极限荷载
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结构荷载分类:临塑荷载、临界荷载和极限荷载解析临塑荷载、临界荷载和极限荷载是在结构工程中使用的不同概念,用于描述结构承受能力的不同阶段。
下面是对这些术语的解释:
1.临塑荷载(Service Load):也称为工作荷载或使用荷载,是指在正常使用条件下,结构所承受的预期荷载。
临塑荷载是根据设计要求和使用需求来确定的,考虑了结构的安全性和可靠性。
在这个荷载下,结构应能正常运行并满足设计要求。
2.临界荷载(Critical Load):也称为临界点荷载或临界状态荷载,是指在该荷载下,结构开始经历重要的形变或破坏行为。
临界荷载是一个临界点,超过该点,结构的行为将发生显著变化。
例如,临界荷载可能导致结构的屈曲、振动或破坏等。
3.极限荷载(Ultimate Load):也称为破坏荷载或极限状态荷载,是指结构完全失效的最大荷载。
极限荷载是结构所能承受的最大荷载,超过该荷载,结构将无法保持稳定,并可能发生完全破坏。
这些术语在结构设计和分析中非常重要,用于评估结构的承载能力和安全性。
设计师和工程师会根据预期的临塑荷载来设计结构,确保其在正常使用条件下满足要求。
然后,通过结构分析和计算,确定结构的临界荷载和极限荷载,以确保结构的稳定性和安全性。
地基的极限荷载
地基的极限荷载指的是地基土所能承受而不致破坏的
最大荷载,它相当于地基上的塑性变形区发展到地面,土处于整体破坏时的荷载。
确定地基极限荷载的方法有多种,例如:
1.现场原位试验:通过载荷试验、旁压试验、静力触探试验、标准贯入试验、扁铲侧胀试验等现场原位试验来确定承载力。
其中载荷试验法是一种基础的原位测试方法,通过载荷试验可确定地基的承载力、基底反力分布、土层的侧向挤出影响及地基土的变形模量。
2.理论公式:根据土的抗剪强度指标计算的理论公式确定承载力。
3.规范表格查取:根据室内物理力学指标平均值,查规范表格可得地基承载力基本值。
4.当地经验:建筑在砂土、卵石、圆砾、坚硬粘性土,密实粉土,坚硬中密粗砂,含碎石或卵石的中密粗砂,密实细砂层,埋深小于5m的粘性土或黄土层,可采用经验公式确定承载力。
理论上讲,当基础完全埋于土中时,作用在基础上的荷载是任意分布的,不同分布形式对地基压力有一定的影响,故地基极限荷载不是一个常数值。
极限荷载的名词解释极限荷载,简称为极限载荷,是指结构在允许的极限条件下所能承受的最大力量或压力。
它是设计师在建筑、航空航天、汽车工程、桥梁和机械工程等领域中必须考虑的关键因素之一。
1. 极限荷载概述极限荷载在工程设计中具有重要意义。
无论是建筑物、桥梁、飞机还是汽车,都必须能够在特定的工作负荷下运行,而这些工作负荷不能超过其极限荷载的承载能力。
极限荷载研究的目的是确保工程或设备在正常工作条件下的安全可靠性,以及在异常负荷情况下的抗击压力和破坏的能力。
2. 极限荷载与结构安全极限荷载的考虑对于确保结构的安全性至关重要。
在设计阶段,工程师需要评估预期荷载以及结构所能承载的极限荷载。
这样的评估通常基于复杂的计算和经验公式,包括静力学、动力学、材料力学和结构力学等知识。
通过对各种力学条件的实际测试和模拟分析,设计团队可以确定结构的极限荷载,并相应地进行结构的加强和改进。
3. 极限荷载的影响因素极限荷载受许多因素的影响。
其中最重要的因素之一是物体的重量和形状。
不同形状的结构将受到不同程度的应力和压力。
其他因素包括运动速度、温度、湿度、材料的强度和刚度,以及使用环境的条件等。
在设计过程中,这些因素必须全面考虑,以确保结构具有足够的强度和稳定性。
4. 极限荷载的实践应用极限荷载的研究和应用广泛应用于各个工程领域。
在建筑设计中,极限荷载的考虑可以确保建筑物在各种自然灾害和外部冲击下的抵御能力。
在航空航天领域,极限荷载的研究应用于飞行器和航天器的设计和制造。
在汽车工程中,极限荷载的概念用来研究汽车零部件的强度和耐久性,确保其在各种驾驶条件下的安全性。
