提高梁弯曲强度的措施16习题分析
提高梁弯曲强度的主要途径
提高梁弯曲强度的主要途径
梁作为结构构件,具有抗弯能力,是许多工程结构中不可或缺的.由于具有抗弯性能,因而控制梁弯曲强度很重要.怎样提高梁弯曲强度,是经常被建议的一个问题.梁弯曲强度的提高是为了满足工程需求.
首先,应从梁的本身材料开始,选择多性能优良的材料,这样增加结构整体特性.其次,应根据实际情况,合理设计结构,减小面积,减少自重.此外,要根据实际需要,合理选择衬垫,凹槽,强化等,使梁具有更高的弯曲强度.另外,还应在设计和施工中,采取抗震计算,根据分析结果,进行严格的抗震设计,从而满足结构物抗震性能要求.
此外,通过完善施工技术,良好的质量保证检测,使梁具有更佳的弯曲强度,并建立完善的抗震设计标准体系,提高抗震设计水平.
总之,提高梁弯曲强度的主要途径主要有材料、减少面积、衬垫加强、抗震计算、施工技术及质量保证等.不仅需要在设计中进行科学严谨的设计,还应重视施工中质量保证与抗震计算,认真考虑使未来的工程结构更加可靠和稳健.。
提高梁的弯曲强度的主要措施
提高梁的弯曲强度的主要措施
提高梁的弯曲强度的主要措施
1、增加梁的翼缘厚度:通过增加梁的翼缘厚度可以改善梁的弯曲性能,但要注意不要使梁的重量太大,对结构的空间布置也有一定的影响。
2、改变梁的截面形状:改变梁的截面形状可以改善梁的弯曲性能,如增大梁的截面积、增大梁的截面惯性矩等,但要注意不要增大梁的重量,如改用I字形梁、U字形梁等。
3、采用梁节:在梁的中部采用节来分割,可以提高梁的弯曲强度,但也会增加梁的质量,所以,要根据实际情况,合理选择采用梁节的数量。
4、采用增强梁的方法:采用其他方法来增强梁的弯曲强度,如采用钢筋网、钢管包覆等,可以大大提高梁的弯曲强度,但也会增加梁的重量,并会对结构布置造成一定的影响。
5、采用节点连接:采用节点连接可以提高梁的弯曲强度,但也会增加梁的质量,而且会影响梁的结构布置,因此,要根据实际情况,合理选择节点连接的形式。
6、采用支座连接:采用支座连接可以提高梁的弯曲强度,但也会对结构布置造成一定的影响,而且要注意支座的尺寸,避免支座连接太大而影响结构的空间布置。
7、采用精度控制技术:采用精度控制技术,可以保证梁的精度,从而提高梁的弯曲强度。
8、采用改性技术:采用改性技术可以改善梁的屈曲性能,从而提高梁的弯曲强度。
9、采用焊接技术:采用焊接技术可以将梁连接起来,从而提高梁的弯曲强度,但要注意焊接的质量,以免影响结构的性能。
10、采用表面处理技术:采用合理的表面处理技术,可以改善梁的弯曲强度,如采用热处理、表面涂料等,以提高梁的耐腐蚀性能和耐磨性能。
以上就是提高梁的弯曲强度的主要措施,要根据实际情况,合理选择,以达到最好的效果。
提高梁抗弯强度的措施
提高梁抗弯强度的措施引言梁是建筑中常用的结构元素之一,其承受着沿着其轴线方向的弯曲载荷。
为了确保梁的安全可靠运行,提高梁的抗弯强度至关重要。
本文将介绍一些常见的提高梁抗弯强度的措施。
1. 选择合适的材料首先,选择合适的材料对于提高梁的抗弯强度至关重要。
常见的梁材料包括钢、混凝土和木材等。
钢材具有高强度和较好的延展性,适用于对抗大弯曲载荷的情况。
混凝土梁由于具有良好的耐久性和较高的抗压强度,在一些跨度较大的场合中被广泛应用。
而木材梁则常见于建筑中的轻型结构,相对较为柔软、轻便,但在设计时需要考虑其受潮腐朽和火灾等因素。
2. 加固梁的截面形状梁的截面形状对于其抗弯强度起着决定性作用。
常见的梁截面形状有矩形、T 形、I形等。
在设计梁时,可以通过增加梁的截面积和调整截面形状的分布来提高梁的抗弯强度。
例如,将矩形梁加宽和加深,可以增加梁的截面面积,提高梁的承载能力。
3. 使用混凝土加固混凝土加固是一种常见的提高梁抗弯强度的措施。
混凝土可以通过灌注或贴附在梁的底侧或顶侧,增加梁的压力区域,从而提高梁的承载能力。
此外,混凝土还可以通过在梁的中间位置施加预应力来增加梁的抗弯强度。
4. 加固梁的支撑加固梁的支撑也是提高梁抗弯强度的重要手段。
合理设置梁的支座和施加适当的加载方式可以减小梁的挠度和变形,从而提高梁的抗弯承载能力。
在设计梁的支撑时,需要考虑梁的跨度、弯矩、截面形状等因素,确保梁在正常工作状态下的稳定性。
