今天在看陈绍蕃老师的《钢结构稳定》,发现有几个概念有点模糊了,特此在此记录一下1、形心概念:形心轴的交点就是形心,特点是面积矩为零;注意面积距又称为静距和一次距,面积距的概念可见下图图1。
整个图形对某轴的静矩,等于图形各部分对同轴静矩的代数和。
两个定理:1)如果截面对某一轴的面积矩等于零,则该轴必过截面的形心;2)截面对于通过形心的轴的面积矩必等于零。
图1 面积距概念2、剪切中心(又称弯曲中心、弯心)1)概念:是指梁在两个形心主惯性平面(各截面形心主轴所组成的平面)内分别发生弯曲时,横截面上相应的两个剪力作用线的交点。
如外力作用在与轴线垂直的平面内,并通过弯曲中心,梁只发生弯曲,不产生扭转。
当外力通过弯曲中心并平行于形心主轴,梁将发生平面弯曲。
2)意义:开口薄壁杆件抗扭转能力较差,很小的扭矩就能产生很大的扭转变形,造成结构失稳破坏;若能准确知道弯曲中心,使作用在杆件上的横向力通过弯曲中心,能有效避免薄壁杆件产生扭转变形破坏;3)如何快速确定弯曲中心大概位置?方法:若能得知截面上的剪力分布,然后将截面上的微剪应力向截面上某点取矩,若能大致保证合力矩为零,则表明该点大致为弯曲中心。
举例:下面还是以槽形截面为例,说明根据剪力流判断弯曲中心位置的方法。
图片来自小破站UP主“路纲学长”,非常感谢。
槽形截面左右两侧面分别受弯矩M和M+dM作用,使梁截面变弯;沿槽形截面上翼缘端部绿色线条处切割截面,得长方体小方块,小方块的上下后三个表面为自由表面,没有切应力;图2 截面内力上翼缘受压应力,因此小方块左侧面受向右的压力 FN ,小方块右侧受向左的压力 FN+dFN , FN+dFN>FN ,因此小方块前表面受向右的切应力(理解此时考虑为上下梁两面自由?wj),由此可得槽形截面上翼缘受如下图所示向左的切应力;同理可得槽形截面下翼缘受如下图所示向右的切应力;为平衡杆件中向上的集中力,截面中竖直腹板上承受如下图所示向下的切应力;槽形截面上最终剪应力分布见下图。
图3 槽形截面剪力流示意图若将槽形截面上的剪应力向形心C简化,最终将得到一个逆时针方向的力偶再加一个向下的集中力,而外力只有一个集中力,无法达到平衡,因此形心不是槽形截面的弯曲中心。
若将截面上的剪应力向下图中A点取矩,剪力F1和F2对A点取矩产生的两个弯矩M1和M2方向相反,若距离合适,其大小也会相等,因此可保证向A点取矩后力偶为零,只剩向下的集中力,可与外力平衡。
图4 截面切应力向A点取矩3、中和轴、形心轴和中心轴1)中和轴和形心轴一样,本质上都是面积距的平分线。
2)中心轴是面积的平分线。
注意一个是面积一个是面积距。