鋼結(jié)構(gòu) 第4章 軸心受力構(gòu)件

1、第四章第四章 軸心受力構(gòu)件軸心受力構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)承載能力的三種形式：n構(gòu)件截面承載能力：在荷載作用下截面的應(yīng)力與構(gòu)件材料相應(yīng)強(qiáng)度值的比較，即強(qiáng)度。n單個(gè)構(gòu)件的承載能力：構(gòu)件的穩(wěn)定性，與構(gòu)件的剛度有關(guān)n整體結(jié)構(gòu)的承載能力：與抗側(cè)力構(gòu)件的剛度有關(guān)或與結(jié)構(gòu)體系中壓桿、壓彎構(gòu)件有關(guān)n軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度n軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定n軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定n實(shí)腹式軸心受壓柱的設(shè)計(jì)實(shí)腹式軸心受壓柱的設(shè)計(jì)n格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì) 軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用分類：分類：軸心受壓構(gòu)件、軸心受拉構(gòu)件軸心受壓

2、構(gòu)件、軸心受拉構(gòu)件應(yīng)用：應(yīng)用：桁架：鋼屋架、托架、吊車梁以及制動(dòng)桁架；桁架：鋼屋架、托架、吊車梁以及制動(dòng)桁架；塔架：電視塔、氣象塔、輸電線路塔；塔架：電視塔、氣象塔、輸電線路塔；網(wǎng)架：平面網(wǎng)架、空間網(wǎng)架；網(wǎng)架：平面網(wǎng)架、空間網(wǎng)架；柱：操作平臺(tái)柱、抗風(fēng)柱；柱：操作平臺(tái)柱、抗風(fēng)柱；各種支撐結(jié)構(gòu)：屋面支撐、柱間支撐各種支撐結(jié)構(gòu)：屋面支撐、柱間支撐以上各種結(jié)構(gòu)中的每一根桿件均為軸心受力構(gòu)件。以上各種結(jié)構(gòu)中的每一根桿件均為軸心受力構(gòu)件。u軸心受力構(gòu)件應(yīng)滿足兩個(gè)極限狀態(tài)：軸心受力構(gòu)件應(yīng)滿足兩個(gè)極限狀態(tài)：承載能力極限狀態(tài)：強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定承載能力極限狀態(tài)：強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定正常使用極限狀態(tài)：剛

3、度（長(zhǎng)細(xì)比）正常使用極限狀態(tài)：剛度（長(zhǎng)細(xì)比）軸心受拉構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件：強(qiáng)度控制：強(qiáng)度控制軸心受壓構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件：強(qiáng)度、穩(wěn)定必須同時(shí)滿足：強(qiáng)度、穩(wěn)定必須同時(shí)滿足軸心受力構(gòu)件的截面分：實(shí)腹式與格構(gòu)式兩軸心受力構(gòu)件的截面分：實(shí)腹式與格構(gòu)式兩類類實(shí)腹式又分型鋼截面（包括普通型鋼與薄壁實(shí)腹式又分型鋼截面（包括普通型鋼與薄壁型鋼），組合截面（鋼板組合與型鋼組合截型鋼），組合截面（鋼板組合與型鋼組合截面）面）格構(gòu)式截面又分綴條式截面與綴板式截面格構(gòu)式截面又分綴條式截面與綴板式截面3、截面選擇的基本原則：、截面選擇的基本原則：n滿足強(qiáng)度所需的截面面積；滿足強(qiáng)度所需的截面面積；n截面開(kāi)展而壁薄，滿足剛度的要求

4、；截面開(kāi)展而壁薄，滿足剛度的要求；n制作簡(jiǎn)便；制作簡(jiǎn)便；n便于連接。便于連接。4.1 軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度4.1.1 強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力集中現(xiàn)象應(yīng)力集中現(xiàn)象孔洞處截面應(yīng)力分布孔洞處截面應(yīng)力分布(a) 彈性狀態(tài)應(yīng)力彈性狀態(tài)應(yīng)力 (b) 極限狀態(tài)應(yīng)力極限狀態(tài)應(yīng)力軸心受拉構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算軸心受拉構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算：n軸心受拉構(gòu)件的強(qiáng)度承載力是以截面的軸心受拉構(gòu)件的強(qiáng)度承載力是以截面的平均應(yīng)力達(dá)到鋼材的屈服應(yīng)力為極限。平均應(yīng)力達(dá)到鋼材的屈服應(yīng)力為極限。n當(dāng)構(gòu)件的截面有局部削弱時(shí)，截面上的當(dāng)構(gòu)件的截面有局部削弱時(shí)，截面上的應(yīng)力分布不再是均勻的應(yīng)力分布不再是均勻的 ,以其凈截面的以

