《金属结构的屈曲强度》 (F.Bleich) ——中心或偏心受压柱子的屈曲:13-15节 (连载5)
1 3 偏心受压柱子的设计方法
引入比值β:

式中:σco为中心受压κ=0时的临界应力。由上节耶硕克近似解的表1可绘出β-曲线 (取κ=2) ,见图22。由图22可见,在l/r=93处出现尖峰的不连续,这是柱子曲线不连续所致 (图21的A点) 。连接l/r=80和l/r=100的连个β值做直线,所得的经消峰的β-曲线与精确解有较好的符合。
引入各种偏心距得到图23的β-曲线族,该图由下列公式绘制:

从图中可见,与虚线表示的图16的精确值相比,实线近似解的误差不大。
实际设计时,由式 (54) 计算出σc,考虑安全系数后即可得到偏压柱的容许应力。
1 4 截面形状对柱子强度的影响
式 (57) ~ (59) 适用于矩形截面的柱子。对于钢结构常用截面,许瓦拉、耶硕克和符烈特契 (Fritsche) 进行的分析研究表明,材料集中于重心的截面 (如十字形截面) ,比材料离重心远的截面 (如沿腹板平面屈曲的H形截面) 的偏压强度高。引入截面几何形状系数μ,并以μκ代替式 (57) ~ (59) 中的κ,可考虑截面形状对强度的影响。表2为部分截面的形状系数μ。

具有远离截面中心的H截面,在沿腹板平面偏心受压屈曲时,会有更多的截面面积产生大的应力。因而与轴压临界力相比,偏压强度会降低更多,即β值会增大。
1 5 正割公式
将偏心受压柱问题作为应力问题来考虑,以柱最大压应力纤维开始屈服作为破坏荷载,此时柱中点 (x=l/2) 处的最大纤维压应力为:

式中:ym为柱中点的挠度;c为边缘纤维到轴线的距离;e为荷载P的偏心距。
达到流限之前弹性模量为常数,此时的ym可由弹性理论求出 (这里从略) 。将求出的ym代入式 (60) ,可得到所谓的正割公式:

由式 (61) 得到的临界荷载与实际的屈曲荷载关系见第12节 (可参见第10节) 推出的σo-ym曲线图。图24的B点即对应于柱最大受力纤维达到流限,此时的平均应力
正割公式是根据边缘屈服的假定确定破坏荷载,而这个假定不符合稳定问题的基本情况,略显随意。
(未完待续)
[2] BLEICH F. Buckling strength of metal structures[M].New York:Mc Grow-Hill, 1952.
[3]王立军.《金属结构的屈曲强度》 (F. Bleich) ———中心或偏心受压柱子的屈曲:1-3节 (连载1) [J].建筑结构, 2019, 49 (11) :140-141.
[4]王立军.《金属结构的屈曲强度》 (F. Bleich) ———中心或偏心受压柱子的屈曲:4-6节 (连载2) [J].建筑结构, 2019, 49 (12) :134-136.
[5]王立军.《金属结构的屈曲强度》 (F. Bleich) ———中心或偏心受压柱子的屈曲:7-9节 (连载3) [J].建筑结构, 2019, 49 (13) :145, 119.
[6]王立军.《金属结构的屈曲强度》 (F. Bleich) ———中心或偏心受压柱子的屈曲:10-12节 (连载4) [J].建筑结构, 2019, 49 (14) :137, 135.