1、v1.0可編輯可修改課時授課計劃授課日期班另1044-3題目第九章梁的應(yīng)力及強度計算目的要求掌握彎曲應(yīng)力基本概念；掌握彎曲正應(yīng)力及彎曲剪應(yīng)力的計算； 掌握彎曲正應(yīng)力的強度計算； 掌握彎曲剪應(yīng)力強度校核。重占八、梁應(yīng)力的計算、彎曲強度計算難占八、彎曲正應(yīng)力的強度計算和、彎曲剪應(yīng)力的強度校核教具課本教學(xué)方法課堂教學(xué)10第17頁共16頁第九章 梁的應(yīng)力及強度計算報第T純彎曲梁橫截面上的正應(yīng)力第二節(jié) 梁的正應(yīng)力強度條件第二節(jié) 梁的剪應(yīng)力強度條件書第四節(jié)提高梁彎曲強度的措施設(shè)教學(xué)過程：復(fù)習(xí)：1、復(fù)習(xí)剛架的組成及特點。2、復(fù)習(xí)平面靜定剛架內(nèi)力圖的繪制過程。新 課：第九章 梁的應(yīng)力及強度計算第一節(jié) 純彎曲梁

2、橫截面上的正應(yīng)力一、純彎曲橫梁截面上的正應(yīng)力計算公式平面彎曲時，如果某段梁的橫截面上只有彎矩M而無剪力Q = 0,這種彎曲稱為純彎曲。1、矩形截面梁純彎曲時的變形觀察現(xiàn)象：(1)變形后各橫向線仍為直線，只是相對旋轉(zhuǎn)了一個角度，且與變形后的梁 軸曲線保持垂直，即小矩形格仍為直角；(2)梁表面的縱向直線均彎曲成弧線，而且，靠頂面的縱線縮短，靠底面的 縱線拉長，而位于中間位置的縱線長度不變。2、假設(shè)(1)平面假設(shè)：梁變形后，橫截面仍保持為平面，只是繞某一軸旋轉(zhuǎn)了一個 角度，且仍與變形后的梁軸曲線垂直。中性層：梁純彎曲變形后，在凸邊的纖維伸長，凹邊的纖維縮短，纖維層 中必有一層既不伸長也不縮短，這一纖

3、維層稱為中性層。中性軸：中性層與橫截面的交線稱為中性軸。中性軸將橫截面分為兩個區(qū)域一一拉伸區(qū)和壓縮區(qū)。注意：中性層是對整個梁而言的；中性軸是對某個橫截面而言的。中性軸通過橫截面的形心，是截面的形心主慣性軸。(2)縱向纖維假設(shè)：梁是由許多縱向纖維組成的，且各縱向纖維之間無擠壓。 各縱向纖維只產(chǎn)生單向的拉伸或壓縮。3、推理純彎曲梁橫截面上只存在正應(yīng)力，不存在剪應(yīng)力。二、純彎曲橫梁截面上正應(yīng)力分布規(guī)律由于各縱向纖維只承受軸向拉伸或壓縮，于是在正應(yīng)力不超過比例極限時，由胡克定律可知E E1通過上式可知橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律，即橫截面上任意一點的正應(yīng)力與該點到中性軸之間的距離成正比， 也就是正應(yīng)力沿截

4、面高度呈線性分布， 而 中性軸上各點的正應(yīng)力為零。三、純彎曲橫梁截面上正應(yīng)力計算公式梁在純彎曲時的正應(yīng)力公式：MyI Z式中：（7梁橫截面上任一點的正應(yīng)力;M-該點所在橫截面的彎矩；IZ一橫截面又中性軸z的慣性矩；矩形IZ嚕；圓形IZ=*4y所求正應(yīng)力點到中性軸的距離 正應(yīng)力的單位為：Pa或MPa工程上常用MPa公式表明：梁橫截面上任二點的正應(yīng)力g與截.面上的彎矩，M和該點到中性軸的距離成正比，而與截面對中性軸的慣性矩 一IZ成反比一在中性軸上（y=0）,正應(yīng)力為零。離中性軸越遠，正應(yīng)力越大。在橫截面 上、下邊緣各點處（y=ymax）,正應(yīng)力達到最大值。應(yīng)力6的正負號直接由彎矩M的正負來判斷。

