断热铝型材的强度计算
断热铝型材的强度计算
3
方法是在不改变各种材料截面形心位置的前提下，将一种材料的面积扩大（或缩小）n 倍， 化作为完全为另一种材料截面的整体梁，这个截面积为当量截面。如图二 a 隔热型材组合截 面中，将铝材的面积扩大 n 倍，化作为单一塑料截面的整体梁，为了保持铝材原截面形心位 置不变，必须将铝材的宽度对称地扩大 n 倍，如图二 b 所示。这里 n 是两种材料弹性模量之 比：
3. 挠度计算（简支梁）：
f=5qL4/384（EaIa+EsIs）
q——简支梁的均布荷载标准值； L——简支梁的跨度。
4. 强度计算（简支梁）
钢框强度校核 MEsYs/r（EsIs+EaIa）+NEs/（EaAa+EsAs）≤fs
铝框强度校核 MEaYa/r（EsIs+EaIa）+NEa/（EaAa+EsAs）≤fa
塑料宽 b2=20mm，梁高 H=100mm， 最大弯矩 Mmax=4000Nm， 隔热条高 h=80mm，E 铝=70000N/mm2，
4
E 塑=7000N/mm2。 [求]：铝材截面最大弯曲正应力σ铝 max
隔热塑料截面最大弯曲正应力σ塑 max [解]：(1)将铝塑组合梁转化为单一塑料整体梁：
=6.48N/mm2
（2）依照图五的剪力图，跨中截面剪力为 0，分离面的最大拉应力发生在该处，其设
计值可计算如下：
σ分 max=q/b2=8/20N/mmຫໍສະໝຸດ =0.4 N/mm2五、建议
（一）断热铝材用于建筑幕墙和铝门窗的结构件时，应进行强度设计计算。
（二）铝材应计算弯曲最大拉应力，隔热塑料应计算最大弯曲拉应力和最大弯曲剪应
. 铝合金隔热型材抗拉强度、抗剪轻度检测知识讲解
横向拉伸试验
按公式(3)计算各试样单位长度上所能承受的最大剪切力， 再按公式(4)计算试样纵向抗剪特征值
式中：
QFmax / L
（3）
Q——试样单位长度上所能承受的最大拉伸力，单位为牛顿每毫米(N/mm) L——试样长度，单位为毫米(mm) Fmax——最大拉伸力，单位为牛顿(N)
铝合金隔热型材抗拉强度、抗剪 强度检测
GB5237.6-2012 《铝合金建筑型材 第6部 分：隔热型材》
一、概述
铝合金隔热型材是组成节能铝合金门窗的主要材料， 是以隔热材料连接铝合金型材而制成的具有隔热功能的复 合型材，按复合方式分为穿条式和浇筑式隔热型材。
穿条式是通过开齿、穿条、滚压工序，将条形隔热材 料穿入铝合金型材穿条槽内，并使之被铝合金型材牢固咬 合的复合方式；浇筑式是把液态隔热材料浇入铝合金型材 浇筑槽内并固化，切除铝合金型材浇筑槽内的临时连接桥 使之断开金属连接，通过隔热材料讲铝合金型材断开的两 部分连接在一起的复合方式。目前市场上大部分隔热型材 为穿条式隔热型材。
穿条式 浇筑式
试验结果
纵向抗剪特征值 （N/mm）
室温 低温 高温
横向抗拉特征值 （N/mm）
室温 低温 高温
≥ 24 ≥ 24 ≥ 24 ≥ 24 ≥ 24 ≥ 24
≥ 24 ≥ 24 ≥ 24 ≥ 24 ≥ 24 ≥ 24
A类隔热型材试样需先通过室温纵向剪切失效（隔热型材与 铝型材间出现2.0mm的剪切滑移。）再做横向拉伸试验，B类隔 热型材试样不通过室温纵向剪切失效直接做横向拉伸试验。
七、试样方法
1、试验步骤
纵向剪切试验：用夹具将试样夹好，试样在试验温度 下放置10min后，以1mm/min~5mm/min的加载速度加载进 行剪切试验，所加的荷载和相应的剪切位移做记录，直至 最大荷载出现，或隔热材料与铝型材出现2.0mm的剪切滑移 量（此时称剪切生效）。滑移量应直接在试样上测量。
