第十二章構(gòu)件的功能及桿形構(gòu)件的靜

力學(xué)設(shè)計準(zhǔn)則第一節(jié)構(gòu)件的力學(xué)功能及構(gòu)件的力學(xué)設(shè)計的概念第二節(jié)構(gòu)件的強度失效分析及設(shè)計準(zhǔn)則第三節(jié)強度設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)用第四節(jié)桿類構(gòu)件的剛度設(shè)計準(zhǔn)則第五節(jié)理想壓桿穩(wěn)定性的設(shè)計準(zhǔn)則總結(jié)與討論習(xí)題12.1構(gòu)件的力學(xué)功能及構(gòu)件的力學(xué)設(shè)計的概念12.1.1構(gòu)件的力學(xué)功能建筑物通常會受到各種外荷載作用，建筑物中起到支撐起空間、承受及傳遞荷載的骨架體系稱為建筑結(jié)構(gòu)，組成建筑結(jié)構(gòu)的基本部件稱為構(gòu)件。例如建筑結(jié)構(gòu)的組成部件有梁、板、柱和墻等。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)承受及傳遞靜荷載時，各構(gòu)件都必須能夠正常地工作，這樣才能保證整個結(jié)構(gòu)正常工作，完成設(shè)計者和建造者要求其完成的功能。為此，首先要求構(gòu)件在受荷載作用時組成構(gòu)件的材料不發(fā)生斷裂或屈服，也就是說構(gòu)件不發(fā)生強度失效。如房屋的梁因荷載過大而斷裂時，整個房屋就有可能破壞。只是不發(fā)生破壞，并不一定就能保證構(gòu)件或整個結(jié)構(gòu)的正常工作。例如，吊車梁若因荷載過大而發(fā)生過度的變形，也就是剛度失效，吊車也就不能正常的行駛。另外，有一些構(gòu)件在荷載作用下，其原有的平衡形狀可能喪失穩(wěn)定性——穩(wěn)定性失效。例如，房屋中受壓柱如果是細(xì)長的，則在壓力超過一定限度后，就有可能發(fā)生顯著的彎曲變形——失穩(wěn)，構(gòu)件失穩(wěn)的后果往往是嚴(yán)重的，例如上述的柱如果失穩(wěn)，就可能使房屋倒塌。下一頁返回12.1構(gòu)件的力學(xué)功能及構(gòu)件的力學(xué)設(shè)計的概念12.1.2構(gòu)件的靜力學(xué)設(shè)計的概念建筑物中的結(jié)構(gòu)及構(gòu)件都具有一定的功能。這些功能是通過設(shè)計者的設(shè)計和建造者的建造賦予建筑結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的。構(gòu)件的靜力學(xué)設(shè)計，簡單而言就是通過設(shè)計者的創(chuàng)作行為（或過程）使構(gòu)件在建造好后在具體的靜載荷作用下具有預(yù)期的功能。對于構(gòu)件而言，通過設(shè)計使其具有足夠的強度、剛度及穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)相應(yīng)的失效。下文具體討論相應(yīng)的設(shè)計。上一頁返回12.2構(gòu)件的強度失效分析及設(shè)計準(zhǔn)則所謂強度失效，就是指因強度不足而引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的失效。強度失效的基本形式是材料的斷裂和材料屈服后產(chǎn)生的塑性變形。在構(gòu)件設(shè)計中，如何保證設(shè)計的構(gòu)件在建造和使用中不發(fā)生強度失效呢？如果構(gòu)件截面上的應(yīng)力分布均勻，則當(dāng)橫截面上有一點應(yīng)力達到極限應(yīng)力，截面上各點的應(yīng)力均達到了極限應(yīng)力，此時整個截面發(fā)生屈服或斷裂，構(gòu)件就失效。如果構(gòu)件橫截面上各點的應(yīng)力分布并不均勻，則最大應(yīng)力點處的材料總是首先發(fā)生失效，此時，應(yīng)力較小處的材料尚未失效，還能正常工作。可見，構(gòu)件如果是塑性材料制成，則截面上一點處的失效并不會很快導(dǎo)致整個構(gòu)件的失效；如果是脆性材料，則一點處的局部失效引起的開裂會立刻遍及整個截面，導(dǎo)致整個構(gòu)件的失效。