第Ⅳ章 设计.doc

第章 设 计第4.1节 载荷和力4.1.1 总则 车辆结 构应按下述载荷和力单独或合并作用的条件设计： 皮重(Dead Load) 装载负荷(Live Load) 叉车轮载荷(Lift Truck Wheel Loads) 作用在车钩上的垂向载荷(Vertical Loads on Coupler) 抬车载荷(Jacking Load) 车顶载荷(Roof Loads) 牵引载荷(Draft Load) 车端压缩载荷(Compressive End Load) 冲击载荷(Impact Load) 由水平冲击力引起的垂向力(Vertical Forces induced by horizontal impact force) 作用在棚车和敞车端墙及平车固定端墙上的纵向力(Longitudinal Force on ends of box and gondola cars,and on dulkheads of flat cars) 横向力(Lateral Forces) (a)散装货物对车辆侧墙的侧压力 (b)斜靠在敞车侧墙上的货物引起的侧压力 (c)离心力的影响4.1.2 皮重 2.2.2条定义的皮重可按下述任意一种方法分配于底架构件：4.1.2.1 均匀分布于由侧梁和端梁所围成的底架面积上。4.1.2.2 按照各部件的估计皮重分配，作为施加于各构件的皮重。4.1.2.3 对于散装货物车，可将皮重加到装载负荷上，按照支承结构的形状分配于支承构件。4.1.3 装载负荷 散装货物车应视为装载到全部容积，按照支承结构和货物的形状将载荷分配于支承构件。 2.2.4条定义的装载负荷应按照4.1.3.1、4.1.3.2、4.1.3.3和4.1.3.4项分配于棚车、平车、敞车以及中心梁车。 对于2.2.4条定义的装载负荷不按4.1.3.1、4.1.3.2、4.1.3.3、4.1.3.4和4.1.3.5项分配的按设计仅用于装载特定货物的专用车辆，必须按照AAR机务标准手册的规定喷涂标记。在车辆标记簿上应作出适当的标注，内容包括关于车辆的概括说明，可装载的货物的类型以及装载负荷的分配。 若货物表示为集中作用于主要结构件，例如中梁或侧梁，应按照支承构件和货物的形状将载荷分配于各支承构件。4.1.3.1 装载负荷分配棚车 注：图(e)所示之装载负荷可以置于转向架中心之间的任何位置，从而在中梁或任何其他构件上产生临界载荷状态。4.1.3.2 装载负荷分配通用平车和固定端墙平车 全车装载不均匀。注：不适用于固定端墙平车4.1.3.2.1 装载负荷分配拖车运输车（重量单位：磅）4.1.3.2.2 装载负荷分配集装箱运输车4.1.3.2.3 装载负荷分配中心梁车 载荷等值地分配于中心梁顶板两个侧墙上。4.1.3.3 装载负荷分配敞车4.1.3.4 装运拖车、集装箱及架装小汽车的平车4.1.3.4.1 拖车运输车的结构应设计为能承受按其设计所要装载的总重65，000磅拖车的最临界的组合产生的静止垂向载荷，其最临界的排列如4.1.3.4.1.1项所述。计算的轴载荷和中心主轴载荷以61，000磅的均布载荷和4000磅集中的转向架载荷为依据。4.1.3.4.1.1 拖车总长度 45 40 32 中心主轴至鼻子距离 36 36 36 拖车后端至后轴 27至115 27至115 72 轴距 48 48 48 轴载荷(磅) 17，500至21，500 17，500至22，400 21，000 中心主轴载荷(磅) 30，000至22，000 30，000至20，200 23，0004.1.3.4.1.2 对于使用牵引车装卸拖车的车辆，车辆结构还应设计为能承受装卸作业用牵引车轮胎所施加的载荷。该牵引车应视为有一个两轮后轴，每轮在5长乘8宽的轮胎压痕面面积上支承17，000磅，作用在车地板沿牵引车轮胎正常走行路线的任何位置上。4.1.3.4.2 用于运输规范M930所述之干货物棚车式集装箱的集装箱车的结构应设计为能承受该规范规定的载荷。 