轴心受力构件

《轴心受力构件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《轴心受力构件（11页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、轴心受力构件4.1概述轴心受力构件广泛地应用于钢结构承重构件中，如钢屋架、网架、网壳、塔架等杆系结构的杆 件，平台结构的支柱等。这类构件，在节点处往往做成铰接连接，节点的转动刚度在确定杆件计算 长度时予以适当考虑，一般只承受节点荷载。根据杆件承受的轴心力的性质可分为轴心受拉构件和 轴心受压构件。一些非承重构件，如支撑、缀条等，也常常由轴心受力构件组成。轴心受力构件的截面形式有三种：第一种是热轧型钢截面，如图4-10）中的工字钢、H型钢、 槽钢、角钢、T型钢、圆钢、圆管、方管等；第二种是冷弯薄壁型钢截面，如图4-10）中冷弯角钢、 槽钢和冷弯方管等；第三种是用型钢和钢板或钢板和钢板连接而成的组合

2、截面，如图4-1（c）所示的 实腹式组合截面和图4-1（d）所示的格构式组合截面。轴心受力构件的截面必须满足强度、刚度要求，且制作简单、便于连接、施工方便。因此，一 般要求截面宽大而壁厚较薄，能提供较大的刚度，尤其对于轴心受压构件，承载力一般由整体稳定 控制，宽大的截面因稳定性能好从而用料经济，但此时应注意板件的局部屈曲问题，板件的局部屈 曲势必影响构件的承载力。4.2轴心受力构件的强度轴心受力构件的强度计算是以构件的净截面达到屈服应力为限根据概率极限状态设计法，N取设计值（标准值乘以荷载分项系数），八也去设计值（除以抗N 一经加载挠度即增加，初始时增幅较小，随后越来越大，接近ne时挠度趋近无

3、穷大，与直 杆不同。初始挠度越大，在相同压力时的总挠度越大。有初始挠度的临界力小于直杆临界力。对于有初弯曲的压杆，截面边缘开始屈服的条件为N NuA W上式可变换成应力表达形式:r 1 + s 0V80（4.14）一 、b - bE 式中b为理想直杆的临界应力，即（4.4）式；8为初弯曲曲率，8 = u A / W。从上式中可以解出其有效根，即是以边缘纤维屈服作为准则的临界应力b ，见式（4.15），也 就是Perry公式，实际上考虑了二阶效应。钢结构验收规范规定，构件的最大初弯曲不得超过l/1000，对应的初弯曲曲率为l A 入 i 8 0 = 0 1000 W 1000 p式中p= W /

4、 A，称为截面核心距，与截面形状有关。将8。代入式（4.15）可得b与长细比入的关系，见图4.14。与截面形状有关，同一截面对不同 轴也不相同（对弱轴影响大）。(3) 初偏心的影响如图4.15所示，假设荷载初偏心的偏心距为e0，加载前杆件平直，加载后的平衡微分方程为，此方程的解为 y = ejcos kx + 1 - COS kl sin kx - 1 JEly + N (y + e 0) = 0仍令k 2 =里sin klEI构件中点的挠度(最大挠度)为vl/2(4.17)巫Isec 12.考虑初偏心后的压力-挠度曲线见图4.16,其特点与初弯曲类同，只是曲线不经过原点。初弯曲、 初偏心的影

5、响略有区别，初弯曲对中等长细比杆件的影响较大，而初偏心对长细比较小的杆件影响 较大。二者影响相似，规范只考虑初弯曲缺陷来模拟初弯曲和初偏心两种缺陷的影响。4.4.2.3轴心压杆的极限承载力和实用稳定计算方法(1) 轴心压杆的极限承载力实际轴压构件的荷载挠度曲线见图4.17，不同于理想直杆，边缘纤维屈服后仍可继续承载，只 是变形加快。从承载能力极限状态来讲，曲线的最高点对应的压力n才是真正的极限承载力，依此 为准则计算压杆的稳定，称为“最大强度准则”，不同于“边缘纤维屈服准则”。由于各种缺陷同时存在，且是变量，再加上材料的弹塑性，极限承载力很难用解析法计算，只 能借助计算机采用数值法求解。在考虑

6、各种缺陷时，通常只考虑残余应力和初弯曲的影响。数值积分法计算轴压构件极限承载力的主要过程见教材，自学。最后可以计算出该轴压构件在 某个方向的G. / fy与入的关系曲线(气=七/a)，称为柱子曲线。(2) 轴心压杆的多柱子曲线由于构件多种多样，缺陷的差异也很大，且对各轴影响也不同，即柱子曲线各不相同，在较大 的范围内分布，如图4.19。为方便设计使用，各国目前普遍采用几条柱子曲线来代表这个分布带。 我国采用a、b、c、d四条柱子曲线，分别代表四类截面和弯曲轴。可详见表4.3和4.4。(3) 轴心压杆的实用稳定计算方法稳定承载力属于承载能力极限状态，设计要求是抗力大于等于效应，即。=N七=% =

