光亮方管的承載力受材質、截面尺寸、荷載類型及安裝條件等因素影響。以下從材料性能、截面參數、承載力計算方法到典型規格一覽表進行系統解析,并附工程應用注意事項:
一、核心材料與力學性能
光亮方管通常采用冷拔/冷軋工藝生產,材質以碳鋼(Q235B、Q355B)和不銹鋼(304、316L)為主。以下為典型材質的力學性能參數:
材質 | 屈服強度 σ<sub>s</sub> (MPa) | 抗拉強度 σ<sub>b</sub> (MPa) | 彈性模量 E (GPa) | 延伸率 δ<sub>5</sub> (%) | 適用場景 |
---|---|---|---|---|---|
Q235B | ≥235 | 370-500 | 206 | ≥25 | 普通結構件、機械支架 |
Q355B | ≥355 | 470-630 | 206 | ≥22 | 建筑承重、橋梁支撐 |
304 | ≥205 | ≥520 | 193 | ≥40 | 食品機械、沿海環境 |
316L | ≥170 | ≥480 | 193 | ≥40 | 化工設備、高腐蝕環境 |
注:冷彎加工可使材料強度提升10%-15%,但需考慮殘余應力對穩定性的影響。
二、截面參數與承載力計算
1. 截面幾何參數
光亮方管的承載力計算需依賴以下關鍵參數(以邊長 a×a×t 為例):
- 截面面積:A = 4t(a - t)
- 慣性矩:I = (a? - (a-2t)?)/12
- 截面模量:W = I/(a/2)
- 回轉半徑:r = √(I/A)
典型規格參數表(部分摘錄,完整數據見文末附件):
規格 (mm) | 壁厚 t (mm) | 截面面積 A (cm2) | 理論重量 (kg/m) | 慣性矩 I (cm?) | 截面模量 W (cm3) |
---|---|---|---|---|---|
40×40 | 2.0 | 2.96 | 2.32 | 8.74 | 4.37 |
60×60 | 3.0 | 6.84 | 5.37 | 37.14 | 12.38 |
100×100 | 4.0 | 15.04 | 11.80 | 177.78 | 35.56 |
200×200 | 6.0 | 41.76 | 32.78 | 2109.72 | 234.41 |
2. 承載力計算公式
根據荷載類型,光亮方管的承載力計算方法如下:
(1)軸心抗壓承載力
適用于立柱等軸向受壓構件:
\[
P_{\text{cr}} = \frac{\pi^2 E I}{(K L)^2} \times \varphi
\]
- 穩定系數 φ:由長細比 λ = K L / r 查表確定(GB/T 3094);
- 有效長度系數 K:兩端固定取0.5,兩端鉸接取1.0。
示例:Q235B材質的100×100×4mm方管,長度3m(兩端鉸接):
- 長細比 λ = 1.0×3000 / (√(177.78/15.04)) ≈ 67.2;
- 查表得 φ ≈ 0.75;
- 抗壓承載力 Pcr = 0.75×235×1504 ≈ 264 kN。
(2)抗彎承載力
適用于橫梁等受彎構件:
\[
M_{\text{cr}} = \frac{\sigma_{\text{s}} W}{\gamma_{\text{m}}}
\]
- 安全系數 γm:一般取1.5-2.0。
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