一、索索是一种高强度的只受拉力的结构单元。 5 u0 a: T6 `- o' E" L3 {. F
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)。
, D1 i3 u7 ] k4 h索单元力学模型有以下两个基本假定: . n: b- w0 v( W: [6 W" r
1.索只能承受拉力,不能承受压力和弯矩 ;6 e7 Z8 l- i! T& U
2.索是线弹性材料。* `2 z* P, ]1 o ^; l) c
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 。
) F8 B; o: _/ O- y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 。 ! Y8 R* ?7 I" d8 i C
8 [. _ g+ ~7 Q& a, M, x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。" U J( s8 Y K R& v% g
) g! s3 j( c4 [/ f( c
) P& b- s* l; W+ ?2、杆杆与索最大的区别是:杆除了可以受拉外,还可以受压。 4 e$ q- A& Z7 O5 Y4 q
所以, 工程中常见的名词有拉杆、压杆和拉索,但是没有压索。
$ G2 K5 A) V- }7 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。
( m! K- c4 a8 P6 E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;
1 Y+ Y. A3 @9 ]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。 4 D3 Z! d$ z7 Z/ j) ^% e4 ]* e8 V T
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。7 J5 y) L( b4 f- t7 m9 _
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。 + O. J* P9 ]; [' R/ z
2 b& x2 i; n9 O5 |( y5 w+ A! R2 A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。
% M/ a- C; h) _* r5 C- V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。
% m( b, R x# S! C4 M) w上述压力的极限值称为临界压力或临界力,记为Fcr。
- ~& ^ B7 P5 ?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。 * b2 G% q3 C. @$ B
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。 6 M9 }/ D+ k+ z! A
这是因失稳造成的失效,可以导致整个构件的损坏。
' o* f5 {/ v" u/ C0 U8 x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。
) ?3 s o# Y# @# I ]6 ^0 }! H. E# }杆受压的时候容易发生失稳破坏。
+ D. k4 g- U; u4 z8 p- K, d3 A1 o' }0 k7 p' g7 y
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
/ q+ `" {) p4 a3 j6 \
! M: z/ t! O$ D+ ]# J; A
{6 I0 H( ^% r
7 F: t1 m% J6 r, s( Q
J/ n5 t b0 p+ X |