断桥隔热铝型材的强度计量法则
两种计算组合型材截面惯性矩、抵抗矩的方法方法一：按照材料力学中组合梁结构进行计算，将其中一种材料转化为另一种材料，一般将隔热条等效为铝条，变成统一的铝截面，求出等效截面的惯性矩、抵抗矩。
1、计算原则①、断桥隔热铝型材截面的一部分是隔热条，在结合良好的加工条件下，可以认为隔热条与铝型材在变形前后保持平截面，应变ε线性分布。
②、两种材料弹性模量不同，所以在相同应变ε时，应力相差n倍，n为弹性模量之比： n=E1/E2式中 E1：铝型材的弹性模量E2：隔热条的弹性模量③、可以将复合截面按弹性模量比转化为单一材料的等效截面，计算出应力、挠度，隔热条部分的应力还须转化为原材料的应力。
2、求出等效铝截面将复合截面转化为单一的铝截面，基本原则是将隔热条截面厚度缩小为原来的1/n。
因为厚度的缩小对截面的特性如面积A，惯性矩I，截面抵抗矩W的影响是线性变化的，恰好与弹性模量E的变化相补偿。
即te=t2/n/式中 te：隔热条等效厚度t2：隔热条的实际厚度n：铝型材与隔热条弹性模量之比3、等效截面惯性矩及抵抗矩的计算转化为统一的铝材等效截面后，根据材料力学的知识，或采用软件可很方便的计算出其惯性矩及抵抗矩。
方法二：按JG/T 175-2005附录B提供的计算截面惯性矩的公式。
Ief=IS（1-ν）/（1-ν×C）IS= I1+I2+A1a1^2+A2a2^2ν=（A1a1^2+A2a2^2）/ISλ^2=c×a^2×l^2/（E×IS×ν×（1-ν））C=λ^2/（π^2+λ^2）Wef=Ief/Z式中： Ief ―有效惯性矩(单位为cm4)；Is ―刚性惯性矩(单位为cm4)；ν ― 刚性惯性矩的组合参数；C ―弹性结合作用参数；λ ― 几何形状参数；l ―梁的跨度(单位为cm)；c ―组合弹性值(单位为N/mm2)；E ―组合弹性模量(单位为N/mm2)；A1 ― A1区的截面积(单位为cm2)；A2 ― A2区的截面积(单位为cm2)；a 1 ― A1区形心到隔热型材形心的距离(单位为cma 2 ― A2区形心到隔热型材形心的距离(单位为cm)；I1 ― A1区型材惯性矩(单位为cm4)；I2 ― A2区型材惯性矩(单位为cm4)。
铝合金抗拉强度和硬度换算表
铝合金抗拉强度和硬度换算表
铝合金是一种常见的金属材料，具有良好的力学性能。
其中，抗拉强度和硬度是两个重要的指标，用于评估铝合金的性能。
下面是铝合金抗拉强度和硬度的换算表。
抗拉强度和硬度是两个不同的概念，但它们之间存在一定的关系。
抗拉强度是指材料在受到拉力作用下抵抗断裂的能力，通常用MPa （兆帕）表示；而硬度是指材料在受到外力作用下抵抗变形的能力，常用硬度计来测量。
铝合金的抗拉强度和硬度之间的关系是复杂的，取决于铝合金的成分、热处理状态以及其他因素。
一般来说，随着铝合金中其他金属元素的含量增加，抗拉强度和硬度都会提高。
例如，添加一定量的镁、硅和锌等元素可以显著提高铝合金的强度和硬度。
下表列出了一些常见铝合金的抗拉强度和硬度数据：
铝合金型号抗拉强度（MPa）硬度（HB）
6061 276 95
6063 241 80
7075 572 150
2024 483 120
需要注意的是，这些数值仅供参考，实际的抗拉强度和硬度可能会因不同的生产工艺和材料状态而有所差异。