5. 使用钢筋加固钢筋是提高梁抗弯强度的常用材料。
通过在梁的底侧或顶侧加入适量的钢筋,可以增加梁的抗弯能力。
在混凝土梁中,通常会采用钢筋混凝土的结构形式,将钢筋与混凝土组合在一起,以达到优秀的抗弯强度。
结论总之,提高梁的抗弯强度是保证建筑结构安全可靠的基本要求之一。
通过合理选择材料、加固梁的截面形状、使用混凝土加固、加固梁的支撑以及使用钢筋加固等措施,可以有效地提高梁的抗弯强度。
在实际工程中,需要根据具体情况综合考虑各种因素,并在设计过程中充分考虑梁的力学特性和结构要求,以确保梁能够承载预期的荷载并安全稳定地工作。
提高弯曲梁抗弯强度措施
通过优化截面形状,如采用工字形、箱形 等更合理的截面形状,可增加弯曲梁的截 面模量,从而提高其抗弯强度。
控制加载速度和幅度
增加支撑和约束,如设置横向支撑、加强 端部约束等,可有效减小弯曲梁的挠度和 变形,提高其承载能力。
在工程应用中,合理控制加载速度和幅度 ,避免瞬间冲击和过载,有助于延长弯曲 梁的使用寿命。
壁厚优化
在保持截面整体性能的前提下,合理调整截面的壁厚分布,使截 面受力更为均匀,提高抗弯性能。
加强筋设置
在梁截面内部设置适量的加强筋,有效提高截面的抗弯刚度和抗 弯强度。
实例三:创新加固技术在工程中的应用
1 2
粘贴加固法
采用高性能胶粘剂将钢板、碳纤维布等加固材料 粘贴在梁的表面,提高梁的承载能力和抗弯强度 。
提高弯曲梁抗弯强度措 施
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目录
• 引言 • 弯曲梁抗弯强度的影响因素 • 提高弯曲梁抗弯强度的基本措施 • 先进技术与创新方法 • 工程实例分析 • 结论与展望
引言
01
弯曲梁的应用背景
弯曲梁作为一种基本结构元素,广泛应用于桥梁、建筑、机 械设备等领域。
在实际应用中,弯曲梁常常承受着弯曲力矩的作用,因此其 抗弯强度成为设计和使用过程中需要重点关注的指标。
未来研究方向与发展趋势展望
新材料研究与应用
进一步研究高性能新材料,如纳米材料、超导材料等,在弯曲梁中 的应用,以提高其抗弯强度和轻量化程度。
智能化设计与优化
借助人工智能、大数据等技术手段,实现弯曲梁的智能化设计与优 化,提高设计效率和抗弯性能。
复合结构研究
研究弯曲梁与其他结构的复合形式,形成复合结构体系,以提高整体 结构的承载能力和抗震性能。
提高梁弯曲强度的主要措施
提高梁弯曲强度的主要措施弯曲正应力是控制抗弯强度的主要因素。
因此,讨论提高梁抗弯强度的措施,应以弯曲正应力强度条件为主要依据。
由]σ[σmax max ≤=zW M 可以看出,为了提高梁的强度,可以从以下三方面考虑。
(1) 合理安排梁的支座和载荷从正应力强度条件可以看出,在抗弯截面模量z W 不变的情况下,M max 越小,梁的承载能力越高。
因此,应合理地安排梁的支承及加载方式,以降低最大弯矩值。
例如图1(a)所示简支梁,受均布载荷q 作用,梁的最大弯矩为281ql M max =。
图1 简支梁如果将梁两端的铰支座各向内移动0.2l ,如图1(b)所示,则最大弯矩变为2401ql M max =,仅为前者的1/5。
由此可见,在可能的条件下,适当地调整梁的支座位置,可以降低最大弯矩值,提高梁的承载能力。
例如,门式起重机的大梁图2(a),锅炉筒体图2(b)等,就是采用上述措施,以达到提高强度,节省材料的目的。
图2 合理安排梁的支座和载荷(2) 采用合理的截面形状由正应力强度条件可知,梁的抗弯能力还取决于抗弯截面系数W Z 。
为提高梁的抗弯强度,应找到一个合理的截面以达到既提高强度,又节省材料的目的。
比值A W z 可作为衡量截面是否合理的尺度,AW z 值越大,截面越趋于合理。
例如图3中所示的尺寸及材料完全相同的两个矩形截面悬臂梁,由于安放位置不同,抗弯能力也不同。
竖放时662h bh bh A W z == 平放时 662b bh hb A W z == 当h>b 时,竖放时的A W z 大于平放时的AW z ,因此,矩形截面梁竖放比平放更为合理。
在房屋建筑中,矩形截面梁几乎都是竖放的,道理就在于此。
