在不同的结构材料中,相对应的强度、刚度也是不同的,每一种材料都有其计算公式,能算出该材料的抗拉强度、抗弯强度等各种数据,在使用的时候也方便人们根据数据对材料强度有一个清晰的了解,在材料力学中有一个名词叫抗弯刚度,那么抗弯刚度是什么呢?抗弯刚度计算公式又是什么?让我们来一探究竟!
一、什么是抗弯刚度
力学上抗弯刚度指的是物体抵抗其弯曲变形的能力。其实在早期的时候是用于纺织的,抗弯刚度大的面料悬垂性差;纱线支数粗、重量重的织物悬垂性也较差,其悬垂性受多种因素的影响,如纤维本身的弯曲性能、纱线的结构、织物的组织特点和后整理等。
对于目前来说,抗弯刚度现在已经广泛应用于材料力学和混凝土理论,而材料抵抗弯曲变形的能力由材料的弹性模量和受弯构件横截面绕其中性轴的惯性矩的乘积来表示。
二、抗弯刚度计算公式
抗弯刚度计算公式为K=EI,e为弹性模量,指的是产生单位应变所需的应力,对于不同材料的来说弹性模量也不同;I是材料横截面绕弯曲中性轴的惯性矩。
材料抗弯刚度的计算实际上是控制材料构件变形(即挠度)的基础。计算的起点应该从材料的性能特征中获得:
第一个特性决定了材料的抗压强度以及抗拉强度。当材料的抗拉强度决定了构件的承载能力时,因其延伸率大而表现出延性破坏特征,反之则为脆性破坏。如抗弯加强梁和超筋梁,偏心受压的量级。而在桁架应力模型中,受剪构件的强度之间并不存在正比关系(虽然抗弯强度并不严格成正比,但几乎成正比),而只是一种双线性关系。所以适筋延性不如其加固梁,这只是概念设计中强剪弱弯的由来。
其次,材料较大的离散性决定了为了满足同样的安全度,需要较大的强度裕度(平均强度与设计强度之比),这在规范中的安全系数K(抗弯1.4,抗压和抗剪1.55)中有所体现,新规范已从公式中消失,但来源可从背景材料的统计回归中找到;
第三个特性,材料的蠕变性质,是塑性内力重分布的条件之一。正如一位学者所说,一个设计合理的材料结构,其内力是可以按照设计者的意图进行调整的。开裂构件的塑性铰不是一个点,而是一个区域。
第四个特征则是在结构的概念设计中非常重要,即在罕遇地震中,结构的强度并不丰富,只有抵抗变形能力的好坏,即所有结构都必须进入塑性变形阶段(或弹塑性阶段)。设计的时候,让塑料铰链出现在某个地方;有多少构件受损吸收地震输入能量,震后容易修复;那些关键构件是最后一道防线等等,这是抗震设计的精髓,也是抗弯刚度计算方法的由来。
第五个特点是,按照这个思路,就不难理解在抗震规范中的很多要求。例如,短柱具有典型的剪切破坏特征,配箍率和轴压比直接影响柱的延性。框架-剪力墙结构的抗震性能受变形过大的影响,转换板结构的刚度突变最大,在高烈度区很少使用,这也是抗弯刚度计算方法的由来。
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