受力分析计算（共9篇）
受力分析计算 篇1
0 引言
牯牛降转向架是一种让单轨列车在高架的专用轨道上行驶的游乐观光设备, 主要是由转向架构架、传动部分、导向轮组成和安全轮组成等组成。而转向架构架又是转向架的关键零部件, 是承载和传力元件, 也是转向架其它各零部件的安装基础, 因此要求转向架构架能够承担足够的载荷, 以保证设备的正常运行和安全可靠性。其中, 转向架构架主要是由端梁组成、大梁组成、小梁组成和横梁组成等部件组成, 其主体部分主要是由6 mm厚的钢板 (材料为Q345B) 焊接而成。
1 转向架构架受力分析
转向架构架由于是单轨游览车的主要承载结构。在列车运行情况下, 主要承担着列车的垂向、横向、纵向和倾覆力等各种载荷:一是来自车体的重量和最大积雪情况下的垂向力、构架的重量、减速电机的重量及其输出的转矩载荷、制动装置的顶升或制动载荷等垂向载荷;二是在车辆通过弯道时, 来自导向轮施加的弯道向心力和转向力等横向载荷;三是来自车体和构架自身的纵向牵引载荷;同时, 安全轮由于偏载、风载、弯道引起的车体倾覆力。
2 转向架构架受力计算
2.1 转向架构架计算基本参数
(见表1)
2.2 转向架构架受力计算
车体、乘客和最大积雪施加的垂向力为13 456 N, 车体的最大牵引力 (紧急制动时) 为301 N, 减速电机安装扭力杆座施加的一对最大垂向力为2089.3 N, 制动装置所承受的作用力分别为2251 N和5101 N。
转向架构架在过弯道时, 单个导向轮承受的综合最大力为3610.9 N, 安全轮由于满载引起的倾覆力为686N, 安全轮由于偏载引起的倾覆力为2086 N。
3 转向架构架强度分析计算
3.1 构架有限元计算模型
基于ANSYS有限元分析软件, 建立了构架有限元计算模型。根据构架的结构特点, 构架采用四面体网格中的Patch Independent法进行网格划分。
3.2 载荷施加与约束
垂向载荷以集中力形式加载于构架悬挂弹簧座底板边缘的节点上;车体牵引载荷以集中力形式加载于构架悬挂弹簧座的节点上;倾覆力以刚性连接形式远程加载于构架安全轮支架安装座的节点上;离心力和转向力以集中力形式加载于导向轮安装座的节点上;制动装置的作用力以集中力形式加载于构架制动处的节点上;构架自重通过整体地球加速度加载于转向架构架上;构架牵引载荷以惯性载荷的方式施加在构架上;减速电机重量和扭力驱动载荷以集中力方式施加在构架的扭力杆套上;在轮对安装的空心轴轴承安装处施加垂向、横向和纵向位移约束。其中, 网格划分见图2, 构架计算模型的边界条件见图3。
3.3 计算结果应力变形云图
基于对转向架构架受力分析和ANSYS软件对其构架在以下组合工况进行有限元受力分析。工况1:在风速为15 m/s的环境下, 车辆偏载以最高速度 (10 km/h) 通过线路最小弯道半径 (12 m) , 并在弯道上紧急制动停车。工况2:在风速为15 m/s的环境下, 车辆满载以最高速度 (10 km/h) 通过线路最小弯道半径 (12 m) , 并在弯道上紧急制动停车。在此两种工况下的应力应变云图见图3~图6。
4 结论
从计算结果可以得知:转向架构架在受力最大的工况下最大应力约为91 MPa, 位于端梁和大梁的圆弧过渡处, 最大变形量为1.48 mm, 重要焊缝处最大应力为51.6MPa, 由于转向架构架安全系数:n=470÷91=5.2>5, 重要焊缝安全系数:n=470÷51.6=9.1>5。
其中, 根据有限元技术分析可以得出重要焊缝位置最大应力σ为51.6 MPa, 最小应力为49.6 MPa。焊缝材料强度等效于Q345B, 其疲劳极限强度σ-1为273 MPa。所以重要焊缝安全系数:n=470÷51.6=9.1>5。根据《第一重型集团标准焊缝强度计算》, 交变载荷需要在弯曲疲劳极限许用应力σ-1上加上降低系数r=1/ (1.33-0.33×pmin/pmax) , 其中pmin和pmax是最小和最大焊缝作用力 (绝对值) , 代入时带正负符号, r≤1。将焊缝的应力值代入计算得:r=0.99。所以S=273×r/51.6=5.2>1.3。
由以上计算结果可知, 转向架构架的强度及其焊缝强度满足标准GB8408第4.5.2条的要求, 焊缝疲劳强度安全系数满足标准GB8408第4.5.3.1条的要求, 为无限寿命。这为后期的合理设计与优化提供了数据依据。
摘要：介绍了牯牛降单轨车转向架构架的结构特点, 对其转向架构架进行受力分析和有限元分析, 并对其受力分析计算结果进行后期处理。
关键词：单轨车转向架构架,受力分析计算,有限元分析
受力分析计算 篇2
高速公路大桥现浇箱梁支架受力计算与施工方法
文章结合某高速公路大桥现浇箱梁支架施工,对碗扣式支架的计算过程和公式进行了分析,为同类桥梁工程现浇箱梁支架计算提供了参考.
作 者：石惠贤 朱继鸿 作者单位：浙江登峰交通集团有限公司,浙江杭州,311200刊 名：现代企业文化英文刊名：MODERN ENTERPRISE CULTURE年，卷(期)：“”(21)分类号：U4关键词：高速公路大桥 现浇箱梁 碗扣式支架 受力计算
受力分析计算 篇3
筒式磁选机是产业界广泛使用的、通用性高的机种之一,用于从再利用的粉状粒体中除去铁粉等。如图1所示,其工作原理是,矿浆经给矿箱流入槽体后,磁性矿粒在矿浆中受磁力作用,向磁极运动,而被吸附在滚筒上,随滚筒旋转。由于磁极交替而产生磁搅拌现象,夹杂的脉石等非磁性矿物在翻动中脱落下来,最终被吸在滚筒表面的即是磁性矿物。磁性矿物随滚筒转到磁系边缘磁力最弱处,在卸矿水管喷出的冲洗水流作用下被卸到磁性矿物矿槽中。非磁性或弱磁性矿物被留在矿浆中随矿浆排出槽外。
端盖是滚筒的重要组成部分,起到支撑滚筒和传递扭矩的作用。笔者所在公司的筒式磁选机端盖为纯铝铸造而成。由于其工艺复杂且近年来铝的价格大幅上涨,推高了筒式磁选机的生产成本。因此,笔者设计的筒式磁选机其滚筒的端盖是由不锈钢焊接而成。本文从支撑滚筒和传递扭矩两方面入手,对不锈钢端盖进行强度校核。
以公司生产的ZCT918筒式磁选机滚筒端盖为研究对象。如图2所示。
外圈和内圈采用Q235A钢,其中外圈外包304不锈钢,中间焊接6条304不锈钢方钢管(50mm×50mm×4mm)作为支撑内外圈的加强筋,不锈钢封板主要起到密封作用,防止矿浆进入滚筒内,为研究方便,暂不考虑其对端盖强度的影响。
2 支撑强度的计算
工作时,滚筒的重量由两个端盖承担,经6条不锈钢方管由外圈传递到内圈,因此,以内圈为研究对象[1],受力如图3。
2.1 平衡方程
由∑Y=0得:
式中为第i根方管与第一根方管之间的夹角。
2.2 变形协调方程
通过图4可知,端盖是一种结构对称的桁架结构[2],且受力也是对称的,则桁架变形协调方程可简化为:
得:
2.3 材料力学胡克定律
得:
其中,E:不锈钢方管的弹性模量;
L:不锈钢方管的长度;
A:不锈钢方管的横截面积(壁厚面积)。
由(2)、(3)可知:
将式(4)代入式(1)得:
又因:
式(6)成立是因为αi=0-2π,
将式(6)代入(5)得:
将式(7)代入(4)得:
由式(8)可知,当方钢管处于垂直位置时,轴向负荷最大,为
以下数据来源于公司生产的ZCTN918A型筒式磁选机。已知功率、转数的情况下,得出以下数据:
传动所受扭矩:T=1020N·m;
工作时滚筒总重量:15300N;
一端端盖承受力:G=7650N。
因此,方管最大轴向负荷为F=2550N。
方管所受最大拉压应力:
该应力远小于304不锈钢屈服极限205MPa,因此,方管的强度能够满足设计要求。
3 扭转强度校核
端盖传递扭矩为T,每根方管传递的扭矩为T/6,得出作用在A点的压力N为2267N。其受力图5。
可以认为每根方管是悬臂梁,计算挠度:
其中,E:弹性模量2.06×105MPa;
I:惯性矩2.61×105mm4。
取方管长度1/600为许用挠度,
可以满足要求。
4 焊缝校核
方管与内圈的焊缝受力相对于外圈的焊缝受力更大,校核此处。焊角尺寸为6mm,内圈钢材为Q235A,方管为304,手工焊,焊条为E308-16型。E308-16型焊条的焊缝强度为ffw=550MPa。
当方管处于垂直位置时,其轴向负荷最大,校核该位置时焊缝[3]。其受力图如图6。
在焊缝的有效截面上,N和F各产生垂直于焊缝一个直角边方向的应力:
根据角焊缝强度计算公式:
正面角焊缝的强度增大系数βf=1.22,
得:
式中:
hf:焊角尺寸;
直角角焊缝有效厚度为:
焊缝计算长度:
因此:
焊缝强度满足要求。
5 生产成本对比
公司生产的ZCT918筒式磁选机滚筒端盖,采用铸铝,成本为5300元/件,采用不锈钢焊接结构为4180元/件,成本降低21%。
6 结论
这种使用不锈钢焊接结构的端盖完全满足强度要求,且降低了成本。公司采用该种端盖的ZCTN918型筒式磁选机已经在2008年应用于广西某有色金属选矿厂,至今没有发生质量问题。
参考文献
[1]庄锦华.行车车轮辐条的强度设计[J].中国自行车,1991(5):10-13,41.