5、其凈截面的平均應(yīng)力達(dá)到其強(qiáng)度限值作為設(shè)計(jì)時(shí)的平均應(yīng)力達(dá)到其強(qiáng)度限值作為設(shè)計(jì)時(shí)的控制值。即用控制值。即用An代替上式的代替上式的A。 fAN fANn軸心受壓構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算n計(jì)算公式同軸拉構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算公式；n當(dāng)壓桿截面無(wú)孔洞時(shí)，構(gòu)件承載力是由當(dāng)壓桿截面無(wú)孔洞時(shí)，構(gòu)件承載力是由來(lái)控制，此時(shí)強(qiáng)度可不計(jì)算來(lái)控制，此時(shí)強(qiáng)度可不計(jì)算；n當(dāng)壓桿截面有孔洞時(shí)，構(gòu)件承載力可能由來(lái)控制，此時(shí)即要計(jì)算又要計(jì)算桿件的； fANn設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：凈截面平均應(yīng)力不超過(guò)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：凈截面平均應(yīng)力不超過(guò)fy 設(shè)計(jì)公式：設(shè)計(jì)公式：nNfAyR/ff鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值u對(duì)高強(qiáng)螺栓摩擦型連接，凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算要考慮孔

6、對(duì)高強(qiáng)螺栓摩擦型連接，凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算要考慮孔前傳力的影響。前傳力的影響。NNfANnnn15 . 01對(duì)于摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的桿件，除驗(yàn)算對(duì)于摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的桿件，除驗(yàn)算凈截面強(qiáng)度外，還應(yīng)按下式驗(yàn)算毛截面強(qiáng)度凈截面強(qiáng)度外，還應(yīng)按下式驗(yàn)算毛截面強(qiáng)度 fAN 0li項(xiàng)項(xiàng)次次構(gòu)件名稱構(gòu)件名稱承受靜力荷載或間接承受承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)直接承受直接承受動(dòng)力荷載動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)一般建筑一般建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)有重級(jí)工作制有重級(jí)工作制吊車的廠房吊車的廠房1桁架的桿件桁架的桿件3502502502吊車梁或吊車桁架吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐以下的柱間支撐3002003其他拉

7、桿、其他拉桿、支撐支撐、系桿等系桿等(張緊的圓鋼除外張緊的圓鋼除外)400350項(xiàng)次項(xiàng)次構(gòu)構(gòu) 件件 名名 稱稱容許長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比1柱、桁架和天窗架中的桿件柱、桁架和天窗架中的桿件150柱的綴條、吊車梁或吊車桁架以下的柱柱的綴條、吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐間支撐2支撐（吊車梁或吊車桁架以下的柱間支支撐（吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐除外）撐除外）200用以減少受壓構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比的桿件用以減少受壓構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比的桿件4.2 軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定理想的軸心壓桿理想的軸心壓桿等截面、無(wú)初始變形、無(wú)初偏等截面、無(wú)初始變形、無(wú)初偏心、無(wú)殘余應(yīng)力、材質(zhì)均勻的軸心壓桿。心、無(wú)殘余應(yīng)力、材

8、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：形式有三種：彎曲屈曲彎曲屈曲：雙軸對(duì)稱截面（工字鋼）雙軸對(duì)稱截面（工字鋼）扭轉(zhuǎn)屈曲扭轉(zhuǎn)屈曲：十字形截面十字形截面彎扭屈曲彎扭屈曲：?jiǎn)屋S對(duì)稱截單軸對(duì)稱截面（槽鋼，等邊角鋼）面（槽鋼，等邊角鋼）4.2.1 理想軸心壓桿的失穩(wěn)形式如圖所示為一承受軸心壓力兩端如圖所示為一承受軸心壓力兩端鉸支的理想細(xì)長(zhǎng)壓桿，發(fā)生彎曲鉸支的理想細(xì)長(zhǎng)壓桿，發(fā)生彎曲時(shí)截面中將產(chǎn)生彎矩時(shí)截面中將產(chǎn)生彎矩M M和剪力和剪力V V，由材料力學(xué)可得：由材料力學(xué)可得：EIMxdyd22解方程后可以得到兩端鉸接軸心解方程

