钢结构轴心受力构件图文学习教案

1、第一页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure掌握轴心受力构件的性能以及强度、刚度的计算方法，掌掌握轴心受力构件的性能以及强度、刚度的计算方法，掌握轴心受压构件整体稳定和局部稳定的计算方法。握轴心受压构件整体稳定和局部稳定的计算方法。掌握受弯构件的性能及强度、刚度、整体稳定、局部稳掌握受弯构件的性能及强度、刚度、整体稳定、局部稳定计算方法。定计算方法。掌握拉弯和压弯构件的性能和强度的计算方法，掌握压弯掌握拉弯和压弯构件的性能和强度的计算方法，掌握压弯构件平面内弯曲屈曲、平面外弯扭屈曲和局部稳定的计算构

2、件平面内弯曲屈曲、平面外弯扭屈曲和局部稳定的计算方法。方法。第1页/共55页第二页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件轴心受力构件的应用轴心受力构件的应用4.1 轴心受力构件的应用及截面形式轴心受力构件的应用及截面形式 轴心受力构件是指承受通过截轴心受力构件是指承受通过截面形心轴线的轴向力作用的构件。面形心轴线的轴向力作用的构件。包括包括轴心受拉构件轴心受拉构件（轴心拉杆）（轴心拉杆）和和轴心受压构件轴心受压构件（轴心压杆）。（轴心压杆）。NN第2页/共55页

3、第三页，编辑于星期三：四点 三十三分。第第四四章章 轴心受力构件轴心受力构件钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure桁架桁架网架网架 在钢结构中应用在钢结构中应用广泛，主要广泛，主要用于用于承重结构承重结构，如桁架、网，如桁架、网架中的杆件，工业厂房及高层钢结构的支撑，操作平台和其它架中的杆件，工业厂房及高层钢结构的支撑，操作平台和其它结构的支柱等。结构的支柱等。塔架塔架导导管管架架平平台台第3页/共55页第四页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Str

4、ucture第第四四章章 轴心受力构件轴心受力构件柱脚yyxxx11柱脚(实轴)xxy1y(虚轴)(虚轴)y1x(实轴)y柱头柱身柱身ll缀板l = l缀条柱头传力方式传力方式：上部结构柱头柱身柱脚基础上部结构柱头柱身柱脚基础支承屋盖、楼盖或工作平台支承屋盖、楼盖或工作平台的竖向受压构件通常称为的竖向受压构件通常称为柱柱，包括包括轴心受压柱轴心受压柱柱通常由柱通常由柱头、柱身和柱脚柱头、柱身和柱脚三三部分组成部分组成 第4页/共55页第五页，编辑于星期三：四点 三十三分。图图4.2 4.2 柱的组成柱的组成钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel St

5、ructure第第四四章章 轴心受力构件轴心受力构件轴心受力构件常用截面形式可分为轴心受力构件常用截面形式可分为 实腹式构件实腹式构件和和格构式构件格构式构件 实腹实腹式构件具有整体连通式构件具有整体连通的截面。的截面。格构式格构式构件一般由两个构件一般由两个或多个分肢用缀件联系或多个分肢用缀件联系组成。采用较多的是两组成。采用较多的是两分肢格构式构件。分肢格构式构件。第5页/共55页第六页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第四四章章 轴心受力构件轴心受力构件(a)(a)型钢型钢(b)(b)组

6、合截面组合截面实腹式构件截面形式实腹式构件截面形式图图4.3 4.3 轴心受力实腹式构件的截面形式轴心受力实腹式构件的截面形式第6页/共55页第七页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第四四章章 轴心受力构件轴心受力构件实腹式构件截面形式实腹式构件截面形式(d)(d)冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢图图4.3 4.3 轴心受力实腹式构件的截面形式轴心受力实腹式构件的截面形式(c)(c)双角钢双角钢第7页/共55页第八页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Princ

