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隔热断桥铝型材强度计算

发布时间:2015-08-12 阅读次数:

    断桥隔热铝型材是一种符合节能潮流的节能建材,当它用于建筑幕墙和铝合金外窗时,除了要考虑其保温断热性能之外,还要充分考虑到其结构的安全性和可靠性。因此断桥隔热铝材用于建筑幕墙和铝门窗的结构件时,应进行强度、刚度设计计算, 由于断桥隔热铝型材是由两种不同材料组合成的型材,怎么样去科学、准确地校核其强度和刚度,是一个比较复杂的问题,目前有关的国内规范并没有明确的计算方法。审图时,有的审图单位要求只取室内侧(隔热条以内)铝型材作为受力单元;而有的则同意隔热条两侧铝型材都可以作为受力单元进行计算。究竟那种意见更合理?大家知道,要计算构件的强度和刚度,必定要计算其截面特性,其中,主要是惯性矩及抵抗矩。本文就从计算断桥隔热铝型材截面的惯性矩及抵抗矩入手,按照材料力学中组合梁的计算原理以及JG/T 175-2005《建筑用隔热铝合金型材  穿条式》附录B提供的计算截面惯性矩的公式,给出两种计算不同材料组合的型材截面的惯性矩、抵抗矩方法,并对其进行分析、对比,为工程实际设计时提供参考。 
 隔热断桥铝型材强度计算有两种方法
隔热断桥铝型材强度计算方法一:按照材料力学中组合梁结构进行计算,将其中一种材料转化为另一种材料,一般将隔热条等效为铝条,变成统一的铝截面,求出等效截面的惯性矩、抵抗矩。 
1、计算原则   
①、断桥隔热铝型材截面的一部分是隔热条,在结合良好的加工条件下,可以认为隔热条与铝型材在变形前后保持平截面,应变ε线性分布。  
②、两种材料弹性模量不同,所以在相同应变ε时,应力相差n倍,n为弹性模量之比: n=E1/E2
式中 E1:铝型材的弹性模量  
   E2:隔热条的弹性模量  
③、可以将复合截面按弹性模量比转化为单一材料的等效截面,计算出应力、挠度,隔热条部分的应力还须转化为原材料的应力。
2、求出等效铝截面   
    将复合截面转化为单一的铝截面,基本原则是将隔热条截面厚度缩小为原来的1/n。因为厚度的缩小对截面的特性如面积A,惯性矩I,截面抵抗矩W的影响是线性变化的,恰好与弹性模量E的变化相补偿。即te=t2/n/  
式中 te:隔热条等效厚度
   t2:隔热条的实际厚度
   n:铝型材与隔热条弹性模量之比   
3、等效截面惯性矩及抵抗矩的计算   
    转化为统一的铝材等效截面后,根据材料力学的知识,或采用软件可很方便的计算出其惯性矩及抵抗矩。
 
隔热断桥铝型材强度计算方法二:按JG/T 175-2005附录B提供的计算截面惯性矩的公式。
    Ief=IS(1-ν)/(1-ν×C) 
    IS=  I1+I2+A1a1^2+A2a2^2  
    ν=(A1a1^2+A2a2^2)/IS 
    λ^2=c×a^2×l^2/(E×IS×ν×(1-ν))
    C=λ^2/(π^2+λ^2)
    Wef=Ief/Z 
    式中:Ief  ―有效惯性矩(单位为cm4);
    Is ―  刚性惯性矩(单位为cm4);
    ν ― 刚性惯性矩的组合参数;
    C  ―  弹性结合作用参数;
    λ ― 几何形状参数;
    l ―  梁的跨度(单位为cm);
    c  ―  组合弹性值(单位为N/mm2);
    E ―   组合弹性模量(单位为N/mm2);
    A1 ―  A1区的截面积(单位为cm2);
    A2 ―  A2区的截面积(单位为cm2);
    a 1 ― A1区形心到隔热型材形心的距离(单位为cm
    a 2 ―  A2区形心到隔热型材形心的距离(单位为cm);
    I1 ―   A1区型材惯性矩(单位为cm4);
    I2 ―   A2区型材惯性矩(单位为cm4)。
注: 因为λ取决于梁的跨度,所以有效惯性矩是跨度的函数。对于大的跨度其值则接近刚性值。

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