巖土工程師輔導(dǎo)：影響鋼構(gòu)用鋼量的主要因素(1)

　　第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的一些基本概念

　　結(jié)構(gòu)是由構(gòu)件組成的

　　構(gòu)件的種類：梁、柱、板、墻體、桁架、網(wǎng)架、懸索

　　變力性能：拉、壓、彎、剪、扭、疲勞、裂縫擴(kuò)展(斷裂)

　　桿件系統(tǒng)：梁、柱、桁架、網(wǎng)架都屬桿件系統(tǒng)

　　結(jié)構(gòu)計(jì)算的內(nèi)容包括：

　　其中：強(qiáng)度，穩(wěn)定和變形在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常要予以計(jì)算。振動(dòng)是在設(shè)計(jì)跨度大而輕的樓層和樓梯時(shí)考慮，主要是防止因人行走或使用時(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生令人不適的振動(dòng)。疲勞計(jì)算僅在多次反復(fù)荷載下才予以考慮。

　　1 強(qiáng) 度

　　強(qiáng)度：可指桿件的強(qiáng)度或結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

　　一.桿件的強(qiáng)度：桿件抵抗破壞的能力。

　　荷載引起的外力≤構(gòu)件的承載力(由材料強(qiáng)度，構(gòu)件截面的大小和形狀確定)

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　　荷載：大小，作用方式(拉、壓、彎、剪、扭，靜力或動(dòng)力)

　　材料：屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、彈性模量等

　　構(gòu)件截面的大小和形狀：截面越大，承載力越大。粗繩比細(xì)繩能承受更大的拉力。截面形狀的影響則以受彎構(gòu)件為例，梁就是建筑上應(yīng)用最廣的典型的受彎構(gòu)件。當(dāng)一塊文具橡皮被彎時(shí)，會(huì)看到橡皮的一個(gè)面伸長(zhǎng)了，而另一個(gè)面縮短了。梁在受彎時(shí)也有同樣的表現(xiàn)。將梁看成是由一層層的纖維疊成的。

　　沿著梁高，從伸長(zhǎng)變到縮短，中間必有一個(gè)層面即沒(méi)有伸長(zhǎng)也沒(méi)有縮短，這一層稱為中性層。對(duì)一般的金屬材料，如果截面對(duì)稱于中心線，則中性層就在截面的中心線上;另一方面，彈性材料(包括鋼材)的一個(gè)基本特點(diǎn)就是材料的受力與材料的變形成正比，因此梁的伸長(zhǎng)表面受到的拉力最大，縮短表面受到的壓力最大，而中性層則不受力。因此，沿著梁高，梁的應(yīng)力大小按三角形變化，

　　梁的中性層上應(yīng)力為零，距中性層越遠(yuǎn)，應(yīng)力越大。從這樣一個(gè)事實(shí)出發(fā)，為了節(jié)約材料，從而將截面做成工字形，翼緣厚，腹板薄，截面的主要面積分布在中性層的兩側(cè)遠(yuǎn)方。因此工形截面的抗彎承載能力要比面積相同、寬度相等的矩形面積大得多，所以承受彎曲變形的構(gòu)件(梁或柱)多數(shù)做成工字形截面。

　　值得指出的是工字形截面有一個(gè)弱點(diǎn)

　　沿Y軸方向，也就是抵抗繞X軸的彎曲(強(qiáng)軸彎曲)，有較大的強(qiáng)度，同時(shí)也有較大的抗變形剛度。但是沿X方向，也就是當(dāng)彎曲繞Y軸發(fā)生時(shí)(弱軸彎曲)，構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度都很小，只是相當(dāng)于一個(gè)高度為b，寬度為2t的矩形截面構(gòu)件。

　　因此當(dāng)需要構(gòu)件在兩個(gè)方向都具有一定的強(qiáng)度和剛度時(shí)，人們常使用矩形或方形的箱形截面。當(dāng)彎曲繞X軸發(fā)生時(shí)，中性層沿X軸;當(dāng)彎曲繞Y軸發(fā)生時(shí)，中性層沿Y軸。截面面積總是有效地分布在中性軸的兩側(cè)遠(yuǎn)方。

　　二、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度：是結(jié)構(gòu)抵抗破壞的能力。

　　結(jié)構(gòu)是由桿件組成的，但結(jié)構(gòu)中某根桿件的破壞并不一定意味著結(jié)構(gòu)破壞。結(jié)構(gòu)的破壞與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定有直接關(guān)聯(lián)，通常說(shuō)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)了就意味著結(jié)構(gòu)破壞了。這個(gè)問(wèn)題在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定中再予以介紹。轉(zhuǎn)自環(huán) 球 網(wǎng) 校edu24ol.com

　　2 剛 度

　　簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在荷載作用下的變形，可近似地表示為：

　　△=Q/B

　　式中△為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形，Q為荷載效應(yīng)，B為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度

　　由此可見(jiàn)，剛度愈大，變形愈小，剛度是衡量結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抵抗變形的能力。

　　桿件的剛度：桿件抵抗變形的能力

　　軸向剛度：桿件抵抗軸向拉伸和壓縮變形的能力

　　彎曲剛度：桿件抵抗彎曲變形的能力

　　扭轉(zhuǎn)剛度：桿件抵抗扭轉(zhuǎn)變形的能力

　　荷載引起的構(gòu)件變形≤規(guī)范容許的構(gòu)件變形值(通常以不影響結(jié)構(gòu)正常使用為依據(jù))

　　影響因素：

　　荷載：大小，作用方式(拉、壓、彎、剪、扭)引起桿件相應(yīng)的變形。

　　材料：彈性模量、屈服強(qiáng)度、屈服后材料的變形能力等。

　　桿件的長(zhǎng)度、截面大小和形狀：一般地說(shuō)，桿件愈長(zhǎng)，剛度愈小，變形愈大。例如，桿件在拉伸荷載作用下的軸向變形與桿件長(zhǎng)度成正比，而梁在跨中集中荷載作用下的撓度與梁長(zhǎng)的三次冪成正比。截面尺寸愈小，桿件剛度愈小，變形愈大。截面形狀對(duì)構(gòu)件的強(qiáng)度有影響，對(duì)桿件剛度也有影響，例如，相同長(zhǎng)度的圓形截面的抗扭轉(zhuǎn)剛度就與面積相同的正方形截面的抗扭剛度不一樣。工字型截面在2個(gè)不同方向(強(qiáng)軸方向和弱軸方向)上的抗彎剛度相差很大，例如熱軋工字鋼I40a繞其強(qiáng)軸彎曲的剛度是繞其弱軸彎曲的剛度的32.9倍。

　　結(jié)構(gòu)剛度

　　結(jié)構(gòu)的剛度是結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力，剛度愈大，結(jié)構(gòu)的變形就愈小，例如門式剛架是一種由橫梁和柱組成的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的剛度是由構(gòu)件剛度和構(gòu)件之間加連接形式確定的，例如，橫梁和柱的剛度以及梁柱之間的剛性連接就形成了門式剛架剛度。門式剛架要驗(yàn)算屋面豎向荷載下橫梁的撓度和風(fēng)荷載作用下剛架檐口處的側(cè)向位移，因此在設(shè)計(jì)中要計(jì)算門式剛架抗下?lián)虾涂箓?cè)移的剛度。

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