哈尔滨工业大学（威海）§5.1轴心受力构件的应用和截面形式轴心受力构件定义轴心受拉构件——轴心拉杆轴心受压构件——轴心压杆柱的组成和形式组成和形式组成和形式轴心受力构件的分类实腹式构件：具有整体连通的截面，有三种常见形式①热轧型钢截面，如圆钢、圆管、方管、角钢、工字钢、T型钢、宽翼缘H型钢和槽钢等，常用工字形、H形和圆管②冷弯型钢截面，如卷边和不卷边的角钢或槽钢与方管③型钢或钢板连接而成的组合截面格构式构件：分肢（两个或多个）、缀件分肢：轧制槽钢或工字钢缀件：缀条或缀板，将各分肢连成整体，使其共同受力，并承受绕虚轴弯曲时产生的剪力。轴心受力构件需要验算的内容§5.2轴心受力构件的强度和刚度轴心受力构件以截面上的平均应力达到钢材的屈服强度作为强度计算准则。轴心受力构件以截面上的平均应力达到钢材的屈服强度作为强度计算准则。2.有孔洞等削弱◎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。计算普通螺栓连接时：并列时为净截面；错列时按I—I、Ⅱ—Ⅱ或Ⅲ-Ⅲ中的截面较小值计算对于高强度螺栓摩擦型连接摩擦力均匀分布于螺孔四周，在孔前接触面已传递一半的力其中：n为连接一侧的高强度螺栓总数；n1计算截面(最外列螺栓处)上的高强度螺栓数目；0.5—孔前传力系数。单面连接的单角钢轴心受力构件处于双向偏心受力状态，试验表明其极限承载力约为轴心受力构件极限承载力的85%左右因此单面连接的单角钢按轴心受力计算强度时，钢材强度设计值应乘以折减系数0.85残余应力对强度的影响焊接构件和轧制型钢构件均会产生残余应力残余应力是自相平衡的内力，在轴力作用下，除了使构件部分截面较早地进入塑性状态外，并不影响构件的静力强度残余应力对强度的影响焊接构件和轧制型钢构件均会产生残余应力残余应力是自相平衡的内力，在轴力作用下，除了使构件部分截面较早地进入塑性状态外，并不影响构件的静力强度§5.2.2轴心受力构件的刚度计算容许长细比受压构件弯曲变形后，附加弯矩效应远比受拉构件严重，因而容许长细比[λ]限制较严直接承受动力荷载的受拉构件也比承受静力荷载或间接承受动力荷载的受拉构件不利，容许长细比[λ]限制也较严长细比的计算方法l0x、l0y为构件的计算长度，l0为构件的几何长度μ为计算长度系数，根端部约束条件有关，见下节ix、iy为截面回转半径§5.3轴心受力构件的整体稳定§5.3.1整体失稳的现象§5.3.1整体失稳的现象轴心受压柱的失稳形式弯曲失稳：失稳时某个主轴平面内的变形迅速增加，达到临界承载力。双轴对称的工字形、箱形截面扭转失稳：压力达临界值时，突然发生微扭转，N再稍微增加，扭转变形迅速增大而使构件丧失承载能力，这种现象称为扭转失稳弯扭失稳：单轴对称（如T形截面）的轴心受压构件绕对称轴失稳时，发生弯曲产生弯矩的同时，在形心上产生剪力，由于形心与剪心不重合，在发生弯曲变形的同时必然伴随有扭转变形，故称为弯扭失稳钢结构中对不同失稳形式的考虑方法钢结构中压杆的板件较厚，构件的抗扭刚度较大，失稳时主要发生弯曲屈曲单轴对称截面的构件绕对称轴弯扭屈曲时，当采用考虑扭转效应的换算长细比后，也可按弯曲屈曲计算十字形截面限制在压杆中使用，一般不考虑扭转失稳问题弹性弯曲屈曲两端铰接、理想等截面，弹性屈曲的微弯状态时，由内外力矩平衡条件，求解后可得到著名的欧拉临界力公式：弹性弯曲屈曲两端铰接、理想等截面，弹性屈曲的微弯状态时，由内外力矩平衡条件，求解后可得到著名的欧拉临界力公式：Ncr——欧拉临界力，常计作NEE——欧拉临界应力，E——材料的弹性模量A——压杆的截面面积——杆件长细比（=l0/i）i——回转半径（i2=I/A）m----构件的计算长度系数l----构件的几何长度2）欧拉临界力的使用范围欧拉公式的推导中，假定材料无限弹性（E为常量），因此当临界应力超过钢材比例极限fp后，欧拉临界力公式不再适用，需满足：或：§5.3.2无缺陷轴心受压构件的屈曲1.残余应力的产生和分布规律§5.3.3力学缺陷对轴心受压构件弯曲屈曲的影响§5.3.3力学缺陷对轴心受压构件弯曲屈曲的影响0.3fy残余应力对构件稳定承载力的影响若σcr>fp，构件进入弹塑性阶段，塑性区＋弹性区塑性区：Et=0，失效不能继续承载弹性区：有效截面能继续承载表明考虑残余应力时，弹塑性屈曲的临界应力为弹性欧拉临界应力乘以折减系数Ie/IIe/I取决于构件截面形状尺寸、残余应力的分布和大小，以及构件屈曲时的弯曲方向如图翼缘为轧制边的工字形截面。由于残余应力的影响，翼缘四角先屈服，截面弹性部分的翼缘宽度为be，令则绕x轴和y轴失稳时的临界应力分别为：火焰切割钢板焊接而成的工字形截面。假设由残余应力的影响