梁的应力和强度计算.
建筑力学_结构第四章_应力和强度
§4-2 弯曲时的正应力
变形的几何关系 纵向纤维线应变变化规律: 变形前： a b o 1o 2 d x ab ( y )d 变形后:
o 1o 2 d x d
ab的伸长量：
S ab dx ( y )d d yd
ab的线应变:
3.分别求a、b、c三点正应力
a=MCya/Iz=1MPa(拉) b=MCyb/Iz=0, c=MCyc/Iz=1.5MPa(压)
§4-2 弯曲时的正应力
危险截面: 最大弯矩所在截面 Mmax 横力弯曲时最大正应力 危险点：距中性轴最远边缘点 y max
m ax
M
m ax
y m ax
max
M Wz
W
z
b I
z
h 2
12
h h 2
3
b 6
h
2
§4-3
梁的正应力强度
提高梁弯曲强度的措施
在面积相等的情况下，选择抗弯模量大的截面 z
W
z1
D
32
3
D
a a z
当
D1
4
2
a 时,a
bh 6
2
2
R ; ( D1 / 2 )
3
2
W
z2
(
R)
6
1.18 W
受载后
P
a´ c´
P
平面假设：纵向纤维变形相同，原为平面的横截面在变形后仍为平面。 均匀材料、均匀变形，内力当然均匀分布。 2. 拉伸应力： P
N
N A
轴力引起的正应力 —— ： 在横截面上均布。
梁的应力计算
( // Fs )
§6-4 矩形截面梁的切应力
一、矩形截面梁
切应力计算公式： FSSZ IZb
（6-11）
式中，FS-横截面上的剪力；IZ-截面对中性轴的惯性矩； b-截面的宽度；SZ-为面积A*对中性轴的静矩。
A*是过欲求应力点的水平线到截面边缘间的面积。
FS、SZ均代绝对 值，切应力方向
依剪力方向确定。
b´
b´
m´ n´
平面假设：
横截面变形后保持为平面，且仍 然垂直于变形后的梁轴线，只是绕截 面内某一轴线偏转了一个角度。
§6-1 （纯弯曲）梁的正应力
设想梁是由无数 层纵向纤维组成
凹入一侧纤维缩短 突出一侧纤维伸长
中间一层纤维长度不变－ －中性层
中性层与横截面的交线－ －中性轴
目录
§6-1 （纯弯曲）梁的正应力
MCy2 2.7 103 N m 0.038 m 103 N m2
MBy1 1.8103 N m 0.072 m 129 N m2
因MCy2<MBy1，所以最大拉应力发生在B截面上，即
t,max
MB IZ
y1
129N m2 0.573105 m4
22.5106 Pa
2.5MPa
My m a x IZ
WZ
IZ ymax
max
M WZ
min
M WZ
§6-1 （纯弯曲）梁的正应力
常见截面的 IZ 和 WZ
IZ y2dA
A
Wz
IZ y max
圆截面
d 4
IZ 64
Wz
d3
32
矩形截面
空心圆截面
空心矩形截面
bh3 IZ 12
第九章第六节梁弯曲时的应力及强度计算(上课用)
m
V
( Stresses in Beams)
m
m
M
V
m m
只有与剪应力有关的切向内力元素 d V = dA 才能合成剪力
只有与正应力有关的法向内力元素 d FN = dA 才能合成弯矩
剪力V 内力 弯矩M 正应力 剪应力
所以，在梁的横截面上一般
既有 正应力， 又有 剪应力
先观察下列各组图
所以，可作出如下 假设和推断：
1、平面假设：
2.单向受力假设： 各纵向纤维之间互不挤压，纵向纤维均处于单向受拉或受压的状态。 因此梁横截面上只有正应力σ而无剪应力τ
各横向线代表横截面，实验表 明梁的横截面变形后仍为平面。
梁在弯曲变形时，上面部分纵向纤维缩短，下面部分纵向纤维伸长，必 有一层纵向纤维既不伸长也不缩短,保持原来的长度，这一纵向纤维层称为 中性层. 中性层与横截面的交线称为中性轴，中性轴通过截面形心，是一条形心轴。 且与截面纵向对称轴y垂直，将截面分为受拉区及受压区。梁弯曲变形时， 各横截面绕中性轴转动。
(3)横截面上任一点处的剪应力计算公式(推导略)为
V S I zb
Z
V——横截面上的剪力
Iz——整个横截面对中性轴的惯性矩
b——需求剪应力处的横截面宽度 S*Z——横截面上需求剪应力处的水平线 以外(以下或以上)部分面积A*(如图 ）对 中性轴的静矩
V
3V 4 y2 (1 2 ) 2bh h
应力状态按主应力分类：
（1）单向应力状态。在三个相对面上三个 主应力中只有一个主应力不等于零。 （2）双向应力状态。在三个相对面上三个 主应力中有两个主应力不等于零。
（3）三向应力状态。其三个主应力都不等于零。例 如列车车轮与钢轨接触处附近的材料就是处在三向应 力状态下.
