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1、13 钢结构基本构件13.1 轴心受力构件一、轴心受力构件的特点和截面形式 轴心受力构件的分类 轴心受力构件的特点 1.轴心受拉构件特点： 仅需要进行强度条件验算和刚度条件验算（长细比），而且 其截面承载力主要是由强度条件控制，当然变形也必须满足规 范规定的长细比规定。2.轴心受压构件特点： 承载能力极限状态需要强度和稳定条件保证，而且常规下 常常由稳定条件控制。强度是以钢材的达到屈服点为极限状 态，而稳定是以钢材达到临界应力为极限状态，当然也必须 满足规范规定的长细比规定。轴心受力构件的截面形式 或二、轴心受力构件的强度、刚度和稳定性轴心受力构件强度：不论是轴心受压构件还是轴心受拉构件，其强
2、度承载能力极 限状态都是净截面平均应力达到钢材的屈服强度。即应使构件净截面平均应力不超过钢材的屈服强度，即轴心受力构件的刚度：为保证构件在使用荷载作用下具有足够的钢度，防止构件过 于柔细而产生影响正常使用的变形，应验算构件的长细比。 其计算表达式为 和规范中规定的轴心受力构件允许长细比详见教材 page119中表13.1和表13.2 。轴心受压构件整体稳定 1.理想轴压杆稳定屈曲形式 2.弯曲屈曲的临界应力： 第一类稳定问题： 具有杆件在临界状态前保持为直杆平衡状态，在到达临界状 态时又保持曲杆平衡状态的稳定问题称为第一类稳定问题；相 反，只有一种曲杆平衡的稳定问题称为第二类稳定问题。 理想轴
3、压杆的三个基本假定 欧拉公式及其适用条件： 欧拉临界力 欧拉临界应力 可取弹弹塑性阶阶段的切线线模量取代公式中的弹性模量E。即 实腹式压杆等稳条件和失稳方向的判断： 杆件总是朝向长细比较大方向失稳，即杆件承载力决定于长 细比较大者。而其等稳条件是 稳定公式为 当构件在弹性阶段以扭转屈曲或弯扭屈曲形式丧失稳定时 ，因为扭转变形的存在，构件的临界荷载要小。但是通过分 析可知，对弹性扭转屈曲或弯扭屈曲，只要以换算长细比代 替欧拉公式中的长细比，可按弯曲屈曲计算公式计算其整体 稳定承载力。3.设计规范对轴心受压杆件稳定承载力的计算规定：普通钢结构采用的双轴对称截面轴心受压杆件截面形式大 多决定于弯曲屈
4、曲失稳，所以钢结构设计规范按照弯曲屈曲来 确定轴心受压杆件的稳定承载力。杆件的初弯曲和荷载的初偏心影响： 初偏心和初弯曲都会使杆件临界力下降，且其值越大 ，临界力下降也越大。 残余应力的影响： 残余应力的压力部分在外压力作用下将提前屈服而发展塑 性，使截面的弹性范围减小，全截面刚度下降。残余应力的存在降低了轴压杆件的临界力，残余应力不 同影响也不同；残余应力对轴压杆件稳定承载力影响，对弱轴临界应力的 影响远大于对强轴临界应力的影响。 设计规范对轴压杆件稳定承载力的计算：现行规范对轴压杆件临界力的计算，考虑了千分之一的初挠 度，忽略了荷载的初偏心，并计入焊接残余应力的影响，根据压 溃理论用有限元
5、法计算了各种残余应力情况下构件的临界力。计算公式为 :可根据长细比和截面类型查教材 page244245中附表求解规范对各种截面形式、不同加工方法及14种残余应力分布模式共计算了96条关系曲线， 最后按计算结果归纳了a、b、c三类，新规范考虑高层组合柱钢板厚度 时，焊接应力对柱子临界力影响将更大，故新增加了d类截 面，采用了四条柱子曲线（page123图13.6）。 对于除十字形截面以外的双轴对称截面可以直接由其两个方向 的构件长细比分别查得其稳定系数和则应考虑其换算长细比后按所得的较小 对于其他截面形式，换算长细比具体计算公式可参见教材page123126规定。 实腹式压杆的局部稳定问题：实腹式轴心压杆设计时，为节约钢材应尽可能采用宽展的截 面，少用材料。而这类宽而薄的板材在均布压应力作用下可能 会产生先于构件整体稳定屈曲的局部屈曲失稳，此称为轴压杆 件的局部失稳。对于工字形截面和H形截面，设计规范按照等稳设计原则， 根据腹板局部稳定的临界应力等于轴压杆件整体稳定临界应力 的条件来确定腹板需要的厚度和翼缘板的宽厚比，即： 和实腹式柱截面形式确定原则 ：宽肢薄壁原则 等稳定性原则制造省工原则连接方便原则 三、柱头和柱脚构造
