《钢结构设计原理》课件 第5章 受弯构件

第5章受弯构件

主要内容：受弯构件的类型和应用5.1梁的强度5.2梁的刚度5.3梁的扭转5.4钢梁的局部稳定与加劲肋5.6梁的整体稳定5.5梁的设计及构造5.75.1受弯构件的类型和应用

承受横向荷载和弯矩的构件称为受弯构件。结构中的实腹式受弯构件一般称为梁，梁在钢结构中是应用较广泛的一种基本构件。例如房屋建筑中的楼盖梁、墙梁、檩条、吊车梁和工作平台梁。构件内力弯矩弯矩+剪力，附加很小的轴力弯矩+剪力1.梁的应用：1.梁的应用：以承受弯矩为主的构件称为受弯构件。钢结构中，受弯构件主要以梁的形式出现。荷载作用下，钢梁主要受弯矩、剪力共同作用；在工程中，梁除受弯矩、剪力作用外，还受很小的轴力。

(a)钢结构厂房中的受弯构件——吊车梁、屋面梁(b)厂房钢结构平台中的受弯构件——主梁、次梁1.梁的应用：2.梁的分类：组合梁梁的类型实腹式梁空腹式梁型钢梁冷弯薄壁型钢梁热轧型钢梁按截面构成方式分：钢-砼组合梁焊接、栓接组合梁2.梁的分类：蜂窝梁楔形梁2.梁的分类：2.梁的分类：按所受荷载情况不同分：双向受弯梁：在两个主平面内受弯，如吊车梁、墙梁、檩条等梁的类型单向受弯梁：只在一个主平面内受弯，工程中的多数梁双向受弯梁(a)屋面檩条(b)吊车梁3.钢梁的计算内容：注：疲劳验算针对长期直接承受重复荷载作用的梁，当应力循环次数n≥5×104

时计算内容承载能力极限状态：强度、整体稳定、局部稳定、疲劳正常使用极限状态：刚度2.梁的分类：按支承条件分：可分为简支梁、连续梁、固端梁、悬臂梁等。a简单梁格，特点：只有主梁，无次梁b普通梁格，特点：同时包含主梁及一级次梁c复杂梁格，特点：同时包含主梁及多级次梁梁的布置主次梁的连接梁的平接（a）组合梁的工厂拼接（c）组合梁的工地拼接（b）采用高强螺栓工地拼接梁的拼接梁的支座转动转动+滑动蜂窝梁高强T型钢组合梁异种钢组合梁异种材料组合的优势和劣势？预应力梁钢索布置预应力梁截面形式试思考钢梁布置预应力索的作用？提高抗力？减少变形？梁支撑在柱的铰接连接试思考铰接连接的特点体现在哪里？梁支撑在柱侧的铰接连接抵抗弯矩呢？梁与柱的刚性连接工厂焊接试思考分析三种节点在受力和制造上的异同点？梁与柱的半刚性连接抵抗弯矩？半刚性和刚性节点的差异体现在什么变量上？受弯构件的主要失效形式1强度破坏：a

屈服：塑性区的深入，弹性核变小，塑性铰材料断裂b

疲劳2失稳：a

整体失稳：弯曲平面外的弯扭变形b

局部失稳：翼缘失稳：受压腹板失稳：不均匀受压、受剪3过大变形刚度梁的局部屈曲5.2梁的强度1.梁的弯曲特性：弯矩作用下，分四个工作阶段钢梁各工作阶段截面弯曲应力的分布(a)弹性工作阶段：疲劳计算、冷弯薄壁型钢：(b)弹塑性工作阶段：一般受弯构件：(c)塑性工作阶段：塑性铰：(d)应变硬化阶段：一般不利用5.2.1梁的弯曲特性及截面分级材料假定：理想弹塑性变形假定：平截面假定截面应力分布与强度准则边缘屈服准则有限塑性发展强度准则全截面塑性准则fyVmaxMmax钢梁各工作阶段截面弯曲应力的分布(a)弹性工作阶段：疲劳计算、冷弯薄壁型钢：(b)弹塑性工作阶段：一般受弯构件：(c)塑性工作阶段：塑性铰：(d)应变硬化阶段：一般不利用1.梁的弯曲特性5.2.1梁的弯曲特性及截面分级截面形状系数F和截面塑性发展系数

