提高压杆稳定性的措施
- 格式:doc
- 大小:112.50 KB
- 文档页数:5
提高压杆承载能力的措施压杆是建筑结构中常见的一种承载构件,主要承受压力荷载。
在建筑设计中,经常会遇到压杆承载能力不足的情况,这时候我们就需要采取措施来提高其承载能力。
本文将从改善材料品质、优化截面形态和加强节点处理等三个方面进行探讨。
1.改善材料品质压杆主要采用钢材、混凝土及木材等为主要材料,当然有些特殊情况可能会采用其他材料如FRP等。
在保证材料强度的前提下,选用优质的材料能够有效提高压杆的承载能力。
比如,在选择钢材时,可以考虑选择抗拉强度和抗压强度更高的高强度钢,这样不仅能确保钢材质量的优异,而且也可以大大提高压杆的承载能力。
当然,材料的质量也需要经过科学严格的检测和认证,这是提高压杆承载能力的基础。
2.优化截面形态在压杆的尺寸设计中,截面形态的设置也会对压杆承载能力的影响较大。
合理的截面形态可以增加材料的使用效率,并且有效地提高压杆的承载能力。
在设计压杆时,可以通过增加截面尺寸、采用多边形形状、增加壁厚等多种方式来优化压杆的截面形态。
比如,在压杆较小的情况下,可以采用矩形或I型截面,对于较大的压杆可以采用H型或管状截面等,这样能够有效地提高压杆的承载能力。
3.加强节点处理压杆的节点处理是建筑结构设计中一个重要的环节。
节点连接的方式、设计的合理与否,对于压杆的承载能力影响很大。
一般来说,节点处理中最为常见的处理方式是采用增加连接件、加大连接件的尺寸、采用硬质填充物等方式来加强节点的承载能力。
在这过程中,也需要考虑节点上连接件与压杆的接触情况和接触面积大小等因素,尽可能地把连接件与压杆之间的接触面积扩大,保证联接紧密,这样可以增强节点的耐力和稳定性,从而最大限度地提高承载效果。
综上所述,要想提高压杆承载能力,需要从材料品质的选用、截面形态的优化和节点处理的加强等多个方面出发,体现全面性的设计思想。
除此之外,在施工过程中也需采用专业的技术和高质量的工艺,使压杆能够有效地承担建筑物的荷载,使建筑物结构稳定可靠,更能带给人们舒适的居住体验。
第七章压杆稳定一、压杆稳定的基本概念受压直杆在受到干扰后,由直线平衡形式转变为弯曲平衡形式,而且干扰撤除后,压杆仍保持为弯曲平衡形式,则称压杆丧失稳定,简称失稳或屈曲。
压杆失稳的条件是受的压力P P cr。
P cr称为临界力。
二、学会各种约束情形下的临界力计算压杆的临界力P cr cr A,临界应力cr 的计算公式与压杆的柔度所处的范围有关。
以三号钢的压杆为例:p ,称为大柔度杆,cr 22Es p ,称为中柔度杆,cr a b s ,称为小柔度杆,crs 。
三、压杆的稳定计算有两种方法1)安全系数法n P P cr n st,n st为稳定安全系数。
2)稳定系数法PP [ ] st [ ] ,为稳定系数A四、学会利用柔度公式,提出提高压杆承载能力的措施根据l,i A I,愈大,则临界力(或临界应力)愈低。
提高压杆承载能力的措施为:1)减小杆长。
2)增强杆端约束。
3)提高截面形心主轴惯性矩I。
且在各个方向的约束相同时,应使截面的两个形心主轴惯性矩相等。
4)合理选用材料。
§15-1 压杆稳定的概念构件除了强度、刚度失效外,还可能发生稳定失效。
例如,受轴向压力的细长杆,当压 力超过一定数值时, 压杆会由原来的直线平衡形式突然变弯 (图 15-1a ),致使结构丧失承载能力;又如,狭长截面梁在横向载荷作用下,将发生平面弯曲,但当载荷超过一定数值时, 梁的平衡形式将突然变为弯曲和扭转 (图 15-1b );受均匀压力的薄圆环, 当压力超过一定数 值时, 圆环将不能保持圆对称的平衡形式,而突然变为非圆对称的平衡形式 (图 15-1c )。
上 述各种关于 平衡形式的突然变化 ,统称为 稳定失效 ,简称为 失稳或屈曲 。
工程中的柱、 桁架 中的压杆、薄壳结构及薄壁容器等,在有压力存在时,都可能发生失稳。
由稳定平衡转变为不稳定平衡时所 受的轴向压力,称为临界载荷,或简称 为临界力 ,用 P cr 表示。
