二级建造师电力工程管理与实务考前辅导1120.docx
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二级建造师电力工程管理与实务考前辅导1120
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二级建造师《电力工程管理与实务》考前辅导11-20
第五讲 电力工程技术基础知识（5）
一、 内容提示
这一讲主要介绍2G311080梁、柱的内力和强度计算方法
二、 重点难点
简支梁内力及应力的计算方法、杆件强度的计算方法
三、 大纲要求
了解梁、柱的内力和强度计算方法
四、 内容讲解中国注册建造师考试网（）提供
2G311080 了解梁、柱的内力和强度计算方法
2G311081 简支梁内力及应力的计算方法
1．梁的内力
（1）梁和梁的基本类型
在建筑结构中以弯曲变形为主的构件称为梁，如工业厂房中的吊车梁、民用建筑中的阳台挑梁、屋面大梁、檩条、楼梯梁等。
弯曲变形的受力和变形特点是：
荷载是垂直于梁的轴线的。
梁受荷载后，其轴线由原来直线变成曲线。
在梁计算简图中一般可用轴线和相应的支座表示。
两支座之间距离称为梁的跨度。
梁只有一个跨度的称为单跨梁，有两个和两个以上跨度的称为多跨梁。
单跨梁按支座的性质可分为以下三种基本类型。
①简支梁：
简支梁是一端固定铰、一端可动铰支座的梁。
如房屋窗户、门上的过梁，由于嵌入墙体部分较短，墙体只起支承作用。
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②悬臂梁：
最常见的悬臂梁是民用建筑中的阳台挑梁。
它的约束特点是：
梁的一端完全固定，另一端自由。
③外伸梁：
外伸梁是一端或两端有外伸部分的梁。
例题：
一端固定铰支座；一端可动铰支座的梁，称为（ ）。
A.静定多跨梁 B．悬臂梁
C．外伸梁 D．简支梁
答案：
D
（2）梁的内力
①剪力Q和弯矩M
求梁的内力的基本方法仍然是截面法。
见图2G311081-1所示简支梁在P力作用下平衡。
现求距离左支座A为a的截面I-I的内力。
先利用静力学平衡条件求出梁的支座反力YA和YB。
然后用假想截面沿I-I切开，分为左右两部分，并取左边部分梁作为研究
对象。
根据整体平衡，局部必然平衡的原理，左段部分梁应该平衡。
但在YA外力作用下，左段梁是不平衡的，它有两种趋势：
一是向上移动，使左段梁沿I-I处相对于右段梁错开，这是剪切现象；一是绕截面I-I顺时针转动，使梁弯曲，是弯曲现象。
对应于这两种趋势，在截面I-I上必然有两种内力来维持左段梁的平衡：
一是平行于YA而方向与YA相反的内力Q；一是逆时针方向的内力偶矩M。
前者阻止梁错开，后者抵抗梁的弯曲。
它们的大小均可用静力学平衡条件解出。
由 ∑Y=0 YA+Q＝0
YA＝-Q
由 ∑M1＝0 YAa-M＝0
M＝YAa
内力Q称为剪力，内力偶矩M称为弯矩。
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如果取右边部分梁作为研究对象，根据作用与反作用原理，在右段梁截面I-I上也有一个剪力Q和一个弯矩M，和左段梁上的Q、M大小相等方向相反。
将上面的分析再作一归纳，可得出计算剪力Q和弯矩M的一般规律：
梁上任一截面上的剪力，在数值上等于这个截面以左（或以右）部分各外力
（包括支座反力）的代数和。
任一截面上的弯矩，在数值上等于这个截面以左（或以右）各部分外力对该截面形心的力矩的代数和。
②剪力Q和弯矩M的正负号
为使同一截面上的剪力和弯矩的符号，不因取截面左边部分或右边部分而不同，规定：
当外力使截面以左边部分向上，或右边部分向下相对错动时，截面上的剪力为正，反之为负，见图2G311081—2所示。
当外力矩使梁弯曲后向下凸时，截面上的弯矩为正，反之为负，见图2G311081—3所示。
（3）剪力图和弯矩图
①剪力方程和弯矩方程
用代数方程式把梁的各个截面上的剪力和弯矩的变化规律表达出来，分别称为梁的剪力方程Q（x）和弯矩方程M（x）。
