钢结构稳定原理ppt课件

郭小农2017年同济大学建筑工程系，钢结构稳定原理，13321969667021-655352531同济大学土木楼A730Guo-xiao-nong，00课程介绍，3，主要知识点01 .稳定问题概述(1.0小时) 02 .稳定问题计算方法(1.5小时) 03 .钢结构基础知识(0.5小时) 04 .轴压构件弯曲压曲(2.0小时) 05 .轴压构件的弯曲压曲(1.0小时) 06 .轴压构件的弯曲压曲(1.0小时) 07 .轴压构件的工程计算方法(1.0小时) 08 .弯曲构件的弯曲压曲(2.0小时) 08主要知识点是09 .弯曲构件的工程计算方法(1.0小时) 10 .弯曲构件的平面内稳定(1.0小时) 08 11 .平面内稳定的工程计算公式(0.5小时) 12 .弯曲构件的平面外稳定(1.0小时) 13 .平面外稳定的工程计算公式(0.5小时) 14 .受压板构件的局部稳定问题(1.0小时) 15 .受压板构件的弯曲后强度(1.0小时) 16 .局部稳定工程的计算方法(1.0小时)、教材、主要教材、参考教材、 01稳定问题概要、7，01.1压曲破坏案例、72m跨度煤矿整体压曲、01.1压曲破坏案例、某网壳在施工中整体压曲、01.1压曲破坏案例、门式刚架整体压曲、01.1压曲破坏案例、马来西亚某体育场的压曲破坏、01.2平衡与稳定、 平衡指示结构处于静止的或等速运动状态稳定器3354指示结构的原始平衡不会由于微小干扰而改变，失稳器3354指示结构已经受到微小干扰而失去原始平衡，并且可以转换到另一种新的平衡状态。 01.3压曲分类、结构压曲分类、分支点压曲稳定分支压曲：理想杆、四边简支板不稳定分支压曲：薄壁圆柱极值型压曲：偏压构件跳跃型压曲：平拱、平网、稳定性表现方法：载荷-位移曲线； 平衡路径【思考01.1】理想的杠杆压曲属于哪个类别？ 第一个带弯曲杆的压曲属于哪个类别？ 01.3压曲的分类，【思考01.2】受压扁平四边简支板的压曲属于哪个类别？ 带初弯受压的四边简支板的压曲属于哪个类别，01.3压曲的分类，【思考01.3】均匀受压薄壁圆筒的压曲属于哪个类别？ 有缺陷的圆筒呢？ 01.3压曲的分类、01.3压曲的分类、【思考01.4】受压平拱压曲属于哪个类别？ 【思考01.4继续】平网与平拱的区别是？ 01.3压曲的分类、01.4钢构件的压曲、钢构件的压曲分类、整体压曲、弯曲： h型截面柱扭转压曲： t型截面柱、钢梁局部压曲：薄壁构件、无初始缺陷时：分支型压曲初始缺陷：极值型压曲、01.4钢构件的压曲、01.4钢构件的压曲、局部压曲：结构或构件整体截面分类：根据板材宽幅比划分截面类型：第1类：特厚实截面第2类：厚实截面第3类：非厚实截面第4类：细长截面、02稳定问题的计算方法、23，02.1典型计算例1、【典型计算例1】、静力平衡法、变形后的位置确立平衡方程式，在小变形状态下，根据02.1典型计算例1、【典型计算例1】， 能量法、最小势能原理：平衡稳定性、势能电阻值原理：外力作用下结构体系发生微小变形时平衡条件、稳定平衡状态、不稳定平衡状态通过3次变量来判定，02.1典型的计算例1、【典型的计算例1】，在能量法、小变形状态下，【思考02.1】根据最小电势原理来判别变形后的平衡状态是否稳定，02.1典型的计算例1， 【典型的计算例1】，载荷-角曲线，02.2典型的计算例2，【典型的计算例2】，静力平衡法，根据变形后的位置建立平衡方程式，在小变形状态下，02.2典型的计算例2，【典型的计算例2】，在能量法，小变形状态下， 请根据最小势能原理判断变形后的平衡状态是否稳定，02.2典型的计算例2、【典型的计算例2】、载荷-角点曲线、110000000气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气动气【思考02.4】请判别下图结构的一次压曲模式，02.3压曲模式，【思考02.4继续】请判别下图结构的一次压曲模式，03钢结构的基础知识，34，单向拉伸试验曲线，03.1钢材的结构关系，弹性阶段OAE，OA阶段：应力呈线性关系， 卸载后没有变形的AE段：应力应变为非线性关系，卸载后没有变形的OAE段：整体上弹性阶段的变形小，【思考03.1】什么是柔软性？ 