轴心受力构件
轴心受力构件
第4章 轴心受力构件4.1 概述轴心受力构件广泛地应用于钢结构承重构件中，如钢屋架、网架、网壳、塔架等杆系结构的杆件，平台结构的支柱等。
这类构件，在节点处往往做成铰接连接，节点的转动刚度在确定杆件计算长度时予以适当考虑，一般只承受节点荷载。
根据杆件承受的轴心力的性质可分为轴心受拉构件和轴心受压构件。
一些非承重构件，如支撑、缀条等，也常常由轴心受力构件组成。
轴心受力构件的截面形式有三种：第一种是热轧型钢截面，如图4-1(a )中的工字钢、H 型钢、槽钢、角钢、T 型钢、圆钢、圆管、方管等；第二种是冷弯薄壁型钢截面，如图4-1(b )中冷弯角钢、槽钢和冷弯方管等；第三种是用型钢和钢板或钢板和钢板连接而成的组合截面，如图4-1(c )所示的实腹式组合截面和图4-1(d ) 所示的格构式组合截面。
轴心受力构件的截面必须满足强度、刚度要求，且制作简单、便于连接、施工方便。
因此，一般要求截面宽大而壁厚较薄，能提供较大的刚度，尤其对于轴心受压构件，承载力一般由整体稳定控制，宽大的截面因稳定性能好从而用料经济，但此时应注意板件的局部屈曲问题，板件的局部屈曲势必影响构件的承载力。
4.2 轴心受力构件的强度轴心受力构件的强度计算是以构件的净截面达到屈服应力为限ynf A N ==σ根据概率极限状态设计法，N 取设计值（标准值乘以荷载分项系数），yf 也去设计值（除以抗力分项系数087.1=Rγ）即f，钢材设计强度见附表1.1，P313。
表达式为fA N n≤ （4.1）nA 为轴心受力构件的净截面面积。
在螺栓连接轴心受力构件中，需要特别注意。
4.3 轴心受力构件的刚度为满足正常使用要求，受拉构件（包括轴心受拉、拉弯构件）、受压构件（轴心受压构件、压弯构件）不宜过分细长，否则刚度过小，制作、运输、安装过程中易弯曲（P118列出四种不利影响）。
受拉和受压构件的刚度通过长细比λ控制][),max(max λλλλ≤=y x （4.4） 式中x x x i l /0=λ，yy y i l /0=λ；][λ为容许长细比，见表4.1，4.2。
轴心受力构件
④在设有夹钳吊车或刚性料耙吊车的厂房中，支撑(表中第2项除外)的长细比不宜超过300。
⑤受拉构件在永久荷载与风荷载组合作用下受压时，其长细比不宜超过250。
⑥跨度等于或大于60m的桁架，其受拉弦杆和腹杆的长细比不宜超过300（承受静力荷载）或250（承受动力荷载）。
§6-3轴心受压构件的整体稳定
6.3.1轴心受压构件的整体失稳现象
图6.2.2净截面面积的计算
对于高强度螺栓摩擦型连接的构件，可以认为连接传力所依靠的摩擦力均匀分布于螺孔四周，故在孔前接触面已传递一半的力（图6.2.3）。因此，最外列螺栓处危险截面的净截面强度应按下式计算：
(6.2.3)
式中 ；
—连接一侧的高强度螺栓总数；
—计算截面(最外列螺栓处)上的高强度螺栓数目；
1．弹性弯曲屈曲
图6.3.2为两端铰接的理想等截面构件，当轴心压力N达到临界值时，处于屈曲的微弯状态。在弹性微弯状态下，由内外力矩平衡条件，可建立平衡微分方程，求解后可得到著名的欧拉临界力(Eulercriticalforce)公式为：
对无孔洞等削弱的轴心受力构件，以全截面平均应力达到屈服强度为强度极限状态，
应按下式进行毛截面强度计算：
（6.2.1)
式中 —构件的轴心力设计值；
—钢材抗拉强度设计值或抗压强度设计值；
轴心受力构件
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第6章 轴心受力构件 第三节 轴心受压构件旳受力性能
2 承载力极限状态旳计算内容 （1）截面强度破坏
（2）构件整体失稳（屈曲）
（3）板件局部失稳（屈曲） 限制受压板件旳宽厚比
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第6章 轴心受力构件 第三节 轴心受压构件旳受力性能
3 稳定问题旳某些概念 （1）应力刚化效应 拉力提升构件旳弯曲刚度 压力降低 （2）只要构件旳截面中存在受压区域，就可能存在稳定问题 （3）强度问题是应力问题，针正确是构件最单薄旳截面，加大截面 积即可提升构件旳强度，计算以净截面为准 （4）稳定问题是刚度（变形）问题，针正确是构件整体，减小变形 （提升刚度）旳措施都能够提升构件旳稳定性，计算以毛截面为准
➢ 根据截面残余应力旳峰值大小和分布，弯曲屈曲旳方向，将截面 分为a、b、c三类，相应地得到a、b、c三条柱子曲线
44
第6章 轴心受力构件 第七节 规范中实腹式轴压构件弯曲屈曲时整体稳定计算
➢ a类截面临界应力最高，残余应力对临界应力起有利作用或影响 很小，只涉及两种截面： ✓ 绕强（x）轴屈曲时旳热轧工字钢和热轧中翼缘、窄翼缘H型钢 ✓ 热轧无缝钢管
