截面形状设计

截面形状设计（共3篇）

截面形状设计 篇1

摘要：以硬纸片和干沙为对象, 对相同截面面积的正三角形、正方形、正六边形、正八边形和圆形受约束沙柱进行实验, 分析受约束条件下, 不同截面形状沙柱受压性能。结果表明:从正三角形、正方形、正六边形、正八边形到圆形, 受约束沙柱的承载力依次提高;在相同截面面积和相同材料的条件下, 圆形截面沙柱的承载力最大。在此基础上分析了承载力随截面形状变化的原因;并推导了不同截面形状沙柱的承载力计算公式。

关键词：约束,沙柱,受压性能,截面形状

立柱是高层建筑结构中不可缺少的承重构件, 因此研究立柱的承重能力的就显得尤为重要了。目前高层建筑结构中通过钢管或箍筋对混凝土柱子进行约束是最常见的手段。钢材具有良好的弹塑性, 但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力;混凝土构件受到竖向轴心压力时, 容易发生与轴向压力相互垂直的横向变形而导致构件内部产生裂缝, 影响构件强度。而约束混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起, 可使混凝土处于侧向受压状态, 其抗压强度可成倍提高;同时由于混凝土的存在, 提高了钢材的刚度, 钢材的轴向抗压能力也得到了很大的提高。

至今为止, 有关于钢管混凝土以及箍筋的使用已经逐渐成熟, 通过查阅钢管混凝土相关规范以及相关文献, 目前国内外学者对约束混凝土的研究主要集中于各种新型约束材料和各种复杂的荷载条件对约束混凝土承载力的影响, 比较缺乏对约束的截面形状的研究。

和混凝土相似, 干沙也是一种在轴向受压时非常容易产生与轴向压力相互垂直的横向变形的材料;而硬纸片由于其L/D (高厚比) 过小, 抗压效果并不理想, 但是具有良好的弹塑性。与用钢材来约束混凝土一样, 用硬纸片约束干沙时也能达到比较理想的轴向受压效果。因此笔者通过模拟实1验的方式, 用硬纸片约束沙的方式模拟约束混凝土柱, 从而对不同截面形状的立柱进行分析研究。

1 试验概况

以实验模拟现实的方法来进行具体的分析, 用相同的纸质材料分别做成面积为25cm2形状为三角形、正方形、六边形、八边形、圆形并分别固定一个沙柱从而形成一个模拟的约束柱子。再用适当的力学实验器材测出不同形状柱子极限承重力, 多次测量取得足够多的有效数据, 最后利用数据进行相关分析。

1.1 实验器材

根据控制变量的原则, 项目的沙与纸以及粘结材料等都尽可能一致。下面为材料的相关型号:

(1) 沙 (见表1) 。

(2) 硬纸片:统一购买, 存放在同一地点, 保证其厚度的统一。

(3) 黏结材料:得力 (deli) 7102升级配方PVA固体胶棒21g。

(4) 砝码:重庆大学物理学院实验室精度50g。

1.2 实验过程

第一步:对硬纸片做成的立柱进行加固。使其垂直于试验台平面站立于试验台上;第二步:干沙填充, 并在压力计严格控制下由同一个实验人员使用同样的轴向压力压迫干沙, 使沙处于压实状态;第三步:加载过程中, 在加载板上每加一个砝码, 让其静载10到15分钟, 使立柱充分受压变形;第四步:重复第三步过程直至立柱失去承载能力, 记录此时柱子破坏的实验数据和实验现象。完成后整理试验台和实验仪器, 为下一组实验做好准备。最终每种截面形式沙柱完成30组以上有效数据, 并记录如表2。

单位:Kg

2 实验结果及分析

2.1 数据分析

2.2 结果分析

在实验数据有效的基础上, 由表1可知五种截面形状的承载力:X三角形X四边形X六边形X八边形X圆形。但是由于实验材料的简单, 无法直接通过对实验材料分析而得到对于约束概念的理论分析。而根据前述介绍可知, 本项目小组通过将硬纸片类比于钢管, 沙类比于混凝土, 然后结合相关的钢管混凝土现有研究对项目进行分析。

根据沙的特性可知, 硬纸片约束的沙柱内部必然会有许多的空隙, 而约束沙柱在轴向受压的过程中, 因其内部空隙, 沙会轴向发展, 从而硬纸片对沙产生围压, 即侧向约束。而实验中, 项目小组为了更好地理解分析这一实验数据, 利用有限元软件分别建立相同截面面积不同截面形状的圆形、方形、八边形的钢管混凝土柱在轴向受压时核心混凝土的轴向应力云纹图[4]:

根据上述的钢管混凝土柱在轴向受压时核心混凝土的轴向应力云纹图看出, 对于圆截面钢管混凝土, 混凝土受均匀的约束作用, 方钢管和八边形钢管对内部混凝土的约束力并没有圆钢管对内部混凝土的约束力强, 并且约束力很不均匀, 变现为角部的混凝土受约束能力强, 边部中间管壁的混凝土受的约束弱。

结合这一分析, 将约束沙柱轴向受压过程中硬纸片对内部沙的约束分为有效约束区以及非有效约束区。由现有钢管混凝土研究可知两者之间的界线为抛物线, 有效约束区的沙柱的极限抗压强度高于非有效约束区的沙柱, 且非有效约束区的沙柱所受的侧向约束是不均匀的。由此可知对受约束条件下, 不同截面形状沙柱轴向极限抗压强度产生影响的即为其有效区面积的大小。

因为其有效约束区与非有效区的界线为抛物线, 同时试验采取相同材料, 所以假设不同截面形状的沙柱其抛物线的初始切线斜率为45度, 依据此做出截面为三角形, 正方形、六边形、八边形受约束沙柱的有效约束区并分析:

根据控制变量的原则, 上诉几种截面面积均相同, 以此计算其有效面积。

三角形:A总=S A有=0.11S四边形:A总=S A有=0.33S

六边形:A总=S A有=0.62S八边形:A总=S A有=0.72S

由上述理论以及公式的推导可知, 本小组实验的有效性以及合理性。

3 结论

根据轴心受压特点, 当随着边数的增大, 有效约束区的面积也随之增大。因此我们得到结论:截面面积相同, 材料及比例相同的情况下, 随着截面形状边数增加, 承载轴向压力的能力逐步增加。

参考文献

[1]钢管混凝土结构设计与施工规程[CECS28-90]条钢管混凝土结构设计与施工规程[CECS28-90]条.

[2]邹爱华.长期荷载作用下钢管混凝土平面框架力学性能研究[D].兰州理工大学, 2011.

[3]齐虎, 李云贵, 吕西林.箍筋约束混凝土的单轴力学性能研究[J].建筑结构, 2011 (01) :79-82.

[4]肖阿林, 何益斌, 郭健.型钢-钢管混凝土轴压柱核心混凝土应力-应变关系[J].中南大学学报 (自然科学版) , 2010 (01) :341-346.

[5]赵晓亮.钢管混凝土构件受力性能试验与有限元研究[D].广西大学, 2013.

截面形状设计 篇2

1、卧室不宜圆形

一般家宅都不能将卧室设计成圆形，因为这不仅所费的装修工夫较大，而且浪费空间。但是往往有一些富裕的，追求前卫的人士喜欢建一间圆形的卧室，再摆上一张圆形的大床，使之成为圆内有“圆”，听起来似乎很有哲学味道。其实这是不恰当的。古语有云：“天圆地方”。圆形的卧室会另室内休息的人有一种旋转，不踏实的感觉，久居于此，容易使人出现精神不振、眩晕等症状。

卧室的墙体以及床、衣柜等，均不宜以圆形为主。因为圆形主动，在心理、视觉和风水上都有运动，变化之意，容易给人不稳定和不安宁的感觉。好的睡眠环境应该是和谐宁静的，否则对心理不利。

有的住宅为了采光和取景而设计较大的圆形或弧形窗，如果这样能让卧室拥有良好的视野和采光，能给人以愉悦之感，也不失为一个成功的设计。其实，只要整个卧室的墙体不是以圆形或弧形为主就可以。卧室的家具，特别是床，宜以直线条为主，给人稳定、平和、安静的感觉，才对睡眠有利。

2、卧室不宜狭长

人若躺在一间狭长的睡房里，会产生孤独冷落感。而那些神经敏感的人，更会胡思乱想而产生许多幻觉。补救的方法是一分为二，即用矮柜把这狭长的睡房隔开，一边放床，另一边作为化妆间或书房。若在矮柜上放置电视机，那么躺在床上也可以欣赏电视节目。经过如此多的改动后，睡房的空间不在空洞无物，心理上会感觉踏实很多。

有一点请你注意，有些人用镜子来作为睡房的间隔，其实这是不适宜的。倘若镜子向着化妆间或者书房那边尚无大碍，但若是向着睡床这边便范了风水学上的大忌，往往导致疾病发生。

3、卧室的其他形状

只要有足够的空间又有能力付出足够的金钱，装修商是可以满足客户所有要求的。比如，屋主想要建成一间四方形的卧室，只要肯投资，一切都是可以办到的。但是，需要注意的是其他形状如三角形、五角形、八角形、半圆形，等等，都对人的健康不利。卧室是养身之所，一切宜静。

