大工13春《钢结构》辅导资料十四.doc

大连理工大学网络教育学院钢结构辅导资料十四主 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： 2013年7月1日7月7日内 容：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：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：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（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（3）强度验算（4）整体稳定性验算（5）刚度验算3、组合截面梁设计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。所选梁高应同时满足以上三个条件，即，并尽可能等于或略小于经济高度。（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，将腹板高度取为50mm的倍数。（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（1）弯曲正应力验算（2）最大剪应力验算（3）局部压应力验算（4）折算应力验算（5）整体稳定性验算（6）刚度验算（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。当被切断翼缘板的端部有正面焊缝时：若，取；若，取。当被切断翼缘板的端部无正面焊缝时，取。b和t分别为外层翼缘板宽度和厚度，为焊脚尺寸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2030%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。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1/81/4截面高度范围）为强度极限状态。由此可得强度验算公式为：式中：设计荷载引起的轴心力；、分别是作用在两个主平面内的计算弯矩；、分别是截面在两个主平面内的截面塑性发展系数，直接承受动力荷载时，应取；、分别是构件的净截面面积和两个主平面的净截面抵抗矩。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：三、典型习题简答题1影响钢材疲劳的主要因素有哪些方面？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