构件的截面承载能力—强度VIP免费

第3章构件的截面承载能力——强度3.1轴心受力构件的强度及截面选择3.1.1轴心受力构件的应用和截面形式一、轴心受力构件的应用1.主要承重钢结构，如平面、空间和架和网架等。2.工业建筑的平台和其他结构的支柱3.各种支撑系统二、轴心受力构件的截面形式1.轴心受力构件的截面分类第一种：热轧型钢截面：圆钢、圆管、方管、角钢、工字钢、T型钢和槽钢等，如图3-1（a）。第二种：冷弯薄壁型钢截面：带卷边或不带卷边的角形、槽形截面和方管等，如图3-1（b）。第三种：用型钢和钢板连接而成的组合截面：实腹式如图3-1（c），格构式如图3-1（d）。2.对轴心受力构件截面形式的共同要求是（1）能提供强度所需要的截面积;（2）制作比较简便;（3）便于和相邻的构件连接;（4）截面开展而壁厚较薄，以满足刚度要求：对于轴心受压构件，截面开展更具有重要意义，因为这类构件的截面积往往取决于稳定承载力，整体刚度大则构件的稳定性好，用料比较经济。对构件截面的两个主轴都应如此要求。根据以上情况，轴心压杆除经常采用双角钢和宽翼缘工字钢截面外，有时需采用实腹式或格构式组合截面。格构式截面容易使压杆实现两主轴方向的等稳定性，同时刚度大，抗扭性能好，用料较省。轮廓尺寸宽大的四肢或三肢格构式组合截面适用于轴心压力不甚大，但比较长的构件以便满足刚度、稳定要求。在轻型钢结构中采用冷弯薄壁型钢截面比较有利。3.1.2轴心受拉构件的强度由钢材的应力应变关系可知，轴心受拉构件的承载极限是截面的平均应力达到钢材的抗拉强度。但拉杆达到此强度极限时会发生突然的断裂，缺少必要的安全储备。另外，当构件毛截面的平均应力超过钢材的屈服强度时，由于构件塑性变形的发展，会使结构的变形过大以致不符合继续承载的要求。因此，拉杆毛截面上的平均应力应以不超过屈服强度为准则。对于有孔洞的受拉构件，孔洞附近有如图3-2（a）所示的应力集中现象。孔壁边缘最大应力可能达到弹性阶段的3～4倍。当孔壁边缘的最大应力达到屈服强度以后．应力不再增加而塑性变形持续发展。此后，由于应力重分布，净截面的应力可以均匀地达到屈服强度，如图3-2(b)。如果拉力仍继续增加．不仅构件的变形会发展过大，而且孔壁附近因塑性应变过分发展而有首先被拉断的可能性。规范对轴心受力构件的强度计算，规定净截面的平均应力不应超过钢材的强度设计值。从构件的受力性能看，—般是偏于安全的。受拉构件的强度计算公式是：fANn≤=σ（3-1）式中:N——轴心拉力的设计值；An——构件的净截面面积；Ryffγ/=——钢材的抗拉强度设计值。3.1.3轴心受压构件的强度轴心受压构件的强度原则上和受拉构件没有区别。有孔洞削弱的压杆净截面强度计算公式是：fANn≤=σ式中:N——轴心压力的设计值；An——构件的净截面面积；Ryffγ/=——钢材的抗压强度设计值。不过一般情况下，轴心受压构件的承载力是由稳定条件决定。3.1.4索的受力性能和强度计算钢索是一种特殊的受拉构件，广泛应用于悬索结构，张拉结构、桅杆纤绳和预应力结构等。悬索作为柔性构件，其内力不仅和荷载作用有关．而且和变形有关，具有很强的几何非线性．需要由二阶分析来计算内力。悬索的内力和位移可按弹性阶段进行计算，通常采用下列基本假定：(1)索是理想柔性的，不能受压，也不能抗弯。(2)索的材抖符合虎克定律。图3-4中实线为高强钢丝组成的钢索在初次拉伸时的应力—应变曲线。加载初期(图中0-1段)存在少量松弛变形，随后的主要部分(1-2段)基本上为一直线。当接近极限强度时，才显示出明显的曲线性质(2-3段)。实际工程中，钢索在使用前均需进行预张拉，以消除0-1段的非弹性初始变形，形成(图3-4)中虚线所示的应力—应变曲线关系。在很大范围内钢索的应力应变符合线性关系。钢索一般为高强钢丝组成的平行钢丝束、钢绞线，钢丝绳等，根据结构形式的不同，有时也可用圆钢或型钢。钢索的强度计算，目前国内外均采用容许应力法，按下式计算：KfANk≤max式中：Nkmax——按恒载(标准值)，活载(标准值)、预应力、地震荷载，温度等各种组合工况下计算所得的钢索最大拉力标准值；A——钢索的有效截面积；fk——钢家材料强度的标准值；K——安全系数．宜...