铝合金的抗拉强度和硬度对于不同的应用有着不同的要求。
例如，在航空航天领域，要求铝合金具有较高的抗拉强度和硬度，以确保飞机的结构安全可靠；而在汽车制造领域，要求铝合金具有一定的抗拉强度和硬度，同时又要保持较轻的重量，以提高汽车的燃油经济性。
铝合金的抗拉强度和硬度是评估其性能的重要指标。
通过合理的合金设计和热处理工艺，可以调整铝合金的抗拉强度和硬度，以满足不同领域的需求。
铝合金型材强度计算
铝合金型材强度计算:型材设计：为防止连接处松动，型材的T形槽都是内凹的，具有这种结构的型材在对接时只有边缘的线接触，T形槽受力变形也被限定在弹性范围内，显著提高了结构的稳定性。
型材直线度：型材水平放置，任意位置的长度L2=300mm,其弯曲变形高度数h2的最大值不超过0.3mm（L2=300mm，h2≤0.3mm）。
型材全长L1的弯曲变形高度h1参照下表：型材扭曲度：型材水平放置，宽度W，因弯曲和扭曲而使端部翘起，其扭曲变形高度T参照下表计型材平面度：型材水平放置，型材短边W的最大平面容差D，参照下表：(二)铝合金机械性能参数表铝型材的强度校核：对于韧性材料制成的梁，当梁的危险截面上的最大正应力达到材料的屈服应力(σs)时，便认为梁发生失效；对于脆性材料制成的梁，当梁的危险截面上的最大正应力达到材料的强度极限(σb)时，便认为梁发生失效。
即：σmax=σs(韧性材料) σmax=σb(脆性材料)这就是判断梁是否失效的准则。
铝型材属于韧性材料。
为了保证型材具有足够的安全裕度，型材的危险截面上的最大正应力，必须小于许用应力，许用应力等于σs或σb除以一个大于1的安全因数ns(一般ns取1.3~1.5)。
于是，有：上述二式就是基于最大正应力的型材弯曲强度计算准则，又称为弯曲强度条件，式中[σ]为弯曲许用应力；ns和nb分别为对应于屈服强度和强度极限的安全因数。
型材的弯曲强度计算步骤：1：根据型材受到的约束性质，从表1中查出型材的最大弯矩计算公式，算出最大弯矩值；2：由最大弯矩值，根据公式算出型材在最大弯矩截面处所受的最大内应力；3：查表2，得出所用型材的屈服强度σ0.2.除以安全系数1.5，得出许用应力[σ]；4：用算出的最大内应力与许用应力比较，当所受最大内应力小于许用应力[σ]时，型材的强度满足承载要求。
对于产生弯曲变形的型材，在满足强度条件的同时，为保证其正常工作还需对弯曲位移加以限制，即还应该满足刚度条件：式中，L为跨长, 为许可的挠度与跨长之比(简称许可挠跨比)，一般工程中通常只限制梁的挠跨比在怡合达目录册中，规定所有受力型材，其最大挠跨比不超过。
有关断热铝型材的强度计算
技术单文件编号共8页第1页有关断热铝型材的强度计算断热铝型材是一种符合节能潮流的节能建材，当它用于建筑幕墙和铝合金外窗之时，除了要考虑其保温隔热性能之外，还要充分考虑到其结构的安全性和可靠性。
因此建议断热铝材用于建筑幕墙和铝门窗的结构件时，应进行强度设计计算，铝材应计算弯曲最大拉应力，隔热塑料应计算最大弯曲拉应力和最大弯曲剪应力。
铝材和隔热塑料的分离面还应计算最大拉应力和最大剪应力。
断热铝型材从力学角度看：是两种不同材料复合而成的组合梁，有关复合梁的计算详见下列步骤：（摘自技术单J25-9832）1．确定中性轴的位置：中性轴到组合框截面底边的距离为Y=（EsAsYs+EaAaYa）/（EaAa+EsAs）Ys——钢内框形心到组合框截面底边的距离；Ya——钢外框形心到组合框截面底边的距离；Es——钢材的弹性模量，210000N/mm2；Ea——铝材的弹性模量，70000N/mm2；Aa——铝框的截面面积；As——钢框的截面面积。