7、iples of Steel Structure第第四四章章 轴心受力构件轴心受力构件格构式构件格构式构件实轴实轴和和虚轴虚轴格构式构件截面中，格构式构件截面中，通过分肢腹板的主轴通过分肢腹板的主轴叫叫实轴实轴，通过分肢缀件，通过分肢缀件的主轴叫的主轴叫虚轴虚轴。格构式构件常用截面形式格构式构件常用截面形式第8页/共55页第九页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第四四章章 轴心受力构件轴心受力构件缀条和缀板缀条和缀板 一般设置在分肢翼一般设置在分肢翼缘两侧平面内，其作缘两侧平面内，其作用是将各

8、分肢连成整用是将各分肢连成整体，使其共同受力，体，使其共同受力，并承受绕虚轴弯曲时并承受绕虚轴弯曲时产生的剪力。产生的剪力。 缀板柱缀板柱第9页/共55页第十页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第四四章章 轴心受力构件轴心受力构件缀条和缀板缀条和缀板缀条缀条用斜杆组成或用斜杆组成或斜杆与横杆共同斜杆与横杆共同组成，它们与分组成，它们与分肢翼缘组成桁架肢翼缘组成桁架体系；体系；缀板缀板常用钢板，与分常用钢板，与分肢翼缘组成刚架体系。肢翼缘组成刚架体系。缀条柱缀条柱 缀板柱缀板柱第10页/共55页

9、第十一页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第四四章章 轴心受力构件轴心受力构件 实腹式构件实腹式构件比格构式构件构造简单，制造方便，整体受比格构式构件构造简单，制造方便，整体受力和抗剪性能好，但截面尺寸较大时钢材用量较多；力和抗剪性能好，但截面尺寸较大时钢材用量较多； 格构式构件格构式构件容易实现两主轴方向的等稳定性，刚度较大，抗扭性容易实现两主轴方向的等稳定性，刚度较大，抗扭性能较好，用料较省。能较好，用料较省。实腹式构件实腹式构件和和格构式构件格构式构件 应用选择：应用选择：第11页/共5

10、5页第十二页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件轴心受力构轴心受力构件件轴心受拉构件轴心受拉构件轴心受压构件轴心受压构件强度强度 （承载能力极限状态承载能力极限状态）刚度刚度 （正常使用极限状态正常使用极限状态）强度强度刚度刚度 （正常使用极限状态正常使用极限状态）稳稳定定（承载能力极限状态承载能力极限状态）轴心受力构件的设计轴心受力构件的设计第12页/共55页第十三页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principl

11、es of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件4.2 4.2 轴心受力构件的强度和刚度轴心受力构件的强度和刚度 轴心受力构件以截面上的轴心受力构件以截面上的平均应力平均应力达到钢材的达到钢材的屈屈服强度服强度作为强度计算准则。作为强度计算准则。轴心受力构件的强度计算轴心受力构件的强度计算第13页/共55页第十四页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件NfA N 轴心力设计值；轴心力设计值； A 构件的毛截面面积；构件的毛截面面积

12、； f 钢材抗拉或抗压强度设计值。钢材抗拉或抗压强度设计值。 1. 1. 截面无削弱截面无削弱构件以全截面平均应力达到屈服强度为强度极限构件以全截面平均应力达到屈服强度为强度极限状态。状态。 设计时，作用在轴心受力构件中的外力设计时，作用在轴心受力构件中的外力N应应满足：满足：轴心受压构件，当截面无削弱时，一般不需进行强度计算，轴心受压构件，当截面无削弱时，一般不需进行强度计算，除长细比特小的短而粗构件。除长细比特小的短而粗构件。/yRff钢材屈服的钢材屈服的抗力分项系数抗力分项系数第14页/共55页第十五页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Princ

13、iples of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件2. 有孔洞等削弱有孔洞等削弱弹性阶段应力分布不均匀；弹性阶段应力分布不均匀； 极限状态净截面上的应力为均匀屈服应力。极限状态净截面上的应力为均匀屈服应力。 对有削弱的截面，虽然存在应力集中现象，但应力高峰对有削弱的截面，虽然存在应力集中现象，但应力高峰 区会率先屈服使应力塑性重分布，最终达到均匀分布区会率先屈服使应力塑性重分布，最终达到均匀分布.有孔洞拉杆的截面应力分布有孔洞拉杆的截面应力分布弹性状态应力；弹性状态应力； 极限状态应力极限状态应力应力塑性应力塑性重分布重分布第15页/共55页第十六页，编辑于

