弯矩曲率计算示例
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各种梁的弯矩计算公式在工程力学中,梁是一种常见的结构元件,其主要承受弯曲力。
根据梁的材料和截面形状的不同,可以使用不同的弯矩计算公式。
下面将介绍几种常见梁的弯矩计算公式。
1.矩形截面梁的弯矩计算公式:对于矩形截面梁,弯矩的计算公式如下:M=((b*h^2)/6)*y其中,M为弯矩,b为截面宽度,h为截面高度,y为截面高度的一半。
2.圆形截面梁的弯矩计算公式:对于圆形截面梁,弯矩的计算公式如下:M=(π*d^3)/32其中,M为弯矩,π为圆周率,d为截面直径。
3.I形截面梁的弯矩计算公式:对于I形截面梁,弯矩的计算公式如下:M=(σ*S)其中,M为弯矩,σ为截面上的应力,S为截面形心到应力轴距离,也称为截面模数。
4.T形截面梁的弯矩计算公式:对于T形截面梁,弯矩的计算公式如下:M=(σ*S1)±(τ*S2)其中,M为弯矩,σ为法向应力,S1为截面形心到应力轴距离,τ为剪应力,S2为剪应力的杆件。
±代表正负号根据不同情况变化。
5.等腰梯形截面梁的弯矩计算公式:对于等腰梯形截面梁,弯矩的计算公式如下:M=(σ*S1)-(τ*S2)其中,M为弯矩,σ为法向应力,S1为截面形心到应力轴距离,τ为剪应力,S2为剪应力的杆件。
6.等边三角形截面梁的弯矩计算公式:对于等边三角形截面梁,弯矩的计算公式如下:M=(σ*S1)-(τ*S2)其中,M为弯矩,σ为法向应力,S1为截面形心到应力轴距离,τ为剪应力,S2为剪应力的杆件。
这些是几种常见梁的弯矩计算公式,其中矩形截面、圆形截面、I形截面、T形截面、等腰梯形截面和等边三角形截面的弯矩计算公式广泛应用于工程设计和结构分析中。
对于其他截面形状的梁,也可以根据具体情况进行弯矩的计算和分析。
弯矩计算公式
弯矩的计算公式可以根据不同的情境和需求进行选择。
以下是一些常用的弯矩计算公式:
1.均布荷载弯矩计算公式:M=(q*L^2)/8,其中q为均布荷载的重量,L为均
布荷载作用的长度。
2.点荷载弯矩计算公式:M=(PL^3)/3E,其中P为点荷载的集中力,L为集中
力作用的长度,E为材料的弹性模量。
3.梁的弯矩计算公式:M=F*L,其中F为梁受到的力,L为力臂。
4.简支梁的弯矩计算公式:M=(PL^2)/4,其中P为简支梁受到的集中力,L
为简支梁的跨度。
5.斜梁的弯矩计算公式:M=FLsinθ,其中F为斜梁受到的力,L为斜梁的长
度,θ为斜梁与水平面的夹角。
需要注意的是,不同的弯矩计算公式适用于不同的情境和条件,具体应用需要根据实际情况进行选择。
同时,还需要考虑材料的物理性质、几何形状和受力状态等因素的影响。
均布荷载的弯矩弯矩是指在物体上施加荷载时产生的弯曲力矩。
均布荷载则是指施加在物体上的载荷均匀分布。
在工程领域中,了解均布荷载的弯矩计算方法对于设计和分析结构的稳定性至关重要。
本文将介绍均布荷载的弯矩及其计算方法。
一、均布荷载的概念均布荷载是指施加在物体上的荷载均匀分布的载荷形式。
例如,在桥梁设计中,自重荷载、行车荷载等都可以视为均布荷载。
均布荷载的弯矩计算可以帮助工程师确定结构的最大变形和最大应力,从而确保结构的稳定性和安全性。
二、均布荷载的弯矩计算方法1. 杆件弯曲方程在计算均布荷载的弯矩之前,需要先了解杆件的弯曲方程。
弯曲方程可以描述杆件在弯曲过程中的变形情况。
对于一个杆件,其弯矩可以通过以下方程计算:M = E * I * κ / R其中,M表示弯矩,E表示杨氏模量,I表示截面惯性矩,κ表示截面位置的曲率,R表示曲率半径。
