軸心受力構(gòu)件-實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性（鋼結(jié)構(gòu)）

鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)課件1.軸心受壓構(gòu)件局部失穩(wěn)概念實(shí)腹式組合截面如工字形、箱形和槽形等都由一些板件組成。如果板的平面尺寸很大，且厚度較薄時，就可能在構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定或強(qiáng)度未破壞之前，出現(xiàn)波狀鼓曲或撓曲。因?yàn)榘寮Х€(wěn)發(fā)生在整體構(gòu)件的局部部位，所以稱為軸心受壓構(gòu)件喪失局部穩(wěn)定或局部屈曲。（如圖1-1）軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定性當(dāng)截面的某個板件屈曲退出工作后，將使截面的有效承載部分減少，有時還使截面變得不對稱，因而會降低構(gòu)件的承載能力。圖1-12.實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定的保證方法影響板件局部穩(wěn)定性的主要因素是板件的寬厚比（高厚比）《規(guī)范》規(guī)定板件的局部穩(wěn)定以限制板件的寬厚比來加以控制，即使板件的實(shí)際寬（高）厚比不超過規(guī)范容許的寬（高）厚比，具體如下：工字形截面軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定性翼緣板外伸邊：

腹板：

（2-1）（2-2）2.實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定的保證方法箱形截面軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定性翼緣板外伸邊：

翼緣板中部：

腹板：

（2-3）（2-4）（2-5）2.實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定的保證方法T形截面軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定性（2-6）（2-7）（2-8）翼緣板外伸邊：

腹板：

熱軋剖分T型鋼

焊接T型鋼

對于軋制型鋼，由于翼緣、腹板較厚，一般都能滿足局部穩(wěn)定要求，無需計(jì)算。

圖2-1腹板縱向加勁肋及有效截面軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定性對于工字形（H形）和箱形截面受壓構(gòu)件的腹板，當(dāng)其高厚比超過容許高厚比時，可以用縱向加勁肋加強(qiáng)或按有效截面AWe

(如圖2-1所示陰影部分腹板截面）計(jì)算，即：2.實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定的保證方法鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)課件?理想軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性研究軸心受壓構(gòu)件的強(qiáng)度時，認(rèn)為構(gòu)件始終保持直線形式平衡，其失效形式是強(qiáng)度不足的破壞。事實(shí)上，這個結(jié)論只適用于短而粗的構(gòu)件，對于細(xì)而長的構(gòu)件卻并非如此。研究表明，細(xì)長的軸向受壓構(gòu)件，當(dāng)壓力達(dá)到一定大小時，會突然發(fā)生側(cè)向彎曲(或扭曲)，改變原來的受力性質(zhì)，從而喪失承載力。此時構(gòu)件橫截面上的應(yīng)力還遠(yuǎn)小于材料的極限應(yīng)力，甚至小于比例極限。這種失效不是強(qiáng)度不足，而是由于受壓構(gòu)件不能保持其原有的直線形狀平衡。這種現(xiàn)象稱為喪失整體穩(wěn)定性，或稱屈曲。理想軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定鋼結(jié)構(gòu)中由于鋼材強(qiáng)度高，構(gòu)件的截面大都輕而薄，而其長度則又往往較長，因此，當(dāng)軸心受壓構(gòu)件的長細(xì)比較大而截面又沒有孔洞削弱時，一般不會因截面的平均應(yīng)力達(dá)到抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值而喪失承載能力其破壞常是由構(gòu)件失去整體穩(wěn)定性所導(dǎo)致，因而也不必進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。理想軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定所謂理想軸心受壓構(gòu)件是認(rèn)為構(gòu)件是等截面的，截面形心縱軸是一直線，壓力的作用線與形心縱軸重合，材料是完全均勻和彈性的。理想軸心受壓構(gòu)件是理論分析用的計(jì)算模型，現(xiàn)實(shí)當(dāng)中不存在理想軸心受壓構(gòu)件。當(dāng)軸心受壓構(gòu)件的截面形狀和尺寸不同時，構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定時可能有三種變形形態(tài)即繞截面主軸的彎曲、繞構(gòu)件縱軸的扭轉(zhuǎn)和彎曲與扭轉(zhuǎn)的耦合，分別稱為彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲。理想軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性理想軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)課件?軸心受壓構(gòu)件的屈曲形式對于理想軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)軸心壓力較小時，構(gòu)件保持一穩(wěn)定的直線平衡狀態(tài)，即使在側(cè)向干擾下會產(chǎn)生微彎，但干擾除去后，構(gòu)件能恢復(fù)其原來的直線狀態(tài)。當(dāng)N增大到一定大小時，再給其加一側(cè)向干擾使其微彎，則構(gòu)件將保持微彎，并能達(dá)到另一穩(wěn)定平衡狀態(tài)。這種從直線平衡狀態(tài)過渡到微彎平衡狀態(tài)的現(xiàn)象稱為平衡狀態(tài)的分支。此時構(gòu)件中的內(nèi)力和外力間的平衡是隨遇的，稱為隨遇平衡或中性平衡。軸心受壓構(gòu)件的屈曲形式軸心受壓構(gòu)件的屈曲形式中性平衡是從穩(wěn)定平衡過渡到不穩(wěn)定平衡的臨界狀態(tài)，中性平衡時的壓力稱為臨界力Ncr，相應(yīng)的截面應(yīng)力稱為臨界應(yīng)力σcr；σcr常低于鋼材的屈服強(qiáng)度fy，即構(gòu)件的應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限狀態(tài)之前就喪失穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)喪失穩(wěn)定時，平衡形式發(fā)生改變的，為第一類穩(wěn)定失穩(wěn)或平衡分支失穩(wěn)。除了第一類喪失穩(wěn)定問題還有第二類穩(wěn)定性問題。喪失第二類穩(wěn)定性的特征是喪失穩(wěn)定性時結(jié)構(gòu)彎曲平衡形式不發(fā)生改變，只是由于結(jié)構(gòu)原來的彎曲變形增大使其不能正常工作。喪失第二類穩(wěn)定也稱為極值點(diǎn)失穩(wěn)。軸心受壓構(gòu)件的屈曲形式軸心受壓構(gòu)件的屈曲形式當(dāng)N再增大時，構(gòu)件將產(chǎn)生不可恢復(fù)的彎曲變形，而使構(gòu)件最終喪失承載力。這種現(xiàn)象稱為構(gòu)件的彎曲屈曲或彎曲失穩(wěn)。軸心受壓構(gòu)件的屈曲形式軸心受壓構(gòu)件的屈曲形式鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)課件1.結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的穩(wěn)定性所謂穩(wěn)定性，是指結(jié)構(gòu)和構(gòu)件保持原有平衡狀態(tài)的能力。例如受壓的細(xì)長柱子，當(dāng)壓力增大到一定數(shù)值時，它會突然改變原來的形狀（由直變彎），從而改變它原來受壓的工作性質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為”失穩(wěn)“。如果結(jié)構(gòu)的各構(gòu)件在荷載作用下能夠保持其原來的平衡狀態(tài)，則認(rèn)為它滿足了穩(wěn)定性要求。軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性2.軸心受壓構(gòu)件的整體失穩(wěn)的屈曲形式對軸心受壓構(gòu)件，除構(gòu)件很短及有孔洞等削弱時可能發(fā)生強(qiáng)度破壞外，通常由整體穩(wěn)定控制其承載力。軸心受壓構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定常常是突發(fā)性的，容易造成嚴(yán)重后果，應(yīng)予以特別重視。軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性2.軸心受壓構(gòu)件的整體失穩(wěn)的屈曲形式構(gòu)件在軸心壓力作用下發(fā)生整體失穩(wěn)，可能有三種屈曲變形形式：（1）彎曲屈曲構(gòu)件軸線由直線變?yōu)榍€，這時構(gòu)件的任一截面均繞一個主軸彎曲（圖2-1a）（2）扭轉(zhuǎn)屈曲構(gòu)件繞軸線扭轉(zhuǎn)(圖2-1b)（3）彎扭屈曲構(gòu)件在產(chǎn)生彎曲變形的同時伴有扭轉(zhuǎn)變形(圖2-1c)軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性圖2-12.軸心受壓構(gòu)件的整體失穩(wěn)的屈曲形式軸心壓桿的屈曲形式主要取決于：