5、M為正時，中性軸上部截面 為壓應(yīng)力，下部為拉應(yīng)力；M為負時，中性軸上部截面為拉應(yīng)力，下部為壓應(yīng) 力。第二節(jié)梁的正應(yīng)力強度條件一、彎曲正應(yīng)力的強度條件等直梁的最大彎曲正應(yīng)力，發(fā)生在最大彎矩所在橫截面上距中性軸最遠的 各點處，即maxWzmax對于工程上的細長梁，強度的主要控制因素是彎曲正應(yīng)力。為了保證梁能 安全、正常地工作，必須使梁內(nèi)最大正應(yīng)力max不超過材料白許用應(yīng)力, 故梁的正應(yīng)力強度條件為：maxmax二、常用截面的慣性矩與抗彎截面系數(shù)1、常用截面的慣性矩Iz慣性矩是截面各微元面積與各微元至截面上某一指定軸線距離二次方乘 積的積分。它是與截面的形狀及尺寸相關(guān)的幾何量。2、常見截面的抗彎截面

6、系數(shù)1212hb3bh3Izc -CIyCIC4在對梁進行強度計算時，總要尋找最大正應(yīng)力。有時，即截面上離中性軸最遠的各點處,彎曲正應(yīng)力最大小上知,1 當(dāng)yc (D4y=ymaxdDmaxM ymaxI Z64則有:max矩形截而抗彎截面系數(shù):圓形截面抗彎截面系數(shù):空心圓截而抗彎截面系數(shù):iz ymaxy maxMWzIzymax IZ ymax 立(1 323bh /12h/2d4/64d /24),bh26 d332dDmaxmax126.6MPa例題 如圖所示，某20a工字型鋼梁在跨中作用集中力F,已知l=6m, F=20kN,求梁中的最大正應(yīng)力(解：(1)計算梁內(nèi)的最大彎矩跨中截面Pl

7、M max30kN m4(2)查找型鋼表，確定20a工字型的抗彎截面系數(shù)Wz 2.37 105 mm3(3)根據(jù)彎曲正應(yīng)力公式的計算三、彎曲正應(yīng)力強度的計算應(yīng)用強度條件公式，可解決梁的強度方面三類問題。(1)強度校核在已知梁的材料、截面形狀與尺寸(即已知和W值)以及所受荷載(即已知M)的情況下，用強度條件檢查梁的最大正應(yīng)力是否滿足強度條件。maxMmax Wz(2)截面設(shè)計當(dāng)已知荷載和所用材料(即已知乂和)時，可根據(jù)強度條件，設(shè)計截面尺寸。WzMmax求出W后，進一步根據(jù)所用梁的截面形狀來確定尺寸。若采用型鋼時,則可由型鋼表查得所用型鋼的型號。(3)計算許可載荷若已知梁的材料及截面尺寸(即已知

8、和W),則可根據(jù)強度條件確定 梁的許用彎矩M。M Wz根據(jù)M,用平衡條件確定許用外載荷。在進行上列各類計算時，為了保證既安全可靠又節(jié)約材料的原則， 設(shè)計規(guī) 范還規(guī)定梁內(nèi)的最大正應(yīng)力允許稍大于,但以不超過的5勵限。即max 100% 5% 3、進行強度計算時應(yīng)遵循的步驟(1)分析梁的受力，依據(jù)平衡條件確定約束力，分析梁的內(nèi)力(畫出彎矩圖)。(2)依據(jù)彎矩圖及截面沿梁軸線變化的情況，確定可能的危險截面：對等截面梁，彎矩最大截面即為危險截面。(3)確定危險點(4)依據(jù)強度條件，進行強度計算。第三節(jié) 梁的剪應(yīng)力強度條件一、概念梁在橫彎曲作用下，其橫截面上不僅有正應(yīng)力，還有剪應(yīng)力。對剪應(yīng)力的分布作如下假