目前工程中通常采用的還是一點處失效的概念，構(gòu)件中如有一點發(fā)生失效，即認(rèn)為整個構(gòu)件的強度就失效。上一頁下一頁返回12.2構(gòu)件的強度失效分析及設(shè)計準(zhǔn)則從前面第7章介紹試驗得出結(jié)論，見式（7-7）及式（7-8），可知脆性材料和塑性材料在單向應(yīng)力條件下斷裂和屈服的判據(jù)。由此出發(fā)，可以在軸向拉壓構(gòu)件強度設(shè)計中，為了確保安全，留有余地，必須使構(gòu)件橫截面上的工作應(yīng)力小于極限應(yīng)力。設(shè)計準(zhǔn)則為 （12-1）上式中s為最大工作應(yīng)力，[s]稱為許用應(yīng)力，[s]由下式?jīng)Q定 （12-2）對于脆性材料

對于塑性材料

式中n稱為安全因數(shù)，常取，正確選擇安全因數(shù)是一項十分重要的工作，一般由政府或政府部門進行規(guī)定。上一頁下一頁返回12.2構(gòu)件的強度失效分析及設(shè)計準(zhǔn)則上述設(shè)計準(zhǔn)則是從軸向拉壓試驗即單向應(yīng)力狀態(tài)中總結(jié)出的，但是實際構(gòu)件危險點的應(yīng)力狀態(tài)往往不是單向的或純剪切的，大部分是復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)。實踐表明，材料的失效與它所處的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。例如，脆性材料在三向等壓應(yīng)力狀態(tài)下，會產(chǎn)生明顯的塑性變形；而塑性材料在三向受拉應(yīng)力狀態(tài)下卻會脆性斷裂。對復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料強度失效的研究，完全采用做實驗的方法是難以實現(xiàn)的。因為，實際結(jié)構(gòu)存在著多種多樣的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，僅主應(yīng)力、、的大小以及它們的比就可能有很多種組合，要完全重復(fù)實現(xiàn)這些應(yīng)力狀態(tài)是不現(xiàn)實的。況且，有些實驗如三向等拉應(yīng)力狀態(tài)實驗在技術(shù)上目前難以實現(xiàn)。為了建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強度設(shè)計準(zhǔn)則，通常是依據(jù)部分實驗結(jié)果，對失效現(xiàn)象進行分析歸納，從而提出材料失效原因的假說，可以科學(xué)的假設(shè)和預(yù)測——無論何種應(yīng)力狀態(tài)，也無論何種材料，只要失效形式相同便具有共同的失效原因。在此基礎(chǔ)上，將不可能實現(xiàn)的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的實驗通過大量簡單的實驗，得到如下結(jié)果——材料在常溫靜荷載作用下要發(fā)生兩種強度失效，一種是屈服；另一種是斷裂，從而建立了強度設(shè)計準(zhǔn)則或強度理論。上一頁下一頁返回12.2構(gòu)件的強度失效分析及設(shè)計準(zhǔn)則12.2.1脆性斷裂的強度設(shè)計準(zhǔn)則1.最大拉應(yīng)力強度準(zhǔn)則（第一強度理論）最大拉應(yīng)力強度準(zhǔn)則認(rèn)為，最大拉應(yīng)力是引起材料斷裂的決定因素，不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要發(fā)生脆性斷裂，其原因都是由于微元內(nèi)最大拉應(yīng)力達到了某個共同極限值。脆性材料單向拉伸實驗結(jié)果表明，當(dāng)橫截面上的正應(yīng)力時，所有應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生脆性斷裂失效判據(jù)為： （12-3）其相應(yīng)的強度設(shè)計準(zhǔn)則為： （12-4）式中，為材料的強度極限；n為對應(yīng)的安全因數(shù)。