9、后可以得到兩端鉸接軸心壓桿的歐拉臨界力壓桿的歐拉臨界力N Ncrcr 22lEINcrAElEINE2222歐拉臨界力歐拉臨界力AIiil ，當(dāng)軸心壓力當(dāng)軸心壓力N f fp p= =f fy y- -rcrc時(shí)，截面出現(xiàn)塑性區(qū)，應(yīng)力分布如圖時(shí)，截面出現(xiàn)塑性區(qū)，應(yīng)力分布如圖d d。柱屈曲可能的彎曲形式有兩種：沿強(qiáng)軸（柱屈曲可能的彎曲形式有兩種：沿強(qiáng)軸（x x軸）和沿弱軸）和沿弱軸（軸（y y軸）軸）, ,因此，臨界應(yīng)力為：因此，臨界應(yīng)力為：)94(424)(222222222 kEtbhhkbtEIIExxxxxexxcrx 軸軸屈屈曲曲時(shí)時(shí)：對(duì)對(duì))104(12212)(2322332222

10、kEtbkbtEIIEyyyyyeyycry 軸軸屈屈曲曲時(shí)時(shí)：對(duì)對(duì)根據(jù)力的平衡條件再建立一個(gè)截面平均應(yīng)力的計(jì)算公式：根據(jù)力的平衡條件再建立一個(gè)截面平均應(yīng)力的計(jì)算公式：聯(lián)立以上各式，可以得到與長(zhǎng)細(xì)比聯(lián)立以上各式，可以得到與長(zhǎng)細(xì)比x和和y對(duì)應(yīng)的屈曲應(yīng)力對(duì)應(yīng)的屈曲應(yīng)力x和和y。yyycrfkbtkfkbtbtf)4 .01 (28 .05 .0222由于由于k1kb2角鋼截面短肢相并的不等邊雙21bb y1bb22332027 .253/412/227 .257 .257 .25tbbtbtIIIAitptz面構(gòu)件對(duì)雙軸對(duì)稱的十字形截tbbltbtlbbltbuzuuuuzu4 . 569. 02

11、5. 0169. 0022040時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)穩(wěn)定性。應(yīng)按照彎扭屈曲計(jì)算其一軸失穩(wěn)時(shí)，繞非對(duì)稱主軸以外的任單軸對(duì)稱的軸心壓桿在2b2btttbz07. 5屈曲。時(shí)，構(gòu)件不會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)或當(dāng)tbzxy/07. 5xxyyuu類截面穩(wěn)定，按軸平行軸計(jì)算等邊單角鋼構(gòu)件繞bu)(uuuil0影響軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力的因素？影響軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力的因素？1.構(gòu)件的幾何形狀與尺寸：影響屈曲形式，而屈曲構(gòu)件的幾何形狀與尺寸：影響屈曲形式，而屈曲形式對(duì)構(gòu)件的穩(wěn)定承載力有直接關(guān)系。形式對(duì)構(gòu)件的穩(wěn)定承載力有直接關(guān)系。2.桿端約束程度：約束程度愈高，則承載力愈高。桿端約束程度：約束程度愈高，則承載力愈高。3.鋼材的

12、強(qiáng)度：構(gòu)件在彈性階段屈曲時(shí)與強(qiáng)度無(wú)關(guān)，鋼材的強(qiáng)度：構(gòu)件在彈性階段屈曲時(shí)與強(qiáng)度無(wú)關(guān)，而在彈塑性階段屈曲時(shí)，強(qiáng)度高的構(gòu)件比強(qiáng)度低而在彈塑性階段屈曲時(shí)，強(qiáng)度高的構(gòu)件比強(qiáng)度低的構(gòu)件臨界力要高。的構(gòu)件臨界力要高。4.殘余應(yīng)力、初彎曲、初偏心：殘余應(yīng)力使構(gòu)件的殘余應(yīng)力、初彎曲、初偏心：殘余應(yīng)力使構(gòu)件的剛度降低，對(duì)壓桿的承載能力有不利影響，殘余剛度降低，對(duì)壓桿的承載能力有不利影響，殘余應(yīng)力的分布情況不同，影響的程度也不同。初彎應(yīng)力的分布情況不同，影響的程度也不同。初彎曲和初偏心對(duì)曲和初偏心對(duì)軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力影響本軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力影響本質(zhì)是相同的，均為不利影響。質(zhì)是相同的，均為不利影響。 軸心

