第五章钢结构受弯构件ppt课件.ppt

5受弯构件 5 1受弯构件的形式和应用 承受横向荷载的构件称为受弯构件 其形式有实腹式和格构式两个系列 实腹式受弯构件通常称为梁 在土木工程中应用很广泛 例如房屋建筑中的楼盖梁 工作平台梁 吊车梁 屋面檩条和墙架横梁 以及桥梁 水工闸门 起重机 海上采油平台中的梁等 5 1受弯构件的形式和应用 钢梁分为型钢梁和组合梁两大类型钢梁的截面有热轧工字钢 图 a 热轧H型钢 图 b 和槽钢 图 c 三种 其中以H型钢的截面分布最合理 翼缘内外边缘平行 与其他构件连接较方便 应予优先采用 5 1受弯构件的形式和应用 钢梁分为型钢梁和组合梁两大类组合梁一般采用三块钢板焊接而成的工字形截面 图 g 或由T型钢 用H型钢剖分而成 中间加板的焊接截面 图 h 当焊接组合梁翼缘需要很厚时 可采用两层翼缘板的截面 图 i 钢梁可做成简支梁 连续梁 悬伸梁等 简支梁的用钢量虽然较多 但由于制造 安装 修理 拆换较方便 而且不受温度变化和支座沉陷的影响 因而用得最为广泛 在土木工程中 除少数情况如吊车梁 起重机大梁或上承式铁路板梁桥等可单根梁或两根梁成对布置外 通常由若干梁平行或交叉排列而成梁格 图6 2即为工作平台梁格布置示例 根据主梁和次梁的排列情况 梁格可分为三种类型 1 单向梁格只有主梁 适用于楼盖或平台结构的横向尺寸较小或面板跨度较大的情况 2 双向梁格有主梁及一个方向的次梁 次梁由主梁支承 是最为常用的梁格类型 3 复式梁格在主梁间设纵向次梁 纵向次梁间再设横向次梁 荷载传递层次多 梁格构造复杂 故应用较少 只适用于荷载重和主梁间距很大的情况 5 1 2格构式受弯构件 桁架 主要承受横向荷载的格构式受弯构件称为桁架 与梁相比 其特点是以弦杆代替翼缘 以腹杆代替腹板 而在各节点将腹杆与弦杆连接 这样 桁架整体受弯时 弯矩表现为上 下弦杆的轴心压力和拉力 剪力则表现为各腹杆的轴心压力或拉力 钢桁架可以根据不同使用要求制成所需的外形 对跨度和高度较大的构件 其钢材用量比实腹梁有所减少 而刚度却有所增加 只是桁架的杆件和节点较多 构造较复杂 制造较为费工 与梁一样 平面钢桁架在土木工程中应用很广泛 例如建筑工程中的屋架 托架 吊车桁架 桁架式吊车梁 桥梁中的桁架桥 还有其他领域 如起重机臂架 水工闸门和海洋平台的主要受弯构件等 大跨度屋盖结构中采用的钢网架 以及各种类型的塔桅结构 则属于空间钢桁架 钢桁架的结构类型有 简支梁式 图6 4 a d 受力明确 杆件内力不受支座沉陷的影响 施工方便 使用最广 图6 4 a c 用作屋架 i为屋面坡度 刚架横梁式 将如图6 4 a c 的桁架端部上下弦与钢柱相连组成单跨或多跨刚架 可提高其水平刚度 常用于单层厂房结构 连续式 图6 4 e 跨越较大的桥架常用多跨连续的桁架 可增加刚度并节约材料 伸臂式 图6 4 f 既有连续式节约材料的优点 又有静定桁架不受支座沉陷的影响的优点 只是铰接处构造较复杂 悬臂式 用于塔架等 图6 5 主要承受水平风荷载引起的弯矩 钢桁架构件截面种类 钢桁架按杆件截面形式和节点构造特点可分为普通 重型和轻型三种 普通钢桁架通常指在每节点用一块节点板相连的单腹壁桁架 杆件一般采用双角钢组成的T形 十字形截面或轧制T形截面 构造简单 应用最广 重型桁架的杆件受力较大 通常采用轧制H型钢或三板焊接工字形截面 有时也采用四板焊接的箱形截面或双槽钢 双工字钢组成的格构式截面 每节点处用两块平行的节点板连接 通常称为双腹壁桁架 轻型桁架指用冷弯薄壁型钢或小角钢及圆钢做成的桁架 节点处可用节点板相连 也可将杆件直接连接 主要用于跨度小 屋面轻的屋盖桁架 