上一頁下一頁返回12.2構(gòu)件的強度失效分析及設(shè)計準(zhǔn)則2.最大伸長線應(yīng)變準(zhǔn)則（第二強度理論）最大伸長線應(yīng)變準(zhǔn)則認(rèn)為，最大的拉應(yīng)變是引起材料斷裂的決定因素。不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要發(fā)生脆性斷裂，其共同原因都是由微元內(nèi)最大拉應(yīng)變達到了某個共同極限值。其斷裂失效判據(jù)為 （12-5）如果材料服從胡克定律，則上式可寫為 （12-6）其強度設(shè)計準(zhǔn)則為 （12-7）從形式上看，最大伸長線應(yīng)變準(zhǔn)則似乎比最大拉應(yīng)力強度準(zhǔn)則更完善些，因為除了最大拉應(yīng)力外，還考慮了、的影響。但事實上最大伸長線應(yīng)變準(zhǔn)則只有很少幾個試驗（混凝土、石料等脆性材料的軸向壓縮試驗）能與之吻合。所以，目前已很少應(yīng)用。上一頁下一頁返回12.2構(gòu)件的強度失效分析及設(shè)計準(zhǔn)則12.2.2屈服的強度準(zhǔn)則1.最大切應(yīng)力準(zhǔn)則（第三強度理論）最大切應(yīng)力準(zhǔn)則認(rèn)為，最大切應(yīng)力是引起材料屈服或剪斷的決定因素。不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要發(fā)生屈服或剪斷，其共同原因都是由于微元內(nèi)的最大切應(yīng)力達到某個共同的極限值。由單向拉伸試驗得知，屈服切應(yīng)力是極限切應(yīng)力，其值等于屈服強度的一半。于是，屈服或剪斷的判別依據(jù)為： （12-8）由于最大切應(yīng)力為，所以，式（12-8）可改寫成為 （12-9）其相應(yīng)的強度設(shè)計準(zhǔn)則為 （12-10）式中，為材料的屈服強度；n為對應(yīng)的安全因數(shù)。上一頁下一頁返回12.2構(gòu)件的強度失效分析及設(shè)計準(zhǔn)則2.形狀改變比能準(zhǔn)則（第四強度理論）彈性體受力后，其形狀和體積將發(fā)生變化，同時彈性體內(nèi)積蓄了一定的變形能。單位體積內(nèi)的變形能稱為比能u。比能u包括兩部分，體積改變比能和形狀改變比能。形狀改變比能的表達式如下 （12-11）形狀改變比能準(zhǔn)則認(rèn)為：形狀改變比能是引起材料發(fā)生塑性屈服破壞的決定因素，不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)下，只要發(fā)生屈服或剪斷，其原因都是由于微元內(nèi)的形狀改變比能達到了某個共同極限值。因此，材料發(fā)生塑性屈服的判別依據(jù)為 （12-12）材料在單向拉伸試驗屈服時，，代入式（12-12），得到形狀改變比能密度 （12-13）將式（12-13）代入式（12-11），整理得到材料發(fā)生塑性屈服的判別依據(jù)為 （12-14）上一頁下一頁返回12.2構(gòu)件的強度失效分析及設(shè)計準(zhǔn)則其相應(yīng)的強度設(shè)計準(zhǔn)則為 （12-15）式中，為材料的屈服應(yīng)力；n為對應(yīng)的安全因數(shù)。形狀改變比能準(zhǔn)則由米澤斯（R.von.Mises）于1913年修正最大切應(yīng)力準(zhǔn)則時提出的。1924年，德國的亨奇（H.Hencky）從形狀改變比能出發(fā)對這一準(zhǔn)則作了解釋，從而形成了形狀改變比能準(zhǔn)則。因此，這一準(zhǔn)則又稱為米澤斯準(zhǔn)則。1926年，德國的洛德（Lode，W.）通過薄壁圓管同時承受軸向拉伸與內(nèi)壓力時的屈服試驗，驗證形狀改變比能準(zhǔn)則。他發(fā)現(xiàn)對于低碳鋼和合金鋼等韌性材料，形狀改變比能準(zhǔn)則與試驗結(jié)果吻合得相當(dāng)好。其他大量試驗結(jié)果還表明，形狀改變比能準(zhǔn)則能夠很好地描述銅、鎳、鋁等大量工程韌性材料的屈服狀態(tài)。