4、卧室内不宜有柱

柱位一般都有尖角，凡生活的空间内有太多尖角会对人不利。位于中央的柱位，尤其是向着床位的更为不宜。位于卧室四角的柱位，其不利影响轻于中央位置的柱位。若睡床左右两边都有柱位，则为大忌。

5、卧室不宜斜边凹角

卧室形状适合方正，不宜斜边或是多角。因为斜边容易造成视线上的错觉，多角则容易造成压迫感，进而增添人的精神负担，长期下来，对健康不利。

6、理想的卧室形状

地球的形状教学设计 篇3

作为一位杰出的老师，就有可能用到教学设计，教学设计以计划和布局安排的形式，对怎样才能达到教学目标进行创造性的决策，以解决怎样教的问题。那么优秀的教学设计是什么样的呢？以下是小编精心整理的地球的形状教学设计，欢迎阅读与收藏。

地球的形状教学设计1

教学目标：

1、了解人类认识地球形状的过程，能够比较详细的描述地球的形状。

2、提出证据说明地球是个球体

3、使学生领悟到人类对大自然的认识，是一个孜孜不倦的求索、深化的过程，激发学生探究性学习的兴趣，领悟追求真理的精神，促进其求真务实科学态度的形成。

教学重点：

认识地球的形状，能够描述地球的真实形状。

教学难点：

科学精神的培养。教学导入：七年级语文《带上她的眼睛》里这样描述：“这个决定对她来说似乎很艰难，她的双手在太空服的手套里，握在胸前，双眼半闭着，似乎认为地球在我们这次短暂的旅行后就要爆炸了，我不由得笑出声来。”这里所说的“地球”，大家了解它的形状吗？今天我们就一起来探索地球的形状。

教学过程：

一、地球的形状阅读：“盖天说”与“浑天说”提问：

1、什么是“盖天说”与“浑天说”？

2、你认为古人是怎样证明他们的学说的？小结：盖天说认为地在下面，天在上面，自然就是认为地是平的，天像罩子一样罩在上面；浑天说认为日月星辰都绕着地在转，所以地就是蛋黄，天是蛋壳。你相信他们说的吗？你能推翻他们的说法吗？我们来看看后人又是怎样推翻他们的说法的。阅读：麦哲伦船队的环球航行提问：麦哲伦环球航行证明了什么？小结：证明地球是圆的。提问：你还能举出哪些例子证明地球是个球体？小结：欲穷千里目，更上一层楼；登高望远；在海边看远处的帆船，首先看到的是桅杆，然后才是船体；人造地球卫星拍的地球照片。

至此，人类经历了一个曲折而漫长的过程，终于确认地球是一个球体。提问：地球是一个规则的球体吗？阅读：地球的真是形状讲述：地球是一个不规则的球体，它的赤道半径比极半径约长21千米，所以是一个两极稍扁，赤道略鼓的不规则球体。

课堂小结：通过本节课的学习，我们了解到人类认识地球是一个艰难的过程。我们除了要学习古人为了探索科学的真理而不畏艰险的精神外，更要有一种怀疑精神，有怀疑才有创新。

板书设计地球的形状

1、“盖天说”与“浑天说”

2、麦哲伦船队的环球航行

3、地球的真是形状：两极稍扁，赤道略鼓的不规则球体

教学反思：

在这一节课的教学中，我从问题入手，激发学生学习兴趣。让学生亲身经历探索科学的全过程，从中获得科学知识。

针对这一节课的教学设计，可能有些不足，没有充分发挥出来，但在今后的教学中，我将努力改进。

地球的形状教学设计2

教学目标：

1、了解人类认识地球形状的过程，能够比较详细的描述地球的形状。

2、提出证据说明地球是个球体

3、使学生领悟到人类对大自然的认识，是一个孜孜不倦的求索、深化的过程，激发学生探究性学习的兴趣，领悟追求真理的精神，促进其求真务实科学态度的形成。

教学重点 ：

认识地球的形状，能够描述地球的真实形状。

教学难点 ：

科学精神的培养。

教学导入：

七年级语文《带上她的眼睛》里这样描述：“这个决定对她来说似乎很艰难，她的双手在太空服的手套里，握在胸前，双眼半闭着，似乎认为地球在我们这次短暂的旅行后就要爆炸了，我不由得笑出声来。”这里所说的“地球”，大家了解它的形状吗？今天我们就一起来探索地球的形状。

教学过程：

一、地球的形状

阅读：“盖天说”与“浑天说”

提问：1、什么是“盖天说”与“浑天说”？

2、你认为古人是怎样证明他们的学说的？小结：盖天说认为地在下面，天在上面，自然就是认为地是平的，天像罩子一样罩在上面；浑天说认为日月星辰都绕着地在转，所以地就是蛋黄，天是蛋壳。你相信他们说的吗？你能推翻他们的说法吗？我们来看看后人又是怎样推翻他们的说法的。