[2]高金华.利用微分方法推导静不定桁架变形协调方程[J].力学与实践,1998(5):67-68.
专题3：受力分析 篇4
参考答案
一、弹力
题型1：弹力的方向分析及大小的计算
1．画出图中物体受弹力的方向(各接触面均光滑)
2.台球以速度v0与球桌边框成θ角撞击O点，反弹后速度为v1，方向与球桌边框夹角仍为θ，如图2－1－10所示．OB垂直于桌边，则下列关于桌边对小球的弹力方向的判断中正确的是()
A．可能沿OA方向
B．一定沿OB方向
C．可能沿OC方向
D．可能沿OD方向
解析：台球与球桌边框碰撞时，受到边框的弹力作用，弹力的方向应与边框垂直，即沿OB方向，故选B.答案：B
3．如图所示，一小车的表面由一光滑水平面和光滑斜面连接而成，其上放一球，球与水平面的接触点为a，与斜面的接触点为b.当小车和球一起在水平桌面上做直线运动时，下列结论正确的是()
A．球在a、b两点处一定都受到支持力
B．球在a点一定受到支持力，在b点处一定不受支持力
C．球在a点一定受到支持力，在b点处不一定受到支持力
D．球在a点处不一定受到支持力，在b点处也不一定受到支持力
答案：D
4.(2010·重庆联合诊断)如图所示，质量为m的球置于斜面上，被一个竖直挡板挡住．现用一个力F拉斜面，使斜面在水平面上做加速度为a的匀加速直线运动，忽略一切摩擦，以下说法中正确的是()
A．若加速度足够小，竖直挡板对球的弹力可能为零
B．若加速度足够大，斜面对球的弹力可能为零
C．斜面和挡板对球的弹力的合力等于ma
D．斜面对球的弹力不仅有，而且是一个定值
解析：球在重力、斜面的支持力和挡板的弹力作用下做加速运动，则球受到的合力水平向右，为ma，如图所示，设斜面倾角为θ，挡板对球的弹力为F1，由正交分解法得：F1－Nsin
θ＝ma，Ncos
θ＝G，解之得：F1＝ma＋Gtan
θ，可见，弹力为一定值，D正确．
答案：D
5.如图所示，小球B放在真空容器A内，球B的直径恰好等于正方体A的边长，将它们以初速度v0竖直向上抛出，下列说法中正确的是()
A．若不计空气阻力，上升过程中，A对B有向上的支持力
B．若考虑空气阻力，上升过程中，A对B的压力向下
C．若考虑空气阻力，下落过程中，B对A的压力向上
D．若不计空气阻力，下落过程中，B对A的压力向下
解析：若不计空气阻力，则整个系统处于完全失重状态，所以A、B间无作用力，选项A
D错；若考虑空气阻力，则上升过程中，a上>g，所以A对B压力向下，在下降过程，a下 答案：B 以题说法 1．弹力方向的判断方法 (1)根据物体产生形变的方向判断． (2)根据物体的运动情况，利用平衡条件或牛顿第二定律判断，此法关键是先判明物体的运动状态(即加速度的方向)，再根据牛顿第二定律确定合力的方向，然后根据受力分析确定弹力的方向． 2．弹力大小的计算方法 (1)一般物体之间的弹力，要利用平衡条件或牛顿第二定律来计算． (2)弹簧的弹力，由胡克定律(F＝kx)计算． 6.(2010·无锡市期中考试)如图所示，带有长方体盒子的斜劈A放在固定的斜面体C的斜面上，在盒子内放有光滑球B，B恰与盒子前、后壁P、Q点相接触．若使斜劈A在斜面体C上静止不动，则P、Q对球B无压力．以下说法正确的是() A．若C的斜面光滑，斜劈A由静止释放，则P点对球B有压力 B．若C的斜面光滑，斜劈A以一定的初速度沿斜面向上滑行，则P、Q对球B均无压力 C．若C的斜面粗糙，斜劈A沿斜面匀速下滑，则P、Q对球B均无压力 D．若C的斜面粗糙，斜劈A沿斜面加速下滑，则P点对球B有压力 解析：若C的斜面光滑，无论A由静止释放还是沿斜面向上滑行，通过对A、B整体受力分析可知，整体具有沿斜面向下的加速度，B球所受合力应沿斜面向下，故Q点对球B有压力，A、B项错；若C的斜面粗糙，斜劈A匀速下滑时，整体所受合力为零，故P、Q不可能对球B有压力，C项正确；若C的斜面粗糙，斜劈A加速下滑时，A、B整体具有沿斜面向下的加速度，故球B所受合力也应沿斜面向下，故Q点一定对球B有压力，D项正确． 答案：C 7.(2009·山东卷，16)如图所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O为球心．一质量为m的小滑块，在水平力F的作用下静止于P点．设滑块所受支持力为FN，OP与水平方向的夹角为θ.下列关系正确的是() 解析：物体受力情况如右图所示，由物体的平衡条件可得 Nsin θ＝mg，Ncos θ＝F，联立解得N＝mg/sin θ，F＝mg/tan θ，故只有A正确． 答案：A 题型2：胡克定律的运用 8.如图所示，在水平传送带上有三个质量分别为m1、m2、m3的木 块1、2、3,1和2及2和3间分别用原长为L，劲度系数为k的轻弹簧连接起来，木块与传送带间的动摩擦因数为μ，现用水平细绳将木块1固定在左边的墙上，传送带按图示方向匀速运动，当三个木块达到平衡后，1、3两木块之间的距离是() A．2L＋μ(m2＋m3)g/k B．2L＋μ(m2＋2m3)g/k C．2L＋μ(m1＋m2＋m3)g/k D．2L＋μm3g/k 解析：当三木块达到平衡状态后，对木块3进行受力分析，可知2和3间弹簧的弹力等于木块3所受的滑动摩擦力，即μm3g＝kx3，解得2和3间弹簧伸长量为同理以2木块为研究对象得：kx2＝kx3＋μm2g，即1和2间弹簧的伸长量为1、3两木块之间的距离等于弹簧的原长加上伸长量，即2L＋μ(m2＋2m3)g/k，选项B正确． 9.(2010·成都市高三摸底测试)缓冲装置可抽象成如图所示的简单模型，图中A、B为原长相等，劲度系数分别为k1、k2(k1≠k2)的两个不同的轻质弹簧．下列表述正确的是() A．装置的缓冲效果与两弹簧的劲度系数无关 B．垫片向右移动稳定后，两弹簧产生的弹力之比F1∶F2＝k1∶k2 C．垫片向右移动稳定后，两弹簧的长度之比l1∶l2＝k2∶k1 D．垫片向右移动稳定后，两弹簧的压缩量之比x1∶x2＝k2∶k1 解析：装置的缓冲效果与两弹簧的劲度系数有关，劲度系数越小，缓冲效果 越好，所以A错．根据力的作用是相互的可知：轻质弹簧A、B中的弹力是相等的，即k1x1＝k2x2，所以F1∶F2＝1∶1，两弹簧的压缩量之比x1∶x2＝k2∶k1，故B、C错，D正确． 答案：D 解析：装置的缓冲效果与两弹簧的劲度系数有关，劲度系数越小，缓冲效果越好，所以A错．根据力的作用是相互的可知：轻质弹簧A、B中的弹力是相等的，即k1x1＝k2x2，所以F1∶F2＝1∶1，两弹簧的压缩量之比x1∶x2＝k2∶k1，故B、C错，D正确． 答案：D 10.如图所示，质量为2m的物体A经一轻质弹簧与地面上的质量为3m的物体B相连，弹簧的劲度系数为k，一条不可伸长的轻绳绕过定滑轮，一端连物体A，另一端连一质量为m的物体C，物体A、B、C都处于静止状态．