一、索索是一种高强度的只受拉力的结构单元。 0 B+ ?2 z# T( W# B/ Q; X& q9 J1 a
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)。
9 d; p9 o4 y7 b6 r6 Y索单元力学模型有以下两个基本假定:
4 {) c5 Y e: H2 m1.索只能承受拉力,不能承受压力和弯矩 ;
H& E; I" I2 [2.索是线弹性材料。
. a. \* e0 n2 K" C U8 q+ ~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 。 / P/ l# P. T/ t- G# K. N9 I: ]
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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" c% p9 N2 f8 S. V. d+ `) ]$ g( B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。% E8 Z: a3 \' a6 @* j* y9 A
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) O" e3 X+ g/ C2 H2、杆杆与索最大的区别是:杆除了可以受拉外,还可以受压。 / D+ o/ o( v3 W G- E7 v6 z
所以, 工程中常见的名词有拉杆、压杆和拉索,但是没有压索。
% |$ @9 R. k4 g5 d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。 ) u4 w4 H5 v, {6 F$ f; j9 i! i
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;
/ M3 E& k) k" @, b2 ]* E. _$ v6 \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。 + M- f1 B+ Z. D: a
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。
0 l; y2 a; c* a; M! N3 O7 s% a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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$ t. }8 t! @. a* {; S3 g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。 6 m0 F# P* K3 G: W: E- g
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。 + l: \5 x1 |4 {/ f6 d. R
上述压力的极限值称为临界压力或临界力,记为Fcr。
, W6 B) K1 L X; y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。
& j; K1 f" S# ?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。
4 @8 ] k7 ^2 |1 E' d/ B这是因失稳造成的失效,可以导致整个构件的损坏。 ; F2 a4 f# q! _% B
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。
% g$ M, l h( L. X0 h杆受压的时候容易发生失稳破坏。
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. {9 P. y" a. Y" f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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