2．钢框、铝框关于中性轴的惯性距：Is=I O s+As（Ys-Y）2 Ia=I O a+Aa（Ya-Y）2I O s——钢框对自身形心轴的惯性矩；I O a——铝框对自身形心轴的惯性矩。
3．挠度计算（简支梁）：f=5qL4/384（EaIa+EsIs）q——简支梁的均布荷载标准值； L——简支梁的跨度。
4．强度计算（简支梁）钢框强度校核MEsYs/r（EsIs+EaIa）+NEs/（EaAa+EsAs）≤fs铝框强度校核MEaYa/r（EsIs+EaIa）+NEa/（EaAa+EsAs）≤faM——简支梁的弯矩设计值；N——竖框所受的拉力设计值；r——塑性发展系数，取；Ya——铝框外边缘到中性轴的距离；Ys——钢框外边缘到中性轴的距离；fa、fs——分别为铝材和钢材的强度设计值。
的取值方法见附页。
5．在进行断热条强度计算时，f断热条上述公式的等效参数计算已编制到《远大标准化软件》其“计算等效参数”部分。
隔热型材纵向剪切强度试验 计算方法
隔热型材纵向剪切强度试验计算方法下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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新编铝板幕墙板面的强度和刚度计算
铝板幕墙板面的强度和刚度计算取110米处幕墙为计算部位，一个分格尺寸为1200mm×600mm ⑴ 荷载计算风荷载标准值为：W k＝βgZ·μs1·μz·W o＝1.586×1.2×1.769×.45＝1.515KN／m2一个铝板区格重量为：G＝H·B·t·γ×3＝1200·600·4·10-9·27×3＝.233KN水平分布地震作用为：q Ek＝βe·αmax·G／A＝5×.16×.233/(1200×600×10^-6)＝.259KN/m2⑵ 强度计算风荷载作用下铝板的弯曲应力标准值按下式计算σwk＝6·m·W k·a2·η/t2式中 a——板区格的较小边长(mm)t——板的板厚(mm)m——板的弯矩系数，按其边界条件分别查取η——大挠度变形影响的应力折减系数，按θ查表θ＝(W k＋0.5·q Ek)·a4/(E·t4)＝(1.515＋0.5×.259)×10-3×6004/(0.72×105×44) ＝11.9查表取η＝.9405则σwk＝6·m·W k·a2·η/t2＝6×.10224×1.515×6002×.9405/42＝19.67(N/mm2)水平地震作用下铝板的弯曲应力标准值按下式计算σEk＝6·m·q Ek·a2·η/t2式中：η——取风荷载作用下应力计算时的值则σEk＝6·m·W k·a2·η/t2＝6×.10224×1.515×6002×.9405/42＝3.36(N/mm2)应力组合设计值按下式计算σ＝ψw·γw·σwk＋ψe·γe·σEk则σ＝ψw·γw·σwk＋ψe·γe·σEk＝1.0×1.4×19.67＋0.6×1.3×3.36＝30.16N/mm2≤fa=129.5(N/mm2)所以铝板的强度满足要求。
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技术单J25-0113附页
断热铝型材的强度计算
铝门窗幕墙委员会专家组专家龙文志
一、前言
建筑节能是世界性的潮流，也是中国持续发展的需要。