14、星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件 构件以构件以净截面净截面的平均应力达到屈服强度为强的平均应力达到屈服强度为强度极限状态。设计时应满足度极限状态。设计时应满足nNfAf 钢材强度设计值，钢材强度设计值， ；An 构件净截面面积构件净截面面积/yRff钢材屈服的钢材屈服的抗力分项系数抗力分项系数第16页/共55页第十七页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章

15、轴心受力构件轴心受力构件n110Abn dt轴心受力构件采用螺栓连接时最危险净截面的计算轴心受力构件采用螺栓连接时最危险净截面的计算螺栓螺栓并列布置并列布置按最危险的正按最危险的正交截面（交截面（）计算：）计算：螺栓螺栓错列布置错列布置可能沿正交截面可能沿正交截面（）破坏，也可能沿齿（）破坏，也可能沿齿状截面（状截面（ ）破坏，取截）破坏，取截面的较小面积计算：面的较小面积计算：22n42122021;AcnccndtNNbtt1b111NNtt1bc2c3c4c111第17页/共55页第十八页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles o

16、f Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件孔前传力孔前传力一个螺栓受力一个螺栓受力 N/n第一排受力第一排受力 ；孔前孔前:孔后孔后:N摩擦型高强螺栓连接的构件摩擦型高强螺栓连接的构件n1 1计算截面上的螺栓数。计算截面上的螺栓数。n连接一侧螺栓数；连接一侧螺栓数；计算截面上的力为：计算截面上的力为： )/5 . 01 (1nnNNNnn1Nnn121Nnn121N高强度螺栓的孔前传力高强度螺栓的孔前传力第18页/共55页第十九页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第

17、四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件fANnfAN摩擦型高强螺栓摩擦型高强螺栓净截面强度净截面强度：摩擦型高强螺栓摩擦型高强螺栓还应验算毛截面强度还应验算毛截面强度：)/5 . 01 (1nnNNN-计算截面上的受到的力计算截面上的受到的力第19页/共55页第二十页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件轴心受力构件的刚度计算（正常使用极限状态）轴心受力构件的刚度计算（正常使用极限状态） 轴心受力构件的刚度通常用轴心受力构件的刚度通常用长细比长细比 来衡量，来衡量

18、， 越大，越大，表示构件刚度越小；长细比过大，构件在使用过程中容易由表示构件刚度越小；长细比过大，构件在使用过程中容易由于自重产生于自重产生挠曲挠曲，在动力荷载作用下容易产生，在动力荷载作用下容易产生振动振动，在，在运输和安装过程中容易产生运输和安装过程中容易产生弯曲弯曲。因此设计时应使构件长。因此设计时应使构件长细比不超过规定的容许长细比细比不超过规定的容许长细比 第20页/共55页第二十一页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件 max构件构件最不利方向最不

19、利方向的最大长细比；的最大长细比；l0计算长度，计算长度，取决于其两端支承情况；取决于其两端支承情况； i回转半径；回转半径； 容许长细比。容许长细比。 AIi maxyx),()(max0maxil（4.4）第21页/共55页第二十二页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件第22页/共55页第二十三页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴

20、心受力构件4.3 轴心受压构件的稳定轴心受压构件的稳定长细比较大长细比较大且且截面无削弱截面无削弱情况下，轴心受压构件一情况下，轴心受压构件一般不会因平均应力达到抗压强度设计值而丧失承般不会因平均应力达到抗压强度设计值而丧失承载能力，因而不必进行强度计算，载能力，因而不必进行强度计算，对轴心受压构件来说，确定构件截面的最重要因素对轴心受压构件来说，确定构件截面的最重要因素是是整体稳定整体稳定第23页/共55页第二十四页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件 所谓

