提高梁抗弯强度的措施.ppt

直梁弯曲在工程中的应用直梁弯曲在工程中的应用直梁弯曲在工程中的应用直梁弯曲在工程中的应用活动1：取两张大小、厚度都相同的长条形硬纸片，如下图a、b所示，一张不折叠，一张折叠成槽形，分别支承在两端固定的物体上，并在中间处小心地加上荷载，比较它们的抗弯能力。活动1：取两张大小、厚度都相同的长条形硬纸片，如下图a、b所示，一张不折叠，一张折叠成槽形，分别支承在两端固定的物体上，并在中间处小心地加上荷载，比较它们的抗弯能力。活动1：取两张大小、厚度都相同的长条形硬纸片，如下图a、b所示，一张不折叠，一张折叠成槽形，分别支承在两端固定的物体上，并在中间处小心地加上荷载，比较它们的抗弯能力。探究问题1：在实验中，根据梁的变形分析观察，分析梁的强度与梁的截面形状有无关系，什么样的截面抵抗荷载的能力较强？活动1：取两张大小、厚度都相同的长条形硬纸片，如下图a、b 所示，一张不折叠，一张折叠成槽形，分别支承在两端固定的物体上，并在中间处小心地加上荷载，比较它们的抗弯能力。结论：材料和截面积都相同的构件，采用不同的横截面形状，它们的抗弯能力不同；（工字形截面和空心截面梁的抗弯能力强，因此工字形和空心截面是提高梁抗弯强度的合理截面。）探究问题2：在实验中，根据梁的变形分析观察，分析梁的强度与梁在实验中，根据梁的变形分析观察，分析梁的强度与梁的放置方式有无关系，什么样的放置方式截面抵抗荷载的放置方式有无关系，什么样的放置方式截面抵抗荷载的能力较强？的能力较强？活动活动2：取一根硬纸片，取一根硬纸片，“平放平放”在两端支承物体上，如图在两端支承物体上，如图c 所所示，在硬纸片中间处用手指给它一个竖直向下的作用力示，在硬纸片中间处用手指给它一个竖直向下的作用力F；用拇指与食指捏住直尺中间处，；用拇指与食指捏住直尺中间处，“立放立放”在两端支在两端支承物体上，并给它一个竖直向下的作用力承物体上，并给它一个竖直向下的作用力F，如图，如图d 所所示。比较它们的抗弯能力。示。比较它们的抗弯能力。结论：同一根梁的放置方式不同，它们的抗弯能力也不同。(矩形截面梁“立放”时的抗弯截面系数大于其平放时的抗弯截面系数，所以常见的矩形截面梁通常是截面高度大于截面宽度。)探究问题3：在实验中，根据梁的变形分析观察，分析同一构件放置方式相同，它们在承受同样大荷载的情况下，梁的强度与荷载布置方式有无关系？如何布置才能有利于提高梁的抗弯强度？活动3：取两根硬纸片和两支相同的圆笔筒，放置如图e 所示，在硬纸片的中间处用手指给它一个竖直向下的作用力F，观察比较下面一根直尺与图c所示直尺的承受荷载能力和弯曲变形情况。l/2lABFFF/2F/2辅梁结论:同一构件放置方式相同，改变荷载布置方式，它们在承受同样大荷载的情况下弯曲变形情况也会不同。梁的抗弯强度是指梁在荷载作用下产生弯曲变形抵抗破坏的能力。梁的抗弯强度是指梁在荷载作用下产生弯曲变形抵抗破坏的能力。提高梁弯曲强度的措施提高梁弯曲强度的措施工工程程中中设设计计梁梁时时，提提高高梁梁的的抗抗弯弯强强度度，在在材材料料用用量量一一定定的的情情况况下下可可以以使使梁梁承承受受较较大大荷荷载载；在在承承受受一一定定荷荷载载的的情情况况下下，提提高高梁梁的的抗抗弯弯强强度度可可以以节节约约材材料料，达达到到既既安安全全又又经济的目标。经济的目标。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。表表4-8 截面面积相同的几种截面抗弯截面系数的比较截面面积相同的几种截面抗弯截面系数的比较从表中可以看出，工字形截面和空心截面梁的抗弯能力强，因此工字形和空心截面是提高梁抗弯强度的合理截面。同一根梁的放置方式不同，它们的抗弯能力也不同，矩形截面梁“立放”时的抗弯截面系数大于其“平放”时的抗弯截面系数，所以常见的矩形截面梁通常是截面高度大于截面宽度。为了充分发挥材料的作用，应减少在中性轴附近处的材料用量，为了充分发挥材料的作用，应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。工程中要同时考虑构造而把大部分材料布置在距中性轴较远处。工程中要同时考虑构造要求和施工的方便，梁的截面常采用矩形、工字形、箱形和要求和施工的方便，梁的截面常采用矩形、工字形、箱形和T 形形等截面形式。等截面形式。l/2lABF合理布置梁上荷载合理布置梁上荷载在条件许可时，把集中荷载变成分布荷载lABq0.125ql2ql0.25ql2l/2lABFFF/2F/2辅梁合理布置梁上荷载合理布置梁上荷载把集中荷载分散并靠近支座布置合理布置梁上荷载合理布置梁上荷载受均布载荷的简支梁受均布载荷的简支梁lABqqaBalACD当两端支座分别向跨中移动当两端支座分别向跨中移动a0.2l时时0.125ql20.02ql20.02ql20.025ql2改变支座位置以减小梁的跨度，均可降低弯矩的最大值3.