压弯构件稳定-陈绍蕃
稳定理论和钢结构设计相结合——三十年来工作和学习的汇报（陈绍蕃）
稳定理论和钢结构设计相结合——三十年来工作和学习的汇报陈绍蕃上世纪70年代初我有幸参与我国钢结构设计规范的编制工作，从而开始和稳定理论与稳定设计打交道。
此后，规范两次修订和高层钢结构及门式刚架两本规程的编制，我也都躬逢其盛，参与有关稳定课题的研究和条文的拟订。
与此同时，70年代来高校开始招收硕士研究生，我和教研室的同志合开钢结构稳定理论课程。
80年代招收博士研究生，我又讲授高等结构稳定理论课程。
开新课是一个边学边授的过程，为此阅读大量有关稳定分析的论文。
理论方面的充电，为解决实际问题提供了条件。
回顾三十年学习、授课、研究和从事规范、规程工作的历程，对稳定理论如何溶入钢结构设计，使之密切结合，有一些肤浅体会，借此机会就教于广大同行。
1．树立完整正确的结构稳定概念防止失稳是钢结构设计的重要任务。
设计规范中有关构件计算的条款大多和稳定问题有关。
但是仅仅遵守这些条款并不能够保证结构不致失稳，因为规范只涉及最基本的问题，覆盖面不够广。
况且对条款的依据缺乏了解者还有可能误用规范，造成差错。
树立正确而完整的稳定分析和稳定设计的概念，对设计工作者至关重要。
首先要明确区分强度和稳定的不同性质。
TJ17-74规范压杆稳定计算的公式是：[]σϕσ≤=AN （1） 这一表达式反映我们当时对压杆失稳的性质在概念上含混不清，因为N /ϕA 并不是应力，不应该用σ来表示。
GBJ17-88规范纠正了这一错误，删去了σ。
但是，如果不仔细体会，只看到公式中的N 和A ，还可能误认为稳定计算和强度计算一样，是针对杆件某一个截面的验算。
实际上强度计算是一个截面承载力的验算，即应力问题，而稳定计算则是整个杆件的承载力验算。
只要从ϕ系数由杆件长细比决定，就可以理解。
如果杆件是桁架或框架的组成部分，则长细比涉及所计算杆和相邻杆的关系，包括后者的受力情况，也就是涉及到了整个结构。
为了使初学者一开始就认清稳定问题的实质，我们在新版钢结构教材中不再按构件分章，而是按极限状态分章。
陈绍蕃 钢结构第四章答案
第四章4. 1有哪些因素影响轴心受压杆件的稳定系数？ 答：①残余应力对稳定系数的影响；②构件的除弯曲对轴心受压构件稳定性的影响； ③构件初偏心对轴心轴心受压构件稳定性的影响； ④杆端约束对轴心受压构件稳定性的影响；4.3影响梁整体稳定性的因素有哪些？提高梁稳定性的措施有哪些？ 答：主要影响因素：①梁的侧向抗弯刚度y EI 、抗扭刚度t GI 和抗翘曲刚度w EI 愈大，梁越稳定； ②梁的跨度l 愈小，梁的整体稳定越好；③对工字形截面，当荷载作用在上翼缘是易失稳，作用在下翼缘是不易失稳； ④梁支撑对位移约束程度越大，越不易失稳； 采取措施：①增大梁的侧向抗弯刚度，抗扭刚度和抗翘曲刚度； ②增加梁的侧向支撑点，以减小跨度；③放宽梁的受压上翼缘，或者使上翼缘与其他构件相互连接。
4.6简述压弯构件中等效弯矩系数mx β的意义。
答：在平面内稳定的计算中，等效弯矩系数mx β可以把各种荷载作用的弯矩分布形式转换为均匀守弯来看待。
4.10验算图示焊接工字形截面轴心受压构件的稳定性。
钢材为Q235钢，翼缘为火焰切割边，沿两个主轴平面的支撑条件及截面尺寸如图所示。
已知构件承受的轴心压力为N =1500kN 。
解：由支承条件可知0x 12m l =，0y 4m l =23364x 1150012850025012225012476.610mm 12122I +⎛⎫=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯=⨯ ⎪⎝⎭3364y 5001821225031.310mm 1212I =⨯+⨯⨯⨯=⨯2225012500810000mm A =⨯⨯+⨯=x 21.8cm i ===，y 5.6cm i ===0x x x 12005521.8l i λ===，0y y y 40071.45.6l i λ===，翼缘为火焰切割边的焊接工字钢对两个主轴均为b 类截面，故按y λ查表得=0.747ϕ整体稳定验算：3150010200.8MPa 215MPa 0.74710000N f A ϕ⨯==<=⨯，稳定性满足要求。