图3矩形梁的不同放置在讨论截面的合理形状时,还应考虑材料的特性。
对于抗拉和抗压强度相等的材料,如各种钢材,宜采用对称于中性轴的截面,如圆形、矩形和工字形等。
这种横截面上、下边缘最大拉应力和最大压应力数值相同,可同时达到许用应力值。
提高梁弯曲强度的措施
一、概念
梁:以弯曲变形为主要变形形式的杆件。
一、概念
强度:构件抵抗塑性变形或破坏的能力。
一、概念
强度:构件抵抗塑性变形或破坏的能力。
40人死亡,14人受伤,直 接经济损失631万元。
一、概念
强度条件
σmax
Mmax Wz
≤ [σ]
τmax
Fs,maxS*z,max Izb
二、提高梁弯曲强度的措施
抗弯截面系数
Wz ymIzax
Iz A y2dA
C
z
ymax
y z
dA
y
二、提高梁弯曲强度的措施
1、合理安排梁的受力
(1)合理安排梁上载荷 (2)合理安排梁的支座
2、选择合理的梁的截面形状
二、提高梁弯曲强度的措施 工程实例
二、提高梁弯曲强度的措施 工程实例
(a(aF/2
F
A
A
A
l/4 l/l4/4 ll//44
F
BB
ll/4/4 Bl/4
A l/6
M
M
M
l/4 l/4 l/4 l/4
Fl
Fl 8
8
Fl 8
M 5
x3
(b)
x
x
(b) (b)
二、提高梁弯曲强度的措施
1、合理安排梁的受力
(1)合理安排梁上载荷 (2)合理安排梁的支座
≤ [τ]
二、提高梁弯曲强度的措施
1、合理安排梁的受力
二、提高梁弯曲强度的措施
AA AA
MM MM
FF FF
l/l2/2 l/2l/2
l/l2/2 l/2l/2 F4Fl l FlF4l 44
06章弯曲应力-提高梁弯曲强度的措施&习题课(72学时-14)
h S zI AI . y I h.t .(h1 ) h.t . h 2 6
h
yb
h2
z
S zII AII . y II (b 2t ).2t .(h1 t )
2t
h1
h (b 2t ).2t .( t ) 3 S z 2 S zI S zII 0
W
M D max 438cm 3 应选28a号工字钢; 2
3)校核剪应力强度:
x
RC
2m
RD
A
RA RB
B
RA 50 6 x RB 6 x 10
AC段:QAB RA 50 6 x Q ABmax 50KN QCDmax 40KN CD段:QCD RA RC 40 6 x
P
Q
4m
A
B
C
D
1m 1m
l 10m
解:1)研究起重机:
P
Q
MC ( F ) 0
RD .2 Q.1 P .5 0 RD 50 KN
RC RD
Y 0
RC RD Q P
RC 10 KN
P
Q
4m
A
B
C
D
1m 1m
l 10m
2)研究梁:
3)对于C,D截面,其面积小于中点截面,弯矩也小于中点截面的最大弯矩, 所以C,D截面应该是正应力的危险截面, 同时其最大弯矩与l 有关; 4)对于C,D截面,其面积等于两端截面,同时剪力小于两端截面的最大剪力, 所以C,D截面应该不是剪应力的危险截面,
P
C
D
400
简述提高梁抗弯强度的措施.
简述提高梁抗弯强度的措施
提高梁弯曲强度的措施主要有: (1) 将梁上集中外力化为分布外力; (2) 尽量将梁上外力布置在靠近梁支座处; (3) 采用具有合理截面的梁; (4) 尽量采用等强度梁。
将梁上集中外力化为分布外力:
将集中外力通过布置适当的支撑和连续分布加载方式,转化为分布外力,有助于减小局部应力集中,提高梁的整体弯曲性能。
尽量将梁上外力布置在靠近梁支座处:
在梁的跨度范围内,尽量将外力布置在靠近支座的位置,因为这样可以减小梁的弯矩和剪力,提高梁的弯曲承载能力。
采用具有合理截面的梁:
设计梁的截面时,应根据受力情况选择合理的截面形状和尺寸,以确保在给定的材料条件下最大程度地提高梁的抗弯性能。
尽量采用等强度梁:
等强度梁是指在梁的不同截面上具有相似抗弯性能的梁。
采用这种设计可以在整个梁的跨度范围内获得均匀的弯曲性能,避免局部强度不足的问题。
这些措施可以综合考虑,根据具体的工程要求和条件来选择合适的方案,以提高梁的弯曲强度。
在工程实践中,还需要考虑材料的选择、构造方法、支座条件等因素,以综合提高结构的整体性能。
1。
提高弯曲强度的措施.
