4-軸壓構(gòu)件教學(xué)課件

4.1軸心受壓構(gòu)件的可能破壞形式4.1.1截面強度破壞截面如有削弱，則有可能在截面削弱處發(fā)生強度破壞。

4.1.2整體失穩(wěn)破壞是軸壓構(gòu)件的主要破壞形式。穩(wěn)定的概念：結(jié)構(gòu)在荷載作用下處于平衡位置，微小外界擾動使其偏離平衡位置，若外界擾動除去后仍能回復(fù)到初始平衡位置，則是穩(wěn)定的；若外界擾動除去后不能恢復(fù)到初始平衡位置，且偏離初始平衡位置愈來愈遠(yuǎn)，則是不穩(wěn)定的；若外界擾動除去后不能回復(fù)到初始平衡位置，但仍能停留在新的平衡位置，則是臨界狀態(tài)，也稱隨遇平衡。失穩(wěn)的類別（1）歐拉屈曲：第一類失穩(wěn)；（2）極值型失穩(wěn)：第二類穩(wěn)定或壓潰；（3）屈曲后極值型失穩(wěn)（4）有限干擾型屈曲（5）跳躍型失穩(wěn)軸壓構(gòu)件整體失穩(wěn)的破壞形式：彎曲失穩(wěn):雙軸對稱截面在失穩(wěn)時只出現(xiàn)彎曲變形。彎扭失穩(wěn)：單軸對稱截面在繞非對稱軸失穩(wěn)也是彎曲失穩(wěn)，而繞對稱軸失穩(wěn)時，不僅出現(xiàn)彎曲變形還有扭轉(zhuǎn)變形，為彎扭失穩(wěn)。無對稱軸的截面，在失穩(wěn)時均為彎扭失穩(wěn)。扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)：對于十字形截面和Z形截面，除去出現(xiàn)彎曲失穩(wěn)外，還可能出現(xiàn)只有扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。4.1.3局部失穩(wěn)破壞結(jié)構(gòu)和構(gòu)件局部失穩(wěn)是指結(jié)構(gòu)和構(gòu)件在保持整體穩(wěn)定的條件下，結(jié)構(gòu)中的局部構(gòu)件或構(gòu)件中的板件已不能承受外荷載的作用而失去穩(wěn)定。對于局部失穩(wěn)，目前有兩種處理觀點：一種是不允許出現(xiàn)局部失穩(wěn)，認(rèn)為雖然局部失穩(wěn)后，板件仍有屈曲后強度，構(gòu)件仍能繼續(xù)承擔(dān)荷載，但局部失穩(wěn)會使板件出現(xiàn)明顯的凸凹變形，在使用中是不可取的；另一種允許出現(xiàn)局部失穩(wěn)，并利用局部板件屈曲后的強度，以進一步達到節(jié)約用鋼的目的。

一、軸心受壓構(gòu)件的應(yīng)用

軸心受壓構(gòu)件：桁架壓桿、工作平臺柱、各種結(jié)構(gòu)柱承載力極限狀態(tài)：強度、穩(wěn)定正常使用極限狀態(tài)：剛度軸心受壓構(gòu)件：強度、穩(wěn)定必須同時滿足軸心受力構(gòu)件應(yīng)滿足兩個極限狀態(tài)：4.2軸心受壓構(gòu)件的強度實腹式構(gòu)件：型鋼截面焊接截面二、軸心受力構(gòu)件的截面形式格構(gòu)式構(gòu)件二、軸心受力構(gòu)件的強度計算設(shè)計值，鋼材的抗拉或抗壓強度—構(gòu)件的凈截面面積—設(shè)計值；構(gòu)件的軸心拉力或壓力—fANn例4.2、圖4.1所示一焊接工字形軸心受壓柱的截面，承受的軸心壓力設(shè)計值N=4500kN（包括柱自重），繞X軸的計算長度為7米，繞軸的計算長度為3.5米，翼緣鋼板為火焰切割邊，每塊翼緣板上設(shè)有兩個直徑為24毫米的螺栓孔。鋼板為Q235-B鋼，驗算此柱截面。4.3軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定4.3.1理想軸心受壓構(gòu)件理想的軸心壓桿——等截面、無初始變形、無初偏心、無殘余應(yīng)力、材質(zhì)均勻的軸心壓桿。由于截面形式不同，軸心受壓構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定的形式有三種:彎曲屈曲：雙軸對稱截面（工字鋼）彎扭屈曲：單軸對稱截面（槽鋼，等邊角鋼）扭轉(zhuǎn)屈曲：十字形理想軸心壓桿的穩(wěn)定屬于第一類穩(wěn)定問題兩端鉸接的等截面軸心壓桿的屈曲臨界力為：對于其它支承情況：歐拉臨界應(yīng)力

