承載能力是關(guān)于力-材料或力-結(jié)構(gòu)關(guān)系的一個概念。當(dāng)力作用于結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的外部時,按照一定的傳遞或變換邏輯,會使材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力,或應(yīng)變。承載能力字面原指某一事物“承”與“載”的能力。一般是指空間上的最大容量或力學(xué)上的最大限度。常見的承載能力有:卡車的承載能力、支柱的承載能力、交換機的承載能力、網(wǎng)站的承載能力、電源的承載能力。
定義
對于微觀材料而言,其物理特性決定了其所能承受的力(即應(yīng)力)是有一定的限度的,這個度稱為材料的強度,超出這個強度,材料會發(fā)生破壞;另一方面,對于結(jié)構(gòu)而言,由于應(yīng)力的效應(yīng),會使內(nèi)部結(jié)構(gòu)單元發(fā)生相應(yīng)的應(yīng)變,這些應(yīng)變按結(jié)構(gòu)而系統(tǒng)化為結(jié)構(gòu)各坐標(biāo)處的變形,同樣,結(jié)構(gòu)變形也有個限度,這個度稱為剛度,超出這個剛度,結(jié)構(gòu)會背離預(yù)期要求;再有,當(dāng)結(jié)構(gòu)的變形超過一定范圍時,會使結(jié)構(gòu)總體幾何構(gòu)造及承載體系發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化,這是一種復(fù)合型變化,既有變形方面的,也有應(yīng)力方面的,這個限度統(tǒng)一用穩(wěn)定性來表述。
承載能力理解
在材料力學(xué)里,對應(yīng)于材料強度、材料或構(gòu)件剛度、構(gòu)件穩(wěn)定性的相應(yīng)結(jié)構(gòu)負荷統(tǒng)稱為構(gòu)件的承載能力,但在實際理解中,要注意以下幾點:
1、強度概念針對微觀材料單元而言,剛度概念即可針對微觀材料而言(單元或者微觀剛度),也可以適用于宏觀結(jié)構(gòu),而穩(wěn)定性則針對宏觀承載結(jié)構(gòu)而言。
2、承載能力是構(gòu)件內(nèi)在材質(zhì)結(jié)構(gòu)與外在載荷的統(tǒng)一。外在的載荷,通過構(gòu)件的結(jié)構(gòu)化方式,分配到微觀材料單元,表現(xiàn)為應(yīng)力及應(yīng)變;同樣,微觀的強度、應(yīng)變或剛度在外力作用下,通過結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)化邏輯,統(tǒng)一表現(xiàn)為宏觀的結(jié)構(gòu)的形變及承載能力,即結(jié)構(gòu)的強度、剛度及穩(wěn)定性。
3、正是由于微觀的材料強度-應(yīng)變特征通過結(jié)構(gòu)化而統(tǒng)一表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)的強度、剛度及穩(wěn)定性,所以在材料力學(xué)中才將強度、剛度、穩(wěn)定性統(tǒng)稱為(結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的)承載能力。
4、對應(yīng)于同一結(jié)構(gòu)或構(gòu)件,其承載能力是強度、剛度及穩(wěn)定性的綜合統(tǒng)一。
釋義
承載能力字面原指某一事物“承”與“載”的能力。一般是指空間上的最大容量或力學(xué)上的最大限度。后擴展至各種事物,單元或系統(tǒng)、微觀及宏觀的各種能力上限??珊w交換能力、吞吐能力、處理能力、對破壞的防護能力等。
分析內(nèi)容
基本假設(shè)
1、均勻連續(xù)性假設(shè):假定變形固體內(nèi)部毫無空隙地充滿物質(zhì),且各點處的力學(xué)性能都是相同的。
2、各向同性假設(shè):假定變形固體材料內(nèi)部各個方向的力學(xué)性能都是相同的 。
3、彈性小變形條件:在載荷作用下,構(gòu)件會產(chǎn)生變形。構(gòu)件的承載能力分析主要研究微小的彈性變形問題,稱為彈性小變形。彈性小變形與構(gòu)件的原始尺寸相比較是微不足道的,在確定構(gòu)件內(nèi)力和計算應(yīng)力及變形時,均按構(gòu)件的原始尺寸進行分析計算。
承載能力的基本內(nèi)容
1、強度:構(gòu)件抵抗破壞的能力稱為構(gòu)件的強度。
2、剛度:構(gòu)件抵抗變形的能力稱為構(gòu)件的剛度。
3、穩(wěn)定性:壓桿能夠維持其原有直線平衡狀態(tài)的能力稱為壓桿的穩(wěn)定性。
構(gòu)件的安全可靠性與經(jīng)濟性是矛盾的。構(gòu)件承載能力分析的內(nèi)容就是在保證構(gòu)件既安全可靠又經(jīng)濟的前提下,為構(gòu)件選擇合適的材料、確定合理的截面形狀和尺寸,提供必要的理論基礎(chǔ)和實用的計算方法。
變形的基本形式
工程實際中的構(gòu)件種類繁多,根據(jù)其幾何形狀,可以簡化為四類:桿、板、殼、塊 。
等直桿在載荷作用下,其基本變形的形式有:
1、軸向拉伸和壓縮變形;
2、剪切變形;
3、扭轉(zhuǎn)變形;
4、彎曲變形。
兩種或兩種以上的基本變形組合而成的,稱為組合變形。
影響因素
1、基礎(chǔ)形狀的影響:在用極限荷載理論公式計算地基承載力時是按條形基礎(chǔ)考慮的,對于非條形基礎(chǔ)應(yīng)考慮形狀不同地基承載的影響。
2、荷載傾斜與偏心的影響:在用理論公式計算地基承載力時,均是按中心受荷考慮的,但荷載的傾斜荷偏心對地基承載力是有影響的。
3、覆蓋層抗剪強度的影響:基底以上覆蓋層抗剪強度越高,地基承載力顯然越高,因而基坑開挖的大小和施工回填質(zhì)量的好壞對地基承載力有影響。
4、地下水的影響:地下水水位上升會降低土的承載力。
5、下臥層的影響:確定地基持力層的承載力設(shè)計值,應(yīng)對下臥層的影響作具體的分析和驗算。
6、此外還有基底傾斜和地面傾斜的影響:地基土壓縮性和試驗底板與實際基礎(chǔ)尺寸比例的影響。相鄰基礎(chǔ)的影響,加荷速率的影響和地基與上部結(jié)構(gòu)共同作用的影響等。
垂直承載和水平承載
承載力分垂直承載力和水平承載力。垂直承載力要先將板上的荷載匯集,然后分配到梁上,再將梁的荷載分配到柱上。荷載包括靜荷載和動荷載要查相應(yīng)的荷載規(guī)范,還要計入梁板柱的自重。水平荷載要求出結(jié)構(gòu)的剛度,根據(jù)地震力荷載和風(fēng)荷載等水平荷載按照剛度進行分配。
水平承載能力
平臺水平設(shè)置時,將向臺面中心施加負載,平臺所能承受的極限負載即為水平承載能力。
(這是可保證精度的極限負載。)
注:載荷大小因設(shè)置狀態(tài)而變,而且也取決于顧客的使用條件。