吉大《工程力学(工)》第九章 压杆稳定

发布时间:2024-04-23 09:04:03浏览次数:31
吉大《工程力学(工)》第九章 压杆稳定提高压杆稳定性的措施一、稳定计算的重要意义 由于受压杆件的失稳而使整个结构发生坍塌,这不仅会造成物质上的巨大损失,而且还会危及人民的生命。早在 19 世纪末,瑞士的一座铁路桥在一列客车通过时,由于桥桁架中的压杆失稳,致使桥发生灾难性坍塌,大约有200 人遇难。加拿大和俄国的一些铁路桥梁也曾因压杆失稳而造成灾难性事故。 1983 年 10 月 4 日,地处北京的某科研楼建筑工地的钢管脚手架距地面 5~6 m 处突然外弓,刹那间,这座高达 54.2 m、长 17.25 m,总重 56.54 吨的大型脚手架轰然坍塌,造成 5 人死亡、7 人受伤,脚手架所用建筑材料大部分报废,直接经济损失 4.6 万元,工期推迟一个月。现场事故调查结果表明,脚手架结构本身存在缺陷,例如,脚手架支承在未经清理和夯实的地面上,致使某些竖杆受到较大的轴向压力;竖杆之间的横杆距离太远,而两横杆之间的长度相当于压杆长度;而且横杆与竖杆的联结也不坚固等等。这些因素都大大降低了脚手架中压杆的临界载荷,从而导致部分杆丧失稳定而使结构坍塌。二、提高压杆承载能力的措施 为提高压杆的承载能力,必须综合考虑杆长、支承、截面的合理性、以及材料性能等诸因素的影响,从 λ=μl/i着手 1.尽量减小压杆杆长对于细长杆,其临界力与杆长平方成反比。因此,减小杆长可以显著提高杆的承载能力。在某些情况下,通过改变结构或增加支点,可以减小杆长,从而达到提高压杆乃至整个结构的承载能力的目的。2.增加支承刚性支承的刚性越大,压杆的长度因数值越小,临界力越大。例如将两端铰支的压杆变成两端固定约束时,临界力将以数倍增加。 3.合理选择截面形状 当压杆两端在各个方向的挠曲平面内,具有相同约束条件时(例如球铰约束),压杆将在刚度最小的主轴平面内失稳。这种情形下,如果只增加截面某个方向的惯性矩(例如只增加矩形截面高度),并不能明显提高压杆的承载能力。最经济的办法,是将截面设计成中空的,且截面对于各轴的惯性矩相同。据此,在横截面积一定的条件下,正方形或圆形截面比矩形截面效果好;空心正方形或圆管形截面比实心截面好。 4.合理选用材料 在其它条件相同的情形下,选用弹性模量较大的材料可以提高大柔度压杆的承载能力。例如钢制压杆的临界力大于铜、铸铁或铝制压杆的临界力。但是,普通碳素钢、合金钢以及高强度钢的弹性模量相差不大,因此,对于细长杆,选用高强钢,对提高压杆临界力意义不大,反而造成材料的浪费。对于粗短杆或中长杆,其临界力与材料的比例极限、屈服极限以及 a、b 值有关系,这时选用高强钢会使压杆临界力有所提高。
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