①構(gòu)件截面的形式和尺寸②構(gòu)件的長度③構(gòu)件支承約束條件等。整體穩(wěn)定要求是構(gòu)件在設(shè)計(jì)荷載作用下，不致發(fā)生屈曲而喪失承載力。軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性3.軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的實(shí)用計(jì)算方法軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性

(3-1)

(3-2)式中：—軸心壓力設(shè)計(jì)值；

—構(gòu)件的毛截面面積；

—鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

—軸心受壓構(gòu)件對截面x軸及y軸的穩(wěn)定系數(shù)，

由鋼材種類、截面類型及查表。

3.軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的實(shí)用計(jì)算方法說明：實(shí)踐表明，一般鋼結(jié)構(gòu)中常用截面的軸心受壓構(gòu)件，由于構(gòu)件厚度較大，其抗扭剛度也相對較大，失穩(wěn)時主要發(fā)生彎曲屈曲。所以鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-2003中，對軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定計(jì)算所用的穩(wěn)定系數(shù)，主要是根據(jù)彎曲給出的。對單軸對稱截面的構(gòu)件繞對稱軸彎扭屈曲的情況，則采用按彎曲屈曲而適當(dāng)調(diào)整體降低其穩(wěn)定系數(shù)的方法簡化計(jì)算。對冷彎薄壁型鋼構(gòu)件繞對稱軸彎扭屈曲的情況，采用換算長細(xì)比的方法考慮其影響。軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)課件?軸心受壓構(gòu)件的失穩(wěn)形式當(dāng)N再增大時，構(gòu)件將產(chǎn)生不可恢復(fù)的彎曲變形，而使構(gòu)件最終喪失承載力。這種現(xiàn)象稱為構(gòu)件的彎曲屈曲或彎曲失穩(wěn)。軸心受壓構(gòu)件的失穩(wěn)形式軸心受壓構(gòu)件的失穩(wěn)形式對于雙軸對稱的截面（如工字形、H形截面），一般抗扭剛度較大，失穩(wěn)時主要產(chǎn)生彎曲屈曲，如圖所示。軸心受壓構(gòu)件的失穩(wěn)形式軸心受壓構(gòu)件的失穩(wěn)形式當(dāng)軸心受壓構(gòu)件截面的抗扭剛度較差時，當(dāng)N達(dá)到某一界限值時，構(gòu)件將由原來的直線穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)槔@構(gòu)件縱軸微微扭轉(zhuǎn)的平衡狀態(tài)，當(dāng)N再稍增加時，則扭轉(zhuǎn)變形迅速增大，使構(gòu)件喪失承載能力。這種現(xiàn)象稱為構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)屈曲或扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。對于某些十字形截面，截面的抗扭剛度較小，失穩(wěn)時則可能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)屈曲，如圖所示。軸心受壓構(gòu)件的失穩(wěn)形式軸心受壓構(gòu)件的失穩(wěn)形式而對于單軸對稱截面(如T形)的軸心受壓構(gòu)件，如圖所示，其繞非對稱軸屈曲時為彎曲屈曲，但繞對稱軸屈曲時，由于形