【陈绍蕃】钢构件容许长细比刍议
钢构件容许长细比刍议陈绍蕃(西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室,西安710055)[摘要] 对3种情况的钢构件容许长细比进行分析,指出把容许长细比和与荷载有关的计算长细比挂钩不合理。
抗震设防的框架柱的容许长细比性质和非抗震设防者不同,不能贸然删。
桁架受拉弦杆承担对受压腹杆的端部提供侧向支承的任务,其长细比应满足必要的要求,设计规范中的有关规定需要加以修改。
[关键词] 长细比;框架柱;桁架受拉弦杆;抗震结构Discussion on the allow able slenderness ratio of steel membersChen Shaofan(K ey Laboratory of S tructural and Aseismatic Engineering of Education Ministry ,X i ’an University of Architecture &T echnology ,X i ’an 710055,China )Abstract :Three topics of allowable slenderness ratio of steel members are investigated.It is revealed that tying the allowable slenderness to the loading dependent slenderness for buckling calculation is irrational.Suggestion is made to release the comm on steel frame columns from the slenderness ratio limitation.Whereas for frame columns subject to earthquake ,the allowable slenderness ratio ,having a different meaning ,may not be hastily deleted.But the upper portion of the single stepped columns should not be chosen as the object for slenderness limitation.The tension chord of trusses has the duty of providing lateral support to the connected compressive web members ,s o that its slenderness ratio should satis fy necessary requirement and relevant provision in design code has to be amended.K eyw ords :slenderness ratio ;frame columns ;tension chord of trusses ;aseismatic structures1 引言文[1]揭示:设计厂房框架柱,有时会难以满足规范容许长细比要求。
钢结构一代宗师陈绍蕃