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建立剪力方程和弯矩方程的方法，只要在梁上设一坐标系xoy，以x表示梁不同截面的位置，再用截面法取分离体，写出平衡方程就可以得到。
可以利用代数方程式求最大最小值的方法来确定Q（x）和M（x）的最大值及其所在位置，但不直观而且不方便。
实际上常用方程的函数图像表示出来，称为剪力图和弯矩图。
②剪力图和弯矩图
剪力图和弯矩图是把剪力方程和弯矩方程所代表的函数图像在一个坐标系里描绘出来。
作图的方法是：
以梁的轴线为横坐标x轴，每个x值代表一个截面的位置，以与梁轴线垂直的纵坐标轴表示剪力（或弯矩）值。
每个截面位置x对应一个该截面上的剪力Q（或弯矩M），可以在Q-x坐标系（或M-x坐标系）里定一个点，把所有点连起来就是剪力图（或弯矩图）。
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建筑工程中规定画剪力图时，Q轴向上为正，M轴向下为正。
实际作图时，先根据剪力方程（或弯矩方程）的图形性质，确定几个所谓控制点，计算出这几个控制点的值，就可以作图。
作图的目的是确定危险截面的位置和截面上相应的剪力（或弯矩）值。
（4）用叠加法作梁的剪力图和弯矩图
当单跨梁上作用有一组荷载时，可以比较方便地运用叠加原理作剪力图和弯矩图。
荷载作用的叠加原理说明：
一组荷载中每一个荷载单独作用所产生的效果（支座反力及内力）之和等于这一组荷载共同作用所产生的效果（支座反力及内力）。
根据这个原理，我们可以先分别做出每一个荷载单独作用时的剪力图和弯矩图。
然后，将同一截面的剪力和弯矩叠加起来，就得到最后的剪力图和弯矩图。
这便是叠加原理。
例题：
梁的支座反力求解，需要利用梁的（ ）。
A.几何尺寸 B．静力平衡条件
C.内力 D．物理条件
答案：
B
2．梁的强度计算
（1）梁的正应力
①两种应力中国注册建造师考试网（）提供
梁弯曲时横截面上存在两种内力：
剪力Q和弯矩M。
剪力和弯矩都是截面上应力合成的结果。
在一般情况下，构件截面上任意一点都可能有两种应力：
剪应力和正应力。
剪力是在截面内和截面平行的内力，它只能由剪应力合成。
弯矩是力偶矩，不可能由剪应力合成，只能由垂直于截面的正应力合成。
因此，对应于剪力和弯矩，梁横截面上将有剪应力和正应力两种应力。
剪力Q引起剪应力，弯矩M引起正应力。
②弯曲正应力
在工程中常见的梁横截面大都有一个对称轴，如矩形、圆形、工字形、T字形梁等。
由各截面的对称轴组成的平面称为纵向对称面。
梁上承受的荷载一般认为都作用在此纵向对称面内，这使外力（包括荷载和支座反力）组成一个平面平衡力系。
梁的轴线是在纵向对称面内的。
梁在这样的平面力系作用下发生弯曲，弯曲后的轴线仍在纵向对称面内。
这种弯曲称为平面弯曲。
与拉压、扭转时一样，研究梁横截面上正应力分布规律时，也要从观察分析梁的变形着手。
（2）梁的正应力强度条件
建筑工程上所用的梁一般都是等截面梁。
梁的破坏，首先发生在内力最大的截面上的应力最大处，该点称危险点。
此点应力为
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式中 M——危险截面上最大弯矩；
Y——危险截面上距中性轴最远的点的y坐标值；
I——横截面对中性轴的惯性距。
为了使梁能安全使用，规定梁的最大应力不得大于材料的容许应力。
式中 W——为截面的抗弯截面系数，单位为“mm3”。
此式称为弯曲正应力的强度条件。
正应力强度条件可进行三方面的强度计算：
①校核梁的强度。
已知荷载、截面和材料，若Ymax≤[J]，则梁是安全的。
②当已知梁的荷载、材料的容许应力和截面形状时，可通过W，计算出截面尺寸。
③已知梁的截面形状、尺寸、材料的容许应力，通过计算Mmax，确定梁所能承受的最大荷载。
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（3）梁的合理截面
从正应力强度条件看出，最大正应力的大小与该截面承受的弯矩成正比；与该截面抗弯截面系数成反比。
合理地安排荷载位置和支承状况，可以使M减小。
但当荷载位置和支承完全确定时，就只有通过提高W来改变梁的抗弯能力。
可以从以下两方面选择；
