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(3)实腹式轴心受压构件的计算
实腹式轴心受压构件的计算包括强度、整体稳定、局部稳定和刚度四个方面的内容。
1)强度
轴心受压构件的强度计算公式同轴心受拉构件一样,采用公式(11-166),但式中N为轴心压力设计值,f为钢材抗压强度设计值。
2)整体稳定
a.概述
轴心受压构件,除构件很短及有了L洞等削弱时可能发生强度破坏外,往往当荷载还没有达到按强度考虑的极限值时,构件就会因屈曲而丧失承载力,即整体失稳破坏。稳定问题是钢结构中的一个突出问题,设计时应给予极大的重视。
材料力学中讨论了理想的轴心受压杆的整体稳定计算,但实际工程中并不存在这种理想的压杆。实际工程中的轴心受压构件常受到以下主要的不利因素的影响:
(a)初始缺陷
初始缺陷包括初弯曲和初偏心。构件在制造、运输和安装过程中,不可避免地会产生微小的初弯曲;由于构造或施工的原因,轴向压力没有通过构件截面的形心而形成偏心。
这样,在轴向压力作用下,构件侧向挠度从加载起就会不断增加,使得构件除受有轴向压力作用外,实际上还存在因构件挠曲而产生的弯矩(如图11-88),从而降低了构件的稳定承载力。
(b)残余应力
残余应力是指构件受力前,构件内就已经存在自相平衡的初应力。构件的焊接、钢材的轧制、火焰切割等会产生残余应力。图11-89给出了焊接工字形截面构件的残余应力(焊接应力)的分布(“+”号表示残余拉应力,“―”号表示残余压应力)。残余应力通常不会影响构件的静力强度承载力,因它本身自相平衡。但残余压应力将使其所处截面提早发展塑性,导致轴心受压构件的刚度和稳定承载力下降。
b.整体稳定计算
轴心受压构件整体稳定按下式计算:
《钢结构规范》对各种截面形式、不同的加工方法以及相应的残余应力分布模式,并考虑了1/1000杆长的初弯曲,共计算了96条稳定系数与长细比的关系曲线,最后按相近的计算结果归纳为a、b、c三条曲线,如图11―90所示。