談材料力學(xué)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用

陳煒杰

(中鐵二十五局集團(tuán)有限公司，廣東廣州 510600)

1 工程概況

廣州制梁場(chǎng)負(fù)責(zé)廣珠鐵路復(fù)工工程DK0+000～DK48+648上、下行線所有橋梁所需簡(jiǎn)支T梁的預(yù)制，簡(jiǎn)支T梁主要采用時(shí)速160 km客貨共線鐵路預(yù)制后張法簡(jiǎn)支T梁(通橋(2005)2101)，其中20 m梁38片，24 m梁268片，32 m梁3 012片，另有非標(biāo)準(zhǔn)梁19.531 m 梁8 片，23.793 m 梁 4 片，29.9 m 梁20 片，共計(jì)3 350片簡(jiǎn)支T梁。根據(jù)TB/T 2092-2003預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡(jiǎn)支梁靜載彎曲試驗(yàn)方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，廣州制梁場(chǎng)需對(duì)簡(jiǎn)支T梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)約57次。

2 方案選定

廣州制梁場(chǎng)T梁采用的是傳統(tǒng)的鋼質(zhì)剛性門架，利用基礎(chǔ)混凝土作為配重進(jìn)行靜載試驗(yàn)，本文重點(diǎn)是對(duì)鋼質(zhì)剛性門架的設(shè)計(jì)檢算過程進(jìn)行闡述。結(jié)合各種梁型的靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，20 m曲線梁加載到1.2倍加載級(jí)時(shí)，加載力最大，此時(shí)的加載力為748 kN，考慮梁場(chǎng)生產(chǎn)可能增加梁型，兼顧使用次數(shù)多、使用時(shí)間跨度長(zhǎng)等不確定因素。驗(yàn)算時(shí)每個(gè)門架承受的集中荷載按1 000 kN進(jìn)行計(jì)算。鋼材選用A3鋼，根據(jù)《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》P496附表4-1中查得:軸向應(yīng)力［σ］=140 MPa，彎曲應(yīng)力［σw］=145 MPa，剪應(yīng)力［τ］=85 MPa。

3 驗(yàn)算過程

3.1 拉桿部分

拉桿采用22b工字鋼，拉桿最薄弱的部位為上下預(yù)留插銷孔位置，因此需對(duì)預(yù)留插銷孔的位置進(jìn)行加強(qiáng)并檢算，如圖1，圖2所示。

計(jì)算各部位截面面積:

1)由五金手冊(cè)可以查得，22b工字鋼的截面面積A1=4 640 mm2。

圖1 A處拉桿截面

圖2 B處拉桿截面

2)A處拉桿截面:A2=4 640+20×195×2－9.5×70－20×60×2=9 375 mm2。

3)B處拉桿截面:A3=(9.5+20)×170×2－20×60×2=7 630 mm2。

可以看出，工字鋼自身截面面積最小，只需驗(yàn)算工字鋼的容許拉力即可。

通過本文的研究和分析結(jié)果可知，加入亞硝酸鹽阻斷劑可以對(duì)食品中的亞硝酸鹽的含量起到一定的中和與控制效果。大蒜中的大蒜素可以對(duì)亞硝酸鹽的形成起到良好的控制效果，大蒜素本身還具有防癌的作用，但是洋姜對(duì)亞硝酸鹽的抑制作用并不是很明顯。同時(shí)脂的存在會(huì)對(duì)亞硝酸鹽產(chǎn)生一定的影響，其不僅能夠直接影響亞硝酸鹽的含量測(cè)定結(jié)果，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)測(cè)定結(jié)果偏低。

容許拉力:［P］=［σ］×A=140×10－3kN/mm2×4 640 mm2=649.6 kN。

實(shí)際拉力:P=1 000 kN/2=500 kN ＜［P］=649.6 kN。

滿足受力使用要求。

3.2 插銷部分

插銷鋼質(zhì)采用45號(hào)鋼，根據(jù)《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》P496附表4-1中查得:剪應(yīng)力［τ］=125 MPa。