7-6 提高弯曲强度的措施梁的设计既要保证其具有足够的强度,在荷载作用下能安全的工作,又要节约材料,减轻自重,使其经济合理。
一般情况下,梁的弯曲强度是由正应力控制的,弯曲正应力强度条件max max z []M W σσ=≤是梁弯曲强度计算的主要依据。
要提高梁的强度应从以下几个方面入手:一、采用合理的截面形状1、根据W z /A 的比值选择截面梁能承受的弯矩与抗弯截面系数W z 成正比,而用料的多少又与截面面积A 成正比,所以W z /A 的比值越大越合理。
对截面高度相同而形状不同的截面,可用W z /A 的比值来比较:① 高为h 宽为b 的矩形截面2160.1676bh W h h A bh === ② 直径为h 的圆形截面32320.12584h W h h A h ππ===③ 高为h 的槽形及工字形截面 (0.27~0.31)W h A =可见,槽形及工字形截面最合理,矩形截面次之,圆形截面最差。
这一结论也可用正应力的分布规律得到解释:当距中性轴最远处应力达到相应许用应力时,中性轴上(或附近)的应力分别为零(或较小),这部分材料没有充分发挥作用。
故应把这部分材料移至远离中性轴的位置。
为了充分发挥材料的潜力应将截面面积布置得离中性轴远些为好。
所以,工程上常常采用工字形、环形、箱形截面等截面形式。
2、根据材料的力学特性选择截面对于用抗拉和抗压强度相同的塑性材料制成的梁,宜选用对称于中性轴的截面,如工字形、矩形和圆环形截面。
y 1y 2-max图7-27对于由脆性材料制成的梁,由于抗拉强度小于抗压强度,宜采用中性轴不是对称轴的截面,且应使中性轴靠近强度较低的一侧,如铸铁等脆性材料制成的梁常采用T 形和箱形截面(如图7-27),并使y 1和y 2之比满足下式:+max 11max 22/[]/[]z z My I y My I y σσσσ+--=== 即:截面受拉、受压边缘到的距离与材料的抗拉、抗压许用应力成正比,这样,截面上的最大拉应力和最大压应力同时达到许用应力。
提高梁抗弯强度的措施
合理布置梁上荷载
把集中荷载分散并靠近支座布置 辅梁
F A
l/2 l
F
F/2
F/2
B
l
l
l
4
2
4
合理布置梁上荷载
q
改变支座位置以减小梁的跨 A
B
度,均可降低弯矩的最大值
l
受均布载荷的简支梁
M max
ql 2 8
0.125ql 2
当两端支座分别向跨
中移动a=0.2l时
M max
ql 2 40
0.025ql2
观察与思考
用弹性较好的泡沫塑料做成矩形截面梁,在梁侧面画上 若干与梁轴平行的纵向线及垂直于梁轴的横向线,在梁 两端作用一对力偶使其产生弯曲变形,观察该梁发生弯 曲前后各纵向线的变化情况后,指出梁中何处受拉最大、 何处受压最大、何处既不受拉也不受压。
通过观察可以发现,梁中下边缘受拉最大,上 边缘受压最大,在梁的中间处既不受拉也不受 压,梁的中间层不受力。根据上述分析,合理 的梁截面形状,应使梁在截面面积相同(材料 用量相同)的情况下,减少在中性轴附近处的 材料用量,而把大部分材料布置在距中性轴较 远处,以取得较强的抗弯能力。
0.125ql2 q
C
A
B
D
a
a
l
0.02ql2
0.02ql2
0.025ql2
3. 采用变截面梁 梁的截面是按梁的最大弯矩来设计的,一般情况下,梁的截面各 处是不相同的,因此,为了节约材料,根据工程实际情况可考虑 按各截面的弯矩大小来确定梁的截面尺寸,这种截面随梁 轴位置不同而发生改变的梁叫做变截面梁。工程上常采用形状简 单、接近等强度梁(每一截面上的最大正应力都刚好等于或略小 于材料许用应力的梁)的变截面梁,例如阳台、雨篷的挑梁(图 4-28a),鱼腹式吊车梁(图4-28b)等。
简述提高梁弯曲强度的措施
简述提高梁弯曲强度的措施
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提高梁弯曲强度的措施:
①优化截面形状:选择合理高效的截面形式,如工字钢、箱形截面等,增大惯性矩和截面模量,从而提高抗弯能力。
②增大截面尺寸:在材料和空间允许的情况下,适当增加梁的截面高度和宽度,直接提升梁的抗弯截面系数。
③采用高强度材料:选用更高强度等级的钢材、合金材料或复合材料,可以在相同截面尺寸下提高梁的承载能力。
④增设加强筋或肋板:在梁的受压侧或整体布置加强筋,增强截面的稳定性,抵抗弯矩引起的局部屈曲。
⑤改善受力分布:通过合理的支撑布置和载荷传递结构设计,使梁内弯矩分布更均匀,避免应力集中。