用于运输多种规格集装箱的车辆应设计为能承受下述集装箱规格和重量的载荷： 名义长度 总 重 53 67，200磅 48 67，200镑 45 67，200镑 40 67，200磅 20 52，900磅 在总长度不超过集装箱支承系统结构设计能力及任何一个车轴支承的重量不超过轮轴手册3C9节给出的额定载荷的条件下，车辆结构还应设计为能承受上述规格和重量的集装箱的任何组合产生的载荷。4.1.3.4.3 设计为与装载小汽车架子的上部结构相结合使用的平车应符合规范M956的要求。4.1.4 叉车车轮载荷4.1.4.1 棚车和平车应按使用4.1.4.2或4.1.4.3项规定吨位的叉车进行装卸作业来设计。车轮载荷的位置应取为对所考虑的构件产生临界设计载荷。4.1.4.2 通用车辆应按前轴载荷25，000磅即车轮载荷12，500磅设计。叉车车轮着地面应假定为中心距36英寸，当轮胎宽度为12英寸时，轮胎压痕面积为10.50英寸8.72英寸。4.1.4.3 重载车辆应按前轴载荷50，000磅即轮载荷25，000磅设计。叉车车轮着地面应假定为中心距32英寸，当轮胎宽度为16英寸时，轮胎压痕面积为13.50英寸5.325英寸。4.1.5 车钩上的垂向载荷 车辆结构应按承受下列载荷设计：4.1.5.1 应在车辆一端紧靠冲击座面或缓冲装置面处钩身上施加一个足够大的向上的垂向载荷，使满载的车辆脱离最靠近施加载荷的转向架。采用滑动中梁式底架的车辆不执行这一规定。4.1.5.2 对于带滑动中梁的缓冲底架车辆，应在滑动中梁靠近固定中梁端部的平面上施加一个足够大的向上的垂向载荷，使满载的车辆脱离最靠近所施加的载荷的转向架。4.1.5.3 所有车辆均应具有承受作用于钩舌内侧面处的50，000磅向上和向下的垂向载荷的能力。4.1.6 抬车载荷 车辆结构应设计为能承受支承在千斤顶上的重车的重量，以便将车辆抬起后推出转向架。千斤顶应钢轨外侧的车辆下方，最好在枕梁处的侧梁下方,或枕梁端部下方。必要时应设置合适的抬车垫。 如果车辆设计本身排除了在上述规定位置抬车的可能性，应由车辆制造厂商或(在设计者与制造者不是同一单位时)由设计代理机构向机务部货车结构联合委员会主席提出采用另外的抬车位置的申请。4.1.7 车顶载荷 棚车或其他封闭型车辆的车顶应能承受每平方英尺投影面积15磅的均布载荷加300磅的集中载荷。4.1.8 牵引载荷 车辆结构应设计为能承受在车辆每端前从板座或后从板座上沿车钩名义中心线作用的350，000磅的牵引(拉伸)或缓冲(压缩)载荷和(或)列车冲动载荷。4.1.8.1 牵引载荷分配4.1.8.1.1 本类车辆的牵引载荷应依据枕梁与所有纵向底架构件的相对挠性分配于两枕梁之间的所有纵向底架构件。此类构件与所有横向底架构件的固定必须足以提供必要的约束，并具有为分配于每一构件的牵引载荷的增大所需要的强度。4.1.8.1.2 采用符合有关AAR标准的特殊缓冲装置的车辆 对于采用滑动中梁的车辆，牵引载荷全部由滑动中梁承担。 对于采用固定中梁和安装在中梁内或中梁端部的特殊缓冲装置的车辆，牵引载荷应按4.1.8.1.1项的规定分配。4.1.9 车端压缩载荷 车辆结构应设计为能承受沿车钩名义中心线作用于车辆两端后从板座上的1，000，000磅的柱状压缩载荷。车辆结构的比例关系应保证由该柱状压缩载荷引起的应力不超过4.2节中给出的许用应力。可以用分析的方法或试验的方法证明车辆结构符合这一要求。 当使用试验的方法证明车辆结构符合这一要求时，应按照11.2.3.1项的要求进行试验，使用合适的设备记录载荷和应变。 应该注意的是，当达到比例极限后，应力与应变间的比例关系就不复存在了。在将试验应变值转换为应力时，可以用一个恰当的弹性模量乘以应变；在有永久变形时，要从最大应变中减去这一永久变形值，然后再乘以相应的弹性模量，但条件是继后的同样数值的载荷不使永久变形有明显增大。4.1.9.1 车端压缩载荷分配4.1.9.1.1 本类车辆的车端压缩载荷应依据枕梁与所有纵向底架构件的相对挠性分配到两枕梁之间的所有纵向底架构件。此类构件与底架所有横向构件的固定必须足以提供必要的约束，并产生承受分配于每一构件的车端压缩载荷的增大所需要的强度。