形狀改變比能準(zhǔn)則與最大切應(yīng)力準(zhǔn)則相比，這一準(zhǔn)則考慮了各個主應(yīng)力對強度的影響，更接近于試驗結(jié)果。上一頁下一頁返回12.2構(gòu)件的強度失效分析及設(shè)計準(zhǔn)則12.2.3莫爾準(zhǔn)則前面介紹的屈服條件都假定材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能相同。但對某些拉、壓強度不等的脆性材料，如鑄鐵和混凝土等，在軸向壓縮試驗時，有時會發(fā)生剪斷破壞，此時，最大切應(yīng)力準(zhǔn)則和形狀改變比能密度準(zhǔn)則不能夠解釋這些試驗結(jié)果。例如鑄鐵壓縮時沿55°左右的斜截面破裂，而不是最大切應(yīng)力所在的45°斜截面。針對這種情況，德國工程師莫爾（O.Mohr）提出了一個失效判據(jù)準(zhǔn)則，通常稱為莫爾準(zhǔn)則。先對材料作三種破壞試驗，即單向拉伸、單向壓縮和薄壁圓筒純扭轉(zhuǎn)，根據(jù)試驗測得的破壞是它的極限應(yīng)力，在坐標(biāo)系中畫出三個應(yīng)力莫爾圓，稱為極限應(yīng)力莫爾圓。三個極限應(yīng)力莫爾圓的包絡(luò)線即為極限曲線，如圖12-1（a）所示。莫爾認(rèn)為，對于任意處于已知的應(yīng)力狀態(tài)（）一點，如果由和確定的應(yīng)力圓在上述包絡(luò)線內(nèi)，則該點不會失效，如果恰與包絡(luò)線相切，就表明已達到失效狀態(tài)。上一頁下一頁返回12.2構(gòu)件的強度失效分析及設(shè)計準(zhǔn)則在工程實踐中，為了應(yīng)用有限的試驗數(shù)據(jù)確定極限應(yīng)力曲線，通常以單向拉伸和軸向壓縮兩個極限應(yīng)力圓的公切線來近似代替包絡(luò)線，取軸向拉伸時的許用應(yīng)力代替極限應(yīng)力，軸向壓縮時的許用應(yīng)力代替極限應(yīng)力，作出相應(yīng)應(yīng)力圓的公切線，稱為許用極限曲線，如圖12-1（b）所示。現(xiàn)設(shè)任意一應(yīng)力狀態(tài)，主應(yīng)力為、，在圖中作出相應(yīng)的應(yīng)力圓，它的極限狀態(tài)是與許用極限曲線相切，此時，有關(guān)系式 （12-16）由此得到莫爾準(zhǔn)則的數(shù)學(xué)表達式為 （12-17）當(dāng)材料的拉、壓許用應(yīng)力相等時，上式便與最大切應(yīng)力準(zhǔn)則一致。上一頁返回12.3強度設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)用12.3.1對失效判據(jù)的歷史認(rèn)識由于工程上的需要，二百多年來人們根據(jù)試驗及理論推導(dǎo)對材料失效的原因提出了各種不同的假說，這些假說在材料力學(xué)中稱為強度理論。強度理論的發(fā)展史是和人們對工程材料的認(rèn)識和使用是一致的。19世紀(jì)以前，人們大量使用的材料是石料、磚和鑄鐵等脆性材料，在實踐中，人們觀察到的破壞多是脆性破壞，相應(yīng)最早提出來的是關(guān)于脆性斷裂的強度理論。19世紀(jì)以來，隨著低碳鋼、銅及其合金等塑性材料的使用越來越廣泛，人們對材料的塑性屈服現(xiàn)象及其物理本質(zhì)有了較為深刻的認(rèn)識，提出了關(guān)于塑性屈服的強度理論。我國的俞茂宏教授于1961年提出了雙切應(yīng)力屈服條件，該理論對于拉壓屈服極限相等的某些金屬材料（如鋁合金）比較適用。試驗表明，各種強度理論都只能被一部分破壞試驗所證實，而不能解釋所有材料的破壞現(xiàn)象，目前還沒有公認(rèn)的一種統(tǒng)一的、適用于各種工程材料和各種不同應(yīng)力狀態(tài)的強度理論。下一頁返回12.3強度設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)用12.3.2失效判據(jù)的選用如上文所述，一種失效判據(jù)只適用于某種確定的失效形式。在實際應(yīng)用中首先應(yīng)當(dāng)判斷可能會發(fā)生何種形式的的失效，然后選用合適的失效判據(jù)。