受压杆件的扭转屈曲与弯扭屈曲.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第5章受压杆件的扭转屈曲与弯扭屈曲,5.2 轴心受压杆件的扭转屈曲与弯扭屈曲,5.2.1 扭转屈曲,图5.1,根据平衡关系，作用在以该倾斜纤维为轴线的微元体上的轴力,dA在杆的横截面平面内有分力dF,Q,，且,作用在截面上得扭矩：,r,0截面对弯心的极回转半径,扭转屈曲临界力为：,5.2.2 弯扭屈曲,对于截面单轴对称的单角钢、单槽钢或T形钢轴心压杆，形心和弯心不相重合如果杆件在轴心力F作用下不能保持直线平衡而绕对称轴y弯曲时，由于剪力不通过弯心，不可避免的要出现扭转杆件的扭转平衡微分方程为：,其中,弯曲平衡的微分方程可以写为：,两端铰接的杆件，杆端边界条件：,当z=0时：,当z=L时：,解得：,令,得：,临界荷载,式中：,5.2.3计算弯扭屈曲的换算长细比的方法,我国冷弯薄壁型钢结构技术规范设x轴为对称轴，如图所示：,图5.4,根据,得：,令,由于,上式可以写为：,解得弯扭屈曲临界应力：,5.3 偏心压杆的弯扭屈曲,偏心压杆的弯扭屈曲是指其在弯矩平面外的失稳偏心受压杆件的弯扭屈曲平衡微分方程为：,（5.32）,（5.33）,将式（5.32）对z微分二次，式（5.33）对z微分一次，得到：,得到偏心压杆的临界荷载：,在钢结构设计中常常用相关公式来控制偏心压杆的弯扭失稳。

由梁整体失稳的临界弯矩为：,利用这个关系式，并将Fe用M代替，得到：,当F,=Fy时，F/F,y,与M/M,cr,之间的关系是直线关系,第二节 轴心受压时开口薄壁杆件的弯扭屈曲,临界荷载,中性平衡方程,剪心C沿x和y轴方向平移u和v，截面绕剪力中心扭转,角，点B(x,y)沿x和y轴方向位移为：,假定屈曲时杆件处于弹性工作阶段和小变形状态，并假定截面的周边形状保持不变，无初始缺陷5.4 用能量法计算开口薄壁轴心压杆的屈曲荷载,一 中性平衡方程的建立,(一)通过势能驻值原理来推导,变形后微段长度：,由于u,v是微小量，上式简化为：,B点纵向纤维变形后的总长度为：,B点纵向纤维变形后两端缩短为：,式中,应力,F/A在小条上的外力功为：,对整根杆，压力F的外力功为：,并考虑了,因此，总势能为,即：,二 临界荷载的确定,(一)假设位移函数，将微分方程组化为求解代数方程组,如杆段简支时，边界条件为,假设位移函数为：,A、B和C广义坐标或参变数,n1,2,3,弹性曲线的半波数,将它代入总势能表达式，并令：,得到线性齐次代数方程组为：,特征方程为：,或,解此方程式所得F的最小根，即为所求的临界力F,cr,。

三 关于临界荷载的讨论以两端简支的轴压杆为例,(一)当杆件截面为双轴对称或点对称时,截面形心与剪力中心重合，x,0,y,0,0：,方程式的三个根为,得到最小临界力，将此三根代入(5.56)式，可得,当FF,x,和FF,y,时，杆件为弯曲屈曲，当FF,时，杆件为扭转屈曲对于双轴对称或点对称截面的轴压杆，只能发生绕其主轴弯曲屈曲或绕剪力中心的扭转屈曲，不会发生弯扭屈曲二)当杆件截面为单轴对称(设y轴为对称轴)时，则x,0,0，,弯曲屈曲,弯扭屈曲,(三)当杆件截面为不对称时，则必为弯扭屈曲，临界力为(5.58)式的三个根中最小值，并取n1取n1，得到最小临界力5.5 用能量法计算开口薄壁偏心压杆的屈曲荷载,除了上节所述的基本假定外，需再假设杆件截面具有足够的抗弯刚度，由偏心弯矩产生的弯曲变形很小，可以略去不计一 中性平衡方程的建立,(一)根据势能驻值原理来导出,中性平衡状态时，截面上任意点B(x,y)的位移、应变能U和外力所作的功W的表达式与上一节表达式相同将(5.66)代入(5.48)式，对整个截面积分，并注意O为形心，x和y轴为形心主轴，可得：,式中,x,和,y,为不对称截面的几何特性。

体系总势能,Ep的表达式为：,二 临界荷载的确定,(一)假设位移函数，将微分方程组化为求解代数方程组,如杆段简支时，边界条件为,假设位移函数为：,A、B和C广义坐标或参变数,n1,2,3,弹性曲线的半波数,根据势能驻值定理，令,A、B、C不同时为0的条件是其系数行列式=0，则可以得到稳定方程为：,得：,解这个特征方程可得F的三个根，其最小根就是所求的临界荷载三 关于临界荷载的讨论以两端简支的轴压杆为例,(一)当杆件为双轴对称，且压力F作用在一个对称轴(假定是y轴)上时，则x,0,=y,0,=e,y,=,x,=,y,=0，此时方程,形式为：,或者,式中：,临界力为上述三根中最小值，并取n1当临界力为P,x,时，为绕x轴的弯曲屈曲，当临界力为其它根时，为弯扭屈曲当为弯扭屈曲时：,(二)当杆件为单轴对称，且压力F作用在对称轴(假定是y轴)上时，则x,0,=e,y,=,x,=0，此时方程,式的形式为：,杆件可能绕x轴弯曲屈曲，也可能是弯扭屈曲三)当杆件截面无对称轴时，则为弯扭屈曲但当偏压力P作用在剪力中心时，则e,x,=y,0,e,y,=x,0,，此时方程,可简化为：,其根为：,说明偏心荷载当F通过剪力中心时，不存在弯扭屈曲，只能是弯曲屈曲或扭转屈曲。

对于单轴对称截面，扭转屈曲的临界力为：,。