：截面形状系数γF

仅与截面的几何形状有关。

弹塑性阶段的弯矩表达式为：式中，γF——截面塑性发展系数，1<γF

<F。γF

值与截面上塑性发展的深度有关，截面上塑性区深度越大，γF

越大；当全截面塑性时，γF

=F。常用截面形式的截面塑性发展系数取值1.梁的弯曲特性5.2.1梁的弯曲特性及截面分级截面形状系数：取决于截面的几何形状而与材料的性质无关

常用截面形式的截面塑性发展系数取值1.梁的弯曲特性5.2.1梁的弯曲特性及截面分级矩形截面：=1.5实心圆截面：=1.7圆钢管：=1.27对工字形截面的强轴

（随翼缘和腹板占总面积比不同而异）≈1.07～1.2对工字形截面的弱轴:=1.52.截面板件宽厚比等级5.2.1梁的弯曲特性及截面分级截面的分类及其转动能力1—S1级2—S2级3—S3级4—S4级5—S5级实际工字形截面梁，塑性发展程度与截面的特征有关，板件的宽厚比直接决定了钢构件的承载力和受弯构件的塑性转动变形能力，可能使构件在出现塑性铰之前发生破坏。梁抗弯强度计算规定：

单向弯曲梁：双向弯曲梁：式中，

Mx、My

——同一截面处绕

x轴和绕

y轴的弯矩设计值（对工

字形截面：x轴为强轴，y轴为弱轴）

Wnx、Wny

——对x轴和对y轴的净截面模量；

——截面塑性发展系数，按附表E-1采用；

f——钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值。5.2.2抗弯强度关于净截面模量Wnx、Wny：当截面板件宽厚比等级为S1、S2、S3或S4级时，应取全截面模量；当截面板件宽厚比等级为S5级时，应取有效截面模量，均匀受压翼缘有效外伸宽度可取15倍翼缘厚度，腹板有效截面可按压弯构件规定采用。说明：为避免受压翼缘局部屈曲，当时，；对于承受直接动力荷载的梁（含疲劳验算），取。5.2.2抗弯强度5.2.3抗剪强度式中，V——计算截面沿腹板平面的剪力设计值；

S——计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩；

Ix——截面对主轴x轴的毛截面惯性矩；

fv

——钢材抗剪强度设计值。

tw——腹板厚度；（5-8）

即要保证局部承压处的局部压应力不超过材料的屈服强度。跨中集中荷载：lz=a+5hy+2hR梁端支座反力：lz=a+2.5hy+bhy—自梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离。hR—轨道的高度，对梁顶无轨道的梁hR=0。b—梁端到支座板外边缘的距离，按实际取，但不得大于2.5hya—集中荷载沿梁长方向的实际支承长度。对于钢轨上轮压取a=50mm；5.3.4局部压应力式中：F—集中荷载，动力荷载作用时需考虑动力系数

—集中荷载放大系数（考虑吊车轮压分配不均匀），重级工作制吊车梁

=1.35，其它梁

=1.0；tw—腹板厚度lz—集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度，可按下式计算：1）轧制型钢，两内孤起点间距;2）焊接组合截面，为腹板高度;3）铆接（或高强螺栓连接）时为铆钉（或高强螺栓）间最近距离。hobt1hobt1ho腹板的计算高度h05.3.4局部压应力受弯构件局部承压强度不满足式（5-8）的要求时，一般应在固定集中荷载作用处（包括支座处）设置支承加劲肋，如图5-12。

如果是移动集中荷载的情况，则只能加大腹板厚度tw。图5-12支承加劲肋5.3.4局部压应力5.2.5折算应力在钢梁的某些截面的某些点处会同时存在较大的弯曲正应力、剪应力和局部压应力，对于处于复杂应力状态的这些危险点，可按下式验算其折算应力：