失效形式與材料的韌脆性質(zhì)，危險點處的應(yīng)力狀態(tài)、溫度和加載速度均有關(guān)系。一般情況下，脆性材料將發(fā)生脆性斷裂，應(yīng)選用最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則、最大伸長線應(yīng)變準(zhǔn)則或莫爾準(zhǔn)則；而塑性材料一般將發(fā)生屈服，一般應(yīng)選用最大切應(yīng)力準(zhǔn)則或形狀改變比能準(zhǔn)則。但在三向受拉時脆性材料也會發(fā)生脆斷，而在三向受壓時脆性材料也會發(fā)生屈服或剪斷，故應(yīng)選取相應(yīng)的判據(jù)。另外，用以確定許用應(yīng)力的，也必須是相應(yīng)于該失效形式的極限應(yīng)力。例如，低碳鋼在常溫單軸拉伸試驗中不可能得到材料發(fā)生脆斷時的極限應(yīng)力，故在應(yīng)用最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則時，應(yīng)當(dāng)用帶環(huán)形切槽的拉伸試樣拉伸斷裂時的載荷除以最小斷面得到平均正應(yīng)力作為近似極限應(yīng)力來確定其許用應(yīng)力。上一頁下一頁返回12.3強度設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)用12.3.3強度設(shè)計準(zhǔn)則的應(yīng)用在工程實踐中，綜合上述五個強度設(shè)計準(zhǔn)則，可寫成統(tǒng)一的形式： （12-18）式中，稱為相當(dāng)應(yīng)力或折算應(yīng)力。相當(dāng)應(yīng)力是有三個主應(yīng)力按照不同形式組合的綜合值，其強度判別準(zhǔn)則分別為

（12-19）上一頁下一頁返回12.3強度設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)用應(yīng)用強度設(shè)計準(zhǔn)則時一般的過程為1）分析計算構(gòu)件中危險點的應(yīng)力；2）計算主應(yīng)力；3）選用適當(dāng)?shù)氖袚?jù)并計算相當(dāng)應(yīng)力；4）應(yīng)用強度設(shè)計準(zhǔn)則進行計算，如截面設(shè)計、強度校核及確定許用載核。下文簡單地舉例介紹，下章將分拉壓構(gòu)件、受扭構(gòu)件及受彎構(gòu)件分別介紹。例12-1將沸水倒入厚玻璃杯里，玻璃杯內(nèi)、外壁受力狀況如何？若因此而發(fā)生破裂，問破壞是從內(nèi)壁開始，還是從外壁開始，為什么？如圖12-2所示。解：厚玻璃杯內(nèi)倒入沸水后，分析以下三種情況。內(nèi)外壁溫度——內(nèi)壁溫度高于外壁溫度；內(nèi)外壁變形——內(nèi)壁膨脹受外壁約束，故內(nèi)壁受壓；內(nèi)壁膨脹又迫使外壁伸長，因而外壁受拉；玻璃抗拉強度和抗壓強度相比——玻璃為脆性材料，其抗拉強度低于抗壓強度，所以破裂（失效）必從外壁開始。上一頁下一頁返回12.3強度設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)用例12-2兩種應(yīng)力狀態(tài)如圖12-3所示（設(shè)|s|>|t|）。試回答如下問題：直接根據(jù)形狀改變比能的概念，判斷哪一種應(yīng)力狀態(tài)較危險？并用形狀改變比能設(shè)計準(zhǔn)則進行校核。解：1）判斷圖12-3（a）、（b）的危險點。由于各向同性材料，正應(yīng)力僅產(chǎn)生正應(yīng)變，切應(yīng)力僅產(chǎn)生切應(yīng)變，而兩圖中正應(yīng)力和切應(yīng)力分別相等，因而兩者形狀改變比能也相等，故兩種情況下危險程度相同。2）按形狀改變比能校核二者危險程度。如圖12-3（a）所示。因為 ， ，上一頁下一頁返回12.3強度設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)用所以

如圖12-3（b）所示。因為 ， ， 所以

