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复合横担杆塔研究

来源:用户分享 时间:2025/9/30 19:40:23 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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生的问题通过安全系数予以考虑。对载荷值的选定愈符合实际情况,则所选用的安全系数可以愈小,一般动载比静载应选用较大的安全系数。

②材料性质的均匀性和分散性;材料内部组织的非均质和缺陷对结构强度有一定的影响。材质组织愈不均匀,其强度试验结果的分散性就愈大,安全系数相应地就要选大些。

③理论计算公式的近似性;对实际结构进行模型简化和理想化假设条件下所推导的计算公式,一般都是近似的,选择安全系数时要考虑到计算公式的近似程度。

④构件在结构中的重要性;如果构件的损坏会引起整个结构失效从而发生严重事故,则该构件的安全系数应取大些。

⑤加工工艺的可重复性;由于加工工艺水平的限制,制件不可能完全没有缺陷或偏差,并因各种工艺因素的偶然性变化而使所加工的结构或构件的性能分散,因此对工艺可重复性差的应取大的安全系数。

⑥无损检验的局限性。 ⑦使用环境条件。

本工程选用FRP复合材料,根据已有复合材料杆塔设计经验,本工程复合材料构件设计强度安全系数取3。

2.5 典型结构构件的设计 ⑴受拉杆件

受拉杆件一般可制成圆棒状或平板状。对于圆棒状拉杆可以将纤维沿载荷方向(即圆棒轴向)铺设,而对于平板状(矩形)拉杆.不宜沿载荷方向全部铺设0°单向层。由于平板状拉杆不可避免有横向的载荷,而全部0°单向层横向强度太小,且泊松比和横向热膨胀系数较大,与其他构件连接时易引起较大的附加应力和热应力,故应铺设若干90°层,例如6%-10%。

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受拉杆件的强度条件为: N/A≤[σ]

式中 N——受拉杆的轴力; A——受拉杆的横截面面积;

[σ]——许用拉应力,为极限拉应力除以安全系数。极限拉应力即设计拉伸强度,对于圆棒可近似取单向层合板的拉伸强度,而对于正交对称层合板组成的受拉杆,可取相应方向的面内拉伸强度。

⑵受压杆件

对于短粗的受压杆,由于抗压强度不够而导致破坏,可按强度条件设计:

︱N︱/A≤[σ]

式中 N——受压杆的轴力; A——受压杆的横截面面积;

[σ]——许用压应力,为极限压应力除以安全系数。极限压应力即设计压缩强度,由压杆所采用的材料确定。

对于细长的受压杆件,通常是因屈曲而失效,故应按稳定性条件进行设计:

P≤[P]

式中 P——使用载荷; [P]——许用载荷。

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?P??Pcr?Pcrn?2EI?cL?2

临界载荷 Pcr——临界载荷

EI——横截面对其形心的最小抗弯刚度; L——压杆长度;

c——压杆的端部支持系数。

表2.5-1 压杆端部支持系数取值

支持条件 理论C值 建议C值 ⑶受扭杆件 以扭转为主要变形的杆件一般做成圆管状,用铺迭的方法或缠绕的方法制成与轴线成±45°铺层的圆管,此时受扭的刚度和强度较大。由1:1编织布按45°铺设的受扭圆管的强度条件为

Mn????Wn

W n?两端固支 0.5 0.65 两端简支 1.0 1.0 一端简支 一端自由 2.0 2.1 一端固支 一端简支 0.7 0.8 ?D1????164Mn——圆管所受的扭矩; Wn——抗扭截面矩量。 D——圆管外径;

α——圆管内径d与外径D的比值。 [τ]——为许用剪应力

[σ]——1:1编织布0°方向的许用应力。当单向布按±45°逐层交错铺设时,则[σ]为[0/90]s层合板在0°方向许用应力。

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⑷受弯构件——薄壁梁

工字梁受载弯曲时,上下冀缘受拉或受压,在冀缘上布置沿梁轴的0°铺层。由于薄壁冀缘还可能出现局部失稳,还需在冀缘表层布置沿梁轴的±45°铺层,在腹板主要承受剪切载荷,同时还承受弯曲引起的压缩应力或拉伸应力,铺层布置以±45°为主,配以适当的90°铺层(垂直凸缘方向)和0°铺层。

图2.5-1工字形梁的铺层布置

1—±45°;2—0°;3—以±45°为主,辅(0°,90°)

假定工字梁的弯矩由上、下翼缘承担,而剪力由腹板承担,且应力分布都是均匀的,则翼缘和腹板的强度条件分别为

M????bhtQ?????hM——截面弯矩;Q——截面剪力; b——翼缘宽度;t——翼缘厚度; h——腹板高度;δ——腹板厚度;

[σ]——冀缘的许用应力,拉、压强度取其小者为许用应力; [τ]——腹板的许用剪应力。

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