如何提高混凝土结构的柔度和断面利用率

将视野放到制造机械的材料上时，有必要为了抑制由于力的变形而将柔度值变小。

弯曲时的柔度，用弹性模量E和截面惯性矩I的乘积EI的倒数来表示。扭转的柔量用剪切弹性系数G和截面极惯性矩I_p的乘积GI_p的倒数来表示。因此，任何场合下，只要把EI、GI_p设计得够大则可以把变形控制到比较小。

由于柔度是两个因子的乘积的倒数，为了使柔度变小，必须考虑加大这两个因子。首先，考虑使用E、G值大的材料。常用材料的弹性模量见表2.8.1。陶瓷和超硬合金的弹性模量为过去常用钢和铸铁的2～4倍，把这样的材料用在适当的地方为好。但是，材料不同，而拉伸强度和冲击载荷弱的时候，必须在使用中注意这两个量。

【系1】柔度要变小，必须使用弹性模量和剪切弹性系数大的材料。

表2.8.1 常用材料的弹性模量

左右柔度的还有因子I和I_p，是关系到部件形状的量。虽然形状越大柔度越小，但机械却因质量增加而难以操作，相反由于自重变形也大。用的材料多了，成本也高。设计里应尽可能使断面面积小（这意味着自重轻）而I和I_p大，也就是采用断面利用率高的断面形状。

如图2.8.2所示，把实心圆形断面的轴弯曲，中心轴附近应力小，面积没有有效利用，用工字钢和槽钢则可提高断面利用率。

图2.8.2 提高断面利用率的方法

实心圆断面在扭转时中央部分的应力小，断面未充分利用，所以用中空圆形断面为好。

扭转时，不使用开放断面而用封闭断面就是个原则。如图2.8.3所示，断面积一样（A=27cm²），比较开放断面和封闭断面的截面极惯性矩，发现封闭时比开放时的截面极惯性矩要大62倍，因此，断面利用率高。

加上扭转载荷时，在设计上无法用封闭断面时，如图2.8.4a所示仅将筋条从中央通过，其I_p上升效果不太大。(www.xing528.com)

这时，I_p可表示为

这里筋条厚度的三次方，仅在厚度方向上有效。另一方面，如图2.8.4b所示，将筋条倾斜通过，承受扭转载荷时这条筋受弯曲载荷而硬化，截面极惯性矩显著提高。即这时的I_p为

图2.8.3 必须用封闭断面来承受扭转负荷

a）断面敞开时 b）断面封闭时

图2.8.4 用敞开断面承受扭转负荷时筋条以倾斜安装为好

高度h（此处一般比δ大）的3次方起作用，扭转刚性大幅度提高，必须懂得选择上述的这种断面得以大幅度提高断面利用率。

【系2】要使柔度小，不仅要使惯矩和截面极惯性矩大，而且必须提高断面利用率。