考慮插銷受實(shí)際的剪力:Q=1 000 kN/2=500 kN。

考慮周轉(zhuǎn)次數(shù)多，因此鋼銷的直徑選用55 mm。

核算擠壓強(qiáng)度:

上部插銷和下部插銷投影截面如圖3，圖4所示，可以看出下部插銷與靜載試驗(yàn)臺(tái)座預(yù)埋件外露部分接觸處投影面積最小，故對(duì)此最不利截面進(jìn)行核算。同時(shí)由于45號(hào)鋼鋼質(zhì)較A3鋼好，現(xiàn)對(duì)靜載試驗(yàn)臺(tái)座預(yù)埋件外露部分的A3鋼接觸面進(jìn)行擠壓強(qiáng)度檢算。

圖3 上部插銷

圖4 下部插銷

圖4下部插銷受向下拉力P的投影面積為:

受壓根據(jù)《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》P496附表4-1中查得:節(jié)點(diǎn)銷子的孔壁承壓應(yīng)力［σbs］=210 MPa。

σ =P/A=500×1 000/(2 585/1 000 000)=193 423 597.7 Pa=193.43 MPa ＜［σbs］=210 MPa。

由此可見，拉桿及地錨預(yù)埋構(gòu)件均滿足擠壓強(qiáng)度條件的要求。

3.3 橫梁部分

為保證使用，加力架承受的豎向拉力按1 000 kN計(jì)算，加力架兩立柱的間距為3 300 mm，支座反力Na=Nb=1 000/2=500 kN。跨中的彎矩Mmax=Na×L/2=500×3.3/2=825 kN·m，兩端剪力為500 kN。

1)正應(yīng)力:最不利截面在跨中位置，截面如圖5所示。

橫截面抗彎截面系數(shù)為:

承受最大彎矩:

2)剪應(yīng)力:

最不利截面在兩端點(diǎn)位置，截面如圖6所示。

a.計(jì)算y軸形心位置:

X=∑Si/∑Ai=［20×200×(500－20/2)+2×(20×480×480/2+20×200×200/2)－2×40×65×(65/2+68)］/［200×20+2×(20×480+20×200)－4×20×65］=263 mm。

b.計(jì)算剪應(yīng)力:

Ix=Ix1+2Ix2+2Ix3－2Ix4=(200×203/12+(217+20/2)2×200×20)+2×(20×4803/12+(240－217)2×20×480)+2×(20×2003/12+1632×200×20)－4×(20×653/12+1632×65×20)=684 275 167 mm4。

Q=Ixb［τ］/=698 489 167×10－12×20×10－3×2×85×106/(3 689 560×10－9)/103=631 kN ＞500 kN。

圖5 最不利截面在跨中位置

圖6 最不利截面在兩端點(diǎn)位置

4 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐當(dāng)中，施工方案的編制經(jīng)常會(huì)涉及到一些鋼構(gòu)件的檢算，本文根據(jù)制梁場(chǎng)的靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用材料力學(xué)檢算靜載試驗(yàn)門架各部位的受力情況，確定門架各部位的截面尺寸，整個(gè)檢算過程對(duì)于工程實(shí)踐碰到的類似問題可以提供一些思路。有效地利用材料力學(xué)檢算方式、結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)的一些簡(jiǎn)單分析，有時(shí)在工程實(shí)踐中能發(fā)揮舉足輕重的作用。

［1］孫訓(xùn)方，方孝淑，關(guān)來泰.材料力學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［2］葉建曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理［M］.北京:人民教育出版社，2003.

［3］TB/T 2092-2003，預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路簡(jiǎn)支梁靜載彎曲試驗(yàn)方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］通橋(2005)2101-Ⅲ，時(shí)速160公里客貨共線鐵路預(yù)制后張法簡(jiǎn)支T梁跨度20 m［Z］.