（1）发生弯扭屈曲旳条件 ✓ 截面形式：单轴对称截面 ✓ 失稳方向：绕对称轴失稳。绕非对称轴失稳必然是弯曲失稳 ✓ 原因：形心和剪心不重叠，弯曲时截面绕剪心转动
51
第6章 轴心受力构件 第八节 实腹式轴压构件弯扭屈曲时整体稳定计算
（2）单角钢截面、双角钢组合截面弯扭屈曲旳规范计算措施 ➢ 用换算长细比 （考虑扭转效应）替代弯曲屈曲时旳长细比 查得稳定系数 ，再按下列公式验算杆件旳稳定
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第6章 轴心受力构件 第七节 规范中实腹式轴压构件弯曲屈曲时整体稳定计算
轴心受力构件
还使得构件极限承载力显著降低，同时初弯曲和自重产生的 挠度也将对构件的整体稳定带来不利影响。
（2）扭转屈曲——失稳时除杆件的支撑端外，各截面均绕纵轴扭转，是某 些双轴对称截面可能发生的失稳形式。 （3）弯扭屈曲——单轴对称截面绕对称轴屈曲时，杆件发生弯曲变形的同 时必然伴随着扭转。
5.2 实腹式轴压柱的整体稳定
2.理想轴心压杆的弹性屈曲概念 N
稳 定 平 衡F 状 态
对两端铰支的理想细长压杆， 当压力N较小时，杆件只有轴心压 缩变形，杆轴保持平直。如有干扰 使之微弯，干扰撤去后，杆件就恢 复原来的直线状态，这表示直线状 态的平衡是稳定的。
可认为连接传力所依靠的摩擦力均匀分布于螺孔四周，故在孔前接触面 已传递一半的力，因此最外列螺栓处危险截面的净截面强度应按下式计算：
N
N f
An,1
其中：An,1 b n1 d0 t
N’
N
N
N
1
Байду номын сангаас
0.5n1 n
n1 计算截面上的螺栓数；
n 连接一侧的螺栓总数。
轴心受力构件对刚度提出限值要求的原因
第5章 轴心受压构件
Axially compressive member
5.1 概述
轴心受力构件是指承受通过截面形心轴线的轴向力作用的构件。
N
N
轴心受力构件广泛应用于各种钢结构之中，如 网架与桁架的杆件、钢塔的主体结构构件、双跨 轻钢厂房的铰接中柱、带支撑体系的钢平台柱等。
轴心受力构件
轴心受力构件是指受到力沿着其中心轴线方向作用的构件，包括拉杆、柱子、管道等等。
在机械工程中，充当着至关重要的角色，它们能够在不同的应用场景中承受压力、弯曲和剪切等力量，从而使得机械设备得以正常运转。
让我们深入探讨的运用和作用。
一、的类型及应用常常分为拉压杆和管子。
拉杆用于承受拉伸力，管子用于承受高压液力或燃气力。
在机械设计中，这些构件通常被用于桥梁、塔楼、建筑物和车辆等结构的建造中。
同时，也被广泛应用在航空、航天和船舶设计中，纤维材料的应用更是增强了的使用范围。
二、的受力分析的设计需要考虑很多因素，如承受的荷载大小、材料的强度和刚度、构件的长度和支承方式等。
在实际使用过程中，还需要考虑力的传导和使构件具备符合要求的变形能力等因素。
在受力分析中，的力学特性是重要的。
如果设计不当，构件可能会承受破坏性变形，从而导致严重事故的发生。
例如，当长度超过一定比例时，由于柔性构件的配重达到了高峰值，会导致塔架的共振而倒塌。
三、的设计方法的设计需要考虑构件的应用领域、材料的种类和强度、以及构件长度及支承方式等因素。
设计师需要根据具体的要求进行选择和修改，并根据设计结果进行适当的测试和验证。
其中，材料的选择是重要的一环。
常见的材料有钢、铝和钛合金，选择合适的材料可以提高构件的强度和硬度，从而承受更大的压力。
在设计过程中，还需要使用工具进行力学分析，如荷载分析、变形分析和应力分析等。
对于复杂的结构，还可以通过CAD或其他软件进行模拟和分析。
最终的结果需要根据实际的实验测试结果进行优化，以确保能够达到设计要求。
四、的优化和改进的优化和改进是一个长期的研究领域。
近年来，各国的专家学者已经提出了许多新的方法和技术，如新材料的应用、优化的结构设计和精确的力学分析方法等。
这些技术的不断进步和应用，使得的质量和使用效果都得到了极大的提高。
总之，是机械工程中不可或缺的部分。
在未来，随着科技的进步，的研究将逐步深化，并得到更广泛的应用。
轴心受力构件
4
k
I
2z
2y
2z
2
4 1 a02
/ i02
2y2z
1/
2
通常Nyz恒比Ny和Nw小，因此a0/i0越大， Nyz越小，但可能大
于N
，因此对称截面的承载力决定于
Ex
N
Ex
和Nyz中的较小者。
第四章 轴心受力构件
§4.3.2 初始缺陷对轴心压杆的整体稳定承载力影响
前面介绍的是理想压杆的临界力，实际构件与理想状态有 很大的差别，构件总有初弯曲、初偏心、残余应力存在。理 想的轴心压杆是不存在的。其中初弯曲、初偏心及残余应力 的影响为不利影响，而边界条件的影响往往是有利的（悬臂 杆除外）。
4.3.1 理想轴心压杆的临界力
轴心受力构件由于截面形式不同，可能有三种不同的屈 曲形式而丧失稳定。
