高等钢结构理论第二讲
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高等钢结构理论-第二章
（a）压杆控制设计 （b）拉杆控制设计 网架荷载-挠度曲线
第二章 钢结构稳定问题概述
2.2 失稳的类别
第二章 钢结构稳定问题概述 早期钢结构稳定问题的分类
1. 平衡分岔（分支点）失稳（第一类稳定问题）
2.2 失稳的类别
二
对于理想的轴心压杆，在临界状态时，构件（结构）从初始的平衡位形 突变到与其邻近的另一平衡位形，表现出平衡位形的分岔现象。
第二章 钢结构稳定问题概述
2.5 稳定设计的几项原则
二
结构的整体布置须考虑整体和部分的稳定性要求
1
计算假定应与设计对象一致
2
细部构造应与稳定计算相互配合
3
The END
THANKS
二
稳定分岔屈曲
第二章 钢结构稳定问题概述 弹性稳定的分类
2. 不稳定分岔屈曲（有限干扰屈曲）
2.2 失稳的类别
二
超越临界状态后，只能在比临界荷载低的荷载下维持平衡位形。
承受轴向荷载的圆柱壳、承受均匀外压的圆球壳、缀条柱、薄壁型钢 方管等。
不稳定分岔屈曲
第二章 钢结构稳定问题概述 弹性稳定的分类
3. 跃越屈曲
平衡分岔（分支点）失稳
第二章 钢结构稳定问题概述 早期钢结构稳定问题的分类
2. 极值点失稳（第二类稳定问题）ຫໍສະໝຸດ 2.2 失稳的类别二
有缺陷的轴心受压构件和偏心受压构件发生的弹塑性失稳。
极值点失稳
第二章 钢结构稳定问题概述 弹性稳定的分类
1. 稳定分岔屈曲
超越临界状态后，荷载还能进一步增加。
2.2 失稳的类别
增大
临界力增大
第二章 钢结构稳定问题概述
2.4 稳定计算中的整体观点
桥梁高等钢结构理论(ch1)PPT课件
如果采用数学表达式描述结构设计准则，为：
S R
（1-1）
如果结构设计准则中的内力和变形以及抗力或限值都是确定性的，则所进行的计算
和验算将是比较简单的。
然而，影响结构功能的因素如结构上的作用、材料性能、构件几何参数、连接（构 造细部）类型、施工质量、计算模型、试验方法及设备等，很多都是具有随机性的 非确定值。因此，在设计中如何合理地考虑S这 些R 因素，使设计方法更接近于实际情 况，是长期以来钢结构设计方法发展演变所要达到的目的。
然而，无论是极限荷载法还是容许应力法，所采用的安全系数实际上是凭借 工程经验笼统地确定一个定值，这样各种构件的可靠度将不能保证具有比较一致 的水平，这是因为，结构的可靠性（安全性、适用性、耐久性）受各种随机因素 的影响，不能事先确定，只能用概率方S法 来R描述。
（2）半概率极限状态法
半概率极限状态法特点是明确了两种极限状态的概念：承载能力极限状态和变形极 限状态。我国的《钢结构设计规范》（TJ17-74）就是采用这样的设计方法编制的。 尽管该设计方法仍采用了容许应力法的表达方式，但其安全系数则分成了荷载系数 K1，材料系数K2和调整系数K3。是按承载力极限状态经多系数分析得到的。
1.1.2 基于强度的钢结构设计方法发展概述
基于强度的钢结构设计方法大致分为： 容许应力法和极限荷载法、半概率极限状态法、概率极限状态法。
（1）容许应力法和极限荷载法（最大荷载法）
容许应力法
S R
设计原则：结构构件的实际应力小于或等于所给定的容许应力，即：
f
[] y
K
（1-2）
优点：简单、明确，有大量工程数据S，R特 别是应力均匀的构件； 缺点：单一安全系数，保守（受弯构件）；
不能合理反映结构设计的目的（经济性+适当的可靠度）。
高等钢结构
d 2 d 2 ＜0
总势能为极大值，平衡 状态是不稳定的；
不稳定平衡
（3）总势能保持不变，则为中性平衡
d 2 d 2 0
还要看总势能的高阶导 数是大于零、小于零还 是等于零才能判断
随遇平衡 (中性平衡）
弹性应变能U是外力作用下储藏在体系内 的能量，意味着外力去除后回复到原来状态的 能力。变形后应变能增加，因而始终为正值；
因此该折线平衡状态不稳定。
屈曲后的荷载--位移曲线：
0, P kl cos ;
, P 0;
2
二、不对称分枝现象（稳定性）
