建造建筑物或桥梁时,需要有一定的扭转刚度值,

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建造建筑物或桥梁时,需要有一定的扭转刚度值,

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相比之下,复合材料的优点是具有可调特性,扭转刚度取决于纤维和基体材料。尽管复合材料具有很高的刚度潜力,但这些结构以其各向异性行为而闻名。这意味着刚度取决于载荷的方向。增强纤维的排列至关重要,需要精确的定向才能获得最佳性能。此外,扭转刚度特性在异质材料(例如复合材料)中也可能有所不同,并且在横截面的所有部分上可能不一致。

表 1:金属、聚合物和复合材料的扭转刚度比较
材质类型 硬件示例 剪切模量 (G),单位 GPa 极惯性矩(J)( ×10 -6 m 4 扭转刚度 (GJ) 单位 Nm 2 相对密度(公斤/立方米) 常见应用
金属 钢 (AISI 1045) 80 5 400 7050 传动轴、齿轮、机器零件
金属 铝 (6061-T6) 26 4 104 2700 飞机零部件、汽车零部件
聚合物 聚乙烯(HDPE) 0.8 3 2.4 950 软管、柔性接头
聚合物 聚碳酸酯(PC) 2.3 3.5 8.05 1200 安全头盔、汽车玻璃
合成的 碳纤维增强塑料 100 6 600 1600 航空航天部件、高性能运动器材
合成的 碳纤维增强塑料 25 4.5 112.5 1850年 船舶零部件、汽车面板
结构工程中的扭转刚度
摩天大楼和桥梁的扭转刚度
旋转刚度是工程结构中的一个关键因素,特别是在摩天大楼和桥梁的建设中。工程因素之一是结构必须能够支撑负载而不扭曲。

以帮助抵抗作用在横向平面上的力,例如风或地震。

例如,大型建筑物和悬臂桥必须具有足够的扭转刚度以抵 香港批量短信套餐
抗扭转,否则会导致倒塌等现象。制定建筑物或桥梁形状的方式以及质量和刚度的分布通常是为了最大限度地减少扭曲效应。

旋转刚度是工程结构中的一个关键因素。
足以抵抗扭转的扭转刚度会导致诸如倒塌等现象。
梁和柱的扭转刚度的重要性
扭转刚度对于梁和柱也很重要。这些结构元件必须具有抵抗扭转力矩和支撑载荷的能力。任何承受扭转应力的构件,例如悬臂或不对称负载的梁,在任何情况下都不允许过度扭转。

同样,柱的设计必须能够承受由于负载偏心或侧向力而可能产生的任何扭矩。这些元件的扭转刚度可以取决于这些元件的横截面形状、所使用的材料和支撑条件。

例如,比较具有相同横截面的两个钢筋。一般来说,圆形型材比矩形型材更能抵抗扭转。

现实世界的例子和设计策略
对现实世界扭转失效场景的观察证明,在工程中必须严格考虑扭转刚度。例如,被称为“疾驰的格蒂”的塔科马海峡大桥于 1940 年倒塌,主要是由于空气动力拍打所致。然而,扭转刚度不足间接导致了特定风力条件下的倒塌。

奔腾的格蒂
设计人员在设计结构时可以应用不同的策略来减少扭转问题。例如,它们可以使横截面变得更硬。必须扩展有助于对抗扭转的支撑系统,并在结构工程中采用复合材料和先进技术来提高扭转性能。如今,工程实践还使用计算技术来分析扭转载荷并开发能够支撑扭转载荷而不损害结构的完整性和功能的结构。
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