4.1.9.1.2 采用符合相应的AAR规范的特殊缓冲装置的车辆4.1.9.1.2.1 对于装备滑动中梁的车辆，全部车端压缩载荷应由滑动中梁承受。4.1.9.1.2.2 对于装备固定中梁及安装在中梁上或中梁端部的特殊缓冲装置的车辆，车端压缩载荷应按4.1.9.1.1项的规定分配。4.1.10 冲击载荷 车辆结构应设计为能承受由一端冲击产生的反作用力和惯性力。其冲击强度必须由车辆结构委员会选用分析的方法和(或)对样车或车辆部件进行试验的方法来验证。若采用对样车进行试验的方法验证其冲击强度，应按11.2.4.1项的规定进行试验并使用合适的仪器记录载荷和应变。4.1.10.1 采用符合AAR规范M-901、M-901-A、M-901-C、M-901-D或M-901-E的普通缓冲器的车辆本类车辆应被证明具有承受在车辆一端作用1，250，000磅车钩力的结构强度。4.1.10.2 采用符合相应的AAR规范的特殊缓冲装置的车辆 对于装备滑动中梁的本类车辆，车辆底架(不包括滑动中梁)应具有承受在车辆一端作用500，000磅车钩力的结构强度。滑动中梁、后从板座及其连接件必须具有承受1，000，000磅的车端静压缩载荷的结构强度。 对于采用车端缓冲装置的本类车辆，车辆应具有承受在其一端作用下述车钩力的结构强度：缓冲行程长度 车 钩 力小于6 1，250，000磅6至9以内 1，000，000磅9至14以内 750，000磅14及14以上 600，000磅 中梁、后从板座及其连接件应具有承受1，000，000磅的车端静压缩载荷的结构强度。4.1.10.3 冲击载荷分配 4.1.10.1和4.1.10.2项规定的设计车钩力应被视为产生等于在后从板座处作用于中梁该规定数值100%的底架载荷。 上述底架载荷应按下述方式分配于底架结构:4.1.10.3.1 采用普通纵向地板梁结构而横向或其他地板构件不能传递纵向力的车辆4.1.10.3.1.1 对于采用普通结构的车辆，当承受纵向载荷和车体惯性力时，底架载荷应依据枕梁与所有纵向构件的相对挠性分配于纵向构件。4.1.10.3.1.2 对于采用贯通的滑动中梁和特殊的缓冲装置的车辆，应由滑动中梁承受100%的底架载荷。底架载荷通过缓冲装置作用于固定中梁。当承受纵向载荷和车体惯性力时，载荷应依据枕梁、固定中梁、侧梁和地板梁的相对挠性分配。4.1.10.3.2 采用能传递纵向载荷的平地板结构的棚车4.1.10.3.2.1 此类车辆应设计为底架载荷按照4.1.10.3.1项的规定分配。地板有效宽度可视为与每一纵向构件一起起作用。4.1.10.3.3 敞车4.1.10.3.3.1 底架载荷应按照4.1.10.3.1和4.1.10.3.2项的规定分配。4.1.10.3.4 无盖和有盖漏斗车4.1.10.3.4.1 对于普通结构的车辆，当承受纵向作用的载荷和车体惯性力时，应依据枕梁、中梁和侧梁的相对挠性将底架载荷分配于纵向构件。4.1.10.3.5 通用普通平车 底架载荷应按照4.1.10.3.1和4.1.10.3.2项的规定分配。4.1.10.3.6 装运拖车和集装箱的平车4.1.10.3.6.1 对于在拖车加固装置中没有缓冲的车辆，应假定作用在拖车中心主轴上的水平载荷等于设计车钩力乘以拖车总重与车辆在轨道上的总重的比值。拖车总重按4.1.3.4项的规定确定。4.1.10.3.6.2 对于在拖车加固装置中有辅助缓冲的车辆，拖车中心主轴最大水平载荷应通过符合本规范8.2.5项规定的试验来确定。冲击产生的车端压缩载荷应按照本规范4.1.9.1项的规定分配到底架上。4.1.10.3.6.3 对于设计为运输规范M930所下定义之干货棚式集装箱的车辆，应假定集装箱托架反作用载荷不大于规范M952 3A和3B条所述之载荷。4.1.10.3.7 固定端墙平车 底架载荷应按照4.1.10.3.1和4.1.10.3.2项的规定分配。 在车端冲击时作用在固定端墙上的纵向力应为设计车钩力乘以最大载重与在轨道上的总重的比值的75%。这一纵向力应视为作用在固定端墙表面上的均布载荷，其合力在其高度的中点。不贯通穿过枕梁的构件应忽略不计。