变形时杆上端荷 载点从A移到B， 弹簧压缩了 FB
斜向弹簧支撑刚性杆件
几何关系 :
EB l sin
FB l(sin cos 1) 2 OD l(sin cos ) 2 对O点弯矩平衡： P l sin kl2 (sin cos 1)(sin cos ) 2 0
解为两个：
（1） 0 （2） Pl 4k sin
可由能量和静力两个途径得到，如由静力
弹簧力矩： 2 k
轴力对C点力矩：
Pl 2
sin
平衡方程：
4k Pl sin 0
讨论两种平衡状态稳定性
（1）当 0 ，即杆系处于直线平衡状态时，
d 2
d 2
杆系的总势能为
U V 2k 2 P（l 1-cos）
总势能对角位移的导数为
d 4k Pl sin d
d 2
d 2
4k
Pl
cos
d 3
d 3
Pl
sin
由 d d 0
总势能为极大值，平衡 状态是不稳定的；
不稳定平衡
（3）总势能保持不变，则为中性平衡
d 2 d 2 0
还要看总势能的高阶导 数是大于零、小于零还 是等于零才能判断
随遇平衡 (中性平衡）
弹性应变能U是外力作用下储藏在体系内 的能量，意味着外力去除后回复到原来状态的 能力。变形后应变能增加，因而始终为正值；
因此该折线平衡状态不稳定。
屈曲后的荷载--位移曲线：
0, P kl cos ;
, P 0;
2
二、不对称分枝现象（稳定性）
变形时杆上端荷 载点从A移到B， 弹簧压缩了 FB
斜向弹簧支撑刚性杆件
几何关系 :
EB l sin
FB l(sin cos 1) 2 OD l(sin cos ) 2 对O点弯矩平衡： P l sin kl2 (sin cos 1)(sin cos ) 2 0
解为两个：
（1） 0 （2） Pl 4k sin
可由能量和静力两个途径得到，如由静力
弹簧力矩： 2 k
轴力对C点力矩：
Pl 2
sin
平衡方程：
4k Pl sin 0
讨论两种平衡状态稳定性
（1）当 0 ，即杆系处于直线平衡状态时，
d 2
d 2
杆系的总势能为
U V 2k 2 P（l 1-cos）
总势能对角位移的导数为
d 4k Pl sin d
d 2
d 2
4k
Pl
cos
d 3
d 3
Pl
sin
由 d d 0
钢结构基本原理(第2章)
σ
f0.2
S E
0 0.2
ε
图2.4 高强度钢的应力－应变曲线
第2章 钢结构的材料
钢
结 构 钢材在单向受压时（短试件） ，抗压强度与单向受拉时相同。钢材受扭转 基 时的应力－应变曲线也与受拉时相似，但剪切屈服点和抗剪强度低于fy和fu；
本 剪变模量G也低于弹性模量E。钢材和铸钢件的弹性模量、剪变模量、线膨胀
理 法、环境温度有关。冲击韧性由冲击试验
（ 黄
冲击韧性：测α定k 。AA(kN•m/cm2)
呈
伟 主 编
式中：AK—试验机的冲击功（N•m)； A—缺口处净截面面积(cm2)。
）
55 1
10
1
1-1
10
2
2
R=1 U 形缺口 R=0.25
45°
图2.6 冲击韧性试验
第2章 钢结构的材料
钢 2.1.4 可焊性
黄 呈 伟
冷弯试验是鉴定钢材质量的一种良好方法， 常作为静力拉伸试验和冲击试验的一种补充试
主 验，是一项衡量钢材力学性能的综合指标。
编 ）
a
d
a
d+2.1a
图2.5 冷弯1800试件
第2章 钢结构的材料
钢
结 构
2.1.3 冲击韧性
基 本 原
冲击韧性是衡量钢材强度、塑性及材 质的一项综合指标。钢材的韧性与轧制方
本
原 理
σ
fu
B
D
（
fy
C
F
fe
E
黄
fp A
呈
伟
l0
主 编 ）
d0
0 0.1 0.15
2.5
ε/%
大学本科《钢结构设计原理》课件 第2章钢结构材料2
当ρ=0和ρ=-1时的疲劳强度分别为σ0 和σ-1，连 接BC并延长至A、D。
(拉） max
0
f
D
y
1 C(o,o)
1
当坐标为( max , min )
的点落在直线ABCD上 或上方，则这组应力循
B( 1, 1)
A
（
min
压
）
（
min
拉
）
非焊接结构的疲劳图
环达到N次时，将发生 疲劳破坏。
lg .
