§8-5 梁的刚度计算
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(1)梁的抗弯强度作用在梁上的荷载不断增加时正应力的发展过程可分为三个阶段,以双轴对称工字形截面为例说明如下:梁的抗弯强度按下列公式计算:单向弯曲时(5-3)双向弯曲时(5-4)式中:Mx、My——绕x轴和y轴的弯矩(对工字形和H形截面,x轴为强轴,y轴为弱轴);Wnx、Wny——梁对x轴和y轴的净截面模量;——截面塑性发展系数,对工字形截面,;对箱形截面,;对其他截面,可查表得到;f ——钢材的抗弯强度设计值。
为避免梁失去强度之前受压翼缘局部失稳,当梁受压翼缘的外伸宽度b与其厚度t之比大于,但不超过时,应取。
需要计算疲劳的梁,按弹性工作阶段进行计算,宜取。
(2)梁的抗剪强度一般情况下,梁同时承受弯矩和剪力的共同作用。
工字形和槽形截面梁腹板上的剪应力分布如图5-3所示。
截面上的最大剪应力发生在腹板中和轴处。
在主平面受弯的实腹式梁,以截面上的最大剪应力达到钢材的抗剪屈服点为承载力极限状态。
因此,设计的抗剪强度应按下式计算(5-5)式中:V——计算截面沿腹板平面作用的剪力设计值;S——中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩;I——毛截面惯性矩;tw——腹板厚度;fv——钢材的抗剪强度设计值。
图5-3 腹板剪应力当梁的抗剪强度不满足设计要求时,最常采用加大腹板厚度的办法来增大梁的抗剪强度。
型钢由于腹板较厚,一般均能满足上式要求,因此只在剪力最大截面处有较大削弱时,才需进行剪应力的计算。
刚度(Stiffness)是描述材料或结构在受到外力作用时抵抗变形的能力。
对于线性弹性材料,刚度可以通过应力(Stress)与应变(Strain)之间的比例关系来计算,这个比例常数被称为弹性模量(Elastic Modulus)。
对于一维情况(例如拉伸或压缩),刚度计算公式为:
[ K = \frac{\sigma}{\epsilon} ]
其中:
( K ) 是刚度(N/m 或Pa)
( \sigma ) 是应力(N/m²或Pa)
( \epsilon ) 是应变(无量纲)
对于二维情况(例如梁的弯曲),刚度计算公式可能会涉及到弯矩(M)和曲率(κ):
[ EI = \frac{M}{\kappa} ]
其中:
( EI ) 是梁的弯曲刚度(N·m²)
( M ) 是弯矩(N·m)
( \kappa ) 是曲率(1/m)
对于三维情况(例如杆的扭转),刚度计算公式为:
[ GJ = \frac{T}{\phi} ]
其中:
( GJ ) 是杆的扭转刚度(N·m²)
( T ) 是扭矩(N·m)
( \phi ) 是扭转角(rad)
请注意,以上公式仅适用于线性弹性材料,并且在弹性范围内有效。
对于非线性材料或超出弹性范围的情况,刚度可能会发生变化,并且需要使用更复杂的模型来描述材料的力学行为。
此外,对于复杂的结构或组件,刚度可能需要通过有限元分析(FEA)或其他数值方法来计算。
这些方法可以考虑材料的非线性、几何非线性以及多种加载条件。
梁的刚度计算The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020梁的强度和刚度计算1.梁的强度计算梁的强度包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算应力,设计时要求在荷载设计值作用下,均不超过《规范》规定的相应的强度设计值。
(1)梁的抗弯强度作用在梁上的荷载不断增加时正应力的发展过程可分为三个阶段,以双轴对称工字形截面为例说明如下:梁的抗弯强度按下列公式计算: 单向弯曲时f W M nxx x≤=γσ(5-3)双向弯曲时f W M W M nyy y nx x x≤+=γγσ(5-4)式中:M x 、M y ——绕x 轴和y 轴的弯矩(对工字形和H 形截面,x 轴为强轴,y 轴为弱轴);W nx 、W ny ——梁对x 轴和y 轴的净截面模量;y x γγ,——截面塑性发展系数,对工字形截面,20.1,05.1==y x γγ;对箱形截面,05.1==y x γγ;对其他截面,可查表得到;f ——钢材的抗弯强度设计值。