①从正应力的分布特点考虑
梁弯曲时横截面的正应力分布，是沿截面高度呈线性分布的。
上、下边缘处应力最大，近中性轴处最小。
按强度条件计算时，上下边缘的应力值达到材料容许应力时，中性轴附近大量材料还远未发挥作用。
因此，合理截面应该使中性轴附近的材料尽量少，边缘部分的材料尽量多，这样可以物尽其用。
一般地讲，使面积的分布尽可能离中性轴远是有利的，可以提高截面W，但要防止失稳。
②从材料性质考虑
塑性材料的拉、压性能相等，用作梁时，就可以采用对中性轴上下对称的截面，这样可以使最大拉应力和最大压应力同时达到材料的容许应力。
而对于像铸铁、混凝土等拉、压性能不等的材料，则应采用上下非对称的截面，以便尽量使上下边缘的应力同时达到容许拉应力和容许压应力。
所以，混凝土梁的截面常常采用T形截面。
又如木材，它是各向异性材料，其顺纹抗拉强度大于顺纹剪切强度，所以即使工字形再好，考虑到材料的性质和加工方面的问题，也不采用，而常用矩形。
还有为减少由于自重引起的弯矩而设计的薄腹梁等等，都是合理截面的实例。
（4）梁的剪应力强度条件
一般条件下，梁的强度是由正应力强度条件控制的，较少发生剪应力引起的破坏。
但是有时梁的跨度较小而荷载较大时，在靠近梁支座处也可能发生剪切破坏，这时就需要用剪应力强度条件来控制。
梁的剪应力强度条件应为式中，是材料的容许剪应力。
一般情况下，正应力强度条件满足后，剪应力强度条件常常自然满足。
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例题：
根据梁的正应力强度条件，可以解决的三大问题是（ ）。
A.设计截面尺寸、校核刚度、计算梁的最大荷载
B．稳定性计算、校核刚度、计算梁的最大荷载
C.设计截面尺寸、校核强度、计算梁的最大荷载
D.裂度计算、校核刚度、计算梁的最大荷载
答案：
C
2G311082 杆件强度的计算方法
1．杆件的内力
杆件的种类很多，工程上一般将它们概括为实心或厚壁截面杆和薄壁截面杆、直杆和曲杆、等截面杆和变截面杆等。
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杆件的强度是通过应力这个物理量来度量的。
为了确定这些应力，一般需先求出杆件横截面上的内力分量，即截面上分布内力对某选定坐标系简化所得的主向量及主矩的分量。
确定杆件内力的一般方法是截面法和利用平衡条件。
在分析复杂受力杆件的内力时，也可以先将外力进行适当的简化，把杆件分为几个简单的受力杆件分别计算其内力，然后相叠加。
这就是工程常用的内力叠加法。
为了表示内力沿杆长的变化规律，可以将内力表示成坐标x的函数，称为内力方程式。
工程上除了以内力方程描述杆件内力的变化规律外，更多的是使用作图方式，因为图形更能形象地表示内力沿轴线的变化和危险截面的位置。
内力图包括剪力图、弯矩图、扭矩图、轴向力图，其中轴向力图和扭矩图一般都很简单。
2．杆件强度分析
在求得杆件内力的基础上，为了确定其强度，还需进一步分析它的应力。
杆件应力的精确理论是相当复杂的，但材料力学就是要对常见的典型构件建立一些简单、实用的应力近似计算公式，作为评定工程结构强度的依据。
因此，在一般情况下都采取假设来简化应力分析。
这些假设是有实验依据的，由此得出的近似理论公式也已受到实践的检验。
杆件的整体变形，大致可归纳为三种基本形式：
杆件轴向伸长或缩短、轴线的弯曲、横截面绕轴线的扭转，简称拉伸或压缩：
弯曲、扭转。
杆件的复杂变形都可看作是这三种基本变形的组合。
对应这三种变形，杆内各单元都有应力作用。
拉伸（压缩）时，杆的横截面上只有正应力，没有剪应力；弯曲时，横截面上主要的还是正应力，剪应力一般是个小量；而扭转变形时，实心杆件的横截面上主要是剪应力。
3．杆件的强度计算中国注册建造师考试网（）提供
应力分析的目的是对工程构件进行强度评定。
评定工作大致包括下列几个方面：
● 分析杆内的主要和次要应力。
● 分析内力，作内力图，确定危险面，并根据截面上应力分布确定最大应力作用位置。
● 求出危险单元上的工作应力，即杆件在正常工作时，工作外力所产生的应力值。
● 由实验或设计规范、手册，确定材料的“破坏”应力。