已知重力加速度为g，忽略一切摩擦． (1)求物体B对地面的压力； (2)把物体C的质量改为5m，这时C缓慢下降，经过一段时间系统达到新的平衡状态，这时B仍没离开地面，且C只受重力和绳的拉力作用，求此过程中物体A上升的高度． 解析：(1)对AB整体：mg＋N＝5mg，所以N＝4mg.(2)对C：FT＝5mg，对A：FT＝Fk＋2mg，所以Fk＝3mg，即kx1＝3mg，x1＝ 开始时，弹簧的压缩量为x2，则kx2＝mg，所以A上升的高度为：hA＝x1＋x2＝.答案：(1)4mg(2) 二、摩擦力 题型1：静摩擦力的有无及方向的判定 11.如图4所示，一斜面体静止在粗糙的水平地面上，一物体恰能在斜面体上沿斜面匀速下滑，可以证明此时斜面不受地面的摩擦力作用．若沿平行于斜面的方向用力F向下推此物体，使物体加速下滑，斜面体依然和地面保持相对静止，则斜面体受地面的摩擦力() A．大小为零 B．方向水平向右 C．方向水平向左 D．大小和方向无法判断 解析：物体由斜面上匀速下滑时，斜面体对物体的作用力与物体的重力等大反向，因此斜面体对物块的作用力竖直向上，根据物体间相对作用，物体对斜面体的作用力竖直向下；若沿平行于斜面的方向用力F向下推此物体，使物体加速下滑，物体对斜面体的作用力大小方向不变，因此地面对斜面体的摩擦力仍然为零，A正确． 答案：A 静摩擦力方向的判断方法 1．假设法 2．状态法：根据二力平衡条件、牛顿第二定律或牛顿第三定律，可以判断静摩擦力的方向．假如用一水平力推桌子，若桌子在水平地面上静止不动，这时地面会对桌子施一静摩擦力．根据二力平衡条件可知，该静摩擦力的方向与推力的方向相反，加速状态时物体所受的静摩擦力可由牛顿第二定律确定． 3．利用牛顿第三定律(即作用力与反作用力的关系)来判断．此法关键是抓住“力是成对出现的”，先确定受力较少的物体受到的静摩擦力方向，再根据“反向”确定另一物体受到的静摩擦力． 12.如图所示，一个木块放在固定的粗糙斜面上，今对木块施一个既与斜面底边平行又与斜面平行的推力F，木块处于静止状态，如将力F撤消，则木块() A．仍保持静止 B．将沿斜面下滑 C．受到的摩擦力大小不变 D．受到的摩擦力方向不变 解析：有力F作用时，木块在斜面内的受力如图，且f＝ 当撤去力F后，木块只受mgsinθ和f ′，且f ′ 答案：A 13.如图所示，甲物体在水平外力F的作用下静止在乙物体上，乙物体静止在水平面上．现增大外力F，两物体仍然静止，则下列说法正确的是() A．乙对甲的摩擦力一定增大 B．乙对甲的摩擦力方向一定沿斜面向上 C．乙对地面的摩擦力一定增大 D．乙对地面的压力一定增大 解析：若未增大F时甲受到的静摩擦力向上，则增大F后甲受到的静摩擦力向上可以但减小，A项错误；F增大到一定的值时使甲有向上运动的趋势，此时乙对甲的摩擦力则沿斜面向下，B项错误；由整体法可知，地面对乙的摩擦力与F等大反向，因此F增大，地面对乙的摩擦力增大，即乙对地面的摩擦力也增大，C项正确；整体分析可知，地面对乙的支持力始终等于系统的总重力，因此乙对地面的压力也保持不变，D项错误． 答案：C 14.如图所示，圆柱体的A点放有一质量为M的小物体P，使圆柱体缓慢匀速转动，带动P从A点转到A′点，在这个过程中P始终与圆柱体保持相对静止．那么P所受静摩擦力f的大小随时间t的变化规律是() 解析：P与圆柱体之间的摩擦力是静摩擦力．P随圆柱体从A转至最高点的过程中Ff＝mgsin θ＝mgcos(α＋ωt)(α为OA与水平线的夹角)，摩擦力的大小变化情况以最高点为对称．所以A正确． 答案：A 题型2：摩擦力的分析与计算 摩擦力大小的计算方法：在计算摩擦力的大小之前，必须首先分析物体的运动情况，判明是滑动摩擦，还是静摩擦． (1)滑动摩擦力的计算方法： 可用f＝μN计算．最关键的是对相互挤压力FN的分析，并不总是等于物体的重力，它跟研究物体受到的垂直于接触面方向的力密切相关． (2)静摩擦力的计算方法 一般应根据物体的运动情况(静止、匀速运动或加速运动)，利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解． 15.如图所示，质量分别为m和M两物体P和Q叠放在倾角为θ的斜面上，P、Q之间的动摩擦因数为μ1，Q与斜面间的动摩擦因数为μ2.当它们从静止开始沿斜面滑下时，两物体始终保持相对静止，则物体P受到的摩擦力大小为() A．0 B．μ1mgcosθ C．μ2mgcosθ D．(μ1＋μ2)mgcosθ 解析：当物体P和Q一起沿斜面加速下滑时，其加速度a＝gsinθ－μ2gcosθ 因为P和Q相对静止，所以P和Q之间的摩擦力为静摩擦力． 对物体P应用牛顿第二定律得mgsin θ－f＝ma 所以f＝μ2mgcosθ，故选C.答案：C 16.如图所示，一根自然长度为l0的轻弹簧和一根长度为a的轻绳连接，弹簧的上端固定在天花板的O点上，P是位于O点正下方的光滑轻小定滑轮，已知OP＝l0＋a.现将绳的另一端与静止在动摩擦因数恒定的水平地面上的滑块A相连，滑块对地面有压力作用．再用一水平力F作用于A使之向右做直线运动(弹簧的下端始终在P之上)，对于滑块A受地面滑动摩擦力下列说法中正确的是() A．逐渐变小 B．逐渐变大 C．先变小后变大 D．大小不变 解析：本题考查力的平衡条件、胡克定律．物块在开始位置，受到重力G和支持力N，弹簧的拉力F＝kx0，F＋N＝G，N＝G－kx0；当物块滑到右边某一位置时，弹簧的伸长量为x，绳与地面的夹角为α，由竖直方向平衡，N′＋kx·sin α＝G，即N′＝G－kx0＝N，支持力不变化，滑动摩擦力f＝μN不变化，D正确． 答案：D 三、力的合成与分解 力有哪些分解方法？ 1．按力的效果分解法 (1)根据力的实际作用效果确定两个实际分力的方向； (2)再根据两个实际分力方向画出平行四边形； (3)最后由平行四边形知识求出两分力的大小． 2．正交分解法 (1)定义：把一个力分解为相互垂直的分力的方法． (2)优点：把物体所受的不同方向的各个力都分解到相互垂直的两个方向上去，然后再求每个方向上的分力的代数和，这样就把复杂的矢量运算转化成了简单的代数运算，最后再求两个互成90°角的力的合力就简便多了． (3)运用正交分解法解题的步骤 ①正确选择直角坐标系，通常选择共点力的作用点为坐标原点，直角坐标x、y的选择可按下列原则去确定：尽可能使更多的力落在坐标轴上．沿物体运动方向或加速度方向设置一个坐标轴． 17.如图是某同学对颈椎病人设计的一个牵引装置的示意图，一根 绳绕过两个定滑轮和动滑轮后各挂着一个相同的重物，与动滑轮相连的帆布带拉着病人的颈椎(图中是用手指代替颈椎做实验)，整个装置在同一竖直平面内．如果要增大手指所受的拉力，可采取的办法是() ①．只增加绳的长度 ②．只增加重物的重量 ③．