21、的所谓的稳定稳定是指结构或构件受载变形后，所处平衡是指结构或构件受载变形后，所处平衡状态的属性。稳定分状态的属性。稳定分稳定平衡稳定平衡、随遇平衡随遇平衡、不稳定平衡不稳定平衡。 结构或构件失稳实际上为从稳定平衡状态经过结构或构件失稳实际上为从稳定平衡状态经过临界平临界平衡状态衡状态，进入不稳定状态，临界状态的荷载即为结构，进入不稳定状态，临界状态的荷载即为结构或构件的稳定极限荷载，构件必须工作在临界荷载之或构件的稳定极限荷载，构件必须工作在临界荷载之前。前。第24页/共55页第二十五页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of St

22、eel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件压杆平衡状态压杆平衡状态l lNNFFFNNNNNcrNcrNcrNcrNNNcrA稳稳定定平平衡衡状状态态B随随遇遇平平衡衡状状态态C临临界界状状态态第25页/共55页第二十六页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件 无缺陷的轴心受压构无缺陷的轴心受压构件（双轴对称的工型截面）件（双轴对称的工型截面）通常发生通常发生弯曲失稳弯曲失稳，构件，构件的变形发生了性质上的变的变形发生了性质上的变化，即构件

23、由化，即构件由直线形式直线形式改改变为变为弯曲弯曲形式，且这种变形式，且这种变化带有化带有突然突然性。性。4.3 轴心受压构件的稳定轴心受压构件的稳定第26页/共55页第二十七页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件 对某些对某些抗扭刚度较差抗扭刚度较差的轴心受压构件的轴心受压构件（十字形（十字形截面），当轴心压力达截面），当轴心压力达到临界值时，稳定平衡到临界值时，稳定平衡状态不再保持而发生微状态不再保持而发生微扭转。当轴心力在稍微扭转。当轴心力在稍微增加，则

24、扭转变形迅速增加，则扭转变形迅速增大而使构件丧失承载增大而使构件丧失承载能力，这种现象称为能力，这种现象称为扭扭转失稳转失稳。第27页/共55页第二十八页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件 截 面 为截 面 为 单 轴 对 称单 轴 对 称（T T形截面）的轴心形截面）的轴心受压构件受压构件绕对称轴失绕对称轴失稳稳时，由于截面形心和时，由于截面形心和剪切中心不重合，在发剪切中心不重合，在发生弯曲变形的同时必然生弯曲变形的同时必然伴随有扭转变形，这种伴随有扭转

25、变形，这种现象称为现象称为弯扭失稳弯扭失稳。第28页/共55页第二十九页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件理想轴心受压构件理想轴心受压构件（1 1）杆件为）杆件为等截面等截面理想直杆；理想直杆；（2 2）压力）压力作用线作用线与杆件与杆件形心轴重合形心轴重合；（3 3）材料为匀质，各项同性且无限弹性，符合虎克定律；）材料为匀质，各项同性且无限弹性，符合虎克定律；（4 4）构件无初应力，节点铰支。）构件无初应力，节点铰支。第29页/共55页第三十页，编辑于星期

26、三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件1、弹性弯曲屈曲、弹性弯曲屈曲 欧拉（欧拉（EulerEuler）早在）早在17441744年通过对理想轴心压杆年通过对理想轴心压杆的的整体稳定问题整体稳定问题进行的研究，当轴心力达到临界值时，进行的研究，当轴心力达到临界值时，压杆处于屈曲的压杆处于屈曲的微弯状态微弯状态。在弹性微弯状态下，根据外。在弹性微弯状态下，根据外力矩平衡条件，可建立平衡微分方程，求解后得到了著力矩平衡条件，可建立平衡微分方程，求解后得到了著名的名的欧拉临界力欧

27、拉临界力和和欧拉临界应力欧拉临界应力。第30页/共55页第三十一页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件NBzCyy屈 曲 弯 曲状 态ANz22/lEINcr22EANcrcr欧拉公式：欧拉公式：临界应力：临界应力：根据右图列平衡方程根据右图列平衡方程解平衡方程：得解平衡方程：得022 NydxydEI第31页/共55页第三十二页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structur

