受力设计（共11篇）
受力设计 篇1
随着人们对住宅, 特别是高层住宅平面与空间的要求越来越高, 原来普通框架结构的露梁露柱、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。于是在原有剪力墙的基础上, 吸收了框架结构的优点, 逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的异形柱框架结构型式。这种新的结构由于在很大程度上克服了普通框架与普通剪力墙结构的缺点, 受到了建筑师的肯定, 更得到了住户与房产商的欢迎。
1 关于异形柱
异形柱是指柱截面摈弃了惯用的矩形柱, 而采用多个小墙肢的组合截面柱子, 由剪力墙演变而来。柱肢截面中各肢高厚比不大于4, 常用的有L形、T形和十形, 亦有采用Z形。柱肢宽度一般使用与墙体相同的厚度, 一般为200~250mm, 不大于300mm。肢长较大, 《规程》规定不小于500mm, 一般为600~800。除此之外, 不等肢异形柱肢高比一般不超过1.6, 各肢截面厚度不能相差过大。
2 异形柱框架结构的特点
由于截面的特殊性, 使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大, 导致各向刚度不一致, 其各向承载能力也有较大差异;
对于长柱 (H/h>4) 可以不考虑剪切变形的影响, 控制轴压比较小时, 受力明确, 变形能力较好。而对短柱 (H/h<4) , 剪切变形占有相当比例, 构件变形能力下降。异形柱通常在短柱范围, 且属薄壁构件, 即使发生延性的弯曲形破坏, 也因截面曲率M/EI或εcu/χ (εcu为砼的极限压应变, χ为截面受压区高度) 较小, 使弯曲变形性能有限, 延性较差;
异形柱由于是多肢的, 其剪切中心往往在平面范围之外, 受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力, 这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力, 而该剪应力的存在, 使柱肢易先出现裂缝, 也使得各肢的核心砼处于三向剪力状态, 它使得异形柱较普通截面柱变形能力低, 脆性破坏明显;
特别是异形柱不同于矩形柱, 它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况, 其延性更差。由国内外大量的试验资料和理论分析, 异形柱的破坏形态为:弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等, 影响其破坏形态的因素有:荷载角、轴压比、柱净高与截面肢长比 (剪跨比) , 配箍率以及箍筋间距S与纵筋直径D的比值等。由于其受力性能的复杂, 设计中必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证其强度和延性。
3 结构的受力分析
3.1 整体计算分析
异形柱的存在和不同的布置对结构整个抗侧力刚度影响很大, 总体来讲相对于同样布置的同截面矩形柱结构, 异形柱结构的整体性要好, 刚度略有增强;而单结构形式来讲, 异形柱结构的刚度介于普通框架和框架剪力墙之间。文献[2]对8度区-6层住宅分别采用矩形柱和异形柱框架进行设计, 然后分别采用SATWE和CRSC程序对比分析, 结果表明在地震作用下异形柱结构的底部剪力要比矩形柱框架结构大16%~26%左右, 各层柱的平均剪力和节点剪力也比矩形柱框架大很多。异形柱结构的受力特点介于普通框架柱和剪力墙之间, 结构的抗震性能比较差, 因此, 对异形柱结构应按空间体系考虑, 宜优先采用具有异形柱单元的计算程序进行内力与位移分析。因异形柱和剪力墙受力不同, 所以计算时不应将异形柱按剪力墙建模计算。
对异形柱框架结构, 一般宜按刚度等效折算成普通框架进行内力与位移分析。当刚度相等时, 矩形柱比异形柱的截面面积大。一般比值 (A矩/A异) 约在1.10~1.30之间。因此, 用矩形柱替换后计算出的轴压比数值不能直接应用于异形柱, 建议用比值 (A矩/A异) 对轴压比计算值加以放大后再用于异形柱。
对有剪力墙 (或核心筒) 的异形柱结构, 由于异形柱分担的水平剪力很小, 由此产生的翘曲应力基本可以忽略, 为简化计算, 可按面积等效或刚度等效折算成普通框架—剪力墙 (或核心筒) 结构进行内力与位移分析。按面积等效更能反映异形柱轴压比的情况, 且面积等效计算更为简便。但应注意, 按面积等效计算时, 须同时满足下面两式:
(1) A矩=A异; (2) b/h= (Ix异/Iy异) 1/2
式中, A矩、A异——分别为矩形柱和异形柱的截面面积;
b、h——分别为矩形截面的宽和高;
Ix异、Iy异——分别为异形柱截面x、y向的主形心惯性矩。
但这种等效转化后的计算模型仍与实际结构有较大出入, 由于异形柱肢长比较大, 与梁相交时梁柱重叠部分较大, 形成类似与壁式框架的梁柱刚域, 梁的计算长度大大减小, 实际结构的侧向刚度比计算模型大, 导致地震力计算偏于不安全, 文献[3]对柱内力在程序计算结果的基础上乘以约1.1的放大系数或者加大周期折减度以适当考虑其影响。考虑到受力后异形柱结构反应复杂, 抗震性能不好, 为符合“三水准两阶段”的抗震设计思路, 地震作用计算后梁柱的内力调整都相对要求更严格些。
3.2 截面承载力
柱肢截面的差异, 导致柱肢平面内外两个方向的截面特性相差较大, 异形柱截面在轴压力及弯矩剪力共同作用下, 正截面承载力的计算是一个十分复杂的问题, 因为柱截面中和轴一般不与弯矩作用平面相垂直, 也不与截面边缘平行, 其位置随截面尺寸、混凝土强度、配筋率及荷载角等诸多因素的变化而变化。进而导致柱肢平面内外两个方向的惯性矩差异明显, 进而侧向刚度相差较大, 对不等肢的截面表现尤甚。因此普通柱正截面抗弯验算的计算公式并不适用于异形柱, 《规程》将异形柱截面划分为有限个混凝土单元和钢筋单元, 仍然采用平截面假定给出了双向偏压的正截面承载力验算公式。
由于多肢的存在, 其截面的剪力中心往往在截面外, 受力后主要依靠柱肢交点处的核心混凝土协调变形和传递内力, 导致各柱肢内存在相当大的剪应力和翘曲应力, 柱肢易首先出现裂缝, 核心混凝土处于三向受剪状态, 变形能力降低, 脆性破坏特征明显。
异形柱的斜截面受剪承载力也随荷载作用方向而变化, 但对同一方向的地震作用由于翼缘的有利作用, 通常比等面积矩形柱高, 文献[4]表明, T形截面柱的受剪承载力至少为同截面面积矩形柱的1.15倍, L形柱则基本相同。
3.3 节点强度
普通框架只要梁柱截面满足规范构造要求, 节点核心区面积大, 除二级或更高抗震等级的节点外, 一般不需要特别进行节点抗剪验算。但异形柱框架的肢厚不大, 节点核心区有效水平截面积小。另外, 异形柱由于轴压比的要求, 通常肢长较大, 相对同截面面积的矩形柱来讲, 刚度大, 地震作用大, 相应的节点剪力比相同布置下 (柱面积相等) 的矩形柱结构大很多。因此异形柱框架节点一般都需要验算节点抗剪强度。同时, 异形柱肢厚度偏薄, 节点斜压机制引起的核心区斜压力相对较大, 钢筋握裹性能差, 施工质量的可靠性也难以满足。
异形柱截面形式的不同, 其节点受剪承载力也差别较大。十形截面柱的翼缘布置在节点截面中间受力最大的部位, 翼缘的作用得以充分发挥, 节点受剪承载力与同截面面积的矩形柱相差不大, T形截面次之, L形相差最大, 受剪承载力下降最大。文献[5]研究表明:L形、T形、十形柱节点的受剪承载力比具有相同有效截面的矩形柱节点分别低33%、17.5%、8%左右, 且用于矩形柱框架节点抗剪验算的公式已不适用于异形柱节点, 在高烈度地区控制异形柱结构适用高度的参数已不单单是柱轴压比, 而是节点区的强度。因此在设计时必须进行节点区的强度验算。
4 构造措施
异形柱的受力情况复杂, 结构延性相对较差, 单纯依靠目前的程序计算配筋尚难满足结构抗震的延性要求, 因此必须加强构造措施, 从概念出发, 保证结构具有足够的安全度。
4.1 结构平面布置
异形柱框架应设计成双向刚接梁柱抗侧力体系, 根据结构平面布置和受力特点, 可设计成部分异形柱部分矩形柱的形式, 特别注意在受力复杂部分采用矩形柱。平面布置宜使结构平面刚度均匀对称, 尽量控制或减小扭转效应:竖向布置注意体型力求简单规则, 避免过大的外挑内收, 避免楼层刚度沿竖向突变;柱网尺寸不易过大, 一般不超过6m, 柱矩大梁高也大, 一方面建筑净空难以满足要求, 另一方面柱承受的轴力也大, 轴压比高, 于抗震不利。为保证梁板对异形柱节点的约束, 宜采用现浇楼盖。