4.1.10.3.8 中心梁车辆 冲击载荷应根据结构的相对挠性分配至底架的各纵向构件。4.1.11 水平冲击力引起垂向力 枕梁应根据由水平冲击力引起的垂向加速度产生的力设计。4.1.11.1 适应于皮重和装载负荷弯曲力矩的动载荷系数可按2.1.3条定义的相对于重车重心的力矩的和来计算。在车端冲击时，在枕梁上的垂向载荷放大系数即为：a =1+式中： a放大系数； b车辆定距(英尺)； h车钩中心线至最大重心高度的垂向距离(英尺)； W在轨道上的总重减去转向架重量(磅)； H水平冲击力(磅)，按4.1.10条计算。 从而，枕梁处的总弯曲力矩等于(a)乘以静止皮重和装载负荷弯曲力矩。 中心梁车辆不执行本项要求。4.1.11.2 其他结构部件的动载荷系数可以假定为从车辆中心线到被冲击的车端成线性变化，其放大系数可以视为：a=1+式中： a、b、h和H如4.1.11.1所述； L车辆内部长度(英尺)； x从车辆中心线到所考虑的点的距离(英尺)。4.1.11.3 对于拖车，在计算与4.1.10.3.6项所述之中心主轴水平载荷峰值相结合使用的垂向加速度力时，拖车纵向加速度可取为等于4.1.3.4项所示之拖车设计中心主轴载荷除以拖车总重。然后按相对于拖车重心的力矩计算垂向力。拖车重心高度可取为在车地板面以上83。4.1.12 作用于棚车和敞车端墙的纵向力 棚车和敞车端墙应设计为能承受由下列装载引起的水平力而不超过材料的屈服强度。 棚车 车辆名义载重(吨) 作用在端墙上的总力(磅) 均匀分配的总力的百分比 上半部 下半部 45.4 190，000 3545 6555 63.5 220,000 3545 6555 90.7 260,000 3545 6555 通用敞车车辆名义载重（吨） 在整个端墙上均匀分配的总力(磅) 45.4 124,000 63.5 143,000 90.7 170,000 对于设计为装载木屑、醋酸纤维素、煤炭或其它货物的专用车，所产生的纵向力不符合上述规定值时，可根据计算或试验测试相应地减小或增加纵向力。 对于装备特殊的缓冲装置的车辆，可以根据装用特殊的缓冲装置时车体上的作用力的缩减情况，相应地减小上述纵向力。 对于装有永久性、不能活动的内间壁板或类似结构的有间壁车辆，可与间壁的数目成比例地减小纵向力的数值。但这一规定不适用于带活动的内部货物分隔板或类似装置的棚车。4.1.13 作用于平车和中心梁车辆固定端墙的纵向力4.1.13.1 平车的固定端墙应按承受在车端冲击时货物引起的纵向力设计。该纵向力应为设计车钩力乘以最大载重与在轨道上的总重的比值的75%，且应视为作用于整个固定端墙表面的均布载荷，其合力在端墙高度的中点。该纵向力产生的应力应不超过4.2.2.6项给出的许用应力。4.1.13.2 平车和中心梁平车，除专用于运输纸浆原材并具有永久性的倾斜地板的车辆外，其固定端墙，应按承受在车端冲击作用下货物引起的纵向力设计。该纵向力应为设计车钩力乘以最大载重与在轨道上的总重的比值的50%，且应视为在整个固定端墙表面上均匀分配，其合力在端墙高度的中点。由该纵向力产生的应力应不超过4.2.2.6项规定的许用应力。4.1.14 横向力4.1.14.1 在有横向压力作用的所有车辆的容纳结构的设计中，如棚车、漏斗车和敞车，应考虑粒状、块状或粉状货物的横向压力。 对于有盖车辆，横向压力可按下列兰金（Rankine）公式计算：P=1/2Wh2 对于无盖车辆：P=1/2W(h+1)2式中： P单位长度上的横向力(磅/英尺)； W单位体积货物的重量(磅/英尺3)；(车辆满载2.1.3) h货物高度(英尺)(不包括堆高)； 静止角(自然倾斜角)25。 横向力在垂向的分布是，从地板面高度上的最大值均匀地减小至货物顶面的零。4.1.14.2 在车辆设计中应考虑倾斜货物的影响，例如倾斜堆放的板材贴靠在敞车侧墙上。 装载状态可以取为最大载重的75%均匀分配。 总横向力可按下式计算：F=RL=RR=式中： F总横向力(磅)； W最大载重的75%(磅)； L车辆内部宽度(英尺)； h车辆内部高度(英尺)； RL左侧反作用力；RR右侧反作用力。 