钢结构一代宗师陈绍蕃有这么一位老人，一辈子默默耕耘在中国钢结构教育事业上，他就是中国钢结构事业的开拓者，西安建筑科技大学教授、博士生导师陈绍蕃。
陈绍蕃，祖籍浙江省海盐县，1919年生于北京。
1936年，以优异成绩升入上海中法工学院土木工程系，开启了他从事钢结构事业的大门。
1945年，被派往美国芝加哥西北铁路公司进行为期一年的桥梁工程实习。
1946年，学习期满回国后，在茅以升建立的中国桥梁公司从事铁路桥梁的设计和修复工作。
1948年，国内政局动荡，年轻的陈绍蕃经过深思熟虑，决定留在国内，将教书育人作为毕生追求的事业。
20世纪50年代，新中国百废待兴，陈绍蕃一方面潜心研究国际钢结构技术，一方面深入我国建筑领域，对建筑中利用钢结构的一些项目进行现场考察，收集并掌握了大量的资料。
陈绍蕃的专业基础扎实、思想活跃，能敏锐地发现钢结构工程中遇到的问题和症结所在。
他认为钢结构的稳定性是钢结构构件设计的主要问题，世界上多次发生钢结构工程的倒塌事故，多半是由于钢结构构件的稳定性不足造成的。
为此，陈绍蕃长期以来对钢结构的稳定性进行了全面深入的研究。
很快，他就凭借敏锐的洞察力、开阔的视野、扎实的基础、丰富的实践经验，从一大批学者中脱颖而出，并被喻为我国钢结构领域的三大才子之一。
矢志不移、勤勉踏实、实事求是、勇于创新是陈绍蕃从事科研工作的一贯作风。
他说：“跟着感觉走，迷信和依赖权威而不愿多动脑筋，这对学者来说是绝对不允许的。
勤奋是成功的催化剂，而持之以恒、滴水穿石更是抵达成功彼岸最近的通道。
”谈到钢结构领域，陈绍蕃如数家珍：“钢结构在国际上的发展、应用历史不算太长。
1870年钢结构才正式出现。
1889年法国巴黎世博会建成的高达320米的艾菲尔铁塔即采用了这种结构形式。
而轻钢结构的出现距今不足百年。
所以说，钢结构这种建筑形式在世界上还属于一种新形式，也是极富生命力的一种建筑形式。
从其产生到现在短短百余年，钢结构在全世界如迅雷般普及和拓展。
陈绍蕃,建筑结构,I形截面钢构件腹板屈曲后强度利用
, ( 7 b )
验算
。
以 上 两 式 由 图 3 的实 线表 示
,
欧洲 规 范 具体
。
压杆 承 受 的轴 力 为 . s N 二 V 一0 gh
. 0 9
。t w r e r
( 9 )
计 算 拉力场 强 度 的方 法 厂 不 仅 和 换 算 高厚 比有 关 还 和 随 a / h 。 变 化 的 其他 因 数 有关
:
. 巧 34/( .
二
/
, 、〔 )
2
腹 板高 而 薄 时 它 的 平 整 度 不 易 满 足 容 许 公 腹 板 的初 曲 度过 大 有 碍 发 挥 承
, ,
高度
。
把 欧洲规 范 的公 式 改 为 全 用 直 线 式 则
,
载潜 力
。
因 此 在 设 计 工 作 中应 根 据 制 造 厂
的 技 术 条 件 适 当 地 把 高厚 比 用 小 一 些 如 限 相 应数据 也 见 表 1 制 为 25 0 北 歹
。 ,
一 7 8
对均匀
,
十 价 沙 l
倾角 小则 拉 力 带抵 抗 梁剪 力 的能 力就 低
此 加 劲 肋间距 不 宜过 大
。 接近 a h = / 2
,
。
因
受压 和 非均 匀 受 压 板 件 的有 效宽 厚 比 都 有规
。
a ) 由 于 式 (7 )和 (7 b
。
但是 用表 格 形 式 给 出 应 用 不 便 且 对 受
则
。
。
。
设 曲率 半 径 为
,
的竖 向 分 力 为
气
二 丁
抗 弯 的 作 用远 不 如 翼 缘 有 效
陈绍蕃:钢结构稳定设计讲座 第十一讲 壳的稳定
陈绍蕃：钢结构稳定设计讲座第十一讲壳的稳定
佚名
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】1994(000)002
【摘要】本讲讲述的是钢结构圆柱壳、圆锥壳和球壳的稳定,包括:弹性和非弹性稳定,缺陷对稳定承载力的影响,对缺陷的控制,带肋圆柱壳的稳定等。