弯曲屈曲 对称平面内失稳
扭转屈曲 十字截面
弯扭屈曲 非对称平面内失稳
4.3 轴心压杆的整体稳定
第四章 轴心受力构件
4.3.1 理想轴心压杆的临界力
4.3 轴心压杆的整体稳定
第四章 轴心受力构件
4.3.1 理想轴心压杆的临界力
β为与截面形状有关的系数。
d2y dx2
N EI
y
N
GA
d2y dx2
y(1 N ) N y 0
GA EI
k
2
N E I (1
N
)
GA
y k 2 y 0
代入边界条件x＝0和x＝l时，y=0，满足上式的最小k值
k2
N E I (1
N
)
2
l2
第四章-轴心受力构件
2
300
200
有重 级工 作制 吊车 旳
厂房
250
－
受压构件旳允许长细比
项次
构件名称
允许长 细比
柱、桁架和天窗架中旳杆件
1 柱旳缀条、吊车梁或吊车桁架 150 下列旳柱间支撑
支撑（吊车梁或吊车桁架下列
旳柱间支撑除外）
2
200
用以降低受压构件长细比旳杆
件
第二节 轴心受压构件旳整体稳定
3、理想构件旳弹性弯曲失稳
根据右图列平衡方程
d2y EI dx2 Ny 0
解平衡方程：得
欧拉临界力只合用
N cr
π2 EI l02
π2 E λ2
A
于材料为弹性时旳 情况，应力一旦超 出材料旳百分比极
σ cr
N cr A
π2 E λ2
限，则欧拉公式不 再合用。
4、理想构件旳弹塑性弯曲失稳
构件失稳时假如截面应力超出弹性
ix( y)
Ix( y) A
实腹式轴心受压构件旳稳定性应按下式计算:
N ≤f
A
A为杆件毛截面面积
式中 为整体稳定系数，实质是临界应力与屈
服点旳比值。柱旳临界应力与截面形状、力作用方
向等有关，
— 轴心受压构件的整体稳定系数
根据构件截面分类取由λx,λy,λyz
fy 决定的
235
max
（1）规范现对t 40mm旳轴压构件作了专门要求。同步补充了d 类
r
2Er 2
5、实际构件旳整体稳定 实际构件与理想构件间存在着初始缺陷，缺陷主要有：
初始弯曲、残余应力、初始偏心。 ⑴、初始弯曲旳影响
1.一经加载产生 挠度，先慢后快
钢结构轴心受力构件
钢结构轴心受力构件在钢结构的世界里，轴心受力构件是其中一类至关重要的组成部分。
它们在建筑结构、桥梁工程以及各类工业设施中都扮演着不可或缺的角色。
那么，什么是钢结构轴心受力构件呢？简单来说，就是在承受外力作用时，构件的截面形心与外力的作用线重合，从而使构件沿着其轴线方向承受拉力或压力的钢结构部件。
钢结构轴心受力构件主要包括轴心受拉构件和轴心受压构件两种类型。
先来说说轴心受拉构件。
这类构件在实际应用中非常常见，比如钢结构中的吊车梁、屋架中的下弦杆等。
当构件受到拉力作用时，其内部的应力分布相对均匀，主要承受拉应力。
在设计轴心受拉构件时，我们需要重点考虑的是材料的抗拉强度。
因为一旦拉力超过了材料的抗拉极限，构件就会发生破坏。
为了保证轴心受拉构件的可靠性和安全性，我们在选材上要格外谨慎。
一般会选择高强度的钢材，以充分发挥其抗拉性能。
同时，在连接节点的设计上也不能马虎，要确保连接牢固，避免出现松动或断裂的情况。
接下来谈谈轴心受压构件。
轴心受压构件在钢结构中也有着广泛的应用，例如柱子、桁架中的受压弦杆等。
与轴心受拉构件不同，轴心受压构件的受力情况要复杂得多。
当受到压力作用时，构件可能会发生整体失稳或者局部失稳的现象。
整体失稳是指整个构件突然发生弯曲变形，失去承载能力。
而局部失稳则是指构件的某个局部区域出现了屈曲现象。
为了防止这些失稳情况的发生，我们在设计轴心受压构件时，需要考虑很多因素。
首先，要合理选择构件的截面形状和尺寸。
常见的截面形状有圆形、方形、矩形等。
对于较大的压力，通常会选择回转半径较大的截面形状，以提高构件的稳定性。
其次，要控制构件的长细比。
长细比是指构件的计算长度与截面回转半径的比值。
长细比越大，构件越容易失稳。
因此，在设计时要通过合理的布置和支撑，减小构件的计算长度，从而降低长细比。
此外，还需要考虑材料的抗压强度和屈服强度。
在实际工程中，为了提高轴心受压构件的稳定性，常常会采用一些加强措施，比如设置纵向加劲肋、横向加劲肋等。
轴心受力构件
λmax≤[λ]
三、相关设计计算
在进行轴心受力构件的设计时，对于承载能力的极 限状态，受拉构件一般以强度控制，而受压构件则需要 考虑同时满足强度和稳定的要求。对于正常使用的极限 状态，是通过保证构件的刚度——即限制其长细比来满 足。 因此，按照其受力性质的不同，轴心受拉构件的设 计需要分别进行强度和刚度验算；而轴心受压构件的设 计需分别进行强度、稳定和刚度的验算。
第三节 轴心受压构件的整体稳定
一、概述