13、受壓構(gòu)件不僅有喪失整體穩(wěn)定的可能性，軸心受壓構(gòu)件不僅有喪失整體穩(wěn)定的可能性，而且也有喪失局部穩(wěn)定的可能性。組成構(gòu)件的板而且也有喪失局部穩(wěn)定的可能性。組成構(gòu)件的板件，如工字形截面構(gòu)件的翼緣和腹板，它們的厚件，如工字形截面構(gòu)件的翼緣和腹板，它們的厚度與板其他兩個(gè)尺寸相比很小。在均勻壓力的作度與板其他兩個(gè)尺寸相比很小。在均勻壓力的作用下，當(dāng)壓力到達(dá)某一數(shù)值時(shí)，板件不能繼續(xù)維用下，當(dāng)壓力到達(dá)某一數(shù)值時(shí)，板件不能繼續(xù)維持平面平衡狀態(tài)而產(chǎn)生凸曲現(xiàn)象。因?yàn)榘寮皇浅制矫嫫胶鉅顟B(tài)而產(chǎn)生凸曲現(xiàn)象。因?yàn)榘寮皇菢?gòu)件的一部分，所以把這種屈曲現(xiàn)象稱為喪失局構(gòu)件的一部分，所以把這種屈曲現(xiàn)象稱為喪失局部穩(wěn)定。喪失局部穩(wěn)定

14、的構(gòu)件還可能繼續(xù)維持著部穩(wěn)定。喪失局部穩(wěn)定的構(gòu)件還可能繼續(xù)維持著整體穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，但因?yàn)橛胁糠职寮呀?jīng)屈整體穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，但因?yàn)橛胁糠职寮呀?jīng)屈曲，所以會(huì)降低構(gòu)件的剛度并影響其承載力。曲，所以會(huì)降低構(gòu)件的剛度并影響其承載力。4.3 軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定4.3.1 均勻受壓板件的屈曲現(xiàn)象均勻受壓板件的屈曲現(xiàn)象軸心受壓柱局部屈曲變形軸心受壓柱局部屈曲變形軸心受壓構(gòu)件翼緣的凸曲現(xiàn)象軸心受壓構(gòu)件翼緣的凸曲現(xiàn)象4.3.2 均勻受壓板件的屈曲應(yīng)力均勻受壓板件的屈曲應(yīng)力壓桿腹板的屈曲變形壓桿腹板的屈曲變形壓桿翼緣的屈曲變形壓桿翼緣的屈曲變形注意：半波的形成。注意：半波的形成。式中

15、：式中： w 板件屈曲以后任一點(diǎn)的撓度；板件屈曲以后任一點(diǎn)的撓度； Nx 單位寬度板所承受的壓力；單位寬度板所承受的壓力；D 板的柱面剛度，板的柱面剛度，D=Et3/12(1 2)，其中，其中t是板的是板的厚度，厚度， 是鋼材的泊松比。是鋼材的泊松比。(4.100) 02224422444xwNywyxwxwDx1. 板件的彈性屈曲應(yīng)力板件的彈性屈曲應(yīng)力 在彈性狀態(tài)屈曲時(shí)，在彈性狀態(tài)屈曲時(shí)，單位單位寬度板的力平衡方程是：寬度板的力平衡方程是：圖圖4.55 四邊簡(jiǎn)支的均勻受壓板屈曲四邊簡(jiǎn)支的均勻受壓板屈曲n板的彈性屈曲應(yīng)力為：板的彈性屈曲應(yīng)力為： 彈性嵌固系數(shù)彈性嵌固系數(shù) K屈曲系數(shù)屈曲系數(shù)(4