● 建立杆件安全或“破坏”的判别条件，以判断杆件是否能正常工作。
在一般情况下，杆件的横截面上会有正应力和剪应力作用。
剪应力又可分为弯曲剪应力和扭转剪应力两类。
前者在有横向力作用时与弯曲正应力同时出现，对细长杆来说，弯曲剪应力是个小量。
对于实心截面杆，一般可以不考虑弯曲剪应力对杆件强度的影响。
但对一些抗剪能力特别差的材料，例如顺纹木材，除了应按正应力来判断杆件强度外，还应按剪应力来检验它的安全。
对于一些薄壁截面，例如工字形截面，在腹板最高处的弯曲正应力和剪应力都相当大，这时应考虑该处的单元在两种应力共同作用下的强度问题。
从杆件横截面上的弯曲正应力和扭转剪应力的分布可以看出，杆件的危险单元一般都在截面的边界处，具体位置要根据截面形状和内力的实际方向确定。
杆件是由各种材料制成的，而材料能承受的应力值是有限度的，如超过承载能力，杆件将不能正常工作。
因此，在设计规范和有关手册中，对各种材料在某种工作的条件下，规定了保证不同材料安全工作的最大应力值，称为许用应力。
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杆件的拉伸压缩、剪切、扭转和弯曲四种基本变形的强度计算。
（1）杆件轴向拉伸或压缩时的强度计算
为了保证杆件在外力的作用下能够正常工作，必须使材料截面上的实际应力（工作应力）不超过材料的许用应力，即
（2G311082—1）
上式称为杆件轴向拉伸或压缩时的强度条件。
式中 N——危险截面的内力；
A——危险截面的截面面积。
利用强度条件，可以解决以下三大问题。
● 强度校核
需要判断某已知杆件安全可靠，可根据已知载荷户和横截面面积A计算出杆件横截面上的工作应力口，然后再与材料的许用应力相比较。
● 设计截面尺寸中国注册建造师考试网（）提供
若杆件承受的载荷是已知的，所选的材料是确定的，需要设计构件截面的具体尺寸，可根据已知载荷和所用材料的许用应力[f）求得构件所需截面积的大小。
（2G311082—2）
所需面积大小确定后，再按照结构的用途和性质确定截面的形状，计算出截面的具体尺寸。
● 计算许可载荷
如果受拉或受压杆件的横截面积A和许用应力[o）都是已知的，则可求出杆件所能承受的最大轴力为
（2G311082—3）
然后确定许可载荷。
（2）杆件剪切的强度计算
● 剪切强度
为了保证杆件在工作中不被剪断，必须使杆件的工作剪应力（工作应力）不超过材料的许用剪应力，即
（2G311082—4）
就是剪切强度条件。
● 挤压强度中国注册建造师考试网（）提供
为了保证杆件不产生局部挤压，必须满足工作挤压应力不超过材料的许用挤压应力。
（2G311082—5）
即挤压强度条件。
（3）杆件扭转的强度计算
为了使轴扭转时能正常的工作，必须使其工作时最大剪应力不超过材料的许用剪应力。
（2G311082—6）
为圆轴扭转时的强度条件。
（4）杆件弯曲的强度计算
● 梁的正应力强度条件
为使梁能正常的工作，必须使其工作时最大应力不超过材料弯曲时的许用应力。
（2G311082—7）
即弯曲正应力的强度条件。
● 梁的剪应力强度条件中国注册建造师考试网（）提供
为使梁能正常的工作，必须使其工作时最大剪应力不超过材料弯曲时的许用剪应力。
（2G311082—8）
即弯曲的剪应力的强度条件。
4．提高杆件承载能力的方法
从强度条件看，可从三个方面来提高杆件的强度：
一是降低杆件危险面上的内力值；二是研究杆件截面的几何性质，找出一个更合理的截面形状；三是选择更好的材料。
关于结构材料的选用，一直是工程中一个极其重要的问题。
随着生产、科学的发展，新型材料、优质材料的研究和应用已形成了一种专门的学科。
①降低杆件的内力
降低最大弯矩不是靠简单地减少外力负荷，而是通过改变结构支承和形式等多种途径，以达到提高强度的目的。
● 在梁上增加中间支承，相当于在原来的弯矩上叠加一个反向的弯矩，这将大大降低原梁中的最大弯矩值。
● 把梁改为拱形，其承载能力将会大大提高。
与它对应的均匀分布压应力将降低弯矩产生的拉应力，这对由脆性材料制成的拱结构的强度是有利的。
以上只是举例说明降低危险面上的内力，提高杆件强度的一些方法。
这些方法怎样选用，能否实现，都必须结合实际进行全面分析。
