让我们从显而易见的开始:钢构件的稳定性设计需要屈曲长度。这句话多年来一直是准确的,现在听起来或多或少应该是这样的:
可以使用元件的屈曲长度来设计它们的稳定性。
为什么会有变化?欧洲规范实际上引入了几种不同的设计方法,其中一些没有包括屈曲长度的定义。你要么计算临界弹性负载乘数和塑料容量。多亏了这些,你可以计算长细比而不用确定屈曲长度。当然,你也可以使用一些不完美和非线性的方法来设计,但是这有时是非常耗时的。
在这篇文章中,我将假设你想用一种更“经典”的方式来计算一些东西。通过这种方式,确定屈曲长度是一条路!请注意,大多数软件解决方案仍然使用“经典”设计方法——这并不意味着您需要手工计算!
屈曲长度系数
我想你从静态设计的第一堂课就记得有一些“典型的”屈曲长度。每个人都记住并乐意使用的价值。
老实说,我不太喜欢这些,主要是因为使用它们可能会导致问题,我将在这篇文章中向你展示。但是我想在这里展示一下,只是为了让你有参考。
这一切归结为一个“屈曲系数”,你应该乘以柱长。该系数取决于柱末端的支撑/边界条件。基本上,看起来是这样的:
不幸的是,很容易忘记的是,这在无摇摆系统中是有效的。这意味着如果顶端可以水平移动,那么结果就不再完美了!
屈曲长度到底是多少?
这是一个非常好的问题。不知何故,在所有教科书中,屈曲长度都是以元件长度乘以屈曲长度系数的形式给出的。这当然是正确的,但是如果你仔细想想,每一个距离都是一定的长度和一个正确的系数……不是吗?
这让我们更接近事实:
屈曲长度屈曲时,元素变形为半正弦波的长度。
考虑到这一点,让我们再看一遍“经典”价值观:
这似乎是件小事,不是吗?我是说技术上来说这是相同的结果。然而,这里的观点有所不同。想象一个系统,其中一个非常高、细长的梁立在柱子上,在垂直方向上只有小梁。看起来是这样的:
如果我们考虑屈曲长度的系数,我们很可能假设柱长L应该是“大”梁轴,并且系数是1.0(因为这是铰接)。但在这种情况下,它不会真的发生。如果你考虑一下柱将如何变形,很容易意识到它有两种不同的屈曲长度,这取决于屈曲平面。
在“大横梁”的平面内,立柱将在底部凸缘下方形成一个弧形,而在垂直方向上,弧形将更长地延伸到“较小”的横梁。最后,它会是这样的:
恐怕这种情况很难用“系数”来描述。当然,如果你知道屈曲长度,你可以很容易地从中推导出系数……但是不这样做,如何知道系数是什么呢?
你为什么要在乎?
我很确信,无论你看哪里,屈曲长度总是用系数来解释的。我认为这就是人们教工程的方式。当然肯定会有例外,但总的来说,情况是这样的。
当你这样看时,很容易犯致命的错误。这种错误的最好例子是简陋的钢架:
学生们首先想到的是“刚性铰链= 0.7”。当然,情况完全不是这样!事实上,情况远比这糟糕!现实是这样一个框架是这样变形的:
如果柱的变形看起来与悬臂相似,这不是偶然的,