平面内刚度与平面外刚度.pdf

平面内刚度与平面外刚度--

平面内刚度与平面外刚度

首先要理解什么是“平面内”和“平面外”。

平面内就是指和载荷作用方向一直的方向,平面外就是和载荷作用方向垂直的
方向。

通常所说的楼板平面内的刚度无限大,是指在水平荷载(地震和风等)作用下,
在水平面内可以视为刚体,在该平面内的每一点的位移都是相等的,此时它的截面高
度可以认为是整个楼的面宽或进深。而平面外方向就是指楼板的结构厚度,结构厚
度通常仅仅为十几公分,和整个楼的面宽或进深的十几米或几十米相比起来,就小多
了。

刚性楼板:平面内刚度无限大,平面外刚度为零!即忽略了竖向刚度,因此,要考
虑楼面梁的翼缘效应!(《高规》5.2.2)

弹性楼板6:真实计算面内刚度和面外刚度——采用壳单元,最符合实际情况,
可应用于任何工程;但实际上,在采用本假定时,部分楼面竖向荷载将通过楼面的面
外刚度直接传递给竖向构件(柱。墙等),导致梁的弯矩减小,相应的配筋也减小,与
实际情况有差别!可应用于板柱结构!

弹性楼板3:假定无平面内刚度,而平面外刚度是真实的——采用厚板弯曲单
元。可应用于厚板转换层结构!

弹性膜:真实计算平面内刚度,忽略平面外刚度——采用平面应力膜单元计算!
可应用于工业厂房结构、体育场馆结构、楼板局部开大洞结构及平面弱连接结构!

强度定义

1、材料、机械零件和构件抵抗外力而不失效的能力。强度包括材料强度和结
构强度两方面。强度问题有狭义和广义两种涵义。狭义的强度问题指各种断裂和塑

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性变形过大的问题。广义的强度问题包括强度、刚度和稳定性问题,有时还包括机
械振动问题。强度要求是机械设计的一个基本要求。

材料强度指材料在不同影响因素下的各种力学性能指标。影响因素包括材料
的化学成分、加工工艺、热处理制度、应力状态,载荷性质、加载速率、温度和介
质等。

按照材料的性质,材料强度分为脆性材料强度、塑性材料强度和带裂纹材料的
强度。①脆性材料强度:铸铁等脆性材料受载后断裂比较突然,几乎没有塑性变形。
脆性材料以其强度极限为计算强度的标准。强度极限有两种:拉伸试件断裂前承受
过的最大名义应力称为材料的抗拉强度极限,压缩试件的最大名义应力称为抗压强
度极限。②塑性材料强度:钦钢等塑性材料断裂前有较大的塑性变形,它在卸载后不
能消失,也称残余变形。塑性材料以其屈服极限为计算强度的标准。材料的屈服极
限是拉伸试件发生屈服现象(应力不变的情况下应变不断增大的现象)时的应力。对
于没有屈服现象的塑性材料,取与0.2%的塑性变形相对应的应力为名义屈服极限,
用σ0.2表示。③带裂纹材料的强度:常低于材料的强度极限,计算强度时要考虑材
料的断裂韧性(见断裂力学分析)。对于同一种材料,采用不同的热处理制度,则强度
越高的断裂韧性越低。

按照载荷的性质,材料强度有静强度、冲击强度和疲劳强度。材料在静载荷下
的强度,根据材料的性质,分别用屈服极限或强度极限作为计算强度的标准。材料受
冲击载荷时,屈服极限和强度极限都有所提高(见冲击强度)。材料受循环应力作用
时的强度,通常以材料的疲劳极限为计算强度的标准(见疲劳强度设计)。此外还有
接触强度(见接触应力)。

按照环境条件,材料强度有高温强度和腐蚀强度等。高温强度包括蠕变强度和
持久强度。当金属承受外载荷时的温度高于再结晶温度(已滑移晶体能够回复到未
变形晶体所需要的最低温度)时,塑性变形后的应变硬化由于高温退火而迅速消除,
因此在载荷不变的情况下,变形不断增长,称为蠕变现象,以材料的蠕变极限为其计
算强度的标准。高温持续载荷下的断裂强度可能低于同一温度下的

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材料拉伸强度,以材料的持久极限为其计算强度的标准(见持久强度)。此外,
还有受环境介质影响的应力腐蚀断裂和腐蚀疲劳等材料强度问题。

结构强度指机械零件和构件的强度。它涉及力学模型简化、应力分析方法、
材料强度、强度准则和安全系数。

按照结构的形状,机械零件和构件的强度问题可简化为杆、杆系、板、壳、块
和无限大体等力学模型来研究。不同力学模型的强度问题有不同的力学计算方法。
材料力学一般研究杆的强度计算。结构力学分析杆系(桁架、刚架等)的内力和变
形。其他形状物体属于弹塑性力学的研究对象。杆是指截面的两个方向尺寸远小于
长度尺寸的物体,包括受拉的杆、受压的柱、受弯曲的梁和受扭转的轴。板和壳的
特点是厚度远小于另外两个方向的尺寸,平的称为板,曲的称为壳。

要解决结构强度问题,除应力分析之外,还要考虑材料强度和强度准则,并研究
它们之间的关系。如循环应力作用下的零件和构件的疲劳强度,既与材料的疲劳强
度有关,又与零件和构件的尺寸大小、应力集中