16、.105) )1(12222btEKtNcrxcrx(4.107) )1(12222btEKcrx221425.0abK2. 板件的彈塑性屈曲應(yīng)力：板件的彈塑性屈曲應(yīng)力：222112btEKcrx3 . 0泊松比，鋼材取彈性模量修正系數(shù)屈曲系數(shù)板邊緣的彈性約束系數(shù)K0 .10248.011013.022EfEfyy4.3.3 板件的寬厚比板件的寬厚比原則：局部屈曲不先于整體屈曲的。原則：局部屈曲不先于整體屈曲的。（整體失穩(wěn)前（整體失穩(wěn)前不出現(xiàn)局部失穩(wěn)）不出現(xiàn)局部失穩(wěn)）確定依據(jù)：板件的臨界應(yīng)力和構(gòu)件的臨界應(yīng)力相等。確定依據(jù)：板件的臨界應(yīng)力和構(gòu)件的臨界應(yīng)力相等。 板件的寬厚比限定板件的寬厚比限定1

17、、影響板件屈曲的主要因素：板件的寬厚比、影響板件屈曲的主要因素：板件的寬厚比2、板件的局部穩(wěn)定問(wèn)題歸結(jié)為板件的寬厚比限、板件的局部穩(wěn)定問(wèn)題歸結(jié)為板件的寬厚比限制問(wèn)題制問(wèn)題ycrcrfbtE整體局部222112以工字形截面的軸壓構(gòu)件為例：以工字形截面的軸壓構(gòu)件為例：（1）翼緣板）翼緣板三邊簡(jiǎn)支，一邊自由的均勻受壓板三邊簡(jiǎn)支，一邊自由的均勻受壓板定的寬厚比為：可得保證翼緣板局部穩(wěn)，屈曲系數(shù)取425. 00 . 1yfbtEmin2122112425. 0規(guī)范采用：規(guī)范采用：t厚度足時(shí)，可加大翼緣板的當(dāng)翼緣板局部穩(wěn)定不滿yftb2351 . 0101100max30yx，（2）腹板的高厚比）腹板的高

18、厚比 腹板腹板兩邊簡(jiǎn)支，兩邊彈性嵌固的均勻受壓板兩邊簡(jiǎn)支，兩邊彈性嵌固的均勻受壓板0 . 43 . 1，屈曲系數(shù)取Kwt可加大腹板厚度當(dāng)腹板高度較小時(shí)，的寬厚比為：可得保證腹板局部穩(wěn)定ywfth2355 . 0250時(shí)，可采取以下措施：當(dāng)腹板局部穩(wěn)定不滿足的部分面積只考慮兩側(cè)寬度腹板截面慮腹板部分退出工作，、按有效截面計(jì)算，考間的距離取翼緣與縱向加勁肋之設(shè)置縱向加勁肋，、當(dāng)腹板高度較大時(shí)：ywftcbha2352000hcc0h100max30yx，ywfth235400寬厚比：雙腹壁箱形截面的腹板（3）T形截面桿的腹板高厚比形截面桿的腹板高厚比熱軋剖分熱軋剖分T型鋼：型鋼：焊接焊接T型鋼：型

19、鋼：（4）圓管的徑厚比）圓管的徑厚比ywfth2352 . 0150ywfth23517. 0130yftD2351004.4 實(shí)腹式軸心受壓柱的設(shè)計(jì)實(shí)腹式軸心受壓柱的設(shè)計(jì)4.4.1實(shí)腹式軸心壓桿的截面形式的選擇實(shí)腹式軸心壓桿的截面形式的選擇常用的截面形式及特點(diǎn)：常用的截面形式及特點(diǎn)：n角鋼：角鋼：?jiǎn)谓卿摻孛孢m用于塔架、桅桿結(jié)構(gòu)、起重機(jī)臂桿以及單角鋼截面適用于塔架、桅桿結(jié)構(gòu)、起重機(jī)臂桿以及輕型桁架中受力較小的腹桿。雙角鋼能滿足等穩(wěn)定性的要求，輕型桁架中受力較小的腹桿。雙角鋼能滿足等穩(wěn)定性的要求，常用于由節(jié)點(diǎn)板連接桿件的平面桁架。常用于由節(jié)點(diǎn)板連接桿件的平面桁架。n熱軋普通工字鋼：制造省工，但兩