按上式确定的横向力只由枕梁和横梁立柱承担。 由落下端板敞车每个角柱承担的总横向力应为按上式确定的总横向力的50%。4.1.14.3 在车辆设计中必须考虑高重心货物离心力的影响（例如在平车上装运的某些类型的机械设备、拖车和集装箱，在中心梁车辆上装运的货物，在敞车上装运的钢制件）。对于这种计算，应取横向加速度为0.3g。4.1.15 可调端墙棚车4.1.15.1 端墙、车辆装备和附件以及车辆结构应设计为能承受4.1.15.1.1和4.1.15.1.2项规定的力而不超过屈服应力或临界屈曲应力。4.1.15.1.1 采用符合规范M-901、M-901A、M-901C、M-901D和M-901E缓冲器的车辆 A.端墙、导轨和支承结构以及车辆结构均匀分配的力(磅)车辆名义载重 在端墙整个表面 在端墙下半部 在端墙离地板面12 (吨) 上的总作用力 上的作用力 以上部分上的作用力45.4 160，000 128，000 96，00063.5 190，000 152，000 114，00090.7 220，000 176，000 132，000 B.导轨和支承结构以及端墙托架(空车，端墙未锁闭就位)纵向力 15端墙重量垂向力 10端墙重量横向力 10端墙重量4.1.15.1.2 采用符合AAR规范M-901G的缓冲器和M921的特殊缓冲装置的车辆 A.端墙、导轨和支承结构以及车辆结构均匀分配的力(磅)车辆名义载重 在端墙整个表面 在端墙下半部 在端墙离地板面12 (吨) 上的总作用力 上的作用力 以上部分上的作用力 45,4 80，000 64，000 48，000 63.5 95，000 76，000 57，000 90.7 110，000 88，000 66，000 B.导轨和支承结构以及端墙托架(空车，端墙未锁闭就位)纵向力 7.5端墙重量垂向力 5.0端墙重量横向力 5.0端墙重量4.1.15.1.3 试验校核 试验要求见机务标准手册中关于充气和非充气端墙的规范，AAR规范M945和M946。4.1.16 在棚车可调或固定侧墙垫板上的横向力及纵向力 可调或固定侧墙垫板及有关的装置和附件应设计为能承受下述横向力和纵向力而不超过屈服应力或临界屈曲应力。4.1.16.1 横向力相当于相应车辆宽度上货物重量的25%。该力应视为在垫板整个表面上均匀分配。4.1.16.2 纵向力是由4.1.16.1项之横向力的摩擦而产生的。在此处的计算中，摩擦系数应取为0.25。4.1.17 拉车钩环4.1.17.1 如果使用拉车钩环，则应按照在坡度为1%的直线轨道上牵拉6辆满载的滚动轴承货车或2辆满载的滑动轴承货车设计。在设计中，缆索负荷应取为22，000磅，且缆索应视为自拉车钩环起水平和垂向倾斜角度均为10度。最大应力应符合4.2.2.4项的要求。 注：此项规定所依据的事实是，从拉车钩环到地面上距线路中心线10英尺处的牵车机，缆索的长度决不可短于半个车辆长度(钩舌内侧面间长度)。4.1.17.2 拉车钩环应备有3至4英寸的纵向和垂向开口，其断面应平滑过渡，以免卡住挂钩。4.1.17.3 拉车钩环部位的车辆结构应设计为能承受4.1.17.1项规定条件下的力。拉车钩环的设置应便于直接装上和拆下缆索，其位置最好是在枕梁的端部。第4.2节 许用应力4.2.1 应力分析所用符号 A面积； a板的长度； b宽度； c从中性轴到最远纤维的距离； d、D直径； e施加载荷的偏心距； E弹性模量； f摩擦系数； G剪切弹性模量； h高度、深度或厚度； I惯性矩(面积)； J极惯性矩(面积)； K弹簧常数； K应力集中系数，临界屈曲常数，梁的刚度常数； L，l长度，跨度； M力矩，弯矩； M.S.安全余量； 泊桑比； n,N数量，安全因数； P压力，单位面积上的法向力； P，F集中载荷； Q静矩； w单位长度上的载荷； q剪力流； R反作用力，半径，应力比； r半径，回转半径； S断面模数； 法向应力； 剪切应力； T扭矩； t厚度； V梁截面上的剪切力； Ep.U势能； W功，总载荷； 法向应变；剪切应变，单位体积的重量； Ym梁的最大挠度； 总伸长量。 