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| 編輯推薦： |
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本书编写时力求由浅入深、通俗易懂、理论联系实际、注重应用，适用于高等学校本科机械设计制造及其自动化、自动化、电气工程、电子信息、机电一体化及相关专业的教学，也可作为工业自动化技术人员的培训教材和自学参考书。
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| 內容簡介： |
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本书是高等学校机械设计制造及其自动化国家特色专业规划系列教材之一。本书在编写指导思想上，以国家特色专业建设计划中“高素质、强能力、应用型”的培养目标为依据，在保证结构体系完整的前提下，突出实用性及适用性，不追求理论的深度和广度。全书共分7章。第1章为绪论；第2章为金属结构的材料；第3章为金属结构的连接，主要介绍了金属结构的连接形式及方法；第4、5章和第6章分别介绍轴心受力构件、受弯构件和拉弯压弯构件，突出这些构件的工作性能和基本设计方法；第7章简单介绍平面钢闸门门体部分的金属结构设计方面的内容。本书可作为机械类专业、材料成形专业及其他相关专业的本科生教材，也可供有关工程技术人员参考。
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| 關於作者： |
燕 怒，
男，湖北沙市人，工学博士，硕士生导师，2011年起至今任三峡大学机械与材料学院教授。主要从事机械零件与结构的失效与安全服役方面的研究。目前主要研究内容为高强度金属材料和MEMS的超长寿命服役性能、零件与结构的失效评价与寿命预测、表面改性等。现主持国家自然科学基金面上项目，教育部留学回国人员科研基金、湖北省教育厅科学技术研究重点项目等项目。近年来共发表学术论文40余篇，其中被SCI收录的5篇，EI收录17篇，被国际同行引用60多次。
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| 目錄：
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第l章 绪论
1.1 金属结构的特点和应用范围
1.2 我国金属结构的发展与现状
1.3 金属结构设计的目的和方法
思考题
第2章 金属结构的材料
2.1 金属结构对材料性能的要求
2.2 金属结构材料的主要性能
2.3 影响钢材性能的主要因素
2.4 钢材的疲劳
2.4.1 钢材的断裂破坏形式
2.4.2 疲劳破坏的概念
2.4.3 影响疲劳破坏的主要因素
2.4.4 常幅疲劳计算和变幅疲劳计算
2.5 钢材的种类、规格及选用
2.5.1 钢材的种类
2.5.2 钢材的规格
2.5.3 钢材的选用
思考题
第3章 金属结构的连接
3.1 金属结构的连接方法
3.2 焊缝连接
3.2.1 常用焊缝连接方法
3.2.2 焊缝连接形式及焊缝形式
3.2.3 焊缝缺陷及质量检验
3.2.4 焊缝表示方法
3.3 角焊缝的截面形式、构造要求及计算
3.3.1 角焊缝的截面形式
3.3.2 角焊缝的构造要求
3.3.3 角焊缝计算的基本公式
3.3.4 各种受力状态下角焊缝的计算
3.4 对接焊缝的形式、构造及计算
3.4.1 对接焊缝的形式和构造
3.4.2 对接焊缝的计算
3.4.3 部分焊缝的对接焊缝
3.5 焊接残余应力和残余变形
3.5.1 焊接残余应力产生的原因
3.5.2 焊接残余变形
3.5.3 焊接残余应力和焊接残余变形的影响
3.5.4 减小焊接残余应力和焊接残余变形的方法
3.6 普通螺栓的构造和计算
3.6.1 螺栓的排列和构造要求
3.6.2 普通螺栓连接的工作性能
3.6.3 螺栓群的计算
3.7 高强度螺栓连接的计算
3.7.1 高强度螺栓连接的性能
3.7.2 高强度螺栓及螺栓群的抗剪承载力
3.7.3 高强度螺栓的抗拉连接
3.7.4 承压型高强度螺栓的计算
思考题
习题
第4章 轴心受力构件
4.1 轴心受力构件的应用和截面形式
4.2 轴心受力构件的强度和刚度
4.2.1 轴心受力构件的强度计算