28、e第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件222cr2220EIEIEANll22EEEANNcr 欧拉临界力，常计作欧拉临界力，常计作NE E 欧拉临界应力，欧拉临界应力，E材料的弹性模量材料的弹性模量A压杆的截面面积压杆的截面面积 杆件长细比（杆件长细比（ = l0/i）i回转半径（回转半径（ i2=I/A）构件的计算长度系数构件的计算长度系数l构件的几何长度构件的几何长度第32页/共55页第三十三页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件1 1、理想轴心受压构

29、件、理想轴心受压构件弯曲屈曲临界力弯曲屈曲临界力随随抗弯刚度抗弯刚度的增加的增加和和构件长度构件长度的减小而增大；的减小而增大； 2 2、当构件两端为其它、当构件两端为其它支承支承情况时，通过杆件计算长度情况时，通过杆件计算长度的方法考虑。的方法考虑。 E E为常量为常量, , 因此因此crcr 不超过材料的比例极限不超过材料的比例极限 fp p2crp2Efpp/Ef或长细比或长细比第33页/共55页第三十四页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件2、弹塑性弯

30、曲屈曲、弹塑性弯曲屈曲 1889 1889年恩格塞尔，用应力应变曲线的切线模量代替欧年恩格塞尔，用应力应变曲线的切线模量代替欧拉公式中的弹性模量拉公式中的弹性模量E E，将欧拉公式推广应用于，将欧拉公式推广应用于非弹性范围非弹性范围. . 当当 ， ，压杆进入，压杆进入弹塑性弹塑性阶阶段。采用切线模量理论计算。段。采用切线模量理论计算。ppcrf22,ttcrE22,lIENttcrEt -切线模量切线模量 屈曲准则建立屈曲准则建立 的临界应力的临界应力应力应力- -应变曲线应变曲线fpcrE E第34页/共55页第三十五页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Desi

31、gn Principles of Steel Structure第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件力学缺陷对轴心受压构件弯曲屈曲的影响力学缺陷对轴心受压构件弯曲屈曲的影响实际轴心受压构件实际轴心受压构件几何缺陷：初始弯曲几何缺陷：初始弯曲初始偏心初始偏心力学缺陷：残余应力力学缺陷：残余应力ve0kN e0kN v00.3f0.3fy y0.3f0.3fy y0.3f0.3fy y0.3f0.3fy yrcrc=0.3f=0.3fy y第35页/共55页第三十六页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structu

32、re第四章第四章 轴心受力构件轴心受力构件力学缺陷对轴心受压构件弯曲屈曲的影响力学缺陷对轴心受压构件弯曲屈曲的影响1.1.残余应力的产生和分布规律残余应力的产生和分布规律A A、产生的原因、产生的原因 焊接时的不均匀加热和冷却；焊接时的不均匀加热和冷却； 型钢热扎后的不均匀冷却；型钢热扎后的不均匀冷却； 板边缘经火焰切割后的热塑性收缩；板边缘经火焰切割后的热塑性收缩； 构件冷校正后产生的塑性变形。构件冷校正后产生的塑性变形。B B、实测的残余应力分布较复杂而离散，分析时常、实测的残余应力分布较复杂而离散，分析时常采用其简化分布图（计算简图）。采用其简化分布图（计算简图）。第36页/共55页第三

33、十七页，编辑于星期三：四点 三十三分。+-0.361f0.361fy y0.805f0.805fy y(a)热扎工字钢热扎工字钢0.3f0.3fy y0.3f0.3fy y0.3f0.3fy y(b)热扎热扎H型钢型钢f fy y(c)扎制边焊接扎制边焊接0.3f0.3fy y1 1f fy y(d)焰切边焊接焰切边焊接0.2f0.2fy yf fy y0.75f0.75fy y(e)焊接焊接0.53f0.53fy yf fy y第五章第五章 轴心受力构件轴心受力构件第37页/共55页第三十八页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles o