屋架或桁架式檩条等 桁架杆件设计 桁架的杆件主要为轴心拉杆和轴心压杆 设计方法已在第5章叙述 在特殊情况 也可能出现压 弯杆件 设计方法见第7章 桁架的腹杆体系 支撑布置和节点构造等可参见本书第8章 单层厂房结构 和第9章 大跨度房屋结构 的有关内容 以及钢桥和塔桅结构方面的书籍 下面主要叙述实腹式受弯构件 梁 的工作性能和设计方法 5 2梁的强度和刚度 5 2 1梁的强度梁的强度分抗弯强度 抗剪强度 局部承压强度 在复杂应力作用下的强度 其中抗弯强度的计算又是首要的 5 2 1 1梁的抗弯强度 1 弹性工作阶段 2 弹塑性工作阶段 3 塑性工作阶段 塑性铰 塑性铰 梁的承载能力达到极限 其最大弯矩为 式中 分别为中和轴以上 以下净截面对中和轴x的面积矩 净截面对x轴的塑性模量塑性铰弯矩与弹性最大弯矩之比为 此值只取决于截面的几何形状而与材料的性质无关 称为截面形状系数 一般截面的值如图6 7所示 显然 在计算梁的抗弯强度时 考虑截面塑性发展比不考虑要节省钢材 但若按截面形成塑性铰来设计 可能使梁的挠度过大 受压翼缘过早失去局部稳定 因此 编制钢结构设计规范时 只是有限制地利用塑性 取塑性发展深度 图6 6 c 这样 梁的抗弯强度按下列规定计算 为截面塑性发展系数 对工字形截面 1 05 1 20 对箱形截面 1 05 对其他截面 可按表6 1采用 为避免梁失去强度之前受压翼缘局部失稳 规范规定 当梁受压翼缘的自由外伸宽度b与其厚度t之比大于13 但不超过15 时 应取 1 0 钢材牌号所指屈服点 即不分钢材厚度一律取为 Q235钢 235 Q345钢 345 Q390钢 390 Q420钢 420 直接承受动力荷载且需要计算疲劳的梁 例如重级工作制吊车梁 塑性深入截面将使钢材发生硬化 促使疲劳断裂提前出现 因此按式 6 4 和式 6 5 计算时 取 1 0 即按弹性工作阶段进行计算 5 2 1 2梁的抗剪强度 一般情况下 梁既承受弯矩 同时又承受剪力 工字形和槽形截面梁腹板上的剪应力分布如图6 8所示 5 2 1 2梁的抗剪强度 剪应力的计算式为 式中V 计算截面沿腹板平面作用的剪力 S 计算剪应力处以上 或下 毛截面对中和轴的面积矩 I 毛截面惯性矩 钢材的抗剪强度设计值 5 2 1 3梁的局部承压强度 当梁的翼缘受有沿腹板平面作用的固定集中荷载 包括支座反力 且该荷载处又未设置支承加劲肋时 图6 9 a 或受有移动的集中荷载 如吊车的轮压 时 图6 9 b 应验算腹板计算高度边缘的局部承压强度 5 2 1 3梁的局部承压强度 在集中荷载作用下 翼缘类似支承于腹板的弹性地基梁 腹板计算高度边缘的压应力分布如图6 9 c 的曲线所示 假定集中荷载从作用处以1 2 5 在高度范围 和1 1 在高度范围 扩散 均匀分布于腹板计算高度边缘 梁的局部承压强度可按下式 式中F 集中荷载 对动力荷载应考虑动力系数 集中荷载增大系数 对重级工作制吊车轮压 1 35 对其他荷载 1 0 集中荷载在腹板计算高度边缘的假定分布长度 其计算方法如下 跨中集中荷载梁端支反力a 集中荷载沿梁跨度方向的支承长度 对吊车轮压可取为50mm 自梁承载的边缘到腹板计算高度边缘的距离 轨道的高度 计算处无轨道时 0 梁端到支座板外边缘的距离 按实取 但不得大于2 5 5 2 1 4梁在复杂应力作用下的强度计算 在组合梁的腹板计算高度边缘处 当同时受有较大的正应力 剪应力和局部压应力时 或同时受有较大的正应力和剪应力时 如连续梁的支座处或梁的翼缘截面改变处等 应按下式验算该处的折算应力 验算折算应力的强度设计值增大系数 当与异号时 取 1 2 当与同号或 