因我国规范尚缺少这方面的稳定计算实用公式,本讲特适当地介绍了一些国外的有关壳体稳定规范内容。
【总页数】15页(P100-114)
【正文语种】中文
【中图分类】TU391
【相关文献】
1.钢结构稳定设计讲座——第十二讲塑性设计和抗震设计中的稳定问题 [J], 陈绍蕃
2.钢结构稳定设计讲座第十讲环和拱的稳定 [J], 陈绍蕃
3.钢结构稳定设计讲座] 第四讲受弯构件的整体稳定 [J], 陈绍蕃
4.钢结构稳定设计讲座第七讲板件的稳定 [J], 陈绍蕃
5.钢结构稳定设计讲座第九讲稳定设计中的支撑 [J], 陈绍蕃
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(陈绍蕃)钢结构基础第3章 构件的截面承载力
3.6.2 拉弯、压弯构件的强度计算
� 强度极限状态： （静载、实腹式构件）
受力最不利截面出现塑性铰时
压弯构件截面的受力状态
第3章 构件的截面承载力－强度
� 强度计算公式推导：以矩形截面为例
截面出现塑性铰时的应力分布
y0 y0 N = ∫ σ dA = 2 y0bf y = 2 bhf y = 2 N P A h h
第3章 构件的截面承载力－强度
！截面塑性发展系数：
γx和γ y，取值
1.0~1.2之间。如工 字形截面γx =1.05， γy=1.2；箱形截面 γx= γy=1.05
截面简图
第3章 构件的截面承载力－强度
� GB50017计算公式：
单向弯曲时 双向弯曲时
Mx σ= ≤ f γ xWnx
My Mx σ= + ≤ f γ xWnx γ yWny
式中 ψ —— 集中荷载增大系数，对重级工作制吊车梁 取 ψ =1.35，其他取ψ = 1.0
lz—— 压应力分布长度
lz = a + 5hy + 2hR lz = a + 2.5hy
第3章 构件的截面承载力－强度
3.3.2 多种应力的组合效应
梁的弯剪应力组合
一个截面上弯矩和剪力都较大时，需要考虑组合效应
第3章 构件的截面承载力－强度
验算公式：
σ 2 + 3τ 2 ≤ 1.1 f σ 2 + σ c2 − σσ c + 3τ 2 ≤ β1 f
式中 β1——σ与σc异号时取1.2，同号时取1.1 当横向荷载不通过剪心时：
M B σ= + ≤ f Wenx Wω
第3章 构件的截面承载力－强度
陈绍蕃 钢结构第四章答案解析
第四章4. 1有哪些因素影响轴心受压杆件的稳定系数？ 答：①残余应力对稳定系数的影响；②构件的除弯曲对轴心受压构件稳定性的影响； ③构件初偏心对轴心轴心受压构件稳定性的影响； ④杆端约束对轴心受压构件稳定性的影响；4.3影响梁整体稳定性的因素有哪些？提高梁稳定性的措施有哪些？ 答：主要影响因素：①梁的侧向抗弯刚度y EI 、抗扭刚度t GI 和抗翘曲刚度w EI 愈大，梁越稳定； ②梁的跨度l 愈小，梁的整体稳定越好；③对工字形截面，当荷载作用在上翼缘是易失稳，作用在下翼缘是不易失稳； ④梁支撑对位移约束程度越大，越不易失稳； 采取措施：①增大梁的侧向抗弯刚度，抗扭刚度和抗翘曲刚度； ②增加梁的侧向支撑点，以减小跨度；③放宽梁的受压上翼缘，或者使上翼缘与其他构件相互连接。
4.6简述压弯构件中等效弯矩系数mx β的意义。
答：在平面内稳定的计算中，等效弯矩系数mx β可以把各种荷载作用的弯矩分布形式转换为均匀守弯来看待。
4.10验算图示焊接工字形截面轴心受压构件的稳定性。
钢材为Q235钢，翼缘为火焰切割边，沿两个主轴平面的支撑条件及截面尺寸如图所示。
已知构件承受的轴心压力为N =1500kN 。