只将手指向下移动 ④．只将手指向上移动 A .①④正确 B .②③正确 C .①③正确 D .②④正确 答案：B 18.作用于O点的三力平衡，设其中一个力大小为F1，沿y轴正方向，力F2大小未知，与x轴负方向夹角为θ，如图所示，下列关于第三个力F3的判断中正确的是() A．力F3只能在第四象限 B．力F3与F2夹角越小，则F2和F3的合力越小 C．力F3的最小值为F2cosθ D．力F3可能在第一象限的任意区域 答案：C 19.在去年5·12汶川大地震的救援行动中，千斤顶发挥了很大作用，如图所示是剪式千斤顶，当摇动手把时，螺纹轴就能迫使千斤顶的两臂靠拢，从而将汽车顶起．当车轮刚被手把顶起时汽车对千斤顶的压力为1.0×105 N，此时千斤顶两臂间的夹角为120°，则下列判断正确的是() A．此时两臂受到的压力大小均为5.0×104 N B．此时千斤顶对汽车的支持力为2.0×105 N C．若继续摇动手把，将汽车顶起，两臂受到的压力将增大 D．若继续摇动手把，将汽车顶起，两臂受到的压力将减小 解析：把压力分解，得到此时两臂受到的压力大小均为1.0×105 N，由牛顿第三定律，千斤顶对汽车的支持力为1.0×105 N，若继续摇动手把，两臂间的夹角减小，而在合力不变时，两分力减小． 答案：D 20.2008年北京奥运会，我国运动员陈一冰勇夺吊环冠军，其中有一个高难度的动作就是先双手撑住吊环，然后身体下移，双臂缓慢张开到如图2－3－15所示位置，则在两手之间的距离增大过程中，吊环的两根绳的拉力FT(两个拉力大小相等)及它们的合力F的大小变化情况为() A．FT增大，F不变 B．FT增大，F增大 C．FT增大，F减小 D．FT减小，F不变 四、物体的受力分析 21.在机场货物托运处，常用传送带运送行李和货物，如图所示，靠在一起的两个质地相同，质量和大小均不同的包装箱随传送带一起上行，下列说法正确的是() A．匀速上行时b受3个力作用 B．匀加速上行时b受4个力作用 C．若上行过程传送带因故突然停止时，b受4个力作用 D．若上行过程传送带因故突然停止后，b受的摩擦力一定比原来大 解析：由于两包装箱的质地相同，则动摩擦因数相同．无论两包装箱匀速、匀加速运动，ab之间均无相对运动趋势，故无相互作用力，包装箱b只受三个力的作用，选项A正确；当传送带因故突然停止时，两包装箱加速度仍然相同，故两者之间仍无相互作用力，选项C错误；传送带因故突然停止时，包装箱受到的摩擦力与停止前无法比较，所以选项D错误． 答案：A 22.如图所示，物体A靠在竖直墙面上，在力F作用下，A、B保持静止．物体B的受力个数为() A．2 B．3 C．4 D．5 解析：以A为研究对象，受力情况如下图甲所示，此时，墙对物体A没有支持力(此结论可利用整体法得出) 再以B为研究对象，结合牛顿第三定律，其受力情况如上图乙所示，即要保持物体B平衡，B应受到重力、压力、摩擦力、力F四个力的作用，正确选项为C.答案：C 思考讨论 (1)若物体A被固定在墙上，其他条件不变，则物体B可能受几个力的作用． (2)若将力F改为水平向左的力作用在物体B上，其他条件不变，则物体A、B分别受几个力的作用． 解析：(1)若A被固定在墙上，则B可能只受重力和力F两个力的作用，也可能受到重力、力F、A对B的压力、A对B的摩擦力四个力的作用． (2)把A、B作为一个整体受力情况如图甲所示，即整体受到重力、力F、墙对整体的压力和摩擦力四个力的作用． 以B为研究对象，受力情况如图乙所示，即B受到重力、力F、A对B的压力和摩擦力四个力的作用． 以A为研究对象，受力情况如上图丙所示，即A受到重力、墙对A的弹力和摩擦力、B对A的支持力和摩擦力共五个力的作用． 答案：(1)2个或4个(2)5个 4个 23．如图所示，斜面小车M静止在光滑水平面上，一边紧贴墙壁．若再在斜面上加一物体m，且M、m相对静止，小车后来受力个数为() A．3 B．4 C．5 D．6 解析：对M和m整体，它们必受到重力和地面支持力，因小车静止，由平衡条件知墙面对小车必无作用力，以小车为研究对象．如右图所示，它受四个力；重力Mg，地面的支持力N1，m对它的压力N2和静摩擦力f，由于m静止，可知f和N2的合力必竖直向下，故B项正确． 答案：B 24.如图所示，倾斜天花板平面与竖直方向夹角为θ，推力F垂直天花板平面作用在木块上，使其处于静止状态，则() A．木块一定受三个力作用 B．天花板对木块的弹力 N＞F C．木块受的静摩擦力等于mgcosθ D．木块受的静摩擦力等于mg/cosθ 解析：把木块所受的力沿平行天花板平面和垂直天花板平面分解：mgcosθ＝f，mgsinθ＋N＝F.所以木块一定受四个力作用，天花板对木块的弹力N＜F，因此A、B、D错误，C正确． 答案：C 25.如图所示，A、B两物体叠放在水平地面上，已知A、B的质量分别均为mA＝10 kg，mB＝20 kg，A、B之间，B与地面之间的动摩擦因数均为μ＝0.5.一轻绳一端系住物体A，另一端系于墙上，绳与竖直方向的夹角为37°，今欲用外力将物体B匀速向右拉出，求所加水平力F的大小，并画出A、B的受力分析图．(取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8) 解析：A、B的受力分析如右图所示 对A应用平衡条件 Tsin 37°＝f1＝μN1① Tcos 37°＋N1＝mAg② 联立①、②两式可得：N1＝＝60 N f1＝μN1＝30 N 对B用平衡条件 F＝f1′＋f2＝f1′＋μN2＝f1＋μ(N1＋mBg)＝2f1＋μmBg＝160 N 答案：160 为使学生的素质和能力满足企业和市场的要求, 进而能够在社会上立足, 高职高专土建类课程必须进行改革。我院在原有《建筑力学》的基础上将《结构力学》课程进行改革, 设立了《建筑结构体系受力分析与计算》课程。基于建筑工程技术专业学生顶岗实习情况调查, 以及毕业生在施工企业工作情况回访的基础上, 探讨教学改革问题。该课程的教改主要按以下步骤进行:课程教学反思和企业调查→教学理念更新→教学设计研究→课程教学→学习成果考核→评价改进。 1 该课程教学中存在的几个问题 《建筑结构体系受力分析与计算》是建筑工程技术学生的必修课, 该类课程是后续《建筑结构》《建筑工程施工》等课程的基础。如果力学、结构知识掌握情况不佳, 往往会导致学生在施工企业的后续发展受限制。而力学类课程本身就比较枯燥、抽象, 学习难度大, 确实存在一些需要改进之处。 1.1 教材更新速度较慢 高职高专的建筑力学教材一般都是在本科教材的基础上, 删减难度大的内容, 改编成难度适合专科层次的教材。总体上讲, 这类教材比较传统, 更新速度缓慢。传统教材更注重讲述纯理论知识、力学计算原理以及相关公式的推导, 忽略了把力学与日常生活和工程结构相结合, 也不注重基本概念的总结和分析方法的运用。