可以用下角和上角代表符号的特定值。常用下角为： t拉伸； c压缩； b弯曲； br支承； y屈服； u极限。4.2.2 载荷系数和许用设计应力4.2.2.1 对车辆结构的每一构件，均应确定其最临界的载荷状态。此类临界载荷状态可由单独作用的载荷或组合载荷产生，条件是此种组合必须是合理的。 当按照1.1节的规定要求提交应力分析报告时，报告中应包括涉及车辆每一重要承载构件在最临界载荷状态的分析的全部计算，还应包括一个汇总表，列出每一临界构件、其最临界载荷状态、每一构件的安全余量以及计算书中相应的页码。 简单应力条件的安全余量可按下式计算： M.S=-1 对于其他条件，使用4.2.2.10项的相互作用公式计算。4.2.2.2 作用于结构的设计载荷应为4.1节定义的载荷乘以下面定义的各有关载荷系数。4.2.2.3 许用设计应力应以附录B所列机械性能为依据，或者依据与所用材料有关的规范保证的最低值，或者依据对没有说明机械性能的材料进行的试验的结果。4.2.2.4 对于垂向装载负荷、皮重和牵引载荷单独作用或组合作用的所有状态，各载荷的载荷系数均取为1.8，许用设计应力为屈服应力或80%的极限强度中的较低值,或临界屈曲应力。4.2.2.5 对于由垂向装载负荷和皮重与叉车、装载拖车的牵引车或车端压缩载荷的组合作用所形成的所有临界状态，车顶载荷、抬车载荷和作用在车钩上的垂向载荷，各自的载荷系数均应为1.0，许用设计应力应为屈服应力或80%的极限强度中的较低值,或临界屈曲应力。4.2.2.6 对于由垂向装载负荷和皮重与冲击载荷联合作用的所有临界状态，垂向载荷的载荷系数应如4.1.11条所述，冲击载荷的载荷系数应为1.0，而且此种载荷可发挥所研究构件的极限承载能力。4.2.2.7 在构件设计制约于单独作用的4.1.14.1、4.1.14.2、4.1.14.3条所述之横向力或横向力与4.1.2、4.1.3和4.1.8条所规定载荷的联合作用时，横向力的载荷系数应为1.5，其他载荷的载荷系数应为1.8。许用设计应力应为屈服应力或80%的极限强度中的较低值,或临界屈曲应力。 当4.1.14.1和4.1.14.2条所述之横向力与4.1.2、4.1.3和4.1.9条规定的载荷联合作用时，横向力和其他载荷的载荷系数均应为1.0，许用设计应力应为屈服应力或80%的极限强度中的较低值,或临界屈曲应力。 当4.1.14.1和4.1.14.2条所述之横向力与4.1.2、4.1.3和4.1.10条规定的载荷联合作用时，横向力和其他载荷的载荷系数均应为1.0，而且此种载荷可发挥所研究构件的极限承载能力。4.2.2.8 若稳定性不是临界的，应使用下述许用应力： y如附录B所述 t=y或0.80u中的较低值 c=y或0.80u中的较低值 b=y或0.80u中的较低值 br=1.40y =0.58y4.2.2.9 对矩形板，可使用下述屈曲表达式： =泊桑比=0.303(钢) cr=K下表列出了在普通载荷和边缘条件下的K值。对其他形状的板和载荷条件，参见关于稳定性和屈曲的标准著作。 4.2.2.9（续）4.2.2.10 对于4.2.2.9项未作规定的在组合载荷作用下的屈曲，可以假定下列相互作用准则是有效的： 压缩和弯曲 Rb1.75+Rc=1 压缩和剪切 Rs1.5+Rc=1 弯曲和剪切 Rb1.75+Rs1.75=1按下列各式分别计算每种载荷状态： Rb= Rc= Rs= 在组合载荷作用下的安全余量可按下述方法计算：4.2.2.10.1 在图4.2.2.10上引入座标Rb和Rc、Rb和Rs或Rc和Rs。4.2.2.10.2 从原点作一直线通过上项规定的座标点，并延伸至代表相应相互作用表达式的曲线。4.2.2.10.3记录按上述步骤确定的交点的座标，即Rb和(或)Rc(或)Rs。4.2.2.10.4 因此，安全余量规定为： M.S.=-1, M.S.= -1或M.S.=-14.2.2.10.5 值得注意的是，如果按上述步骤确定的座标在相应的相互作用曲线的上方和(或)右方，则该设计被审定为不安全的。4.2.2.11 对于受同心载荷的柱，其许用屈曲应力可按下式计算。 