4.2 轴压比及柱配筋
对于柱而言, 控制其延性的因素很多, 不管对矩形柱还是异形柱, 轴压比无疑是最重要的控制条件之一, 其侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降, 对异形柱更应从严控制。这可以通过控制柱距、采用轻质墙体、优化结构平面布置改善。柱肢端承受梁传来的集中荷载, 局部压应力大, 可设置暗柱。曹万林等《钢筋混凝土带暗柱异形柱抗震性能试验及分析》表明:带暗柱异形柱与普通异形柱相比, 承载力及延性和耗能能力有显著提高。
异形柱截面的剪力中心与截面形心不重合, 剪应力的存在使柱肢先于普通矩形柱的剪压构件出现裂缝, 产生腹剪破坏, 导致柱脆性显著, 延性普遍低于矩形柱。而且柱截面可能出现单纯翼缘受压, 此时柱的延性最差, 因此需要进一步提高异形柱的抗剪能力。除此之外, 尽量避免短柱的出现, 对剪跨比小的短柱要采取相应的加强措施, 以免形成薄弱环节。
4.3 节点构造
节点已经成为异形柱结构的薄弱环节, 考虑到节点处钢筋的锚固以及保证节点区混凝土浇筑的质量, 柱钢筋数量不宜过多且直径不宜过大。
5 结束语
异形柱结构具有广阔的应用前景, 但其受力性能具有自己的独特性, 目前仍需要进一步研究以完善设计理论, 开发更适用的设计软件, 提高工程设计效率, 便于推广运用。
参考文献
[1]JGJ 149-200.混凝土异形柱结构技术规程
[2]黄锐.抗震设防高烈度区异形柱结构设计应注意的两个问题.建筑结构.2005 (5)
[3]沈伟, 汪杰.南京虎啸小区09栋住宅异形框架设计.建筑结构.2001 (11)
[4]李建辉.论述异形柱轻型框架的设计.福建建筑高等专科学校学报.2000 (2)
[5]曹祖同, 陈云霞等.钢筋混凝土异形柱框架节点强度的研究.建筑结构.1999 (1)
受力设计 篇2
摘 要：画物体受力图一节内容不仅是教学的重点，更是教学的难点。教师应在画受力图的方法、画研究对象的轮廓图、每个力方向的确定及物体系受力图的画法等方面进行重点讲解并举实例说明，以引导学生理解本节内容。教师讲完后，再布置一些典型例题让学生练习，以加深对本节内容的理解，进而掌握本节内容。
关键词：物体受力图 难点 突破
画物体受力图，不但是求工程构件约束反力的基础，也是材料力学对工程构件进行强度、刚度计算的基础。本节内容是有难度的，主要表现在约束类型的多样，约束与被约束物体的接触方式的多样性。这些错综复杂的关系，给确定约束反力增加了难度。另外，对有些物体的约束反力（铰链约束反力，固定铰链支座约束反力）的确定，需要用二力杆，三力杆平衡汇交原理或作用、反作用等知识来判别。究竟用什么知识来判别，这需要对题目进行分析才能确定。这些都给分析约束反力造成一定的难度。基于以上分析，笔者认为在实际教学中应注意下面几点。
一、正确应用画受力图的方法
最常用的是隔离法，是把所选的研究对象单独从物体系中“拿出”，再画出它所受力的方法。此法可使学生分清施力物体与受力物体，从而正确地画出物体所受到的力。
二、正确画出研究对象的轮廓图
三、正确确定各个力的方向
（作者单位：江苏省扬州技师学院）endprint
摘 要：画物体受力图一节内容不仅是教学的重点，更是教学的难点。教师应在画受力图的方法、画研究对象的轮廓图、每个力方向的确定及物体系受力图的画法等方面进行重点讲解并举实例说明，以引导学生理解本节内容。教师讲完后，再布置一些典型例题让学生练习，以加深对本节内容的理解，进而掌握本节内容。
关键词：物体受力图 难点 突破
画物体受力图，不但是求工程构件约束反力的基础，也是材料力学对工程构件进行强度、刚度计算的基础。本节内容是有难度的，主要表现在约束类型的多样，约束与被约束物体的接触方式的多样性。这些错综复杂的关系，给确定约束反力增加了难度。另外，对有些物体的约束反力（铰链约束反力，固定铰链支座约束反力）的确定，需要用二力杆，三力杆平衡汇交原理或作用、反作用等知识来判别。究竟用什么知识来判别，这需要对题目进行分析才能确定。这些都给分析约束反力造成一定的难度。基于以上分析，笔者认为在实际教学中应注意下面几点。
一、正确应用画受力图的方法
最常用的是隔离法，是把所选的研究对象单独从物体系中“拿出”，再画出它所受力的方法。此法可使学生分清施力物体与受力物体，从而正确地画出物体所受到的力。
二、正确画出研究对象的轮廓图
三、正确确定各个力的方向
（作者单位：江苏省扬州技师学院）endprint
摘 要：画物体受力图一节内容不仅是教学的重点，更是教学的难点。教师应在画受力图的方法、画研究对象的轮廓图、每个力方向的确定及物体系受力图的画法等方面进行重点讲解并举实例说明，以引导学生理解本节内容。教师讲完后，再布置一些典型例题让学生练习，以加深对本节内容的理解，进而掌握本节内容。
关键词：物体受力图 难点 突破
画物体受力图，不但是求工程构件约束反力的基础，也是材料力学对工程构件进行强度、刚度计算的基础。本节内容是有难度的，主要表现在约束类型的多样，约束与被约束物体的接触方式的多样性。这些错综复杂的关系，给确定约束反力增加了难度。另外，对有些物体的约束反力（铰链约束反力，固定铰链支座约束反力）的确定，需要用二力杆，三力杆平衡汇交原理或作用、反作用等知识来判别。究竟用什么知识来判别，这需要对题目进行分析才能确定。这些都给分析约束反力造成一定的难度。基于以上分析，笔者认为在实际教学中应注意下面几点。
一、正确应用画受力图的方法
最常用的是隔离法，是把所选的研究对象单独从物体系中“拿出”，再画出它所受力的方法。此法可使学生分清施力物体与受力物体，从而正确地画出物体所受到的力。
二、正确画出研究对象的轮廓图
三、正确确定各个力的方向
高层建筑结构设计和计算受力 篇3
一、结构选型
对于高层结构而言, 在工程设计的结构选型阶段, 结构工程师应该注意以下几点:
(一) 结构的超高问题
在抗震规范与高规中, 对结构的总高度都有严格的限制, 尤其是新规范中针对以前的超高问题, 除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外, 增加了B级高度的建筑, 因此, 必须对结构的该项控制因素严格注意, 一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度, 其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中, 出现过由于结构类型的变更而忽略该问题, 导致施工图审查时未予通过, 必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况, 对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
(二) 嵌固端的设置问题
由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防, 嵌固端有可能设置在地下室顶板, 也有可能设置在人防顶板等位置, 因此, 在这个问题上, 结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面, 如:嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题, 而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
(三) 短肢剪力墙的设置问题
在新规范中, 对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙, 且根据实验数据和实际经验, 对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制, 因此, 在高层建筑设计中, 结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙, 以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
二、高层建筑结构分析方法
(一) 计算分析基本假定
高层建筑结构要完全精确地分析三维空间结构是十分困难的。需要通过各种分析方法对计算模型进行不同程度的简化。以下是一些常见的假定:
1.弹性假定
目前实用的高层建筑结构分析方法都是使用的弹性计算方法。这一假定符合建筑结构的工作状况, 因为在一般风力作用下, 建筑结构一般都处于弹性工作阶段。