1．定义 轴心压力超过某一值后，构件突然产生很大的变形 而丧失承载能力，称为轴心受压构件丧失整体稳定性或屈 曲。轴心受压构件通常是由整体稳定条件决定承载力。 2. 分类 依变形分为弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲。双轴对称 截面轴心受压构件的一般为弯曲屈曲，当截面的扭转刚度 较小时（如十字形截面），也可能发生扭转屈曲。单轴对 称截面轴心受压构件绕非对称轴屈曲时，为弯曲屈曲；若 绕对称轴屈曲时，由于轴心压力所通过的截面形心与截面 的扭转中心不重合，此时发生的弯曲变形总伴随着扭转变 形，属于弯扭屈曲。截面无对称轴的轴心受压构件，其屈 曲形式都属于弯扭屈曲。
3. 缀材设计 (1) 格构式轴心受压构件的剪力 规范以中高处截面边缘最大应力达屈服强 度为条件，导出的构件最大剪力V的简化算 fy Af 式为 V
85 235
设计缀材及连接时取剪力沿杆长不变。
(2) 缀条的设计 每个缀材面如同一平行弦桁架，缀条按桁架的 腹杆进行设计。一根斜缀条承受的轴向力Nt为 Nt =V1 / (n cos) 构件失稳时的变形方向不确定，斜缀条可能 受压或受拉。设计时按轴心受压构件设计。单系缀 条体系的横缀条，其截面尺寸一般取与斜缀条相同， 也可按容许长细比确定。 (3) 缀板的设计 缀板柱可视为一多层刚架。假定整体失稳时各 层分肢中点和缀板中点为反弯点。
轴心受力构件
轴心受力构件设计轴心受拉构件时需进行强度和刚度的验算，设计轴心受压构件时需进行强度、整体稳定、局部稳定和刚度的验算。
一、轴心受力构件的强度和刚度1．轴心受力构件的强度计算轴心受力构件的强度是以截面的平均应力达到钢材的屈服点为承载力极限状态f A N n ≤=σ (1) 式中 N ——构件的轴心拉力或压力设计值；n A ——构件的净截面面积；f ——钢材的抗拉强度设计值。
采用高强度螺栓摩擦型连接的构件，验算最外列螺栓处危险截面的强度时，按下式计算：f A N n≤='σ (2) 'N =)5.01(1n n N - (3)式中 n ——连接一侧的高强度螺栓总数；1n ——计算截面(最外列螺栓处)上的高强度螺栓数；0.5——孔前传力系数。
采用高强度螺栓摩擦型连接的拉杆，除按式(2)验算净截面强度外，还应按下式验算毛截面强度f A N ≤=σ (4)2．轴心受力构件的刚度计算轴心受力构件的刚度是以限制其长细比保证][λλ≤ (5) 式中 λ——构件的最大长细比；[λ]——构件的容许长细比。
二、 轴心受压构件的整体稳定1．理想轴心受压构件的屈曲形式理想轴心受压构件可能以三种屈曲形式丧失稳定：①弯曲屈曲 双轴对称截面构件最常见的屈曲形式。
②扭转屈曲 长度较小的十字形截面构件可能发生的扭转屈曲。
③弯扭屈曲 单轴对称截面杆件绕对称轴屈曲时发生弯扭屈曲。
2．理想轴心受压构件的弯曲屈曲临界力若只考虑弯曲变形，临界力公式即为著名的欧拉临界力公式，表达式为N E =22l EI π=22λπEA (6) 3．初始缺陷对轴心受压构件承载力的影响实际工程中的构件不可避免地存在初弯曲、荷载初偏心和残余应力等初始缺陷，这些缺陷会降低轴心受压构件的稳定承载力。
1）残余应力的影响当轴心受压构件截面的平均应力p f >σ时，杆件截面内将出现部分塑性区和部分弹性区。
由于截面塑性区应力不可能再增加，能够产生抵抗力矩的只是截面的弹性区，此时的临界力和临界应力应为：N cr =22l EI e π=22lEI π·I I e (7) cr σ=22λπE ·I I e (8) 式中 I e ——弹性区的截面惯性矩(或有效惯性矩)；I ——全截面的惯性矩。
第四章 轴心受力构件
第四章轴心受力构件§4-1 概述1、工程实例（假设节点为铰接，无节间荷载作用时，构件只受轴心力作用）（1）桁架（2）塔架（3）网架、网壳2、分类⑴按受力来分：①轴心受拉构件②轴心受压构件到某临界值时，理想轴心受压构件可能以三种屈曲形式丧失稳定。
(1) 弯曲屈曲构件的截面只绕一个主轴旋转，构件的纵轴由直线变为曲线，这是双轴对称截面构件最常见的屈曲形式。
如图4-2 (a)就是两端铰接工字形截面构件发生的绕弱轴的弯曲屈曲。
(2) 扭转屈曲失稳时构件除支承端外的各截面均绕纵轴扭转，图4-2 (b)为长度较小的十字形截面构件可能发生的扭转屈曲。
(3) 弯扭屈曲单轴对称截面构件绕对称轴屈曲时，在发生弯曲变形的同时必然伴随着扭转。
图4-2 (c)即T 形截面构件发生的弯扭屈曲。
图4-2 轴心受压构件的三种屈曲形式欧拉临界力和欧拉临界应力临界应力其中：——单位剪力时的轴线转角，；通常剪切变形的影响较小，忽略其对临界力或临界应力的影响。
E N E σ1222211γλπλπσ⋅⋅+⋅⋅==EAEAN cr cr1γ)(1GA βγ=这样，※上述推导基于材料处于弹性阶段，即，或。
（二）初始缺陷对轴心受压构件稳定承载力的影响 1. 残余应力的影响残余压应力对压杆弯曲失稳的影响： 对弱轴的影响比对强轴的影响要大的多。