結(jié)論如下，兩圖所示情況同樣危險。上一頁下一頁返回12.3強度設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)用例12-3圓桿如圖12-4所示，已知d=10mm，，試求許用荷載，若材料為（1）鋼材， ；（2）鑄鐵，許用拉應(yīng)力為 ；（3）若改為壓力，結(jié)果有無改變，為什么？解：（1）求主應(yīng)力1）畫圖桿表面任一點A的單元體如圖12-4（b）所示。2）

上一頁下一頁返回12.3強度設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)用3）用主應(yīng)力公式，單元體上應(yīng)力情況如下：因為， ， ， 所以，（2）對于鋼材，用最大切應(yīng)力設(shè)計準(zhǔn)則的：

所以 注：若用形狀改變比能密度設(shè)計準(zhǔn)則計算結(jié)果一樣。（3）對于鑄鐵，應(yīng)使用最大拉應(yīng)力設(shè)計準(zhǔn)則

所以

（4）若改為壓力，則為負(fù)，單元體上的主應(yīng)力為

，上一頁返回12.4桿類構(gòu)件的剛度設(shè)計準(zhǔn)則如本章第1節(jié)所討論，構(gòu)件要能正常工作，除了具有足夠的強度外，還應(yīng)具有一定的剛度，就是說桿件在載荷作用下發(fā)生的變形應(yīng)該控制在一定的范圍，對于桿類構(gòu)件而言，主要以桿件的橫截面為控制對象，使桿上任一橫截面的位移或相對位移不超過一定的范圍。具體對于不同變形特征的桿件的橫截面位移或相對位移控制分別如下文。12.4.1拉伸、壓縮變形桿件的剛度設(shè)計準(zhǔn)則 （12-20）式中，為軸向位移；為許用軸向位移。12.4.2扭轉(zhuǎn)變形桿的剛度設(shè)計準(zhǔn)則 （12-21a）對于等直圓桿，剛度設(shè)計準(zhǔn)則還可以寫成： （12-21b）式中，為單位長度扭轉(zhuǎn)角中最大值，為許用單位長度扭轉(zhuǎn)角，為桿件截面最大扭矩，為桿件截面的抗扭轉(zhuǎn)剛度。下一頁返回12.4桿類構(gòu)件的剛度設(shè)計準(zhǔn)則12.4.3平面彎曲桿件的剛度設(shè)計準(zhǔn)則 （12-22）式中，為梁的最大撓度，l為梁的跨度，為梁的許用撓度。一般工程設(shè)計中，強度要求能滿足，剛度也能滿足。除扭轉(zhuǎn)變形外，其他的變形類型在設(shè)計中，強度設(shè)計屬主要設(shè)計，而剛度設(shè)計常處于從屬的位置。上一頁返回12.5理想壓桿穩(wěn)定性的設(shè)計準(zhǔn)則12.5.1理想壓桿的穩(wěn)定判據(jù)為了保證理想壓桿在軸向壓力F作用下不致失穩(wěn)，并具有一定的安全儲備，必須滿足如下條件 （12-23）或者寫成 （12-24）式中，為穩(wěn)定許用壓力，為穩(wěn)定許用應(yīng)力，為規(guī)定的穩(wěn)定安全系數(shù)，考慮到“偶然偏心”，其值要比強度安全系數(shù)n大一些，s為壓桿工作時橫截面上的正應(yīng)力，稱為工作應(yīng)力，其大小為。與強度計算類似，利用穩(wěn)定條件式（12-23）或式（12-24），可以校核壓桿的穩(wěn)定性、確定壓桿的橫截面面積以及確定壓桿的許用壓力等。應(yīng)該指出，由于壓桿的穩(wěn)定性取決于整個桿件的抗彎剛度，因此，在確定壓桿的臨界載荷或臨界應(yīng)力時，可不必考慮桿件局部削弱（例如鉚釘孔、油孔等）的影響，而可按未削弱的橫截面尺寸來計算慣性矩I和橫截面面積A。但對于受削弱的橫截面，應(yīng)進行強度校核。下一頁返回12.5理想壓桿穩(wěn)定性的設(shè)計準(zhǔn)則12.5.2理想壓桿的設(shè)計準(zhǔn)則壓桿的穩(wěn)定計算常用的方法有安全系數(shù)法和折減系數(shù)法兩種。當(dāng)壓桿所受軸向壓力小于其臨界載荷時，從理論上來說避免了壓桿的失穩(wěn)，但實際上，由于影響穩(wěn)定性的因素甚多，計算時還必須考慮適當(dāng)?shù)陌踩珒洌磻?yīng)考慮穩(wěn)定安全系數(shù)。因此壓桿的穩(wěn)定條件應(yīng)為 或 （12-25）上式可改寫為 （12-26）式中，為壓桿實際的工作安全系數(shù)，為規(guī)定的穩(wěn)定安全系數(shù)。