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時事新聞
如何合理的設計木箱包裝的立柱
時間:2018-03-19 11:09:19 點擊:

 在確定河北20选5幸运走势图表構件尺寸時,有一個很重要的問題就是立柱的壓曲強度問題,它直接關系到立柱的正確設計。


本標準表3規定的許用(順紋)抗壓強度并不能直接用于立柱的設計,因為柱子有長短之分。同樣截面尺寸的長柱和短柱,在受到軸向壓力的時候,其抗壓能力的表現是很不相同的。


對于很長的柱,只要沿軸向稍稍加力,柱子就會側彎,隨著壓力加大,柱子越來越彎,最后是彎折而斷;而很短的柱則不會彎,最后是被壓潰的。


這就是說,許用(順紋)抗壓強度是不變的,但柱子的許用壓曲強度是隨著柱子的長細比的變化而變化的。所以,關鍵就是如何確定柱子的壓曲強度。


JB/Z114-1982中對立柱的設計方法已經參考了JIS-Z 1403-1976的設計方法,那是以戈登·蘭金公式為基礎的。但是,日本在1984年修訂標準時認為那種計算方法不合理,也浪費木材。


所以,他們對立柱壓曲強度的計算公式作了重大修改。他們根據木箱立柱受力的特點,將日本的建筑基準法的許用壓曲強度計算公式修正成木箱立柱的許用壓曲強度計算公式。 

 

那么,我們應該怎樣確定立柱的許用壓曲強度呢?


我們根據我國的GB J5-1973 木結構設計規范,仿效日本的修正方法,將建筑用的立柱許用壓曲強度計算公式修正成GB/T 7284-1987的木箱立柱許用壓曲強度計算公式。


GB/T 7284-1998仍沿用這個計算公式。但是,GB J5-1973已經于1988年修訂成GB J5-1988,又于2003年修訂成GB 50005-2003 木結構設計規范。其中建筑用的立柱壓曲系數計算公式已做了修改。


所以,我們在制定GB/T 7284-2016時,也必須對木箱立柱計算公式做出相應的修改。以下介紹我們是如何確定木箱的立柱計算公式的。


1)根據GB J5-1973導出GB/T 7284-1987木箱立柱壓曲系數計算公式

對于木材的壓曲問題,我國曾經做過大量細致的研究工作,做了大量的軸心壓桿試驗,并對大量的數據進行整理分析得出,壓曲系數φ[φ ff,其中fk為木材的許用壓曲強度,fc為木材的許用抗壓強度]曲線隨樹種的不同而不同,但基本可歸納為下面的A、BC三條曲線,如圖9所示。

 我國木材的壓縮系數φ


對于針葉樹材,A曲線適用于E10000 MPa,ff0.94;B曲線適用于E10000 MPa,ff0.9;C曲線適用于E8500 MPa,ff0.8。

        對于闊葉樹材,應按上述標準降低一條曲線采用。

        其中,E——彈性模量;

                    fc ——許用順紋抗壓強度;

                    fb ——許用抗彎強度。


當然,這個fcfb值是指木建筑設計中的許用強度值,與木包裝箱設計中的許用強度值可能有所不同。另一方面,從這3條曲線的比較可知,在相同長細比的情況下,A曲線算出的許用壓曲強度最大,亦即構件所需的尺寸最小,而由C曲線算出的許用壓曲強度最小,即構件所需的尺寸最大。


在木箱的設計中,若根據樹種的不同而分別采用這3條曲線計算,勢必會給設計工作增加許多麻煩。既然在規定木材的許用強度是已經考慮到平均值這一概念,所以為簡化設計,我們只采用處于中間的B曲線。


此外,再根據GB J5-1973,受壓構件的計算長度等于實際長度乘以下列不同支持點狀態條件的末端系數:

        兩端鉸支:                    1.0;

        一端固定,一端自由:2.0;

        一端固定,一端鉸支:0.8。


但是,框架木箱立柱的支持點狀態條件與上述的不同,JIS-Z 1403-1984認為它屬于兩端輕度固定,立柱的計算長度等于實際長度乘以0.9,如圖10d)所示。

 

 

  a)兩端鉸支       b)一端固定,一端鉸支        c)兩端固定                  d)框架木箱的立柱

                  le = l                     le= 0.8 l               le = 0.5 l                       le =0.9 l

圖中,l—柱的長度,le—柱的計算長度。在反彎點的彎矩為0;

d)為考慮到用釘釘在橫梁及滑木上的情況

10 支持點狀態條件


這樣,我們就可以將GB J5-1973φ值計算式進行修正,然后用于木箱的設計。

GB J5-1973B曲線的φ值計算式為:

λ78.5時,                                                                                        

         

        1

λ78.5時,

 

 

   (2

式中,λ—有效長細比(λ=l / k );

              l —立柱長度,cm;

              k—回轉半徑,cm;

                 

式中, I—截面慣性矩(I = bt3/12);

             b—立柱截面寬,cm;

             t —立柱截面厚,cm;

            A—立柱截面積,cm2,A = bt)。

先將式(3)、式(4)和式(5)中的l改為計算長度le,然后將圖10d) le = 0.9 l代入其中,得有效長細比λ                    式(6)和式(7)分別乘以木材的許用抗壓強度fc就是GB/T 7284-1987立柱設計時的許用壓曲強度計算公式。其中l是柱的高,即箱的內高;t是柱的厚(立柱的厚加上輔助立柱的厚和箱板厚)。      


式(7)和日本框架木箱立柱設計用的公式幾乎相同,只是長細比 的范圍不同而已。如果將式(6)和式(7)和日本、美國所用的計算式進行比較,則如圖11所示。

 

11 框架木箱設計用的φ — 

 

從圖11 可以看出,我們GB/T 7284-1987用的計算式與日本JIS-Z 1403-1984的計算式相近,比JIS-Z 1403-1976的計算式節省木材,但都不如美國的節省木材。從圖11 還可以看出JIS-Z 1403-1984φ — t 曲線從短柱到中柱的過渡是一個折線,這是很不合理的;而GB/T 7284-1987φ— t 曲線從短柱到中柱的過渡是很圓滑的,是漸變的,是合理的。

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