2. 均布荷载的弯矩计算公式对于均布荷载,弯矩的计算公式如下:M = (w * L^2) / 8其中,M表示弯矩,w表示均布荷载的大小,L表示杆件的长度。
三、示例分析为了更好地理解均布荷载的弯矩计算方法,下面以一个简单的梁结构为例进行分析。
假设有一根梁,长度为L,宽度为b,高度为h。
该梁受到均布荷载w的作用。
根据上述公式,计算该梁的弯矩。
首先,计算截面惯性矩I和曲率κ。
对于矩形截面,截面惯性矩I可以通过以下公式计算:I = (b * h^3) / 12曲率κ可以通过以下公式计算:κ = M / (E * I)其中,E表示杨氏模量。
然后,根据弯曲方程,计算弯矩M。
将均布荷载w代入公式,得到:M = (w * L^2) / 8最后,将计算得到的M代入曲率公式,计算得到曲率κ。
通过曲率,可以进一步分析梁的变形情况和应力分布。
四、结论均布荷载的弯矩计算对于工程设计和结构分析非常重要。
通过了解弯曲方程和计算公式,工程师可以计算出结构在均布荷载作用下的弯矩,评估结构的稳定性和安全性。
第二章钢筋混凝土梁柱截面的弯矩-曲率关系同济大学土木工程学院建筑工程系顾祥林一、概述NP带定向滑轮的千斤顶台座试验柱荷载分配梁L /3试验梁二、骨架曲线的弯矩-曲率关系1. 基本假定平截面假定dyy忽略剪切变形对梁、柱构件变形的影响二、骨架曲线的弯矩-曲率关系2. 短期荷载下的弯矩-曲率关系截面的相容关系ci二、骨架曲线的弯矩-曲率关系2. 短期荷载下的弯矩-曲率关系截面的物理方程(对物理方程的处理)((c ci ci c ci(( s s s s s 对钢筋混凝土柱,有时也可能会出现 s < 0二、骨架曲线的弯矩-曲率关系2. 短期荷载下的弯矩-曲率关系截面的平衡方程a sh /2-a s h h /2-a sa s X 0,,0 M二、骨架曲线的弯矩-曲率关系2. 短期荷载下的弯矩-曲率关系拉区混凝土开裂后的处理a sh /2-a s h h /2-a sa s ci > t0二、骨架曲线的弯矩-曲率关系2. 短期荷载下的弯矩-曲率关系拉区混凝土开裂后的处理即使在纯弯段也只可能在几个截面上出现裂缝,裂缝间混凝土的拉应变不相等二、骨架曲线的弯矩-曲率关系2. 短期荷载下的弯矩-曲率关系拉区混凝土开裂后的处理020010050150N (kN)混凝土:钢筋:三、截面尺寸和配筋构造1. 梁净距 30mm钢筋直径d净距 30mm钢筋直径db h三、截面尺寸和配筋构造1. 板c 15mmd四、受弯构件的试验研究1. 试验装置四、受弯构件的试验研究2. 试验结果适筋破坏四、受弯构件的试验研究2. 试验结果超筋破坏四、受弯构件的试验研究2. 试验结果超筋破坏四、受弯构件的试验研究2. 试验结果平衡破坏(界限破坏,界限配筋率)四、受弯构件的试验研究2. 试验结果最小配筋率四、受弯构件的试验研究2. 试验结果MIct <ft四、受弯构件的试验研究2. 试验结果结论•适筋梁具有较好的变形能力,超筋梁和少筋梁的破坏具有突然性,设计时应予避免•在适筋和超筋破坏之间存在一种平衡破坏。
弯矩的计算公式弯矩是物理学中一个重要的概念,用于描述物体受到外力作用时的弯曲程度。
在工程学中,弯矩的计算是非常重要的,因为它可以帮助工程师确定材料的强度和结构的稳定性。
本文将介绍弯矩的计算公式及其应用。
一、弯矩的定义弯矩是指作用于物体上的力矩,它是由于物体受到外力作用而产生的曲率和变形。
在物理学中,弯矩通常用M表示,单位是牛顿米(N·m)。
二、弯矩的计算公式弯矩的计算公式有两种,分别是点弯矩和分布弯矩。
下面分别介绍这两种弯矩的计算公式。
1.点弯矩的计算公式点弯矩也称为集中力弯矩,是指作用于物体上的单个力矩。