稳定应力上限，弱轴：强轴：其中：，0＜＜1.0。
2．初弯曲的影响图4-3 考虑初弯曲的压力—挠度曲线图示压力—挠度曲线有如下特点：1有初弯曲时，挠度v 不是随着N 按比例增加；N 较小时，挠度增加较慢，N 趋于时，挠度增加较快，并趋向于无限大；2相同压力N 的作用下，压杆的初挠度值越大，杆件的挠度也越大；Ecr N EAlEI N =⋅=⋅=2222λππEcr cr E AN σλπσ=⋅==22pcr f E≤⋅=22λπσpp f E λπλ=≥322kEx crx ⋅⋅=λπσkEycry⋅⋅=22λπσ翼缘宽度翼缘弹性区宽度=k k E N3由于有的存在，轴心压杆的承载力总是低于，因此是弹性压杆承载力的上限。
第四章轴心受力构件公式整理
第四章轴心受力构件公式整理1.应变公式：轴心受力构件的应变公式描述了受力构件在轴向受力作用下的变形情况。
应变公式主要有以下两种形式：(1)需要计算伸长形变的情况下：在受力过程中，轴心受力构件发生的伸长形变与受力大小和材料的弹性模量有关。
应变公式可表示为：ε=ΔL/L其中，ε表示轴向应变；ΔL表示受力构件发生的伸长形变；L表示受力构件的初始长度。
(2)不需要考虑伸长形变的情况下：在一些情况下，受力构件的长度相对较短，可以忽略伸长形变的影响。
此时，应变公式可以表示为：ε=δ/h其中，ε表示轴向应变；δ表示构件上其中一截面上的位移；h表示受力构件的高度。
2.应力公式：轴心受力构件的应力公式描述了受力构件在轴向受力作用下的应力分布情况。
应力公式主要有以下两种形式：(1)线性弹性应力公式：在弹性阶段，应力与应变成正比，最常用的应力公式是线性弹性应力公式：σ=E*ε其中，σ表示轴向应力；E表示受力构件材料的弹性模量；ε表示轴向应变。
(2)线性弹塑性应力公式：在考虑弹塑性情况下，应力与应变的关系不再是线性的。
此时，应力公式可以表示为：σ=σe+σp其中，σ表示轴向应力；σe表示弹性应力；σp表示塑性应力。
3.弯矩公式：轴心受力构件在受到弯矩作用时，会引起构件的弯曲变形。
弯矩公式描述了轴心受力构件在弯矩作用下的变形情况。
弯矩公式主要有以下几种形式：(1)切线法公式：根据切线法，弯曲截面上的任意一点都受到一个弯矩的作用。
弯矩公式可以表示为：M=σ*S其中，M表示弯矩；σ表示轴向应力；S表示截面的静矩。
(2)一阶弹性理论公式：在一阶弹性理论中，构件的截面仍然平面，但允许在截面平面上有变形。
弯矩公式可以表示为：M=σ*I/y其中，M表示弯矩；σ表示轴向应力；I表示截面的惯性矩；y表示截面上任一点到中性轴的距离。
(3)符合木尔斯定理的公式：木尔斯定理适用于构件截面受平面弯矩时产生的应力。
弯矩公式可以表示为：M=W*y/I其中，M表示弯矩；W表示截面上的轴向力；y表示截面上任一点到中性轴的距离；I表示截面的惯性矩。
轴心受力构件的概念及其类型
轴心受力构件的概念及其类型轴心受力构件是工程结构中常见的一种构件形式，它由多个轴心受力元件组成，能够承受内力、外力和变形。
轴心受力构件广泛应用于建筑、桥梁、机械等各种领域，具有结构简单、强度高、稳定可靠等特点。
本文将详细介绍轴心受力构件的概念、分类、设计原则和应用领域。
一、概念介绍轴心受力构件是指由一根或多根轴向受力的线材、板条、形状复杂的截面、系统部件等构成的构件。
轴心受力构件通常具有良好的轴向力传递能力，能够在内力作用下产生轴向应变和轴向应力。
在设计中，轴心受力构件通常通过选取适当的截面形状和尺寸来满足强度、刚度和稳定性的要求。
二、类型分类根据构件的材料和截面特点，轴心受力构件可以分为以下几种类型：1.线材构件：线材构件通常由圆钢、角钢、工字钢等线材形成。
这种构件截面形状简单，常用于承受拉力和压力。
2.板条构件：板条构件通常由薄板和矩形截面钢材构成，如钢板、钢带等。
板条构件适用于承受弯曲力、剪切力和压力。
3.有孔构件：有孔构件通常应用于承受剪切力和扭矩，如圆孔、槽孔等形状的构件。
4.混凝土构件：混凝土构件通常由钢筋和混凝土组成。
这种构件在承受压力和弯曲力时具有良好的性能。
5.复合构件：复合构件由不同材料组成，可以充分发挥各种材料的特点以及各自的优势。
三、设计原则在轴心受力构件的设计过程中，需要遵循以下原则：1.合理选材：根据结构的要求，选择合适的材料，考虑强度、刚度、稳定性等因素。
2.合理选截面：根据内力的特点和作用方式，选择合适的截面形状和尺寸。
3.合理分布内力：在设计中，应尽量合理分配内力，避免集中在某一截面或某一部位，提高构件的整体性能。
4.考虑边界条件：结构系统的边界条件对构件的应力分布和变形有重要影响，应在设计中充分考虑。
5.考虑构件的连接方式：在设计中需考虑构件之间的连接方式和连接强度，保证构件的力学性能。