2.小变形假定
小变形假定也是各种高层建筑结构实用分析方法中普遍采用的基本假定。对几何非线性问题的研究认为:当顶点水平位移与建筑物高度的比值大于1/500的时候, 就必须重视几何非线性问题的影响。
3.刚性楼板假定
刚性楼板假定在对高层建筑结构进行分析的时候, 一般假定楼板自身平面内的刚度是无限大的, 平面外的刚度则为零。这就简化了计算方法, 减少了结构位移的自由度。
(二) 高层建筑结构受力分析方法
1.框架一剪力墙结构的高层建筑内力与位移的计算分析, 大都采用连梁连续化假定。可由框架结构与剪力墙水平位移或转角相等的位移协调条件, 建立位移与外荷载之间关系的微分方程进行求解。
2.剪力墙结构的受力特性与变形主要取决于墙体的开洞情况。单片剪力墙按其受力特性的不同, 可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙等各种类型, 不同类型的剪力墙结构其截面应力分布的规律也不相同, 计算结构内力与变形位移时需采用相对应的计算方法。
3.按照对计算模型处理的手法不同, 筒体结构的实用分析方法通常可分为:等效连续化法、等效离散化法和三维空间分析法。等效连续化方法的具体应用包括有连续化微分方程求解法、有限单元法、能量法等;等效离散化方法则包括等代角柱法、核心筒的框架分析法等;相对于等效连续化方法和等效离散化方法的筒体结构计算模型, 完全按三维空间结构建立计算模型来分析筒体结构体系的受力性能更为精确。三维空间分析法将高层筒体建筑结构体系看作是由若干个空间梁单元、空间柱单元和薄壁柱单元组合而成的空间杆系结构体系进行计算分析, 更符合受力结构体系的实际工作状态。
三、工程概况
本工程为某房地产有限公司开发的11楼, 工程主体地上30层, 地下2层, 结构总高度为93, 800米, 地上部分首层商铺及架空、其余为住宅, 地下部分为停车库。结构类型为框支剪力墙结构。本地区的基本风压为0.35k N/m2, 地面粗糙度类别为C类, 风载体型系数1.4。抗震设防烈度为6度, 设计基本地震加速度为0.05g, 水平地震影响系数最大值α为0.04设计地震分组为第一组。
对于高层建筑所采用框架剪力墙结构体系, 其中裙楼以住宅及塔楼电梯间为主核心筒, 楼梯间为若干个小型剪力墙筒体, 其余位置布置框架柱, 柱距7.2～9.8m。通过调整筒体剪力墙厚度和增减剪力墙数量, 使主楼的形心与刚心重合, 避免结构产生较大的扭转。住宅塔楼为了有效地确保建筑功能, 采用框支剪力墙结构, 并适当在平面设置结构转换层, 住宅上部标准层采用剪力墙结构, 剪力墙布置考虑建筑功能, 可保证两户打通的需要。本工程地下室不设防震缝, 裙楼于住宅塔楼柱外侧设置防震缝一道, 兼作温度缝, 缝宽300mm。在设计过程中, 合理确定各构件的截面尺寸, 使绝大部分构件以合理经济的指标进行设计, 如楼板厚度的选择对结构造价影响较大, 因此需在设计中以满足强度与刚度要求的情况下选取较小的厚度, 同时与各设备专业密切配合, 只在局部埋设暗管的部位增加板厚, 避免为设计便利而增加构件尺寸的情况。
合理选用基础方案与基坑支护方案, 对于高层建筑结构及其带有地下室的情况, 由于基础及基坑支护的造价在结构工程中占有很大部分, 对工程造价的影响也较大。因此, 在设计过程中, 应当对高层建筑结构的基础设计与基坑支护设计多方案经济比较, 从而选取较为经济的方案进行设计。
鉴于高层结构其涉及到构件繁多, 而且其受力较为复杂, 尤其是风荷载与重力荷载起着决定作用, 为此必须对构件材料的选取、经济性以及构件受力方面更加着重考虑。结合本工程设计实践, 笔者总结了高层建筑结构设计时可采取的有效设计措施, 以确保结构在良好受力的前提下, 仍有效地保证工程的经济性。
四、高层结构布置要点
(一) 采用新型轻质墙体材料
高层建筑结构鉴于其重力荷载较大, 因此设计时应尽可能地选取轻质材料, 如本工程拟采用容重<11k N/m3的轻质墙材作为非承重的分户、分室、厨厕隔墙 (机房隔墙除外) , 控制及减轻建筑物总自重, 并由此控制各层楼板和构件钢筋含量。
(二) 采用高强度钢筋替换低强度的钢筋, 合理采用Ⅱ、Ⅲ级钢筋
鉴于Ⅲ级钢筋的强度设计值360N/mm2, Ⅱ级钢筋的强度设计值300N/mm2, 盘圆钢筋的强度设计值210N/mm2, 工程实践表明, 当采用二、三级钢筋代替一、二级钢筋用于楼板配筋、梁、柱箍筋, 可减小用钢量约20%, 有效地节约成本。因此在设计板钢筋及梁柱箍筋中应当合理采用Ⅱ级钢筋, 同时在梁柱主筋中合理采用Ⅲ级钢筋, 以有效地提高钢筋强度设计值, 减少钢筋用量, 降低构件最小配筋率或体积配箍率, 达到节约工程投资的目的。
(三) 采用根据弯矩包络图设计的方法进行梁配筋
由于现在运用的计算机结构计算软件多数采用空间杆系计算方法, 计算结果及配筋未考虑框架柱支座宽度的影响。若考虑此影响, 框架梁面钢筋的配筋可以适当减少。采用弯矩包络图设计的方法可考虑此因素, 同时在钢筋截断位置的确定上可以进一步优化。
(四) 结构分析
本工程使用中国建筑科学研究院PK.PMCAD工程部编制的结构分析程序《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》 (2004年5月版) 对结构进行整体分析。分析中考虑楼板开洞的影响, 上部结构与地下室作为一个整体, 上部结构的嵌固点位于±0.000;地震作用和风荷载按两个主轴方向作用, 同时考虑5%的偶然偏心地震作用下的扭转影响。通过采取上述的结构设计措施, 经结构分析, 本工程的主要控制参数结果表明, 本工程的各项控制参数均满足规范要求, 而且经济上表现客观。
五、结语
物体受力分析 篇4
1.重力
产生：物体在地面上大学网或地面附近，由于地球的吸引而使物体受到的力但又不能说重力就是地球对物体的引力。
方向或者说是垂直于水平地面的。重力也不是恰好指向地球的球心
大小：根据二力平衡条件可知，物体受到的重力等于物体静止时对竖直悬绳的拉力或对水平支持面的压力。
作用点：重心。形状规则、质量分布均匀物体的重心在其几何中心。用悬挂法可以找薄板状物体的重心。重心不一定在物体上
2.弹力
产生条件：接触、发生弹性形变（接触力、被动力）
方向：作用在使之发生形变的物体上，与接触面垂直（点接触时，垂直于过接触点的切面），指向形变前的位置，一个物体形变产生的弹力不会作用于自身
常见的弹力：弹簧的弹力、绳的拉力、压力和支持力
大小：弹簧的弹力大小遵守胡克定律f=kx，劲度系数k（N/m）
3.摩擦力
产生条件：接触、接触面不光滑、有正压力、发生相对运动和相对运动的趋势（接触力、被动力，有摩擦力必有弹力）
方向：沿接触面，与相对运动或相对运动趋势的方向相反
大小：
（1）.滑动摩擦力f=μFN，动摩擦因数μ，FN指物体对接触面的正压力，其大小与接触面对物体的支持力等大.
（2）.静摩擦力f0、最大静摩擦力fm可由二力平衡条件求，fm略大于滑动摩擦力，在近似计算时，fm近似等于滑动摩擦力
摩擦力既可以做阻力，也可以做动力。
二、受力分析基本步骤.
受力分析是指分析物体实际所受力的情况，在对物体进行受力分析时要注意防止“漏力”和“添力”现象,按一定的步骤和顺序进行受力分析是防止“漏力”的最有效的.措施.一般情况下对物体进行受力分析可按照以下步骤：
1.明确研究对象，并把研究对象隔离出来.
2. 分析重力：地面附近的物体一定受到地球对物体的重力作用。
3.观察跟研究对象接触的物体，并逐个分析与这些接触物对研究对象的弹力、摩擦力（先分析弹力再分析摩擦力） 当很难判断是否受弹力、静摩擦力时，可根据假设法进行判断.
4.只分析研究对象所受的力，不分析研究对象对其它物体所施加的力.
5.为了使问题简化，将物体简化，将所有力的作用点都画在物体的重心上.（对杆进行受力分析时例外）
整体法
若研究对象是几个物体组成的，这时可以将这几个物体视为一个整体来对待，然后分析和求解某个力。
三.实例分析
1.分析满足下列条件的各个物体所受的力，并指出各个力的施力物体.
（5）沿传送带匀速运动的物体 （2）在力F作用下静止水（
1）沿水平草地滚动的足球
平面上的物体
V V
3）在光滑水平面上向右（
（6）沿粗糙的天花板向右（4）在力F作用下行使在
运动的物体球 运动的物体 F>G 路面上小车
2.对下列各种情况下的物体A进行受力分析
（3）静止在斜面上的物体 （2）沿斜面上滑的物体A （1
）沿斜面下滚的小球，
（接触面光滑）
接触面不光滑.
A
（4）在力F作用下静止在物块A （5）各接触面均光滑 斜面上的物体A.