0时 取 1 1 当其异号时 其塑性变形能力比其同号时大 因此前者的值大于后者 5 2 2梁的刚度 对等截面简支梁 对变截面简支梁 5 4梁的整体稳定承载力 5 3 1梁整体稳定的概念为了提高抗弯强度 节省钢材 钢梁截面一般做成高而窄的形式 受荷方向刚度大侧向刚度较小 如果梁的侧向支承较弱 比如仅在支座处有侧向支承 梁的弯曲会随荷载大小的不同而呈现两种截然不同的平衡状态 如图6 11所示的工字形截面梁 荷载作用在其最大刚度平面内 当荷载较小时 梁的弯曲平衡状态是稳定的 虽然外界各种因素会使梁产生微小的侧向弯曲和扭转变形 但外界影响消失后 梁仍能恢复原来的弯曲平衡状态 然而 当荷载增大到某一数值后 梁在向下弯曲的同时 将突然发生侧向弯曲和扭转变形而破坏 这种现象称之为梁的侧向弯扭屈曲或整体失稳 梁维持其稳定平衡状态所承担的最大荷载或最大弯矩 称为临界荷载或临界弯矩 5 4 1 1双轴对称截面梁的侧扭屈曲 梁整体稳定的临界荷载与梁的侧向抗弯刚度 抗扭刚度 荷载沿梁跨分布情况及其在截面上的作用点位置等有关 经推导知 双轴对称工字形截面简支梁的临界弯矩和临界应力为 式中 梁截面侧向刚度 自由扭转刚度 影响梁整体稳定性的因素 梁的侧向抗弯刚度 抗扭刚度越大 临界弯矩越大 梁受压翼缘的自由长度越大 临界弯矩越小 荷载作用于下翼缘比作用于上翼缘的临界弯矩大 这是由于梁一旦扭转 作用于上翼缘的荷载 图4 36 a 对剪心S产生不利的附加扭矩 使梁扭转加剧 助长屈曲 而荷载在下翼缘 图4 36 b 产生的附加扭矩会减缓梁的扭转 荷载类型 纯弯曲 均布荷载 集中荷载影响不同 5 4 1 3单轴对称工字形截面梁的侧扭屈曲 对单轴对称工字形截面 图4 37 简支梁 在不同荷载作用下的临界弯矩可用能量法求出 5 4 2梁整体稳定的保证 为保证梁的整体稳定或增强梁抗整体失稳的能力 当梁上有密铺的刚性铺板 楼盖梁的楼面板或公路桥 人行天桥的面板等 时 应使之与梁的受压翼缘连牢 图6 12 a 若无刚性铺板或铺板与梁受压翼缘连接不可靠 则应设置平面支撑 图6 12 b 楼盖或工作平台梁格的平面支撑有横向平面支撑和纵向平面支撑两种 横向支撑使主梁受压翼缘的自由长度由其跨长减小为 次梁间距 纵向支撑是为了保证整个楼面的横向刚度 不论有无连牢的刚性铺板 支承工作平台梁格的支柱间均应设置柱间支撑 除非柱列设计为上端铰接 下端嵌固于基础的排架 规范规定 不计算梁的整体稳定的条件 5 4 3梁整体稳定的计算方法 当不满足前述不必计算整体稳定条件时 应对梁的整体稳定进行计算 即使 焊接工字形等截面简支梁的 注 受压翼缘参数 受拉翼缘参数 侧向支承点间对弱轴y y的长细比 等效弯矩系数 纯弯曲时为1 附表六 p235 截面不对称系数双轴不对称截面 加强受压翼缘截面 加强受拉翼缘截面 和分别为受压翼缘和受拉翼缘对y轴的惯性矩 轧制H型钢等截面简支梁的 同焊接工形截面 同样要考虑残余应力进行弹塑性修正 轧制普通工字钢等截面简支梁的 查课本附录六的附表2 同样要考虑残余应力进行弹塑性修正 轧制普通槽钢等截面简支梁的 h b t 截面高度 翼缘宽度 平均厚度同样进行弹塑性修正 双轴对称工字钢等截面悬臂梁的 中 为悬伸长度查规范附表同样要考虑残余应力进行弹塑性修正 当荷载种类不同时 参见教材p132 讲解 5 5梁的局部稳定和腹板加劲肋设计 组合梁一般由翼缘和腹板等板件组成 如果将这些板件不适当地减薄加宽 板中压应力或剪应力达到某一数值后 腹板或受压翼缘有可能偏离其平面位置 出现波形鼓曲 图6 15 这种现象称为梁局部失稳 说明 热轧型钢由于轧制条件 其板件宽厚比较小 