谈材料力学在工程实践中的应用

陈炜杰

(中铁二十五局集团有限公司，广东广州 510600)

1 工程概况

广州制梁场负责广珠铁路复工工程DK0+000～DK48+648上、下行线所有桥梁所需简支T梁的预制，简支T梁主要采用时速160 km客货共线铁路预制后张法简支T梁(通桥(2005)2101)，其中20 m梁38片，24 m梁268片，32 m梁3 012片，另有非标准梁19.531 m 梁8 片，23.793 m 梁 4 片，29.9 m 梁20 片，共计3 350片简支T梁。根据TB/T 2092-2003预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法及评定标准的有关规定，广州制梁场需对简支T梁进行静载试验约57次。

2 方案选定

广州制梁场T梁采用的是传统的钢质刚性门架，利用基础混凝土作为配重进行静载试验，本文重点是对钢质刚性门架的设计检算过程进行阐述。结合各种梁型的静载试验数据，20 m曲线梁加载到1.2倍加载级时，加载力最大，此时的加载力为748 kN，考虑梁场生产可能增加梁型，兼顾使用次数多、使用时间跨度长等不确定因素。验算时每个门架承受的集中荷载按1 000 kN进行计算。钢材选用A3钢，根据《结构设计原理》P496附表4-1中查得:轴向应力［σ］=140 MPa，弯曲应力［σw］=145 MPa，剪应力［τ］=85 MPa。

3 验算过程

3.1 拉杆部分

拉杆采用22b工字钢，拉杆最薄弱的部位为上下预留插销孔位置，因此需对预留插销孔的位置进行加强并检算，如图1，图2所示。

计算各部位截面面积:

1)由五金手册可以查得，22b工字钢的截面面积A1=4 640 mm2。

图1 A处拉杆截面

图2 B处拉杆截面

2)A处拉杆截面:A2=4 640+20×195×2－9.5×70－20×60×2=9 375 mm2。

3)B处拉杆截面:A3=(9.5+20)×170×2－20×60×2=7 630 mm2。

可以看出，工字钢自身截面面积最小，只需验算工字钢的容许拉力即可。

通过本文的研究和分析结果可知，加入亚硝酸盐阻断剂可以对食品中的亚硝酸盐的含量起到一定的中和与控制效果。大蒜中的大蒜素可以对亚硝酸盐的形成起到良好的控制效果，大蒜素本身还具有防癌的作用，但是洋姜对亚硝酸盐的抑制作用并不是很明显。同时脂的存在会对亚硝酸盐产生一定的影响，其不仅能够直接影响亚硝酸盐的含量测定结果，严重时还会导致整个测定结果偏低。

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

实际拉力:P=1 000 kN/2=500 kN ＜［P］=649.6 kN。

满足受力使用要求。

3.2 插销部分

插销钢质采用45号钢，根据《结构设计原理》P496附表4-1中查得:剪应力［τ］=125 MPa。

考虑插销受实际的剪力:Q=1 000 kN/2=500 kN。

考虑周转次数多，因此钢销的直径选用55 mm。

核算挤压强度:

上部插销和下部插销投影截面如图3，图4所示，可以看出下部插销与静载试验台座预埋件外露部分接触处投影面积最小，故对此最不利截面进行核算。同时由于45号钢钢质较A3钢好，现对静载试验台座预埋件外露部分的A3钢接触面进行挤压强度检算。

图3 上部插销

图4 下部插销

图4下部插销受向下拉力P的投影面积为:

受压根据《结构设计原理》P496附表4-1中查得:节点销子的孔壁承压应力［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。

由此可见，拉杆及地锚预埋构件均满足挤压强度条件的要求。

3.3 横梁部分

为保证使用，加力架承受的竖向拉力按1 000 kN计算，加力架两立柱的间距为3 300 mm，支座反力Na=Nb=1 000/2=500 kN。跨中的弯矩Mmax=Na×L/2=500×3.3/2=825 kN·m，两端剪力为500 kN。

1)正应力:最不利截面在跨中位置，截面如图5所示。

横截面抗弯截面系数为:

承受最大弯矩:

2)剪应力:

最不利截面在两端点位置，截面如图6所示。

a.计算y轴形心位置:

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.计算剪应力:

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。

图5 最不利截面在跨中位置

图6 最不利截面在两端点位置

4 结语

在现场工程实践当中，施工方案的编制经常会涉及到一些钢构件的检算，本文根据制梁场的静载试验数据，利用材料力学检算静载试验门架各部位的受力情况，确定门架各部位的截面尺寸，整个检算过程对于工程实践碰到的类似问题可以提供一些思路。有效地利用材料力学检算方式、结合结构力学的一些简单分析，有时在工程实践中能发挥举足轻重的作用。

［1］孙训方，方孝淑，关来泰.材料力学［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［2］叶建曙.结构设计原理［M］.北京:人民教育出版社，2003.

［3］TB/T 2092-2003，预应力混凝土铁路简支梁静载弯曲试验方法及评定标准［S］.

［4］通桥(2005)2101-Ⅲ，时速160公里客货共线铁路预制后张法简支T梁跨度20 m［Z］.