. . . .. .
.. .
. .
N
b1
0
0 N=5×104
N=5X106 lg N
(a)
Δσ-N曲线
(b)
考虑试验数据的离散性，取平均值减去2倍lgN的 标准差 s 作为疲劳强度下限，当lgΔσ为正态分布时， 保证率为97.7%。下限值的直线方程为：
lg N b1 lg( ) 2s b2 lg( )
1、不出现拉应力的部位可不计算疲劳。但对出现拉 应力的部位，例如σmax=140N/mm2,σmin=-10N/mm2和 σmax=10N/mm2,σmin=-140N/mm2 两种应力循环的应力 幅都是150N/mm2 ，疲劳强度相同，显然不合理。
2、螺栓受拉时螺纹处的应力集中很大，疲劳强度很 低，常有疲劳破坏的实例，但规范没有规定，应予 补充。
2.低合金钢(GB/T 1591-94)
GB/T 1591-94
相应的钢材品种（GB/T 1591-94)
Q29509Mn、09Mnb09Mn2、12MnQ345
12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb
Q390
15MnV、15MnTi、16MnNb
(拉） max
0
f
D
y
1 C(o,o)
1
当坐标为( max , min )
的点落在直线ABCD上 或上方，则这组应力循
B( 1, 1)
A
（
min
压
）
（
min
拉
）
非焊接结构的疲劳图
环达到N次时，将发生 疲劳破坏。
lg .
. . . .. .
.. .
. .
N
b1
0
0 N=5×104
N=5X106 lg N
(a)
Δσ-N曲线
(b)
考虑试验数据的离散性，取平均值减去2倍lgN的 标准差 s 作为疲劳强度下限，当lgΔσ为正态分布时， 保证率为97.7%。下限值的直线方程为：
lg N b1 lg( ) 2s b2 lg( )
1、不出现拉应力的部位可不计算疲劳。但对出现拉 应力的部位，例如σmax=140N/mm2,σmin=-10N/mm2和 σmax=10N/mm2,σmin=-140N/mm2 两种应力循环的应力 幅都是150N/mm2 ，疲劳强度相同，显然不合理。
2、螺栓受拉时螺纹处的应力集中很大，疲劳强度很 低，常有疲劳破坏的实例，但规范没有规定，应予 补充。
2.低合金钢(GB/T 1591-94)
GB/T 1591-94
相应的钢材品种（GB/T 1591-94)
Q29509Mn、09Mnb09Mn2、12MnQ345
12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb
Q390
15MnV、15MnTi、16MnNb
《高等钢结构理论》课件
钢结构的荷载计计算工 作。
钢结构的连接与构造
拼接方式和连接材料
详细说明几种典型的钢结构拼 接方式和各种连接材料的特点 以及使用方法。
节点构造和细节设计
讲解钢结构的节点构造和细节 设计，包括节点类型、强度验 算和防腐措施等。
构造验收和质量控制
结束语
本课程旨在帮助工程师更深入地了解钢结构的理论和实践，为未来钢结构领域的发展提供参考和支持。
谢谢观看！
钢材的分类和性能
概述常见的钢材分类和性 能参数，以及每种钢材在 钢结构中的应用。
钢结构设计的基本原理
讲解钢结构设计的基本原 理，包括力学分析、结构 优化和验算等。
钢结构载荷分析
1