都能满足局部稳定要求 不需要计算 对冷弯薄壁型钢梁的受压或受弯板件 宽厚比不超过规定的限制时 认为板件全部有效 当超过此限制时 则只考虑一部分宽度有效 称为有效宽度 应按现行 冷弯薄壁型钢结构技术规范 计算 5 5 1受压翼缘的局部稳定 梁的受压翼缘板主要受均布压应力作用 图6 16 为了充分发挥材料强度 翼缘的合理设计是采用一定厚度的钢板 让其临界应力不低于钢材的屈服点 从而使翼缘不丧失稳定 设计准则 一般采用限制宽厚比的办法来保证梁受压翼缘板的稳定性 根据力学推导 单向均匀受压板的临界应力可用下式表达 腹板对翼缘的弹性约束系数 对不需要验算疲劳的梁 按前述考虑塑性部分伸人截面计算其抗弯强度时 其整个翼缘板已进入塑性 但在和压应力相垂直的方向 材料仍然是弹性的 这种情况属正交异性板 其临界应力的精确计算比较复杂 一般可用代替E 为切线模量与弹性模量E之比 来考虑这种弹塑性的影响 可得 5 5 2腹板的局部稳定 为了提高腹板的稳定性 可增加腹板的厚度 也可设置加劲肋 后一措施往往是比较经济的 加劲肋的布置形式如下 仅布置横向加劲肋 横向加劲肋和纵向加劲肋 纵 横向加劲肋外还设置短加劲肋 纵 横向加劲肋交叉处切断纵向加劲肋 让横向加劲肋贯通 并尽可能使纵向加劲肋两端支承于横向加劲肋上 梁的加劲肋和翼缘使腹板成为若干四边支承的矩形板区格 这些区格一般受有弯曲正应力 剪应力 有时还有局部压应力 1 纯弯屈曲 在弯曲正应力单独作用下 腹板两加劲肋之间的失稳形式如图下图所示 凸凹波形的中心靠近其压应力合力的作用线 失稳时在高度方向为一个半波 在a方向为几个半波 并形成几根节线 根据力学推导其临界力计算公式为 翼缘对腹板的弹性约束系数 受压翼缘扭转受到和未受到约束时分别取 K 取支撑条件屈曲系数 加荷两边为简支 非加荷两边为固定时k 39 6 四边简支时K 23 9 实际中介于两者之间 令 b 通用高厚比 即 cr fy b2弹性范围取为 cr 1 1f b2代入上述临界力计算公式得 对受压翼缘扭转受到到约束时 b h0 177tw其他情况取 b h0 153tw规范根据推导 纯弯屈曲临界力的计算公式为 cr f当 b 0 85 cr 1 0 75 b 0 85 f0 85 b 1 25 cr 1 1f b21 25 b当实际应力小于上述计算 cr时 则不会发生纯弯屈曲 2 在剪应力单独作用下 腹板在45 方向产生主应力 主拉应力和主压应力数值上都等于剪应力 在主压应力作用下 腹板失稳形式如图 b 所示 为大约45 方向倾斜的凸凹波形 在主应力作用下 板四边约束相同 根据力学推导临界应力计算式为 为h0和a的较小者 翼缘对腹板的弹性约束系数 屈曲系数为 a h0 1 K 4 0 5 34 h0 a 2a h0 1 K 5 34 4 0 h0 a 2 令 s 通用高厚比 即 cr fvy s2弹性范围取为 cr 1 1fv s2代入上述临界力计算公式得 a h0 1 s h0 tw a h0 1 s h0 tw 当实际应力小于上述计算 cr时 则不会发生纯剪屈曲 规范根据推导 纯剪屈曲临界力的计算公式为 cr fv当 s 0 8 cr 1 0 59 s 0 8 fv0 8 s 1 2 cr 1 1fv s21 2 s 3 在局部压应力单独作用下 腹板的失稳形式如图 c 所示 产生一个靠近横向压应力作用边缘的鼓曲面 经力学推导腹板在局部压应力作用下临界应力计算公式为 翼缘对腹板的弹性弹性约束系数 屈曲系数为 0 5 a h0 1 5 K 7 4 4 5h0 a h0 a1 5 a h0 2 0 K 11 0 9h0 a h0 a c 通用高厚比 