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结构中的各种刚度(转载)  

2010-03-25 11:26:03|  分类: 土木必知 |  标签: |举报 |字号 订阅

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刚度:结构或构件抵抗变形的能力,包括构件刚度和截面刚度,按受力状态不同可分为轴向刚度、弯曲刚度、剪变刚度和扭转刚度等。对于构件刚度,其值为施加于构件上的力(力矩)与它引起的线位移(角位移)之比。对于截面刚度,在弹性阶段,其值为材料弹性模量或剪变模量与截面面积或惯性矩的乘积。

首先得从刚度说起。

刚度是指:单位变形条件下,结构或构件在变形方向所施加的力的大小。在结构静力或动力分析时需要用到。如用位移法分析结构内力时要用到刚度矩阵,计算地震作用或风振影响时需要用到结构的刚度参数。还有在设计动力机器基础时也需要用到结构刚度参数。可以看有关结构力学或结构动力学的书。

举个两个简单的例子以方便理解:用力弯折直径和长度相等的实心钢管和木头,哪个费劲哪个刚度(弯曲刚度)就大。很显然是钢管的大,你有可能把木头弯折,但要弯折钢管就很难吧!用力弯折长度相等而直径不等的实心钢管,当然是直径小的容易弯折吧,那就是直径小的刚度小了。所以刚度是和材料特性及截面特性直接相关,当然线刚度还和长度有关了!

一般能满足F=k△,F为作用力,△为位移,k即为刚度,所以刚度物理意义为单位位移时所产生的力。k可以是某些量的函数,即可为表达式。由F的不同,叫法不同。 另外就是我们要说的刚度叫线刚度,即单位长度上的刚度。 比如,我们在用反弯点法计算多层框架水平荷载作用下内力近似计算时。 计算柱的水平剪力时,剪力与柱层间水平位移△的关系为 V=(12ic/h2)△ 那么d=(12ic/h2)就叫柱的侧移刚度,表示柱上下两端相对有单位侧移时柱中产生的剪力。 其中ic表示柱的线刚度(即ic=EI/h),h为楼层高,EI是柱的抗弯刚度(M=EI(1/p),M为弯矩,(1/p)为曲率,也满足F=k△形式)。 另外还可用D值法,即考虑了梁柱的刚度比变化,因为柱两端梁的刚度不同,即对柱的约束不同,那么它的反弯点,即M=0的点会随之移动,那端强,反弯点离它越远。而且同层柱剪力分配时也是由柱的线刚度决定,因为同层位移一定,简单讲,由F=k△,谁的刚度大,谁分得的剪力就大。反过来,这也可以解释改变局部的刚度能调节内力的分布的情况。

力F的不同导致刚度叫法的不同,那么抗弯刚度,产生单位曲率所需要的弯矩。抗剪刚度是指发生单位剪切变形需要的剪力。抗扭刚度是指发生单位扭转角所需要的扭矩。抗推刚度就是发生单位水平位移所需要的推力。

短期刚度和长期刚度

刚度是有短期刚度和长期刚度之分的,刚度会随着力的加大而减小,一般情况下,混凝土结构梁截面的抗弯刚度是不断变化的,随着时间的增长而不断减小,根据试验表明一般会在3年后趋于稳定,这主要是由于混凝土结构的收缩徐变,以及钢筋的应力松弛造成的截面有效截面减小,刚度降低。

另外,楼主说道"一般能满足F=k△,F为作用力,△为位移,k即为刚度,所以刚度物理意义为单位位移时所产生的力" ,这个再线弹性范围之内是成立的.

       然而,对与钢筋混凝土来说是一般是不成立的,因为钢筋混凝土构件一加载就会开裂.于是,截面的刚度就自然变小,从而导致构件的刚度减小.这就是为什么预应力可以提高构件刚度的原因.

   预应力可以提高构件刚度的主要原因是,预应力使混凝土构件处于线弹性状态(不开裂),一致楼主说的力与位移成正比的公式成立.  

   为什么预应力可以提高构件的刚度这个问题一直困扰了我很久,我也是前一段时间才理解的.

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