首页 公司概况 企业管理 经典工程 公司荣誉 党群工作 人力资源 信息动态 技术中心 行业新闻 规则制定
今日关注: 山西二建集团乡宁县新医院建设工程荣获“中国建设工程质量最高奖——鲁班奖”
公司概况
山西二建集团有限公司简介
经典工程
[鲁班奖]山西省荣获的第……
[汾水杯]闻汇大厦
山西二建海外承建国援贝宁……
[太行杯]“朔州市公安技……
[汾水杯工程]“朔州市公……
[用户满意工程]“沁源三……
[在建工程]银海心悦
[在建工程]建材总厂G2……
企业文化
山西二建企业文化
当前位置:>> 首页>>企业管理
[企业内参]技术(44):材料的形状与强度
文/八分公司 李艳杰 摘自《山西二建》2014第12期  
2015/5/12 9:51:05 浏览次数:1241

自然界有许多物体由于其特有的形状而承受了使人想象不到的压力,例如薄而脆的蛋壳,只要轻轻一捏,立即能碎。但是如果用手握住整个蛋壳,想让它碎却非易事。再如,一张纸几乎没有什么抵抗弯曲的能力,他即使在自重作用下也会弯曲下垂,但是如果将这张纸卷成桶状或M形状之后,他就会具有一定的抵抗弯曲能力,不仅在自重作用下不会发生弯曲,而且可以承受一定的重量。同一种材料为什么当他的形状不同时,强度会发生显著变化呢?

截面与强度

实践告诉我们,要提高某一构件的强度,光靠加大构件尺寸是不行的,有时还会适得其反。就拿梁来说吧,一个大跨度的混凝土梁,若尺寸过大,自身的重量就会把梁压断。反过来,如果合理而又巧妙的设计好梁的形状,不仅能满足强度要求,而且还可以节省材料。

那末,梁的形状怎样才算合理呢?让我们先来分析一下梁的受力情况,梁在外荷载及自重情况下,会发生一定程度的弯曲,上半部分被压缩,下半部分被拉伸,所以梁上半部分材料内部的相互作用力(即内应力)是压应力,而下半部分是拉应力,越接近梁的上下边缘,其内应力越大。从梁的上边缘的压应力向下边缘的拉应力逐渐过渡中,中间有一层既不受压也不受拉的中性层。也就是说,中性层不受内应力的作用。因此,梁的主要受力部分是它的上下边缘和靠近上下边缘的部分。因此,人们很自然的想到适当减少梁的中间部分,不仅对梁强度影响小而且还可以节省材料。据此,人们根据这个原则又设计了“Ⅰ”子钢形状的各种各样即合理又省料的界面形状。

除了横截面与构件的强度有密切关系之外,构件的纵截面也相当重要。例如阳台等的外伸悬臂梁,由于在固定端的弯曲力矩最大,为了避免外伸悬臂梁在固定端发生断裂,在接近固定端处的纵截面应设计的比自由端大的多(纵截面呈梯形),固定端处梁特别厚,并且沿轴线逐渐变薄。如果你是一个细心的人你会发现,其实在自然界这种类似的例子相当多,例如麦秸、竹竿,好像连长颈鹿都是这种情况。

拱形结构的妙用

我们的祖先在长期的实践中知道,石头很耐压,但不抗拉也不抗剪。因此,用石头制造的构件是不可能承受较大弯曲力和剪切力的,为了充分利用石头的这种耐压性能,古代的建筑师就采用拱形结构来建造大型的寺庙、教堂、桥梁等。例如,具有一千多年历史、名扬中外的赵州桥就是一座拱形结构的石桥。直至今天,我们还用拱形结构来建造隧道、桥梁、涵洞等。

那么为什么一块一块分开的石头经垒成拱形后,不仅不会倒塌,而且还能承受很大的压力呢?原来拱在外荷载(及自重)作用下,拱上部的楔形石块总是企图往下运动并挤压两边的石块,为了维持平衡,两边大的石块也毫不客气的回敬它的反作用力。这样,石块之间相互挤压的结果,拱就被牢固的挤成坚固的一体了。同时这些外荷载所产生的压力通过每块石头传递,一直垂直的传到了石拱的基座,最终与坚实的基座的反作用力相抵消而保持平衡。因此,尽管拱上的石块是一块一块的,但在大荷载作用下,耐压的石拱仍然毫不在乎,稳如泰山。

薄壳结构放溢彩

蛋壳、蚌壳等都是天然的薄壳结构,其壳体虽薄如纸,但由于它奇特的外形,便使它具有异想不到的强度。在大自然的启示下,人们也设计了各种各样重量轻、强度大的薄壳结构,如大家随处可见的体育馆、火车站、汽车站等都利用了薄壳结构。

薄壳结构主要承受的是较为均匀的拉、应压力。正因为内应力不是通过截面的弯曲来传递的,而是通过材料的拉伸和压缩向四面八方均匀传递的,所以它具有较高的强度。比如,前面说到的用手握住整个鸡蛋而鸡蛋不碎就是这个原理。

对于大面积的薄壳结构,在荷载作用下,有时会出现像用手捏兵乓球,而兵乓球瘪进去那样的现象,这种现象称为“失稳”,失稳在工程中是绝对不允许出现的,它会给工程带来不可弥补的损失。为了克服失稳,人们又从结构上想出了不少简单而又行之有效的好办法。例如,在壳体下面衬以纵肋或横肋(通称“加肋”),从而提高它的强度,改善其稳定性。再有一种方法就是把薄壁加工成与蚌壳相似的波纹状,也可以提高其强度。

各种形状显神通

在日常生活中,我们还能碰到其他许许多多形状的东西。如蜘蛛网和自行车轮,它们都可以算作悬索结构,这种结构所承受的主要是拉力,它的特点是既要轻又要具有一定强度,可用于建筑桥梁屋顶等。

再如我们常见的房顶屋架、大吊车、高压电线塔、电视电线塔等,这属于另一种结构形式,工程上称之为桁架结构,它是一种用一根一根杆件铰接成一定形状的结构,从整个桁架来看,它是一个受弯的构件,但桁架中每一个杆件却只受轴向的拉伸或压缩作用,而建造桁架的材料都是一些抗弯能力小,抗拉、抗压强度大的木材、钢筋混凝土和金属。所以桁架结构具有较大的承载能力,同时又可以节省大量材料。桁架结构很适用于大跨度的梁,普遍用于桥梁、厂房等构筑物中。

综上所述,这些结构都已其独特的造型和优点,被广泛应用于工程技术各个方面,所有这些千变万化结构的奥秘,都在于形状与力之间某种特定的关系。我们只要善于思索和勇于实践,一定能在诸多的结构形状中,选出最合理、最经济的设计方案,为在建工程、公司以及国家的现代化建设服务。

 



打印本页 关闭窗口 返回顶部

Copyright @ 山西二建集团有限公司 Inc. All Rights Reserved.
山西太原市东华门1号  Tel:0351-3581316  
晋ICP备11000737号
技术支持:太原市华盛达软件科技有限公司
 
公司简介 组织机构 企业文化 企业资质
领导讲话 行政管理 项目管理 质量安全
鲁班奖工程 汾水杯工程 省市优工程 国外工程 在建工程 其他工程
党务工作 廉政建设 工会工作 团委工作
人才队伍 人事动态 人才招聘 网络学院
信息动态 信息目录
香l港正版资料大全彩图