为避免梁失去强度之前受压翼缘局部失稳,当梁受压翼缘的外伸宽度b 与其厚度t 之比大于y f /23513 ,但不超过y f /23515时,应取0.1=x γ。
需要计算疲劳的梁,按弹性工作阶段进行计算,宜取0.1==y x γγ。
(2)梁的抗剪强度一般情况下,梁同时承受弯矩和剪力的共同作用。
工字形和槽形截面梁腹板上的剪应力分布如图5-3所示。
截面上的最大剪应力发生在腹板中和轴处。
在主平面受弯的实腹式梁,以截面上的最大剪应力达到钢材的抗剪屈服点为承载力极限状态。
因此,设计的抗剪强度应按下式计算v wf It VS≤=τ(5-5)式中:V ——计算截面沿腹板平面作用的剪力设计值;S ——中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩; I ——毛截面惯性矩; t w ——腹板厚度;f v ——钢材的抗剪强度设计值。
梁线刚度计算公式
梁线刚度可以通过弯曲、拉伸和剪切三种形式进行计算。
具体的公式如下:
弯曲刚度计算公式:
梁线的弯曲刚度可以通过以下公式计算:
EI = k * D / (2 * Phi)
其中EI表示梁的弯曲刚度,k表示梁的弹性系数,D表示梁的弯曲变形,Phi表示梁的弯曲角度。
如果梁的截面形状、材料和长度确定,那么EI值也是固定的。
拉伸刚度计算公式:
梁线的拉伸刚度可以通过以下公式计算:
EA = F / deltaL
其中EA表示梁的拉伸刚度,F表示梁的受力大小,deltaL表示梁的拉伸变形。
如果梁的截面积和材料确定,那么EA值也是固定的。
剪切刚度计算公式:
梁线的剪切刚度可以通过以下公式计算:
GA = k / tau
其中GA表示梁的剪切刚度,k表示梁的剪切模量,tau表示材料的剪切应力。
剪切刚度与梁线的剪切变形有关,当材料的剪切应力发生变化时,剪
切变形也会相应改变。
需要注意的是,梁线的刚度计算公式根据不同的应力状态而有所不同。
在实际工程中,根据梁的材料、截面形状和受力情况,通常采用适当的刚
度计算公式来计算梁线的刚度。
梁线刚度的计算是结构力学中的基础问题之一,通过准确计算梁线的
刚度,可以帮助工程师在设计过程中确保结构的稳定性和安全性。
同时,
梁线刚度的计算也为设计者提供了选择材料和截面形状的依据,以满足实
际工程要求。
钢梁刚度计算公式我国“钢筋混凝土设计规范"(以下简称规范。
第二次送审稿)给出的钢筋混凝土梁的短期刚度公式为:-E,A,h/《1.15砍+0.2十6osP./( l+ 3.57,),长期刚度公式为:B,=B,M, ; i M,a i 0- 1》+M, ) : 0= 2.0 - 0.普P/o、-1.6 实验表明,影响钢筋混凝上梁长期刚度的闪素很多,主要有混凝土的徐变和收缩,加入受E钢筋后,可大大地减少混土的徐变,从而减少梁的长期挠度,公式(2)通过系数0间接地考虑了这种影响,但没有直接考虑混凝土徐变和收缩的影响,所以在一些情况下,比如徐变应变很大的时候,公式(2)的精度是很x的、比如,当没有短期荷载,即M、=0时、B,- B,/0,总挠度厂,- uM I/B。
itM/B:2.0M l/B,- 2.05,,-但根据实验'"1,30根梁中有26根梁的总挠度大于2倍的初始尧度、最大的总挠度是初始度的3.27稍,所以有必要修改长期刚度计算公式.Neville等曾提出钢筋混凝土梁短期及长期刚度通用公式为=E,Azx/ 1- 6、 i ../ t Poc1 + (r,r)33)( 3 )对矩形截面梁x = i.ca:(P,+ P了+ 24g(P、+ pa'i h) 一ag(只+P)玉4:z= h- x/ 3 :我国“钢筋混凝土设计规范"(以下简称规范、第二次送审稿)给出的钢筋混凝土梁的短期刚度公式为:B,-E,A,h/《1.15y+0.2+63P./( 1+3.57" )( l)长期刚度公式为:B,=B,M ; i M, a i( 0- 1)+ M, ) : 0= 2.0一 0.1P/口、>-1.6( 2 )实验表明,影响钢筋混凝上梁长期刚度的因素很多,主要有混凝土的徐变和收缩,加入受E钢筋后,可大大地减少混N土的徐变,从而减少梁的长期挠度,公式(2)通过系数0间接地考虑了这种影响,但没有直接考虑混凝土徐变和收缩的影响,所以在一些情况下,比如徐变应变很大的时候,公式(2)的精度是很x的、比如,当没有短期荷载,即M、=О时.B,- B,/0,总挠度f,- uM ' / B。