钢结构之_钢梁

第四章钢梁,第一节钢梁的形式及应用一、钢梁的形式1、支承情况：简支梁、连续梁、悬臂梁2、受力情况：单向弯曲、双向弯曲3、制造方法：轧成梁、组合梁,4、外型：实腹梁、桁架梁、蜂窝梁,5、截面形式：工字形、槽形、箱形,6、材料性能：同种钢梁、异种钢梁、钢与砼组合梁,7、截面对称情况：单轴对称、双轴对称8、截面变化情况：等截面梁、变截面梁（变梁高、变翼缘宽度）,二、应用1、荷载或跨度较小时采用轧成梁；较大则采用组合梁2、工字形梁适合于强轴方向受弯3、荷载或跨度较大，且梁高受限制或有较高的抗扭要求时，可采用双腹式箱形截面梁,三、钢梁的设计内容1、强度计算抗弯、抗剪、局部压应力、折算应力强度2、刚度计算3、整体稳定计算4、局部稳定计算,第二节钢梁的强度计算一、弯曲强度弯曲应力与弯曲应变的关系类似于钢材简单拉伸试验，并假设钢材为理想的弹塑性材料。,1、弹性阶段最大边缘应力=Mymax/In=M/Wnxfy弹性极限弯矩Me=Wnxfy,2、弹塑性阶段边缘=fy塑性区由边缘向内部发展,由于塑性区受弹性区的约束，钢梁仍能承受荷载,3、塑性阶段塑性区扩展到整个截面,塑性变形急剧发展，并形成塑性铰，达到承载能力的极限,（1）中和轴的位置a.中和轴平分截面b.不对称截面的中和轴与形心轴不重合,（2）形心轴的位置形心轴对称于上、下等截面的形心.,（3）塑性极限弯矩,（4）形状系数Fa.矩形截面,b.工字形截面F=1.081.17F与截面形状有关，随边缘面积的增大而减小，故称为形状系数。实际设计时采用的抵抗矩为We，11(a为长边)时,当a/h01(a为短边)时,当a/h01(a为长边)时,当时（塑性阶段）,（456a）,当时（弹塑性阶段）,（456c）,当时（弹性阶段）,（456b）,2、腹板的纯弯屈曲,（受压翼缘扭转受约束）,（受压翼缘扭转不受约束）,为计算临界应力，采用通用高厚比（正则化宽厚比）,（受压翼缘扭转受约束）,（受压翼缘扭转不受约束）,当时（塑性阶段）,（462a）,当时（弹塑性阶段）,（462c）,当时（弹性阶段）,（462b）,3、腹板在局部横向压应力下的屈曲,规范取为,梁在集中荷载作用处未设支承加劲肋及在吊车轮压作用下，都受到局部横向压应力,当0.5a/h01.5时,当1.5a/h02.0时,当时（塑性阶段）,（465a）,当时（弹塑性阶段）,（465c）,当时（弹性阶段）,（465b）,1、支承端附近腹板区段（受剪区）,2、跨中部位的腹板区段（受弯区）,钢梁腹板相应的b/t限值,满足相应限值的情况下可以保证局部稳定要求，反之不能，则必须设置加劲肋,三、组合梁加劲肋的设计（一）加劲肋的配置1、当时，对局部压应力的梁可不配置加劲肋；对的梁按构造配置加劲肋，其间距h0,2、当时，需配置横向加劲肋：,规范对加劲肋间距的规定：（1）amin=0.5h0，amax=2h0（2）对无局部压应力的梁，当时，amax=2.5h0,3、当时，或按计算需要时需配置纵向加劲肋，其中纵向加劲肋布置在跨中弯矩较大范围内的腹板受压侧，距离受压边缘h1=h0/5h0/4；局部压应力很大的梁，必要时宜在受压区配置短加劲肋。,任何情况下，h0/tw均不应超过250。,4、对于钢闸门的主梁，加劲肋的间距已由构造决定，只需演算验算区格的局部稳定，当不满足时，则在区格中间添加加劲肋，直到满足验算公式。,5、梁的支座处和上翼缘承受较大固定集中荷载处，应设置支承加劲肋。,(二)腹板区格间局部稳定性的验算,1、仅配置横向加劲肋的腹板,2、同时配置横向和纵向加劲肋的腹板,（1）受压翼缘纵向加劲肋之间的区格（图426（b）中区格）,注意：（1）区格的尺寸参数。