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球墨鑄鐵井蓋是地下管網(wǎng)入口常見(jiàn)的設(shè)施，按照傳統(tǒng)的全彈性的設(shè)計(jì)方法，和試驗(yàn)結(jié)果有較大出入。結(jié)合球墨鑄鐵的實(shí)際情況，其本構(gòu)關(guān)系更接近彈塑性材料，采用適當(dāng)?shù)乃惴ǹ梢栽谠O(shè)計(jì)中更大程度上發(fā)揮球墨鑄鐵井蓋的力學(xué)性能。所用材質(zhì)為球鐵，主要合金元素含量w為球化級(jí)別：3級(jí)；石墨大小：6級(jí)；鐵素體含量約3000。其拉力試棒的拉伸圖和試棒尺寸如圖所示，最大拉伸力83kN，最大拉伸量20mm，MoC20，83；彈性點(diǎn)BoC7.5，62。試棒直徑14mm，有效長(zhǎng)度70mm。由圖做出試棒拉伸應(yīng)力應(yīng)變圖，并找出相應(yīng)點(diǎn)MC28.5,540，BC10.7,400。執(zhí)行歐洲標(biāo)準(zhǔn)BSEN124:1994，機(jī)動(dòng)車區(qū)及行人區(qū)集水井頂蓋和檢查井頂蓋設(shè)計(jì)要求、類型試驗(yàn)、標(biāo)志、質(zhì)量控制之試驗(yàn)。(1)設(shè)計(jì)級(jí)別為C250，即指井蓋能承受住P=250kN的壓力測(cè)試。測(cè)試過(guò)程：用油缸壓力機(jī)，以一定的速度對(duì)井蓋緩慢加壓達(dá)到P=250kN后，靜壓30s。在此過(guò)程中，若井蓋不破裂，則通過(guò)C250的壓力測(cè)試，是承壓合格的井蓋。(2)所設(shè)計(jì)的井蓋架的凈開(kāi)口尺寸是400mmX400mm(凈開(kāi)口尺寸是指與井蓋配套井架的最小內(nèi)尺寸)，此種井蓋采用的壓頭是直徑為250mm的圓形壓頭。(3)承壓點(diǎn)，井蓋四邊與井架處處接觸。
(1)所設(shè)計(jì)的4根筋對(duì)稱分布，對(duì)壓頭力的承受均勻。(2)由于井蓋受壓后中間下彎，所以分配到每根筋上的力可簡(jiǎn)化成2個(gè)相等的集中載荷的作用，每個(gè)集中載荷P/8oC3)每根筋可簡(jiǎn)化成受2個(gè)對(duì)稱的集中力P/8的簡(jiǎn)支梁，并做出其簡(jiǎn)力圖，如圖，傳統(tǒng)的強(qiáng)度分析方法，也就是把材料認(rèn)為是完全彈性體，按照相關(guān)的理論和公式直接計(jì)算，并與材料(3)由前知，試棒的抗拉強(qiáng)度540MPa。可見(jiàn)，按照傳統(tǒng)的強(qiáng)度校核方法，初步設(shè)計(jì)的井蓋遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足其壓力測(cè)試要求。
分段積分法考慮了材料在受力時(shí)經(jīng)歷的彈性和塑性階段，對(duì)整個(gè)階段的變形和承載力做了綜合考慮，具體地講，就是根據(jù)材料的力學(xué)性能，由截面相應(yīng)位置所能承受的最大應(yīng)變，找出其對(duì)應(yīng)應(yīng)力，用分段積分法，求出截面所能承受的彎矩，來(lái)校核井蓋強(qiáng)度。是指截面最下端最大應(yīng)變時(shí)，截面各部位所發(fā)生的應(yīng)力和應(yīng)變情況。(1)做截面所能承受的最大應(yīng)變圖，坐標(biāo)系如圖所示。①筋截面上軸線應(yīng)變，認(rèn)定形心軸就是中性軸，把Z車由放在中性軸上，其形變?yōu)?，截面應(yīng)變沿Y軸方向呈線性分布，上部壓應(yīng)變?yōu)樨?fù)，下部拉應(yīng)變?yōu)檎覒?yīng)變沿Y軸上下變化率相等，絕對(duì)值最大的應(yīng)變?yōu)槔瓚?yīng)變，在截面的最下端。
從表中可以看到，采用分段積分法設(shè)計(jì)后得到1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)試樣的破裂壓力值均高于標(biāo)準(zhǔn)值，可見(jiàn)基于彈塑性本構(gòu)關(guān)系的設(shè)計(jì)方法不僅更接近材料的真實(shí)性能，而且更科學(xué)準(zhǔn)確。結(jié)論(1)井蓋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，把鑄態(tài)球墨鑄鐵當(dāng)做彈塑性材料考慮，比傳統(tǒng)理論上只當(dāng)做純彈性材料考慮更符合實(shí)際情況。這種方法，井蓋在滿足打壓要求的前提下，可以更輕、更節(jié)省材料。(2)設(shè)計(jì)時(shí)，要有井蓋所用材料的拉伸曲線，并且較準(zhǔn)確地找出材料的彈塑性分界點(diǎn)和其它對(duì)應(yīng)點(diǎn)。利用分界點(diǎn)可以得到材料的彈性階段和塑性階段，對(duì)這2段分別計(jì)算，即分段積分得到其承載力，這樣進(jìn)行設(shè)計(jì)綜合考慮了材料的塑性階段的變形和承載力，更符合球墨鑄鐵井蓋受力過(guò)程的真實(shí)情況，因而要比傳統(tǒng)的全彈性設(shè)計(jì)方法更合理。
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