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基于弹性理论的内力计算vs基于塑性理论的截面设计——矛盾我之见!
本人小硕,做桥梁风工程的,但是一直对结构设计比较感兴趣,最近一直对一个问题没想明白,今天在钢结构论坛看到了几个相关的帖子,结合他们的观点,我对这个问题也有了我自己的认识,许多人说: 基于弹性理论的内力计算和基于塑性理论的截面设计二者是相互矛盾的,刚开始的时候我也认为这个是一个矛盾,但是最近我却不这样认为,我觉得他们之间不是矛盾,而是互补。
众所周知,基于弹性理论的内力计算得到的内力比基于塑性内力重分布的内力计算得到的内力大。因为,如果构件在内力的作用下是处于弹性阶段的,那么这个弹性计算的内力结果和实际的内力是一样大的,也就是正确的假设;但是如果随着荷载增大到该荷载的变化过程,当某荷载下已经超过了构件的弹性阶段进入了塑性阶段,那么此时,对于梁端固结的梁或者简支的情况下,都是在跨中首先出现最大弯矩,达到极限状态时候,跨中弯矩不会继续增大,而是形成塑性铰,进行内力重分布,尔后对于梁端固结的梁,梁端的弯矩增大,跨中形成了塑性铰,内力不会增大,由于梁端弯矩增大出现调幅,也就是说,在此塑性状态下,跨中最大内力达不到弹性计算的跨中弯矩。
从上面看到,如果我们的构件设计、内力计算都是基于弹性的,那么此时的确是保证了结构的安全(施工质量等外在原因在外),但是这种方法是不经济的,没有充分的利用材料;如果我们的截面设计为塑性极限状态,而内力计算又是在弹性基础上计算的话,又会发生什么情况呢。可以看到,如果我们的截面设计是在基于塑性极限状态的设计,那么也就是说,当截面的内力达到当前荷载在弹性基础上计算的值的时候,已经达到了塑性极限状态,但是此内力呢,又是在弹性基础上计算的,也就是说说,按照此种设计,在实际的结构作用此荷载时,构件已经进入了塑性,跨中形成了塑性铰,调幅以后的实际内力,没有之前按照弹性计算得到的内力大,这样实际上仍然是一种偏于安全的计算,并且相比于弹性内力计算和弹性截面设计而言更加经济,因为此时对材料的利用率更高。
由于本人的水平有限,上述言论肯定有很多错误的地方,希望各位前辈给我指导和斧正。同时,本人承认,本人的语文水平相当之差。所以在语句,甚至是标点符号的运用上都有很多错误,希望各位不要见笑。
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