某车棚类结构的安全强度校核

某车棚类结构的安全强度校核

摘要 本文首先建立了车棚类结构的简化模型，然后对其进行了承重、风载等的强度及屈曲载荷的校核分析，为车棚类类结构的设计提供了相关的理论依据。

关键词 车棚类结构；强度校核；屈曲分析

车棚类结构式目前被人们广泛使用的一类结构，在一般的城市街道及居民小区到处可见，一般该类结构可以简化为如图1所示的结构，将帆布的重量均分到各个支撑杆件上，即图1中的黑色区域。

根据一般建筑类结构的设计要求，在对其进行设计时均需要对其进行强度校核计算。而且强度校核问题也得到许多学者的关注，如唐海雄等人对深水喷射钻井导管力学进行了相关的分析和强度校核。晓南矿等人介绍了液压支架安装、拆除峒室起吊设备的结构。通过起吊的液压支架最大重量和需要的高度对千斤顶的工作阻力和行程进行了计算和选型。并对主要结构件进行了强度校核。张翔等人对轮式装载机前车架结构进行了设计及强度校核。

本文运用结构力学的方法，建立了相关的力学模型，对车棚类结构进行了相关的强度校核。

图1 车棚整体框架简化示意图

1 支撑杆的强度校核

1.1 支撑杆受压强度校核

支撑杆只受轴向力的作用，所以支撑杆内部的应力为：

（1）

其中A1为支撑杆的横截面积，为60×60 mm2；F为每根支撑杆所承受的重量，具体计算如下：

（2）

其中A2为蒙皮的面积，为7710×3480 mm2。所以支撑杆的安全系数为：

（3）

由手册得帆布及钢材每平方米的重量为35 kg左右，其中立柱的应力极限σmax为250 MPa，将相关系数带入得结构件的安全系数为：5.7左右，远远大于1，所以结构件安全。

1.2 支撑杆侧风的强度校核

当车棚受到侧向风的作用时，其风力主要由支撑杆承受，将支撑杆假设如图2所示的悬臂梁受均布载荷的作用。

由悬臂梁受均布载荷的计算可以得到，此梁所受的最大的弯矩为：

（4）

又由正应力的计算公式：

（5）

进一步得结构件内部的应力为：

图2 支撑杆侧风示意图 图3 压杆稳定示意图

所以梁的安全系数为，其中支撑杆的高度为2600mm：

（7）

其中梁的强度极限仍为250 MPa，假设风的均布载荷大小为（此数据偏大，一般没有这么大的风力，所以计算结果偏安全），将相关材料参数带入得结构件的安全系数为2.4左右，大于1，所以结构件安全。

2 支撑杆的稳定性校核

假设支撑杆为简单的受压杆件，其简化示意图如图3所示。

如图3所示，由材料力学的欧拉压杆稳定理论可以得出，此杆的屈曲载荷为：

（8）

其中梁的高度为2600 mm，材料的弹性模量为206 GPa，将相关的材料参数带入得结构件的失稳载荷为：324.5 KN，而实际上每根杆所承受的载荷为21 KN左右，远远小于结构件的屈曲临界载荷，所以结构件

安全。

3 支撑杆之间梁的强度校核

对于支撑杆之间的梁的强度校核，可以简化为下面的受均布载荷的简支梁模型，具体的示意图如图4。

其中的均布载荷P为重力，则支撑杆之间梁的应力为：

图4 支撑杆之间梁强度校核简化示意图

对于均布载荷，梁中的最大应力为：

（10）

其中：l为梁的跨距，本文的跨距为3855mm，梁的横截面尺寸是30×30 mm2，所以支撑梁的安全系数为：

（11）

其中梁的强度极限仍为250MPa，将相关材料参数带入得结构件的安全系数为3.2左右，大于1，所以结构件安全。

3 结论

由上面的计算可以发现结构件的安全系数均大于1，所以结构件安全，但是整个结构安装设计时要注意避免出现局部应力集中。

参考文献

[1]唐海雄,盛磊祥,陈彬,等.深水喷射钻井导管力学分析与强度校核[J].石油天然气学报,2010,32(5):146-150.

[2]晓南矿,孙学强,刘恒明,等.液压支架安装、拆除峒室设备设计及强度校核[J].铁法科技,2010,2:68-73.

[3]张翔,鞠涛.轮式装载机前车架结构设计及强度校核[J].工程机械,2011,1:48-52.

[4]刘鸿文.材料力学[M].高等教育出版社,2001.