长柱：cr= 短柱：cr=1-(L/r)2 式中C值取决于端部的固定程度，可以认为： 一端约束、另一端自由：0.25； 两端均为简支：1.0； 一端约束、另一端简支：2.0； 两端约束：4.0； 两端约束，一端自由移动：1.0。 1为柱横截面最临界部位材质的屈服或临界屈曲强度。 短柱公式适用于长柱公式适用于其他所有L/r值。4.2.2.12 受偏心载荷的柱 对于相对于主轴受偏心载荷的柱，应力可按下式计算：= 当只相对于一个主轴偏心时，不适用的ec/r项为零。 在上式中，可能不超过材料的屈服点或横截面任何部位的临界压缩屈曲应力(见4.2.2.9)。 P施加的载荷乘以载荷系数(见4.2.2.3至4.2.2.8)； ex,ey相对于相应的轴的偏心距； cx,cy从中性轴到压缩应力最大的纤维的距离； rx,ry相对于相应的轴的回转半径； L柱的有效长度，如下所示： *L=0.75L，对铆接端； *L=0.85L,对销接端； L=2L，对一端自由，另一端固定； L=0.7L,对一端铰支，另一端固定； L=L，对两端铰支； L=0.5L，对两端固定。 L=柱的总长度。 *美国土木工程师协会(ASCE)钢柱研究专门委员会。4.2.2.13 受轴向载荷的梁 在弹性极限内，在承受横向载荷的同时还承受轴向载荷的梁的最远纤维中的最大应力表述为： 最大=式中： P轴向载荷； A梁的横截面积； S梁的断面模数； M由轴向和横向载荷产生的最大弯矩。 如果该梁由横向载荷引起的挠度值很小，或者当车辆的预挠度使由于梁的挠度引起的轴向载荷的偏心很小时,则不要求进行梁柱分析。但是对于不符合上述准则的承受轴向压缩和横向载荷的细长构件，则必须进行梁柱分析。为得到由复杂载荷所引起的最大弯矩的梁柱公式，可采用任何一种工程参考书。4.2.2.14 板梁剪切强度 当一根梁的腹板或用作梁的腹板的车辆侧墙板承受4.2.2.2项规定的设计载荷能够工作而不屈曲时，则该梁应视为抗剪梁，可按下述方法设计。4.2.2.14.1 最大翼缘应力可使用通常的挠曲公式=Mc计算。式中I可以包括所有的腹板材料。4.2.2.14.2 腹板中的最大剪应力流可由公式q=VQI计算。式中V为梁的最大剪力，Q为中性轴上方整个横截面积的一次力矩，I的定义同4.2.2.14.1。因此最大剪应力为=qt。4.2.2.14.3 对于腹板屈曲的最临界状态，即在4.1.2条规定条件下的剪切或弯曲或剪切与弯曲的组合作用，腹板的屈曲应力可按4.2.2.9和4.2.2.10项的步骤计算。4.2.2.14.4 腹板加固板应按4.2.2.7项规定的载荷设计，但加固板的惯性矩不得小于式中d为加固板间距，h为腹板高度。4.2.2.14.5 翼缘与腹板的连接必须能够承受大小等于VQI的剪力流，式中Q为仅计算翼缘对整个梁中性轴的一次力矩。这一剪力流可以磅/英寸为单位直接与焊缝许用应力比较，也可以乘以铆钉间距转换为每一铆钉的载荷。4.2.2.14.6 腹板拼接处应按承受通过接点的剪切力和力矩设计。接点载荷的垂向分量可按4.2.2.14.5项描述的方法计算，所用Q值应与接点末端相一致。水平分量可由接点末端腹板上的最大弯曲应力计算。上述两分量的矢量和即为作用在接点上的合成载荷。4.2.2.14.7 在使用多块翼缘或加强附件时，这些构件的连接强度可用4.2.2.14.5项所述方法检验，只是Q应为接点以外的横截面积对中性轴的一次力矩。4.2.2.15 板梁半拉伸场 当一根梁的腹板或用作梁的腹板的车辆侧墙板在小于4.2.2.2项规定的设计载荷的作用下屈曲时，该梁应视为半拉伸场，可按下述步骤设计。4.2.2.15.1 按下式计算腹板在其屈曲应力下承受的剪切载荷： Vcr=crht式中cr为剪切屈曲应力，可由4.2.2.9项计算，计算时取用介乎简支与夹紧边缘条件中间的K值。4.2.2.15.2 腹板在其临界屈曲应力下产生的抗剪切载荷为：Vcr=crht4.2.2.15.3 计算腹板拉伸场角度： sin2-a式中：a= Au、A1和As分别为不计有效腹板面积的上、下弦面积和加固板面积，h为上、下弦形心之间的距离，d为腹板加固板之间的模拟距离，t为腹板厚度。