材料力学-第6章梁的应力分析与强度计算(A)
第5章 梁的应力分析与强度计算(A)
为什么要研究截面的几何性质
第6章 梁的应力分析与强度计算（A）
为什么要研究截面的几何性质
◆ 实际构件的承载能力与变形形式有关，不同 变形形式下的承载能力，不仅与截面的大小有关， 而且与截面的几何形状有关。 ◆ 不同的分布内力系，组成不同的内力分量时， 将产生不同的几何量。这些几何量不仅与截面的 大小有关，而且与截面的几何形状有关。
A
ydA A
zC
Sy A
zdA
A
A
如果轴通过图形形心，则图形对这一 轴的静矩等于零。 如果图形对轴的静矩等于零，则这 一轴通过图形形心。
第6章 梁的应力分析与强度计算（A）
为什么要研究截面的几何性质
静矩、形心及其相互关系
S z A1 y C1 A2 y C 2 An y Cn Ai y Ci i 1 n S y A1 z C1 A2 z C 2 An z Cn Ai z Ci i 1
d
第6章 梁的应力分析与强度计算（A）
惯性矩、极惯性矩、惯性半径
例题2 y
dA
dy
已知：矩形截面b× h 求：Iy， Iz 解：取平行于x轴和y轴的微元 面积
dA bdy
A
dA
y
C z dz
h
z
I z y 2dA
h 2 h 2
3 bh y 2bdy 12
b
dA hdz
I y z dA
2 A b 2 b 2
hb z hdz 12
2
3
第6章 梁的应力分析与强度计算 (A)
材料力学-第6章梁的应力分析与强度计算 (B)
dx＝－yd
式中的负号表示 y 坐标为正的线段产生 压缩变形； y 坐标为负的线段产生伸长 变形。
第6章 梁的应力分析与强度计算(B)
平面弯曲时梁横截面上的正应力
应用平面假定确定应变分布
dx＝－yd
将线段的长度改变量除以原长dx，即 为线段的正应变，于是得到
dx d y ＝ ＝－y ＝－ dx dx
第6章 梁的应力分析与强度计算(B)
平面弯曲时梁横截面上的正应力
对称面—— 梁的横截面具有对称轴，所有相同的对 称轴组成的平面，称为梁的对称面(symmetric plane)。
梁的对称面
第6章 梁的应力分析与强度计算(B)
平面弯曲时梁横截面上的正应力
主轴平面 —— 梁的横截面没有对称轴，但是
加载平面与主轴平面一致
q
FP1
M
FP2
平面弯曲 —— 所有外力（包括力偶）都作用于梁的同一主
轴平面内时，梁的轴线弯曲后将弯曲成平面曲线，这一曲线位 于外力作用平面内。这种弯曲称为平面弯曲(plane bending)。
第6章 梁的应力分析与强度计算(B)
平面弯曲时梁横截面上的正应力
M l
FP M
怎样确定横截面上的内力分布规律呢？
第6章 梁的应力分析与强度计算(B)
应力是不可见的，但变形却是可见的，而且二 者之间通过材料的物性关系相联系。因此，为了确 定内力的分布规律，必须分析和研究杆件的变形， 必须研究材料受力与变形之间的关系，即必须涉及 变形协调与物性关系两个重要方面。二者与平衡原 理一起组成分析弹性体内力分布规律的基本方法。
第6章 梁的应力分析与强度计算(B)
平面弯曲时梁横截面上的正应力 斜弯曲的应力计算 弯矩与轴力同时作用时横截面上的正应力 弯曲强度计算 结论与讨论
梁的弯曲--强度计算
20
∴梁安全
例10 已知[ ]=170MPa，[ ]=100MPa，选择槽钢型号。
解：
F2=60 kN C z 1 y
FAy=160 kN F By=160 kN
F1=200 kN D B 3 1