⑥预应力技术:对梁施加预应力,利用材料的弹性变形抵消或减小外载作用下的弯矩效应,提高其承载性能。
⑦轻量化设计:采用拓扑优化、有限元分析等现代设计方法,减少非关键区域的材料用量,同时保证整体强度,实现重量与强度的最佳平衡。
提高简支梁弯曲强度的措施
提高简支梁弯曲强度的措施我跟你说啊,这提高简支梁弯曲强度啊,可不是个简单事儿。
咱先得从简支梁这东西说起,你看啊,简支梁就那么横在那儿,看着不起眼,可这里头学问大了去了。
我以前见过一个简支梁,那家伙,就那么孤零零地架着,好像风一吹就会断了似的。
它的外貌啊,就一根长条条,灰不溜秋的,表面还不是那么光滑呢,有些地方坑坑洼洼的,就像人脸上长了麻子。
要提高它的弯曲强度啊,我觉得首先材料得选好。
你要是弄个软趴趴的材料,那它肯定禁不起折腾啊。
就像你用泥巴去做简支梁,那能行吗?我就和那搞工程的老张说过这事儿,老张还笑我,说我净说些大实话。
我就说,老张啊,这材料就像人的骨架子,得结实才行。
老张就一边抽烟一边点头,说我这比喻还挺形象。
再一个呢,梁的截面形状也重要得很。
我看到有些简支梁是矩形的截面,这也可以,但要是弄成那种工字形的啊,那强度可就大多了。
我记得有一次在一个工地上,我和那些工人聊天,我说这工字形的梁就像一个大力士,两边宽宽的就像大力士的肩膀,中间那一条就像他的腰杆,能把力量分散开呢。
那些工人开始还不太明白,我就拿个小树枝在地上画给他们看,画完了他们就恍然大悟,说原来是这么个理儿。
还有啊,这梁的跨度也得考虑。
跨度太大了,梁就容易弯得厉害。
就像你伸开手臂,你要是伸得太长了,手臂不就酸了嘛,梁也一样。
我和我那懂行的朋友老王讨论过这个,老王就说,这就像走钢丝,钢丝太长了,中间就容易往下坠。
我就觉得老王说得特别对,这梁的跨度啊,就得控制在一个合适的范围里,这样它的弯曲强度才能有保证。
对了,还有加载的方式。
如果加载的位置不合适,那梁也容易出问题。
就好像你在一个人的背上乱压东西,要是都压在一个地方,那人肯定受不了。
梁也是这样,你得把加载的力给分散开,这才能让梁稳稳当当的。
我跟那些搞设计的小伙子们也说过这个,他们都觉得我虽然不是专业的,但是想得还挺周全。
总之啊,这提高简支梁弯曲强度,就得从材料、截面形状、跨度、加载方式这些方面都好好考虑,每个环节都不能马虎。
提高梁弯曲强度的措施习题课
旳型号,然后再校核其剪应力强度.
P
Q 4m
A
B
CD
1m 1m
l 10m
解:1)研究起重机:
Q RC RD
P MC (F) 0
RD .2 Q.1 P.5 0 RD 50KN
Y 0
RC RD Q P
RC 10KN
P
Wz
M max
187.5cm3
选50a号工字钢
例8:将直径d=1mm旳钢丝绕在直径为2m旳 卷筒上,试计算在钢丝中产生旳最大应力?
E=250GPa
D 2m
解: 钢丝发生弯曲变形时,产生旳曲率半径为:
1m
E y
max
E
ymax
ymax
d 2
max 100MPa
例9:用力P将放置于地面上旳钢筋提起,若钢筋单位长度 上旳重量为q,当b=2a时,求P=?
M Amax M Bmax M中点max
P.a P.b P (l a b) 4
5)拟定许用载荷:
a b 2m
max
M max W
Mmax 2P W 185 *106 m3
P 14.8KN
例7:用一台最大起重量为150KN和200KN旳吊车,借助一 辅助梁共同吊起一重量为P=300KN旳设备,求:
t h
2t
解:很显然截面旳形心应该偏下
h2
所以中性轴也应该偏下;
h1 h2
z h1
C T
所以截面旳中性轴下列应
yb
该受拉,以上应该受压;
T max
M .h1 W
C max
M .h2 W
最合理旳截面应该满足:
如何提高梁的弯曲强度
如何提高梁的弯曲强度王璐【摘要】如何提高梁的弯曲强度,增大梁的承载能力,在机械工程中可以采用的方法有合理布置载荷、合理布置梁的支座、合理选择梁的截面形状、采用等强度梁等。
文章介绍了这些方法的应用,以便为机械结构中梁的合理设计提供理论依据。
【期刊名称】《煤》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】2页(P123-124)【关键词】载荷;弯矩;弯曲应力【作者】王璐【作者单位】长治市煤矿技术服务中心,山西长治 046000【正文语种】中文【中图分类】TU323.3要提高梁的弯曲强度,也就是要提高梁抗弯能力,要提高梁的抗弯能力也就是要降低梁上的最大弯曲正应力,而等直梁上的最大弯曲正应力为:σmax=Mmax/WZ(Mmax为最大弯矩值,WZ为抗弯截面系数),要降低梁上的最大弯曲正应力,就是要降低梁上的最大弯矩值或者增大梁的抗弯截面模量。
