两种断桥铝型材强度计算方法的差异比较

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1、两种断桥铝型材强度计算方法的差异比较http://news.alu1886.com来源：全球铝业网2013-03-1814:02阅读次：88本文由全球铝业网(http://www.alu1886.com)编辑，转载请注明出处，十分感谢！摘要：随着节能要求的深化，国内对隔热铝型材的使用已越来越广泛，涉及这种复合杆的强度计算也显得更为重要及迫切。　　一前言　　随着节能要求的深化，国内对隔热铝型材的使用已越来越广泛，涉及这种复合杆的强度计算也显得更为重要及迫切。目前国内门窗界对隔热型材的强度计算大致采用以下二种方法

2、：方法一，依据龙文志先生所推导的计算方法。方法二，依据JG/T175-2005附录B﹙资料性附录﹚所规定的计算方法。然而，当同一题目同时采用以上二种方法计算后却发现：二者结果相差颇大。搞清楚产生差异的原因，对隔热型材的正确计算是非常必要的。　　二隔热型材弯曲时的力学分析　　方法二中提出了刚性惯性矩Is及有效惯性矩Ief二个概念。刚性惯性矩Is的算法﹙原文中式﹙2﹚﹚就是众所熟悉的材力中仅考虑铝型材的惯性矩移轴算法。现以此作为比较二种计算方法的参照点。方法一是将尼龙条宽度缩小n=E铝/E尼龙=70000/290

3、0=24倍后作为当量截面计算惯性矩的，所以方法一算出的铝质“当量截面惯性矩”永远是一个略大于Is的数值。方法二在变形计算及强度计算时则使用的是有效惯性矩Ief，且Ief与Is的数学关系则是永远相差一个远小于1的因子---﹙1-ν﹚/﹙1-ν?C﹚﹙原文中式﹙1﹚﹚。所以Ief永远是一个远小于Is的数值。以上便是二种计算方法产生较大差异的表像，究竟何种算法更正确、更合理呢？　　在讨论前先分析以下实验。用二根长度为800、断面为6×20的扁钢将其叠合后弯曲，这便是众所悉知的叠合式复合杆，图一﹙1﹚为叠合式复合杆受

4、弯后端头的状况，显著特征为二杆间有相互错动。二杆皆以自身形心轴C1、C2翘曲变形，图中及图右则是剖面图及应力分布图。此时二者各自承载一半，二者除贴合外彼此没有力学影响，其结合面的摩擦作用在工程计算时也一般忽略不计。当将二者牢固铆合﹙或焊合﹚，此时便形成了组合式复合杆。图一﹙2﹚为组合式复合杆受弯后端头的状况，显著特征为二杆间没有相互错动。此时复合杆按统一的中性轴C0翘曲变形，当二杆完全相同时，C0正好处于二杆的结合面。这种特例就相当于一根高度是原杆2倍的矩形截面杆，由于截面惯性矩与截面高度的三次方成正比(I=

5、B×H^3/12)，所以组合式复合杆的I值是单根的8倍，是叠合式复合杆的4倍，这对提高杆件刚度是极为有利的。　　根据W=I/0.5H的关系不难推出：组合式复合杆的强度是叠合式复合杆的2倍。现再用二根8×8的泡沫双面胶条﹙制作隐框玻璃板块用的那种﹚将二根扁钢贴牢后再进行弯曲，图一﹙3﹚则为钢-胶条-钢组合杆受弯后端头的状况，三者的接触面间并无相互错动是其主要特征。现在的情况是胶条有一定的高度；　　　　而且胶条的弹性模量与钢材的弹性模量比极为悬殊，因此胶条的变形便成为影响杆件刚度和强度不可忽略的重要因素。如图所示

6、，胶条的变形应是以纵向剪切变形为主。胶条上缘由于受钢材1下缘的压缩变形而形成压缩，而胶条下缘则由于钢材2的作用而产生拉伸变形。这种变形影响了上、下钢材的"组合"作用。使上、下钢材绕偏移了原各自形心轴的C1’、C2’中性轴产生翘曲。从端头的变形可以看出：尽管结合面并无产生错动，但钢材1的下端与钢材2的上端由于胶条的切向变形还是产生了偏移。正是这原因使这种组合既不同于第1种叠合，也不同于第2种刚性组合。只能算是一种“弹性组合”。此时这种复合杆的截面力学特性应该处于前二者之间。　　龙文志先生推导的计算方法是建立在“

7、应变将沿截面高度连续线性变化”这个基本假设基础上的。这应该是出现差异的根本原因。图二﹙1﹚是图一﹙3﹚情况的应力分布图，C1’、C2’为上、下二扁钢的中性轴，在钢、胶结合面确存在应力突变，这是因为结合面钢、胶的变形（应变）相同，所以扁钢应力σ1/胶条应力σ2为E1/E2。即σ1=（E1/E2）×σ2。对隔热型材而言，尽管情况不像上述实验突出，但铝材与尼龙弹性模量的比值也己达n=70000/2900,即σ1=24×σ2，因比以上倾问不能不影响隔热铝型材的计算。图二还反应了胶条E值变化对应力分布改变的趋向，当胶条

8、E值逐渐增大时，截面应力将沿着1→2→3→4→5的方问改变，在此过程中C1’、C2’轴会逐渐接近组合截面的形心。只有当胶条E值等于扁钢E值时三者才会重合。当然，此时也才是完全的刚性组合。复合杆的截面惯性矩是复合杆截面力学特性的基础。其取值的大小直接影响变形计算及强度计算的结果。　　三隔热型材有效惯性矩的定量计算　　以上仅仅是对隔热型材截面力学特性的定性分析和推断。要满足工程计算的要求则必须建立有效惯