3. 对下列各种情况下的物体A进行受力分析，在下列情况下接触面均不光滑.
v
（3）向上爬杆的运动员
（1）A静止在竖直墙面上 （2）A沿竖直墙面下滑
（6）在拉力F作用下静止
在斜面上的物体A
（5）静止在竖直墙面 （4）静止在竖直墙面
轻上的物体A 轻上的物体A
A进行受力分析（各接触面均不光滑）
B同时同速向右行（ 1）A、（2）A、B同时同速向右行使向 使向
（4）静止的杆，竖直墙面
光滑 A
（6
）小球静止时的结点
A
（7）沿电梯匀速上升
5.对下列物体作受力分析
A沿着斜面向上运动 以上A都处于静止状态 A沿着墙向上运动 A沿着水平面向右运动
6． A物体都静止，分析A物体的受力情况
7． 分析下列物体所受的力(竖直面光滑，水平面粗糙)
ABB
A
8.分析物体在水平面上物体A和B的受力
（图中A、B相对静止匀速向右运动）（图中A、
B相对静止加速向右运动）
分析A和B物体受的力 分析A和C受力
浅谈物体受力分析 篇5
关键词：物体受力
受力分析就是把选定的物体（通常称为研究对象）在特定的物理环境中所受到的所有的力找出来，并画出它的受力示意图的过程。很多学生都是凭自己的感受分析一个物体的受力情况，没有一定的科学方法，结果漏洞百出，不是多算一力就是少算一个力，我们知道，力是改变物体运动状态的原因，所以物体运动状态的改变是由于它所受各种力作用的结果，而这些力间的相互关系也正由物体的运动状态来反映。而平衡和运动问题是高考的热点，二者都离不开物体的受力分析。下面我就简要谈谈如何对物体进行受力分析。
一、物体受力分析一般采取以下的步骤
1.明确研究对象。可以是某个物体也可以是整体。合理选取研究对象，并把它从周围的物体中隔离出来。所选取的研究对象要受力情况清楚，与所求的力和己知力有联系，并能简单方便的求解。若要对几个物体进行受力分析，应先隔离受力简单的物体，后分析受力较复杂的物体。受力分析的对象可以是绳子的结点、也可以是一般的物体或物体组成的系统，这要根据问题的实际和需要来确定。
2.按照分析力的一般顺序找力。先重力，再弹力（弹力包括压力、支持力、拉力等）、后摩擦力（动摩擦力和静摩擦力），最后其他力（如：磁场力，电场力、分子力等）。必要时要用力的概念和产生条件或假设法判断这个接触力是否存在.即接触力的分析要“两看：一看已经受的力所产生的作用效果，二看物体所处的运动状态”。
3.画物体受力图，没有特殊要求，则画示意图即可，即不需要精确画出力的大小，只要把力的方向画正确，作用点画出（共点力）并大概画出力的大小即可。特别要注意同一个物体只能画出一个作用点，这个作用点一般就画在物体的重心上，这样便于力的分析。同时画受力图时，注意a.力的作用点可沿作用线移动.b.各个力的符号。
4.验证：a.每一个力都应找到对应的施力物体b.受的力应与物体的运动状态对应。
二、高中物理受力分析的辅助手段
（1）牛顿第二定律（物体有加速度时）
（2）牛顿第三定律（内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上）
（3）物体的平衡条件（共点力作用下物体的平衡条件是合力为零）
三、物体受力分析时应注意以下几点
1.防止“漏力”和“添力”每分析出一个力，应找出该力的的施力物体和该力对物体产生的效果，否则，该力的存在就值得考虑。（l）严格按照受力分析的步骤进行分析是防止“漏力”的有效措施；注意寻找施力物体是防止“添力”的有效办法。找不到施力物体的力肯定是不存在的。（2）有弹力才可能有摩擦力，弹力与摩擦力的方向相互垂直。
2.只分析研究对象所受的力，不分析研究对象施给其他物体的反作用力。
3.不要把物体的受力分析和力的合成与分解相混淆，“合力”是物体实际所受各力的“等效力”，“分力”是从一个力的作用效果“等效”出来。“合力”、“分力”都不是物体受到的真实力，因此在分析受力时，不要画出“合力”、“分力”的图示，即要保持其原滋原味。
4.为使问题简化，常要忽略某些次要的力，如物体运动速度不大时的空气阻力及水的阻力，轻杆、轻绳、轻滑轮等轻质物体的重力可以不考虑等等。
5.当解决问题先后要对几个物体进行受力析时，通常会先分析受力个数较少的物体的受力。
6.物体受到的多个力的作用点可以平移到同一点上，一般为重心处。
例1一个物体沿斜面向下滑，此時受到哪几个力的作用？
解析：物体此时受到重力、支持力和摩擦力三个力的作用，容易错误分析成：认为还受到一个沿斜面向下的下滑力，实际上是不受这个力的，因为找不到施力物体。
例2A、B、C三木块叠放在水平桌面上，对B物体施加一水平向右的推力F，三木块均静止，分别分析三个物块受到的力。
解析：A物体受两个力的作用：重力和B对A的支持力
B物体受五个力的作用：重力、推力F、C对B的支持力、A对B的压力、C对B的摩擦力
C物体受五个力的作用：重力、地面对C的支持力、B对C的压力、B对C的摩擦力、地面对C的摩擦力。
例3：如图1—6所示，小车上固定着一根弯成α角的曲杆，杆的另一端固定一个质量为m的球，试分析下列情况下杆对球的弹力的大小和方向：（1）小车静止；（2）小车以加速度a水平向右运动；（3）小车以加速度a水平向左运动。
解析：此题杆对球的弹力与球所处的运动状态有关。分析时应根据不同的运动状态具体分析。（1）小车静止时，球处于平衡状态，所受合外力为零，因重力竖直向下，所以杆对球的弹力F竖直向上，大小等于球的重力mg，如图1—7甲所示。
（2）当小车向右加速运动时，因球只受弹力和重力，所以由牛顿第二定律F=ma得，两力的合力一定是水平向右。由平行四边形法则得，杆对球的弹力F的方向应斜向右上方，设弹力F与竖直方向的夹角为θ，则由三角知识得：F=（mg）2+（ma）2，tanθ=a/g如图1—7乙所示。
（3）当小车向左加速运动时，因球只受弹力和重力，所以由牛顿第二定律F=ma得，两力的合力一定是水平向左，由平行四边形法则得，杆对球的弹力F的方向应斜向左上方，设弹力F与竖直方向的夹角为θ，则由三角知识得：F=（mg）2+（ma）2，tanθ=a/g如图1—7丙所示
可见，弹力的方向与小车运动的加速度的大小有关，并不一定沿杆的方向。杆对球的弹力方向不一定沿杆，只有当加速度向右且a=gtanθ时，杆对小球的弹力才沿杆的方向，所以在分析物体与杆固定连接或用轴连接时，物体受杆的弹力方向应与运动状态对应并根据物体平衡条件或牛顿第二定律求解。
受力设计 篇6
1 工程概况
本工程位于深圳某地区, 是一大型地下雨水调蓄池工程。为单建掘开式地下工程, 采用框架结构梁板柱结构体系, 设计为地下一层, 工程长224 m, 宽87.6 m, 顶板覆土厚度2m, 土的天然重度为18 kN/m3, 地下水位按-1.5 m考虑, 主体剖面如图1所示。
初步设计结构调蓄池条件如下: 混凝土均为C35 S8 。 柱网为6 000 mm×6 000 mm, 框架柱为800 mm×800 mm, 中间拉梁层无楼板:主梁 500 mm×1 000 mm, 次梁350 mm×800 mm; 顶板层:主梁500 mm×1 200 mm, 次梁350 mm×800 mm, 400 mm×900 mm。地下侧墙厚800 mm, 局部1 000 mm。底板700厚, 顶板300厚, 侧墙高14 550 mm, 底板下设抗浮锚杆;顶板上荷载为2 000 mm覆土, 及部分絮凝池底板传递荷载。沿池底板、侧墙、顶板每30 m设置后浇带, 在主框架1/3范围内设置宽度1 000 mm的后浇带。
2 结构荷载
主要荷载统计见表1。
3 空间计算模型
此结构顶板、侧墙、底板采用壳单元模拟, 梁柱结构采用空间梁柱单元模拟, 作用在结构上的荷载, 边界条件按实际输入, 其计算模型如图2、图3所示。
4 空间计算模型结果与分析 (对比SATWE与SAP2000)
4.1 SATWE 计算结果