20、個(gè)主軸方向的回轉(zhuǎn)半徑差熱軋普通工字鋼：制造省工，但兩個(gè)主軸方向的回轉(zhuǎn)半徑差別較大，適用于兩個(gè)主軸方向計(jì)算長(zhǎng)度相差較大的情況，如：別較大，適用于兩個(gè)主軸方向計(jì)算長(zhǎng)度相差較大的情況，如：工作平臺(tái)柱；工作平臺(tái)柱；n軋制軋制H型鋼：面積分布較合理，制造簡(jiǎn)單，生產(chǎn)量少。軸壓型鋼：面積分布較合理，制造簡(jiǎn)單，生產(chǎn)量少。軸壓構(gòu)件宜采用寬翼緣。軋制構(gòu)件宜采用寬翼緣。軋制H型鋼的寬度與高度相同時(shí)對(duì)強(qiáng)軸型鋼的寬度與高度相同時(shí)對(duì)強(qiáng)軸的回轉(zhuǎn)半徑約為弱軸的二倍，對(duì)于在中點(diǎn)有側(cè)向支撐的獨(dú)立的回轉(zhuǎn)半徑約為弱軸的二倍，對(duì)于在中點(diǎn)有側(cè)向支撐的獨(dú)立支柱最為事宜。支柱最為事宜。n焊接工字形：在工廠制造，利用自動(dòng)焊焊接所需的尺寸，其焊

21、接工字形：在工廠制造，利用自動(dòng)焊焊接所需的尺寸，其腹板按局部穩(wěn)定的要求作得很薄以節(jié)省鋼材，應(yīng)用十分廣泛。腹板按局部穩(wěn)定的要求作得很薄以節(jié)省鋼材，應(yīng)用十分廣泛。為使翼緣與腹板便于焊接，截面的高度和寬度做得大致相同。為使翼緣與腹板便于焊接，截面的高度和寬度做得大致相同。當(dāng)兩個(gè)主軸方向的計(jì)算長(zhǎng)度相差一倍時(shí)可以達(dá)到等穩(wěn)定的要當(dāng)兩個(gè)主軸方向的計(jì)算長(zhǎng)度相差一倍時(shí)可以達(dá)到等穩(wěn)定的要求。求。12oxxli oyyli 4.5 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)4.5.1 格構(gòu)式軸心壓桿的組成格構(gòu)式軸心壓桿的組成 圖圖4-23 截面形式截面形式圖圖4.24 格構(gòu)式柱的組成格構(gòu)式柱的組成格構(gòu)

22、柱由綴材和柱肢格構(gòu)柱由綴材和柱肢組成，穿過(guò)柱肢板的組成，穿過(guò)柱肢板的軸為軸為實(shí)軸實(shí)軸，穿過(guò)綴材，穿過(guò)綴材平面的軸為平面的軸為虛軸虛軸。 綴條式綴條式格構(gòu)柱格構(gòu)柱根據(jù)綴材的不同，格構(gòu)柱分為根據(jù)綴材的不同，格構(gòu)柱分為 綴板式綴板式格構(gòu)柱格構(gòu)柱4.5.2 剪切變形對(duì)虛軸穩(wěn)定性的影剪切變形對(duì)虛軸穩(wěn)定性的影響響 實(shí)腹式軸心受壓桿無(wú)論因喪失整體穩(wěn)定而產(chǎn)生實(shí)腹式軸心受壓桿無(wú)論因喪失整體穩(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彎曲變形或存在初始彎曲，構(gòu)件中橫向剪力總是很小的。實(shí)腹式壓桿的抗剪剛度又比較大，因此橫向小的。實(shí)腹式壓桿的抗剪剛度又比較大，因此橫向剪力對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生的附加變形很微小，對(duì)構(gòu)件臨