从强度来考虑是合理的，对于加工、安装、或其他方面并非都合理；对某个杆件有利的，对其他构件不一定有利。
因此，必须从各个方面全面考虑，找出比较好的设计方案。
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杆件的内力沿杆长通常是不均匀的。
除了危险面上的应力外，其他大部分地区中的应力都低于材料的许用应力，从强度观点来看，那里的材料都未被充分利用。
因此，为了节省一些大型构件的材料或减轻它的重量，可以把杆件按等强度的概念设计为变截面的。
例题：
对于工字形截面的梁，在弯曲变形时，由于其腹板最高处的（ ）均较大，所以需要验算在该处的单元在两种应力共同作用下的强度问题。
A.拉应力和扭转剪应力 B．拉应力和压应力
C.弯曲正应力和剪应力 D．压应力和扭转剪应力
答案：
C
第六讲 电力工程技术基础知识（6）
一、 内容提示
这一讲主要介绍2G311090电力工程防腐、保温及绝缘材料的基本知识、2G311100天然地基上浅基础和桩基础的基本知识
二、 重点难点
防腐、保温材料的分类及其用途、绝缘材料的分类及其主要用途；天然地基上浅基础的类型、桩及桩基础的类型中国注册建造师考试网（）提供
三、 大纲要求
了解电力工程防腐、保温及绝缘材料的基本知识、了解天然地基上浅基础和桩基础的基本知识
四、 内容讲解
2G311090 了解电力工程防腐、保温及绝缘材料的基本知识
2G311091 防腐、保温材料的分类及其用途
1．防腐材料的分类及其用途
（1）防腐材料的分类
①水玻璃类防腐蚀材料：
包括水玻璃胶泥、水玻璃砂浆、水玻璃混凝土和水玻璃水磨石。
②硫磺类防腐蚀材料：
包括硫磺胶泥、硫磺砂浆和硫磺混凝土。
③沥青类防腐蚀材料：
包括沥青胶泥、沥青砂浆、沥青混凝土、碎石灌沥青、沥青浸渍砖和沥青卷材等。
④树脂类防腐蚀材料：
包括树脂胶泥、树脂砂浆和玻璃钢等。
常用的树脂有环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂和聚酯树脂四大类。
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⑤聚氯乙烯塑料（PVC）防腐蚀材料：
常用的有硬聚氯乙烯板、软聚氯乙烯板两种。
⑥耐腐蚀涂料：
常用的有过氯乙烯漆、沥青漆、生漆、漆酚树脂漆、酚醛漆、环氧漆、聚氨酯漆等配套品种。
（2）防腐材料的用途
①水玻璃类防腐蚀材料：
这类材料是以水玻璃为胶结剂，氟硅酸钠为固化剂，加一定级配的耐酸粉料和粗细骨料配置而成（水玻璃胶泥中不加粗细骨料，水玻璃砂浆中不加粗骨料），其特点是耐酸性能好，机械强度高，资源丰富，价格较低；但抗渗和耐水性能较差，施工较复杂，养护期较长。
其中水玻璃胶泥和水玻璃砂浆常用于铺砌各种耐酸砖板、块材和结构表面的整体涂抹面层；水玻璃混凝土常用于灌注地面整体面层、设备基础及池槽槽体等防腐蚀工程；水玻璃水磨石常用于防腐蚀地面工程。
②硫磺类防腐蚀材料：
硫磺胶泥和硫磺砂浆是以硫磺为胶结剂，聚酸橡胶等为增韧；剂，加入一定数量的耐酸粉料、细骨料（硫酸胶泥不加细骨料），经加热熬制而成；硫磺混凝土是将刚熬好的硫磺胶泥或砂浆灌注于耐酸粗骨料中制成。
这类材料的特点是结构密实，抗渗、耐水、耐稀酸性能好，硬化快，强度高，施工方便，不需养护，所以特别适用于抢修工程；但收缩性大，耐火性差，性较脆，与板块材粘结力较差。
在防腐工程中，硫磺胶泥和硫磺砂浆常用于胶结（灌注）板块材，硫磺混凝土常用于灌注整体地坪面层、设备基础和池槽槽体。
硫磺类防腐蚀材料能耐浓硫酸、盐酸及40％的硝酸，当用石墨或硫酸钡作填料时，可耐氢氟酸和氟硅酸；能耐一般铵盐、氯盐、纯机油及醇类溶剂。
不耐浓硝酸、强碱。
不适用于温度高于80℃或冷热交替部位、与明火接触部位或受重物冲击部位。
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③沥青类防腐蚀材料：
这类材料的特点是整体无缝，有弹性，取材易，价格低，施工简便，冷固后即可使用，不需养护能耐低浓度的无
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