F2 E
1.求支反力
2.作FQ、M图
A 3m
FQ max 100 kN M max 240 kN m
100 kN 60 kN FQ 60 kN 100 kN 240 kN .m
M 60 kN .m 60 kN .m
例10 已知[ ]=170MPa，[ ]=100MPa，选择槽钢型号。 解： 3.按正应力强度条件 选择截面
y
FAy=160 kN F By=160 kN
F2=60 kN C z 1 3m A D
F1=200 kN B 3 1
F2 E
M max 由 [ ]得到 Wz M max 240 103 3 m Wz 6 [ ] 170 10 1.412 10 3 m 3 1412 cm 3
对于一根槽钢
100 kN 60 kN FQ 60 kN 100 kN 240 kN .m
200 303 30 1703 Iz 200 30 46 2 30 170 542 mm 4 12 12 403 105 mm 4
例 9 已知
[ t ] 40 MPa, [ c ] 100 MPa,
30 200
y2 =61 A z y1 =139 z1 y 30
Wz Wz 706 cm 3 2
查表取：No. 36c，其
M 60 kN .m 60 kN .m
Wz 746 cm 3
梁的切应力及其强度条件
I z
t 1
FS
S
* z
I z
t1
FS
I z
h 2
2
FS 2Iz
h
t1max
tmax
t
max
FS 2Izd
b
h
d
h 2
2
y2
tmax O
t1
FS 2I z
h
y tmin 切应力流
最大剪应力一般发生在中性轴上
z
三、薄壁环形截面梁
tmax
r0
tmax
O
t
y
最大切应力tmax 仍
发生在中性轴z上。
FA 66kN D截面的剪力
FB 44kN FS 66kN
t max
FSS z,max dIz
140 10 103 47
220
2）求最大切应力
a
C
10 y 10
S
* z,max
10310
103 2
2
1061102 mm3
t max
FSS z,max dIz
66103 1061102 10 2 1152104
tmax
h
y
O
t' t A* s
y dA
d
Ot
y b
t
FS
S
* z
Izd
tmin
S
* z
b
h 2
2
d
h 2
y
h/
2
2
y
b
h
d
h
2
y2
2
2 2
2、翼缘上的切应力
FN*2
h
校核梁的强度公式
校核梁的强度公式
校核梁的强度时，常用的计算公式有：
1. σ=Mmax/Wz，其中σ为最大应力，Mmax为最大弯矩，Wz为截面模
量。
2. σ=W÷A，其中σ为应力，W为截面模量，A为截面面积。
请注意，具体的公式可能会因应用场景和材料的不同而有所差异。在使用时，
建议根据具体情况和需求选择合适的公式。
梁的应力公式
梁的应力公式梁是工程结构中常见的构件，比如桥梁的大梁、房屋的横梁等等。
要了解梁的性能和安全性，就得搞清楚梁的应力公式。
先来说说啥是应力。
应力就好比是梁内部的“力量分布”，它反映了梁在受力时内部各点的受力强度。
想象一下，一根梁被重物压着，它内部的每一部分都在努力抵抗这个压力，而应力就是描述这种抵抗强度的指标。
梁的应力公式有好几种，咱们先从最简单的说起。
对于矩形截面的梁，在受到垂直于轴线的弯矩作用时，正应力的公式是：σ = M*y / I 。
这里的σ就是正应力，M 是弯矩，y 是所求应力点到中性轴的距离，I 是截面惯性矩。