23、界力剪力對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生的附加變形很微小，對(duì)構(gòu)件臨界力的降低不到的降低不到1，可以忽略不計(jì)。當(dāng)格構(gòu)式軸心受壓可以忽略不計(jì)。當(dāng)格構(gòu)式軸心受壓桿繞實(shí)軸發(fā)生彎曲失穩(wěn)時(shí)情況和實(shí)腹式壓桿一樣。桿繞實(shí)軸發(fā)生彎曲失穩(wěn)時(shí)情況和實(shí)腹式壓桿一樣。但是當(dāng)繞虛軸發(fā)生彎曲失穩(wěn)時(shí)，因?yàn)榧袅σ杀容^但是當(dāng)繞虛軸發(fā)生彎曲失穩(wěn)時(shí)，因?yàn)榧袅σ杀容^柔弱的綴材負(fù)擔(dān)或是柱肢也參與負(fù)擔(dān)，剪切變形較柔弱的綴材負(fù)擔(dān)或是柱肢也參與負(fù)擔(dān)，剪切變形較大，導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生較大的附加側(cè)向變形，它對(duì)構(gòu)件大，導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生較大的附加側(cè)向變形，它對(duì)構(gòu)件臨界力的降低是不能忽略的。臨界力的降低是不能忽略的。格構(gòu)柱與實(shí)腹式軸壓構(gòu)件的區(qū)別：格構(gòu)柱與實(shí)腹式軸壓構(gòu)件的區(qū)別：實(shí)腹

24、式軸壓構(gòu)件無(wú)論因喪失穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲變形或?qū)嵏故捷S壓構(gòu)件無(wú)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(shí)存在初始彎曲，構(gòu)件中橫向剪力總是很小的，并且實(shí)腹式壓桿的抗剪剛度很大，因此橫向剪力對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生腹式壓桿的抗剪剛度很大，因此橫向剪力對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生的附加變形很小。的附加變形很小。格構(gòu)式軸壓構(gòu)件繞實(shí)軸失穩(wěn)與實(shí)腹式軸壓構(gòu)件相同格構(gòu)式軸壓構(gòu)件繞實(shí)軸失穩(wěn)與實(shí)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(shí)，剪力主要靠綴格構(gòu)式軸壓構(gòu)件繞虛軸彎曲失穩(wěn)時(shí)，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(duì)材承擔(dān)，剪切變形較大，導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生附加變形，對(duì)格構(gòu)式軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力影響不

25、能夠忽略。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)柱與實(shí)腹式軸壓構(gòu)件的區(qū)別：格構(gòu)柱與實(shí)腹式軸壓構(gòu)件的區(qū)別：實(shí)腹式軸壓構(gòu)件無(wú)論因喪失穩(wěn)定而產(chǎn)生彎實(shí)腹式軸壓構(gòu)件無(wú)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(shí)腹式壓桿的抗剪剛度很大，是很小的，并且實(shí)腹式壓桿的抗剪剛度很大，因此橫向剪力對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生的附加變形很小。因此橫向剪力對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生的附加變形很小。格構(gòu)式軸壓構(gòu)件繞實(shí)軸失穩(wěn)與實(shí)腹式軸壓格構(gòu)式軸壓構(gòu)件繞實(shí)軸失穩(wěn)與實(shí)腹式軸壓構(gòu)件相同構(gòu)件相同格構(gòu)式軸壓構(gòu)件繞虛軸彎曲失穩(wěn)時(shí)，剪力格構(gòu)式軸壓構(gòu)件繞虛軸彎曲失穩(wěn)時(shí)，剪力主要靠綴材承擔(dān)，主要靠綴

26、材承擔(dān)，剪切變形較大，導(dǎo)致構(gòu)件剪切變形較大，導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生附加變形產(chǎn)生附加變形，對(duì)格構(gòu)式軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定承，對(duì)格構(gòu)式軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力影響不能夠忽略。載力影響不能夠忽略。 經(jīng)理論分析，用換算長(zhǎng)細(xì)比經(jīng)理論分析，用換算長(zhǎng)細(xì)比 0 x來(lái)代替對(duì)來(lái)代替對(duì)x軸軸的長(zhǎng)細(xì)比的長(zhǎng)細(xì)比 x，就可以確定考慮剪切變形影響的格，就可以確定考慮剪切變形影響的格構(gòu)式軸心壓桿的臨界力。換算長(zhǎng)細(xì)比的實(shí)質(zhì)是反構(gòu)式軸心壓桿的臨界力。換算長(zhǎng)細(xì)比的實(shí)質(zhì)是反映構(gòu)件彎曲剛度的弱化。按照規(guī)范，雙肢格構(gòu)式映構(gòu)件彎曲剛度的弱化。按照規(guī)范，雙肢格構(gòu)式構(gòu)件對(duì)虛軸的換算長(zhǎng)細(xì)比的計(jì)算公式為：構(gòu)件對(duì)虛軸的換算長(zhǎng)細(xì)比的計(jì)算公式為： 綴條構(gòu)件綴條構(gòu)件 綴板構(gòu)件

