勞強度降低。有橫向?qū)雍缚p的試件的疲勞強度

max

隨焊縫余高角度的變化情況：角度愈小，應力集中愈嚴重，疲勞強度愈低。R

min

/max

來表示,以拉應力為正。四、斷裂力學的分析用斷裂力學的觀點考察疲勞問題，首先是分析裂紋擴展速率。帶裂紋的鋼構(gòu)件是否進一步開裂，取決于應力強度因子K I

是否超過材料的斷裂韌性K .應力強度因子是對裂紋頂端周圍應力和應變的一個度量。裂紋的擴展速率取決于K的變化幅度Kda

max

K ，即mindNC(K)nParisnC,CR值影響的區(qū)域，可以用有效1 a da應力強度因子幅Ke

代替KN

2C a (K)n

,式中a1

和a分別是裂紋21的初始尺寸和裂紋緩慢擴展階段結(jié)束時的尺寸。用來表示應力幅，即

min

/max

,則有1 a

da CN()n 2C a

。對于鋼結(jié)構(gòu)，n值常在2.5~3.5之間，可取為3。0。(a (a a)nC1CGB50017五、環(huán)境的影響

(n。對于長壽命的疲勞,腐蝕的不利影響要比短壽命疲勞嚴重的多。腐蝕對疲勞裂紋的擴展速率的影響和疲勞荷載的頻率有關(guān):頻率愈低影響愈大,但在擴展速率低的范圍內(nèi)無明顯影響。六、提高疲勞壽命在同樣的應力幅作用下，結(jié)構(gòu)沒有焊縫（也沒有截面變化)的部位，疲勞破壞前的循環(huán)次數(shù)高于有對接焊縫的部位，后者又高于有角焊縫的部位。延長疲勞壽命有三種方法.首先是減小初始裂紋尺寸a1

,如果把a1

減小為a1

/2，則構(gòu)件所能承受的循環(huán)次數(shù)增加N。這個增加頗為樂觀,原因是在裂紋尺寸很小時，擴展速率da/dN很1低.其他兩種方法是降低構(gòu)件所承受的應力和采用韌性較好的材料?！酒谠O(shè)計準則】一、基本原則在實際工程中，安全壽命法和破損安全法往往是結(jié)合在一起的。首先按安全壽命法的思路進行設(shè)計,爭取在使用期限不出現(xiàn)裂紋，同時也注意荷載的多路徑傳遞和結(jié)構(gòu)各部分都易于檢查,在意外地出現(xiàn)裂縫時依然保證安全.土建結(jié)構(gòu)的疲勞破壞可以采用使用壽命法來代替安全壽命法。兩者的差別是，前者在結(jié)構(gòu)達到安全使用壽命時不立即報廢,并且承認在達到安全壽命前有可能出現(xiàn)疲勞裂縫。在使用壽命期間還需要注意的一個問題，就是荷載有無變化.如果造成疲勞的荷載比設(shè)計值增大,就需要對壽命做出新的估算.二、應力比準則和應力幅準則自從焊接結(jié)構(gòu)用于承受疲勞荷載以來，工程界從實踐中逐漸認識到和這類結(jié)構(gòu)疲勞強度密切相關(guān)的不是應力比R，而是應力幅。應力幅準則的計算公式是是容許應力幅，它隨構(gòu)造細節(jié)而不同，也隨破壞前循環(huán)次數(shù)變化。焊接結(jié)構(gòu)疲勞計算宜以應力幅為準則，原因在于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的殘余應力。如前面所述,疲勞裂紋的起源常在焊趾或焊縫內(nèi)部的缺陷,而焊縫及其近旁經(jīng)常存在高達材料屈服點的拉伸殘余R有縱向角焊縫的試件在疲勞強度時，對R<0R0R0應力的構(gòu)件疲勞強度相差不大。對于R〈0的應力循環(huán),采用應力幅準則偏于安全較多。GB50017規(guī)范對非焊接結(jié)構(gòu)一律取下列有效應力幅： ，此式在應力循環(huán)e max min不變號時稍偏安全，但一般并不過分安全。三、構(gòu)造細節(jié)分類和應力循環(huán)次數(shù)構(gòu)件和連接的焊縫及其近旁有很高的殘余拉應力.因此，即使施加的應力循環(huán)完全在壓力規(guī)范規(guī)定:在應力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應力的部位可不計算疲勞。方法確定,不必計算殘余應力和應力集中，因為據(jù)以確定的試件都含有殘余應力和應力集中.特殊情況，橫向?qū)雍缚p上鉆孔，而就必須乘以相應集中系數(shù).四、變幅疲勞荷載荷載變幅的疲勞問題，可以由式