9、設(shè)：(1)橫截面上各點處剪應(yīng)力 均與剪力Q同向且平行；橫截面上距中性軸等距離各點處剪應(yīng)力大小相。根據(jù)以上假設(shè)，可推導(dǎo)出剪應(yīng)力計算公式：*QSzI zb式中：r 橫截面上距中性軸z距離為y處各點的剪應(yīng)力；Q-該截面上的剪力；b一需求剪應(yīng)力作用點處的截面寬度；Iz 一橫截面對其中性軸的慣性矩；Sz* 一所求剪應(yīng)力作用點處的橫線以下（或以上）的截面積A*對中性軸的 面積矩。剪應(yīng)力的單位與正應(yīng)力一樣。剪應(yīng)力的方向規(guī)定與剪力的符號規(guī)定一樣二、矩形截面橫梁截面上的剪應(yīng)力如圖所示高度h大于寬度b的矩形截面梁。橫截面上的剪力Q沿y軸方向作用。*Sz、/h1 *bj y) y22 2y)b(h 2, 4y2)將

10、上式帶入剪應(yīng)力公式得:2Iz 4y2)上式表明矩形截面橫梁截面上的剪應(yīng)力，沿截面高度呈拋物線規(guī)律變化在截面上、下邊緣處y=h/2,則丁 =0;在中性軸上，y=0,剪應(yīng)力值最大, 其值為Q h22、 Qh2Qh23Q -Qmax ( y )31.52IZ 48IZ bh3 2bh Azz 812即maxQ 1.5-A上市說明：矩形截面橫梁截面上的最大剪應(yīng)力為平均剪應(yīng)力Q/A的倍 綜上所述：剪應(yīng)力沿其截面高度的分布規(guī)律與正應(yīng)力不同，正應(yīng)力最大的在截 面的上下邊緣各點，剪應(yīng)力為零；剪應(yīng)力最大的在中性軸上各點，正應(yīng)力為零。, 1 - - - - - - - - - - - - - - - - - -

11、- . -z - - ,- - - - - - - - - - - - -/ . - - - - - - - - -,- - -,- - - -s - ,- - - -,- - - - - - - - - - - - - - - -.- - - - - * - - , - - - - -, - - - - - - - - - - - - - - - -三、工字形橫截面的剪應(yīng)力工字形截面是由上、下翼緣及中間腹板組成的】 I II 1A | S apminrmax1）腹板上的剪應(yīng)力：腹板為狹長矩形，承擔(dān)截面絕大部分剪應(yīng)力，剪應(yīng)力沿腹 板高度按拋物線規(guī)律分布，故中性軸處有最大剪應(yīng)力；在腹板與翼板的交

12、界處,剪應(yīng)力與最大剪應(yīng)力相差不多，接近于均勻分布。2）翼緣上的剪應(yīng)力：翼緣上的剪應(yīng)力情況較復(fù)雜。豎向分量很小且分布復(fù)雜， 一般不考慮；水平分量認為沿翼緣厚度均勻分布，計算公式與矩形截面的相同， 其方向與豎向剪應(yīng)力方向之間存在“剪應(yīng)力流”的規(guī)律。由理論分析可知,工字形截面的腹板上幾乎承受了截面上的 95%fc右的剪 力，而且腹板上的剪應(yīng)力又接近于均勻分布， 故可以近似得出工字形截面最大 剪應(yīng)力的公式：maxQh1d式中：d、hl一腹板的寬度和高度;Q橫截面上的剪力。工程中，工字鋼常采用軋制的工字型鋼，由下式計算它的最大剪應(yīng)力:maxQmax*SzmaxI zbQmax(Iz/Szmax)b_ *