荷载的分类和作用原理
2
详细说明荷载的分类和作用原理，包 括静态荷载、动态荷载和温度荷载等。
3
受力特点
介绍钢结构受力的基本特点，包括受 力形式、受力方向和受力损伤等。
《高等钢结构理论》PPT课件
一个实用性强的高等钢结构理论课件，包含钢结构基础、载荷分析、连接与 构造、设计和施工等多个部分，可为钢结构工程师提供参考。
前言
本课程将深入介绍钢结构的基础知识和设计流程，旨在为钢结构工程师提供 帮助和指导。
钢结构基础
定义和特点
介绍钢结构的定义、特点 以及与其他建筑结构的比 较。
介绍钢结构的构造验收标准和 质量控制要点，确保钢结构工 程施工质量。
钢结构的设计与施工
1 设计的步骤和流程
详细讲解钢结构设计的 步骤和流程，帮助工程 师高效完成设计工作。
2 施工的注意事项和
方法
讲解钢结构施工的注意 事项和方法，包括施工 流程、安全防范和质量 控制等。
3 安全管理和维护措施
钢结构的连接与构造
拼接方式和连接材料
详细说明几种典型的钢结构拼 接方式和各种连接材料的特点 以及使用方法。
节点构造和细节设计
讲解钢结构的节点构造和细节 设计，包括节点类型、强度验 算和防腐措施等。
构造验收和质量控制
结束语
本课程旨在帮助工程师更深入地了解钢结构的理论和实践，为未来钢结构领域的发展提供参考和支持。
谢谢观看！
钢材的分类和性能
概述常见的钢材分类和性 能参数，以及每种钢材在 钢结构中的应用。
钢结构设计的基本原理
讲解钢结构设计的基本原 理，包括力学分析、结构 优化和验算等。
钢结构载荷分析
1
荷载的分类和作用原理
2
详细说明荷载的分类和作用原理，包 括静态荷载、动态荷载和温度荷载等。
3
受力特点
介绍钢结构受力的基本特点，包括受 力形式、受力方向和受力损伤等。
《高等钢结构理论》PPT课件
一个实用性强的高等钢结构理论课件，包含钢结构基础、载荷分析、连接与 构造、设计和施工等多个部分，可为钢结构工程师提供参考。
前言
本课程将深入介绍钢结构的基础知识和设计流程，旨在为钢结构工程师提供 帮助和指导。
钢结构基础
定义和特点
介绍钢结构的定义、特点 以及与其他建筑结构的比 较。
介绍钢结构的构造验收标准和 质量控制要点，确保钢结构工 程施工质量。
钢结构的设计与施工
1 设计的步骤和流程
详细讲解钢结构设计的 步骤和流程，帮助工程 师高效完成设计工作。
2 施工的注意事项和
方法
讲解钢结构施工的注意 事项和方法，包括施工 流程、安全防范和质量 控制等。
3 安全管理和维护措施
钢结构基本原理》第2章 钢结构的材料幻灯片PPT
当σeq< fy时，钢材处于弹性阶段； 当三σ轴eq≥拉f应y时力，作钢用材下处，于破塑坏性表阶现段为。脆性。
有一向为异号应力，且同号两个应力相差又较大， 破坏为塑性。
钢结构基本原理
平面应力状态
eq 1 22 21 2
σ eq σ x 2 σ2 y σ xσy 3 τx 2y
普通梁
σeq σ23τ2
名义应力低于屈服点、材料处于弹性阶段，当 荷载循环到达一定次数后，钢材会发生突然脆性断 裂破坏，疲劳计算方法详见第9章。
(二)低周疲劳破坏
反复应力高于屈服强度、材料处于弹塑性阶段， 反复荷载会使钢材的剩余应变逐渐增长，最后产生 突然破坏。
钢结构基本原理
出版社 科技分社
(三)包辛格〔Bauschinger〕效应
