第四章軸心受力構(gòu)件

1、第四章軸心受力構(gòu)件1在進(jìn)行軸心受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)同時(shí)滿足哪些要求？進(jìn)行什么驗(yàn)算？答：在進(jìn)行軸心受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)同時(shí)滿足承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求。軸心受拉構(gòu)件的設(shè)計(jì)需分別進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的驗(yàn)算，而軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)需分別進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度的驗(yàn)算。軸心受力構(gòu)件的剛度是通過限制其長細(xì)比來保證的。2何謂理想軸心受壓構(gòu)件？當(dāng)壓力達(dá)到某臨界值時(shí)，理想軸心受壓構(gòu)件以哪三種屈曲形式喪失穩(wěn)定？答：理想軸心受壓構(gòu)件假設(shè)構(gòu)件完全挺直，荷載沿構(gòu)件形心軸作用，在受荷之前構(gòu)件無初始應(yīng)力、初彎曲和初偏心等缺陷，截面沿構(gòu)件是均勻的。當(dāng)壓力達(dá)到某臨界值時(shí)，理想軸心受壓構(gòu)件可能以三種屈曲形式喪失穩(wěn)定：彎曲屈曲

2、、扭轉(zhuǎn)屈曲、彎扭屈曲。彎曲屈曲 桿件的截面只繞一個(gè)主軸旋轉(zhuǎn)，桿件的縱軸由直線變?yōu)榍€，這是雙軸對(duì)稱截面構(gòu)件最常見的屈曲形式。扭轉(zhuǎn)屈曲 失穩(wěn)時(shí)桿件除支承端外的各截面均繞縱軸扭轉(zhuǎn)，圖b為長度較小的十字形截面構(gòu)件可能發(fā)生的扭轉(zhuǎn)屈曲。彎扭屈曲 單軸對(duì)稱截面桿件繞對(duì)稱軸屈曲時(shí)，在發(fā)生彎曲變形的同時(shí)必然伴隨著扭轉(zhuǎn)。圖c即T形截面構(gòu)件發(fā)生的彎扭屈曲。圖4-2 軸心受壓構(gòu)件的屈曲變形3存在哪些初始缺陷？為什么通常只考慮兩種缺陷？答：實(shí)際工程中的構(gòu)件不可避免地存在著初彎曲、荷載初偏心和殘余應(yīng)力等初始缺陷，這些缺陷會(huì)降低軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。通常只考慮實(shí)際壓桿中各種初始缺陷往往同時(shí)存在，但從概率統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)，各種

3、缺陷同時(shí)達(dá)到最不利的可能性極小，通常只考慮影響最大的殘余應(yīng)力和初彎曲兩種缺陷。4什么是“邊緣屈服準(zhǔn)則”與“最大強(qiáng)度準(zhǔn)則”？答：具有初彎曲（或初偏心）的壓桿，一經(jīng)壓力作用就產(chǎn)生撓度。以壓桿跨中截面邊緣屈服時(shí)的承載力作為最大承載力，稱為“邊緣屈服準(zhǔn)則”。但壓力還可增加，只是壓力超過邊緣屈服準(zhǔn)則的最大承載力后，構(gòu)件進(jìn)入彈塑性階段，隨著截面塑性區(qū)的不斷擴(kuò)展，變形值增加得更快，直至壓桿的抵抗能力開始小于外力的作用，不能維持穩(wěn)定平衡，才是具有初彎曲壓桿真正的極限承載力，以此為準(zhǔn)則計(jì)算壓桿穩(wěn)定，稱為“最大強(qiáng)度準(zhǔn)則”。5什么是板件喪失局部穩(wěn)定？答：一般組成軸心受力構(gòu)件的板件的厚度與板的寬度相比都較小，如果這些

4、板件過薄，則在壓力作用下，板件將離開平面位置而發(fā)生凸曲現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為板件喪失局部穩(wěn)定。6什么是柱子曲線？答：臨界應(yīng)力與長細(xì)比之間的關(guān)系曲線稱為柱子曲線。7實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件一般采用什么截面？常用截面形式有哪兩種形式答：實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件一般采用雙軸對(duì)稱截面，以避免彎扭失穩(wěn)。常用截面形式有型鋼截面和組合截面兩種形式。8實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行截面選擇時(shí)一般應(yīng)根據(jù)哪些因素綜合進(jìn)行考慮？應(yīng)主要考慮哪些原則？答：實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行截面選擇時(shí)一般應(yīng)根據(jù)內(nèi)力大小，兩方向的計(jì)算長度值以及制造加工量、材料供應(yīng)等情況綜合進(jìn)行考慮。：面積的分布應(yīng)盡量開展，以增加截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，提高柱的整體穩(wěn)定承載力

5、和剛度；兩個(gè)主軸方向盡量等穩(wěn)定性，即，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的效果；便于與其他構(gòu)件進(jìn)行連接；盡可能構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造省工，取材方便。9實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件截面設(shè)計(jì)時(shí)的方法與步驟如何？答：實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件截面設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)軸心壓力的設(shè)計(jì)值、計(jì)算長度選定合適的截面形式，再初步確定截面尺寸，然后進(jìn)行強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定、剛度等的驗(yàn)算。具體步驟如下：（1）假定柱的長細(xì)比，求出需要的截面面積A。一般假定=50100，當(dāng)壓力大而計(jì)算長度小時(shí)取較小值，反之取較大值。根據(jù)、截面分類可查得穩(wěn)定系數(shù)，則需要的截面面積為（2）求兩個(gè)主軸所需要的回轉(zhuǎn)半徑（3）由已知截面面積A、兩個(gè)主軸的回轉(zhuǎn)半徑優(yōu)先選用軋制型鋼，如普通工字鋼