点弯矩的计算公式如下:M = F × d其中,M表示弯矩,F表示作用于物体上的力,d表示力的作用点到物体旋转中心的距离。
2.分布弯矩的计算公式分布弯矩是指作用于物体上的分布力矩,也称为弯曲力矩。
分布弯矩的计算公式如下:M = ∫ y × w(x)dx其中,M表示弯矩,y表示物体上某一点到物体旋转中心的距离,w(x)表示作用于物体上的分布力矩,x表示物体的长度。
三、弯矩的应用弯矩的应用非常广泛,它可以用于确定材料的强度和结构的稳定性。
下面分别介绍弯矩在工程学中的应用。
1.弯矩在桥梁设计中的应用在桥梁设计中,弯矩是一个非常重要的参数。
桥梁在使用过程中受到车辆行驶时的重量和风力的作用,这些作用会产生弯矩,如果弯矩过大,就会导致桥梁的结构不稳定,从而危及行车安全。
因此,在桥梁设计中,需要对弯矩进行精确的计算和分析,以确保桥梁的结构稳定。
2.弯矩在机械设计中的应用在机械设计中,弯矩也是一个非常重要的参数。
机械在工作时受到各种外力的作用,这些作用会产生弯矩,如果弯矩过大,就会导致机械的结构不稳定,从而影响机械的工作效率和寿命。
因此,在机械设计中,需要对弯矩进行精确的计算和分析,以确保机械的结构稳定。
3.弯矩在建筑设计中的应用在建筑设计中,弯矩也是一个非常重要的参数。
建筑物在使用过程中受到各种外力的作用,如地震、风力等,这些作用会产生弯矩,如果弯矩过大,就会导致建筑物的结构不稳定,从而危及人们的生命安全。
弯矩曲率弯矩是结构力学中的重要概念之一,它描述了材料在受力作用下的弯曲情况。
曲率则是描述曲线弯曲程度的物理量。
弯矩和曲率在结构设计以及材料力学等领域都有广泛的应用,对于研究物体在受力作用下的变形和破坏具有重要意义。
首先来介绍弯矩。
弯矩是指在材料受到弯曲作用时,在截面上产生的力矩,也可以理解为材料截面上的弯曲力。
对于一根梁而言,如果在一段截面上的外力作用产生的力矩大于其截面内部的抵抗力矩,则梁将发生弯曲变形。
弯矩大小与外力的大小和作用点到截面的距离有关。
一般可以通过应力和截面形状来求解弯矩。
在力学中通过材料的横截面上剪应力为零的状态称为悬臂点,而不同截面上的悬臂点之间的距离即为弯矩。
弯矩的大小对于物体的变形和破坏有着重要的影响。
当弯矩作用到一定程度时,材料内部的应力将超过其抗弯强度,引起横截面的破坏。
因此在结构设计中,需要根据材料的弯曲特性以及所受到的外力大小来确定合理的截面形状以及材料的选择,以保证结构在使用过程中能够满足强度和刚度的需求。
接下来我们来介绍曲率。
曲率是描述曲线弯曲程度的物理量,一般表示为k。
在数学中,曲率定义为曲线上某一点处的切线与曲线在该点处的夹角的弧度表示。
曲率值越大,曲线的弯曲程度就越大。
曲率的计算方法有多种,其中一种常见的方法是通过曲线的二阶导数来计算。
曲率在物理学和几何学中具有广泛的应用,例如天体运动、光学、流体力学等。
曲率也与弯矩有着密切的关系。
在梁的弯曲中,曲率可以描述梁截面的弯曲程度。
当外力作用在梁上产生弯矩时,曲率的大小与弯矩呈正相关关系。
具体而言,当梁受到均布载荷或集中载荷作用时,曲率在材料横截面上是沿着梁轴方向变化的,通常是两端较大,中间较小。
而曲率变化的大小与受力区域的长度和横断面形状有关。
当曲率超过材料的允许极限时,材料将发生失稳和破坏。
综上所述,弯矩和曲率是结构力学中重要的概念,对于研究物体在受力作用下的变形和破坏具有关键意义。
弯矩描述了在材料受到弯曲作用时产生的力矩,而曲率则描述了曲线的弯曲程度。
弯矩计算公式范文弯矩是结构力学中的一个重要概念,它用于描述在梁、梁板等结构中受力物体的弯曲程度。