对于没有缺陷和剩余应力 影响的试件,可认为钢材是图 2-3所示理想弹-塑性体，经历 两个阶段，即假定钢材应力小 于fy时是完全弹性的，应力超 过fy后那么是完全塑性的。设 计时，取fy作为强度限值，而 取fu作为材料的强度储藏。
图2-3 理想弹-塑性 应力-应变曲线图
钢结构基本原理
出版社 科技分社
钢结构基本原理
本章内容
出版社 科技分社
第一节 钢材的工作性能 第二节 钢构造对钢材性能的要求 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节钢材的种类、规格和选用原那么
钢结构基本原理
出版社 科技分社
第一节 钢材的工作性能
一、钢材静力单向均匀拉伸时的性能 钢材的主要强度指标和变形性能根据常温〔20
±5°〕、静载条件下标准试件一次拉伸试验确定。 常温静载条件下，图2-1所示低碳钢标准试件
单向一次拉伸试验得到的简化光滑应力-应变曲线如 图2-2所示，钢材历经五个阶段 :
有一向为异号应力，且同号两个应力相差又较大， 破坏为塑性。
钢结构基本原理
平面应力状态
eq 1 22 21 2
σ eq σ x 2 σ2 y σ xσy 3 τx 2y
普通梁
σeq σ23τ2
名义应力低于屈服点、材料处于弹性阶段，当 荷载循环到达一定次数后，钢材会发生突然脆性断 裂破坏，疲劳计算方法详见第9章。
(二)低周疲劳破坏
反复应力高于屈服强度、材料处于弹塑性阶段， 反复荷载会使钢材的剩余应变逐渐增长，最后产生 突然破坏。
钢结构基本原理
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(三)包辛格〔Bauschinger〕效应
对于没有缺陷和剩余应力 影响的试件,可认为钢材是图 2-3所示理想弹-塑性体，经历 两个阶段，即假定钢材应力小 于fy时是完全弹性的，应力超 过fy后那么是完全塑性的。设 计时，取fy作为强度限值，而 取fu作为材料的强度储藏。
图2-3 理想弹-塑性 应力-应变曲线图
钢结构基本原理
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钢结构基本原理
本章内容
出版社 科技分社
第一节 钢材的工作性能 第二节 钢构造对钢材性能的要求 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节钢材的种类、规格和选用原那么
钢结构基本原理
出版社 科技分社
第一节 钢材的工作性能
一、钢材静力单向均匀拉伸时的性能 钢材的主要强度指标和变形性能根据常温〔20
±5°〕、静载条件下标准试件一次拉伸试验确定。 常温静载条件下，图2-1所示低碳钢标准试件
单向一次拉伸试验得到的简化光滑应力-应变曲线如 图2-2所示，钢材历经五个阶段 :
高等钢结构理论专题2
高等钢结构理论专题横隔板设计在钢箱梁桥梁中，由于活载的偏心加载作用以及轮载直接作用在箱梁的顶板上，使得箱梁断面发生如图所示的变形，为了减少钢箱梁的这种变形，增加整体刚度，防止过大的局部应力，很有必要在箱梁的支点处和跨中设置横隔板。
钢桥中横隔板分为中间横隔板和支点横隔板，作用是限制钢箱梁的畸变和翘曲变形，保持一定的截面形状，对于支点横隔板还将承受支座处的局部荷载，起到分散支座反力的作用。
横隔板必须具备一定的刚度。
由于两种横隔板作用不同，其构造形式不同，采用的设计方法也不一样。