即 c cr fy c2弹性范围取为 c cr 1 1fy c2代入上述临界力计算公式得 0 5 a h0 1 5 c h0 tw 1 5 a h0 2 0 c h0 tw 规范根据推导 局部压应力屈曲临界力的计算公式采用 c cr f当 c 0 9 c cr 1 0 75 c 0 85 f0 9 c 1 2 c cr 1 1f c21 2 c当实际应力小于上述计算 c cr时 则不会发生局部压应力屈曲 4 联合应力作用下局部稳定验算 1 仅用横向加劲肋加强的腹板 2 同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板 2 同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板 公式中 cr1的计算对受压翼缘扭转受到到约束时 b1 h1 75tw其他情况取 b1 h1 64tw cr1 f当 b1 0 85 cr1 1 0 75 b1 0 85 f0 85 b1 1 25 cr1 1 1f b121 25 b1 公式中 cr1的计算a h1 1 s1 h1 tw a h1 1 s1 h1 tw cr1 fv当 s1 0 8 cr1 1 0 59 s1 0 8 fv0 8 s1 1 2 cr1 1 1fv s121 2 s1 公式中 c cr1的计算 借用纯弯屈曲的公式 对受压翼缘扭转受到到约束时 c1 h1 56tw其他情况取 c1 h1 40tw c cr1 f当 c1 0 85 c cr1 1 0 75 c1 0 85 f0 85 c1 1 25 c cr1 1 1f c121 25 c1 受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格 受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格 公式中 cr2的计算 b2 h2 194tw cr2 f当 b2 0 85 cr2 1 0 75 b2 0 85 f0 85 b2 1 25 cr2 1 1f b221 25 b2公式中 cr2的计算a h2 1 s2 h2 tw a h2 1 s2 h2 tw cr2 fv当 s2 0 8 cr2 1 0 59 s2 0 8 fv0 8 s2 1 2 cr2 1 1fv s221 2 s2 公式中 c cr2的计算0 5 a h2 1 5 c2 h2 tw 1 5 a h2 2 0 c2 h2 tw c cr2 f当 c2 0 9 c cr2 1 0 75 c2 0 85 f0 9 c2 1 2 c cr2 1 1f c221 2 c2 同时用横向加劲肋 纵向加劲肋及短加劲肋加强的腹板 同时用横向加劲肋 纵向加劲肋及短加劲肋加强的腹板的局部稳定性 根据现行规范进行计算 5腹板加劲肋设计在焊接梁的设计中 为防止过高的腹板会导致焊接翘曲 腹板的高厚比控制在如下范围 h0 tw 250腹板的局部稳定计算分为以下两类 考虑屈曲后强度 用于承受静力荷载和间接承受动力荷载的情况以节约钢材 不考虑屈曲后强度 用于直接承受动力荷载的情况 如吊车梁以防止过早发生疲劳破坏 通常高而薄的腹板 采用加劲肋的方法保证其局部稳定承载力 以下先介绍不考虑屈曲后强度的设计 加劲肋的种类和作用横向加劲肋 主要防止由剪应力和局部压应力可能引起的腹板失稳 纵向加劲肋 防止由弯曲压应力可能引起的腹板失稳 短加劲肋 防止由局部压应力可能引起的腹板失稳 腹板的主要作用是抗剪 相比之下横向加劲肋最常用 1 不考虑屈曲后强度腹板加劲肋的配置 