（2）临界应力的计算公式与仅配置横向加劲肋相同，只是由于稳定系数不同以及嵌固系数不同，通用高厚比计算公式有所变化。,（2）受拉翼缘纵向加劲肋之间的区格（图426（b）中区格）,注意：（1）区格的尺寸参数。（2）相应应力的计算。（page109）,3、同时配置横向、纵向加劲肋和短加劲肋的腹板，计算公式与前面相同,（1）受压翼缘纵向加劲肋之间的区格,（2）受拉翼缘纵向加劲肋之间的区格,（三）加劲肋的尺寸与构造1、宜两侧对称布置2、可用钢板或角钢制造3、成对布置横向加劲肋时外伸宽度bsh0/30+40mm厚度tsbs/154、单侧布置bs时大于双侧布置bs的1.2倍,5、同时布置纵、横加劲肋时，除满足上述要求外，横向加劲肋纵向加劲肋,6、横加劲肋与翼缘连接处要切角，切角宽约bs/3，且40mm；切角约bs/2，且60mm7、动荷载作用时，横向加劲肋的下端留出bs/2高，而不与受拉翼缘相连,六、组合梁的支承加劲肋支座处或受压翼缘承受较大集中荷载处，必须用支承加劲肋加固，通过支承加劲肋将集中荷载传递到腹板上,支承加劲肋连同部分腹板当作承受集中荷载的轴心压杆计算：,第五节组合梁的设计,一、截面选择（一）梁高h和腹板高度h01、按刚度要求的最小梁高hmin充分利用钢材强度=f或，同时正好满足刚度条件/L=/L,（1）简支梁，均布荷载，等截面,（2）简支梁，均布荷载，对称截面，沿跨度改变截面,容许应力计算时的最小梁高,（3）简支梁，均布荷载，不对称截面,2、经济梁高hec,代入腹板厚的经验计算公式并对梁重求导dg/dh=0等截面梁的经济梁高变翼缘梁的经济梁高,3、建筑梁高hmax设计时梁高宜选取比经济梁高hec小10%20%，并应大于按刚度要求的hmin，小于建筑结构要求的最大梁高hmax钢板的宽度以50mm为尺寸级差,page92,（二）腹板厚度tw考虑了薄板局部稳定和构造要求的经验公式钢板的厚度以2mm为尺寸级差，腹板的厚度不宜小于8mm,（三）翼缘宽度b1和厚度t1,对于上翼缘直接连接面板的梁，部分面板可兼作上翼缘承受荷载，梁的上翼缘可按构造要求选用较小的尺寸，也可以不设上翼缘直接由腹板连接翼缘。,（四）截面验算确定截面尺寸后，还需准确计算出各截面特性值，进行以下验算：（1）强度验算（2）刚度验算（3）整体稳定性验算（4）局部稳定性验算,二、截面改变,（一）梁高改变,（1）改变位置离支承端（1/41/6）L（2）支端梁高hs=（0.40.65）跨中梁高（3）改变坡度1:3（4）WiMi（5）横向连接系位于跨中梁高不变区域（6）须验算支端处的剪应力强度,（二）翼缘改变,（1）翼缘改变形式：分段改变、连续改变（2）只在半跨内改变一次，均布简支梁的改变位置离支承端1/6L处（3）拼接处用斜焊缝，坡度1:3（4）根据实际M值，由公式计算变窄的b0，且b0170mm（5）WiMi,（三）折算应力验算1、翼缘改变处的翼缘与腹板连接处2、改变梁高和腹板厚度的梁，腹板拼接焊缝受拉边缘的折算应力,第六节焊接组合梁的翼缘焊缝和梁的拼接一、翼缘焊缝1、弯矩作用焊缝阻止翼缘和腹板的相对滑动，抵抗翼缘与腹板间的纵向剪力，为侧焊缝性质的焊缝。,2、集中荷载作用翼缘焊缝承受较大的竖向剪力和水平剪力，采用焊透的K形焊缝，可认为焊缝与腹板等强度而不必计算焊缝。,二、梁的拼接1、工厂拼接，翼缘与腹板的拼接位置错开，且位于弯矩较小处；常用对接直焊缝，个别情况下需在弯矩较大处拼接时，则采用斜焊缝；拼接焊缝与加劲肋的间距大于10tw,2、工地拼接，翼缘与腹板宜在同一截面拼接或略为错开,3、工地拼接宜采用高强螺栓连接来保证质量,4.9梁的支承梁