注意柔性和线柔性的差异，屈服阶段ECF，应力应变进入非线性弹塑性阶段，有明显的水平屈服平台，应力几乎没有变化地发展(暂时失去负荷能力)。 应力变动的下限fy被称为屈服强度，卸载后弹性变形消失，但变形-塑性变形仍然存在。 单向拉伸试验曲线的4个阶段，03.1钢材的构造关系，强化阶段FB，钢材内部的晶粒重新排列，恢复装载能力的应变比应力快，最终到达最高点fu，称为拉伸强度，超过缩颈阶段BD，b点时，试样横向收缩，称为缩颈，然后断裂， 03.1钢材的结构关系，单向拉伸试验曲线的4个阶段，比例极限弹性模量屈服点宽度拉伸强度伸长，结构钢的一些重要力学性能指标(Q235 )， 03.1钢材结构关系结构钢的一些重要特性，屈服强度fy是钢结构设计可达到的最大应力，原因： (1)fe、fp、fy非常接近，三者合为一，可以认为是弹性和塑性的边界点，(2)fy以后，塑性变形大，过载时容易发现加固修复(3) fy向fu发展，有相当大的区域，作为强度储备可以把fu/fy称为强屈比，大于1.2为计算方便，通常简化实际应力应变曲线，视为理想的弹塑性模型。 03.1钢材的结构关系，【思考03.2】通过以下情况深入理解了钢材塑性的重要性，对受到某两端弯曲力矩的单纯弯曲支撑钢梁、长度6m、截面高度400mm、边缘纤维应变分别达到0.15%和2.5%时钢梁的跨度挠曲进行了计算。03.1钢材的结构关系，根据平截面假定，截面曲率为：纯弯曲部件，截面曲率无处不相等，变形曲线为圆弧，其半径为：横断中挠曲为弓矢高，03.2焊接残馀应力，平板，典型的焊接残馀应力分布，山形截面，纵残馀应力焊接处后冷却， 作为残馀拉伸应力残馀应力在截面上自平衡，04轴压构件的弯曲压曲、42、04.1压曲形式、轴压构件整体压曲形式、弯曲压曲： h型截面柱扭曲压曲十字截面柱扭曲压曲t型截面柱、a .两端铰链理想杆的平衡方程式、基本假定： 等直杆弹性小变形平面截面心受载荷作用，从04.2平衡方程式、内、外弯矩的平衡中得出：【思考04.1】右图的杆屈曲后，座部有水平反作用力吗？ 右图的操纵杆变形后的弯曲角图和描绘剪切力的操纵杆的剪切力是怎样产生的？b .平衡方程解、04.2平衡方程、c.Euler载荷理想杆的弹性稳定、细长比、旋转半径、相对细长比、【思考04.2】Euler方程请用相对细长比表示，【思考04.3根理想杆，材质分别为Q235和Q345 如果分别使用铝合金和钢材呢？ 根据04.2平衡方程式、04.3边界条件的影响、长度系数的计算、思考04.4表2.1，判断下图各柱的计算长度系数。 04.3边界条件的影响，【思考04.5】某双轴对称截面推杆在途中具有首屈曲，以已知推杆中点最大挠度的边缘纤维屈服标准导出推杆承载力公式。 在、的情况下，描绘边缘屈服基准、04.4弯曲的影响、材料弹性时载荷n与中挠曲vm的关系曲线。 如果材料是弹塑性的呢？ 考虑到，04.4初弯曲的影响，考虑到初弯曲时的柱曲线，04.4初弯曲的影响，偏心受压问题的弹性解，解，04.5初偏心的影响，中点弯曲是，04.5初偏心的影响，一阶弯矩，二阶弯矩，弹性阶段的二阶效应放大因子，效果)，弹性范围的二阶效应放大因子，04.5初偏心的影响，【思考04.6】初弯和具有初偏心的杆的一阶弯曲角图中初弯曲大小与初偏心大小相等时，哪个二次效果更强？ 04.5初始偏心的影响，a .切线弹性模量理论理想杆的弹塑性稳定，04.6非弹性失稳，b .换算弹性模量理论凸面的卸载刚性，04.6非弹性失稳，c .香莱理论，04.6非弹性失稳， 04.7残馀应力的影响，a .残馀应力减小部件的刚性，p，u，P=？ u=？ 【思考04.10】残馀应力影响拉杆的刚性吗？ 04.7残馀应力的影响，a .残馀应力减小部件的刚性，a .残馀应力减小部件的刚性，04.7残馀应力的影响，【思考04.11】描绘了上述轴压短柱的载荷位移曲线。 b .残馀应力会降低压杆的临界载荷吗？ 