13、S式中：Szmax 工字形截面中性軸一側(cè)面積對中性軸的慣性矩;I z / Szmax 可以直接由型鋼表中查取（書P261）,代入上式進行計算;b腹板的寬度，可以查型鋼表確定。四、圓形截面橫梁截面上的最大剪應(yīng)力圓形截面橫梁截面上的最大豎向剪應(yīng)力也都發(fā)生在中性軸上，沿中性軸均勻分布。max其它形狀的截面上，一般地說，最大剪應(yīng)力也出現(xiàn)在中性軸上各點。結(jié)合書P161-162例8-3進行詳細講解例1矩形截面簡支梁如圖，已知：l=2m , h=15cm, b=10cm,h1=3cm,大剪應(yīng)力q=3kN/m。試求A支座截面上K點的剪應(yīng)力及該截面的最rrrnTTTTTWTrrn解：1.求剪力：bh3Sz12*

14、yQA=3kN310 151210 4.5yrh1-.l2810 cm4 3kN3 到 3kN5.25 236 cm Q 圖2.求K點剪應(yīng)力：_3QaSz3 103236 10b 2810 104 10 1010.252MPa3.求最大剪應(yīng)力:Q 1.5 3 103max 1.5 Q2 0.3MPaA 15 10 102五、梁的剪應(yīng)力強度校核梁的剪應(yīng)力強度條件為:*maxQmaxSzmaxIz b在梁的強度計算時，必須同時滿足彎曲正應(yīng)力強度條件和剪應(yīng)力強度條 件。但在一般情況下，滿足了正應(yīng)力強度條件后，剪應(yīng)力強度都能滿足，故 通常只需按正應(yīng)力條件進行計算。但在下列幾種情況下，還需作剪應(yīng)力強度校

15、核：(1)梁的跨度很短而又受到很大的集中力作用，或在支座附近作用有較大的 集中荷載，此時梁的最大彎矩較小，但最大剪力卻很大。(2)工字梁的腹板寬度很小，或某些怫接或焊接的組合截面鋼梁中，具腹板 寬度與高度之比小于一般型鋼截面的相應(yīng)值時，此時腹板上的剪應(yīng)力可能較 大。(3)木梁。由于木材在順紋方向的抗剪強度很差，當(dāng)橫截面中性軸上有較大 的剪應(yīng)力時，根據(jù)剪應(yīng)力互等定理，梁的中性層上也產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力， 可能 使木材沿順紋方向破壞。第四節(jié)提高梁彎曲強度的措施一、提高梁彎曲強度的措施根據(jù)彎曲正應(yīng)力的強度公式，減小梁的工作應(yīng)力的途徑：A、降低最大彎矩值MmaxB、增加截面的抗彎截面系數(shù)W(1)合理安排梁

16、的支座與荷當(dāng)荷載一定時，梁的最大彎矩 MmaxW梁的跨度有關(guān)，因此，應(yīng)合理安排 支座。如果結(jié)構(gòu)允許，應(yīng)盡可能合理地布置梁上的荷載。 把梁所受的一個集中力 分為幾個較小的集中力，梁的最大彎矩就會明顯減小。j H-t H t i i H I25f也125尸JI”*KL1Rq IW ffi I25F JmrirJRfe o f增出解也與（2）采用合理的截面形1）從應(yīng)力分布規(guī)律考慮應(yīng)使截面面積較多的部分布置在離中性軸較遠的地方。從應(yīng)力分布情況看，工字形、槽形等截面形狀比面積相等的矩形截面更合 理，而圓形截面又不如矩形截面。凡是中性軸附近用料較多的截面就是不合理膜性材料的梁就面截面。2）從抗彎截面系數(shù)W考慮應(yīng)在截面面積相等的條件下，使得抗彎截面系數(shù) W盡可能地增大（Iz越大 越好），由式Mmax=b Wz可知，梁所能承受的最大彎矩 Mmax與抗彎截面系 數(shù)W成反比。所以，從強度角度看，當(dāng)截面面積一定時， W值越大越有利。3）從材料的強度特性考慮應(yīng)合理的布置中性軸位置，使截面上的最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力同時達到 材料的容許應(yīng)力