梁 (结构)

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索
简支静定梁,在均布荷载下的弯曲变形

梁 (结构)是一种在荷载作用下主要发生弯曲变形的水平结构构件跨度与外力组合,称为弯矩

梁传统上用来描述建筑或土木工程的结构元素,但在更小结构如卡车或汽车大梁,机器框架和其他机械或结构系统中所包含的梁,也可以用类似的结构力学方法来分析设计。

概述[编辑]

梁主要用来承载垂直重力作用,但也可以承载水平方向作用力(如:地震)。梁将承受的荷载转移至或其他梁,后者再将荷载转移至受压构件

类型[编辑]

梁的承载能力主要有截面形式、长度材料决定。当代建筑中的梁,主要是钢筋混凝土木材。钢梁最常见的形式是工字钢(或者是指宽翼缘的H型钢),通常被用于钢结构房屋和桥梁中。其他常见的钢梁形式:结构钢en:Structural steel(英文)en:hollow structural section(英文)、钢管(en:Pipe (material)(英文)常用于海洋石油平台,不易腐蚀)。

梁按照支承条件区分。不同的约束条件就会有不同的稳定状态和变形。两端铰接的梁称为简支梁;一端固定,一端自由的梁称为悬臂梁;简支梁外伸,越过支点,称为外伸梁

结构特性[编辑]

转动惯量[编辑]

物体关于给定轴的转动惯量,表现为要使其绕轴发生角运动,需要多大的力矩。因而,影响转动惯量的不只是物体的质量,还有物体离轴的距离。

简单方梁(A)与工字钢(B)的刚度图比较。工字钢的翼缘部分离轴的距离是方梁上下部分的3倍,因而转动惯量是方梁的9倍(工字钢腹板部分忽略不计)

梁中的应力[编辑]

不同荷载作用时,梁的内部有拉、压和剪切应力。通常,在重力作用下,梁发生向下的微小弯曲变形,因为梁上部受压,下部受拉。在梁的中间,既不受拉也不受压的部分称为中性轴。在支点处,梁承受剪应力。 预应力混凝土梁中,混凝土始终承受压应力; 高强度钢筋先被拉长,然后浇筑混凝土,当混凝土凝固,达到强度要求时,钢筋的约束被释放,混凝土受到巨大的压应力,发生向上的变形;当外部荷载作用时,向上的变形与外部荷载向下的变形抵消,从而提高承载能力。预应力混凝土梁常用于大型桥梁。

结构分析的主要工具是欧拉方程。其他用来确定梁挠度的数学方法有虚功法和挠度斜坡法 工程师是在确定挠度感兴趣,因为光束可 ​​能与直接接触,如脆性材料玻璃 。 梁挠度也最小化的审美原因。 一个明显下垂的光束,即使结构安全,很不雅观,要避免。 一个严厉的梁(高弹性模量和高面积二阶矩 )产生偏转较少。工程师关心梁的挠度问题,因为梁可能与脆断性材料,如玻璃,直接接触。减小挠度还有审美上的原因。一个明显下垂的梁,即使结构上安全,也很不雅观,应该避免。 为确定梁力(梁内力的力量施加在横梁上的支持)的数学方法,包括“ 力矩分配法 “,武力或灵活性的方法 , 直接刚度法 。提高梁的刚度(弹性模量截面二次轴距)可以减小挠度。

计算梁内力和支座反力的数学方法有力矩分配法直接刚度法

一般形状[编辑]

大多数钢筋混凝土建筑中的梁是矩形截面,但最有效的简支梁截面是I形或H型(工字钢与H型钢)。

但I型只是一个方向弯曲时的最优截面。双向弯曲梁的最优截面是箱型,而任意方向弯曲的最优截面是管型。

最优指的是相同横截面积(单位材料量每米),相同荷载下,更少的变形

其他截面形式,如L型钢,C型钢用在特定的场合下。

参见[编辑]

扩展阅读[编辑]

外部链接[编辑]