Потеря устойчивости центрально сжатых стержней
При увеличении силы Р стержень вначале будет оставаться прямым , и если ему даже дать искусственное небольшое отклонение У, то после устранения причины отклонения он вернется к первоначальному прямолинейному положению (устойчивое равновесие). При дальнейшем увеличении внешней нагрузки Р может наступить такой момент, когда будут возможны прямолинейная форма равновесия стержня и криволинейная, изгибная. В этом случае при небольшом искусственном отклонении стержня на величину У и устранения причины отклонения стержень останется изогнутым и не вернется к прямолинейному положению. В точке разветвления прямолинейной криволинейной форм равновесия внешняя сила достигнет своего критического значения Nсч. Дальнейшее, самое незначительное увеличение силы Nсч ведет к резкому нарастанию деформаций и потере несущей способности стержня. Критическая сила для упругого, центрально сжатого, шарнирно – опертого по концам стержня определяется по формуле Л. Эйлера (1744 г.):
,
где Е – модуль упругости материала стержня;
J – минимальный момент инерции сечения стержня;
– расчетная длина стержня.
Критические напряжения в стержне:
где – площадь брутто поперечного сечения стержня;
– радиус инерции стержня;
–- гибкость стержня.
Критические напряжения зависят только от гибкости стержня l. При выводе формулы Эйлера предполагалось что модуль упругости материала Е имеет постоянное значение. Поэтому для строительных сталей формула справедлива только в пределах пропорциональности. Минимальная гибкость для стального стержня, выше которой формула Эйлера будет справедлива:
|
|
.
Абсолютно прямолинейный стержень является идеализированной расчетной схемой. Все реальные стержни в натуре имеют неизбежные отклонения от прямолинейности (случайные эксцентриситеты ). Поэтому с самого начала загружения центрально сжатого стержня в нем возникает изгибающий момент , что ухудшает условия устойчивости стержня и снижает его критические напряжения. Величина случайных эксцентриситетов определяется статистическим изучением реальных стержней. Устойчивость центрально сжатого стержня будет обеспечена, если напряжение в нем будут меньше критических:
.
Потеря устойчивости внецентренно сжатых и сжато-изогнутых стержней.
|
При действии на стержень только продольной силы N, но приложенной к продольной оси с эксцентриситетом , стержень будет внецентренно сжат (a).
Если к стержню приложена осевая сила N и поперечная нагрузка Q, изгибающая стержень, стержень будет сжато-изогнут. (б). Различие в работе внецентренно сжатых и сжато-изогнутых стержней незначительно, поэтому сжато-изогнутые стержни рассматриваются как внецентренно сжатые с эксцентриситетом приложения силы .
|
|
При определенных значениях N и M внецентренно сжатые стержни также теряют устойчивость, причем критическая сила N будет меньшей, чем при центральном сжатии, поскольку потере устойчивости способствует изгибающий момент. Изгибающий момент изменяет поведение внецентренно сжатого стержня по сравнению с центрально сжатым. По мере увеличения продольной силы первоначальный прогиб стержня увеличивается, в сечении развиваются пластические деформации и для восприятия увеличивающегося изгибающегося момента необходимо уменьшить продольную силу. Условие устойчивости внецентренно сжатого стержня можно записать так:
,
или в удобной форме сравнения напряжений с расчетным сопротивлением:
,где – коэффициент понижения напряжения при внецентренном продольном изгибе.
Коэффициент зависит от условной гибкости стержня:
,и приведенного эксцентриситета , где - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в стержне при потере устойчивости;
- относительный эксцентриситет,
; -радиус ядра сечения,
|
|
- определяются по таблицам, приведенных в нормах проектирования,
- дает завышенные результаты, идущие в запас.
В плоскости, перпендикулярной к плоскости действия момента (в которой нет момента), стержень должен был бы потерять устойчивость как центрально сжатый, однако, из-за развития пластических деформаций по сечению от действия момента рабочая упругая часть сечения уменьшается и стержень может потерять устойчивость досрочно. Поэтому устойчивость внецентренно сжатых стержней в плоскости, перпендикулярной к действию момента, проверяют по формуле:
,
где - коэффициент продольного изгиба при центральном сжатии относительно, оси перпендикулярной к плоскости действия момента;
С – коэффициент, меньше единицы, зависящий от формы сечения, гибкости и относительного эксцентриситета; определяется по указаниям, приведенным в нормах проектирования.
Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 436; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!