歐拉（Euler）臨界力——理想軸心壓桿彎曲屈曲臨界力4.3.2實際軸心受壓構(gòu)件實際軸心受壓構(gòu)件存在初始缺陷，這些初始缺陷包括：初彎曲、、初扭曲、初偏心、殘余應(yīng)力、材料的不均勻等由于存在初始缺陷，實際軸心壓桿的失穩(wěn)屬于第二類穩(wěn)定問題

初始缺陷對軸心壓桿穩(wěn)定極限承載力的影響：1）初彎曲和初偏心的影響初彎曲（初偏心）越大，則變形越大，承載力越小。無論初彎曲（初偏心）多么小，壓力一開始就產(chǎn)生撓曲，并隨荷載增大而增大。≤2）殘余應(yīng)力的影響按有效截面的慣性矩近似計算兩端鉸接的等截面軸壓構(gòu)件的臨界力和臨界應(yīng)力：由于k<1，所以殘余應(yīng)力對構(gòu)件穩(wěn)定的不利影響對弱軸比對強軸嚴(yán)重得多。4.3.3實腹式軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的計算對于具有截面削弱的構(gòu)件，在滿足之后，還需驗算軸心受壓構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)不大于構(gòu)件整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力：查表長細(xì)比和根據(jù)構(gòu)件截面分類定系數(shù)軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)—lj

構(gòu)件長細(xì)比的確定：（1）截面為雙軸對稱或極對稱的構(gòu)件：（2）截面為單軸對稱的構(gòu)件：截面剪心和形心不重合的構(gòu)件，沿形心縱軸受壓時必須考慮繞對稱軸（y軸）發(fā)生彎扭屈曲的可能性。構(gòu)件繞非對稱軸（x軸）仍然發(fā)生彎曲屈曲。第4章單個構(gòu)件的承載力-穩(wěn)定性把按彈性穩(wěn)定理論算得的彎扭屈曲臨界力換算成為長細(xì)比較大的彎曲屈曲桿件，再按換算長細(xì)比從規(guī)范中查得相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)。軸壓彎扭屈曲的實用計算方法是：b1>b2b22b2btt200020002000第4章單個構(gòu)件的承載力-穩(wěn)定性第4章單個構(gòu)件的承載力-穩(wěn)定性第4章單個構(gòu)件的承載力-穩(wěn)定性6000—460×16—500×22第4章單個構(gòu)件的承載力-穩(wěn)定性6000—460×16—500×22第4章單個構(gòu)件的承載力-穩(wěn)定性接例3.2、圖所示一焊接工字形軸心受壓柱的截面，承受的軸心壓力設(shè)計值N=4500kN（包括柱自重），繞X軸的計算長度為7米，繞y軸的計算長度為3.5米，翼緣鋼板為火焰切割邊，每塊翼緣板上設(shè)有兩個直徑為24毫米的螺栓孔。鋼板為Q235-B鋼，驗算此柱截面。4.3.4格構(gòu)式軸壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的計算4.2軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性第4章單個構(gòu)件的承載力-穩(wěn)定性1.格構(gòu)柱的截面形式格構(gòu)柱由綴材和柱肢組成，穿過柱肢板的軸為實軸，穿過綴材平面的軸為虛軸。

綴條式格構(gòu)柱根據(jù)綴材的不同，格構(gòu)柱分為

綴板式格構(gòu)柱4.2軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性第4章單個構(gòu)件的承載力-穩(wěn)定性2.格構(gòu)柱繞虛軸的換算長細(xì)比格構(gòu)柱與實腹式軸壓構(gòu)件的區(qū)別：實腹式軸壓構(gòu)件無論因喪失穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲變形或存在初始彎曲，構(gòu)件中橫向剪力總是很小的，并且實腹式壓桿的抗剪剛度很大，因此橫向剪力對構(gòu)件產(chǎn)生的附加變形很小。格構(gòu)式軸壓構(gòu)件繞實軸失穩(wěn)與實腹式軸壓構(gòu)件相同格構(gòu)式軸壓構(gòu)件繞虛軸彎曲失穩(wěn)時，剪力主要靠綴材承擔(dān)，剪切變形較大，導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生附加變形，對格構(gòu)式軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力影響不能夠忽略。格構(gòu)柱繞實軸的整體穩(wěn)定計算與實腹柱相同，繞虛軸的整體穩(wěn)定應(yīng)采用換算長細(xì)比進行計算。壓柱計算框圖格構(gòu)式軸心受4.2軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性第4章單個構(gòu)件的承載力-穩(wěn)定性4.4.2軸心受壓格構(gòu)式構(gòu)件的局部穩(wěn)定（1）軸心受壓綴條格構(gòu)構(gòu)件的局部穩(wěn)定受壓構(gòu)件單肢截