（5-12）式中，

——腹板计算高度边缘的弯曲正应力，按

计算，In为梁净截面惯性矩，y1为所计算点至梁中和轴的距离；以拉为正，以压为负；

——局部承压应力或局部拉应力，其方向与弯曲正应力方向垂直；以拉为正，以压为负；

——剪应力；

——计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。

梁在复杂应力作用下的折算应力5.2.5折算应力需要强调说明的是，钢结构的强度计算都是对构件的同一截面同一点处的应力验算，如图所示。

（5-12）—分别为1点以上毛截面和中和轴一侧毛面积对中和轴的面积矩——分别为梁净截面惯性矩、毛截面惯性矩y1——所计算点至梁中和轴的距离【例5.1】图5-9所示两种焊接工字形截面的钢梁，只有翼缘尺寸不同，其他条件均相同，材料为Q355B，试比较两种截面梁各所能承担的多大弯矩。

梁的刚度是指其抵抗变形的能力。为使钢梁满足正常使用极限状态的要求，完成预定的适用性功能，应按下式验算梁的刚度

：

（多使用相对值）式中，v——梁在荷载标准值作用下（不考虑荷载分项系数和动力系数）产生的最大挠度。简支梁在常用荷载作用下的最大挠度计算公式见后；

[v]——梁的挠度容许值，可根据梁的类别查附录B取值。例：教材例题5-2

梁必须有一定的刚度才能保证正常使用和观感。梁的刚度可用标准荷载作用下的挠度进行衡量。梁的刚度可按下式验算：

≤[

]

——标准荷载下梁的最大挠度

[

]——受弯构件的挠度限值。一般说来，梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。均布荷载下等截面简支梁集中荷载下等截面简支梁式中，Ix——跨中毛截面惯性矩Mx——跨中截面弯矩受弯构件的刚度5.4梁的扭转在构件截面上有一特殊点S，当外力产生的剪力作用在该点时构件只产生线位移，不产生扭转，这一点S称为构件的剪力中心。也称弯曲中心，若外力不通过剪力中心，梁在弯曲的同时还会发生扭转，由于扭转是绕剪力中心取矩进行的，故S点又称为扭转中心。剪力中心的位置近与截面的形状和尺寸有关，而与外荷载无关。剪力中心只与截面形式和截面尺寸有关，与外荷载无关。梁的剪力中心

5.4.1弯扭变形与剪切中心常用开口薄壁截面的剪力中心S位置剪力中心S位置的规律:双对称轴截面和点对称截面（如Z形截面），S与截面形心重和；单对称轴截面，S在对称轴上；由矩形薄板中线相交于一点组成的截面，每个薄板中的剪力通过该点，S在多板件的交汇点处。5.4.1弯扭变形与剪切中心5.4.2梁的自由扭转1.几个概念：非圆形截面构件扭转时，截面不再保持为平面，有些点凹进，有些点凸出，称为翘曲。

翘曲构件扭转时，如果截面能自由翘曲，即截面上各点的纵向位移不受约束，称为自由扭转，又称为圣维南扭转，纯扭转，均匀扭转。梁的自由扭转构件扭转时，若截面上各点的纵向位移受到约束，即截面的翘曲受到约束，称为约束扭转，又称为瓦格纳扭转，弯曲扭转，非均匀扭转。

梁的约束扭转

5.4.2梁的自由扭转

截面不受任何约束，能够自由产生翘曲变形的扭转。非圆形截面自由扭转特点：（1）轴向位移不受约束，截面可自由翘曲变形；（2）各截面翘曲变形相同，纵向纤维保持直线且长度不变，构件单位长度的扭转角处处相等；（3）截面上只有剪应力，纵向正应力为零。xyzzMMABCD5.4.2梁的自由扭转

按弹性分析：开口薄壁构件自由扭转时，截面上只有剪应力。剪应力分布在壁厚范围内组成一个封闭的剪力流；剪应力的方向与壁厚中心线平行，大小沿壁厚直线变化，中心线处为零，壁内、外边缘处为最大

t

。

t的大小与构件扭转角的变化率

成正比。此剪力流形成抵抗外扭矩的合力矩GIt

。开口截面自由扭转剪应力分布5.4.2梁的自由扭转剪力流(扭转)剪力流(扭转开口与封闭的区别)：5.4.2梁的自由扭转2.开口薄壁构件自由扭转时，作用在构件上的自由扭矩为：

