承载能力是关于力-材料或力-结构关系的一个概念,当力作用于结构或者构件的外部时,按照一定的传递或变换逻辑,会使材料或结构内部出现应力和应变。构件的承载能力包括以下三个方面:
(1) 强度 对于微观材料而言,其物理特性决定了其所能承受的力(即应力)是有一定的限度的,这个度称为材料的强度,超出这个强度,材料会发生破坏。
在实际工程中,经常会碰到这样的情况,当构件受力过大,会发生破坏。例如,建筑物中的楼板梁,因为承受过大的荷载而发生断裂,那么可能会导致整个房屋的大片坍塌,丧失承载能力,这在工程上是绝不允许的。因此,为了保证结构和构件能够正常工作,要求每个构件都要有足够的抵抗破坏的能力,也就是说在荷载作用下,构件不至于破坏(断裂),即要有足够的强度。 构件在外力作用下抵抗破坏的能力称为构件的强度 。
(2) 刚度 另一方面,对于结构而言,由于应力的效应,会使内部结构单元发生相应的应变,这些应变按结构而系统化为结构各坐标处的变形,同样,结构变形也有个限度,这个度称为刚度,如果结构变形超出这个刚度的限值,结构会背离预期要求。 构件在外 力作用下抵抗变形的能力称为构件的刚度 。构件在外力作用下产生的变形应在工程允许的范围内。
在实际工程中,有时某些构件,虽然不发生破坏,但并不代表就能保证构件或整个结构的正常工作。如:房屋建筑中的楼板、梁在荷载作用下,产生的变形过大,下面的抹灰层就会开裂、脱落;屋面上的檩条变形过大时,就会引起屋面的漏水。因此,在荷载作用下构件所产生的变形不应超过工程允许范围,也就是要具有足够的刚度。
(3) 稳定性 再有,当结构的变形超过一定范围时,会使结构总体几何构造及承载体系发生不可逆转的变化,这是一种复合型变化,既有变形方面的,也有应力方面的,这个限度统一用稳定性来表述。 所谓稳定性 , 是指构件维持原有平衡状态的能力 。某些细长杆件(或薄壁构件)在轴向压力达到一定的数值时,会失去原有的平衡状态而丧失工作能力,这种现象称为失稳。
在实际工程中,有时某些构件还会遇到这样的问题:如图3-8所示,一根受压的细长直杆 AB ,当沿杆轴方向的压力 F 小于 F cr (临界力)时, AB 杆将会保持平衡,当沿杆轴方向的压力 F 大于 F cr (临界力)时,若受到微小的干扰,杆就会由原来的直线状态突然变弯,这种突然改变其平衡状态的现象称为丧失稳定。这也是实际工程不允许出现的。稳定性要求就是要求这类受压构件不能丧失稳定,否则后果往往很严重。例如:房屋中承重的柱子,如果设计过高、过细,将有可能由于柱子失稳而导致整个房屋的坍塌。
图3-8