（一）中间横隔板中间横隔板按挖空比率可分为实腹式、框架式和桁架式，如图所示。
这里定义开口率BH bh A A =='ρ，当4.0≤ρ时，横隔板可视为实腹式，主要考虑剪应力，当8.0≥ρ，为桁架式，可简化为仅受轴力的杆件，在8.04.0<<ρ范围内，横隔板受力性质介于实腹式和桁架式之间，作为框架处理，考虑轴力和抗弯。
实腹式横隔板适用于尺寸较小的钢箱梁，制作简单，应用最广，桁架式适用于较大的箱子，受力简化为拉压杆，能以较小的自重提供较大的刚度。
中间横隔板的设计需要确定横隔板间距L D 和横隔板刚度K 。
1．横隔板间距L D 的确定对于横隔板间距L D 一般依据经验，各国规范及常规做法不一样。
日本偏安全，以下是日本的经验公式：⎩⎨⎧>≤-≤≤≤)50(20114.0)50(6u u Du D L L L L L 且 （式１） 其中L u 桥梁单跨长，单位m这个公式只适用于200m 以内跨径的钢箱梁桥，这个公式的来源见下图，根据偏心活载作用下，限制翘曲应力与容许应力的比值在0.02~0.06之间，得到横隔板间距与跨径的关系。
对于大于200m 的跨径，公式就不适用了，日本人多采用桁架式，间距一般取为6m ，中国也比较保守，上海的卢浦桥中隔板间距取为4m ，欧洲一般取为20m ，但是多为实腹式的厚钢板。
2．横隔板刚度K 的确定钢箱梁中间横隔板的刚度K 需要满足下面的公式：320DDW L EI K ≥ （式２）其中I Dw 是箱梁的断面抗扭惯矩，根据箱梁的截面尺寸形式由下式算得：⎭⎬⎫⎩⎨⎧+-++++=)(2)21()21(22212122222121ααααααFh Bl b Fl Bu b Fu I DW （式３） 其中Fu 是箱梁上顶板截面积，Fl 是箱梁下底版截面积，Fh 是一个腹板的截面积。
高等钢结构理论教学大纲
《高等钢结构理论》教学大纲
课程编号：
英文名称：Advanced Steel Structure Theory
课程类别：选修课学时：40 学分：2
适用专业：结构工程
预修课程：钢结构设计原理、结构力学、材料力学、弹性力学
课程内容：
本课程开设目的是为了加深学生钢结构理论知识，为今后钢结构方向的研究打下坚实基础。
具体内容为：钢材的两种破坏方式；脆性破坏的特点；常幅疲劳、变幅疲劳的概念、区别、验算方法。
焊接应力、焊接变形的产生原因；焊接应力对结构性能的影响；减少焊接应力、焊接变形的措施。
高强度螺栓抗拉连接的工作性能。
屈曲的分类；轴心压杆的弹性弯曲屈曲；初始几何缺陷、残余应力对轴心压杆极限承载力的影响；轴心压杆的非弹性弯曲屈曲。
受弯构件的弹性弯扭屈曲；受弯构件的弹塑性弯扭屈曲；压弯构件平面内的稳定承载力；稳定计算的能量法、瑞利——里兹法、伽辽金法；稳定计算的有限单元法。
教材：
王国周，瞿履谦. 钢结构原理与设计. 北京：清华大学出版社，1993
参考书目：
1. 陈绍藩. 钢结构设计原理. 北京：科学出版社，1998
2. 陈骥. 钢结构稳定理论与设计. 北京：科学出版社，2001
考核方式与要求：
读书报告或论文
19。
高等钢结构2
框架有水平荷载，又有竖向荷载， 则弯矩放大系数有两个：一个是竖向荷 载作用下的弯矩及对应按无侧移模式计 算的弯矩放大系数；另一个是水平力产 生的弯矩及对应的弯矩放大系数。
我国《规范》为了简化计算， 对纯框架没有区分两种荷载产生的 弯矩，统一按照有侧移失稳的计算 长度系数来计算弯矩放大系数，并 且等效弯矩系数取为1.0。
