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建筑力学梁的应力一
第九章 梁的应力 本章主要掌握的内容: 梁弯曲时横截面上的应力 1,,梁的正应力和正应力强度条件、 2,梁的剪应力和剪应力强度条件、 3,梁的主应力、 4,提高梁抗弯能力的措施。 9.1 梁弯曲时横截面上的正应力 图9.1(a)所示的简支梁,荷载与支座反力都作用在梁的纵向对称平面内,其剪力图和弯矩图如图9.1(b)、(c)所示。 由图可知,在梁的AC、DB两段内,各横截面上既有剪力又有弯矩,这种弯曲称为剪切弯曲(或横力弯曲)。 在梁的CD段内,各横截面上只有弯矩而无剪力,这种弯曲称为纯弯曲。 9.2 梁的正应力强度计算 在进行梁的强度计算时,必须算出梁的最大正应力值。对于等直梁,弯曲时的最大正应力一定在弯矩最大的截面的上、下边缘。该截面称为危险截面,其上、下边缘的点称为危险点。 (1) 对于中性轴是截面对称轴的梁 最大正应力的值为 σmax=Mmax/Wz 式中Wz称为抗弯截面系数 9.3 梁的剪应力和剪应力的强度计算 (1) 矩形截面梁的剪应力 矩形截面梁横截面上各点处的剪应力方向都与剪力Q的方向一致,距中性轴z距离为y的任意一点处的剪应力 τ=QSz/(Izb) 剪应力沿截面宽度方向均匀分布,沿截面高度方向按抛物线规律分布,如图9.14(b)、(c)所示。在中性轴处剪应力最大,其值为 τmax=3Q/2A 图9.12 q=pa=3×1.2kN/m=3.6kN/m 最大弯矩发生在跨中截面 Mmax=ql2/8=3.6×52/8kN·m=11.25kN·m 由强度条件可得所需的抗弯截面系数为 Wz≥Mmax/[σ]=937.5×103mm3 由于h=1.56,有 Wz=bh2/6=b(1.5b) 2/6=2.25b3/6 所以2.25b3/6≥937.5×103 得b≥136mm 为施工方便,取b=140mm,则 h=1.5b=210mm (2) 求地板的许可面荷载[p] 当木搁栅的截面尺寸为b=140mm、h=210mm时,抗弯截面系数为 Wz=bh2/6=140×2102/6mm3=1.029×106mm3 木搁栅能承受的最大弯矩为 Mmax≤Wz[σ]=1.029×106×12N·mm =12.3×106N·mm=12.3kN·m 而Mmax=ql2/8=pal2/8 即pal2/8≤12.3kN·m p≤12.3×8/1.2×52kN/m2=3.25kN/m2 所以,地板的许可面荷载[p]=3.25kN/m2。 【例9.5】T形截面外伸梁的受力如图9.13(a)所示。已知材料的许用拉应力[σl]=32MPa,许用压应力[σy]=70MPa。试按正应力强度条件校核梁的强度。 【解】(1) 画出M图如图9.13(b),由图中可知,B截面有最大的负值弯矩,C截面有最大的正值弯矩。 (2) 计算截面形心的位置及截面对中性轴的惯性矩。 取下边界为参考轴z0,确定截面形心C的位置(图9.13(c)) yC=∑yiAi/∑Ai=139mm 计算截面对中性轴z的惯性矩 Iz=40.3×106mm4 图9.13 (3) 校核强度 由于梁的抗拉强度与抗压强度不同,且截面中性轴z不是对称轴,所以梁的最大负弯矩和最大正弯矩截面都需校核。 校核B截面的强度: B截面为最大负弯矩截面,其上边缘产生最大拉应力,下边缘产生最大压应力。 σlmax=MB/Izy上=30.3MPa[σl] σymax=MB/Izy下=69MPa[σy] 校核C截面强度: C截面为最大正弯矩截面,其上边缘产生最大压应力,下边缘产生最大拉应力。 σymax=MC/Izy上=5.1MPa[σy] σlmax=MC/Izy下=34.5MPa>[σl] 所以梁的强度不够。C截面弯矩的绝对值虽不是最大,但因截面的受拉边缘距中性轴较远,而求得的最大拉应力较B截面大。 因此对于抗拉与抗压性能不同的脆性材料,当截面中性轴z不是对称轴时,对梁的最大正弯矩与最大负弯矩截面均要校核强度。 9.3.1 梁横截面上的剪应力 图9.14 (2) 工字形截面梁的剪应力 工字形截面由腹板和翼缘组成。腹板是一个狭长的矩形,其剪应力可按矩形截面的剪应力公式计算,距中性轴距离为y处的剪应力 τmax=QSz/(Izd) 剪应力沿腹板高度按抛物线规律分布,最大剪应力产生在中性轴处,如图9.15(b)所示,其值为 图9.15 (3) 圆形截面梁的最大剪应力 圆形截面梁横截面上的剪应力分布较复杂,但最大剪应力仍产生在中性轴处,其方向与剪力Q的方向相同,如图9.16(a)所
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