铝材与隔热塑料复合的断热建筑铝型材（以下简称断热铝材）的传热系统比普通建筑铝型材（以下简称普通铝材）低，是一种符合节能潮流的节能建材，当它用于建筑幕墙和铝合金外窗之时，除了要考虑其保温隔热性能之外，还要充分考虑到其结构的安全性和可靠性。
从力学角度看：普通铝材是各相同性材料的弯曲梁，断热铝材是两种不同材料复合而成的组合梁，两者的力学分析不完全相同，有鉴于此，本文试图对断热铝材的强度计算进行探讨。
二、组合梁的力争分析
两种材料复合而成的短形组合梁（图一a）弯曲时，如果铝材与塑料接合处联结牢固，不发生相对滑动和分离，铝材和塑料将一起变形，按照材料力学弯曲理论的平面假设，应变将沿截面高度连续线性变化（图一b），当两种材料的弹性模量相同时，同一截面的弯曲正应力沿高度呈连续分布（图一c），当两种材
三、整体梁的强度计算
当组合梁作为整体梁进行强度计算时，为方便起见，工程上采用“当量截面法”，这种方法是在不改变各种材料截面形心位置的前提下，将一种材料的面积扩大（或缩小）n倍，化作为完全为另一种材料截面的整体梁，这个截面积为当量截面。
如图二a隔热型材组合截面中，将铝材的面积扩大n倍，化作为单一塑料截面的整体梁，为了保持铝材原截面形心位置不变，必须将铝材的宽度对称地扩大n倍，如图二b所示。
这里n是两种材料弹性模量之比：
即：n= E
铝/ E
塑
上式中的J
Y
为当量截面对中性轴的惯性矩。
但是这样计算所得的应力只反映代换后的那种材料的梁内应力，对于被代换材料那部分截面上的应力还需将其扩大（或缩小）n倍。
详细推导见：John N. Cernia《Strength of Materials》2dedition,Holt,Rinehart and Winston,1977。
例一：
[知]：铝材宽b
1=60mm，厚t
1
=10mm，
塑料宽b
2
=20mm，梁高H=100mm，
最大弯矩Mmax=4000Nm，
隔热条高h=80mm，E
铝
=70000N/mm2，
E
塑
=7000N/mm2。
[求]：铝材截面最大弯曲正应力σ
铝
max
隔热塑料截面最大弯曲正应力σ
塑
max [解]：(1)将铝塑组合梁转化为单一塑料整体梁：
n= E
铝/E
塑
=70000N/mm2/7000N/mm2=10
所以得到铝材截面转化后的宽度：
b
3=n×b
1
=10×60mm=600mm
(2)转化后整体梁的当量截面如图二b所示。
JY=[600×1003-（600-20）×803]mm=0.25×108 mm4
(3)计算当量截面弯曲最大正应力:
σmax=(4×106 N-mm×50mm)/ 0.25×108 mm4=8 N/mm2
(4)计算铝材弯曲最大正应力:
σ
铝
max= n×σmax=10×8 N/mm2=80 N/mm2
(5)计算塑料弯曲最大正应力:
σ
塑
max=(4×106 N-mm×40mm)/ 0.25×108 mm4=6.4 N/mm2
四、分离面最大应力计算
（1）铝材与隔热塑料复合而成的组合梁，其线荷载设计值为q，型材宽b，在梁的跨度取一微段dx，如图三a所示，在m-m截面和n-n截面上作用有正应
力和剪应力，铝材和隔热塑料分界面m
1n
1
，将铝材从微段dx分离，如图三b所
示，在分离面m
1m
1
n
1
n
1
上作用有剪应力τ
分
和正应力σ
分
，在mmm
1
m
1
面上作用有弯
曲剪应力τ
弯。
（2）分离面最大剪应力τ
分max
计算；