n n1 2N N1

n i Ni

ni 1表達的線性累積損傷準則來計Nini

為應力幅i

對結(jié)構(gòu)的作用次數(shù)；Ni

為應力幅i

常幅作用下結(jié)構(gòu)的預期壽命。幾種不同應力幅對結(jié)構(gòu)作用的先后順序不影響疲勞壽命.對于焊接構(gòu)件, (ni

N)常大于1，則用線性累積損傷準則計算的一般能保證安全。線性i累積損傷準則則由于使用方便，現(xiàn)在還是最通行的方法。在具體應用這一準則時,可以采用等n(

)n1n等效應力幅 e

i ni

/（也叫次載系數(shù)GB50017e 1在變幅疲勞的計算中還需要解決一個問題,即如何確定各應力幅i

ni

目前存在多種計算法。其中最常用的是雨流法。【疲勞試驗和檢驗】試驗研究可以分為兩類，一類是典型的連接細節(jié)的疲勞試驗，目的在確定—N曲線以及在細節(jié)分類中的歸屬等。另一類是整個構(gòu)件的疲勞試驗,目的在檢驗一項具體設(shè)計的抗疲勞性能.有時這類試驗也用來考察某一典型連接細節(jié)的疲勞性能。從彎曲疲勞試驗的結(jié)果來看，小尺寸試件的疲勞強度比大尺寸試件稍高。另外，厚度很大的板質(zhì)量也不如中、小厚度板。對承受疲勞荷載的構(gòu)件，特別是容易開展疲勞裂紋的部位必須加強檢驗。檢驗包括外觀檢查和無損檢查。外觀檢查要求仔細查看焊體周圍區(qū)域和平行于焊縫的板邊緣,尋找有無裂紋和層間撕裂。檢查人員要有豐富經(jīng)驗,并借助放大鏡和照明設(shè)備進行工作，才能發(fā)現(xiàn)微細裂紋。外觀檢查是質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié),表面完好往往是焊接工作做的不錯的標志.無損檢查有多種方法,包括磁性顆粒法、染色體滲透法、射線照相檢查、超聲探傷法。磁性顆粒法可用以檢查出金屬表面裂紋或緊靠表面的內(nèi)部缺陷，最適合于壁厚不超過6。5mm的小型鋼管連接。在檢驗時對焊縫區(qū)施以強大磁場，并鋪一層磁鐵顆粒。裂紋和夾雜等缺陷切斷磁力線，使粉末集中在這些區(qū)域。焊接產(chǎn)生的磁力性能的差異時?？梢圆槐厥┘哟艌龆材苡么判灶w粒來檢驗。裂紋的深度可以通過打磨或超聲方法來測出.染色液體滲入法是使帶染料的液體滲入表面的細裂紋,然后通過顯色劑，把染料吸上來以顯示裂紋輪廓。X光線和射線都能穿透像焊縫這樣的非透明體。在焊縫背后放上敏感膠片，即可取得焊縫結(jié)構(gòu)的永久記錄.射線照相法雖然是探查氣孔和夾渣等缺陷極好的辦法，但在實踐中對檢查某些焊縫連接不適用.2060很敏感。此法對查找線缺陷和平面缺陷諸如未焊透、分層和裂紋十分靈敏。超聲檢驗也受到一些限制，粗糙的表面會使靈敏度和可靠度降低,它不能像射線照相法那樣提供永久性記錄。此外，氣泡、夾渣等球狀缺陷不那么容易檢查出來，因為超聲波遇到它們時會從旁邊繞過而不是像遇到線性缺陷那樣被反射回去.超聲技術(shù)在實踐中只限于用在板厚9.5mm以上的連接。短，原因是隨著裂紋尺寸擴展,開裂速度加快，對應于同一裂紋擴展量a，時間間隔越來越短?！咎岣咂谛阅艿墓に嚧胧抗に嚧胧┑哪康氖蔷徍蛻谐潭取⑾锌?，或是在表層形成壓縮殘余應力.緩和應力集中的最普遍方法是磨去焊縫的表面部分，如對接焊縫的余高。對角焊縫打磨焊趾，可以改善它的疲勞性能。焊縫的趾部經(jīng)常存在咬邊形成的切口，并且還有焊渣侵入.打磨后的表面不應存在明顯的刻痕。對于角焊縫的趾部用氣體保護鎢弧使重新熔化，可以起消除切口的作用。這種方法在不同應力幅情況下疲勞壽命都能同樣提高。在焊縫和近旁金屬的表層形成壓縮殘余應力，是改善疲勞性能的一個有效方法。用噴射金屬丸?；蝈N擊進行敲打。梁的疲勞試驗表明，當在它未承受荷載前進行敲擊處理，不如在承受荷載后處理的效果好.上述各種措施對不同的連接構(gòu)造疲勞性能的提高，其效果不盡相同。這些措施對f 高于y400N/mm2（1）高強鋼材試件的疲勞強度（2）第五章拉 桿【拉桿的極限狀態(tài)】一、無孔拉桿焊接結(jié)構(gòu)中的拉桿，完全沒有螺栓孔（或鉚釘孔）者，屬于無孔拉桿。實際工程中的構(gòu)件總會有些幾何尺寸的偏差，其中包括初始彎曲和力作用點的偏差；另外，還會有殘余應力。初始彎曲并不降低拉桿承載能力,只不過要使拉桿變形增大。在不產(chǎn)生疲勞的靜力荷載作用下，殘余應力對拉桿的承載能力也沒有影響.構(gòu)件中的殘余應力不論是熱軋引起的，還是焊接造成的,也不論其分布圖形如何，都有一個共同的特點，就是拉、壓兩種殘余應力在截面上相互平衡。拉桿截面如果有突然變化，則應力在變化處的分布不再是均勻的.設(shè)計拉桿應該以屈服作為承載能力的極限狀態(tài).屈服結(jié)束進入應變硬化時的應變值 ,據(jù)國內(nèi)試驗資料是 的8。st y9~16912st二、有孔拉桿

=12×115×10—3=0138mm.有孔拉桿可以分為兩種類型：一種是鉚接結(jié)構(gòu)中的組合構(gòu)件，沿整個長度都分布有鉚釘；另一種是型鋼和焊接結(jié)構(gòu),僅在端部和其他構(gòu)件用螺栓或鉚釘連接.前一種構(gòu)件應該以凈截面屈服為承載能力的極限狀態(tài),目前很少使用，后一種構(gòu)件應用較多。它的承載能力極限狀態(tài)要從毛截面和凈截面兩方面來考慮。就毛截面來說，極限狀態(tài)仍然是應力達到屈服點；就凈截面來說，則應力達到抗拉強度u

時才是極限狀態(tài).毛截面屈服和凈截面拉斷何者控制設(shè)計,要經(jīng)過比較，比較時注意對二者采用不同的安全系數(shù)。凈截面應力達到抗拉強度，構(gòu)件就要被拉斷.可以附加一個系數(shù)

