1.軸心受力構(gòu)件的分類:
隔構(gòu)式構(gòu)件和實復(fù)試構(gòu)件兩種。隔構(gòu)式構(gòu)件:由兩個或多個分肢用綴材連接而成。截面上通過分肢腹板的軸線叫做實軸,通過綴板平面的叫虛軸。綴材的作用是將各個分肢連成整體,并承受構(gòu)件繞虛軸彎曲時的剪力。綴材分為綴板和綴條兩種,綴板常用鋼板,必要時采用型鋼。隔構(gòu)式構(gòu)件的抗扭剛度較大。容易實現(xiàn)兩主軸方向穩(wěn)定承載力相當。
2.軸心受力構(gòu)件的強度和剛度計算:長細比:軸心受力構(gòu)件的計算長度L0與構(gòu)件的回轉(zhuǎn)半徑i的比值。受拉桿件的容許長細比:桁架構(gòu)件350,250,250。柱間支撐300、200、受壓桿件的容許長細比:柱、桁架和天窗架中構(gòu)件,柱間支撐。
3.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性:
、倨胶獾呐R界狀態(tài),即隨遇平衡。構(gòu)件失穩(wěn)時的變形狀態(tài):彎曲變形、扭轉(zhuǎn)變形、既有彎曲又有扭轉(zhuǎn)的變形。分別對應(yīng)彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲、彎扭屈曲。
、谳S心受壓構(gòu)件由內(nèi)力與外力平衡的穩(wěn)定狀態(tài)進入不穩(wěn)定狀態(tài)的分界標志是臨界狀態(tài)。
4.雙軸對稱截面軸心受壓構(gòu)件的屈曲形式一般為彎曲屈曲,只有當截面的扭轉(zhuǎn)剛度較小時,才有可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)屈曲。單軸對稱截面軸心受壓構(gòu)件繞非對稱軸屈曲時,為彎曲屈曲。若繞對稱軸屈曲時,由于軸心壓力通過的截面形心與截面的扭轉(zhuǎn)中心不重合,此時發(fā)生的彎曲變形總伴隨著扭轉(zhuǎn)變形,為彎扭屈曲。截面無對稱軸的軸心受壓構(gòu)件,其屈曲變形都為彎扭屈曲。
5.理想軸心受壓構(gòu)件:由彈性材料制成的、無初彎曲、無偏心距、無殘余應(yīng)力的軸心受壓構(gòu)件。雙軸對稱的理想受壓構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定通常為彎曲失穩(wěn)。
6.理想軸心受壓構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)失穩(wěn):扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)破壞。計算時需要計算換算長細比。
理想軸心受壓構(gòu)件的彎扭失穩(wěn):對于單軸對稱T形截面軸心受壓構(gòu)件,在繞對稱軸失穩(wěn)時為彎扭失穩(wěn)。
7.各種缺陷對軸心受壓構(gòu)件整體性的影響:
、俪鯊澢鷮(gòu)件整體性的影響:在加工和制作以及搬運的過程中產(chǎn)生的。在初彎曲的作用下,從加載開始,構(gòu)件就產(chǎn)生撓曲變形,撓度y和撓度總值Y與初彎曲成正比。隨著撓度的增大,附加彎矩也增大。
、诤奢d初偏心距對構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響:荷載初偏心距對軸心受壓構(gòu)件的影響與初彎曲類似。
、蹥堄鄳(yīng)力對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的影響:殘余應(yīng)力是指還未受荷載之前存在域構(gòu)件之中自相平衡的初始應(yīng)力。一般情況下,溫度高或冷卻慢的部位初始殘余拉應(yīng)力,溫度低或冷卻快的部位產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。殘余應(yīng)力的分布和大小與構(gòu)件截面的形狀、尺寸、制造方法和加工過程有關(guān)。
8.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性計算:考慮初彎曲和殘余應(yīng)力的影響,引入整體穩(wěn)定性系數(shù)ψ,和長細比λ。構(gòu)件長細比的計算分:雙軸對稱和極對稱構(gòu)件;截面為單軸對稱構(gòu)件(繞對稱軸旋轉(zhuǎn)時需要換算長細比);單角鋼和雙角鋼組合T形截面繞對稱軸的計算;單軸對稱的軸心受壓構(gòu)件在繞非對稱主軸以外的任一軸失穩(wěn)時,應(yīng)按照彎扭屈曲計算其穩(wěn)定性。
9.軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計:軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計應(yīng)該滿足強度、剛度、整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性要求。
10.實腹式受壓構(gòu)件的設(shè)計:設(shè)計時主要是確定截面尺寸,然后驗算是否滿足設(shè)計要求,不滿足時需要進行截面調(diào)整后再進行驗算。
11.軸心受壓型鋼構(gòu)件設(shè)計的步驟:
①假定構(gòu)件的長細比λ(先選定長細比λ再更加長細比確定未知量ψ和A,一般假定λ=50—100)②計算所需繞兩個軸的回轉(zhuǎn)半徑。
、鄢踹x截面規(guī)格尺寸(根據(jù)所需的A、ix iy選擇截面規(guī)格)
、茯炈闶欠駶M足設(shè)計要求(不滿足時,需要進行截面調(diào)整,再驗算是否滿足要求)。
12.隔構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載能力設(shè)計:①繞實軸的整體穩(wěn)定性承載力,②繞虛軸的整體穩(wěn)定承載力。
繞實軸旋轉(zhuǎn):實腹式構(gòu)件的抗剪剛度大,由橫向剪力引起的變形很小,對構(gòu)件的承載力降低不到1%,可以忽略不計、當構(gòu)件繞實軸喪失整體穩(wěn)定性時,隔構(gòu)式構(gòu)件的兩個肢相對于兩個實腹構(gòu)件,計算時與實復(fù)試構(gòu)件計算相同。
繞虛軸旋轉(zhuǎn):當隔構(gòu)式構(gòu)件繞虛軸喪失穩(wěn)定性時,構(gòu)件中產(chǎn)生的剪力要由比較弱的綴材來承擔(dān),由橫向剪力引起的構(gòu)件變形較大,使構(gòu)件的穩(wěn)定承載能力顯著降低。此時,如果采用換算長細比,就可以獲得與實復(fù)試構(gòu)件相同的臨界應(yīng)力表達式,且計入了剪切變形引起的構(gòu)件穩(wěn)定承載力的降低。在計算換算長細比時分雙肢綴板構(gòu)件和雙肢綴調(diào)構(gòu)件計算。
13.分肢的穩(wěn)定性:隔構(gòu)式的分肢是組成整體截面的一部分,在綴材節(jié)點之間是一個單獨的實腹受壓構(gòu)件。所以,在設(shè)計時,應(yīng)保證各分肢不先于構(gòu)件整體喪失穩(wěn)定性。由于初始彎矩等缺陷的影響,可能使構(gòu)件在彎曲狀態(tài)受力,從而產(chǎn)生附加彎矩和剪力。附加彎矩使分肢的內(nèi)力不等,附加剪力使綴板構(gòu)件產(chǎn)生彎矩。此外,分肢截面的類別可能比整體的低。這些都是分肢的穩(wěn)定承載力降低。所以需要對分肢長細比進行限制:對綴條λ1<0.7λmax。是分對于綴板λ1<0.5λmax,且λ1≤40。
14.為什么軸心受力構(gòu)件強度驗算用凈截面,剛度和整體穩(wěn)定驗算卻用毛截面?
答:強度問題研究構(gòu)件異構(gòu)最不利點的應(yīng)力或最不利截面的內(nèi)力限值,它與材料的強度極限,截面面積的大小有關(guān),穩(wěn)定問題研究構(gòu)件或結(jié)構(gòu)受荷載變形后平衡狀態(tài)的屬性及相應(yīng)臨界荷載,它與構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的整體剛度有關(guān),因為構(gòu)件的部分削弱對其變形或整體剛度影響不大,所以強度問題按凈截面,剛度和穩(wěn)定性驗算按毛截面。
15.實腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計原則:
(1)肢寬壁。涸跐M足板件寬厚比限值的條件下使截面面積分布盡量遠離形心軸,以增大截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑,提高構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載能力和剛度,達到用料合理。(2)等穩(wěn)定性:使構(gòu)件在兩個主軸方向的穩(wěn)定系數(shù)接近,兩個主軸方向的穩(wěn)定承載力基本相同,以充分發(fā)揮截面的承載能力。一般情況下,取兩個主軸方向的長細比接近相等,即
來保證等穩(wěn)定性。(3)制造省工:應(yīng)使構(gòu)造簡單,能充分利用現(xiàn)代化的制造能力和減少制造工作量。如設(shè)計便于采用自動焊的截面(工字形截面等)和盡量使用型鋼,這樣做雖然有時候用鋼量會增多,但因制造省工時和型鋼價格較低,故相對而言可能仍比較經(jīng)濟。(4)連接簡便:桿件應(yīng)便于與其他構(gòu)件連接。在一般情況下,截面以開敞式為宜。對封閉式的箱形和管形截面,由于連接較困難,只在特殊情況下使用。
16.格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件采用換算長細比的物理意義?
答:格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件對實軸的穩(wěn)定性承載力計算與實腹式完全相同,因為它相當于兩個并排的實腹式構(gòu)件,但格構(gòu)柱對虛軸的穩(wěn)定性卻具有相同的長細比的實軸的穩(wěn)定性承載力小,因為格構(gòu)柱是由柱肢和綴件組成的,分肢每隔一定距離用綴件連接起來,綴件的變形,助長了柱在虛軸方向的屈曲破壞,降低了構(gòu)件在虛軸方向的臨界力。為考慮綴件變形的臨界力降低的影響,根據(jù)理論推導(dǎo),設(shè)計計算時,采用加大的換算長細比來代替構(gòu)件對虛軸的實際長細比,用來表征構(gòu)件綴件變形對構(gòu)件在虛軸方向穩(wěn)定性承載力的降低。
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