由于传统教材很少将力学知识与建筑结构内容联系起来, 学生学到的仅是理论知识, 又不能活学活用, 专业实践能力很难从本质上得到提高。近几年不少高职院校开发的《建筑力学与结构》教材也存在或多或少的问题[1]。这样的教材不利于培养高职高专学生理论联系实际的能力, 很难为后续结构、施工等课程起好专业铺垫的作用。 1.2 教师自身专业素质需要提高 部分教师的工程经验偏少, 教学经验明显不足。 一些教师直接从一名大学毕业生成为高校教师走上讲台。有的老师甚至从来没有完整地参与或跟踪过一个小型工程, 非常缺乏在实际工程中的锻炼, 工程实践经验严重不足。如果教师自己都很难将工程实践与理论课程结合起来, 仅能将纯理论的内容教给学生, 那么学生理论联系实践的能力必然不高。 少数教师授课缺乏教学经验, 在给不同基础、不同接受能力、不同专业方向的学生授课时, 不做有针对性的备课, 讲授的进度快慢不做调整。还有极少数老师一味追求多媒体教学方式, 讲授力学课程时全部采用PPT授课, 而不用黑板, 难以达到较好的教学效果。随着学生的变化, 工程技术的更新, 教师在教学设计、教学方式方法上都应该努力创新。 1.3 学生学习效果不理想 高职高专的入学门槛低, 学生基础普遍较差, 确实也存在一些学生到学校读书仅为混文凭的现象, 但是大部分学生是愿意学习的。一般来讲, 学生更愿意学习他们自己认为有用的, 在实践中能立竿见影的操作类课程。 在高职高专课程中, 专业理论课的难度较大, 部分学生的学习基础差, 又很难集中精力认真听每一节课, 处于被动学习的状态。随着学习的深入, 知识越来越难, 学生很可能越听越吃力, 形成恶性循环, 学习热情下降, 还容易产生厌学情绪, 造成学习效果不理想。 2 课程教学改革内容 本课程教学改革主要调整《建筑结构体系受力分析与计算》的教学内容、方法以及教学模式等, 让该课程的教学为学生以后顺利走上工作岗位打下良好的基础。 2.1 优化教材, 调整教学内容, 创新教学模式 1) 优化传统教材。 查阅多种资料, 如力学教材、结构教材, 以及建筑施工等专业相关资料。从不同的教材等资料中寻找对本课程有帮助的内容, 将建筑结构、施工等课程, 以及建筑工程施工现场工作中有关内容作为案例、习题, 融入《建筑结构体系受力分析与计算》课程中。这样有利于学生对结构和受力分析知识的理解和掌握, 更有助于学生对知识的活学活用。 2) 更新课堂教学内容。 由于本课程通常在大一或大二上学期开设, 建筑结构、施工等课程在其后才开设, 所以在授课中最好尽可能地安排少量学时把学生带到工地和实训室进行观摩、了解, 并引导学生把所见的结构体系与结点、荷载、支座、梁、刚架等课程内容联系起来, 让学生对工程有一定的感性认识, 提高学生对本课程的兴趣。 在课堂教学中, 尽量把学习内容与学生以后可能的工作内容联系起来。例如, 在讲授梁的弯矩和剪力计算时, 结合弯矩图、剪力图, 拓展讲梁纵向受力筋、箍筋以及构造钢筋的受力和作用。还可以将模板设计、脚手架钢管稳定性的计算作为案例给学生讲授。 3) 改革教学方法。 在课堂上, 采用黑板板书、模具展示、视频资料和PPT投影等多种方式辅助教学, 帮助学生理解和掌握知识[2]。多采用启发式教学。教师作为引导人, 多提问, 多启发学生思考, 培养学生发现问题, 分析问题, 解决问题的能力。对学生分析正确之处, 多给予肯定, 提高学生学习的兴趣, 营造互动的教学氛围, 尽可能让学生在学习过程中发挥积极主动的作用。 教师与学生多做学习方面的交流, 获得更多的教学反馈。鼓励学生从生活、工程实践活动中发现受力计算的问题, 锻炼学生分析荷载、约束、结点的类型, 将实际结构转化成力学模型并进行简单计算的能力。在课堂上安排一定的时间, 让学生讲授自己已经解决的受力计算问题, 然后教师进行补充和评价总结。通过这样的过程可以锻炼学生的自学能力、表达能力和心理素质。 2.2 提高教师自身素质 就业市场不只对学生的能力提出了越来越高的要求, 实际上也给教师的素质提出了更高的标准。教师必须增加知识的储备, 丰富施工、结构、设备方面的知识, 积累实际工程经验, 不断提高专业水平和课堂教学能力。特别是刚毕业参加工作缺乏工程历练和教学经验的教师, 不仅需要参加教学能力培训, 还应该到工程项目上实践锻炼, 努力成为合格的双师型教师。 2.3 开展技能竞赛, 激发学生潜能 积极组织学生参加校内、校外相关的技能竞赛, 激发学生的潜能。我院近几年在校内开展了力学竞赛、纸材建筑模型大赛, 参与的学生较多, 取得的效果较好。在竞赛中, 学生在学中做, 做中学, 提高了学生的动手操作能力、计算能力, 也培养了他们吃苦耐劳的精神和团队协作能力。通过竞赛激发了学生对受力分析课程的兴趣, 更提高了他们分析问题、解决问题的能力。 3 结语 本课程通过一系列的改革, 激发了学生的学习兴趣, 提高了学生的学习积极性, 取得了一定的效果。但由于本课程的教学改革时间不长, 还需要进一步的努力。后续的改革仍然主要以学生就业、工作后的继续发展、社会需要为参考和指导, 围绕课程, 从本质上提高课程的教学质量, 增强学生学习的主动性和积极性, 为后续课程打下良好的基础, 培养出适应岗位需求的高素质建筑工程专业毕业生。 参考文献 [1]陶莉, 戴庆斌.高职《建筑力学与结构》课程教学改革初探[J].成人教育, 2012 (9) :105. 构件尺寸及配筋通常需要计算结构内力后确定, 但日常设计过程中, 往往需要短时间内确定构件尺寸及配筋, 因此, 如果掌握了结构在不同荷载边界条件下的受力规律, 就能迅速、准确的确定构件尺寸及配筋, 提高工作效率和技术精度。 1 计算方法、荷载条件及计算模型简述 1. 1 计算方法、荷载条件 计算方法以荷载结构法为基准, 顶板、侧墙不考虑与地层的协同工作, 地层荷载折算成土压力后直接施加于结构面; 结构基础底板考虑与地层的协同工作, 其与持力层的共同工作关系采用文克尔地基模型进行模拟, 即底板承受基础持力层变形产生的弹性抗力, 弹性抗力= 持力层变形 × 基床系数。 由于主要研究结构构件的受力规律, 因此, 对荷载条件做如下设定: 1) 抗浮水位取至地面; 2) 土层容重统一按20 k N/m3考虑; 3) 不考虑站台板荷载、列车荷载等有利荷载; 4) 迎土面结构构件主要考虑承受外部地层荷载, 不考虑装修、管线吊装等内部荷载; 5) 中板按设备荷载8 k Pa、人群荷载4 k Pa考虑。 1. 2 计算模型 采用通用有限元计算软件ANSYS进行模拟分析, 板、墙采用壳单元Shell63 进行模拟, 梁、柱采用杆单元Beam4 进行模拟。 Shell63 单元在文克尔地基模型中具有直接模拟壳体与地基协同工作的工作参数, 无需施加额外弹簧单元。