=1.2~1.3。因此，設(shè)計拉桿時拉力不應超過fy和f

A

是抗力分項ru r

n rrruu系數(shù)，A和Aun

分別是毛截面和凈截面面積。由毛截面控制設(shè)計的條件是Q235鋼，1.25 1.25nA1.60n

A0.78A；Q345An

1.36A0.92A.Q235A/A0.80Q345n垂直拉力的方向不能太密。屈強比fu

/f一般隨材料強度的提高而降低。y初始彎曲和殘余應力對有孔拉桿的影響和無孔拉桿的影響沒有區(qū)別.有孔拉桿受力的一個在應力高峰處材料屈服后，應變增大而不斷裂,應力分布逐漸平緩。最后，凈截面全部屈服，孔旁應力集中不影響桿的強度.【凈截面的效率】設(shè)計拉桿的拼接一般都注意截面的各部分盡量能得到直接拼接。直接傳力的條件下，凈截面全部有效.在節(jié)點上用兩塊節(jié)點板連于翼緣,而腹板沒有任何連接.這時，凈截面的強度就不An

NAn

fAu

N/fu作為有效凈截面，則凈截面的效率Ae

/A,的數(shù)值和很多因素有關(guān),其中一個重要因素就是n構(gòu)件截面上的材料相對于節(jié)點板的分布情況。材料貼于節(jié)點板并和節(jié)點板相連的部分占的比重越大,就接近于1。這部分比重可以由構(gòu)件截面形心到節(jié)點板的距離來衡量。偏心距越大，則未直接連接于節(jié)點板的部分越大，分布情況越不利.對于雙節(jié)點板的連接，每塊節(jié)點板分擔構(gòu)件內(nèi)力的一半.因此，距離為半截面形心至節(jié)點板的距離.根據(jù)試驗資料,凈截面的效率還和連接長度l有關(guān)。l值大者效率比小者高。桿寬度越大而連接長度越小，則危險截面處的應力分布越不均勻。構(gòu)件拉斷時，危險截面的應力還不能完全均勻，從而使構(gòu)件承載能力降低。這種不均勻的現(xiàn)象起因于正應力是靠剪力的作用逐漸由集中而轉(zhuǎn)化為均勻的。板的寬度越小，即需要傳播的范圍越窄，均勻分布也就能夠在越短的距離內(nèi)實現(xiàn)。這種正應力分布不均勻現(xiàn)象稱為剪切滯后。影響凈截面效率的還有一些其他因素，如材料的塑性、制孔的方法和緊固件的排列等.強度高而塑性低的材料,凈截面效率比式1a/l降低，需要在1a/l085。緊固件排列的影響主要體現(xiàn)在行距gd大者效率較低。綜上所述，在按凈截面拉斷設(shè)計拉桿時,不僅要用凈截面進行計算，還要注意凈截面是否全部有效,并引進必要的系數(shù)。無孔拉桿雖然不以凈截面拉斷作為極限狀態(tài),但在截面僅部分直接連接的情況下，端部仍然存在剪切滯后現(xiàn)象.【角鋼拉桿】共同連于一塊節(jié)點板，或是分別連于兩塊節(jié)點板。后一情況，兩角鋼應該用綴材加以聯(lián)系。一、單角鋼拉桿貼于節(jié)點板一側(cè)的單角鋼拉桿構(gòu)造簡單,但受力情況卻比較復雜.由于只有一個肢和節(jié)點板連接，節(jié)點板傳來的力不經(jīng)過截面形心，角鋼偏心受拉，并且繞截面兩主軸都有彎矩。在彈1 e性范圍內(nèi)截面任一點的應力N

(y

Ixyx)e

(x

I yxy )

為對xy軸的慣性xII I2x

II I

A I I I I xymx y my x積I xymx y

xy,I xymy x

xy.通常拉力N作用在節(jié)點板的中平面內(nèi)，即距離角鋼背ab半個N00。7單角鋼拉桿在偏心受力的狀態(tài)下，如果桿端連接有足夠強度，桿件最后將在連接焊縫端部拉斷。拉斷前雖然截面能夠完全屈服，但終因彎矩存在而使完全屈服的拉力和極限拉力都稍低于軸心壓桿。我國輕型鋼結(jié)構(gòu)小組完成的試驗表明，單肢連接的單角鋼拉桿的極限拉力和軸心拉力的相差不很懸殊，一般都能達到軸心拉桿承載能力的80%以上，因此，設(shè)計時可以當作軸心拉桿計算，不過要把構(gòu)件及其連接的強度設(shè)計值乘以0。85。GB50017規(guī)范就是這樣規(guī)定的。二、雙角鋼拉桿為了防止綴板受壓屈曲，雙角鋼拉桿必須有足夠的厚度，同時綴板應盡量靠近桿端，以保證節(jié)點連接的良好性能.三、桁架單角鋼腹桿的布置單角鋼經(jīng)常用作輕型桁架的腹桿。T形鋼作為弦桿的輕型桁架的兩種不同的腹桿布置：一種是腹桿連在弦桿的同側(cè),另一種則在兩側(cè)交替布置.在兩側(cè)交替布置，腹桿軸線在桁架平面內(nèi)可以匯交于弦桿軸線,不對后者造成偏心受力，似乎是可取的。在桁架平面外的偏心力矩只能由腹桿承擔,因為弦桿的抗扭剛度很小。因此腹桿在弦桿兩側(cè)交替布置時，腹桿的彎曲應力要比同側(cè)布置大很多?！韭菁y拉桿】用圓鋼做成的拉桿,當長度較大時，很容易因自重而下垂。如果桿端部有螺紋，或中部設(shè)Ae

D2(14

p，式中，DD螺桿公稱直徑;p為螺距；k為系數(shù)，對公制粗牙螺紋可取0.9382。上式相對于有效直徑為DD0.9382p。e第六章軸心壓桿【軸心壓桿的極限狀態(tài)】一、軸心壓桿的失穩(wěn)形式軸心壓桿承載能力的極限狀態(tài)是喪失穩(wěn)定，完善彈性直桿失穩(wěn)的臨界力，可由歐拉公式得NE

2EI/l2，是桿件能夠繼續(xù)保持直線平衡形式的極限荷載,達到即呈扭轉(zhuǎn)屈曲。根據(jù)彈性穩(wěn)定理論,兩端鉸支且翹曲無約束的桿，當截面為雙軸對稱或極對稱時,扭轉(zhuǎn)屈曲的臨界力N