M BA
取
s4 c2
随着柱子轴力增加，柱子抗弯刚度减小， 梁刚度没有变化，因此梁将分配到更多弯 矩，而柱端弯矩减小。 当 P PE 0.3 时， s 3.588,
M AB
c 2.109
19.190 M A 6.327 M B 0.4924M A 0.1624 M B 38.954
2
按不带轴力转角位移方程计算弯矩
M
' AB
HL 2
带轴力与不带轴力弯矩比 (即弯矩放大系数m）：
m M AB ' M AB
12 K tan(u 2) m 6 Ku u 2 tan u 2
临界荷载
2 EI c 7.5K 2 2 K Pcr 7.5K 2 8K 1.52 L2
取 m 1.0 偏于安全
•
两端铰支跨中集中力压弯杆：
M max
1 0.18 P
PE M 0
1 P PE
1 0.25 P
PE M eq
1 P PE
1 0.18 P PE P m 1 0.43 1 0.25 P PE PE
P 《规范》GB 5007－2003取 m 1 0.2 PE
M BA
如果， ib ic , 则：
M AB 3s s 2 c 2 M A 3cM B 2 3 s c2 3s s 2 c 2 M B 3cM A 2 3 s c2
相关主题
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2、焊接或型钢构件极限状态:
毛截面屈服: f y A
r
净截面拉断后果严重:
fu
r ru A n
规范规定: = (1 0 .5 n 1 ) N f
n An
= N 高等f钢结构理论第二讲
A
初始弯曲和残余应力对有孔、 无孔拉杆影响没有区别； 孔旁应力集中不影响杆的 强度。
净截面的效率 影响净截面的效率的因素: = A e / A n
=1 a/l
材料塑性：塑性越高，净截面 效率越高
制孔方式：冲成的栓孔，净截 面效率需再乘0.85
紧固件排列：孔的行距与孔径 的比值（应变的不均匀性）, 行距大效率低
行距较大时，有效净截
面一般不超过0.85 ~0.9的
毛截面
对无孔拉杆（如焊接时）存在
同样问题。剪切滞后
高等钢结构理论第二讲
单角钢拉杆
N y )
<
N
2 y
y s2
=0
高等钢结构理论第二讲
单轴对称构件
k = 1 ( y s / r0 ) 2
失稳形式（应用）
塔架单角钢主肢的设计：
高等钢结构理论第二讲
几何缺陷对整体的影响
初始弯曲:使轴压构件的失稳性质发生质变 无缺陷弹性范围: 平衡分岔问题 无缺陷非弹性分析: 切线模量与折算模量（Shanley理论） 有缺陷非弹性分析: 极限承载力问题
N A r
扭转屈曲和弯扭屈曲的计算
压杆的计算长度 杆端约束
高等钢结构理论第二讲
桁架和塔架杆件计算长度
3. 钢结构基本构件：压杆（续）
3.2 压杆（续）
格构式压杆 剪力对格构柱稳定的影响：换算长细比法 几何及力学缺陷对单肢的影响（实际上与一般实腹式不同） 单肢验算： 缀材计算 垫板式组合压杆
压杆的截面尺寸 板件宽厚比限值
8.1 塑性设计 8.2 抗震钢结构 8.3 箱形梁 8.4 受扭构件 8.5 设计中的试验工作 8.6 钢结构高等加钢固结构设理计论第二讲
第四讲 第五讲 第六讲
第七讲
3. 钢结构基本构件：拉杆
3.1 拉杆
拉杆的极限状态: 无孔拉杆
有孔拉杆
净截面的效率 : 杆件截面能否发挥作用?