梁、柱结点处Shell63 单元和Beam4 单元采用MPC148 刚性单元进行连接, 可实现梁的上翻、下翻模拟, 更接近实际工况。 以两柱三跨双层标准明挖矩形框架结构为例进行分析, 空间模型共取8 个柱跨, 每跨均按9 m计, 结构模型见图1。 2 顶板覆土厚度影响分析 按照常规概念理解, 顶板覆土厚度是较为重要的一个外部荷载边界条件, 对框架各构件的内力影响较大。选取3. 0 m, 4. 5 m, 6. 0 m三个不同覆土厚度进行计算, 分析在不同覆土厚度条件下车站中柱、纵梁、板、墙的受力规律。 2. 1 对车站中柱影响 柱在框架体系中是最重要、最经济的结构构件。主要内力为轴力。 柱顶—柱与顶板连接结点, 柱底—柱与底板连接结点。 根据图2, 图3, 柱轴力存在如下受力规律: 1) 各覆土厚度条件下, 中柱轴力均比边柱轴力大。 2) 随覆土增加, 柱底轴力与柱顶轴力的比值逐渐减小。例如本例中: 覆土3. 0 m时为1. 31, 覆土4. 5 m时为1. 23, 覆土6. 0 m时为1. 18。 3) 随覆土增加, 柱底、柱顶轴力均按相同线性比例增大。例如本例中: 覆土每增加1 m, 柱底、柱顶轴力均增加约1 650 k N。 2. 2 对车站纵梁影响 纵梁为框架体系中主要承载构件。纵梁一般按纯弯构件计算, 主要内力为弯矩。 根据图4, 图5, 纵梁弯矩存在如下受力规律: 1) 随覆土增加, 顶、底纵梁弯矩均增大且增加量较大, 中纵梁弯矩减小但减小量很小, 几乎可以忽略不计。 2) 随覆土增加, 顶、底纵梁弯矩增长呈线性趋势, 顶纵梁增长量比底纵梁大。例如本例中: 覆土每增加1 m, 底纵梁弯矩增加约373 k N·m, 顶纵梁弯矩增加约413 k N·m。 2. 3 对车站板、墙影响 板、墙构件体量较大, 因此其结构尺寸和配筋参数对整个框架造价影响较大。板、墙受压较大时, 可按压弯构件计算, 但为统计受力规律, 本文设定板、墙均按纯弯构件计算, 主要内力为弯矩。 根据图6, 图7, 板、墙弯矩存在如下受力规律: 1) 随覆土增加, 顶、底板弯矩均增大且增加量较大, 中板弯矩减小但减小量很小, 几乎可以忽略不计。 2) 随覆土增加, 顶、底板弯矩增长呈线性趋势, 顶板增长量比底板大。例如本例中: 覆土每增加1 m, 底板弯矩增加约99 k N·m, 顶板弯矩增加约109 k N·m。 3 基础持力层影响分析 底板基础持力层越坚硬, 基床系数越大。基床系数分别取50 MPa / m, 200 MPa / m, 500 MPa / m, 对应地层相当于土层、强风化层、中风化岩层。 根据图8, 图9, 底纵梁弯矩存在如下受力规律: 1) 随基床系数增大, 底纵梁弯矩减小且减小量较大, 顶、中纵梁弯矩减小但减小量很小, 几乎可以忽略不计。 2) 随基床系数增大, 底纵梁弯矩减小呈微弱非线性趋势, 例如本例中: 基床系数50 MPa/m ~ 200 MPa/m时, 每增加1 MPa/m, 底纵梁弯矩减小1. 44 k N·m, 基床系数200 MPa/m ~ 500 MPa/m时, 每增加1 MPa/m, 底纵梁弯矩减小0. 92 k N·m。 基床系数增大, 板、墙、柱主要内力均呈现减小趋势, 但减小量极小, 不影响构件尺寸及配筋, 因此可忽略不计。 4 结论与体会 本文以两柱三跨双层明挖矩形框架结构为例, 通过对不同覆土厚度、不同基础持力层条件下各构件内力的计算和分析, 得出了构件的内力变化规律, 由于计算以弹性理论为基础, 因此, 这些变化规律具有普遍性。 由于侧墙荷载变化对各构件的内力影响较小, 因为本文未细述, 其具体受力规律为: 当侧墙荷载减小时, 板、梁、柱主要内力均增大, 但增加量均不大, 相对来讲, 侧墙荷载对板、墙主要内力影响相对梁柱来说稍大。 本文得出的仅是趋势化的受力规律, 量化的受力规律需结合具体框架形式确定。建议可以针对具体框架形式, 根据趋势化的受力规律编制荷载—内力图表, 这样, 不通过计算, 就可以精确确定构件内力、尺寸及配筋, 进而可以简化设计程序, 提高工作效率。 摘要：以某地铁明挖车站为例, 采用ANSYS空间整体模型, 计算分析了在不同覆土厚度、不同基础持力边界条件下, 车站主要结构构件的内力变化规律, 得出了一些有价值的结论, 为地铁车站施工提供了依据。 关键词：地铁车站,ANSYS,覆土厚度,基础持力层 参考文献 [1]韩宁, 朱启东.地铁车站重合结构模型计算研究[J].山西建筑, 2015, 41 (8) :63-64. [2]王敏.地铁车站结构截面控制内力计算分析[J].现代城市轨道交通, 2013 (3) :72-74. [3]王呼佳, 彭帅.地铁明挖车站主体结构计算中的几个关键点[J].现代城市轨道交通, 2013 (2) :45-48. [4]代坤.明挖地铁车站空间计算模型与平面计算模型的对比分析[J].四川建筑, 2011, 31 (1) :126-130. [5]王丽梅, 赵宏强.地铁车站单元模型计算方法探讨[J].土工基础, 2015, 29 (2) :72-74. 钢筋混凝土整体式浅基础是小跨径桥涵设计中非常常见的基础形式之一。当桥涵位置处地质条件差或者暗桥涵填土比较高时对地基的承载力要求也比较高, 强夯置换、粉煤灰桩等地基处理亦满足不了要求时, 采用钢筋混凝土整体式浅基础相比桩基础要经济许多, 且施工工艺简单、便捷。但也有其圬工体积庞大、地基开挖量大等缺点。本文对整体式基础进行受力分析, 简要的介绍整体式基础配筋的计算方法。 2 受力分析 钢筋混凝土整体式基础可按在基础底面上作用了反向均布荷载、与台身整体连接的简支板进行计算。整体式基础上作用的均布荷载, 可按地基土承担的竖向力在基底全面积上平均分布计算, 即“倒梁法”。简图如图1、图2: 3 浅基础的配筋计算 3.1 均布荷载q的计算 均布荷载q是由地基土承担的竖向力反作用在基础底面上计算得出, 取沿涵长方向1m计算。 