具体可以采用以下几种方法。
1 合理布置梁上的作用载荷当载荷总大小已经确定时,合理布置载荷可以减小梁上的最大弯矩值,从而提高梁的弯曲承载能力。
合理布置载荷又可从两方面考虑:一是载荷的作用位置;二是载荷的作用形式。
如果是简支梁受集中载荷作用,如图1所示,那么当集中载荷作用在梁的中点时梁危险截面上产生的内力是最大的,梁最容易因强度不足而受到破坏,这也就是为什么过独木桥走到桥中间最危险的原因。
当载荷逐渐远离梁的中点而靠近支座分布时,梁上的最大弯矩值会逐渐降低,这样便可以降低梁上的最大弯曲正应力,从而提高梁的弯曲强度。
因此,当梁上作用有单独集中力时,应让载荷靠近支座分布更合理。
图1 简支梁受力在载荷总大小不变的情况下改变载荷的作用形式也可以降低梁上的最大弯矩值从而提高梁的弯曲强度。
如图2和图3所示,把一个集中载荷分解成为两个或两个以上的小集中载荷或者把集中载荷改变成为一定范围内的分布载荷,都可以降低梁上的最大弯矩值,从而使梁的弯曲强度达到提高。
在日常生活中,当超出额定载荷的物体要过桥时,采用长平板车将集中载荷分为几个载荷,就能安全过桥,就是采用了这个道理。
提高梁的弯曲强度的措施
W (x)
πd 3(x)
1 2
Fx
32 [ ]
0
x
1 2
于是
d (x) 3 16Fx π[ ]
(5-38)
所以,梁的横截面直径 d(x) 沿轴线方向按三次抛物线规律变化。根据式(538),当 x 0 时, d(x) 0 ,显然不能满足剪切强度要求。因此,应按弯曲切应力 强度条件确定此支撑截面的直径,即
所以竖放比横放有较高的弯曲强度,更为合理。
(a)
图5-33
(b)
对于拉、压许用应力相等的材料应采用对称于中性轴的截 面;对于拉、压许用应力不相等的材料(如大多数脆性材料) 宜采用中性轴偏于受拉一侧的截面形状,如图 5-34 所示。这 类材料中性轴的位置可按下列关系确定
M max y1
t max
(a)
(b)
图5-40
材料力学
最小,这就表明在这四种截面形状中,工字钢的截面形状最为合理,而圆形截面是 其中最差的一种。
选用合理截面形状后还应注意截面的合理安放位置。如图 5-33 所示的尺 寸及材料完全相同的两个矩形截面悬臂梁,由于安放位置不同,抗弯能力也
不同。竖放时,Wz1 bh21 Wz2 b
为了比较各种截面的合理性和经济性,可用Wz /A 来衡量。表 5-2 给出了 几中常见截面的Wz /A 值。
表 5-2
截面形状 圆形 矩形 横钢
工字钢
Wz /A 0.125d 0.167h (0.27~0.31)h (0.29~0.31)h
在 d h ,即四种截面高度相同的条件下,工字形截面的Wz /A 值最大,圆截面
(a) 图 5-38
(b)
2.合理布置梁的支座
以图 5-39(a)所示的均布载荷作用下的简支梁为例,由例 5-3 可知
提高弯曲梁强度和刚度的措施
提高弯曲梁强度和刚度的措施提高弯曲梁强度和刚度作为一种常见的结构元素,弯曲梁广泛应用于建筑、桥梁等领域。
为了提高弯曲梁的强度和刚度,需要采取以下措施:1. 采用高强度材料弯曲梁的强度和刚度与材料的性能密切相关,因此可以采用高强度材料来提高弯曲梁的强度和刚度。
目前常用的高强度材料包括钢、混凝土、玻璃钢等。
2. 优化截面形状设计弯曲梁的截面形状对其弯曲强度和刚度有较大的影响。
通过优化截面形状设计,可以使弯曲梁在受力状态下更加稳定,从而提高其强度和刚度。
3. 增加梁的厚度和宽度增加弯曲梁的厚度和宽度可以有效提高其承载能力和强度。
在设计弯曲梁时,可以根据实际需要适当增加其厚度和宽度,以提高其强度和刚度。
4. 加强支撑和连接弯曲梁的强度和刚度还受到支撑和连接的影响。
因此,在设计弯曲梁时需要重点考虑其支撑和连接的情况,并采取适当的措施加强其支撑和连接。
5. 应用预应力和后张力技术预应力和后张力技术可以有效提高弯曲梁的强度和刚度。
通过施加预应力或后张力,可以使弯曲梁在受力状态下更加平稳,从而提高其强度和刚度。
以上是提高弯曲梁强度和刚度的几种常用措施,通过采取这些措施,可以有效提高弯曲梁的承载能力和使用寿命,为建筑和桥梁工程的安全运行提供重要保障。
6. 增加梁的深度梁的深度也是影响弯曲梁强度和刚度的重要因素之一。
增加梁的深度可以增加其惯性矩,从而提高其弯曲强度和刚度。
在设计梁的深度时,需要考虑材料的性能和实际的使用环境等因素。