角钢拉杆:
单角钢拉杆
弯曲失稳
扭转失稳 构件失稳高时等钢截结面构理位论移第二投讲影图
弯扭失稳
失稳形式（整体失稳）
弯曲失稳（直变弯）: 扭转失稳（直变扭）:
N E = 2 EI / l 2 < N
N
=
1
2
(GJ
+2EI
/l2)<
N
E
r0
两端铰支无翘 曲约束
弯扭失稳（两端铰支无翘曲约束）:
r02 ( N y
N y )( N
构件整体失稳时只发生弯曲变形，双轴对称截面轴心受压构件的失稳属于 这种情况。
（2）扭转失稳
构件整体失稳时只发生扭转变形，十字形截面轴心受压构件的失稳属于这 种情况。
（3）弯扭失稳
构件整体失稳时既发生弯曲变形又发生扭转变形，单轴对称截面轴心受压 构件绕对称轴失稳以及无对称轴截面轴心受压构件的失稳属于这种情况。
残余应力对整体的影响
改变残余应力分布来加固构件， 加焊盖板或堆焊焊珠
翼缘加盖板
高等钢结构理论第二讲
确定曲线的方法
方法1：采用切线模量理论，Et按残余应力的分布决定，初始弯曲的不利作用 在安全系数范围内考虑。 方法2：采用极限承载力理论，同时计入初始弯曲和残余应力的效应。
1、构件截面上材料相对于节点板的 分布情况；材料贴于节点板并和 节点板相连的部分占的比重越大越接近1. 连接方式: 全部直接连接与部
分直接连接 构件截面上材料相 对于节点板的分布 (偏心距)
高等钢结构理论第二讲
净截面的效率
影响净截面的效率切滞后）
构造简单
受力复杂：单向或双向偏心
考虑到杆件受力后的变 形，试验表明可达到轴 心拉杆的80%以上
规范：0.85
高等钢结构理论第二讲
双角钢拉杆
构造： 受力：
力偶使得整体接近轴心 受力 单肢存在剪切滞后 缀板的稳定(厚度)
高等钢结构理论第二讲
桁架中单角钢腹杆的布置
构造：
高等钢结构理论第二讲
（1）弯曲失稳
双角钢拉杆
桁架中单角钢腹杆的布置
螺纹拉杆：
因自重的下垂（预应力）:杆端螺纹、花篮螺丝等调整
净截面（规范）与有效截面: A e
高等钢结构理论第二讲
=4
D 2 (1
k
p2 )
D
3. 钢结构基本构件：压杆
3.2 压杆
轴心压杆的极限状态：失稳 失稳形式：弯曲失稳、扭转失稳、弯扭失稳（单轴弯曲、双轴弯
曲） 缺陷的影响： 几何缺陷：初始弯曲、初始扭曲、初始偏心等 力学缺陷：截面屈服点的非均匀性、残余应力等
高等钢结构理论第二讲
构件的极限荷载:
无孔拉杆
极限状态: 全截面屈服 结果与拉伸试验的性能十分接近 实际工程构件的区别:
初始弯曲影响; 力作用点的偏差影响; 残余应力影响. 结构达到因过度塑性变形而不适于继续承载的极限状态。
高等钢结构理论第二讲
有孔拉杆
3.1 拉杆
1、铆接组合构件极限状态: 净截面屈服。每一排柳钉孔处屈服，伸长较大。
高等钢结构 理论
高等钢结构理论第二讲
1. 钢结构基本性能及特点
1.1 钢材生产对材性的影响
1.2 钢材加工(施工) 对构件性能的影响
1.3 外界作用对钢结构性能的影响
2. 钢结构的几个特殊问题
2.1 残余应力及其影响
2.2 钢结构的稳定问题
目
2.3 钢结构的断裂问题
2.4 钢结构的疲劳问题
3. 钢结构基本构件
初始扭曲: 产生初始扭矩和剪应力,使杆件提前屈服 但初始扭曲值较小,一般不考虑
初始偏心: 类似初始弯曲
高等钢结构理论第二讲
残余应力对整体的影响
取决于残余应力的分布、变化情况、分布宽度、截面上位置等 不仅对不同截面形式和不同生产条件的影响不同，同一杆件不同屈曲轴影响也不同
经过退火处理，受压承载力高等可钢较结大构理提论高第二讲
录
3.1 拉杆 3.2 轴心压杆
3.3 受弯构件
3.4 压弯构件
4. 钢框架理论
4.1 失稳形式 4.2 分析方法 4.3 实际应用
高等钢结构理论第二讲
第一讲
第二讲 第三讲
目 录
（续）
5. 钢结构的连接
5.1 焊接 5.2 螺栓连接 5.3 混合连接
6. 钢结构构造设计 7. 冷弯薄壁型钢结构的特点 8. 其他一些关心的问题
高等钢结构理论第二讲
截面尺寸的确定： A = N / ( f )
3. 钢结构基本构件：压杆（续）
3.2 压杆（续）
压杆的支撑：减小计算长度，提高承载力 单个柱的支撑 柱列的支撑 支撑设计中的扭转问题
总结： 稳定理论在结构设计中的应用
轴心受压构件的荷载—挠度曲线 考虑稳定系数的准则：
岔屈曲荷载为准则: 截面边缘纤维屈服: