大工13春《钢结构》辅导资料十四

大连理工大学网络教育学院大连理工大学网络教育学院 第 1 页 共 8 页 钢结构辅导资料十四钢结构辅导资料十四 主主 题题 第五章 受弯构件 第六节 钢梁设计 第七节 主梁与次梁的连接 第六章 拉弯和压弯构件 第一节 拉弯压弯构件及其设计要求 第二节 拉弯和压弯构件的强度与刚度 学习时间 学习时间 20132013 年年 7 7 月月 1 1 日 日 7 7 月月 7 7 日日 内内 容容 一 学习要求一 学习要求 1 掌握钢梁设计 2 掌握主梁与次梁的连接 3 掌握拉弯 压弯构件的强度和刚度计算 基本概念基本概念 梁的强度和刚度 梁的局部稳定 拉弯 压弯构件的强度和刚 度 知识点知识点 型钢梁与焊接组合梁的设计 受弯构件腹板加劲肋设计中各个单 项临界应力的计算 二 主要内容二 主要内容 钢梁设计钢梁设计 1 单向弯曲型钢梁设计 型钢梁中应用最多的是普通工字钢和 H 型钢 由于型钢梁翼缘和腹板的宽 厚比都较小 其局部稳定性常可得到保证 不需进行验算 单向弯曲型钢梁的设计步骤为 1 计算梁的内力 2 计算需要的净截面抵抗矩 nx W 3 强度验算 4 整体稳定性验算 5 刚度验算 2 双向弯曲型钢梁设计 双向弯曲型钢梁的设计步骤基本上和单向弯曲型钢梁相同 具体如下 1 计算梁的内力 2 计算需要的净截面抵抗矩 nx W 3 强度验算 4 整体稳定性验算 5 刚度验算 22 xy wwww 3 组合截面梁设计 大连理工大学网络教育学院大连理工大学网络教育学院 第 2 页 共 8 页 截面选择截面选择 当型钢梁不能满足受力和使用要求时 一般采用工字形焊接组合梁 焊接 梁常用两块翼缘板和一块腹板焊接成双轴对称工字形截面 选择截面尺寸时要 同时考虑安全和经济因素 先确定梁高 然后再确定腹板尺寸和翼缘尺寸 1 截面高度的确定h 梁的截面高度是焊接梁截面的一个最重要的尺寸 选择时可从以下三个方 面考虑 容许最大高度 经济梁高 容许最小高度 max h e h min h 所选梁高应同时满足以上三个条件 即 并尽可能等于或略 maxmin hhh 小于经济高度 2 腹板尺寸的确定 梁翼缘板的厚度 t 相对较小 腹板高度较梁高 h 小的不多 因此 梁的 w h 腹板高度可取稍小于梁高 h 的数值 并尽可能考虑钢板的规格尺寸 将腹板 w h 高度取为 50mm 的倍数 w h 3 翼缘板尺寸的确定 可以根据需要的截面抵抗矩和腹板截面尺寸计算 宽度 b 通常为梁高的 过大 翼缘中应力分布不均匀 对梁的工作不 11 53 利 过小 对梁的整体稳定不利 厚度还应符合的条件 b 和 t 都 30235 y f b t 应符合钢板的规格尺寸 通常腹板的高度取 50mm 的倍数 厚度取 2mm 的倍数 翼缘宽度取 10mm 的倍数 截面验算截面验算 1 弯曲正应力验算 x xnx M f W 2 最大剪应力验算 v w VS f It 大连理工大学网络教育学院大连理工大学网络教育学院 第 3 页 共 8 页 3 局部压应力验算 c w z F f t l 4 折算应力验算 222 1 3 eqcc f 5 整体稳定性验算 x bx M f W 6 刚度验算 ww 7 对于承受动力荷载作用的梁 必要时应按规范规定进行疲劳验算 主梁与次梁的连接主梁与次梁的连接 梁的弯矩一般都是沿长度变化的 对于跨度较大的组合梁 为了节约钢材 可将组合梁的截面随弯矩的变化而加以改变 根据设计经验 梁在半跨内改变截面一次 可节约钢材 10 20 如作两 次改变 则只能再节约 3 4 收效不大 且增加了制造工作量 因此 一般 只在半跨内改变截面一次 截面改变的位置不同 节约钢材的效果也不同 经分析 对于承受均布荷 载或多个集中荷载的简支梁 约在距两端支座 l 6 处改变截面比较经济 梁截面改变的一种方式是变化梁的高度 将梁的下翼缘做成折线外形 翼 缘的截面保持不变 仅在靠近梁端处变化腹板的高度 梁端部的高度 根据抗 剪强度的要求确定 但不宜小于跨中高度的一半 这样做有时还可以降低建筑 物的高度 另一种比较常用的方式是变化翼缘板面积来改变梁的截面 对于单层翼缘 板的焊接梁 改变翼缘板的宽度 不致产生严重的应力集中 且使梁具有平的 外表面 初步确定改变截面的位置后 可以根据该处梁的弯矩反算出需要的翼 缘板宽度 为了减少应力集中 应将宽板由截面改变位置以 1 4 的斜角向 1 b 弯矩较小侧过度 与宽度为的窄板相接 对接焊缝 必要时可采用对接斜焊 1 b 缝 对于多层翼缘板的梁 可以采用切断外层翼缘板的方法来改变梁的截面 理论切断点的位置 x 可依计算确定 实际切断点的位置应向弯矩较小一侧延长 长度 并应具有足够的焊缝 1 l 当被切断翼缘板的端部有正面焊缝时 若 取 若 取 0 75 f ht 1 lb 0 75 f ht 1 1 5lb 当被切断翼缘板的端部无正面焊缝时 取 b 和 t 分别为外层翼缘板 1 2lb 大连理工大学网络教育学院大连理工大学网络教育学院 第 4 页 共 8 页 宽度和厚度 为焊脚尺寸 f h 为了构成空间整体结构 常遇到主梁与次梁相互连接的计算构造问题 其 计算构造方法和次梁的计算简图有关 次梁一般常设计为简支梁 有时也设计 为连续梁 根据主次梁连接构造的相对位置不同 可分为叠接和侧面连接两种 不同形式 1 次梁为简支梁 1 叠接 如图所示 次梁直接置放于主梁之上 用螺栓或焊缝连接 固定其相互间 位置 不需计算 在主梁上的相应位置应设置支承加劲肋 以避免过大的局部 压应力 这种连接方法构造简单 安装方便 缺点是主次梁连接体系所占净空较大 2 侧面连接 次梁连接于主梁的侧面 可以直接连在主梁的加劲肋上或连于短角钢上 次梁根据需要可与主梁顶面同一标高 或比主梁顶面稍高 稍低均可 用螺栓连于加劲肋上 构造比较简单 安装也方便 但需将次梁上翼缘和 下翼缘的一侧局部切除 考虑到连接处有一定的约束作用 可将次梁支座反力 R 加大 20 30 进行连接计算 当螺栓连接不满足要求时 也可采用图所示的工地焊缝连接 此时螺栓仅 大连理工大学网络教育学院大连理工大学网络教育学院 第 5 页 共 8 页 起临时固定作用 用短角钢连接主次梁的螺栓连接或安装焊缝 在次梁腹板的每侧各放置一 个短角钢 其中一侧的短角钢应预先固定在主梁腹板上 以便次梁就位 当计 算次梁与短角钢之间的连接螺栓 时 可将短角钢视为一体 因此 螺栓 应 承担次梁支座反力 R 和力矩 M Re 的共同作用 而短角钢与主梁腹板间的连接螺 栓 则只承受反力 R 的作用 反过来 若将短角钢与主梁视为一体 则螺栓 只承受反力 R 的作用 螺栓 应承受 R 和 M Re 的共同作用 此时螺栓 属拉剪 共同作用 若采用安装焊缝 其计算方法类似 即焊缝 和焊缝 也分别承担 R 或 R 和 M Re 的共同作用 2 次梁为连续梁 1 叠接 与简支梁情况相同 只是次梁不在主梁上断开而连续通过 2 侧面连接 侧面连接时 次梁在主梁处必须断开 为了保证两跨次梁在主梁处的连续 性 必须在上下翼缘设置连接板 用高强螺栓的连接方法 次梁的腹板连接在 主梁的加劲肋上 下翼缘的连接板分成两块 焊在主梁腹板的两侧 用工地安 装焊接的连接方法 次梁支承在主梁的支托上 在次梁的上翼缘设置有连接板 而下翼缘的连接板由支托的平板代替 并通过平板和主梁腹板间的焊缝传力 计算时 次梁支座处的弯矩可以以力 N M h 来代替 次梁上下翼缘与连接板等 处的有关连接螺栓或焊缝应满足承载力 N 的要求 次梁支座处的竖向压力 R 则 通过螺栓传给加劲肋 或直接通过承压传给支托 再通过焊缝传给主梁 竖向 压力 R 在支托上的作用位置可视为距支托肋板外边缘 a 3 处 即视为在压力 R 作用下 支托的反力呈三角形分布 拉弯 压弯构件概述拉弯 压弯构件概述 1 拉弯构件 承受轴心拉力和弯矩共同作用的构件称为拉弯构件 