34、f Steel Structure第五章第五章 轴心受力构件轴心受力构件0.3f0.3fy y0.3f0.3fy y0.3f0.3fy y0.3f0.3fy yrcrc=0.3f=0.3fy y=0.7f=0.7fy yf fy y（A）0.7f0.7fy y ffy yf fy y（B） =f=fy yf fy y（C）2. 2. 残余应力影响下短柱的残余应力影响下短柱的 曲线曲线以热扎以热扎H H型钢短柱为例：型钢短柱为例：=N/A=N/A0f fy yf fp prcrcf fy y- -rcrcABC第38页/共55页第三十九页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原

35、理 Design Principles of Steel Structure第五章第五章 轴心受力构件轴心受力构件 由于残余应力的存在，导致由于残余应力的存在，导致有效比例极限有效比例极限下降为下降为fp=fy- r。 有效比例极限（有效比例极限（fp=fy- r）与截面最大残余压应力有与截面最大残余压应力有关，关，残余压应力残余压应力大小一般在（大小一般在（0.32-0.57）fy之间。而之间。而残余残余拉应力拉应力一般在（一般在（0.5-1.0）fy之间。之间。第39页/共55页第四十页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of

36、Steel Structure第五章第五章 轴心受力构件轴心受力构件 残余应力对短柱应力应变曲线的影响残余应力对短柱应力应变曲线的影响是：降低是：降低了构件的比例极限；当外荷载引起的应力超过比例极限后，了构件的比例极限；当外荷载引起的应力超过比例极限后，残余应力使构件的平均应力应变曲线变成非线性关系，同残余应力使构件的平均应力应变曲线变成非线性关系，同时减小了截面的有效面积和有效惯性矩，从而降低了构件的时减小了截面的有效面积和有效惯性矩，从而降低了构件的稳定承载力。稳定承载力。=N/A=N/A0f fy yf fp prcrcf fy y- -rcrcABC第40页/共55页第四十一页，编辑于

37、星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第五章第五章 轴心受力构件轴心受力构件 根据前述压杆屈曲理论，当根据前述压杆屈曲理论，当 或或 时，可采用欧拉公式计算临界应力；时，可采用欧拉公式计算临界应力；ppfE rcypffAN 3. 3. 残余应力对构件稳定承载力的影响残余应力对构件稳定承载力的影响 当当 或或 时，截面时，截面出现出现塑性塑性区，由切线模量理论知，柱屈曲时区，由切线模量理论知，柱屈曲时, ,截面不出现卸截面不出现卸载区，塑性区应力不变而变形增加载区，塑性区应力不变而变形增加, ,微弯时截面的

38、弹性区抵微弯时截面的弹性区抵抗弯矩。抗弯矩。rcypffAN ppfE IIEIIlEIlEINecreecr 222222 因此因此, ,用截面用截面弹性区的惯性矩弹性区的惯性矩Ie代替代替全截面惯性矩全截面惯性矩I，即得柱的临界，即得柱的临界应力：应力：第41页/共55页第四十二页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第五章第五章 轴心受力构件轴心受力构件 柱屈曲可能的弯曲形式有两种：柱屈曲可能的弯曲形式有两种：沿强轴（沿强轴（x x轴）轴）和和沿弱轴（沿弱轴（y y轴）轴）因此：因此：th h

39、tkbkbb bxxyf fy yacacb1 1rtbrc第42页/共55页第四十三页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第五章第五章 轴心受力构件轴心受力构件th htkbkbb bxxy 残余应力对弱轴的影响要大于对强轴的影响（残余应力对弱轴的影响要大于对强轴的影响（k1，一般由经，一般由经验确定一数值验确定一数值）：远离弱轴的部分是残余压应力最大的部分，而）：远离弱轴的部分是残余压应力最大的部分，而远离强轴的部分则是兼有残余压应力和残余拉应力。远离强轴的部分则是兼有残余压应力和残余拉应力。

40、第43页/共55页第四十四页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第五章第五章 轴心受力构件轴心受力构件 )114(225 . 022)(2 kfbtkkbtbtfrtrcyrtrcycrycrx 或或 为消掉参数为消掉参数k，有以下补充方程：，有以下补充方程：由由abcabc得得: :f fy yacacb1 1rtbrc rtrcrtrckbkb 11即：即：由力的平衡可得截面平均应力由力的平衡可得截面平均应力: :th htkbkbb bxxy第44页/共55页第四十五页，编辑于星期三：四点