6、、H型鋼等。當(dāng)現(xiàn)有型鋼規(guī)格不滿足所需截面尺寸時(shí)，可以采用組合截面，這時(shí)需先初步定出截面的輪廓尺寸，一般是根據(jù)回轉(zhuǎn)半徑確定所需截面的高度h和寬度b。、為系數(shù)，表示h、b和回轉(zhuǎn)半徑之間的近似數(shù)值關(guān)系。例如由三塊鋼板組成的工字形截面=0.43，=0.24。（4）由所需要的A、h、b等，再考慮構(gòu)造要求、局部穩(wěn)定以及鋼材規(guī)格等，確定截面的初選尺寸。圖10實(shí)腹柱的橫隔（5）構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度驗(yàn)算。當(dāng)截面有削弱的，需進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算整體穩(wěn)定驗(yàn)算局部穩(wěn)定驗(yàn)算熱軋型鋼截面，由于其板件的寬厚比較小，一般能滿足要求，可不驗(yàn)算。對(duì)于組合截面，則應(yīng)對(duì)板件的寬厚比進(jìn)行驗(yàn)算。剛度驗(yàn)算在進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)，構(gòu)件的長細(xì)比已求出，

7、剛度驗(yàn)算可與整體穩(wěn)定驗(yàn)算同時(shí)進(jìn)行。10實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求答：當(dāng)實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的腹板高厚比時(shí)，為防止腹板在施工和運(yùn)輸過程中發(fā)生變形，提高構(gòu)件的抗扭剛度，應(yīng)設(shè)置橫向加勁肋。橫向加勁肋的間距不得大于3h0，其截面尺寸要求：雙側(cè)加勁肋的外伸寬度 （mm） （4-47）厚度 （4-48）為了保證大型實(shí)腹式構(gòu)件的截面幾何形狀不變，提高抗扭剛度，在受有較大水平集中力和每個(gè)運(yùn)送單元的端部應(yīng)設(shè)置橫隔，構(gòu)件較長時(shí)應(yīng)設(shè)置中間橫隔，橫隔的間距不得大于構(gòu)件較大寬度的9倍或8m。實(shí)腹式構(gòu)件的橫隔采用鋼板，它與橫向加勁肋的區(qū)別在于與翼緣同寬。箱形截面實(shí)腹式構(gòu)件的橫隔，有一邊或兩邊不能預(yù)先焊接，可先焊兩邊或三邊

8、，裝配后再在構(gòu)件壁鉆孔用電渣焊焊接其他邊。實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的翼緣與腹板的連接焊縫受力很小，可按構(gòu)造要求確定焊縫尺寸。11格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件一般采用什么組成？格構(gòu)柱兩肢間距離確定的準(zhǔn)則如何？答：格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件一般采用兩個(gè)肢件組成，例如用兩根槽鋼或H型鋼作為肢件，肢件間用綴條或綴板連成整體。格構(gòu)柱兩肢間距離的確定以兩個(gè)主軸的等穩(wěn)定性為準(zhǔn)則。綴條一般采用單根角鋼做成，而綴板通常用鋼板做成。12什么是實(shí)軸，什么是虛軸答：在柱的橫截面上穿過肢件腹板的軸稱為實(shí)軸，圖4-29中的y軸；穿過兩肢之間綴材面的軸稱為虛軸，如圖4-29中的x軸。圖4-29 綴條計(jì)算簡(jiǎn)圖13格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)步驟如何？進(jìn)

9、行以上計(jì)算時(shí)應(yīng)有哪些注意事項(xiàng)？答：格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)步驟：首先選擇分肢截面和綴材的形式，中小型柱可采用綴板或綴條柱，大型柱宜用綴條柱。（1）按對(duì)實(shí)軸（yy軸）的整體穩(wěn)定選擇柱的截面，方法與實(shí)腹式構(gòu)件的計(jì)算相同。（2）按對(duì)虛軸（xx軸）的整體穩(wěn)定確定兩分肢的距離。為了獲得等穩(wěn)定性，應(yīng)使兩方向的長細(xì)比相等，即使。綴條柱（雙肢）： 即綴板柱（雙肢）： 即對(duì)綴條式構(gòu)件應(yīng)預(yù)先確定斜綴條的截面A1；對(duì)綴板式構(gòu)件應(yīng)先假定分肢長細(xì)比。計(jì)算出后，即可得到對(duì)虛軸的回轉(zhuǎn)半徑： 可得構(gòu)件在綴材方向的寬度，亦可由已知截面的幾何量直接算出構(gòu)件的寬度b。（3）驗(yàn)算構(gòu)件對(duì)虛軸的整體穩(wěn)定性，不合適時(shí)應(yīng)修改構(gòu)件寬b再進(jìn)行驗(yàn)算。（4）計(jì)綴條或綴板（包括連接）。進(jìn)行以上計(jì)算時(shí)應(yīng)注意：（1）對(duì)實(shí)軸的長細(xì)比和對(duì)虛軸的換算長細(xì)比均不得超過容許長細(xì)比；（2）綴條構(gòu)件的分肢長細(xì)比不得超過構(gòu)件兩方向長細(xì)比（對(duì)虛軸為換算長細(xì)比）較大值的0.7倍，否則分肢可能先于整體失穩(wěn)； （3）綴板構(gòu)件的分肢長細(xì)比不應(yīng)大于40，并不應(yīng)大于構(gòu)件較大長細(xì)比的0.5倍（當(dāng)<50時(shí)，取50），亦是為了保證分肢不先于整體構(gòu)件失去承載能力。14哪些因素影響軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力？答：構(gòu)件的初彎曲、荷載的初偏心、殘余應(yīng)力的分布以及構(gòu)件的約束情