7. 采用复合材料和新型材料随着科技的不断发展,新型材料的研制和应用不断涌现,例如碳纤维复合材料、纳米材料等,这些材料具有高强度、高刚度、轻重量等优点,广泛应用于桥梁、航空航天、汽车等领域。
采用这些新型材料可以进一步提高弯曲梁的强度和刚度。
8. 优化施工工艺和质量控制弯曲梁的施工工艺和质量控制也是影响其强度和刚度的重要因素之一。
在施工过程中,需要严格按照设计要求进行施工,并采取有效的质量控制措施,以确保弯曲梁的质量和性能达到要求。
提高梁的抗弯刚度的措施
提高梁的抗弯刚度的措施
要提高梁的抗弯刚度,可以采取以下几个措施:
1. 增加梁的截面面积:增加梁的截面面积可以提高梁的抗弯能力。
可以选择更大尺寸的梁或者增加梁的高度。
2. 使用高强度材料:使用高强度材料可以提高梁的抗弯刚度。
例如,可以选择高强度钢材替代普通钢材。
3. 加固梁的底部:在梁的底部加设压弯钢筋或者加固板,可以有效增加梁的抗弯刚度。
4. 增加纵向钢筋数量:在梁的顶部和底部增加纵向钢筋的数量,可以提高梁的抗弯能力。
5. 设置预应力:通过施加预应力或者使用预应力混凝土,可以在梁的使用过程中有效控制和减小裂缝的产生,提高梁的抗弯刚度。
6. 优化梁的几何形状:通过优化梁的几何形状,如增加梁的厚度、加设翼缘等,可以提高梁的抗弯能力。
总之,提高梁的抗弯刚度需要综合考虑梁的材料性能、截面形状以及结构设计等
因素,选择合适的措施进行改进。
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4I z
' b
' b
* FN1 b-2
(d)
h FS b 2 b 2 h 2 2 FS b I z 2 4I z
习题 5-22
5.4 提高梁弯曲强度的措施
变截面梁
等强度梁
如变截面梁各横截面上的 最大正应力都相等,且都等 于许用应力,就是等强度梁。
F
l/2
l/2
b
例如:宽度 b 保持不变而高度可变化的矩形截 面简支梁,若设计成等强度梁,则其高度 h(x) 可按正应力强度条件求得。 梁任一横截面上最大正应力为 F )x ( M ( x) ( x) max 2 2 [ ] W ( x) bh ( x) / 6 求得
Fab MD 50.4 kN m l
FA A 1.4 m
F D C 2.2 m 5m
FB B
M
从型钢表中查得20a工字钢
W z 237 cm
3
FA
F D 1.4m C 2.2m 5m
FB B
W z 237 cm
max
3
A
231 MPa [ ] 152 MPaM`
(2)合理选择截面形状 北宋李诫于公元1100年著《营造法式》一书中 指出:从圆木中锯出的矩形截面,其合理高宽 比为h/b=1.5。
T.Young (英)于1807年著« 自然哲学与机械技术
讲义» 一书中指出:矩形木梁的合理高宽比为
h 2 时,强度最大 b h 3 时,刚度最大 b
R b
h
3Fx h( x) b[ ]
F
l/2
l/2
b
3Fx h( x) b[ ]
但靠近支座处, 应按切应力强度条件确定截 面的最小高度
求得
3 FS 3 F / 2 max [ ] 2 A 2 bhmin 3F hmin 4b[ ]
(3) 合理设计梁的外形
3Fx h( x) b[ ]
10
F
抗弯截面系数
A 1.4m
D
C 2.2m 5m
B
Iz -6 3 Wz 456 10 m ymax
M
max
M max 62.5 10 -6 Wz 456 10
3
z
137MPa [ ]
[]=152 MPa, []=95 MPa
120
200
10
2 校核突变截面处的 正应力,也就是校核 未加强段的正应力强 度 该截面上的最大弯矩为
例1 矩形截面简支梁由圆形木材刨成, 已知F=5 kN,a=1.5 m,[σ]=10 MPa,试
确定此矩形截面h/b的最优比值,并计算
所需圆木的最小直径d。
F
A
F
D
C
B
a
a
a
d b
h
一 h/b的最优比值
h b d
2 2
2
2
d b
h
b(d b ) bh WZ 6 6
2 2
d 3b 0
(2)合理选择截面形状
塑 性 材 料
1、中性轴尽可能是横截面的对称轴。
2、在横截面面积相等的情况下,尽量选择 抗弯截面系数大的截面。
D1 z
Wz1
当
D
3 1
32
D1 / 2;
D12
4
a 2时, a
a a
z
Wz 2
bh 2 ( D1 / 2)3 1.18Wz1 6 6
从型钢表中查得 20a 工 字 钢 的 惯 性 矩 为 2370 cm4 -8 I z 2370 10
A 1.4 m
M
220 10 2 12 2 10 120 ( ) 10 2 2