(GIt

2EIw

/l2/i2GI0

是桿自由扭轉(zhuǎn)剛度；EIw

是桿約束扭i0

是截面關(guān)于剪心的極回轉(zhuǎn)半徑。一根具體的軸心壓桿,達到承載能力的極限狀態(tài)時究竟呈彎曲屈曲還是扭轉(zhuǎn)屈曲，要看它的材料和截面特征EIy

EIw

、GIt

以及長度l的大小。除了彎曲屈曲和扭轉(zhuǎn)屈曲外，軸心壓桿還有另外一種可能的失穩(wěn)形式，即彎曲和扭轉(zhuǎn)同時發(fā)生的彎扭屈曲。對兩端鉸支且翹曲無約束的彈性桿,彎扭屈曲臨界力N ,即yi2(N0 y

N )(Ny

N )N2y2y s

0.其中，Ny

為按歐拉公式計算的繞y軸彎曲屈曲的臨界力；Nys

為剪心坐標。當截面繞對稱軸彎曲剛度較小,扭轉(zhuǎn)剛度也不大時，彎扭屈曲成為這種桿件承載能力的極THT行截面也是桁架常見的截面。單角鋼不僅用于輕型桁架的腹桿，而且大量用于塔架。軸心壓桿也低于扭轉(zhuǎn)屈曲臨界力。不等邊的單角鋼就屬于這種情況.設(shè)計單角鋼軸心壓桿，應注意，除x10%～20％.二、缺陷的影響始扭曲.另外，截面并非完全對稱，從而形成初始偏心.力學缺陷包括屈服點在整個截面上并非均勻以及殘留應力.對壓桿性能影響最大的是初始彎曲和殘余應力。初始偏心的影響和初始彎曲大體相同,常和殘余應力并在一起考慮.初彎曲的存在使軸心壓桿喪失穩(wěn)定的性質(zhì)發(fā)生了改變。直桿在荷載達到臨界力時失穩(wěn)，屬于平衡分岔問題，在彈性范圍內(nèi)。隨著荷載和撓度的增大，部分截面進入塑性，桿件的剛度逐漸降低。初始扭曲使桿件受壓收產(chǎn)生扭矩和剪應力.剪應力和壓應力相配合,使桿件提前屈服,從而影響桿件承載力。殘余應力在壓桿截面上的分布變化多端，它既和軋制后的冷卻、焰割、焊接等過程有關(guān)，也和材料厚度和截面組成形式有關(guān)。同一型式但尺寸不同的截面，殘余應力分布還會有不小的差別。軋制型鋼殘余應力的絕對值不受其屈服點的影響。因此，隨著材料屈服點提高，殘余應力的影響相對降低。相對厚度大者殘余應力大。焊接截面在焊縫處一般都有高達材料屈服點殘余應力對壓桿性能的影響程度，主要取決于殘余壓應力的大小，它的變化情況、分布寬度以及在截面上占據(jù)的部位。原因是殘余壓應力使壓桿的一部分提前屈服，從而削弱桿件的剛度。在實際工程中,對構(gòu)件進行退火難于做到。因此，企圖消除殘余應力是不現(xiàn)實的。不過，可以通過適當?shù)脑O(shè)計和工藝措施，可得到比較有利的殘余應力分布。如翼緣加焊了蓋板,翼緣不加【軸心壓桿的穩(wěn)定計算】一、曲線的確定Nfyf,式中，是軸心受壓A rr穩(wěn)定系數(shù).如何具體考慮幾何缺陷和力學缺陷的影響來確定系數(shù)，有兩種方法。第一種方法t

按殘余應力的分布決定，初始彎曲的不利作用在安全系數(shù)范圍內(nèi)考慮。實際構(gòu)件中不可能完全避免，鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)范又對初始彎曲的矢高有所限制，在確定值時具體計入初始彎曲的效應比較合理。目前使用最多的是極限承載力理論。曲線的特點是盡量以為了使用方便，Perry(1)(12(0.2)a、b、c分別取0.206、0.339、0.489。我國為了采取多條柱曲線,做了大量的計算分析和一部分實驗。結(jié)合我國的應用情況，重HT隨后歸納為三條曲線。和歐鋼協(xié)的曲線不同的是沒有0~02TbbH40mm100mm40mmcdcb二、扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲計算用公式N

1/i2(GI0

2EIw

/l2和i2(N0

N )(Ny

N )N2y2y s

0計算扭轉(zhuǎn)屈曲臨界力和扭曲和殘余應力的十字形截面軸心壓桿的扭轉(zhuǎn)屈曲進行研究后,得出兩種缺陷都不可忽視。彎fyy曲，然后按彎曲屈曲來考慮非彈性和缺陷影響.歐鋼協(xié)規(guī)定計算彎扭屈曲的公式fyy為通用長細比，計算穩(wěn)定系數(shù)，然后進行穩(wěn)定系數(shù)驗算。其中N /A，如果把這個彎扭屈曲應力看成是一根長細比為

的桿的彎曲屈曲臨界力，則

2E/2，

是把彎扭屈曲1轉(zhuǎn)化為彎曲屈曲的換算長細比.

1 1在GB50017規(guī)范中換算長細比的符號是yz

，計算公式是

(

22)

1(2z(2z22) 4(1e20y)22i2 y z0

為截面形心至剪心的距離；i為截2yz y z2

0 0面對剪心的極回轉(zhuǎn)半徑;y

為構(gòu)件對對稱軸的長細比；z

為扭轉(zhuǎn)屈曲的換算長細比，2i2A/(Iz 0

/25.7Iw

/l2)；lw

為扭轉(zhuǎn)屈曲的計算長度.把彎扭屈曲作為彎曲屈曲對待的缺點,有些情況下設(shè)計出的構(gòu)件偏于不安全，同時彎扭屈曲的概念受到淡化，容易被設(shè)計人員所忽視。開口冷彎薄壁型鋼截面，因壁薄而抗扭性能低。當為單軸對稱時，在軸心壓力作用下，繞對稱軸彎扭屈曲的問題特別突出.我國采用的方法也是通過換算長細比轉(zhuǎn)化為彎曲屈曲的辦法。換算長細比的公式(以x軸代表對稱軸） w x