2022-2023年施工员《设备安装施工基础知识》预测试题(答案解析)全文为Word可编辑,若为PDF皆为盗版,请谨慎购买!第壹卷一.综合考点题库(共50题)1.嵌入式配电箱全部电器安装完毕后,用( )伏兆欧表对线路进行绝缘检测。
()A.220B.300C.450D.500正确答案:D本题解析:暂无解析2.在Excel的工作表中最小操作单元是()。
A.单元格B.一列C.一行D.一张表正确答案:A本题解析:在Excel的工作表中最小操作单元是单元格。
3.通常晶体管的输出特性曲线区分为()区。
A.非饱和区B.饱和区C.截止区D.放大区E.线性区正确答案:B、C、D、E本题解析:通常把晶体管的输出特性曲线区分为三个工作区,就是晶体三极管有三种工作状态,即放大区(线性区)、截止区、饱和区。
4.按流体运动对接触周界情况对流体运动进行分类包括( )。
()A.有压流B.非稳定流C.稳定流D.无压流E.射流正确答案:A、D、E本题解析:暂无解析5.按照我国有关规定,预付款的预付时间应不迟于约定的开工日期前()天。
A.6B.7C.8D.9 正确答案:B本题解析:按照我国有关规定,预付款的预付时间应不迟于约定的开工日期前7天。
发包方不按约定预付的,承包方在约定预付时间7天后向发包方发出要求预付的通知。
6.根据已确定的自行式起重机的幅度、臂长,查特性曲线,确定其()A.被吊设备高度B.额定起重量C.设备及索吊具重量D.站位位置正确答案:B本题解析:起重机特性曲线的基本参数是臂长和幅度,它们确定了起重机的起重能力(或额定起重量)和最大起升高度,而这两个参数发生变化,起重能力和最大起升高度也相应变化。
题中B项是由特性曲线确定的,是正确选项。
A、C项是待吊设备的参数,是吊装的需求,与起重机自身无关,也不依赖于起重机的特性曲线,仅是从特性曲线选定起重机吊装能力后能否满足其吊装需求的比照指标,不应是被选项。
D项站位位置决定幅度,不是从特性曲线得到的结果,D项也不应是被选项。
提高压杆承载能力的措施摘要:在工程领域中,压杆是常用的基础构件之一,其承载能力是保证结构稳定和安全的重要因素之一。
本文从提高压杆承载能力的需求出发,探讨了不同的提高压杆承载能力的措施,包括材料的优化、结构的优化、焊接的优化等。
关键词:压杆,承载能力,材料优化,结构优化,焊接优化一、引言二、材料的优化材料是决定压杆承载能力的重要因素之一。
随着技术的发展和工程项目的需求,人们不断地追求材料的性能提升,包括抗拉强度、塑性、韧性等方面的提高。
在选择压杆材料方面,常用的有钢材、铝合金等。
钢材是常见的压杆材料,其强度高、耐腐蚀性好、易加工等特点,使得其广泛应用于桥梁、建筑等领域。
但是,随着压杆应用领域的扩大和要求的提高,钢材的优势也逐渐减弱。
相比之下,铝合金材料具有密度小、导热性好、耐腐蚀性强等特点,逐渐成为一种备受关注的压杆材料。
在材料选择的基础上,优化合金的配合比也可以提高材料的性能。
例如,混杂使用不同的金属元素可以提高合金的强度和韧性,从而提升压杆的承载能力。
三、结构的优化结构的优化是提高压杆承载能力的重要手段之一。
在结构设计过程中,需要考虑压杆的长度、截面形状、加工工艺等因素,以期达到最优的结构效果和承载能力。
1. 截面形状的优化斜角、T形、I形等不同截面形状的压杆在承载力方面存在一定的差异。
例如,I形截面的压杆受力均匀,并且有极佳的抗弯承载能力,而斜角压杆则存在一定的脆性,其承载能力比I形截面的压杆差。
因此,在使用压杆时,需要根据所需的承载能力和结构设计选择最优的截面形状。
2. 长度、壁厚等因素的考虑在压杆长度和壁厚等因素上,也是设计过程中需要考虑的因素之一。
一般来说,较长的压杆可以提高其承载能力,但在实际应用中,需要考虑到压杆长度对加工和运输带来的不便和成本上升。
因此,需要在保证承载能力的前提下,尽量缩短压杆长度,从而降低生产成本。
四、焊接的优化焊接是压杆加工过程中必不可少的工序,故在焊接接头的设计和选择方面,可以采取一些措施以提高压杆的承载能力。
10.2.5 压杆的稳定计算
工程上通常采用下列两种方法进行压杆的稳定计算。
1.安全系数法
为了保证压杆不失稳,并具有一定的安全裕度,因此压杆的稳定条件可表示为
st
cr n F F ≤
(10-8) 2.折减系数法 压杆的稳定条件有时用应力的形式表达为
