刚度:结构或构件抵抗变形的能力,包括构件刚度和截面刚度,按受力状态不同可分为轴向刚度、弯曲刚度、剪变刚度和扭转刚度等。对于构件刚度,其值为施加于构件上的力(力矩)与它引起的线位移(角位移)之比。对于截面刚度,在弹性阶段,其值为材料弹性模量或剪变模量与截面面积或惯性矩的乘积。" m& `5 Y6 `4 Q+ L, [' G& s
7 d% H3 l& \ X4 P& [/ n7 I! s首先得从刚度说起。
: Y8 @+ s$ K! Y% L" n刚度是指:单位变形条件下,结构或构件在变形方向所施加的力的大小。在结构静力或动力分析时需要用到。如用位移法分析结构内力时要用到刚度矩阵,计算地震作用或风振影响时需要用到结构的刚度参数。还有在设计动力机器基础时也需要用到结构刚度参数。可以看有关结构力学或结构动力学的书。
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举个两个简单的例子以方便理解:用力弯折直径和长度相等的实心钢管和木头,哪个费劲哪个刚度(弯曲刚度)就大。很显然是钢管的大,你有可能把木头弯折,但要弯折钢管就很难吧!用力弯折长度相等而直径不等的实心钢管,当然是直径小的容易弯折吧,那就是直径小的刚度小了。所以刚度是和材料特性及截面特性直接相关,当然线刚度还和长度有关了!
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9 S8 F: y& B, x5 |一般能满足F=k△,F为作用力,△为位移,k即为刚度,所以刚度物理意义为单位位移时所产生的力。k可以是某些量的函数,即可为表达式。由F的不同,叫法不同。 另外就是我们要说的刚度叫线刚度,即单位长度上的刚度。 比如,我们在用反弯点法计算多层框架水平荷载作用下内力近似计算时。 计算柱的水平剪力时,剪力与柱层间水平位移△的关系为 V=(12ic/h2)△ 那么d=(12ic/h2)就叫柱的侧移刚度,表示柱上下两端相对有单位侧移时柱中产生的剪力。 其中ic表示柱的线刚度(即ic=EI/h),h为楼层高,EI是柱的抗弯刚度(M=EI(1/p),M为弯矩,(1/p)为曲率,也满足F=k△形式)。 另外还可用D值法,即考虑了梁柱的刚度比变化,因为柱两端梁的刚度不同,即对柱的约束不同,那么它的反弯点,即M=0的点会随之移动,那端强,反弯点离它越远。而且同层柱剪力分配时也是由柱的线刚度决定,因为同层位移一定,简单讲,由F=k△,谁的刚度大,谁分得的剪力就大。反过来,这也可以解释改变局部的刚度能调节内力的分布的情况。$ H5 j5 E% U0 `: j |1 n% x
力F的不同导致刚度叫法的不同," O j, c# F+ p1 o: e& m; _2 ]4 h, ]4 z
那么抗弯刚度,产生单位曲率所需要的弯矩。6 L# K& o8 O) i2 e) q5 p
抗剪刚度是指发生单位剪切变形需要的剪力。
. s' a6 p t) }! J# a4 P抗扭刚度是指发生单位扭转角所需要的扭矩。
) J' }( K& S8 y抗推刚度就是发生单位水平位移所需要的推力。刚度大,力就大。# _ Z; t" B4 d1 r2 f
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