一、索索是一种高强度的只受拉力的结构单元。
' M4 p9 |" |$ L& f! v索穹顶中的索索结构已广泛应用于悬索和斜拉桥梁结构、高耸桅杆结构和各类大跨度建筑结构中(如上图所示)。 ) A) M Q) Z7 E4 n* N# y
索单元力学模型有以下两个基本假定: 2 `# K3 w. g4 s& H. y& n! Y6 k
1.索只能承受拉力,不能承受压力和弯矩 ;
" E$ e' k( U& n( q6 e+ d2.索是线弹性材料。8 P; _( B% H, G
对于较细较短的索, 索的自重对索垂度及索结构的工作性能影响不大 ,可采用两节点的只拉索单元模拟索的工作 , 将索的自重等效作用到两端节点处 。
- Z# V7 }$ @7 p$ W对于较粗或较长的索,索的自重和索垂度可能对结构的工作性能影响较大, 宜采用能够考虑索跨中自重和垂度影响的力学模型 。
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1 P& }8 `& _& v/ O( K7 G% L5 c( |' w( \9 N较粗较长的索 索在力学分析中是没有轴向刚度的,除非施加了预紧力,这时候就有了轴向应力刚度。) ]/ F7 n4 _, e
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2、杆杆与索最大的区别是:杆除了可以受拉外,还可以受压。 . z) i8 _5 b* @% t, A, s5 K
所以, 工程中常见的名词有拉杆、压杆和拉索,但是没有压索。* r$ d. B7 H! @" o
压杆是工程研究的一个重点。压杆的破坏有失稳破坏和强度破坏。 5 K% K9 c, o! O. y+ E( f, S; G* B
所谓强度破坏,可以假想混凝土柱受压,一侧混凝土背压碎或一侧钢筋屈服,即为强度破坏;
7 f. v4 Q9 d1 G" U& s z所谓失稳破坏,可以假想钢柱受压,由于钢柱多为细长构件,当压力超过欧拉临界力时,材料内部抵抗力与外力达到不稳定平衡状态,变形开始急剧增长,其二阶弯矩叠加影响从而导致构件破坏。 5 k& ~- i2 |) L+ Z: k
总之,强度破坏是应力问题,失稳破坏是变形后二阶效应影响,即变形问题。
2 j- `- ]' a8 A% \5 l. J那么,压杆的失稳破坏和强度破坏有何不同?我将用下图来说明。
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压杆的失稳破坏和强度破坏有何不同设压力与杆件轴线重合,当压力逐渐增加,但小于某一极限值时,杆件一直保持直线形状的平衡,即使用微小的侧向干扰力使其暂时发生轻微弯曲(图a),干扰力解除后,它仍将恢复直线形状(图b)。这表明压杆直线形状的平衡是稳定的。 + v- b6 i( m$ l- [
当压力逐渐增加到某一极限值时,压杆的直线平衡变为不稳定,将转变为曲线形状的平衡。这时如再用微小的侧向干扰力使其发生轻微弯曲,干扰力解除后,它将保持曲线形状的平衡(图四c),不能恢复原有的直线形状。 0 Y4 W" T0 n4 A
上述压力的极限值称为临界压力或临界力,记为Fcr。 $ u. E1 k6 j2 y) h
压杆丧失其直线形状的平衡而过渡为曲线平衡,称为丧失稳定,简称失稳,也称为屈曲。 ; _$ m; f+ _5 n ~* q) D
杆件失稳后,压力的微小增加将引起弯曲变形的显著增大,杆件已丧失了承载能力。 ! ~% H1 @0 A2 a9 y: x9 ~4 X
这是因失稳造成的失效,可以导致整个构件的损坏。
! q) `/ _' L7 s5 W8 h! ]( D: H5 S细长压杆失稳时,应力并不一定很高,可见这种形式的失效,并非强度不足,而是稳定性不够。 : s4 p5 C2 l0 j9 ~' U
杆受压的时候容易发生失稳破坏。
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. _3 J! U& ^/ x) u! x杆受压失稳破坏杆件失稳破坏有时候会造成重大工程灾难
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