4.2.2 轴心受力构件的刚度计算
4.3 轴心受压构件的整体稳定
4.3.1 轴心受压构件整体稳定的基本概念
4.3.2 理想轴心受压构件的整体稳定性能
4.3.3 各种缺陷对轴心受压构件整体稳定性能的影响
4.3.4 轴心受压构件的整体稳定计算
4.4 轴心受力构件的局部稳定性
4.5 轴心受力构件设计
4.5.1 实腹式轴心受压构件的设计
4.5.2 格构式轴心受压构件的设计
思考题
习题
第5章 受弯构件
5.1 受弯构件的类型和应用
5.2 梁的强度和刚度
5.2.1 梁的强度
5.2.2 梁的刚度
5.3 梁的整体稳定
5.3.1 梁的整体稳定现象
5.3.2 梁的临界弯矩
5.3.3 梁的整体稳定系数
5.4 受弯构件的局部稳定和腹板加劲肋的设计
5.4.1 梁受压翼缘板的局部稳定
5.4.2 梁腹板的局部稳定
5.4.3 腹板加劲肋的设置和构造要求
5.5 钢梁的设计
5.5.1 型钢梁的设计
5.5.2 焊接组合梁的设计
5.6 梁的连接与构造
5.6.1 梁的拼接
5.6.2 次梁与主梁的连接
思考题
习题
第6章 拉弯和压弯构件
6.1 拉弯和压弯构件的应用和截面形式
6.2 拉弯和压弯构件的强度和刚度计算
6.2.1 拉弯和压弯构件的强度计算
6.2.2 拉弯和压弯构件的刚度计算
6.3 压弯构件的整体稳定
6.3.1 实腹式压弯构件的整体稳定
6.3.2 格构式压弯构件的计算
6.3.3 压弯构件的计算长度
6.4 实腹式压弯构件的局部稳定
6.4.1 受压翼缘板的宽厚比限值
6.4.2 腹板的高厚比限值
6.5 压弯构件的设计
6.5.1 实腹式压弯构件的截面设计
6.5.2 格构式压弯构件的设计
思考题
习题
第7章 平面钢闸门门体结构设计
7.1 平面钢闸门的组成和结构布置
7.1.1 平面钢闸门的组成
7.1.2 平面钢闸门的结构布置
7.2 面板和次梁的设计
7.2.1 面板的设计
7.2.2 次梁的设计
7.3 主梁设计
7.3.1 主梁的形式
7.3.2 主梁的荷载
7.3.3 主梁设计特点
7.4 横向联结系和纵向联结系的设计
7.4.1 横向.联结系的设计
7.4.2 纵向联结系的设计
7.5 边梁的设计
7.6 设计实例——露顶式平面钢闸门门体结构设计
7.6.1 设计资料
7.6.2 门体部分设计
思考题
参考文献
附录
附录A 钢材的化学成分
附录B 钢材的力学性能
附录C 常用结构钢的强度设计值
附录D 焊缝的强度设计值
附录E 螺栓的强度设计值
附录F 螺栓的有效面积
附录G 螺栓的最大、最小容许距离及螺栓线距
附录H 轴心受压构件截面回转半径的近似值
附录I 工字形截面简支梁等效弯矩系数
附录J 轧制普通工字钢简支梁的稳定系数
附录K 轴心受压构件的稳定系数
附录L 矩形弹性薄板承受均载的弯曲应力系数
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| 內容試閱：
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第3节 轴心受压构件的整体稳定 4.3.1
轴心受压构件整体稳定的基本概念稳定是指结构或构件受到外力作用发生变形后保持平衡状态的一种属性。随着荷载的逐渐增大，结构或构件的原始平衡状态可能由稳定平衡状态转变为不稳定平衡状态，这时原始平衡状态丧失稳定性，简称失稳（或称屈曲）。当结构或构件所受载荷达到某一数值时，若增加一个微小的增量，则结构或构件的平衡位形将发生很大的改变，这种情况称为结构或构件失稳或屈曲，相应的荷载称为屈曲荷载或临界载荷。一般来说，结构或构件失稳后的承载能力有时可增加，有时则减小，这与载荷种类、结构的几何特征等因素有关。金属结构的可能破坏形式有如下几种：结构和构件的整体失稳；结构和构件的局部失稳；结构的塑性破坏；结构的脆性断裂；结构的疲劳破坏和结构的损伤累积破坏等。失稳破坏是金属结构的主要破坏形式，必须予以充分重视。传统上，将失稳粗略地分为两类：分支点失稳和极值点失稳。分支点失稳的特征是：在临界状态时，结构从初始的平衡位形突变到与其临近的另一平衡位形，表现出平衡位形的分岔现象。在轴心压力作用下的完善直杆以及在中面受压的完善平板的失稳都属于这一类型。没有平衡位形分岔，临界状态表现为结构不能再承受荷载增量是极值点失稳的特征，由建筑钢材做成的偏心受压构件，在经历足够的塑性发展过程后常呈极值点失稳c