由程序读出各构件内力简图 (以顶板层框架梁为例, 图4、图5) , 可直观得出结构受力分布情况, 根据程序自动转化配筋简图, 可作为施工图计算依据。
4.2 SAP2000计算结果
根据SAP2000读出构件的内力简图 (以顶板层框架梁为例, 图6、图7) , 可直观看出结构受力分布情况, 根据梁板柱构件内力统计表可遴选出最大内力值, 从而可由构件计算出配筋值。
由两种程序计算比较详见表2。
5 结 语
在大型地下雨水调蓄池结构设计中, 三维空间计算软件与空间有限元计算软件均可采用。在大型结构设计中, 用空间有限元计算更接近实际情况, 使得投资可控经济效益明显, 三维空间计算软件偏于安全, 二者各有特点。
受力设计 篇7
1 常用临时支座形式
在以往的桥梁工程临时支座设计中, 常用的临时支座形式有以下几种。
1.1 硫磺砂浆支座 (钢筋混凝土支座)
强度高、整体性能好, 配置一定的精轧螺纹钢后, 抗倾覆能力较高, 但其中电路线容易损坏, 一旦电路线损坏, 凿除硫磺砂浆的困难程度将加大。
1.2 砂箱临时支座
砂箱易拆除, 可以重复使用, 但对加工的要求较高, 要求砂由良好的级配, 承载力和钢桶尺寸及加工水平有关, 最好使用圆形钢桶。
1.3 砖临时支座
制作简单, 施工方便, 好凿除, 但同时也有它的局限性, 就是砖容易在梁体重量很大的情况下压碎, 在大于20m的简支梁施工时就不能使用。
1.4 木墩支座
对木头的材质和含水量要求很高, 必须使用强度较高的柳木及榆木、松木等, 而且含水量要适中, 含水最大, 木墩变形大, 容易损坏, 含水量小, 本身就容易开裂, 造成过早损坏。而且通过以往大桥使用木墩发现了新的问题, 就是拆除困难, 尤其木墩较矮的时候, 墩台较高的时候, 需要时间长, 凿除又费力, 无论从安全和时间上考虑, 都不理想。
2 临时支座设计及构造
临时支座采用钢筋混凝土支座的形式。每排由两个混凝土支座构成, 一个墩上共4个临时支座。临时支座平面如图1所示。
单个临时支座由一个承压混凝土块与32根Φ32mm精轧螺纹钢筋组成。混凝土块中心距桥墩横桥向中心线l225 mm, 单个临时支座混凝土承压面尺寸为1900mm×850mm。混凝土采用C40, 精轧螺纹钢筋, 抗拉强度标准值830MPa。
3 临时支座受力分析
3.1 计算模式及步骤
施工过程中最大悬臂阶段临时支座受力最为不利, 利用BSAS软件对最大悬臂状态下的多种对称与不对称受载图式展开力学分析。力学模式为两排支承下的双悬臂结构。计算中不考虑永久支座的承压能力, 计算主要步骤如下。
1) 计算临时支座的承载力。
2) 建立悬臂施工下的模型, 计算单种荷载情况下临时支座所承受的力。包括梁体自重, 施工机具荷载, 挂篮荷载, 不平衡浇筑荷载, 风荷载等。
3) 利用线性叠加原理, 考虑多种施工模式在多种荷载同时作用下的临时支座承受的力, 对支座进行检算。
3.2 不平衡弯矩计算
3.2.1 节段浇注差
按一端多浇注1/2节段考虑, 最后一个悬浇节段砼体积约为20.5m3。
G=20.5/2×26.5=271.6kN
M1=271.6×25.25=6855.4kN·m
3.2.2 挂篮移动不同步
按一侧挂篮走行到位, 另一侧未动考虑, 根据施工经验, 确定挂蓝、模板、施工机具重为450kN, 且施工机具位置考虑一个阶段差, 则:
M2=450×3.5=1575kN·m。
3.2.3 梁体自重不均匀 (如胀模等)
考虑一侧梁体比另一侧梁体重5%, 最不利一侧的弯距见表1。
M3=5%×∑Gi×e
=5%×66426.159
=3321.3kN·m。
3.2.4 风荷载
按一侧风力为100%, 另一侧为50%考虑。
风压值:基本风压W0=500Pa。
基本风速:
undefined
设计基准风速Vd∶Vd=K1V10;
式中:K1——考虑不同高度和地表粗糙度的无量纲参数。
桥址区属Ⅱ类场地, 高度约为12.85m。
取K1=1.30,
Vd=1.30×25.3=32.9m/s
施工阶段:Vundefined=0.84×32.9=27.6m/s
竖向风荷载:
undefined
式中:ρ——空气密度, 一般取1.225;
Cv——系数, Cv=0.75×0.4=0.3 。
ρv=1/2×1.225×27.62×0.3×13
=1820kg/m=18.6kN/m
M4= (1/2ρvL2) ×50%
= (1/2×18.6×27.252) ×50%
=3453kN·m
3.2.5 最大不平衡反力
在最大双伸臂施工阶段, 由上述四种荷载产生的总不平衡弯矩为:
组合1:M=6855+3321+3453=13629kN·m
组合2:M=1575+3321+3453=8349kN·m
取绕Mx=15000kN·m作为施工的 (绕横向轴X轴) 纵向不平衡弯矩。横向 (绕纵向轴Y轴) 根据BSAS模型分析结果取11050kN·m。
4 临时支座检算
4.1 强度验算
根据设计图, 中支点支座最大反力12102.6kN, 绕横向X轴最大不平衡弯矩15000kN·m, 绕纵向Y轴最大不平衡弯矩为11050kN·m。
每个墩布置4个临时支座, 双向不平衡弯矩及竖向力由4个临时支座共同承担, 假定梁底为刚性, 则临时支座可以看成一个整体, 作为偏心受压构件按照铁路工程设计规范计算。
4.1.1 绕桥横向轴弯矩作用
混凝土正应力为:σh=4.97MPa<=[σh]=17.55MPa;受压钢筋应力为:σg′=35.35MPa<=[σg′] =230.00MPa;受拉钢筋应力为:σg=36.51MPa<=[σg]=780.00MPa。
4.1.2 绕桥纵向轴弯矩作用
混凝土正应力为:
σh=10.16MPa <=[σh]=17.55MPa;受压钢筋应力为:σg′=66.90MPa<=[σg′]=230.00MPa;受拉钢筋应力为:σg=n×σh× (h-x-a) /x= 99.52MPa<=[σg]=780.00MPa。
4.1.3 累加作用
混凝土最大正应力:σh=4.97+10.16=15.13MPa<=[σh]=17.55MPa;
受压钢筋最大应力为:σg′=35.35+66.90=102.25MPa<=[σg′];
受拉钢筋最大应力为:σg=36.51+99.52=136.03MPa<=[σg′]=780.00MPa。
满足规范要求。
4.2 临时支座抗倾覆能力计算
抗倾覆计算思路如下:以受压支座为旋转中心, 稳定系数K0按下式计算:
K0=稳定力矩/倾覆力矩
绕X轴的稳定力矩= (36×3.1415926×0.032×0.032/4) ×747×1000×2.72=58827kN·m;
绕Y轴的稳定力矩= (36×3.1415926×0.032×0.032/4) ×747×1000×3.175) =68668kN·m。
绕X轴, 即纵向稳定系数K0=58827/15000=3.92;
绕Y轴, 即横向稳定系数K0=68668/11050=6.21。
5 临时支座检算结论
经以上计算可知, 临时支座能满足偏心受压、抗倾覆的要求, 结构是安全的。
为确保悬臂施工的安全性, 提出如下建议:
1) 施工中施工材料、机具等尽量少堆放, 必须堆放, 尽量保证悬臂两侧平衡, 或尽量堆放于悬臂根部。
2) 悬臂浇筑混凝土时, 尽量使两边同时浇筑, 无法同浇筑时, 可采取分阶段交替浇筑。在混凝土分阶段交替浇时, 两侧悬臂端浇筑的混凝土最大不平衡量应严格控制在5方以内。
3) 临时支座应设置一定的普通构造钢筋, 临时支座与梁、桥墩接触面应设置钢筋网片。
参考文献
[1]陈伟, 李明.桥梁施工临时结构设计[M].北京:中国铁道出版社, 2002.
[2]艾晓东, 蔡金火.悬灌粱0#段托架的几种形式及混凝土防裂措[J].西部探矿工程, 2000 (5) :42-44.
[3]范东, 赵恩芳.连续箱粱特大桥临时支座的设计与施工[J].广东公路交通, 2002 (增刊) :90-91.
