第一节钢结构的一些基本概念
结构是由构件组成的构件的种类:梁、柱、板、墙体、桁架、网架、悬索变力性能:拉、压、弯、剪、扭、疲劳、裂缝扩展断裂杆件系统:梁、柱、桁架、网架都属杆件系统结构计算的内容包括:
强度稳定结构在静力或动力荷载作用下的变形振动疲劳其中:强度,稳定和变形在结构设计中常要予以计算。振动是在设计跨度大而轻的楼层和楼梯时考虑,主要是防止因人行走或使用时结构产生令人不适的振动。疲劳计算仅在多次反复荷载下才予以考虑。
§1强度
强度:可指杆件的强度或结构的强度。一.杆件的强度:杆件抵抗破坏的能力。荷载引起的外力≤构件的承载力由材料强度,构件截面的大小和形状确定影响因素:
荷载:大小,作用方式拉、压、弯、剪、扭,静力或动力
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f材料:屈服强度、极限强度、弹性模量等构件截面的大小和形状:截面越大,承载力越大。粗绳比细绳能承受更大的拉力。截面形状的影响则以受弯构件为例,梁就是建筑上应用最广的典型的受弯构件。当一块文具橡皮被弯时,会看到橡皮的一个面伸长了,而另一个面缩短了。梁在受弯时也有同样的表现。将梁看成是由一层层的纤维叠成的。
沿着梁高,从伸长变到缩短,中间必有一个层面即没有伸长也没有缩短,这一层称为中性层。对一般的金属材料,如果截面对称于中心线,则中性层就在截面的中心线上;另一方面,弹性材料包括钢材的一个基本特点就是材料的受力与材料的变形成正比,因此梁的伸长表面受到的拉力最大,缩短表面受到的压力最大,而中性层则不受力。因此,沿着梁高,梁的应力大小按三角形变化,
梁的中性层上应力为零,距中性层越远,应力越大。从这样一个事实出发,为了节约材料,从而将截面做成工字形,翼缘厚,腹板薄,截面的主要面积分布在中性层的两侧远方。因此工形截面的抗弯承载能力要比面积相同、宽度相等的矩形
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f面积大得多,所以承受弯曲变形的构件梁或柱多数做成工字形截面。
值得指出的是工字形截面有一个弱点,沿Y轴方向,也就是抵抗绕X轴的弯曲强轴弯曲,有较大的强度,同时也有较大的抗变形刚度。但是沿X方向,也就是当弯曲绕Y轴发生时弱轴弯曲,构件的强度和刚度都很小,只是相当于一个高度为b,宽度为2t的矩形截面构件见右上图。
因此当需要构件在两个方向都具有一定的强度和刚度时,人们常使用矩形或方形的箱形截面。当弯曲绕X轴发生时,中性层沿X轴当弯曲绕Y轴发生时,中性层沿Y轴。截面面积总是有效地r