5. 极限荷载的意义和挑战极限荷载的考虑对于工程设计师和研究者而言至关重要。
一个可靠的结构需要经过良好的分析和合理的设计,以保证其在各种情况下的安全和稳定性。
然而,预测和计算极限荷载并非易事,它需要专业知识、经验和计算能力的共同运用。
此外,随着科技的进步和工程技术的发展,我们对于极限荷载的认识还在不断演进和完善中。
一、非线性屈曲分析(一)设计要求:折字形钢架
图1-1 设计要求图
(1)长细比自拟(50、60、70)
(2)考虑初始缺陷
(3)P分级加载,画出平衡路径
(二)设计:1、长细比为50,具体尺寸如下图所示:
图2-2 设计采用结构图
2、考虑初始缺陷(划分为20个单元,足够精确):本计算立柱缺陷分别考虑三种设计:a、施加#W+方向缺陷,b、不施加缺陷,C、施加#W-方向缺陷。
(1)首先利用Midas软件计算出刚架的理论临界荷载值及变形曲线a、在结构点上施加1N利用Midas屈曲分析得到理论临界荷载值Pcr=462320.5N,取前面五阶特征值如下
图2-2 Midas 计算一阶屈曲模态图
(2)施加#W+方向缺陷,将略大于Midas计算出来的刚架理论临界荷载值施加到结构点上去,荷载值为500000N,荷载布采用200步施加。
分别采用不同的数据点(2000、5000、10000)拟合荷载位移路径图。
图2-3 采用2000个数据点的ANSYS荷载位移曲线图(极限临界荷载:0.4305E+06N)
图2-4 对应上图最后荷载步屈曲形状图(x方向位移为2.83m)
图2-5 采用5000个数据点得到的荷载位移曲线图
图2-6 对应上图数据点最后荷载步屈曲形状图(x方向最大位移3.202m)
图2-7对应10000数据点ANSYS计算荷载位移曲线图
图2-8 对应上图数据点最后荷载步屈曲形状图(x方向最大位移2.742m)
从上图可知,当荷载超过临界荷载时,荷载位移曲线呈下降趋势,AB 立柱中间向X方向位移不断增大,所需临界荷载不断减小(结构刚度不断减小),当位移增大到一定程度时,荷载位移曲线呈上升趋势,AB柱x方向的位移开始减小,BC柱竖向位移逐渐增大,结构刚度增
大,即下降段的V形折角处存在刚度突变。
(4)不是加任何缺陷,临界荷载分两种情况施加:施加470000N,得到分支点失稳临界值(欧拉临界值);施加800000N得到直线段。
图2-9 无缺陷理想柱荷载位移曲线图(临界荷载值:0.4619E+06N)
图2-10 无缺陷理想柱荷载位移曲线图
(5)施加#W-缺陷,分别施加470000N、600000N、1000000N的力
进行研究。
为了便于图片观看,将位移方向反向。
图2-11对应470000N的荷载位移曲线图(位移方向反向)
图2-12 屈曲模态图
图2-13 施加600000N的力的荷载位移图(位移方向反向)
图2-14施加1000000N的力的荷载位移曲线图(临界荷载值:0.7955E+06N)
图2-15荷载位移曲线图
图2-16后屈曲变形图
图2-17 后屈曲变形图
从上述图中可以看出,当荷载超过理论欧拉临界荷载时,结构还能够继续承受荷载。
当荷载超过极限荷载时,结构的刚度下降,当结构水平和竖向位移达到一定程度时,存在结构刚度的跳跃。
结构可以继续承受外荷载的作用。
综上,从Midas计算结果和ANSYS的三种缺陷设计的理论计算结果可以看出,Midas计算的一阶理论屈曲荷载值(462320.5N)和ANSYS无缺陷的理论屈曲荷载值(0.4619E+06N)误差非常小,进一步证明模型计算的正确性。
对于ANSYS计算缺陷为#W+、0、#W-的结果可以看出,缺陷为#W+屈曲后荷载位移曲线呈下降趋势,当下降到一定程度,荷载曲线回升;无缺陷(0)为分支点失稳,当失稳后朝着W+方向失稳;缺陷为#W-,屈曲后荷载位移曲线一直呈上升趋势,屈曲后能够继续
承受荷载。
可知Pcr(#W-)>Pcr(0)>Pcr(#W+)。
总结可知对于梁制作
误差尽可能的使朝内偏心受压,使梁产生朝外的弯矩或者变形,误差偏心朝内。