四、应用领域轴心受力构件广泛应用于各个工程领域，包括建筑、桥梁、航空航天、交通运输、能源等。
轴心受力构件
只发生弯曲变形，截面只绕一个主轴旋转，杆纵轴 由直线变为曲线，是双轴对称截面常见的失稳形式；
（2）扭转失稳失稳时除杆件的支撑端外，各截面均绕 纵轴扭转，是某些双轴对称截面可能发生的失稳形式；
（3）弯扭失稳单轴对称截面绕对称轴屈曲时，杆件发 生弯曲变形的同时必然伴随着扭转。
二、理想轴心受压构件的屈曲
假定: A、达到临界力Ncr时杆件挺直; B、杆微弯时,轴心力增加△N，其产生的平均压应力 与弯曲拉应力相等。
临界力和临界应力：
Ncr
2Et I
l2 0
cr
2Et 2
初始缺陷对压杆稳定的影响
如前所述，如果将钢材视为理想的弹塑性材料， 则压杆的临界力与长细比的关系曲线(柱子曲线)应为：
初 始
轴心受压构件的承载能力大多由其稳定条件 决定,截面强度计算一般不起控制作用。若构件截 面没有孔洞削弱,可不必计算其截面强度。当有孔 洞削弱时,若孔洞压实(实孔,如螺栓孔或铆钉孔),截 面无削弱,则可仅按毛截面式(5.2.1)计算;若孔洞为 没有紧固件的虚孔,则还应对孔心所在截面按净截 面式(5.2.2)计算。
长而细的轴心受压构件主要是失去整体 稳定性而破坏。
§6.3 轴心受压构件的整体稳定
6.3.1 轴心受压构件的整体失稳现象
（1）弯曲失稳
N较小，直线平衡状态。 N渐增，有干扰力使构件微弯，当干扰力移 去后，构件仍保持微弯状态而不能恢复到原来直 线平衡状态 N再稍微增加，弯曲变形迅速增大构件丧失 承载能力，称为构件弯曲屈曲或弯曲失稳。
EIy N( y0 y) 0
2）最大弯矩
中点挠度
v v0 v1
v0
Nv0 NE N
NEv0 NE N
v0 1 N NE
轴心受力构件知识点总结
轴心受力构件知识点总结一、概念轴心受力构件是指受力对象的截面积负重心和受力方向一致的构件，在受力作用下，截面上各点受到的应力主要是轴向拉力或轴向压力，受力构件一般用材料强度和截面形状进行受力设计。
轴心受力构件的主要特点是受力为单轴应力，只产生轴向应力，不产生剪切应力。
轴心受力构件一般用钢、木、混凝土、玻璃等材料制作。
二、受力情况1. 轴向拉力当受力构件受到拉力作用时，构件内部各点受到的应力都是轴向拉力。
这时构件上每一个截面都受到一般的拉力，截面上的应力为均匀的拉应力。
2. 轴向压力当受力构件受到压力作用时，构件内部各点受到的应力都是轴向压力。
这时构件上每一个截面都受到一般的压力，截面上的应力也为均匀的压应力。
三、受力工作原理受力构件在受力作用下，内部各点受到的应力都是轴向拉力或轴向压力，主要受力方式包括：拉伸、压缩、弯曲、扭转等。
受力构件的受力工作原理主要包括静力平衡条件和应力平衡条件。
1. 静力平衡条件轴心受力构件在受力作用下，整个构件的外力和内力要达到平衡，即受力构件所受外力和内力的合力和合力矩为零。
2. 应力平衡条件轴心受力构件在受力作用下，截面上各个微元受到的应力要达到平衡，即受力构件所受应力和强度平衡，截面上各点的应力和应变满足静力平衡和变形条件。
四、受力公式1. 拉力公式受力构件受到拉力作用时，其拉力公式为N = A * σN为拉力，A为受力构件的截面积，σ为截面受力构件所受的应力。
2. 压力公式受力构件受到压力作用时，其压力公式为N = A * σN为压力，A为受力构件的截面积，σ为截面受力构件所受的应力。
3. 应变公式受力构件在受力情况下，其应变公式为ε = δ / Lε为应变，δ为受力构件的变形量，L为受力构件的长度。
五、受力计算1. 根据静力平衡和应力平衡条件，可以计算受力构件所受的拉力和压力大小，受力构件的承载能力等。
2. 在计算受力构件的承载能力时，需要考虑受力构件的截面形状、材料强度、受力方式等因素。
混凝土结构设计原理轴心受力构
——纵向钢筋抗拉强度设计值； N ——轴心受拉承载力设计值。
普通钢箍轴心受压构件在计算上分为长柱和短柱。对于轴心受压构件的受压承截力，短柱和长柱均采用统一的公式计算，其中采用稳定系数来表达纵向弯曲变形对受压承截力的影响。
在螺旋钢箍轴心受压构件中，由于螺旋箍筋对核心混凝土的约束作用，提高了核心混凝土的抗压强度，从而使构件的承载力有所增加。
第3章 轴心受力构件
轴心受压长柱稳定系数φ 主要与柱的长细比 l0 / b 有关，稳定系数的定义如下：
3.1 轴心受压构件承载力计算
0
0
0
0
0
0
≤8
≤7
28
≤1.0
30
26
104
0.52
10
8.5
35
0.98
32
28
111
0.48
12
10.5
42
0.95
34
29.5
118
第3章 轴心受力构件
3.1 轴心受压构件承载力计算
轴心受压长柱的破坏过程