举个例子吧，有一次我去一个建筑工地，看到工人们正在搭建一个厂房的框架。
其中有一根大梁，看上去很粗壮，但我心里就在想，这根梁到底能不能承受住上面的重量呢？这时候我就想到了梁的应力公式。
我走近仔细观察了一下这根梁的截面形状，大致估计了一下它的尺寸。
然后假设上面的重物产生了一个特定大小的弯矩，根据我所知道的公式和估计的参数，试着算了算梁内部的应力分布。
这一算可不得了，我发现如果重物再重一点，或者放置的位置再偏一点，某些部位的应力可能就会超过材料的承受极限，那可就危险啦！再来说说圆形截面的梁。
它的应力公式和矩形截面的有所不同，但原理是类似的。
对于圆形截面，应力的计算也要考虑到弯矩、到圆心的距离以及截面的惯性矩等因素。
在实际工程中，梁的受力情况往往很复杂，可能同时受到弯矩、剪力、扭矩等多种力的作用。
这时候，就得综合运用各种应力公式来进行分析。
比如说，在设计一座钢结构的桥梁时，工程师们不仅要考虑车辆行驶时产生的弯矩，还要考虑风力、地震力等因素产生的影响。
他们会运用先进的计算软件，输入各种参数，然后根据梁的应力公式来计算出每一个部位的应力情况。
如果发现某些部位的应力过大，就需要调整设计，比如增加梁的截面尺寸、改变材料或者优化结构形式。
总之，梁的应力公式是结构工程中的重要工具，它帮助我们设计出安全可靠的梁结构，确保建筑物和各种设施的稳定和安全。
混凝土梁的预应力及计算方法
混凝土梁的预应力及计算方法一、前言混凝土结构中，梁是起承重作用的重要构件之一。
在设计混凝土梁时，为了提高其承载能力和抗震性能，通常会采用预应力技术，使其在荷载作用下能够具有足够的抗弯和抗剪能力。
本文将介绍混凝土梁的预应力及计算方法，以帮助读者深入了解和学习相关知识。
二、混凝土梁的预应力技术1.预应力的概念预应力是指在混凝土梁内部施加一定的拉应力，使其在负荷作用下能够更好地发挥其承载能力和抗震性能。
2.预应力的类型预应力分为内预应力和外预应力两种类型。
内预应力是通过在混凝土梁内部张拉预应力钢筋或钢束，使其产生预应力的作用。
内预应力的优点是可以提高混凝土梁的抗裂性能和承载能力，但需要在混凝土梁内部进行张拉工作，施工难度较大。
外预应力是通过在混凝土梁外部张拉预应力钢束或钢绞线，将预应力传递到混凝土梁内部，使其产生预应力的作用。
外预应力的优点是施工方便，但其抗裂性能和承载能力略低于内预应力。
3.预应力的作用原理预应力的作用原理是通过预应力钢筋或钢束产生的拉应力，使混凝土梁内部的压应力增大，从而提高混凝土梁的承载能力和抗震性能。
预应力钢筋或钢束的张拉应力与混凝土梁的荷载作用方向相反，可以抵消部分荷载的压应力，使混凝土梁的抗弯和抗剪能力大大提高。
4.预应力的设计原则预应力的设计原则是根据混凝土梁的受力特点和工程要求，确定预应力的大小和位置。
预应力大小的设计应满足混凝土梁的受力平衡条件和变形限制条件，预应力位置的设计应满足混凝土梁的受力合理分布和变形控制要求。
三、混凝土梁预应力计算方法1.混凝土梁的受力特点混凝土梁的受力特点是在荷载作用下，其上部产生拉应力，下部产生压应力。
混凝土梁的抗弯能力主要由混凝土的抗压强度和预应力钢筋或钢束的拉应力共同发挥。
2.混凝土梁预应力计算步骤混凝土梁预应力计算的步骤包括混凝土梁的截面分析、混凝土梁的受力平衡和混凝土梁的变形分析。
（1）混凝土梁的截面分析混凝土梁的截面分析是指根据混凝土梁的几何形状和材料参数，计算混凝土梁的截面面积、惯性矩和抗压强度等参数。