概念简析:基本受力状态
(2009-07-18 11:49:38)
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杂谈 |
分类: 建筑结构 |
结构构件的基本受力状态总结
一、轴心受拉
外力通过截面中心,截面上各点应力均匀,材料强度可以被充分利用。所以,对于适合抗拉的材料如钢材,还有桥梁工程中大量使用的钢索悬索等,现在兴起的膜结构…,轴心受拉是最经济合理的受力状态。在结构设计中充分利用受拉的方案通常是最节省材料和受力最合理的结构。
二、轴心受压
对于适合受压的材料(如混凝土、砌体以及钢材等)也是很好的受力状态。但是受压构件较细长时会有稳定问题,附加偏心会降低构件承载力。压杆失稳总是在截面回转半径最小的方向发生(应该是长细比最大的方向最容易失稳!考虑计算长度可能不同,注意失稳概念中长细比是本质),所以对于轴心受压构件环形,圆形或方形截面较为合理。工字型截面、角钢或双角钢等也可以做压杆使用,但由于两个方向的回转半径不同,往往首先在回转半径小的方向引起失稳。
三、弯和剪
弯和剪往往同时发生,工程中纯弯和纯剪的情况很少。正应力在离中和轴最远处最大,截面中间部分应力很小,材料强度不能充分利用;剪应力在截面中和轴处最大,在离中和轴最远处为零。对于矩形截面梁,无论受弯或受剪,截面上材料强度都不能充分利用。由于弯矩M和剪力V沿构件长度分布也不同,跨中和支座处的弯矩和剪力通常变化较大。所以对于等截面受弯或受剪构件,材料的利用率比轴心受力杆要差得多。当然,做成T型或工字型截面相对要合理一些。无论从承载力或刚度考虑,适当提高截面惯性矩是合理的。
四、扭
受扭时由截面上成对的剪应力组成力偶来抵抗扭矩,截面剪应力边缘大,中间小;截面中间部分的材料应力小,力臂也小。空心截面的抗扭能力和相同外形的实心截面十分接近。受扭构件以环形截面为最佳,方形、箱型截面也较好。
综上所述,
四、扭
综上所述,
1.受拉构件是最合理的状态,尤其是对高强钢丝等抗拉强度高的材料特别合理。
2.弯和剪也是常见的受力状态,但对截面材料的不充分利用,这在工程是不可避免的,因此选用合理的截面形式和结构形式就很重要。
3.对于较大跨度的梁可改用桁架,梁中的剪力和弯矩便改为桁架杆件的拉、压状态(桁架受力和传力的概念!),材料得以充分利用,还可节省材料,减轻自重,可跨越更大的跨度。
4.扭转是对截面抗力最不利的受力状态,实际工程中很难避免,如框架边梁、旋转楼梯等都存在较大的扭矩,设计中应引起特别注意,有时梁的设计为了抵抗较大的扭矩会沿截面增加抗扭腹筋。