各種壓桿的值可查有關(guān)的設(shè)計手冊。壓桿穩(wěn)定性設(shè)計準(zhǔn)則的方法分為安全因數(shù)法和折減系數(shù)法兩種。上一頁下一頁返回12.5理想壓桿穩(wěn)定性的設(shè)計準(zhǔn)則1.安全因數(shù)法 （12-27）式中，為工作安全因數(shù)，記為 ，為規(guī)定的穩(wěn)定安全因數(shù)。2.折減系數(shù)法 （12-28）式中，j為折減系數(shù)，是一個隨壓桿柔度而改變的量，可通過查表獲得，為壓桿的臨界荷載，A為壓桿的截面面積，為壓桿的許用應(yīng)力。以上兩式中、j均和材料性質(zhì)、柔度有關(guān)。上一頁返回總結(jié)與討論1.關(guān)于構(gòu)件的功能要求和構(gòu)件的失效（1）構(gòu)件的強度、剛度、穩(wěn)定性是構(gòu)件正常工作的功能要求。（2）由于材料的力學(xué)行為而使構(gòu)件喪失正常工作功能的現(xiàn)象都稱為構(gòu)件的失效。2.應(yīng)用強度設(shè)計準(zhǔn)則要注意的幾個問題（1）要注意不同強度設(shè)計準(zhǔn)則的適用范圍。上述強度設(shè)計準(zhǔn)則只適用于某種確定的失效形式，因此，在實際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)先判斷將會發(fā)生什么形式的失效——屈服還是斷裂，然后，選用合適的強度設(shè)計準(zhǔn)則。在大多數(shù)應(yīng)力狀態(tài)下，脆性材料發(fā)生塑性斷裂，因而選用第一強度理論，而在大多數(shù)應(yīng)力狀態(tài)下，韌性材料將發(fā)生屈服和剪斷，故而選用第三或第四強度理論。但是，必須指出，材料的失效形式不僅取決于材料的力學(xué)行為，而且與其所處的應(yīng)力狀態(tài)、溫度和加載速度都有一定關(guān)系。實驗表明，韌性材料在一定的條件（例如，低碳鋼在低溫或三向拉伸時）下，會表現(xiàn)為脆性斷裂；而脆性材料在一定的應(yīng)力狀態(tài)（例如，鑄鐵在三向壓縮時）下，會表現(xiàn)出塑性屈服或剪斷。下一頁返回總結(jié)與討論3.結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計方法簡介我國建設(shè)部頒布的《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068—2001，規(guī)定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法為可靠度設(shè)計方法。在本章介紹的強度設(shè)計準(zhǔn)則，是將載荷、構(gòu)件尺寸與材料力學(xué)性能等量都看成了確定的，將所有不確定的因素，用一個安全因數(shù)加以處理。這種設(shè)計方法的優(yōu)點是比較簡單、易于理解。缺點是用一個安全因數(shù)加以處理，帶有很大的經(jīng)驗性，因此，對于按此種方法設(shè)計的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，往往不能確切地判斷該設(shè)計的安全性。實際上，作用于結(jié)構(gòu)及構(gòu)件上的載荷并非總是確定的，如樓板上作用的活荷載、房屋上作用的風(fēng)荷載等，在許多情況下應(yīng)視為隨機變量。在設(shè)計時所取的構(gòu)件尺寸，一般和建成實際尺寸相比有一定的誤差。這樣，從設(shè)計的角度看，構(gòu)件尺寸也是隨機變量。此外，材料的力學(xué)性能是通過在原材料上取樣所得若干試樣的實驗結(jié)果確定的，實驗數(shù)據(jù)一般具有分散性，也是隨機變量。這樣，在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要確定結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件、規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，也就是可靠性，定量地用概率表示的可