，式中，es2s2i22s20(s2i22s20)20i2e20s2為剪心至形心的距離；s2

2(I 0.039I)，

l 為和端部約束條件有關(guān)的系數(shù)。當xwA l2 t wxww開口截面桿件兩端鉸支且端截面自由翹曲時，=1。0;兩端鉸支而端截面翹曲完全受到束時, 0。72,0。5.軸心壓桿的扭轉(zhuǎn)屈曲，一般設(shè)計規(guī)范都沒有計算規(guī)定。十字形截面的桿雖然有可能在彎曲屈曲之前發(fā)生扭轉(zhuǎn)屈曲，但是只要注意了板件局部穩(wěn)定的要求，就不會有扭轉(zhuǎn)屈曲的危險。原因是扭轉(zhuǎn)屈曲和局部屈曲都是以繞形心縱軸轉(zhuǎn)動為特征。窄者應多加注意。設(shè)計中需要計算時,可以像計算彎扭屈曲那樣通過換算長細比轉(zhuǎn)化為彎曲屈曲問題。235fyT形截面壓桿還有兩個特征值得關(guān)注。其一是板件局部屈曲和桿件整體屈曲的關(guān)系。由于T形截面桿沿剪心235fyGB50017規(guī)范對T形截面腹板寬厚比的限值(150.2)

（用于熱軋剖分T形鋼）和235fy(130.17235fy

（用于焊接T形鋼)就是針對這種情況制定的?！緣簵U的計算長度】一、桿端約束從彎曲邊界條件來說，或為完全轉(zhuǎn)動的鉸，或為絕對不能轉(zhuǎn)動的剛性嵌固。實際構(gòu)件端部的構(gòu)造情況既不可能沒有一點轉(zhuǎn)動約束，也不可能絲毫不發(fā)生轉(zhuǎn)動。在柱下端焊上一塊底板，沿柱的強軸用兩個錨栓把底板固定于基礎(chǔ)，實際上是對柱下端有相當大的轉(zhuǎn)動約束作用，它的性能更接近于嵌固.實驗表明，上端簡支，下端焊接的壓桿承受的極限荷載比上端簡支,下端嵌固的桿計算臨界力大一些；比兩端鉸支的桿更大。對焊接柱腳在不同壓力作用下的轉(zhuǎn)動剛度做出測定，并提出了考慮柱腳約束作用的具體建議。柱上端為不動鉸時，可采用下列計算長度系數(shù)：H形截面繞弱軸屈曲y

=0。82，H形截面繞強軸屈曲=0。90,這兩個系數(shù)分別對應于柱底約束系數(shù)G =0。5和1。5。y LM之間的關(guān)系，從而找出連接的轉(zhuǎn)動剛度。這一剛度顯然和連接構(gòu)造方式有直接關(guān)系。其中，用兩端T形鋼連接的轉(zhuǎn)動剛度最好，可認為是剛性連接；用端板的法蘭盤式連接的剛度次之；梁上下翼緣用角鋼或角鋼和鋼板連接剛度再次之，可認為是半剛性的；僅把梁腹板用單角鋼、雙角鋼或端板連接的，轉(zhuǎn)動剛度很小,屬于柔性連接。確定桿端的轉(zhuǎn)動特性后，就可以對約束的桿做穩(wěn)定計算分析，分析時考慮初始彎曲和殘余k應力的影響.陳慧發(fā)等提出一個系數(shù)的計算公式10.0170.6，式中M 1 Rk M Mpc pcRk

為轉(zhuǎn)動剛度。Mpc

是有軸力作用時的塑性鉸彎矩。以上是按梁無限剛性進

應該為R

1 1 L簡化式即 g ，k k Rk

R 2EIg

為慣性矩,L 為長度.

。根據(jù)以上兩個公式，陳慧發(fā)建議設(shè)計時系數(shù)，當kg g Mkpc0.51.00.5，柱繞強軸彎曲0.95，柱繞弱軸彎曲0.90.以上確定計算長度系數(shù)桿端約束的作用,而且計入了幾何缺陷和力學缺陷的影響。并把計算長度推廣到了彈塑性桿的范圍。二、桁架和塔架桿件計算長度桁架到達極限狀態(tài)或者是因拉桿屈服，或者是因壓桿屈曲.實用的設(shè)計方法并不采用桁架應，由桿件計算長度來體現(xiàn)。1、桁架平面內(nèi)的計算長度剛度有直接關(guān)系。桿件愈剛勁,彎矩愈大。研究表明，除桿件短而粗的桁架外，設(shè)計時一般可以不考慮次彎矩的效應，因為材料具有很好的塑性；另一方面，節(jié)點剛性對壓桿屈服起有利影響，即造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的整體性，使最危險的壓桿受到相鄰桿的約束作用。51514n變化弦桿截面。根據(jù)按穩(wěn)定理論分析的結(jié)果提出下列計算長度系數(shù)