弯矩计算公式是一种数学表达式,用于计算在给定的受力情况下物体上的弯矩大小。
下面将会介绍常见的弯矩计算公式。
1.单点载荷引起的弯矩:弯矩(M)等于载荷(F)乘以受力点到支点的距离(x)。
M=F*x这个公式表示了一个在距离支点x处施加载荷F引起的弯矩。
2.均布载荷引起的弯矩:对于均布载荷,弯矩的计算方法稍微复杂一些。
假设载荷的大小为w,x是从支点到要计算的位置的距离,L是载荷作用的长度。
a.部分均布载荷:当载荷从距离支点a到b的部分作用时,弯矩的计算公式为:M=(w*x*(x+L))/2这个公式可以认为是将载荷均匀分布处理,然后根据受力点在x处的位置来计算弯矩。
b.整体均布载荷:当载荷作用在整个杆件上时,弯矩的计算公式为:M=(w*L^2)/8这个公式是在整个结构上均匀分布的情况下,根据载荷的大小和作用的长度计算弯矩。
3.双均布载荷引起的弯矩:对于双均布载荷,在距离支点a和b的两个位置上均有载荷作用。
a.均布载荷从距离支点a到距离支点b:M=(w*x*(x+2*L))/4b.均布载荷从距离支点b到距离支点a:M=(w*(L-x)*(L-x+2*L))/4这两个公式分别计算了从距离支点a到距离支点b和从距离支点b到距离支点a位置上的弯矩。
这些公式只是常见的弯矩计算公式的一部分,还有其他特殊情况下的弯矩计算公式。
同时,这些公式均是建立在简化假设下进行计算,实际工程中还需要考虑材料的强度、截面形状等因素,以确保结构的可靠性和安全性。
弯矩曲率计算示例
(现代预应力混凝土结构,杜拱辰,1986年,中国建筑工业出版社,P254)
弯矩曲率分析一般分两个阶段进行:梁未开裂;梁已开裂。
第一阶段一般假定为弹性阶段。
第二阶段材料的应力应变关系是非线性的。
如图所示的梁截面尺寸,2mm 784=p A ,2mm 402=s A ,混凝土的应
力应变关系为二次抛物线,即 ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2002εεεεσc c f ;为简化计算及说明过程,假定预应力高强高筋的极限强度和其屈服强度相等,即
MPa 15402.0==p pu f f ;普通钢筋的屈服强度为MPa 400=y f ;预应力筋
的有效应力为MPa 1000=pe f ;MPa 1025⨯==s p E E ;MPa 35=c f ;
MPa 7.3=t f ;MPa 108.24⨯=c E ,求下列各个阶段的弯矩及曲率:
(1) 初始阶段,即外弯矩为零,MPa 1000=pe f ; (2) 预应力筋水平处混凝土的应变为零;
(3) 裂缝出现,即混凝土达到其抗拉强度MPa 7.3=t f ;
(4) 梁截面顶纤维混凝土压应变达到=0.001 (5) 梁截面顶纤维混凝土压应变达到=0.002 (6) 梁截面顶纤维混凝土压应变达到=0.003
并将各阶段的弯矩、曲率、预应力及非预应力筋的应力列表并绘制出截面在加载直到破坏为止全过程的弯矩曲率图。
求解过程如下 (1)初始阶段:
采用毛截面特征值和pe p e f A P =来计算截面的应力和应变,截面几何特征:23mm 10180⨯=A ,49mm 104.5⨯=I ,kN 7841000784=⨯==pe p e f A P 有效预加力kN 784=e P 及偏心矩mm 180=e 对截面引起的应力和相应的应变如图所示:
当外力矩(包括自重)0=M 时,截面曲率:
600
10)436.0123.0(3-⨯+-=ϕ=-0.993rad/mm 106-⨯
非预应力筋的压应力=MPa 8.77389.010235-=⨯⨯-=-s s E ε