2 加劲肋的构造和截面尺寸 加劲肋的布置 焊接梁的加劲肋一般用钢板做成 也可用角钢 并在腹板两侧成对布置对非吊车梁的中间加劲肋 为了节约钢材和制造工作量 也可单侧布置 加劲肋的间距和位置 横向加劲肋的间距一般要求在下列范围内 但对无局部挤压应力的的梁 当时 可采用 纵向加劲肋位置在下列范围 h1 1 2 5 1 2 0 hchc 受压区的高度 加劲肋截面要求 加劲肋应有足够的刚度才能作为腹板的可靠支承 所以对加劲肋的截面尺寸和截面惯性矩应有一定要求 双侧布置的钢板横向加劲肋的外伸宽度和厚度应满足下式要求 单侧布置时的外伸宽度为上式的1 2倍 加劲肋的厚度不应小于实际取用外伸宽度的1 15 当腹板同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强时 应在其相交处切断纵向肋而使横向肋保持连续 此时 横向肋的断面尺寸除应符合上述规定外 其截面惯性矩 对Z Z轴 尚应满足下式要求 纵向加劲肋的截面惯性矩 对y y轴 应满足下列公式的要求 短加劲肋的最小间距为0 7h1 外伸宽度为0 7 1 0倍的横向加劲肋的外伸宽度 厚度不应小于实际取用外伸宽度的1 15 为了避免焊缝交叉 减小焊接应力 在加劲肋端部应切去宽约 高约的斜角 对直接承受动力荷载的粱 如吊车梁 中间横向加劲肋下端不应与受拉翼缘焊接 若焊接 将降低受拉翼缘的疲劳强度 一般在距受拉翼缘50 lOOmm处断开 有时为加强梁的抗扭刚度 在横向加劲肋的下端加焊短角钢和下翼缘顶紧 不得焊接 3 支承加劲肋的计算支承加劲肋系指承受固定集中荷载或者支座反力的横向加劲肋 此种加劲肋应在腹板两侧成对设置 要求进行下列计算 按轴心压杆计算其在腹板平面外的稳定性 此压杆的截面包括加劲肋以及每侧各范围内的腹板面积 图中阴影部分 其计算长度近似取为h0 3 支承加劲肋的计算 支承加劲肋一般刨平抵紧于梁的翼缘或柱顶 其端面承压强度按下式计算 F 集中荷载或支座反力 Ace 端面承压面积 fce 一钢材端面承压强度设计值 突缘支座的伸出长度不应大于加劲肋厚度的2倍 支承加劲肋与腹板的连接焊缝 应按承受全部集中力或支反力进行计算 计算时假定应力沿焊缝长度均匀分布 5 5 3考虑屈曲后强度腹板及加劲肋的计算 梁腹板用小挠度的临界状态理论来计算 其高厚比不可能太大 若仅仅设置横向加劲肋 考虑屈曲后强度 则高厚比可达到300左右 对大型梁来说有很大的经济意义 规范限定高厚比在250之内 考虑梁腹板屈曲后强度的理论分析和计算方法较多 下面介绍一种适用于建筑结构钢梁的半张力场理论 它的基本假定是 屈曲后腹板中的剪力 一部分由小挠度理论算出的抗剪力承担 另一部分由斜张力场作用 薄膜效应 承担 翼缘的弯曲刚度小 假定不能承担腹板斜张力场产生的垂直分力的作用 根据上述假定 腹板屈曲后的实腹梁犹如一桁架 下图 张力场带好似桁架的斜拉杆 而翼缘则为弦杆 加劲肋则起竖杆作用 1 腹板屈曲后的抗剪承载力 仅设置横向加劲肋 腹板屈曲后的抗剪承载力应为屈曲剪力与张力场剪力之和 其抗剪承载力有所提高 根据理论和试验研究 抗剪承载力设计值可用下列公式计算 抗剪通用高厚比 a h0 1 s h0 tw a h0 1 s h0 tw 设置支座加劲肋处 取后式中的h0 a 0进行计算 2 腹板屈曲后的抗弯承载力 由于弯矩作用下的腹板受压区屈曲后不能承担弯曲压应力 使梁的全截面抗弯承载力有所下降 不过下降很少 我国规范建议采用下列近似公式计算抗弯承载力设计值 梁截面模量折减系数 腹板受压区有效高度系数 腹板受弯时的通用高厚比 对受压翼缘扭转受到到约束时 b h0 177tw其他情况取 