由于初始偏心距的存在，构件受荷后产生附加弯矩，伴之发生横向挠度。 构件破坏时，首先在靠近凹边出现大致平行于纵轴方向的纵向裂缝，同时在凸边出现水平的横向裂缝，随后受压区混凝土被压溃，纵筋向外鼓出，横向挠度迅速发展，构件失去平衡，最后将凸边的混凝土拉断。 《混凝土结构设计规范》采用稳定系数来表示长柱承载力的降低程度。
第3章 轴心受力构件
轴心受拉构件承载力计算
螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的
《混凝土结构设计规范》有关螺旋箍的规定：
对长细比l0/d大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。 螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋A‘s 面积的25% 螺旋箍筋的间距s不应大于80mm 及dcor/5，也不应小于40mm。
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轴心受压构件，当截面无削弱时，强度不必计算。
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讲解：XX
10
4.2.2刚度计算： 保证构件在运输、安装、使用时不产生过 大变形
1、受拉构件。
l0[]
i
l0 构件的计算长度；
i
I A
(截 4 面2 的 )回转半径；
[]构件的容许长取 细值 比详 ，见 其规
x
l0x ix
[ ]
l0y
b)
++ ++ ++
++
讲解：XX
5
3.塔架
1.桁架
2.网架
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讲解：XX
6
3.截面型式
实腹式截面 热轧型钢
冷弯薄壁型钢
组合截面
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讲解：XX
7
格构式截面:由两个或多个型钢肢件通过缀材连接而成。
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讲解：XX
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力沿轴线方向 1、概念：二力杆 约束：两端铰接
N cr
NE
1 NE
绕实轴： 0 讲绕解：虚XX 轴：
Ncr NE
17
4.3.3构件缺陷对轴心受压构件的整体稳定承载力的影响
1、残余应力的影响
几何缺陷：初始弯曲＋初始偏心 力学缺陷：残余应力
产生原因；
影响:
分布规律：
1）短柱试验法：
2）应力释放法：将短柱锯割成条以释放应力，然后测量
每条在应力释放后前长度以确定应变；
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讲设计强度；应力针对某个截面
稳定问题：达到某荷载值时变形将急剧增加，过渡到 不稳定的状态；变形针对整个结构。
提高稳定性措施：增大截面惯性距，增强约束，减小
计算长度；
弯曲屈曲
轴压构件三种屈曲形态： 扭转屈曲
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讲解：XX 弯扭屈曲
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4.3.2 理想轴心受压构件的整体稳定
2、分类 轴心受拉构件 轴心受压构件
强度 （承载能力极限状态） 刚度 （正常使用极限状态） 强度
（承载能力极限状态） 稳定 刚度 （正常使用极限状态）
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4.2 轴心受力构件强度和刚度
4.2.1 强度计算
Nf
An
(41)
N — 轴心拉力或压力设计值； An — 构件的净截面面积； f — 钢材的抗拉(压)强度设计值
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4.3 实腹式轴心受压构件的整体稳定
轴心受压构件受外力作用后，当截面上的平均应 力还远低于钢材的屈服点时，常由于其内力和外力间 不能保持平衡的稳定性，些微扰动即促使构件产生很 大的弯曲变形、或扭转变形或又弯又扭而丧失承载能 力，这现象就称为丧失整体稳定性，或称屈曲。
第
4 章
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1
本章内容
4.1轴心受力构件的类型和应用 4.2 轴心受力构件的强度与刚度计算 4.3 轴心受压构件的整体稳定计算 4.4轴心受压构件的局部稳定计算 4.5 轴心受压构件的设计
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大纲要求