它包括偏心受拉构件 和有横向荷载作用的拉杆 钢屋架的下弦杆节间有横向荷载就属于拉弯构件 钢结构中拉弯构件应用较少 对于拉弯构件 如果弯矩不大而主要承受轴心拉力作用时 它的截面形式 和一般轴心拉杆一样 弯矩很大时则应在弯矩作用的平面内采用较高大的截面 在拉力和弯矩的共同作用下 截面出现塑性铰即视为承载能力的极限 但 对格构式构件或冷弯薄壁型钢构件 截面边缘出现塑性即已基本上达到强度的 极限 一般情况下 拉弯构件丧失整体稳定性和局部稳定性的可能性不大 大连理工大学网络教育学院大连理工大学网络教育学院 第 6 页 共 8 页 2 压弯构件 承受偏心压力作用的构件 有横向荷载作用的压杆及有端弯矩作用的压杆 都属于压弯构件 该类构件应用十分广泛 如有节间荷载作用的屋架的上弦杆 厂房的框架柱 高层建筑的框架柱和海洋平台的立柱等均属于压弯构件 对于压弯构件 当承受的弯矩很小而轴心压力很大时 其截面形式和一般 轴心受压构件相同 当构件承受的弯矩相对较大时 除了采用截面高度较大的 双轴对称截面外 有时还采用单轴对称截面 以获得较好的经济效果 其截面 形式有实腹式和格构式两种 a 实腹式构件 b 格构式构件 压弯构件整体破坏的形式有以下三种 压弯构件可能因端部弯矩很大或有 较大削弱而发生强度破坏 也可能在弯矩作用平面内发生弯曲屈曲 也可能在 弯矩作用平面外发生弯扭屈曲 组成截面的板件在压应力作用下也可能发生局 部屈曲 拉弯和压弯构件的强度和刚度拉弯和压弯构件的强度和刚度 拉弯和压弯构件同时受轴心力和弯矩的共同作用 截面上的应力分布是不 均匀的 按照钢结构设计规范的要求 应以部分截面出现塑性 塑性区高度限 制在 1 8 1 4 截面高度范围 为强度极限状态 由此可得强度验算公式为 y x nxnxyny M MN f AWW 式中 设计荷载引起的轴心力 N 分别是作用在两个主平面内的计算弯矩 x M y M 分别是截面在两个主平面内的截面塑性发展系数 直接承受动力荷 x y 载时 应取 1 0 xy 分别是构件的净截面面积和两个主平面的净截面抵抗矩 nx W ny W 拉弯和压弯构件的刚度计算和轴心受力构件相同 按下式验算 max 三 典型习题三 典型习题 简答题简答题 1 影响钢材疲劳的主要因素有哪些方面 大连理工大学网络教育学院大连理工大学网络教育学院 第 7 页 共 8 页 答 微观裂缝和应力集中 或称构造状况 应力幅以及应力循环次数 2 剪切连接的普通螺栓群节点可能发生哪些破坏形式 答 栓杆被剪断 螺栓孔壁承压破坏 连接板件拉断 连接板端冲剪破坏 3 弯矩作用在弱轴平面内的压弯构件应进行哪些方面计算 答 强度 刚度 弯矩作用平面内和平面外的稳定性 局部稳定等计算 4 轴心受压构件整体屈曲失稳的形式有哪些 答 轴心受压构件整体屈曲失稳的形式有弯曲失稳 弯扭失稳 扭转失稳 5 两板件通过抗剪螺栓群承担剪力时 就板件的净截面强度来说 摩擦型高强 螺栓连接与普通螺栓连接有何区别 采用何种连接方式更合理 答 摩擦型高强螺栓连接板件净截面承载力需考虑孔前摩擦力 其所受荷载小 于普通螺栓连接的 所以从板件的净截面强度来说 采用摩擦型高强螺栓连接 更合理 计算题计算题 有一焊接钢 H 型截面两端铰接的轴心压杆 柱长 10m 在柱长中间沿 X 轴 方向有侧向支撑 Q235 钢材 试按整体稳定确定 2 215 fN mm 150 此压杆的最大安全轴心静压力设计值 按下表 b 类 查值 235 y f 707580859095100105 0 7510 7200 6880 6550 6210 5880 5550 523 解 2 320 14 2 102 220 149080Amm 3264 10 32028 122 220 14 1107 86 10 x Imm 3364 1 32028 10 1222014 224 87 10 12 y Imm 6 86 10 97