G1:钢筋混凝土盖板的重量 (kN) G2:台身的重量 (kN) G3:襟边土的重量 (不包含板顶填土的重量) (kN) G4:板顶填土重G4=土的容重×填土高度 (kPa) q1:横载产生的均布荷载= (G1+ G2+ G3) / (L+2×a) (kN/m) q2:活载产生的均布荷载 (由汽车荷载的分布宽度、分布长度和板顶的填土高度计算得出) q:均布荷载=1.2× q1+1.4× q2 (kN/m) 3.2 跨中弯矩M0的计算 R:支反力=q× (L+2×a) /2 (kN) M1:支反力R对跨中产生的弯矩=R×L/2 (kN.m) M2:均布荷载对跨中产生的弯矩= q× (L/2+a) 2/2 (kN.m) M0:跨中弯矩= M2-M1 3.3 简支板的弯矩计算 根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》4.1.2条, 简支板弯矩可简化计算为: 支点弯矩 (整体式基础墙身处弯矩) =-0.7M0 跨中弯矩 (整体式基础跨中处弯矩) =0.7M0 3.4 简支板的抗弯计算 Md:弯矩组合设计值=0.7M0 (kN) γ0:结构重要性系数 ξb:相对界限受压区高度 (mm) h0:梁的有效高度 (mm) b:截面宽度 (mm) x:受压区高度 (mm) fcd:混凝土轴心抗压强度设计值 (MPa) fsd:钢筋抗拉强度设计值 (MPa) 正截面抗弯承载力应符合下式: γ0×Md=fcd×b×x× (h0-x/2) 解方程求出x后, 若x≤ξb×h0, 则计算出抗弯需要的钢筋面积As=1000×fcd×x/fcd (mm) 3.5 简支板的抗剪计算 3.5.1 截面尺寸的验算 Vd:作用效应所产生的最大剪力组合值= q×L/2 (kN) γ0:结构重要性系数 h0:梁的有效高度 (mm) b:剪力组合设计值处的截面宽度 (mm) γ0×Vd≤0.51×10-3× (fcu, k) 1/2×bh0 (kN) 上式应满足, 若不满足则应加大截面尺寸或提高混凝土强度等级。 a2:预应力混凝土提高系数, 钢筋混凝土受弯构件a2=1.0;预应力混凝土受弯构件a2=1.25;但当由钢筋合力引起的截面弯矩与外弯矩的方向相同时, 或允许出现裂缝的预应力混凝土受弯构件, 取a2=1.0。对于暗桥涵钢筋混凝土整体式基础取a2=1.0。 3.5.2 抗剪承载力验算h0:梁的有效高度 (mm) b:剪力组合设计值处的截面宽度 (mm) ftd:混凝土抗拉强度设计值 (MPa) γ0×Vd≤0.50×10-3×a2×ftd× bh0 (kN) 板式结构上式右边计算时可乘以1.25的提高系数。对于暗桥涵钢筋混凝土整体式基础是按简支板计算, 因此可采用下式计算: γ0×Vd≤1.25×0.50×10-3×a2×ftd× bh0 (kN) 若满足上式的要求可不进行斜截面承载力的验算, 仅按构造要求配置箍筋。 根据大量的实际工程计算经验, 一般情况下暗桥涵钢筋混凝土整体式基础均可不进行斜截面承载力的验算, 仅按构造要求配置箍筋。 3.6 裂缝宽度验算 裂缝宽度可根据下式计算: 其中 上式中, C1:钢筋表面形状系数, 光面钢筋为1.4, 带肋钢筋为1.0; C2:长期效应影响系数, C3:与构件受力性质有关的系数, 钢筋混凝土板式受弯构件为1.15, 其他受弯构件为1.0, 轴心受拉构件为1.2, 偏心受拉构件为1.1, 偏心受压构件为0.9; σss:钢筋应力; d:纵向受拉钢筋直径; ρ:纵向受拉钢筋配筋率, 对钢筋混凝土构件当ρ>0.02时取ρ=0.02, 当ρ<0.006时取ρ=0.006;对于轴心受拉构件ρ按全部受拉钢筋截面面积AS的一半计算; bf:构件受拉翼缘宽度; hf:构件受拉翼缘厚度。 裂缝控制的配筋面积根据上述公式反算。 3.7 小结 根据以往的实际工程计算经验, 按上述的计算方法得出的钢筋混凝土整体式基础配筋是由裂缝控制的, 且配筋较多, 故按此模式计算的配筋数量不再随意增加。 4 结语 按上述模式计算的整体式基础下缘配筋较多, 笔者认为偏于保守, 可以考虑整体式基础支撑处刚性角范围内的基础下缘不配置钢筋, 在非刚性角范围内设置一层防裂钢筋网即可, 如图3: 当跨径较小的涵洞, 基础下缘亦可不配置钢筋, 如图4: 综上所述, 本文针对工程实践中经常遇到的暗桥涵钢筋混凝土整体式浅基础进行了受力分析, 并给出了基础上下缘的配筋计算方法, 大量的实际工程经验证明方法是可行的、安全的。但由于笔者水平有限, 本文提出的观点有待于进一步完善和验证。 摘要：对暗桥涵钢筋混凝土整体式基础进行受力分析, 并简要介绍了配筋的计算方法。 关键词：钢筋混凝土,整体式基础,刚性角,倒梁法 参考文献 [1]JTG D62-2004, 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]. 关键词：TEREX3311E矿用汽车,轮边减速器,理论传动比计算,受力分析 1 引言 TEREX3311E矿用汽车轮边减速器采用两级减速的结构形式, 因其使用和维修性能较好, 很多的超重型矿用汽车轮边减速器采用这种结构形式, 有其传动和受力上的独特特点。但是, 该轮边减速器两级减速的结构比常用的单级NGW行星齿轮减速的轮边减速器以及两个NGW行星齿轮减速串联的轮边减速器结构复杂。本文通过对TEREX3311E矿用汽车轮边减速器进行理论传动比计算和主要传动零件的受力分析, 介绍了计算和分析的思路、结论, 可为TEREX3311E矿用汽车轮边减速器相似结构设计过程中提供参考。 2 轮边减速器结构说明 传动原理图如图1。 图1中的动力输入轴为车桥的半轴, ac-b为第一级行星齿轮传动, a′-c′-b′为第二级行星齿轮传动, a、a′为太阳轮, c、c′为行星轮, b、b′为齿圈, H、H′为齿圈。第一级行星齿轮传动处于车辆的外侧, 第二级行星齿轮传动处于车辆的内侧。第一级行星齿轮传动的行星架H与第二级行星齿轮传动的太阳轮连成一体, 第二级行星齿轮传动的行星架H′与第一级行星齿轮传动的齿圈b和图中的轮毂连成一体, 第二级行星齿轮传动的齿圈b′相对桥壳固定。 动力从动力输入轴输入, 经两级行星齿轮机构后, 从轮毂输出。 3 传动比计算 3.1 方法1 为利用构件角速度的关系得到传动比的方法。 由式 (1) 、 (3) 、 (4) 、 (5) 得: 由式 (6) 得: 即, 该传动比即为动力从动力输入轴输入到轮毂输出的轮边减速器传动比。 式中, ia H:从a到H的传动比;Zb:齿圈b的齿数;Za:太阳轮a的齿数;iHab:行星架H固定, 从a到b的传动比;ωa:太阳轮a的角速度;ωb:齿圈b的角速度;ωH:行星架H的角速度;ia′H′:从a′到H′的传动比;Zb′:齿圈b′的齿数;Za′:太阳轮a′的齿数;iH′a′b′:行星架H′固定, 从a′到b′的传动比;ωa′:太阳轮a′的角速度;ωb′:齿圈b′的角速度;ωH′:行星架H′的角速度;iab:从a到b的传动比;ia H′:从a到H′的传动比。 3.2 方法2 第一级行星轮系中, 传递至齿圈b (行星架H′) 的旋向与第二级行星轮系中传递至行星架H′的旋向相反, 所以我们可以先把齿圈b看成是固定轮, 求得两级串联NGW型行星齿轮传动的传动比, 然后再减掉第一级行星轮系中齿圈b的反向转动部分传动比, 即为轮边减速器的传动比。计算如下: , 即为所求。 4 受力分析及必要说明 假定动力输入轴的输入力矩为M, 即输入到太阳轮a的力矩为M, 不考虑传动效率和地面附着, 理论上我们即认为从轮毂 (即行星架H′) 输出的力矩为, 这由前述传动比的计算可以得到。