预应力筋在有效应力下的应变3105200000/1000-⨯===p pe pe E f ε
(2)预应力筋水平处混凝土应变为零阶段:一个对应预应力筋水平处产生拉应变为310324.0-⨯的外加力矩将使混凝土应变为零,并使预应力筋产生同样的拉伸应变,因此预应力筋的应变将增加到:
33310324.510324.0105---⨯=⨯+⨯=+=ce pe ps εεε
相应的预应力筋中的应力为:
MPa 8.106410324.510235=⨯⨯⨯==-ps p ps E εσ
预应力筋中的拉力为:
kN 8.8348.1064784=⨯==ps p A P σ
在kN 8.834=P 作用下,截面混凝土的应力分布如下图所示。
为使预应力筋水平处混凝土应力由MPa 64.9-降到零,需要增加的外弯矩为:
kNm 0.289180
64.9104.53=⨯⨯==e I M σ
在这一外力矩M 作用下,混凝土截面应力及曲率如下图所示:
非预应力筋的应力:
MPa 7.12100636.010235=⨯⨯⨯==-s s s E εσ
rad/m m 10917.0600
10)109.0441.0(63
--⨯=⨯+-=ϕ
(3)开裂阶段:
截面开裂点将为截面弯矩曲率线弹性关系的终点。
在阶段(2),截面底纤维已经存在3.06MPa 的拉应力,由于混凝土出现裂缝的抗拉强度为 3.7MPa, 为产生拉应力MPa 64.006.37.3=-=∆σ,所需要增加的
弯矩kNm 5.1130064
.0104.59=⨯⨯∆=
∆y I M σ。
因此开裂弯矩为: kNm 5.3005.11289=+=cr M
由M ∆对预应力筋产生的拉应力为:
MPa 7.2104.5180
105.1114.79
6=⨯⨯⨯==∆=∆I Me n n p c p ps
σσ
因此开裂弯矩下,预应力筋中的应力为:
MPa 8.10677.28.1064=+=ps σ
由M ∆对非预应力筋产生的拉应力为:
MPa 8.3104.5250
105.1114.79
6=⨯⨯⨯==∆I My n s s σ
因此开裂弯矩下,非预应力筋中的拉应力为:
MPa 5.168.37.12=+=s σ
由纤维应力0.64MPa 而增加的曲率如下图所示:
在开裂弯矩作用下,截面的开裂曲率等于阶段(2)的曲率与开裂增加曲率之和,也就是:
rad/mm 10993.010)076.0917.0(66--⨯=⨯+=cr ϕ
(4)截面顶纤维混凝土压应变 001.0=c ε
截面开裂时的压应变是(2)和(3)两个阶段的计算结果之和,
34310464.010229.010441.0---⨯-=⨯-⨯-=c ε,小于0.001, 因此应采用开裂
截面分析。
顶纤维混凝土的应力为:
MPa 25.26002.0001.0002.0001.023522200=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=εεεεσc c f
dx x x bf dx b C c
c c
c c ⎰⎰⎪⎪⎭⎫
⎝
⎛-==02022002εφεφσ
积分简化:
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=02031εφεφc c bf C c
c
由于 ()x bdx f x C c
c c ⎰=0
整理 ⎪
⎪⎭
⎫
⎝⎛--=εεεε4123800c x ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛--=-εεεε412400c x c
c
11
kNm 1.574 M。