一、索索是一种高强度的只受拉力的结构单元。
3 ^$ a+ y5 `5 G# t' K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)。
2 |# k( d& c7 p/ u6 s索单元力学模型有以下两个基本假定:
# r7 u+ t1 w5 j% c) [+ y5 Y% R; W6 @2 {1.索只能承受拉力,不能承受压力和弯矩 ;8 d) u* P# j+ s3 U/ K' X! x$ F
2.索是线弹性材料。
H7 c. j, [, J; r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 。
9 d, W: D: V# J( v0 d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 。 $ a B, S. M2 g4 _9 [3 H0 i
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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。' ^6 G2 H$ k% L( C3 M; \* B" C
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P4 ~ q, M L1 \2、杆杆与索最大的区别是:杆除了可以受拉外,还可以受压。 7 ^; _) k9 m E* O H" e
所以, 工程中常见的名词有拉杆、压杆和拉索,但是没有压索。! b$ p! ~- k( i% }
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。 - V) p# j9 }/ d" _* t6 x
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;
' D7 c; ~& b- s6 h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 j8 z" K; ?; C6 d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。 ^/ [ Y& z5 d& R
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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' M$ {9 o; O0 @8 @ Z0 Q4 s' E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" c5 a) H: E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。
" a2 H. ^5 i- a上述压力的极限值称为临界压力或临界力,记为Fcr。
0 ]1 J' C5 T% g0 R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。
8 \& l3 x9 M" @4 E: N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 C6 }+ f0 D2 g这是因失稳造成的失效,可以导致整个构件的损坏。 ' X. u9 c- E' V \8 r/ V% d1 `
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。 ; H5 g+ Q2 ^. n; |, L7 }9 s/ e2 l
杆受压的时候容易发生失稳破坏。 5 p2 f$ H9 G7 f! g( p1 c
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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 ) a W: @' H( _# q. h% M
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