根据剪应力互等定律：τ分=τ弯
依照材料力学计算公式：τ弯=Q.S/ J
Y
.b Q——截面所受剪力
S——截面静面矩
J
Y
——截面惯性矩
分max mzx Y
——最大剪力设计值（N）
Q
mzx
——截面惯性矩（㎜4）
J
Y
H——截面总高度（mm）
h——塑料隔热条总高度（㎜）
τ分max——分离面最大剪应力设计值（N/㎜2）
工字梁分离面的最大剪应力设计值，可按下式计算：
τ
分max = b
3
Q
mzx
（H2-h2）/8 b
2
J
Y
Q=0的截
面，则上式为：qd
X -σ
分
max=b
2
d
X
=0
则分离面的最大正应力可按下式计算：σ
分max=q/b
2
q——线荷载设计值（N/㎜）
b
3
=600mm，H=100mm，h=80mm，
j
y
=0.25×108mm4
τ
分max = b
3
Q
mzx
（H2-h2）/8 b
2
J
Y
= b
3 qL（H2-h2）/16 b
2
J
Y
=（600mm×8N/mm×300mm）×(1002-802)mm/16 ×20mm×0.25×108mm4
=6.48N/mm2
（2）依照图五的剪力图，跨中截面剪力为0，分离面的最大拉应力发生在该处，其设计值可计算如下：
σ
分max=q/b
2
=8/20N/mm2=0.4 N/mm2
五、建议
（一）断热铝材用于建筑幕墙和铝门窗的结构件时，应进行强度设计计算。
（二）铝材应计算弯曲最大拉应力，隔热塑料应计算最大弯曲拉应力和最大弯曲剪应力。
铝材和隔热塑料的分离面还应计算最大拉应力和最大剪应力
（三）强度校核建议：
σ
铝max≤fa；σ
塑
max≤f
塑拉
；
τ
塑max≤f
塑剪
；σ
分
max≤f
分拉
；τ
分
max≤f
分剪
；
σ
铝
max——铝材最大弯曲拉应力设计值
σ
塑
max——隔热塑料最大弯曲拉应力设计值
τ
塑
max——隔热塑料最大弯曲剪应力设计值
σ
分
max——铝材和隔热塑料分离面最大拉应力设计值
τ
分
max——铝材和隔热塑料分离面最大剪应力设计值
fa——铝材拉伸强度设计值。
可按JGJ102规范选取
f
塑拉
——隔热塑料拉伸强度设计值
f
塑剪
——隔热塑料剪切强度设计值
f
分拉a
——隔热型材和铝材和塑料分离面抗拉强度设计值
f
分剪
——隔热型材的铝材和塑料分离面抗剪强度设计值
f
塑拉= f
塑拉标
/K
2
； f
塑剪
= f
塑剪标
/K
2
f
分拉= f
分拉标
/K
2
； f
分剪
= f
分剪标
/K
2
f
塑拉标
——隔热塑料拉伸强度标准值
f
塑剪标
——隔热塑料剪切强度标准值
f
分拉标
——隔热型材的铝材和塑料分离面抗拉强度标准值
f
分剪标
——隔热型材的铝材和塑料分离面抗剪强度标准值
K
2——安全系数 K
2
=3.5
（四）为了保证隔热铝材力学性能的可靠性，要对隔热铝材生产厂家提出下列要求：
（1）提供隔热铝材的隔热塑料及其与铝材分离面的抗拉强度和抗剪强度标准值。
（2）铝材和隔热塑料的膨胀系数要相等。
（3）提供干湿度和温度对其力学性能的影响。
（4）在后续的各种加工中，其力学性能不变化。
（5）提供质量保证期。
六、结束语
断热铝型材的强度计算尚未见到国内外的技术标准和规范，文献报道也没有，本文作了一些开创性的探讨，权供参考。
作为抛砖引玉之文，其用意在于：在提高建筑幕墙和铝门窗保温隔热性能的同时，千万要保证结构的安全性和可靠性。
断热铝材决不能断！
错误及不妥之处，敬请指正。