板件边缘的最大剪应力

t与Mt的关系为：

式中：

Mt——截面上的扭矩；

GIt——截面扭转刚度；

G——材料剪切模量；

It——截面扭转常数，也称抗扭惯性矩，量纲为（L）4；

——截面的扭转角

——杆件单位长度扭转角，或称扭转率；

bi、ti——第i个矩形条的长度、厚度；

k

——型钢修正系数。k的取值：槽钢： k=1.12T形钢：k=1.15I字钢： k=1.20角钢： k=1.00Mt

5.4.2梁的自由扭转3.闭口薄壁构件自由扭转时，截面上的剪应力分布与开口截面完全不同，在扭矩作用下其截面内部将形成沿各板件中线方向闭合形剪力流。截面壁厚两侧剪应力方向相同，剪应力可视为沿厚度均匀分布，方向与截面中线垂直。沿构件截面任意处

t为常数。任一点处的剪应力为：闭口截面的抗扭能力要比开口截面的抗扭能力大的多。其中周边积分

恰好是截面壁厚中线所围成面积的2倍。即：

5.4.2梁的自由扭转5.4.2梁的自由扭转闭口截面比开口截面的抗扭能力约束扭转的产生：

翘曲约束可以是由荷载的分布形式引起的，也可以是由支座约束条件引起。

约束扭转的特点：⑴由于各截面的翘曲变形不同，故产生翘曲正应力。⑵由于各截面上的翘曲正应力的大小不相等，为与之平衡，截面上将产生翘曲剪应力，并与自由扭转剪应力叠加。⑶截面上各纵向纤维的伸长、缩短不相等，故必然存在弯曲变形，因此约束扭转又称为弯曲扭转。

5.4.2梁的约束扭转自由扭转约束扭转约束扭转5.4.2梁的约束扭转I

为截面翘曲扭转常数，又称扇性惯性矩。量纲为（L）6。构件扭转具体概括约束扭转的计算：参考其他资料5.4.2梁的约束扭转5.5梁的整体稳定上海某钢结构厂房施工阶段稳定破坏5.5.1梁整体稳定的基本概念：

当梁上的荷载增大到某一数值后，梁突然离开受弯平面出现显著的侧向弯曲和扭转，并立即丧失承载能力，这就是梁的整体失稳。梁的整体失稳5.5.1梁整体稳定的基本概念：梁的整体失稳形式是弯扭屈曲。原因：在弯矩作用下，梁截面上一部分受压，一部分受拉。对受压区，类似于受压构件，存在失稳问题。同时当受压区失稳时，截面的受拉区对受压区有约束作用，所以产生侧向弯曲变形的同时，也产生扭转变形。特点：失稳前只有弯矩作用平面内的弯曲变形，失稳后则为弯矩作用平面面外的弯曲变形和扭转变形。所以梁的失稳是第一类稳定问题（分岔失稳）梁的临界弯矩、临界应力：梁丧失整体稳定性之前所能承受的最大弯矩，称为临界弯矩。梁丧失整体稳定性之前所能承受的最大弯曲压应力，称为临界应力。5.5.2梁整体稳定的基本理论（1）双轴对称工字形截面简支梁在纯弯曲时的临界弯矩：

建立梁的变形与内力的关系—弯扭屈曲微分方程:坐标系：失稳前（x，y，z）→失稳后（ξ，η，ζ）

2.梁临界弯矩的计算：（1）双轴对称工字形截面简支梁在纯弯曲时的临界弯矩：按照弯矩与曲率的关系和内外扭矩的平衡关系，可以得到三个平衡微分方程：求解梁弯扭屈曲联立方程（b）、（c）——固有值问题，得：（a）（b）（c）双轴对称工字形截面简支梁在纯弯曲时5.5.2梁整体稳定的基本理论