z 120
此处略去了加强板对其自 身形心轴的惯性矩。
200
5020 10 -8 m 4
按强度要求设计梁时,主要是依据梁的正应力 强度条件(中性轴为横截面对称轴时)
max
M max [ ] Wz
降低最大弯矩(或局部加强弯矩较大的粱 段),提高抗弯截面系数,都能有效降低 梁的最大正应力,从而提高粱的承载能 力,使梁的设计更为合理。
(1) 合理配置梁的载荷和支座 合理地配置梁的载荷
当
2 D1
4
2a 时, a1
2 1
2 D1 4
2a 1
Wz 3
4a bh 6 6
2
3 1
z
1.67Wz1
a1
0.8D
D
z
4 有D 1.67 D1
令
D12
[ D 2 (0.8D) 2 ]
4
,
Wz 4
D3
32
(1-0.8 ) 2.75Wz1
4
当
脆性材料 对于铸铁类抗拉、压能力不同的材料,最 好使用T字形类的截面,并使中性轴偏于抗变 形能力弱的一方,即:若抗拉能力弱,而梁的 危险截面处又上侧受拉,则令中性轴靠近上端。 如下图:
Z
(2)合理选择截面形状 对于用木材制成的梁 , 虽然材料的拉、压强度 不等 , 根据制造工艺的要求仍多采用矩形截面。
2 2
d WZ 令 0 db h 2 2 2 h 2b b
F=5 kN,a=1.5 m,[σ]=10 MPa 2、确定圆木直径 d
M m ax Fa 7.5kN m
F
A
F
D
C
B
a
a
a
max
M max [ ] WZ
d b
h
3 M max 7.5 10 WZ 6 [ ] 10 10
2.2 m
F
10
z
120
200
解:加强后的梁是阶 梯状变截面梁。所以 要校核
2.2 m
F 位于跨中时跨中截面 上的弯曲正应力
F 移至未加强的梁段在截 面突变处的正应力 F靠近支座时支座截面 上的切应力
F
10
z
120
200
1 校核F位于跨中时的正应力
F D C 2.2 m 5m B
M max 62.5 kN m
2 D1
4
z
2a 0.8 1.6a 时, a2 1.05D1
2 2 2 2
Wz 5 4.57Wz1
0.8a2 a2
工字形截面与框形截面类似
z
1.6a2 2a2
组合截面
y
D1
z
a a
z
2a1 a1
z
0.8D
D
z
1.6a2 2a2
z
z y
0.8a2 a2
总结: 为了充分发挥材料的性能,应尽可能将 材料放置在离中性轴较远的地方。
1 bh [( 2b ) 2 b ] 75 10 4 m m 3 WZ 6 6
2 2
2
b 131m m d h b 3b 227mm
(3) 合理设计梁的外形 为了节约材料, 减轻自重, 也可改变截面尺寸,在弯矩较大 处采用较大截面,在弯矩较小处 采用较小截面。这种截面沿轴线 变化的梁, 称为变截面梁。
hmin
F
3F 4b[ ]
按以上公式确定出的梁的外形,就是厂房建筑 中常用的鱼腹梁。
(3) 合理设计梁的外形
若设想把梁分成若干狭条,然后叠置起来, 并使其略微拱起,这就成为车辆上经常使用的 叠板弹簧。
叠板弹簧实际为等强度梁
较难题:对于图中的吊 车大梁, 跨度为5 m,现 因移动载荷 F 增加到 50 kN, 在20a号工字钢梁的 中段用两块横截面为 120 mm10 mm而长度 2.2 m的钢板加强,横截 面尺寸如图所示。已知 许 用 弯 曲 正 应 力 [] = 152 MPa, 许用切应力 [] = 95 MPa 。 试 校核 此梁的强度。
解:图a所示胶合方式下,由图可知:
* FN 2
' a
' a
* FN 1
dx
b (c)
h FS b b h 2 2 FS a I z 2 4I z
图b所示胶合方式下,由图可知:
a
FS b h
F A l/2 l B
l 4
副梁
F/2
FHale Waihona Puke FF/2l
2
l
4
M
M
q
合理地设置支座位置 受均布载荷的简支梁
A l
B
M
0.125ql2
M max
ql 2 0.125ql 8
C a A l
2
q B a
当两端支座分别向跨 中移动 a=0.2l 时
M
D
0.025ql2
M max 0.025 ql
2
0.02ql2 0.02ql2
M D 50.4 103 6 Wz 237 10
梁不能满足正应力强度条件。怎么办呢?
为此应将加强板适当延长 。
3 校核阶梯梁的切应力 F靠近任一支座时,支 座截面为最不利载荷 位置
FA A 1.4m
F D C
FB
B
2.2m 5m
FS,max
FS,max F
FS图
请同学们自行完成计算。