某筒仓滑模平台的受力分析与设计 篇8
滑模施工具有混凝土连续性好、无施工缝、表面光滑、速度快、材料消耗少的优点，被广泛应用于筒仓、烟囱、冷却塔等大型圆形平面构筑物以及钢框架—混凝土核心筒高层结构体系的内筒等。滑模施工工艺由模板、围圈、支承杆、液压千斤顶、顶架、操作平台和吊架等组成。其中操作平台的体系和形式影响到施工的组织和效率，因此本文结合某内径为30 m、高度为45 m的钢筋混凝土筒仓滑模施工，进行30 m直径圆筒仓滑模操作平台的分析设计。
1 结构体系
本操作平台采用辐轴式承重结构，中部设半径r=7.5 m大圆洞，圆洞处设上下双层刚性圆环，其中受拉的下层环和受压的上层环的中心高差为2.6 m，上环梁截面为□320×200×8×8，下环梁截面为2[16a焊接而成的矩形截面。半径r=7.5 m～15 m范围为施工操作平台，用作施工过程中钢筋、设备等的堆放和人员操作平台。平台的辐射梁为6°一榀的2个[16a槽钢组成的钢梁，共计60榀，在r=7.5 m处辐射梁的间距l=0.785 m;在r=15 m处梁的间距l=1.570 m。梁的两端分别简支于上层内环梁和筒仓内壁处的吊架杆件上。为了减小辐射梁平面外的计算长度，上翼缘沿环向设L70×5受拉系杆三道，并配以相应的斜向支撑。
上下层内环梁之间通过规格为Ⅰ14工字钢形成的刚性撑杆相连;下层内环梁和筒仓内壁处吊架杆件之间通过d=30 mm的圆钢拉杆相连，拉杆位置和辐射式平台梁相对应，共计60根。这样辐射梁、下拉杆和上下环之间的撑杆就组成了一个三角形的基本结构单元，进而形成了辐轴式的施工平台。平台上的施工荷载通过基本结构单元传递到吊架，最后传递到支承杆。吊架处的连接节点即为施工平台的支座，平台的结构计算模型如图1所示。
2 施工平台的受力分析
2.1 施工平台的荷载
本文利用SAP2000进行受力分析，程序中自动考虑梁自重，这里仅分析结构的外部荷载。结合施工实际，取平台板和施工堆载的总荷载标准值为3.0 k N/m2，那么受拉系杆分隔的四段辐射梁受到的外荷载并不相同，近似的认为每段为一个均布荷载，其计算过程见表1，结构单元的加载见图2。
2.2 施工平台的内力分析和构件验算
在满布荷载的作用下，由SAP2000分析平台结构的受力。由于结构的对称性，只需要取如图3所示的典型单元来进行内力分析。
计算分析时，梁自重分项系数取1.2;活荷载的分项系数取1.25，这样形成荷载组合1(COMB1)，即:
计算构件的最大控制内力为:
辐射梁:轴力N=-44.07 k N，弯矩M=33.82 k N·m，为压弯构件;
上内环梁:轴压力N=-421.05 k N;
下内环梁:轴拉力N=519.8 k N;
内环撑杆:轴力N=-18.10 k N;
拉杆:轴力N=57.7 k N;
支座的设计反力为40 k N。
在上述构件中，除受压的上环梁以外都可以参照GB 50017-2003钢结构设计规范进行验算，经验算本文所选截面均满足要求。这里关键是进行上部内环梁的验算，因为受压环形梁在规范中并没有给出明确的公式。
对□320×200×8×8截面的圆环梁，参照文献[1]的稳定计算公式有平面内临界荷载:
609 968 N=610 k N>421 k N。
满足要求。
至于平面外的临界承载力，有:
满足要求。
2.3 施工平台的位移验算
对于竖向位移，辐射梁跨中点的位移为6 cm，扣除上内环处竖向2.4 cm的影响，辐射梁跨中的位移0.048 m，为跨度的1/156。变形大于钢结构规范中关于平台梁的挠度容许值，但考虑到施工平台的临时性质和对结构、对位移的敏感性，该位移可以接受。
3 提升架验算
这里有必要验算提升圆钢管的承载力和提升架的受力变形问题。平台服务于30 m内径圆筒仓，仓壁的厚度为420 mm，所以提升架内外吊杆之间的中心间距取为1 000。考虑滑模顶升后混凝土浇筑高度为200 mm，先期浇筑300 mm高度的混凝土强度较低，不能对圆管起到约束作用，所以取提升钢管的下部按固端考虑，约束位置为-0.58 m标高(辐射梁的中心高度对应0.000)。顶部的约束位置设计为标高1.0 m。当提升架有倾斜的变形趋势时，下端的模板会对其提供侧向的约束，为此考虑环向连梁的作用，建立如图4，图5所示的提升架空间计算模型。施加荷载为上文计算得到的支座反力标准值，即39/1.25=31 k N，作用点位置为标高0.000处，见图6。
计算可得吊杆下节点处位移值很小，不会影响滑模的提升。其内力如图7，图8所示，钢管的轴力设计值为43 k N。另外，提升架内平面外的弯矩特别小，184点的水平反力设计值仅为0.78 k N，可见环梁提供了环向刚度并受到了较大的轴压力。在这种情况下，提升钢管可以按照下端固端，上端铰接设计。取轴压力N=43 k N对D50X4无缝钢管爬杆进行验算，结果证明其截面满足设计要求。
4 施工过程中的注意事项
考虑本操作平台的结构性质，结合分析中的受力特性，施工时应注意以下事项:
1)本平台采用的辐轴式承重结构属于对称结构，平台上堆载应尽量对称放置，并以靠近仓壁一侧为好。经计算，若仅在半个圆环上堆载，由于斜拉杆不能受压，将会使空载的一侧抬升，受载的一侧下降，产生较大的变形，导致结构不安全;2)顶升时，尽量减少平台上的堆载。
5 结语
本操作平台是我们为30 m圆筒仓特意设计的操作平台，其7.5 m宽的平台很好地解决了施工中材料临时堆放、设备放置和人员操作问题，通过工程实践证明本方案使用效果较好。
摘要：利用SAP2000设计软件,对某30 m直径圆筒仓滑模施工平台进行设计验算,结果证明该设计满足工程需要,并结合分析过程中出现的不利情况,提出了相应的加强措施和使用注意事项,为同类平台的设计提供了参考。
关键词：滑模施工,操作平台,受力分析,稳定分析
参考文献
[1]陈绍蕃.钢结构稳定设计指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.
[2]GB50017-2003,钢结构设计规范[S].
[3]刘光强.仓顶重载荷大直径筒仓滑模施工技术[J].山西建筑,2010,36(11):72-75.
受力设计 篇9
这种结构的特点是:
1) 由于截面的这种特殊性, 使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大, 导致各向刚度不一致, 其各向承载能力也有较大差异;
2) 对于长柱 (H/h>4) 可以不考虑剪切变形的影响, 控制轴压比较小时, 受力明确, 变形能力较好。而对短柱 (H/h<4) , 剪切变形占有相当比例, 构件变形能力下降。异形柱通常在短柱范围, 且属薄壁构件, 即使发生延性的弯曲形破坏, 也因截面曲率M/EI或εcu/χ (εcu为砼的极限压应变, χ为截面受压区高度) 较小, 使弯曲变形性能有限, 延性较差;
3) 异形柱由于是多肢的, 其剪切中心往往在平面范围之外, 受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力, 这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力, 而该剪应力的存在, 使柱肢易先出现裂缝, 也使得各肢的核心砼处于三向剪力状态, 它使得异形柱较普通截面柱变形能力低, 脆性破坏明显;
4) 特别是异形柱不同于矩形柱, 它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况, 其延性更差。由国内外大量的试验资料和理论分析[2], 异形柱的破坏形态为:弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等, 影响其破坏形态的因素有:荷载角、轴压比、柱净高与截面肢长比 (剪跨比) , 配箍率以及箍筋间距S与纵筋直径D的比值等。由于其受力性能的复杂, 设计中必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证其强度和延性。
目前, 异形柱结构设计还没有统一的国家规范, 仅有两部地方性法规, 即广东省标准DBJ/T15-15-95和天津市标准DB29-16-98可供参考。
在进行异形柱结构设计时, 除满足高规中对结构布置要求外, 还应注意几个方面的问题:
1) 异形框架的计算
由于其截面的特殊性, 在柱截面对称轴内受水平力作用时, 弹性分析计算其翘曲应力很小, 此时如同承受水平力的偏压构件, 仍可按平截面假定分析, 按砼设计规范计算, 特别是在框——剪, 框——筒结构中, 对6度及其以下烈度区的Ⅰ、Ⅱ类场地, 框架柱只承担水平风载的一小部分, 如按一般偏压柱计算, 误差较小。此时异形柱可用等刚度等面积代换成矩形柱后由程序进行整体分析。而在水平力较大, 且水平力作用在非主轴方向, 则翘曲应力不容忽视, 按平截面假定误差较大, 则应对异形柱框架结构进行有限元分析, 决定内力和配筋位置及大小。在进行内力计算和配筋计算时, 宜选用带有异形柱计算功能的计算软件。现在有一些软件没有异形柱截面形式, 如要用它进行计算, 要先进行等刚度等面积换算成矩形柱, 进行整体分析, 得到双向内力后再进行异形柱的截面设计, 其工作量相当大, 且截面设计的可靠性不高。目前, 国内可直接进行异形柱截面内力计算和截面设计的软件有建研院的TAT、SATWE程序, 广东省建院的SS、SSW程序以及天津大学的钢筋砼异形柱结构配筋计算程序CRSC。这些程序均用数值积分法进行正截面配筋设计, 准确性较高, 经过大量工程校算, 能有效地满足结构安全性要求。