4.2.2.15.4 计算下式的值： wd=1.25dsin 式中Iu和I1分别为上、下弦对垂直于腹板平面的轴线的惯性矩。对于介于表列数值中间的wd值，可采用直线插值法求得R值。wd R0 1.001 0.992 0.933 0.724 0.525 0.406 0.327 0.278 0.234.2.2.15.5 对于铆接结构，得Kr= 对于焊接结构，K等于1.0。4.2.2.15.6 由下式计算作为拉伸场的腹板在拉伸应力达到屈服点时的剪切强度： Vty=(ty-)KrRht sincos4.2.2.15.7 腹板在达到屈服点时的总剪切强度为： Vy=(Vcr+Vty)式中I为不包括腹板材料的梁的惯性矩，Qf为只计算翼缘的一次力矩。腹板的安全余量可由下式求得： M.S.=-14.2.2.15.8 以翼缘上每英寸磅为单位的腹板与翼缘连接载荷可由下式求得： Pr=式中If为只由翼缘求得的惯性矩。由上述Pr值乘以铆钉间距即求得根据每一铆钉的各铆钉载荷。4.2.2.15.9 在计算翼缘应力时，可以假定，一直到在所研究的截面中腹板应力达到其临界屈曲应力为止，整个腹板都是有效的。柱的屈曲强度应只利用翼缘面积计算。翼缘的基本应力可由下式计算：=式中： Mcr可导致腹板屈曲的载荷的弯曲力矩； M截面上的总弯曲力矩； Y=c。4.2.2.15.10 对角拉伸场中因为垂直于翼缘的载荷的作用，在翼缘中会产生二次弯曲应力。这种二次弯曲的力矩可由下式计算： M=d2tan式中Vt为由于拉伸场的作用产生的剪切分量。C值可用直线插值法由下表求得：wh C wh C0 1.00 5 0.601 1.00 6 0.492 0.96 7 0.413 0.87 8 0.354 0.734.2.2.15.11 由下式求加固件载荷：F=-Vttan 用直线插值法由下表求得Cs值： Cs0 0.380.2 0.390.4 0.420.6 0.500.8 0.631.0 0.721.2 0.771.4 0.821.6 0.851.8 0.882.0 0.91 以有效长度等于CsL按销端柱校核加固件。4.2.2.16 塑性范围内的弯曲强度* 传统梁理论(以弯曲前的平面截面在弯曲后仍保持平面截面的假定为基础)给出在弹性范围内(即在比例极限以下)应变和应力呈线性分布。但在塑性范围内，尽管仍假定应变分布是线性的，其应力分布则是与该材料的应力应变关系相对应的。现已获得这一分布的近似计算方法，从而能够预测在塑性范围内形状和材料性能对弯曲的影响。4.2.2.16.1 简单弯曲对称截面 当作用的合成力矩是对于主轴的,而且该主轴还是一个对称轴时，可以使用下述方法。A.确定“断面系数” K= (如果K2.0，取K=2.0) Qm是主轴与位于主轴一侧的最远纤维之间的面积对于主轴的静(一次)力矩。 I是整个断面对于主轴的惯性矩，c是从主轴到最远纤维的距离。B.由于任何力矩m的作用，在最远纤维处引起的弯曲应力 1.确定mc/I。 2.根据mc/I值和恰当的断面系数K，由相应材料的塑性弯曲图求得最远纤维的最大应力m。 *注：(参考文献：Frank P.Cozzone,塑性范围内的弯曲强度，航空科学杂志，1943年5月)。 *注：图4.2.2.16.8所示之塑性弯曲图适用于ASTMA7钢，其他材料的塑性弯曲图见附录C。C.由于任何力矩m的作用，在中间纤维处引起的弯曲应力 1.由B项求得最远纤维处的应力。 2.根据这一应力，由应力应变曲线求得最远纤维处的最大应变m。 3.在距主轴为y的中间纤维处,其应变y可按比例求出，再读出相应的应力。 y=mD.纯弯曲安全余量。因为应力不再与弯矩成比例，安全余量必须由弯矩求得。 1.根据许用极限拉伸应力和适当的“断面系数”K，由塑性弯曲图求得mc/I的值。 2.该值乘以I/c可得许用极限弯矩Mu。 3.在极限的基础上得安全余量为：M.S.u=mu为施加的极限弯矩。4.2.2.16.2 简单弯曲非对称截面 当作用的合成力矩是对于主轴的,而该主轴又不是一个对称轴时，可以使用下述方法。A.将截面分为位于主轴两边的两部分。