解：由支承条件可知0x 12m l =，0y 4m l =23364x 1150012850025012225012476.610mm 12122I +⎛⎫=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯=⨯ ⎪⎝⎭3364y 5001821225031.310mm 1212I =⨯+⨯⨯⨯=⨯2225012500810000mm A =⨯⨯+⨯=x 21.8cm i ===，y 5.6cm i ===0x x x 12005521.8l i λ===，0y y y 40071.45.6l i λ===，翼缘为火焰切割边的焊接工字钢对两个主轴均为b 类截面，故按y λ查表得=0.747ϕ整体稳定验算：3150010200.8MPa 215MPa 0.74710000N f A ϕ⨯==<=⨯，稳定性满足要求。
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稳
能力的极限。但对格构式构件或冷弯薄壁型钢构件，截面边 缘出现塑性即已基本上达到强度的极限。一般情况下，拉弯
定 构件丧失整体稳定性和局部稳定性的可能性不大。
设
计 指 南
2015年11月18日
第5章 兼承轴力和弯矩的构件稳定
5.1.2 压弯构件
钢
图5.1.2a承受偏心压力作用的构件，图5-1-2b有横向荷
大或有较大削弱而发生强度破坏，（2）在弯矩作用平面内发
钢
生弯曲屈曲，（3）在弯矩作用平面外发生弯扭屈曲。
结
组成截面的板件在压应力作用下也可能发生局部屈曲。
构
稳
定
X
设
计
指
南
2015年11月18日
第5章 兼承轴力和弯矩的构件稳定
钢
第5.2节 拉弯和压弯构件的强度
结
本节目录
构
稳
1.拉弯和压弯构件的强度和刚度计算
计
2 . 了解设计计算的内容
指
南
2015年11月18日
第5章 兼承轴力和弯矩的构件稳定
5.1.1 拉弯构件
钢
承受轴心拉力和弯矩共同作用的构件称为拉弯构件，它
结
包 括 偏 心 受 拉 构 件 （ 图 5.1.1a ） 和 有 横 向 荷 载 作 用 的 拉 杆
（图5.1.1b）。钢屋架的下弦杆节间有横向荷载就属于拉弯
钢
截面形式和一般轴心受压构件相同。当构件承受的弯矩相对
结
较大时，除了采用截面高度较大的双轴对称截面外，有时还
采用单轴对称截面（图5.1.3），以获得较好的经济效果。
构
压弯构件截面形式有实腹式和格构式两种。稳定设 Nhomakorabea计
指
南
图5.1.3 截面形式
2015年11月18日
第5章 兼承轴力和弯矩的构件稳定
压弯构件整体破坏的形式有以下三种：（1）因端部弯矩很
稳 得过于保守。因此，钢结构
设 计 规 范 取 A′ 点 作 为 稳 定 承
定 载力的极限状态，即将截面
设
的 塑 性 区 限 制 在 1/4 ～ 1/8 截 面高度范围。由此可借用强
计 度相关公，来导出稳定承载
力的实用计算公式。
图5.3.2 压弯构件的平面失稳
指
南
2015年11月18日
第5章 兼承轴力和弯矩的构件稳定
图5.3.2所示
钢 线段BC表示压弯构件失稳时
总是先有一部分材料进入塑
结 性，但是受力最大的截面并
构
没有完全塑化，因为塑性铰 到C点才开始形成。
稳 线段CF是属于造成塑性铰的 定 端弯矩和变形的关系曲线。
设
EGCF 为 端 弯 矩 曲 线 ， 与 OAGD 相 交 于 G 点 表 示 杆 件
构 1. 弯矩作用平面内的稳定性
稳 2. 弯矩作用平面外的稳定
定 3. 双向弯曲实腹式压弯构件的整体稳定
设
计 指 南
2015年11月18日
第5章 兼承轴力和弯矩的构件稳定
5.3.1 弯矩作用平面内的稳定性
N
钢
通常压弯构件的弯矩M作用在弱轴
结
平面内，使构件截面绕强轴并且为长细
构
比较小的轴受弯（图5.3.1），这样，当
计
衡状态。曲线的B点表示承 载力的极限状态，对应的极
图5.3.2 压弯构件的平面失稳
指 限荷载要用压溃理论来确定。
南
2015年11月18日