[]st A
F σσ≤= (10-10) 例10-2 一端固定,一端自由的受压柱,长m l 1=,材料为A3钢,GPa E 200=。
试计算图10-5(a )、(b )所示两种截面的柱子的临界应力和临界力。
例10-3 千斤顶如图10-6所示,丝杠长度mm l 375=,内径mm d 40=,材料是A3钢,最大起重量kN P 80=,规定稳定安全系数3=st n 。
试校核丝杠的稳定性。
图10-5
10.3 提高压杆承载能力的措施
1.减小压杆的长度
减小压杆的长度,可使 降低,从而提高了压杆的临界荷载。
2.选择合理的截面形状
压杆的承载能力取决于最小的惯性矩I,当压杆各个方向的约束条件相同时,使截面对两个形心主轴的惯性矩尽可能大,而且相等,是压杆合理截面的基本原则。
3.增加支承的刚性
对于大柔度的细长杆,一端铰支另一端固定压杆的临界荷载比两端铰支的大一倍。
4.合理选用材料
对于大柔度杆,临界应力与材料的弹性模量E成正比。
因此钢压杆比铜、铸铁或铝制压杆临界荷载高。
提高压杆稳定性的策略
首先援引课本中的“压杆稳定性的概念”:
“在第二章研究受压直杆时,认为其之所以破坏是由于强度不够造成的,即当横截面上的正应力达到材料的极限应力时,压杆就发生破坏。
实践表明,这对于粗而短的压杆是正确的,但对于细长的压杆,情况并非如此。
细长压杆的破坏并不是由于强度不够,而是由于荷载增大到一定数值后,不能保持其原有的直线平衡形式而失效。
”
故“提高压杆稳定性”即“令受压杆件能够更好地保持其原有的直线平衡形式”,表观上体现为“提高压杆临界力”。
由临界力公式
()22cr L EI F μπ=
其中
π为圆周率
E 为压杆材料的弹性模量
I 为压杆截面的形心主惯性矩
μ为长度因数
L 为压杆长度
杆件又分细长杆(大柔度杆)、中长杆(中柔度杆)、和短杆(小柔度杆)短杆实际上发生的是强度破坏。
故要使cr F 增大,可以采取以下措施:
①采用合理的材料制作压杆(选择合适的E )。
选择弹性模量高的材料,如优质钢,各种复合材料等。
但是由于各种钢材的弹性模量相差不大,所以当细长压杆要选用钢材时,仅仅出于稳定性的要求而选用高强度钢材制作细长压杆是不经济的;对于中长杆采用高强度材料才能够比较明显地提高稳定性。
②采用合理截面形式(使m in I 增大)。
由于杆件一般处于空间受力状态或双向平面受力状态,故压杆稳定性总是受限于稳定性最差的一个方向,即决定于截面的m in I 。
当截面面积不变时,可改变截面形状,尽量使其形心主惯性矩相等或相近,这样压杆在各个方向就具有相近的稳定性,下面举例说明:
由两个槽型钢组成的截面,左边的截面形式若间距控制得不好,会使得Y Z I I ≠,若将其换成右边的形式则可使得Y Z I I ≈,更有利于维稳。
z
Y
Y
而在截面形心主惯性矩相等或相近的前提下,可保持截面面积不变,增大I 值。
如将实心圆截面改为面积相等的空心圆截面就更合理。
而从截面角度出发提高整体稳定性的方法还有:添加缀条。
使用添加缀条的方法提高组合压杆的整体稳定性时,需要注意使每个分支都和整体具有相同的稳定性,设计才是合理的。
否则,由于分支也是压杆,若某一分支稳定性较弱,发生失稳,将会导致整体失效。
③减小相当长度和增强杆端约束(使L减小,μ减小)。
压杆的稳定性随杆长的增加而降低,因此应尽量降低杆的相当长度,例如在杆中间设置中间支承。
另,将杆端约束增强,可减小长度因数μ值,亦可增强杆件稳定性。
例如在支座处焊接或铆接支撑钢板;将固定铰支座增强为固定端;在不同受力方向采用相同约束等。
工程上,有许许多多重大事故就是因为工程师在设计结构时没有对压杆稳定性有足够的认识或重视造成的。
当今,由于钢结构建筑的各种优异性能,世界各地大范围地采用各种钢结构设计、建造各种钢结构建筑,如鸟巢等。
然而,稳定问题是钢结构最突出的问题。
长期以来,许多工程技术人员对强度概念认识清晰,对稳定概念认识淡薄,并且存在着强度重于稳定的错误思想。
因此,人们在大量的、连接不断的、令人措手不及的钢结构失稳事故中付出了惨痛的代价,得到了严重的教训。
钢结构的失稳事故分为整体失稳事故和局部失稳事故两大类,其各自产生的原因如下:
整体失稳事故原因:
1.设计错误
设计错误主要与设计人员的水平有关。
如缺乏稳定概念;稳定验算公式错误;只验算基本构件稳定从而忽视整体结构稳定验算;计算简图及支座约束与实
际受力不符,设计安全储备过小等等。
2.制作缺陷
制作缺陷通常包括构件的初弯曲、初偏心、热轧冷加工以及焊接产生的残余变形。
各种缺陷将对钢结构的稳定承载力产生显著影响。
3.临时支撑不足
钢结构在安装过程中,当尚未完全形成整体结构之前,属几何可变体系,构件的稳定性很差。
因此必须设置足够的临时支撑体系来维持安装过程中的整体稳定性。
若临时支撑设置不合理或者数量不足,轻则会使部分构件丧失稳定,重则造成整个结构在施工过程中倒塌或倾覆。
4.使用不当
结构竣工投入使用后,使用不当或意外因素也是导致失稳事故的主因。
例如:使用方随意改造使用功能,改变构件受力,由积灰或增加悬吊设备引起的超载,基础的不均匀沉降和温度应力引起的附加变形,意外的冲击荷载等。
局部失稳事故原因分析
局部失稳主要针对构件而言,失稳的后果虽然没有整体失稳严重,但对以下原因也应引起足够重视。
1.设计错误
设计人员忽视甚至不进行构件的局部稳定验算,或者验收方法错误,致使组成构件的各类板件宽厚比和高厚比大于规范限值。
2.构造不当
通常在构件局部受集中力较大的部位,原则上应设置构造加劲肋。
另外,为了保证构件在运转过程中不变形也须设置横隔、加劲肋等,但实际工程中,加劲肋数量不足、构造不当的现象比较普遍。
3.原始缺陷
原始缺陷包括钢材的负公差严重超规,制作过程中焊接等工艺产生的局部鼓曲和波浪形变形等。
4.吊点位置不合理
在吊装过程中,尤其是大型的钢结构构件,吊点位置的选定十分重要,由于吊点位置不同,构件受力状态不同。
有时构件内部过大的压应力将会导致构件在吊装过程中局部失稳。
因此,在钢结构设计中,针对重要构件应在图纸中说明起吊方法和吊点位置。
失稳事故的防范
一.设计人员应强化稳定设计理念
防止钢结构失稳事故的发生,设计人员肩负着最重要的职责。
强化稳定设计理念十分必要。
二.制作单位应力求减少缺陷
在常见的众多缺陷中,初弯曲、初偏心、残余应力对稳定承载力影响最大,因此,制作单位应通过合理的工艺和质量控制措施将缺陷减低到最小程度。
三.施工单位应确保安装过程中的安全
施工单位只有制定科学的施工组织设计,采用合理的吊装方案,精心布置临时支撑,才能防止钢结构安装过程中失稳,确保结构安全。
四.使用单位应正常使用钢结构建筑
一方面,使用单位要注意对已建钢结构的定期检查和维护,另一方面,当需要进行工艺流程和使用功能改造时,必须与设计单位或有关专业人士协商,不得擅自增加负荷或改变构件受力。
总之,通过各方的共同努力,钢结构失稳事故可以从根本上得到解决。
典型事故实例
加拿大魁北克大桥因失稳而坠毁
1907年,在加拿大境内首次建造跨越Quebec河的三跨悬臂桥,该桥的两个边跨各长152.4m,中跨长548.64m,中跨包括了由两个边跨各悬伸出的长度为714.45m的杆系结构。
岂料在架桥过程中,悬伸出的由四部分分肢组成的格构式组合截面的下弦压杆,因新设置的角钢缀条过于柔弱,四个角钢缀条总的截面积只占构件全截面面积的 1.1%。
因此缀条不能有效地将四部分分肢组成具有足够抗弯刚度的受压弦杆,组装好的钢桥在合龙之前,挠度的发展已无法控制,分肢屈曲在先,随之弦杆整体失稳,9000t中的钢桥全部坠入河中,有75名员工遇难。
该桥重建时,曾于1916年因施工问题又一次发生倒塌事故。
影剧院网架屋盖失稳事例
一.工程概况
乌恰县影剧院是由门厅、观众厅和舞台三部分组成(图7.8、7.9),观众厅屋盖为平面尺寸27m×24m、高度2.667m的正放四角锥螺栓球节点网架,观众厅外墙由柱距为3.0m的钢筋混凝土柱和砖砌体组成,柱顶标高为10.5m,观众厅屋盖网架在轴线②的一端与舞台屋面大梁支承于同一水平,且共同位于台口大梁上的小立柱上(图7.10),而网架在轴线⑧的一端则位于门厅框架之上。
图7.8 影剧院平面
图7.9 影剧院剖面
图7.10 舞台边网架支座构造示意
[此文档可自行编辑修改,如有侵权请告知删除,感谢您的支持,我们会努力把内容做得更好]。