阅读：麦哲伦船队的环球航行

提问：麦哲伦环球航行证明了什么？小结：证明地球是圆的。

提问：你还能举出哪些例子证明地球是个球体？小结：欲穷千里目，更上一层楼；登高望远；在海边看远处的帆船，首先看到的是桅杆，然后才是船体；人造地球卫星拍的地球照片。至此，人类经历了一个曲折而漫长的过程，终于确认地球是一个球体。

提问：地球是一个规则的球体吗？

阅读：地球的真是形状

讲述：地球是一个不规则的球体，它的赤道半径比极半径约长21千米，所以是一个两极稍扁，赤道略鼓的不规则球体。

课堂小结：通过本节课的学习，我们了解到人类认识地球是一个艰难的过程。我们除了要学习古人为了探索科学的真理而不畏艰险的精神外，更要有一种怀疑精神，有怀疑才有创新。

板书设计

地球的形状

1、“盖天说”与“浑天说”

2、麦哲伦船队的环球航行

3、地球的真是形状：两极稍扁，赤道略鼓的不规则球体

教学反思：在这一节课的教学中，我从问题入手，激发学生学习兴趣。让学生亲身经历探索科学的全过程，从中获得科学知识。针对这一节课的教学设计，可能有些不足，没有充分发挥出来，但在今后的教学中，我将努力改进。

地球的形状教学设计3

教材分析

本节对学生形成学习地理的方法和了解地理课学习的.地理内容有很大作用。通过序言部分的讨论激发学生学习地理的兴趣，在后续具体知识的学习中，也要沿袭这一目标，将地理知识化难为易，轻松有趣地转化为学生感兴趣并易于接受的东西。

教学目标

1.通过了解人类对地球的认识过程，感受前人勇于探索的精神，明确人类对自然界的认识也有一个过程，每个人都肩负着继续探索的重任。

2.从数学的角度，学会用相关数据说明地球的大小。

教学重点难点

重点：地球的大小难点：地球形状的认识

教学过程

上课：欢迎大家进入我们的地理知识殿堂！作为一个地球人，你合格吗？

[合格地球人的考察]：（根据课堂内容，联系生活实际，设计1～5个有关问题，在考察学生的同时引入教学）

你观察到的太阳、月亮、星星是什么形状的？

.小时侯你是否想过“地球是什么形状”的问题？

3.现在你认为地球是什么形状的？你能举出相关事实进行说明吗？

4.你怎样用数据描述篮球的大小？地球的大小呢？

这些问题可以指定学生回答，也可以大家讨论回答，回答的过程就是谈话过程，是师生交流过程，学生讨论过程，也是从生活升华到科学的过程。让学生体会到地理知识来源于生活，地理学科研究的是生活中的地理。

问题1：太阳是圆的，稍加引申，可以得出太阳是球形的结论；月亮看起来不同时间形状不一样，实际上也是球体，至于为什么不一样，有的学生也许能够说出来，说不出来也不要紧，告诉学生以后我们会研究；星星是点状的，其实也是球形的，只是因为离我们太远，就缩小成点了

问题2：实话实说，鼓励学生多观察，多思考。

问题3：球体，这点学生已经知道，为什么呢？不同学生获取这一概念的来源不同，可以任由他们叙说，重在激发兴趣，提高学生参与意识。

追问：如果只是根据你观察的现象，你认为地球是什么样的？平的古人也和你们有同样的想法，围绕地球的形状问题，不同地区、不同阶段的学者曾经提出过不同的主张，下面我们通过一个短片去了解一下人们对地球形状的探索过程。

引申总结：哪些证据可以说明地球是一个球体？课本两个例证能证明地球是球体吗？

1、海上帆船──大地不是平的，登高望远──大地不是平的2、月食──地球也是圆的3、伦环球航行──证实地球是个球体

4、地球卫星照片──确证地球是个球体

学生朗读《麦哲伦船队的环球航行》，根据人们对地球形状的探索过程请同学们谈感想：各抒己见，引导学生明白下列道理

科学是经过人们的不断探索，不断积累而来的，今天认为正确的真理，明天也许就会被推翻，所以我们要相信科学但不能迷信书本，要敢于质疑并勇于证实之

问题4：用手可以比画出篮球的大小，可要用数据说明，就要用到数学知识，根据学生已有的数学知识，应该能够回答出用半径就可以求出篮球体积的方法。地球大小的计算方法同理。[老师展示课本数据]：

记忆技巧：最大周长=赤道周长 小结：