2) 轴压比控制
对框架结构, 框-剪结构, 柱的延性对于耗散地震能量, 防止框架的倒塌, 起着十分重要的作用, 且轴压比又是影响砼柱延性的一个关键指标。由试验结构分析[3], 柱的侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降。
在高轴压比情况下, 增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小, 因而轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要, 特别是异形柱结构剪力中心与截面形心不重合, 剪应力使砼柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝, 产生腹剪破坏, 加上异形柱多属短柱, 这些导致异形柱脆性明显, 使异形柱的延性普遍低于矩形柱, 因而对异形柱的轴压比要严格控制。
在广东规程中, 其轴压比按砼设计规范中的要求减少0.05, 但其适用高度较低, 一般为35m。当高层建筑的高度进一步加大时, 其水平力的影响会愈来愈显著, 对结构的延性要求也愈高。由天津大学土木系对异形柱延性资料可知, 影响异形柱延性的因素比普通柱要复杂, 且不同的柱截面形式, 如L型、T型、十字型, 在相同水平侧移下, 其延性性能也有较大差异, 因而, 轴压比控制应参考天津规程。但天津规程的控制过于繁锁, 在结构计算中, 柱的纵筋与箍面的直径还没有设定, 因而箍筋间距与纵筋直径的比值还无法确定。为在实际工作中便于使用, 可按不同的截面形式 (L、T、十字型) 与不同的抗震等级两项指标从严控制, 对低烈度地区的这类结构是能够满足其延性要求的。
3) 配筋构造
在正确的结构选型及计算后, 截面内钢筋的构造也是保证异形柱受力性能的重要因素。由于异形柱截面的特点, 柱肢端部会出现较大应力, 加上梁作用于柱肢上应力的不均匀, 一般越靠肢端应力越大, 对柱肢形成偏心压力, 进一步加大肢端压应力。因而在异形柱配筋时, 应在肢端设暗柱, 暗柱的外排钢筋由计算而定。离端部厚度范围内设2Ф14的构造纵筋, 箍筋同柱, 这样可限制柱肢的砼裂缝的开展, 提高异形柱局部抗压抗剪强度及变形能力。柱上的箍筋不仅能抗剪, 也可约束砼变形, 增大其延性。异形柱由于不易形成多肢复合箍, 因而其配筋率只能由加大箍筋直径和加密间距来实现。相同配箍率下, 箍筋直径大, 其延性指标好, 因而箍筋且用Ф8、Ф10, 其间距可比普通柱箍筋间距小。
居民购房的承受力 篇10
涨跌各有因
中国的房价已经出现了显著的上涨。除了需求方面的原因之外，推动房地产价格上升的力量还来自于其他五个方面：
第一，来自于购房者。房地产与一般商品不同，属于耐久性商品。一般住房的寿命可达50年以上，折旧率很低。别看买房子的人嘴上抱怨房价太高，实际上他们内心希望在购房之后，房价继续上涨。
第二，来自于已经拥有住宅的人。无论好坏，90％以上的人有房子住。住房是一般人的核心资产，在固定资产中占有相当大的比重。越是穷人，房地产在他们的资产中占的比重越大。当房价上涨的时候，人们会感到他们的资产总值在增加。
第三，来自于房地产开发商。房价上升会给房地产开发商带来额外的利润，毫无疑问，他们是推动房价上升的主要动力。
第四，来自于地方政府。地方政府官员往往把房地产价格上升当作经济繁荣的指标。房地产市场活跃会给地方政府带来更高的财税收入，因此，地方政府乐于见到房地产涨价。
第五、来自于新闻媒体。从社会心理学角度来分析，新闻媒体往往顺应社会的预期而本能地回避反潮流。当供给方、需求方和地方政府都趋向于房价上涨的时候，顺应潮流的文章吃香，而担忧房地产泡沫，揭示潜在风险的文章会被认为是乌鸦嘴。
究竟房地产市场的涨势还能维持多久?导致房地产价格下降大致有三种原因；
第一，由于产业转移造成局部地区居民大批外移，出现房地产过剩。
第二，环境污染、瘟疫流行、地震海啸等灾害，严重损害居民的生活品质，有钱人纷纷逃离，当地房地产价格也会下降。
第三，遭遇金融危机。在泡沫经济崩溃之后，房地产价格一落千丈。在日本、泰国等地的房地产市场都曾经出现过非常严峻的崩溃。在上个世纪90年代初，日本的房地产价格几乎跌了三倍。
当前，央行采取措施抑制房价上涨过猛趋势，无可非议。在提高了房贷利率之后，有人担心，说不上什么时候房地产价格会暴跌，说不定谁会成为最后接棒的冤大头。这样的顾虑不能说没有道理。
然而，从中国目前的情况来分析，房地户的需求继续保持旺盛，供给方面也没有什么障碍，产业转移是局部地区的事情，环境污染问题即使没有好转也没有明显恶化。这些要素都不会扭转当前房价涨势。
房贷利率的提高有助于减缓房价涨势，却不可能导致房价下跌。
惟一要认真考察的是，房地产市场是否已经出现了严重的泡沫，会不会导致泡沫经济，如果已经形成了泡沫经济，还要考察这个泡沫经济会不会在近期内崩溃。
在2005年2月，商业银行发放的个人住房贷款余额为16508亿元，占中长期贷款的23％。从国际经验来看，只要房地产市场占有金融系统的资金比例不超过40％，就很难将整个经济认定为泡沫经济。
房地产二手市场并不十分活跃，规模也较小，尚不足以对整个金融体系产生颠覆性的冲击。目前还看不出房地产市场崩溃的征兆。
因此，可以作出如下判断：在短期内房价肯定还会继续上升。
抑制房价上涨是表层现象，核心是要防患于未然，防止出现泡沫经济冲击金融体系。说到底，房地产价格飞涨固然会给社会带来一些负面影响，只有泡沫经济才可能给国民经济造成致命性的伤害。
承受力到底多大
世界银行和联合国人居中心常常用“房价收入比”(中等房价和当地居民平均年收入之比)来考察居民购买住宅的能力。一般地说，如果房价是年收入的3－5倍，老百姓具备购买住房的能力，房地产市场基本上能够做到供求平衡。
按照北美的许多城市的统计，每平方米住宅的价格大约等于当地一个月的平均工资。人们认为这个住房价格水平在居民可支付的范围之内。
换句话说，人们使用大约5年的工资总额可以买到一套面积为60平方米的住宅。由于美国人的储蓄率不高，他们在首期支付20％以后，大约要用15－20年时间才能付清贷款。
据报道，中国房地产市场价格和上述标准偏离很远。在2004年，重庆“房价收入比”达到7．66。北京、上海、杭州等城市的“房价收入比”就更高了。
按照国家统计局公布的数据，2004年北京人均可支配收入为1．5万元，商品房平均售价每平方米5000元，一套60平方米的民居，30万元，相当于一个人20年的总收入。
如果想买一套100平方米的住宅，一个人就是不吃不喝，一辈子的总收入也买不下来。一般工薪阶层几乎完全没有能力来购买这样的商品房。
可是，令人奇怪的是中，国的房地产市场非但没有萎缩，反而需求急速上升，推动房价不断攀高。
按照国家统计局提供的数据，在2004年商品房平均价格增长14．4％。北京、上海、杭州市区每平方米住房的价格在突破了10000元以后还在继续上升。“房价收入比”如此之高而住房需求依然攀高不下，究竟如何解释这些反常的经济现象?
首先，收人数据的准确性值得怀疑。众所周知，中国统计数据中工资的定义并不等于居民收入。在许多家庭中，工资收入只占总收入的一半左右。除了工资之外，还有不少类似奖金、回扣、福利，还有第二职业等灰色收入。
从下表可见，在2002年以后城乡居民储蓄存款增加额居然超过了职工工资总额。在2003年工资总额为14743亿元，可是银行城乡居民存款总额上升16631亿元。如果职工工资总额就是收入的话，岂不是存进银行的钱比工资总额还高，储蓄率达到了112％?这只能说明职工工资总额只不过是居民收入的一个部分。
随着市场化的进展，居民收入来源多元化。在下一步改革中应当规范居民收入，这样不仅可以避免低估居民收入，同时也有利于完善个人所得税的征收。
由于目前中国的税收体制尚未健全，因此灰色收入很难统计。考虑到收入被严重低估的因素，尽管我们观察到的“房价收入比”很高，但是却未必有表面数字所显示的那么高，
不过，即使我们将平均收入的估计值提高一倍，在北京、上海等大城市的“房价收入比”依然超出正常范围。
导致中国房地产市场畸形发热的主要原因在于贫富差距很大。
联合国和世界银行常用基尼系数来度量贫富差距。贫富差距比较合理的基尼系数应当在0．35－0．40之间。可是中国的基尼系数已经超过了0．48。这意味着最富的10％的人的收入可能高于平均收入4倍。最富的20％居民可能拥有80％以上的银行存款。
按照基尼系数判断，在北京居民当中，家庭年收入超过6万元的人数超过100万。这些家庭的月收入在5000元左右，和每一平方米住宅的售价基本相符。仅仅这批居民就足以把北京的房地产市，场抬起来。
更何况在北京、上海还有一大批企业家群体。他们的收入水平更是大大高于工薪阶层。在北京、上海的一些豪宅令海外来人也叹为观止。
由此可见，目前房地产市场上的需求并不是虚幻的，也不是几个房地产开发商能够炒出来的。换句话说，目前北京、上海等大城市的房地产市场仅仅是为那些高收人人群服务的。房价之高远远超出了80％以上的一般居民的承受能力。