，式中n是上弦節(jié)間數(shù).在節(jié)間數(shù)目不多時,約束效應比較顯著,原因是節(jié)間數(shù)少，則相鄰節(jié)間內(nèi)力相差比較懸殊,約束效應就大.實際上腹桿也會起一些約束作用，計算長度系數(shù)還會比弦桿低一些。目前我國設(shè)計規(guī)范規(guī)定受壓弦桿的計算長度取其幾何長度，即1，沒有利用其他弦桿的約束作用.受壓腹桿所處的情況比受壓弦桿有利。腹桿下端連于受拉下弦，而下弦的截面和剛度常比腹桿為大,約束作用較強.弦桿的線剛度和腹桿的線剛度比愈大，則約束作用愈大。我國設(shè)計規(guī)范規(guī)定腹桿計算長度系數(shù)0.8。如果考慮相鄰腹桿也起約束作用，值還可以降低一些。當相連桿件較少,我國規(guī)范規(guī)定不計約束影響，取1。當腹桿體系為交叉斜桿時受下弦桿約束影響不大,計算長度比幾何長度減小不多，故取幾何長度。如果考慮相交拉桿在節(jié)點處的轉(zhuǎn)動約束，則當兩斜桿的拉、壓力絕對值相等時，壓桿的計算長度等于其幾何長度的0.8倍.如果再計及下弦桿在端點的約束作用，則計算長度進一步減少。如果弦桿截面變化，端部受壓腹桿來自相鄰弦桿的約束就要減弱。如果腹桿截面變化，則弦桿對腹桿絲毫沒有約束作用；當荷載以行動荷載為主時，腹桿內(nèi)力最大時弦桿內(nèi)力較低，則受壓弦桿和受拉弦桿都對腹桿起不同程度的約束作用。腹桿截面變化，中部腹桿截面減小，對中部受壓最大的弦桿不利。此外，不同構(gòu)造方式的節(jié)點是否都可看成完全剛性以及節(jié)點連接在達到極限狀態(tài)時的性能，也還需要做不少研究工作。近年對桁架極限承載能力分析提出了一種分析方法,即對桁架作整體考察，計及節(jié)點剛性，并允許在一部分桿端出現(xiàn)塑性鉸，直至某一桿屈曲或桁架變形過大而不能繼續(xù)承載，才達到承載能力的極限狀態(tài)。2、桁架平面外的計算長度剛度。為此需要對受拉弦桿所能提供的剛度進行考察并提出有關(guān)的準則.受拉弦桿的剛度既和2~3支座的剛度很大,一般情況是連續(xù)的兩桿幾何尺寸、拉力、壓力大小都相同,即計算長度系數(shù)=0.5；當桿件不受力時,彈簧剛度只和桿的截面慣性矩及長度有關(guān)，當兩桿截面、長度都相同時，計算長度系數(shù)=0.714；當桿件受壓力時，其彈簧剛度進一步降低。如果兩桿件尺寸和內(nèi)力相同,則兩者同時屈曲，相互之間完全沒有約束,計算長度系數(shù)=1相互連接雖然沒有起到減小計算長度的作用，但卻使桿件在全長范圍內(nèi)的扭轉(zhuǎn)受到阻礙,習慣上都按繞平行于角鋼邊的彎曲屈曲計算穩(wěn)定。還有一種情況,就是用板相連接的桿受壓而連續(xù)桿受拉.這種桿有兩種可能的失穩(wěn)形式:當彈簧剛度強而桿剛度弱時，彈簧支座不動而桿彎曲屈曲；反之當彈簧剛度較弱時，則彈簧拉開而屈曲。設(shè)計時應該要求彈簧有足夠的剛度。以上所述主要是應用彈性穩(wěn)定理論進行分析,反映了結(jié)構(gòu)正常工作階段的情況，而對工程設(shè)1L2當荷載加大到使壓桿屈曲之后,還可以繼續(xù)增大。雖因屈曲而承載力下降，但拉桿承載力增加性.3、塔架桿件的計算長度塔架屬于空間桁架，它的類型很多，這里分析的是輸電塔一類用角鋼組成的四邊形塔架。塔架桿件常用單角鋼做成，其四根主桿的兩肢都和腹桿相連，可當作軸心受壓計算。腹桿僅用一個肢和主桿相連,構(gòu)造使之偏心受力。設(shè)計時可以把這一類偏心壓桿簡化為軸心壓桿去計算，計算時或是降低材料抗力,或是放大桿件的計算長度，以計入偏心的效應。塔架主桿的計算長度，隨腹桿體系的布置而有所不同。在主桿每一節(jié)點處,兩個面內(nèi)都有腹桿相連時，計算長度取兩相鄰節(jié)點的間距L,在計算它的長細比時應取截面的最小回轉(zhuǎn)半徑i。當并非在每一節(jié)點處兩個面內(nèi)都有腹桿時,分兩種情況：每隔一個節(jié)點為兩個面的共同節(jié)點，x主桿的計算長度即取這類節(jié)點的間距，相應回轉(zhuǎn)半徑為平行于肢邊軸的回轉(zhuǎn)半徑ix1

；對腹桿體系，兩個相鄰面完全沒有共同節(jié)點，此時計算長度可取為1。2L，回轉(zhuǎn)半徑也按平行軸來取。兩種情況長細比取L是從主桿各節(jié)間長度相同、內(nèi)力也不變化出發(fā)的。如果節(jié)間長度和內(nèi)ix以考慮相鄰節(jié)間的相互約束,從而找出計算長度系數(shù)。當長細比取為L時，并未計及扭轉(zhuǎn)影響，偏于不安全。建議把主桿計算長度取為ixLi61(1.58Lt)6b2 Li61(1.58Lt)6b2ix1 x1Lt簡化為10.25b4 ,適用于b/tLt(L2t2)

，當b/t

時/t.LtLt對于交叉腹桿，當兩桿一拉一壓且絕對值相等或很接近時，相交點無論在面內(nèi)和面外都可以起支點作用。當塔架腹桿體系有再分桿時，再分桿能否減小斜腹桿的計算長度，首先要看是否形成了幾何不可變體系。計算長度究竟減小到什么程度還要看相鄰面桿件的受力情況.如果相鄰面桿件和該面桿件1P'P2同時，計算長度系數(shù)可由下式算得: 0.5,式中P1P'P21內(nèi)力,壓力取正,拉力取負。當PP'時,1.0，計算長度不能減小.當P P'時0.5。12交叉桿中有一桿斷開用節(jié)點板相連，有損于桿的彈簧剛度。塔架交叉腹桿節(jié)點處有水平桿時，連接構(gòu)造有兩種做法，即斜桿不連續(xù)或水平桿不連續(xù)。構(gòu)造方式不同，斜桿抗壓承載能力就有差別。斜桿連續(xù)的做法比不連續(xù)者承載能力提高40％。4、有支撐柱的計算長度當I形截面柱繞兩個主軸的慣性矩相差懸殊時,適當減小繞弱軸屈曲的計算長度可以充分利用材料的性能。當支撐系統(tǒng)的節(jié)間長度相同，且柱腳為鉸接時，柱段繞弱軸屈曲時的計算長度即為節(jié)間長度.但是，當節(jié)間長度不等時，柱段之間有相互約束作用。不考慮這種約束作用，以較大的節(jié)間長度為計算長度，將多用鋼材.kl(cotklcotl1k0Nk=a/l;2