7、 fA Y Rfy Y R即轴压构件的稳定设计公式为也 （h /30 + 40 ）mm，厚度t b /15。实腹式轴压柱翼缘和腹板件间的剪力很小，0可采用角焊缝，焊脚0尺寸由构造确定。，例题4.2:设计工字形截面轴压柱。4.4.3格构式轴压柱的设计（1）截面形式：见图4.4，4.5。（2）格构式柱绕虚轴的换算长细比人0x轴压构件弯曲，截面上就存在弯矩和剪力，前面在分析实腹式轴压柱的弯曲屈曲时，因截面剪 切变形非常小，建立微分方程时忽略未计。对于格构柱，绕实轴以轴）弯曲时，腹板连通，同实 腹柱，剪切变形也可以忽略不计，稳定计算方法完全和实腹柱一样，仍采用4.5）式，即用人，来查 稳定系数中，。但

8、绕虚轴（y轴）弯曲时，因单肢之间不连续，只有缀材，剪切变形较大，引起的附 加挠曲不能忽略，规范采用加大绕虚轴长细比的办法来考虑，即用换算长细比入 来代替实际长细比 气，稳定计算公式仍采用（4.5）式，但用y来查稳定系数气。”对于双肢缀条柱，类似于桁架，根据弹性稳定理论，可以求出：入 0 = r2+27 （4.27）1式中入为绕虚轴怎轴）的实际长细比，人=I。/i ； A为柱的毛截面面积；A为一个节间内两侧 斜缀条的横截面面积之和。注意该式有适用范围？斜缀条与单肢之间夹角为4070，超过此范围时， 用（4.26）式计算换算长细比。对于双肢缀板柱，类似于多层框架，根据弹性理论，可以求出：入 0 =

9、收2 +入2（4.30）式中入为绕虚轴G轴）的实际长细比；人为分肢长细比，X = i /i ， i为缀板间的净距离，,为x11011011单肢绕弱轴（1-1轴）的回转半径。注意该式也有适用范围：缀板的线刚度之和k应大于分肢线刚 度、的6倍（七、的定义见教材），一般不超过此范围，若超过此范围时，用（4.29）式计算换 算长1细比。b 1计算整体稳定时，分别用x0x、七查值，为了保证单肢不先于柱整体式稳，对单肢的长细比 也有要求： 缀条柱：气 缀板柱：气 40且不大于0.5max（、,七）（当max（、,七） 50时取50）。（3）缀材的设计 轴心受压格构柱的横向剪力235_ fy计算过程见教材P

10、132P134，很简单，自学。柱弯曲时产生的最大剪力为(4.33) 缀条的设计可以是单缀条，也可以是交叉缀条，如图4.20，都可以看成铰接桁架，根据夹角可以算出一个斜缀条的内力n（4.34）1N = -1 1 n cos 0 式中V为分配到一个缀面的剪力，双缀面时，V = V/2 ； n为一个缀面内的斜缀条数目，单斜缀条 时n =1，交叉斜缀条时n = 2 ； 0为斜缀条与分肢1间的夹角。根据上式计算的斜缀条的内力M可能是正值，也可能是负值，因屈曲方向不定，所以一律按受 压计算，即缀条按轴压构件计算。因1缀条采用单角钢，与单肢单面连接，偏心且是扭转屈曲，为方 便，仍采用（4.5）式n /（ A

11、） f计算，但钢材设计强度用系数门予以折减，门取值见教材P134中部。缀条可采用螺栓（可是单个）与单肢连接，也可采用角焊缝连接，计算方法同第3章。 缀板的设计缀板柱可以看成多层框架，缀板即受弯又受剪，计算公式见（4.35）和（4.36）式。缀板采用角焊缝与单肢连接，计算方法同第3章。（4）格构柱的设计步骤：（前四步为截面选择，后四步为截面验算） 假定绕实轴的长细比七（50100）一 根据界面类型查中值一 由a = n /（ f）计算截面面 积一 确定单肢规格。 根据等稳定性入0X =七计算n 一 由八=10X /久确定绕虚轴回转半径一 根据表4.6确定分 肢间距离b。 当截面有消弱时，须进行强度验算，（4.1）式。 整体稳定验算，（4.5）式。 刚度验算，（4.4）式。 进行缀材设计。（5）构造要求：当格构式轴压柱的抗扭刚度较差，为防止施工运输中保证截面形状不变，应每隔设置横隔（钢 板或交叉角钢），见图4.22，横隔间距不得大于柱较大宽度的9倍或8m，每个运送单元的端部和有 较大横向荷载作用处也设置横隔。