有的房地产商声称，由于房地产市场上需求依然非常旺盛，市场供求基本平衡，因此房地产价格没有超出居民的承受能力。
桥梁的类型与设计中的受力研究 篇11
关键词：桥梁设计,基本桥型,力学原理
1 引言
桥梁是交通工程的重要组成部分, 在国民经济和社会发展中起着非常重要的作用, 是一个国家科学技术和经济实力综合能力的体现。
2 桥梁的种类
在日常生活中, 可以看到各种各样的桥梁, 如梁式桥、拱形桥、斜拉桥等, 还有一些较复杂的桥型, 这些桥型均可以归入以下5中基本类型:梁式桥、斜拉桥、拱形桥、悬索桥及桁架桥[1], 如图1所示。
2.1 梁式桥
梁式桥从受力来说可分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥, 这里以简支梁桥为例进行说明。
简支梁桥是由一根两端分别支撑在一个活动支座和一个铰支座上的梁作为主承重结构的梁桥。简支梁桥各孔不连续, 车辆在通过接缝时容易产生跳跃, 影响行车的舒适感。随着跨径增大, 主梁内力将急剧增大, 用料相应增多, 在材料利用上不够经济。当跨度达到一定长度时, 自重引起的内力增长将超过承载能力的提高, 此时简支梁桥的跨越能力就无法继续提高了[2]。所以, 此桥型一般用于中、小跨度桥梁。连接崇明和启东的崇启大桥于2011年12月建成, 全长52km, 是梁式桥的典型代表, 如图2所示。
2.2 斜拉桥
斜拉桥又称斜张桥, 是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁, 是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系, 可以看作是用拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁, 可使梁体内弯矩减小, 降低建筑高度, 减轻结构重量, 从而节省建筑材料[3]。
作为一种拉索体系, 斜拉桥比梁式桥的跨越能力更大, 是大跨度桥梁的最主要桥型。目前世界上建成的最大跨径的斜拉桥为我国的苏通大桥, 主跨径为1088m, 于2008年4月2日试通车, 如图3所示。
2.3 拱形桥
拱形桥是以承受轴向压力为主的拱圈作为主要承重构件的桥梁, 拱结构由拱圈及其支座组成。拱桥建筑历史悠久, 在桥梁建筑中占有重要地位, 适用于大、中、小跨径的公路桥和铁路桥, 更因其造型优美, 常用于城市及风景区的桥梁建筑。我国著名的颐和园十七孔桥, 长约150m, 宽约6.6m, 连接南湖岛, 丰富了昆明湖的层次, 如图4所示。
中国现存最早, 并且保存良好的拱桥是隋代赵州桥, 距今已有1400多年。赵州桥制作精良, 结构独创, 造型匀称美丽, 如图5所示。
2.4 悬索桥
悬索结构是一系列受拉的索作为主要承重构件, 按一定规律组成各种不同形式的体系, 并悬挂在相应支撑上的结构。因为索是软的, 其抗弯刚度可以忽略, 所内弯矩和剪力都为零, 只受轴向拉力作用[4]。
由于悬索桥可以充分利用材料的强度, 并具有用料省、自重轻的特点, 因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大, 跨径可以达到1000m以上。悬索桥的主要缺点是刚度小, 在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动。
宁波西堠门大桥是特大型跨海桥梁, 2009年12月正式通车。主桥为两跨连续钢箱梁悬索桥, 主跨1650m, 当时位居悬索桥中国第一、世界第二, 如图6所示。
2.5 桁架桥
桁架桥是以桁架作为上部结构主要承重构件的桥梁, 一般由主桥架、上下水平纵向联结系、桥门架和中间横撑架以及桥面系组成[5]。
武汉长江大桥1957年建成, 是我国最有名的连续钢桁架桥, 被称为“万里长江第一桥”, 如图7所示。由于桁架桥为空腹结构, 因而对双层桥面有很好的适应性, 常被设计为铁路与公路两用双层桥面。
3 桥梁设计中的力学原理
3.1 梁式桥
假设人、车辆及桥的自重等合力为F, 作用在桥的中间位置。这里以简支梁桥为例进行说明, 其受力简图如图8所示。
以AB为研究对象, 受力分析如图9所示:
由力的平衡条件可知:
其中, MC为危险截面C的弯矩, 为了下文中与其他类型桥梁进行对比, 将简支梁桥C截面的弯矩定义为MC0。由于A、B端面的弯矩为0, 所以, 简支梁桥的弯矩如图10所示:
3.2 斜拉桥
为了进行对比分析, 假设斜拉桥尺寸及受力与简支梁桥相同, 斜拉桥的受力如图11所示。
由力的平衡条件可知:
根据分析可知, 由于斜拉的钢索承受部分载荷, A、B两端的竖向约束反力降低, 从而降低了危险截面C处的弯矩。所以, 如果使用同样多的材料, 斜拉桥与简支梁桥相比可以承受更重的载荷。斜拉桥的弯矩图与简支梁桥类似, 不再画出。
3.3 拱形桥
拱形桥的受力简图如图12所示, 其中f为拱高。
由于拱形桥的截面内力是连续的, 在C截面左边无限接近C截面处将AB切开, 记此截面为C-, 认为C-的弯矩与C截面弯矩近似相等, 分别以AB、AC为研究对象, 受力分析如图13所示:
由力的平衡条件可知:
根据分析可知: (1) 在竖向载荷作用下, 拱形桥有水平推力, 而简支梁桥与斜拉桥均没有; (2) 由于推力的存在, 拱形桥危险截面C的弯矩比简支梁桥小, 故拱形桥的材料可以得到更充分的利用; (3) 在竖向载荷作用下, 拱形桥的截面内轴力较大, 且一般为压力, 而简支梁桥与斜拉桥均没有轴力。
所以, 拱形桥比梁式桥能更有效地发挥材料作用, 更适用于较大的跨度和较重的载荷。由于拱形桥主要受压, 所以常采用砖、石、混凝土等抗压性能良好的材料建造。拱形桥的弯矩图与简支梁桥类似, 不再画出。
3.4 悬索桥
悬索桥的受力简图如图14所示, 其中f为悬高。
分别以AB、AC为研究对象, 受力分析如图15所示。
由力的平衡条件可知:
根据分析可知, 悬索桥的受力与拱形桥有相似的地方, 区别如下: (1) 悬索桥是下垂的形状, 拱形桥是向上突起的形状; (2) 悬索桥受轴向拉力, 拱形桥受轴向压力; (3) 在竖向载荷作用下, 悬索桥的水平反力是向外的拉力, 拱形桥的水平反力时向内的推力; (4) 悬索桥截面内弯矩为零, 拱形桥存在弯矩。
3.5 桁架桥
桁架桥的受力简图如图16所示。
以桁架桥为研究对象, 受力分析如图17左图所示, 由力的平衡条件可知:
再以结点A为研究对象, 受力分析如图17右图所示, 由力的平衡条件可知:
F1=3槡3F (压力) , F2=6槡3F (压力) 。
同理, 可以分析出其余杆件的轴力。
4 结果讨论
(1) 简支梁桥的优点是构造简单、传力明确、方便架设, 缺点是在载荷作用下, 截面内弯矩最大, 而且截面上的应力分布是不均匀的, 因而材料不能被充分利用, 所以, 只适用于中、小跨度的桥梁。
(2) 斜拉桥与拱形桥均是通过精心地设计 (增加斜拉的钢索或将桥面设计成拱形) 降低了截面内的弯矩, 提高了材料的承载能力, 使材料得到了充分的利用, 所以, 斜拉桥与拱形桥是大跨度桥的常用型式。
(3) 悬索桥与拱形桥是相似的, 水平方向的拉力或推力维持了悬索桥或拱形桥的平衡, 同时也增加了对基础的要求, 所以, 对拱形桥及悬索桥的基础的设计要更严格一些。
(4) 桁架结构是由杆件组成的格构体系, 当载荷只作用在节点上时, 各杆内力主要为轴力 (拉力或压力) , 截面上的应力分布均匀, 可以充分发挥材料的作用, 因此, 桁架桥也是大跨度桥梁常用的一种型式。
(5) 简支梁桥与斜拉桥是有轴向内力, 拱形桥的轴向力一般为压力, 所以常采用砖、石、混凝土等抗压性能好的材料, 悬索桥的轴向力只能为拉力, 所以常采用钢丝、钢缆等抗拉性能好的材料, 而桁架的轴向力可以是拉力或压力, 所以要选择钢筋这类拉、压性能都比较好的材料。
(6) 在弯矩的作用下, 桥梁截面的应力分布是不均匀的, 最大应力出现在截面边缘处, 中性轴处通常为零, 所以, 为了充分利用材料, 通常将截面设计成空心的, 将材料尽可能布置在截面边缘处;而在轴向力的作用下, 截面的应力分布是均匀的, 所以, 根据需要设计成空心或实心都是可以的。
5 结语
改革开放以来, 我国的桥梁建设进入一个辉煌的时期, 取得了举世瞩目的成就, 建成一大批结构新颖、技术复杂、设计和施工难度大的桥梁, 这些成绩标志着我国的桥梁建设水平已跻身于世界先进行列。
我们不仅要设计制造出安全可靠、经济实用的桥梁, 还应该从环境保护方面考虑, 设计出与周围环境融为一体的美观、漂亮、具有美学价值和社会价值的“绿色桥梁”。
参考文献
[1]物理课程教材研究开发中心.物理必修1[M].西安:陕西人民教育出版社, 2013:50~66.
[2]罗华莹.桥梁美学设计方法探索与研究[D].成都:西南交通大学, 2006:21~30.
[3]《中国公路学报》编辑部.中国桥梁工程学会研究综述[J].中国公路学报, 2014, 27 (5) :1~74.
[4]龙驭球.结构力学教程 (Ⅰ) [M].北京:高等教育出版社, 1999 (12) :57~342.