其实在具体的设计过程中, 我们更关心力矩在各传动零部件中的传递情况, 以便完成传动零部件的设计。 参照传动比计算方法2, 即在受力分析过程中, 我们仍然按照两级串联NGW行星齿轮传动受力分析思路进行处理, 然后将得到的受力情况进行必要的叠加。按所述思路, 第一级行星轮系行星架H输出的力矩 (即输入到第二级行星轮系太阳轮a′的力矩) 为 (1+Zb/Za) M, 第二级行星轮系输出到行星架H′的力矩为, 行星架H输出力矩到第二级行星齿轮传动太阳轮不存在力矩叠加的情况, 第二级行星轮系输出到行星架H′的力矩与第一级行星轮系齿圈输出的力矩 (Zb/Za) M存在叠加的情况, 即行星架H′最终输出的力矩为。假定第一级行星齿轮传动的行星轮数目为N, 第二级行星齿轮传动的行星轮数目为N′, 不考虑行星齿轮传动的载荷不均匀系数, 则第一级行星齿轮传动一个行星轮传动应向外输出的力矩为 (1+Zb/Za) M/N, 第二级行星齿轮传动一个行星轮传动应向外输出的力矩为。 完成上述零件的受力分析后, 便可以借助分析思路和结论对相似结构行星齿轮传动零件进行齿轮和行星齿轮轴等的设计计算、强度校核等, 齿轮传动和行星齿轮轴等的设计, 可参阅有关资料。 轮边减速器内的轮边减速器壳, 行星架等均为常规的受力零件, 其受力分析相对简单, 在此不对其进行受力分析。 5 结语 本文通过对TEREX3311E矿用汽车轮边减速器进行理论传动比计算和主要传动零件的受力分析, 介绍了该轮边减速的传动和受力特点, 以及该两级轮边减速器结构中主要传动零件的计算和分析思路、结论, 可为TEREX3311E矿用汽车轮边减速器相似结构设计提供参考。 参考文献 [1]孙桓, 陈作模.机械原理[M].北京:高等教育出版社, 2001. 近年来, 电力基础设施建设规模的不断扩大, 电网的运行和施工事故不断增多。据全国近十年事故统计, 有50%以上是在施工过程中发生的, 而追究其原因, 设计中未考虑施工过程中诸多因素或对施工过程中复杂与突发情况未进行应有受力分析, 以及实际运行维护过程或技改大修项目未有关于输电线路力学的实际计算, 而导致事故的, 占有相当比例。所以, 对于输电线路方面的力学计算显得尤为重要。其中基于设计方面的计算已经很多, 而基于输电线路现场实际方面的计算应用软件则少有提及, 为此, 对输电线路受力计算软件的初步开发进行介绍。 1 架空线路各种受力荷载分析 (1) 架空输电线路的杆塔按受力的特点可分为直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔和终端杆塔。耐张杆塔是能承受较大的两侧导线张力的杆塔, 在正常运行时, 能承受导线对杆塔的不平衡张力, 在事故断线情况下, 能承受住导线对杆塔的断线张力, 使断线故障的影响范围限制在与断线点相邻的两耐张杆塔之间;在架线施工中可作为紧线操作塔或锚塔。转角杆塔位于线路转角处, 终端杆塔应用于于线路的首端和末端。这两种杆塔的型式与耐张杆塔相似。转角杆塔所受的垂直线路力向水平力除风压力外, 还有导线张力引起的角度合力, 终端杆塔能承受单侧导线张力。正常工况下, 铁塔两侧的导线张力基本保持平衡。但在铁塔两侧导线不均匀时 (如覆冰的情况下) , 受力平衡状态被破坏, 铁塔两侧产生张力差, 铁塔会向张力大的一侧发生倾斜、弯曲, 在超过一定允许值后, 铁塔杆件发生拉、压破坏, 导致铁塔折断、倒塌。 (2) 输电线路塔主要承受风荷载、冰荷载、线拉力、恒荷载、安装或检修时的人员及工具重以及断线、地震作用等荷载。设计时应考虑这些荷载在不同气象条件下的合理组合, 恒荷载包括塔、线、金具、绝缘子的重量及线的角度合力、顺线不平衡张力等。断线荷载在考虑断线根数 (一般不考虑同时断导线及避雷线) 、断线张力的大小及断线时的气象条件等方面, 各国均有不同的规定。 (3) 挂点受力的主要来源。在输电线路上, 导线的弧垂是影响其拉力大小的重要变量。在设计时给出的弧垂表, 往往与现场实际运行后的情况有所出入, 有时甚至偏差很大, 这就造成了按图纸无法得出正确受力的情况, 所以需要计算与论证导线的弧垂。 直线杆塔上仅受到导线的垂直荷载, 所以不管是导线挂点、绝缘子、杆塔挂点, 受到的均是该挂点两端导线至弧垂点的垂直分力。若能查得该塔的垂直档距, 就可以很简单地计算出该挂点受力。垂直档距为L1的弧垂最低点与L2的弧垂最低点之间的水平距离。垂直档距可用软件或用弧垂板来确定, 但往往与现场有出入, 垂直档距没有固定的计算式。 耐张绝缘子串受到的不仅仅为垂直分力, 还有水平分力。这个分力在输电线路中称为张力。它将导线的垂直重力作用化解为水平方向, 但实际几乎不存在完全水平的导线, 所以, 导线与铁塔总会存在着一个夹角α。 2 基于受力点的软件开发的公式 受力点分析如图1所示。 若f_1-f_2<0, 则I_AC=1/2 I-h;若f_1-f_2>0, 则I_AC=1/2I+h。f_1, f_2, I, h为输入值, 其中, f_1为A标塔挂点海拔高度, f_2为B标塔挂点海拔高度, I为档距, h为高差。 计算公式: 其中, Q为导线计算质量 (可以通过数据库表查询, 计算过程需要将kg/km换算为kg/m) , G为重力 (=9.8N/kg) , θ为输入值。 可以将导线视为柔索, 则导线上仅受切面拉力。导线不同点地方自身重量不同, 切向张面拉力也不同。即弧垂点仅受水平拉力, 而挂点的受力必然为最大, 等于水平拉力加上导线重力。所以, 在输电线路现场仅需测量挂点与铁塔的夹角, 便可以根据夹角、导线质量密度、档距、悬点高差计算出挂点实际受力。该受力大小将决定工器具选择、施工方法及相应安全措施。 3 结语 输电线路运行与检修工作中, 需要处理很多的绝缘子问题, 为了保证电网的可靠性运行, 往往采用非常严谨的带电检修作业。但绝缘子受力、挂点受力、导线受力计算都制肘于图纸, 脱离了现场。通过研究与计算, 很好地解决了目前存在的问题, 但计算方法的精度还有待提高, 需进一步研究。 参考文献 [1]甘凤林, 文凡, 石礁.输电铁塔结构动力学形状优化研究[J].电力学报, 2009, (01) [2]许秋艳, 谭社红, 曲付国.基于应力比的满应力优化设计方法研究[J].山西建筑, 2007, (33) [3]胡珊.特高压输电概述[J].科技传播, 2011, (16) [4]彭汉华.特高压输电技术分析[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2009, (10) [5]冯博.软件安全开发关键技术的研究和实现[D].北京:北京邮电大学, 2010受力分析计算 篇5
受力分析计算 篇6
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