27、綴板構(gòu)件式中式中 x整個(gè)構(gòu)件對(duì)虛軸的長(zhǎng)細(xì)比；整個(gè)構(gòu)件對(duì)虛軸的長(zhǎng)細(xì)比； A整個(gè)構(gòu)件的橫截面的毛面積；整個(gè)構(gòu)件的橫截面的毛面積； A1x構(gòu)件截面中垂直于構(gòu)件截面中垂直于x軸各斜綴軸各斜綴條的毛截面面積之和；條的毛截面面積之和； 1單肢對(duì)平行于虛軸的形心軸單肢對(duì)平行于虛軸的形心軸的長(zhǎng)細(xì)比，其計(jì)算長(zhǎng)度取綴板之間的的長(zhǎng)細(xì)比，其計(jì)算長(zhǎng)度取綴板之間的凈距離。在焊接時(shí)，為相鄰兩綴板的凈距離。在焊接時(shí)，為相鄰兩綴板的凈距離；螺栓連接時(shí)，為相鄰兩綴板凈距離；螺栓連接時(shí)，為相鄰兩綴板邊緣螺栓的距離。邊緣螺栓的距離。 11xyxyXxoxA/A127212xox4.5.3 桿件的截面選擇桿件的截面選擇 格構(gòu)柱對(duì)實(shí)軸的

28、穩(wěn)定和實(shí)腹式壓桿那樣計(jì)算，即格構(gòu)柱對(duì)實(shí)軸的穩(wěn)定和實(shí)腹式壓桿那樣計(jì)算，即可確定肢件截面的尺寸。肢件之間的距離是根據(jù)對(duì)可確定肢件截面的尺寸。肢件之間的距離是根據(jù)對(duì)實(shí)軸和虛軸的等穩(wěn)定條件所決定的。實(shí)軸和虛軸的等穩(wěn)定條件所決定的。 等穩(wěn)條件是等穩(wěn)條件是 0 x= y ，以此關(guān)系式代入前式可以得，以此關(guān)系式代入前式可以得到對(duì)虛軸的長(zhǎng)細(xì)比是：到對(duì)虛軸的長(zhǎng)細(xì)比是： 算出需要的算出需要的x和和ix=l0 xx以后，可以利用附錄以后，可以利用附錄9中中截面回轉(zhuǎn)半徑與輪廓尺寸的近似關(guān)系確定單肢之間截面回轉(zhuǎn)半徑與輪廓尺寸的近似關(guān)系確定單肢之間的距離。的距離。XXAAAA12y12oxx/27/27212y212ox

29、xlmax50時(shí)取時(shí)取max=50)4.5.4 格構(gòu)式壓桿的剪力格構(gòu)式壓桿的剪力 當(dāng)格構(gòu)式壓桿繞虛軸彎曲時(shí)，因變形而產(chǎn)生當(dāng)格構(gòu)式壓桿繞虛軸彎曲時(shí)，因變形而產(chǎn)生剪力。如圖剪力。如圖4.25a所示兩端鉸接的壓桿，其初始所示兩端鉸接的壓桿，其初始撓曲線為撓曲線為y0=v0sinxl，則任意截面處的總撓度，則任意截面處的總撓度由式由式(4.14)得到，即得到，即 在桿的任意截面的彎矩在桿的任意截面的彎矩 任意截面的剪力任意截面的剪力lxNNvyyYEsin/100lxNNNvyyNMEsin/1)(00lxNNlvNdxdMVEcos)/1 (0在桿的兩端的最大剪力在桿的兩端的最大剪力規(guī)范規(guī)定，簡(jiǎn)化為規(guī)范規(guī)定，簡(jiǎn)化為 ：)/1 (0ENNlvNV23585yfAfV 1. 軸心受壓格構(gòu)柱的橫向剪力軸心受壓格構(gòu)柱的橫向剪力綴材面的剪力為：軸心受壓格構(gòu)柱平行于2. 綴條的設(shè)計(jì)綴條的設(shè)計(jì)綴條式格