采用变截面梁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），鱼腹式吊车梁（图4-28b）等。）等。工程实际中，梁的截面形状工程实际中，梁的截面形状的设计不仅要考虑节约材料，的设计不仅要考虑节约材料，而且还要考虑施工难而且还要考虑施工难易程度，要综合多种因素达易程度，要综合多种因素达到既安全又经济的目的到既安全又经济的目的小结提高梁抗弯强度的措施：1、选择合理的截面形状。2、合理布置梁上荷载。3、采用变截面梁。4.6 直梁弯曲在工程中的应用一、一、弯矩图在工程中的应用弯矩图在工程中的应用某六层宿舍楼，建成两年后其第六层阳台上某六层宿舍楼，建成两年后其第六层阳台上方的雨篷折断而倾覆，其破坏情况如图所示。方的雨篷折断而倾覆，其破坏情况如图所示。原因分析：本案例中的雨篷属于板。板和梁一样都是工程中原因分析：本案例中的雨篷属于板。板和梁一样都是工程中常见的受弯构件。在土木工程中，梁、板两端通常支撑在墙常见的受弯构件。在土木工程中，梁、板两端通常支撑在墙或梁上，在垂直荷载作用下，构件内将产生正弯矩，即下部或梁上，在垂直荷载作用下，构件内将产生正弯矩，即下部受拉、上部受压，如图受拉、上部受压，如图a 所示，因而受力钢筋必须配置在构所示，因而受力钢筋必须配置在构件的下部。但悬挑构件（如雨篷、挑檐、阳台等）不同，在件的下部。但悬挑构件（如雨篷、挑檐、阳台等）不同，在垂直荷载作用下，构件内将产生负弯矩，即构件上部受拉、垂直荷载作用下，构件内将产生负弯矩，即构件上部受拉、下部受压，如图下部受压，如图b 所示所示,所以受力钢筋必须配置在构件的上部。所以受力钢筋必须配置在构件的上部。悬挑构件的最大剪力和弯矩均发生在靠近支座的截面上，这悬挑构件的最大剪力和弯矩均发生在靠近支座的截面上，这个位置最容易发生破坏。造成悬挑构件折断的原因可能有两个位置最容易发生破坏。造成悬挑构件折断的原因可能有两种：一是不懂悬挑构件的受力原理，把受力钢筋布置在构件种：一是不懂悬挑构件的受力原理，把受力钢筋布置在构件的下，受力钢筋不起作用，构件抗拉能力不足从而折断；二的下，受力钢筋不起作用，构件抗拉能力不足从而折断；二是虽然知道受力原理，把受力钢筋布置在上部，但因支垫不是虽然知道受力原理，把受力钢筋布置在上部，但因支垫不妥，施工时浇混凝土的工人把上部的受力钢筋踩了下去或被妥，施工时浇混凝土的工人把上部的受力钢筋踩了下去或被浇筑的混凝土压到了下面，受力钢筋的作用大大降低，造成浇筑的混凝土压到了下面，受力钢筋的作用大大降低，造成折断。从图折断。从图c 所示雨篷断面受力钢筋位置看，本案例雨篷折所示雨篷断面受力钢筋位置看，本案例雨篷折断而倾覆是第二种原因所致。断而倾覆是第二种原因所致。2009 年年4 月，在京石高速辅路卢沟桥大修施工现场，月，在京石高速辅路卢沟桥大修施工现场，两辆吊车正在吊装一根两辆吊车正在吊装一根30 多米长，重量约多米长，重量约110 t 的的钢筋混凝土箱式桥梁，如图钢筋混凝土箱式桥梁，如图a 所示，起吊点位于靠所示，起吊点位于靠近预制梁两端一定范围内。近预制梁两端一定范围内。原因分析：预制桥梁的吊装是装配式桥梁施工中的原因分析：预制桥梁的吊装是装配式桥梁施工中的关键性工序。为了吊装方便与稳定，所以选择在桥关键性工序。为了吊装方便与稳定，所以选择在桥梁的两端附近对称地绑扎起吊。桥梁在使用过程中梁的两端附近对称地绑扎起吊。桥梁在使用过程中是按受弯构件来设计的，如果使用一辆吊车采用图是按受弯构件来设计的，如果使用一辆吊车采用图b 所示的方式吊起，桥梁在吊装过程中不仅会发生所示的方式吊起，桥梁在吊装过程中不仅会发生弯曲变形，而且会在吊索水平分力作用下产生压缩弯曲变形，而且会在吊索水平分力作用下产生压缩变形，该压缩变形可能导致桥梁破坏，所以在施工变形，该压缩变形可能导致桥梁破坏，所以在施工过程中采用两辆吊车，且在吊索垂直于桥梁的状态过程中采用两辆吊车，且在吊索垂直于桥梁的状态下实施吊装。此时桥梁的受力图如图下实施吊装。此时桥梁的受力图如图c 所示，利用所示，利用梁的内力图规律可画出桥梁的弯矩图（图梁的内力图规律可画出桥梁的弯矩图（图d）。从）。从图图d 中可看出，起吊点处承受负弯矩，距离端部越中可看出，起吊点处承受负弯矩，距离端部越远，负弯矩越大。所以吊点位置应在距桥梁端部一远，负弯矩越大。所以吊点位置应在距桥梁端部一定范围内而不能内移，以免吊点的正应力超过材料定范围内而不能内移，以免吊点的正应力超过材料的许用应力而造成桥梁破坏。的许用应力而造成桥梁破坏。