41、三十三分。EffEyyn 纵坐标是临界应力与屈服强度的比值纵坐标是临界应力与屈服强度的比值, ,横坐标是相对长细横坐标是相对长细比比( (正则化长细比正则化长细比) )。联合联合求解式求解式4-9和和4-11，即，即得得crx(x); 联合求解式联合求解式4-10和和4-11，即得，即得cry(y)。可将其画成无量纲曲线可将其画成无量纲曲线( (柱子曲线柱子曲线) )，如下；，如下；1.01.00ycrf n n欧拉临界曲线欧拉临界曲线1.01.0crxcrxcrycryE E仅考虑残余应力的柱子曲线仅考虑残余应力的柱子曲线第45页/共55页第四十六页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计

42、原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第五章第五章 轴心受力构件轴心受力构件构件几何缺陷对轴心受压构件弯曲屈曲影响构件几何缺陷对轴心受压构件弯曲屈曲影响00sinzyl1. 1. 构件初弯曲（初挠度）的影响构件初弯曲（初挠度）的影响假定：两端铰支压杆的初弯曲曲线为：假定：两端铰支压杆的初弯曲曲线为：根据内外力平衡条件，求解后可得到根据内外力平衡条件，求解后可得到挠挠度度y和和总挠度总挠度Y的曲线分别为的曲线分别为: :NNl/2l/2v0 0y0 0v1 1yzyvy0yNNM=N(y0+ y)zy 0yyNyEI 0sin1zyl00si

43、n1zYyylm/21z lyy0m/21z lYY中点的挠度：中点的挠度：第46页/共55页第四十七页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第五章第五章 轴心受力构件轴心受力构件中点的弯矩为：中点的弯矩为：0mm1NMNY式中，式中， =N/NE, NE为欧拉临界力；为欧拉临界力；1/(1- )为初挠度放大系数或弯矩放大系数。为初挠度放大系数或弯矩放大系数。0.50v0 0=3mm=3mm1.0Ym/v0 0=1mm=1mmv0 0=0=0ENNABBA 实际压杆并非无限弹性体，当实际压杆并非无限

44、弹性体，当N达到某值时，在达到某值时，在N和和Nv0的的共同作用下，截面边缘开始屈服共同作用下，截面边缘开始屈服(A或或A点点)，进入弹塑性，进入弹塑性阶段，其压力阶段，其压力-挠度曲线如虚线所示挠度曲线如虚线所示。最后在最后在N未达到未达到NE时失时失去承载能力，去承载能力，B或或B点点为其极限承载力。为其极限承载力。 第47页/共55页第四十八页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第五章第五章 轴心受力构件轴心受力构件 有初弯曲的轴心受压构件的荷载挠度曲线如图，具有有初弯曲的轴心受压构件的荷载

45、挠度曲线如图，具有以下特点：以下特点： y和和Y与与 0成正比，随成正比，随N的增大而加速增大；的增大而加速增大； 初弯曲的存在使压杆承载力低于欧拉临界力初弯曲的存在使压杆承载力低于欧拉临界力NE；当；当y趋于无穷时，趋于无穷时，N趋于趋于NE 第48页/共55页第四十九页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第五章第五章 轴心受力构件轴心受力构件 实际压杆并非无限弹性体，当实际压杆并非无限弹性体，当N达到某值时，在达到某值时，在N和和Mm的共同作用下，构件中点截面的最大压应力会首的共同作用下，构件中点截面的最大压应力会首先达到屈服点。假设钢材为完全弹塑性材料。当挠度先达到屈服点。假设钢材为完全弹塑性材料。当挠度发展到一定程度时，构件中点截面最大受压边缘纤维发展到一定程度时，构件中点截面最大受压边缘纤维的应力应该满足：的应力应该满足：0m11/1/yEMNNfAWAWAN NyEEfWAvAN 01)194(10 yEEf 第49页/共55页第五十页，编辑于星期三：四点 三十三分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第五章第五章 轴心受力