(1) 掌握轴心受力构件强度和刚度的设计准则和计 算方法；
（1）作用在构件上的荷载是 轴心压力或轴心拉力；
（2）构件理想的直杆； （3）构件无初应力； （4）节点铰支。
N
图 轴心受力构件 2021/3/10
轴心受力构件只承受通
过其截面形心的轴向力，分轴心
受拉与轴心受压两种情况。
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2.应用
主要用于承重结构，如：桁架、网架、塔架和支 撑结构等。
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[ ] y
i 2021/3/10
y
l0 x 构 件 对 x 轴 计 算 长 度 ；
ix Ix / A
l0 y 构 件 对 y 轴 计 算 长 度 ；
iy Iy / A
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2、受压构件。 1）双轴对称截面
l0[]
i
(42
2）单轴对称截面 绕非对称轴：
l0[]
i
(42
绕对称轴：采用换算长细比，对于单角钢和双角钢截 面可采用简化公式。
(4.16)
取v0为L/1000，令0=v0/(W/A)= v0/＝ i /1000 ，
N A 11N 0NE fy
N A 110 ( 40 i. 1 0 1 7N 1)N E fy
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受拉构件的容许长细比
表4-1
项次
构件名称
承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构 有重级工作制吊车的厂房 一般结构
1
桁架的杆件
吊车梁或吊车桁架
2
以下的柱间支撑
其它拉杆、支撑、系杆等
3
（张紧的圆钢除外）
250 200 350
350 300 400
直接承受动力 荷载的结构
250 —— ——
16
二、考虑剪力影响后构件的弹性弯曲失稳
总变形 yyM yv
总曲率：弯距曲率＋剪力产生的附加曲率
剪力曲率： dyv VdMNdy
dx
dx dx
d 2 yv dx2
N
d2y dx2
式中： 表示单位剪力引起的剪切角：
总曲率：
d2y dx2
E MI Nddx2y2
1N ddx2y2 ENI y0
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(2) 了解轴心受力构件弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭 屈曲的产生条件和弯曲屈曲临界力的确定方法；
(3) 掌握轴心受力构件整体稳定的设计原理、计算 方法和影响轴心受压构件整体稳定的因素；
(4) 掌握实腹式轴心受压构件的设计方法和保证局
(5)
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3
第四章
4.1概述
N
轴心受力构件
1.结构及受力特点
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残余应力对压杆临界荷载的影响
图4.7残余应力对短柱段的影响
N cr 2 lE 2e I l22 E IIIe
cr22 E(IIe4.8)
(4.9
对x-x轴屈曲时:
N crx
2 EI x lo2x
k
残余应力对弱轴的影响比
y-y 对 轴屈曲时: 对强轴严重得多! 2021/3/10
N cry
2EI y lo2y
k讲3 解：XX
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2、初始弯曲的影响
Edd I2y2xN(yv0siπ nlx)0
vmv0v1Nv0/Ncr
（1）当N 趋于NE时，挠度无穷大；
（2）不管初弯曲多小，承载力总是小
于NE
（3）初弯曲越大，最终挠度也越大；
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讲解：XX
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截面屈服： N AW1 NN0vNEfy
一、理想构件弹性弯曲失稳
根据右图列平衡方程
EIdd2xy2 Ny0
解平衡方程：得
Ncr π2l0E2 I π λ 22E A
σ c rN A c r π λ 2 2 E fp λ λ p π E /fp
理想条件：
（1）绝对直杆、材料均质、无荷载偏心、无初始应力、完全弹性；
202（1/3/210）不考虑剪力对临界力的影讲解响：X作X 用