并非所有的结构在屈曲时都立即丧失承载能力，因此，如果着眼于研究结构的极限承载能力，可依屈曲后性能分为如下三类：
1稳定分岔屈曲。分岔屈曲后，结构还可承受荷载增量。换言之，变形的进一步增大，要求荷载增加。轴心压力作用下的杆以及中面受压的平板都具有这种特征，尤其是平板，具有相当可观的屈曲后强度可供工程设计利用。
2不稳定分岔屈曲。分岔屈曲后．结构只能在比临界荷载低的荷载下才能维持平衡位形。承受轴向荷载的圆柱壳，承受均匀外压的球壳都呈不稳定分岔屈曲形式。长细比不大的圆管压杆与圆柱完很相似，薄壁方管压杆亦有可能表现为不稳定分岔屈曲。
3跃越屈曲。结构以大幅度的变形从一个平衡位形跳到另一个平衡位形。承受横向均布压力的球面扁壳的失稳属于这种类型。在发生跃越后，荷载一般还可以显著增加，但是其变形大大超出了正常使用极限状态，显然不宜以此为承裁能力的极限状态。长细比很小的轴心受压构件（短柱）在轴向压力作用下，可能因截面平均应力达到材料的屈服强度而发生破坏；而长细比较大的轴心受力构件，在截面平均应力远低于材料的屈服强度时就发生破坏，这说明承载能力与构件的长细比有关，此破坏形式称为轴心受力构件的整体失稳破坏。轴心受力构件更多是因丧失整体稳定性而发生破坏，其承载能力一般是由整体稳定性决定的。无缺陷的轴心受压构件，当轴心压力N较小时，构件只产生轴向压缩变形，保持直线平衡状态。此时，如有干扰力使构件产生微小弯曲，则当干扰力移去后，构件将恢复到原来的直线平衡状态，这种直线平衡状态下构件的外力和内力间的平衡是稳定的。当轴心压力N逐渐增加到一定大小，如有干扰力使构件发生微弯，但当干扰力移去后，构件仍保持微弯状态而不能恢复到原来的直线平衡状态，这种从直线平衡状态过渡到微弯曲平衡状态的现象称为平衡状态的分支，此时构件的外力和内力间的平衡是随遇的，称为随遇平衡或中性平衡。如轴心压力N再稍微增加，则弯曲变形迅速增大而使构件丧失承载能力，这种现象称为构件的弯曲屈曲或弯曲失稳图4-8a。中性平衡是从稳定平衡过渡到不稳定平衡的临界状态，中性平衡时的轴心压力称为临界力
，相应的截面应力称为临界应力 ； 常低于钢材屈服强度
，即构件在到达强度极限状态前就会丧失整体稳定。无缺陷的轴心受压构件发生弯曲屈曲时，构件的变形发生了性质上的变化，即构件由直线形式改变为弯曲形式，且这种变化带有突然性。结构丧失稳定时，平衡形式发生改变的，称为丧失了第一类稳定性或称为平衡分支失稳。除丧失第一类稳定性外，还有第二类稳定性问题。丧失第二类稳定性的特征是结构丧失稳定时其弯曲平衡形式不发生改变，只是由于结构原来的弯曲变形增大将不能正常工作。丧失第二类稳定性也称为极值点失稳。对某些抗扭刚度较差的轴心受压构件（如十字形截面），当轴心压力N达到临界值时，稳定平衡状态不再保持而发生微扭转。当N再稍微增加，则扭转变形迅速增大而使构件丧失承载能力，这种现象称为扭转屈曲或扭转失稳
图4-8b。截面为单轴对称（如T形截面）的轴心受压构件绕对称轴失稳时，由于截面形心与截面剪切中心（或称扭转中心与弯曲中心，即构件弯曲时截面剪应力合力作用点通过的位置）不重合，在发生弯曲变形的同时必然伴随有扭转变形，故称为弯扭屈曲或弯扭失稳
图4-8c。同理，截面没有对称轴的轴心受压构件，其屈曲形态也属弯扭屈曲。 a弯曲屈曲 b扭转屈曲 c弯扭屈曲图4-8
两端铰接轴心受压构件的屈曲状态普通金属结构的轴心受压构件，常采用双轴对称截面，其板件较厚，一般构件的抗扭刚度也相对较大，失稳时主要发生弯曲屈曲；而对于常用的单轴对称截面的构件绕对称轴弯扭屈曲时，当采用考虑扭转效应的换算长细比后，也可按弯曲屈曲计算。因此弯曲屈曲是确定轴心受压构件稳定承载力的主要依据。此外，冷弯薄壁型钢金属结构中，由于构件截面很薄，对双轴对称截面构件需要考虑弯曲屈曲和扭转屈曲；对单轴对称截面构件则要考虑弯曲屈曲和弯扭屈曲。结构的失稳现象具有整体性。不能孤立地对单个构件进行稳定性的分析，而应综合考虑相邻构件与其连接方式以及对其产生的约束作用。结构的失稳现象还具有相关性。这种相关性表现为不同失稳形式之间的相互影响，以及整体失稳和局部失稳的相互影响。局部失稳虽不能立刻导致整体结构丧失承载能力，但对整体失稳却有加速作用，将降低结构的承载能力。这种相互的关联性对于存在缺陷的构件尤为复杂。
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