第5章 兼承轴力和弯矩的构件稳定
钢
实际上，当达到该极限状态 时所对应的挠度太大而不能
结 满足使用要求。如取构件截
面边缘屈服（A点）作为稳
构 定承载力的极限状态，则显
构件截面绕长细比较大的轴受弯时，压
稳
弯构件就不可能发生弯矩作用平面外的
定
弯扭屈曲，这时，只需验算弯矩作用平
N
强轴
设
面内的稳定性。但一般情况下，都使构
e
弱轴
计
件截面绕长细比较小的轴受弯，因此，
荷载
既要验算弯矩作用平面内的稳定性，又
指
要验算弯矩作用平面外的稳定性。
图5.3.1
南
2015年11月18日
第5章 兼承轴力和弯矩的构件稳定
稳
度范围）为强度极限状态。由此可得强度验算公式为：
定 设
N Mx My f
An xWnx yWny
(5.2.1)
计
式中：
N—设计荷载引起的轴心力；
指
Mx、My—分别是作用在两个主平面内的计算弯矩；
南
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第5章 兼承轴力和弯矩的构件稳定
钢
γx、γy—分别是截面在两个主平面内的截面塑性发展系数，
第5章 兼承轴力和弯矩的构件稳定
钢
本章目录
结
5.1 概述
构
5.2 拉弯和压弯构件的强度
稳
5.3 压弯构件的稳定
定
5.4 框架柱的计算长度
设
5.5 框架柱的柱脚
计
指
南
2015年11月18日
第5章 兼承轴力和弯矩的构件稳定
钢
第5.1节 概述
结
本节目录
构
1. 拉弯构件
稳
2. 压弯构件
定
基本要求
设
1 . 建立拉弯构件与压弯构件的概念
图5.3.2所示为一根在两端
作用有相同弯矩的等截面压
钢 弯构件，当N与M共同作用时，
结 可以画出压力N和杆中点挠
度v的关系曲线。图中的虚线
构 0AD是把压弯构件看作完全
稳
弹性体时的关系曲线。实曲 线 0ABC 则 代 表 弹 性 塑 性 杆
定 的关系曲线，曲线的上升段
0B表示杆处于稳定平衡状态，
设 下降段则表示处于不稳定平
结
需要验算疲劳时，应取
；x y 1.0
构
An、 Wnx、 Wny—分别是构件的净截面面积和两个主平
面的净截面抵抗矩。
稳
拉弯和压弯构件的刚度计算和轴心受力构件相同，按下式
定
验算：
设
计
max[] (5.2.2)
指
南
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第5章 兼承轴力和弯矩的构件稳定
第5.3节 压弯构件的稳定
钢
结
本节目录
构
构件。钢结构中拉弯构件应用较少。
稳
定
设
计
指
南
图5.1.1 拉弯构件
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第5章 兼承轴力和弯矩的构件稳定
钢
对于拉弯构件，如果弯矩不大而主要承受轴心拉力作用时，
它的截面形式和一般轴心拉杆一样。弯矩很大时则应在弯矩
结 作用的平面内采用较高大的截面。
构
在拉力和弯矩的共同作用下，截面出现塑性铰即视为承载
结
载作用的压杆及图5.1.2c有端弯矩作用的压杆，都属于压弯
构件。该类构件应用十分广泛，如有节间荷载作用的屋架的
构
上弦杆，厂房的框架柱，高层建筑的框架柱和海洋平台的立
稳
柱等均属于压弯构件。
定
设
图5-1-2 压弯构件
计
指
南
2015年11月18日
第5章 兼承轴力和弯矩的构件稳定
对于压弯构件，当承受的弯矩很小而轴心压力很大时，其
定
基本要求
设
1.掌握拉弯和压弯构件的强度和刚度计算公式。
计
指
南
2015年11月18日
第5章 兼承轴力和弯矩的构件稳定
5.2.1 拉弯和压弯构件的强度和刚度计算
钢
拉弯和压弯构件同时受轴心力和弯矩的共同作用，截面
结
上的应力分布是不均匀的。按照《钢结构设计规范》的要求，
构
应以部分截面出现塑性（塑性区高度限制在1/8-1/4截面高