,EI為柱在支撐平面內(nèi)的彎曲剛度，解出后EI可得柱計算長度l。簡化公式10.3(1k)0.7。此式適用于0k1的范圍內(nèi),誤差小。三節(jié)柱間情況.其中第一和第三節(jié)間長度相等，計算長度系數(shù)的簡化計算公式分別為:第一和第三節(jié)長于第二節(jié)時,0.70.3k；第一和第三節(jié)短于第二節(jié)時，10.5(1k)0.8，兩式適用于0k1的范圍內(nèi)，k=a/l。三、扭轉(zhuǎn)邊界條件和計算長度扭轉(zhuǎn)邊界條件由桿端的扭角及其對桿軸線的導數(shù)來表達。設(shè)為桿端扭角，則：簡支端，截面不能扭轉(zhuǎn)，但可自由翹曲0 0;固定端，截面不能扭轉(zhuǎn)，也不能翹曲0 0自由端，截面自由翹曲，且扭矩為零0 (GIt構(gòu)造方式?jīng)Q定。

Ni0

)

0。桿件具有何種邊界條件由w011N

2EIw

=1。0；當兩端嵌固 i2 0

(l)2 z zzz

=0。5；當一端簡支，另一端嵌固時可取z

=0.7。桿件彎扭屈曲的臨界力計算時 N由上式?jīng)Q定，Ny也應考慮它的計算長度系數(shù)，即2EINy(

yl)2y

。計算長度系數(shù)y

的精確值和扭轉(zhuǎn)邊界條件也有關(guān)系。在設(shè)計工作中y

可以按彎曲屈曲時的數(shù)值取用，即兩端鉸支時y

=1.0，兩端嵌固時y

=0。5，一端鉸支、另一端嵌固時=0.7。y【格構(gòu)式壓桿】一、剪力對格構(gòu)柱穩(wěn)定的影響對格構(gòu)式壓桿計算繞虛軸的穩(wěn)定性時，必須考慮剪力的影響,原因是相應的抗剪剛度比較弱。彈性桿考慮剪力影響時的臨界力計算公式是N

NE

時桿件作為實腹柱看E0 1N EES待時的歐拉臨界力；S是綴材體系的抗剪剛度，即產(chǎn)生單位剪切角所需的剪力。對于綴條柱,假定綴條和柱肢鉸接，在僅有斜綴條以及兼有橫綴條而略去其影響時，SEA1

sin2cos，式中，A1

為兩個平行面中斜綴條面積之和;為斜綴條和桿軸線夾角。d

2bS3

a224EII

1ab24EIb

，式中，I為柱I肢對其自身形心軸的慣矩；Ib

S24EII。a2我國對于格構(gòu)式壓桿繞虛軸穩(wěn)定性的計算采用換算長細比的辦法，即把格構(gòu)式壓桿換算成臨界力相同的實腹式壓桿。換算長細比h y

(1(1NE )S

。對綴條式壓桿，我國設(shè)計規(guī)范127A2y 1A簡化成 ，此值一般在1127A2y 1A當40y

；當113002y

401.1.對綴板柱

11 122y

為單肢的長細比。以上計算都是針對兩個平行面用綴材相連的雙肢柱.因此,剪力的影響和雙肢柱沒有區(qū)別.27，而綴板柱則按剛1度最小的主慣性軸計算。格構(gòu)式壓桿繞虛軸失穩(wěn)的換算長細比h

算得以后,即作為實腹桿看待，由h

查得系數(shù),然后計算。換算長細比法是一個比較粗糙的辦法。更細致的辦法應該是按格構(gòu)式壓桿的特點來考慮缺陷的影響。一個很重要的特點是，幾何缺陷使格構(gòu)式壓桿雙肢受力不同.二、單肢驗算1、桿中計算跨中最大彎矩為：M m

；受力最大單肢的軸力：NNf1Nf1NN00

0.5NMmbmb在計算彎矩產(chǎn)生的單肢內(nèi)力時把桿件當作實腹桿一樣對待 ,取N1

0.5N m A ，式M2I MAf

為單肢截面積；I為整個截面積對y軸的慣性矩?？紤]到單肢達到臨界狀態(tài)時可能部分I0.5b2Af

2II

，為小于或等于1的系數(shù)，歐鋼協(xié)規(guī)定75時，=1；75150時，275；150時,=0.和實腹構(gòu)件不同，格構(gòu)變形。2、桿端計算綴條式壓桿假定節(jié)點都是鉸接，則剪力Q只對綴條產(chǎn)生軸力作用。綴板式壓桿的綴板和柱肢剛接，形成高次超靜定的構(gòu)件。計算時假定彎點在柱肢各節(jié)間中央和綴板中央，即可簡化為靜定體系,柱肢軸力N1

=N/2M=Qa/4,計算表明，這種簡化是偏于安全的。1選擇或驗算柱肢截面,要求在N和M1 1

共同作用下不出現(xiàn)塑性鉸。對于常用的槽鋼單肢，歐鋼協(xié)建議由下式計算有軸力N時的塑性鉸彎矩：M 1.11(1N N )M ，式中N 和M 分1 pl,N I pl pl pl pl別為僅有軸力和僅有彎矩時的屈曲壓力和塑性鉸彎矩。我國采用換算長細比的計算方法，在具體考慮幾何缺陷影響方面有所不足，但可以根據(jù)對單肢承載力分析的結(jié)果提出它的長細比限制。限值和桿件長細比相聯(lián)系起來,彌補不了上述不足。根據(jù)計算分析，具體的限值可取為：綴條式軸心壓桿，1