b h0 153tw 3 腹板屈曲后的抗弯剪承载力计算 梁腹板常大范围内同时承受弯矩和剪力 我国规范引用的V和M无量纲化的相关关系 3 腹板屈曲后的抗弯剪承载力计算 首先假定当计算弯矩不超过翼缘所提供的最大弯矩时 Af为一个翼缘截面积 hf为上下翼缘轴线间距离 腹板不参与承担弯矩作用 即假定在的范围内为一水平线 当截面全部有效而腹板边缘屈服时 腹板可以承受剪力约为左右 对于联合抗弯剪 当剪力不超过0 5Vu 腹板抗弯屈曲后强度不会下降 为此规范采用下式进行计算 时 弯矩全部由翼缘承担自然满足 剪力全部由腹板承担 要求满足下式 时 剪力全部由腹板承担自然满足 腹板的抗弯屈曲后强度不降低 弯矩由全截面承担 要求满足下式 其他情况采用相关式计算 4 考虑腹板屈曲后强度的梁的加劲肋设计特点 1 腹板高厚比虽超过 也只设置横向加劲肋 其间距一般采用 2 中间横向加劲肋 受到斜向张力场的竖向分力的作用 规范规定其按轴心受压计算平面外的稳定承载力 轴力为 受有横向集中荷F载时 轴力为 Vu V单独作用时据通用高厚比计算的承载力设计值 纯剪屈曲临界力 cr的计算公式为 cr fv当 s 0 8 cr 1 0 59 s 0 8 fv0 8 s 1 2 cr 1 1fv s21 2 s 3 梁支座加劲肋 除承受梁支座反力R外 还承受相邻区格张力场斜拉力的水平分力Ht 应按压弯构件进行平面外的稳定性验算 水平分力Ht为下式 作用点为1 4h0 为了增加抗弯能力 还应在梁外延的端部加设封头板 可采用下列方法之一进行计算 将封头板与支座加劲肋之间视为竖向压弯构件 简支于梁上下翼缘 计算其强度和稳定 将支座加劲肋按承受支座反力R的轴心压杆计算 封头板截面积则不小于 式中e为支座加劲肋与封头板的距离 f为钢材强度设计值 5 7受弯构件的设计 5 7 1型钢梁1 单向弯曲型钢梁先按抗弯强度 当梁的整体稳定有保证时 或整体稳定 当需要计算整体稳定时 求出需要的截面模量 整体稳定系数可估计假定 然后由截面模量选择合适的型钢 最后再进行验算强度和整体稳定验算 由于型钢截面的翼缘和腹板厚度较大 不必验算局部稳定 端部无大的削弱时 也不必验算剪应力 而局部压应力也只在有较大集中荷载或支座反力处才验算 2 双向弯曲型钢梁 2 双向弯曲型钢梁双向弯曲型钢梁承受两个主平面方向的荷载 设计方法与单向弯曲型钢梁相同 应考虑抗弯强度 整体稳定 挠度等的计算 而剪应力和局部稳定一般不必计算 局部压应力只有在有较大集中荷载或支座反力的情况下 必要时才验算 双向弯曲梁的抗弯强度按式规范规定双向受弯的H型钢或工字钢截面梁应按下式计算其整体稳定 式中 绕强轴 x轴 弯曲所确定的梁整体稳定系数 5 7 2焊接组合截面梁的设计 1试选截面选择组合梁的截面时 首先要初步估算梁的截面高度 腹板厚度和翼缘尺寸 下面介绍焊接组合梁试选截面的方法 1 梁的截面高度确定梁的截面高度应考虑建筑高度 刚度条件高度 经济条件高度h 详细计算参见课本p153 2 腹板厚度腹板厚度应满足抗剪强度的要求 初选截面时 可近似地假定最大剪应力为腹板平均剪应力的1 2倍 腹板的抗剪强度计算公式简化为 由上式确定的值往往偏小 为了考虑局部稳定和构造等因素 腹板厚度一般用下列经验公式进行估算 对考虑腹板屈曲后强度的梁 腹板厚度可更小 但不得小于6mm 也不宜使高厚比超过 3 翼缘尺寸 已知腹板尺寸 由下式即可求得需要的翼缘截面积Af 翼缘板的宽度通常为厚度为翼缘板常用单层板做成 当厚度过大时 可采用双层板 确定翼缘板的尺寸时 应注意满足局部稳定弹性或弹塑性设计时的要求 或 2截面验算 根据试选的截面尺寸 求出截面的各种