概念性分析、04.7残馀应力的影响、【思考04.12】残馀应力降低推杆临界载荷的原因。 【思考04.13】右图为三根压杆的载荷变化曲线，其中，压杆a没有残馀应力，压杆b的边缘为残馀压力，压杆c的边缘为残馀拉伸应力。 其馀的条件都一样。 你判断那条曲线适合哪个操纵杆吗？ 04.7残馀应力的影响，b .残馀应力会降低压杆的临界载荷吗？ 细长杆，04.7残馀应力的影响，b .残馀应力会降低压杆的临界负荷吗？ 短粗棒、05轴压构件的扭曲压曲、65、思考05.1十字型截面轴压构件的扭曲压曲机理是？ 05.1扭转机理，【思考05.2】以下例子深刻认识残馀应力。 在图示的四种情况下，外负荷的合力都是n。其中，壳体d为外载与残馀应力的重叠，残馀应力长度相等，截面自平衡，边缘为压缩应力。 1 )试验压曲前的横截面和端部截面的应力分布2 )试验哪个推杆最容易压曲，05.1扭转机制、准备知识1 :第1部分内扭矩-自由扭转、剪切应力流产生的内扭矩、内、开口截面、闭口截面、05.2准备知识、开口截面自由扭转、基本假设：剪切剪应力平行于墙的中心线，大小沿墙的厚度线性变化，中心线为零，墙内、外缘最大。 剪应力式：05.2准备知识，闭口截面自由扭转，基本假设：截面上的剪应力方向相同。 剪应力沿厚度均匀分布，方向为切线方向。 剪应力式：r、【思考05.3】闭口与开口钢管截面的自由扭转阻力转矩比较，05.2准备知识：准备知识2 :第2部分内转矩-约束扭矩、截面翘曲引起的内转矩； 翘曲是一种纵向变形，其中，原始平面的横截面不保持平面，凹陷和突出，这种现象称为翘曲，05.2的准备知识包括：、 如果是、思考05.3继续】闭口截面的话？ 例如圆管、05.2准备知识、准备知识3 :纵向压力产生的外在扭矩-工作扭矩、截面扭转后的纵向应力产生的外在扭矩；，注意：以剪切心为中心进行积分，准备05.2知识，【思考05.5】考虑瓦格纳转矩和二次转矩的不同点。扭矩平衡方程式、内外扭矩平衡方程式、外、内、自由扭矩、约束扭矩、瓦氏扭矩、扭矩平衡方程式、05.3平衡方程式、扭转压曲欧拉载荷、扭转长细比、05.4平衡方程式的解、十字型截面杆不弯曲压曲吗？ 【思考05.6】画出十字形截面的3个纵横比随长度变化的曲线，判断十字形截面杆的压曲类别。 众所周知，边界条件为两端简单的，两端不能旋转，但能够自由弯曲。 05.4平衡方程的解，06轴压构件的扭转屈曲，78，06.1扭转机理，准备知识，剪切力中心横向载荷通过剪切心时，找到断面不发生扭转的【思考06.01】常用断面的心形和剪切心，【思考06.2】图t型断面杆绕弱轴弯曲后，向哪个方向旋转为什么要分析一下力量呢？ 轴向压力通过剪切心时，会不会扭曲压曲？ 06.1扭转机构，a .杆弯矩平衡方程式有扭转时，06.2平衡方程式，b .杆弯矩平衡方程式，准备知识1 :第1部分内扭矩-自由扭转，剪应力流产生的内扭矩，内，06.2平衡方程式，准备知识2 :第2部分内扭矩-约束扭转， 截面翘曲引起的内转矩翘曲是纵向的变形，其中，06.2平衡方程式，准备知识3 :纵向压力引起的外转矩-工作转矩，准备知识4 :横向剪切力引起的外转矩，外，横向剪切力，外力矩，b .杠杆转矩平衡方程式，内外转矩的平衡方程式，外，内，自由转矩， 约束转矩，瓦格纳转矩，转矩平衡方程式，06.2平衡方程式，c .平衡方程式，转矩平衡方程式，06.2平衡方程式，弯矩平衡方程式，2变量耦合； 弯曲期间一定会发生扭曲，平衡方程解，06.3方程解，等效扭转长细比，t型截面杆不弯曲屈曲吗？ 06.3方程的解，【思考06.3】画出上图的t型截面杆的4种纵横比随杆的长度而变化的曲线。 【思考06.4】画出使下图的t型截面杆的4种纵横比根据杆的长度而变化的曲线。【思考06.5】构件的长度越长，扭转效果是越大还是越小？ 边界条件为，两端简单，两端不可扭曲，但自由翘曲，07轴压构件的工程计算式，88，07.1工程计算式，【思考07.1】杆的工程计算式，应采用毛断面还是净断面？ 稳定系数可以通过检查表或者用周边公式计算，确定计算步骤轴向力设计值计算部件在两个主轴方向上的长细比轴压部件稳定系数的稳定校正，为什么对薄型钢采