0.7max

；綴板式軸心壓桿，0.51

，在以上兩式中，max

為桿件最大長細比，當max

<50時按50計算。滿足上述條件，三、綴材計算1、計算剪力綴材主要承受剪力引起的內(nèi)力。綴條如同桁架腹桿一樣確定其內(nèi)力，綴板則和計算單肢內(nèi)力時一樣，假定反彎點位于各節(jié)間和綴板的中央,由平衡條件計算。5001NN0剪力Q的取值應為Q5001NN0

N 。對于長細比小的桿,初彎曲的影響很小，而初偏心的影響卻不可忽視。反之，對于長細比很大的桿，初彎曲影響很大,把缺陷都歸結(jié)為初彎曲又失之過大.因此，把初彎曲矢高減小為l/750，另加初偏心0.05i,近似地把初偏心的效應看作和初彎曲相同。Aff85 235yGB50017規(guī)范規(guī)定取QAff85 235y2、綴條次應力綴條柱實際上也是超靜定結(jié)構(gòu)，因為柱肢沿整個桿長是連續(xù)的；焊接的綴條端部連接也有一點剛性，因此，綴條不免因桿件變形而產(chǎn)生次應力.不帶橫綴條和帶橫綴條的單斜桿體系，屬于靜定結(jié)構(gòu)。當兩肢各承擔桿件壓力的一半時，綴條都不受力。柱肢受壓產(chǎn)生壓縮變形，而綴條長度保持不變。不帶橫綴條者兩肢向外平行移動，帶橫綴條者兩肢都呈折現(xiàn)，因為他們是連續(xù)的，且剛度比較大，所以不出現(xiàn)折現(xiàn)。具有雙斜桿綴條體系,在柱肢受壓縮短時，綴條不可能保持原有長度不變.因此,即使看成在節(jié)點處完全鉸接,綴條中也必然有次應力。按一般超靜定桿系的辦法計算了完全鉸接的雙系綴條的次應力，計算時取一個節(jié)間。通常橫綴條和斜綴d條用相同截面，即A=A,則公式簡化為 d

cos2 。d h c

12sin3柱肢的彎矩在荷載達到一定程度后逐漸減小，原因是節(jié)點區(qū)出現(xiàn)局部屈服而使約束松弛。同時，由于存在焊接殘余應力，局部塑性出現(xiàn)得比較早。約束松弛，綴條次應力隨之減少.有橫綴條的壓桿承載能力并不因肢件彎曲而低于沒有橫綴條的桿。因此，單綴條系的桿件即使有橫綴條存在，也不必去計算綴條的次應力。四、墊板式組合壓桿T兩根槽鋼也用類似的方式組成組合構(gòu)件.這種構(gòu)件兩肢之間隔一定距離設(shè)置墊板，可以叫做墊板式組合構(gòu)件。我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，這類組合壓桿應按照實腹式壓桿一樣計算，但要求墊板間的距離不超過40i。這一規(guī)定適用于焊接或鉚接的桿。如果桿件用普通螺栓連接，則由于螺栓連接的滑動，荷載達不到實腹壓桿的數(shù)值。五、局部缺陷對綴條式壓桿的影響當前計算格構(gòu)式壓桿，無論是采用換算長細比法或單肢驗算法，都考慮了桿件的幾何缺陷的不利作用。然而這些計算方法所考慮的幾何缺陷或者只限于桿的整體缺陷，沒有涉及局部缺陷;或者雖然考慮了兩種缺陷，但忽視了它們的相關(guān)作用。研究了綴條式壓桿在整體缺陷和局部缺陷相關(guān)作用的情況下的承載能力，它采用矢高都是長度千分之一的整體和局部缺陷。根據(jù)分析結(jié)果提出這種相關(guān)效應可以由下式近似的表達：Ns 1.0(0.0250.2)式中

是考慮N L ssc相關(guān)作用的極限荷載;Nsc

時按當前方法算得的極限荷載；是 EL E

和 E

的較小值；f y ELf y ELL按照換算長細比法的概念,把綴條式壓桿化成實腹柱后再由穩(wěn)定系數(shù)來考慮缺陷影響，則單肢長細比若不超過整體長細比即可不計算單肢穩(wěn)定性。取單肢和整桿長細比相等，則上式中，=1.從單肢驗算法的概念出發(fā)，考慮整體缺陷的影響的單肢內(nèi)力,然后按軸心壓桿計算，在系數(shù)中包括了單肢缺陷的影響.考慮單肢的工作情況,它的長細比不超過整體長細比的0.7倍，則=0。5。六、連接變形的影響和墊板式組合壓桿一樣，如果綴板、綴條和柱肢用普通螺栓連接,則它們之間可能出現(xiàn)滑動也會影響綴板柱和綴條柱的工作。這種影響相當于增大初始缺陷。 2當其一根綴條因螺栓縫隙而上端移動時,柱肢傾斜sina，從最壞的情況設(shè)想,整個壓桿的撓度fl ，次撓度應和初始缺陷f加在一起來計算柱肢.1 2 asin 0綴材不宜用普通螺栓連接.如果采用應考慮連接滑動對桿件穩(wěn)定的不利影響.由于零件與22x 21綴板柱分別采用下列換算長細比：綴條柱, 22x 21

。對焊接和高ox 1 x ox強度螺栓摩擦型連接1

1.1，2

1.0;對鉚接和用鉸刀擴孔的普通螺栓連接1

1.22

1.3.【壓桿的截面尺寸】一、板件寬厚比限值除一部分薄壁型鋼構(gòu)件外，一般軸心壓桿都不希望在構(gòu)件失穩(wěn)前出現(xiàn)局部屈曲。為此，在k12(12)只要使桿的臨界力和板的臨界力相等，即bk12(12)t

k，對于兩縱邊簡支的板,k=4。k0；一縱邊簡支另一縱邊自由的板，k=0.425+（b/a）2.當屈曲半波長度a遠比懸伸寬度大時,k=0.425.考慮到翼緣和腹板的相關(guān)性，取a=3。6b，則有k=0.