（3）响梁整体稳定因素：

梁的截面参数受压翼缘的自由长度荷载类型，荷载的作用位置

支撑状况

(截面形式)1梁的侧向抗弯刚度

EIy、抗扭刚度GIt愈大，则临界弯矩愈大。(支撑状态）

2梁的跨度

l（或侧向支承点的间距）愈小，则临界弯矩愈大。

（2）双轴对称工字形截面简支梁在集中力或均布荷载作用的临界弯矩：5.5.2梁整体稳定的基本理论5.5.3梁整体稳定的计算方法1.梁整体稳定计算公式：（1）主平面内受弯构件，其整体稳定性按下式计算：式中，——按受压纤维确定的对x轴（强轴）毛截面模量；——绕强轴弯曲所确定的梁整体稳定系数；1.梁整体稳定计算公式：(2)在两个主平面受弯的工字形或H型钢等截面构件，其整体稳定性应按下式计算：式中，——按受压纤维确定的对x轴（强轴）和对y轴的毛截面模量；——绕强轴弯曲所确定的梁整体稳定系数；——绕y轴弯曲的截面塑性发展系数，不是允许塑性发展，而是

仅起到降低该项影响的作用。

5.5.3梁整体稳定的计算方法焊接工字形（含轧制H型钢）等截面简支梁的：2.整体稳定系数计算：5.5.3梁整体稳定的计算方法——梁毛截面对y轴的回转半径，式中，

——梁整体稳定的等效临界弯矩系数，按附表5-3采用；——梁在侧向支承点之间对截面弱轴（y轴）的长细比，；

l1——梁受压翼缘侧向支承点间的距离；对跨中无侧向支承点的梁，l1为其跨度（梁的支座处视为有侧向支承）；

A——梁的毛截面面积；

Wx——按受压最大纤维确定的梁的毛截面模量；

h—梁截面高度；

t1—梁受压翼缘的厚度；—截面不对称影响系数，与受压翼缘惯性矩占比有关焊接工字形（含轧制H型钢）等截面简支梁的：2.整体稳定系数计算：5.5.3梁整体稳定的计算方法2.整体稳定系数计算：5.5.3梁整体稳定的计算方法—截面不对称影响系数工字形截面受压翼缘和受拉翼缘对y轴惯性矩分别为和2.整体稳定系数计算：5.5.3梁整体稳定的计算方法

按上述几种方法算得或查得的大于0.6时，表明梁已进入弹塑性工作阶段，此时应用取代，按下式计算：（5-30）梁整体稳定系数的近似计算公式：

对于均匀弯曲的受弯构件，当时，其整体稳定系数可按近似公式计算。这些近似计算公式主要用于压弯构件在弯矩作用平面外的整体稳定性计算，以简化压弯构件的验算，详见第5.5节。构造符合下列情况之一，可不计算梁的整体稳定性：有铺板密布在梁的受压翼缘并与其牢固连接，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时；H型钢或等截面工字钢简支梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比不超过规定数值(表5-4)(有铺板)箱型截面简支梁满足条件h/b0≤6且l1/b0≤95（一般较易满足）

对于不符合下面所述任一条件的梁，应该进行整体稳定性计算。3.可不验算梁整体稳定性的特殊情况5.5.3梁整体稳定的计算方法5.5.3梁整体稳定的计算方法3.可不验算梁整体稳定性的特殊情况【例5.2】跨度为8m的简支梁，梁跨中处与次梁连接，连接处设置加劲肋，次梁传递的集中静荷载F，荷载F标准值80kN、设计值100kN，梁截面HN450×200×9×14，材料为Q235，梁的容许挠度1/600，不考虑梁的自重，试验算该梁的强度、刚度和整体稳定性。支承加劲肋【解题分析】

1.梁的强度和整体稳定性属于承载力极限状态，应采用荷载的设计值；

2.集中力作用点设置加劲肋，可不计算局部压应力；

3.型钢一般不必验算剪应力，但为了完整练习亦进行验算；

4.因为弯矩图与剪力图中在跨中均有最大值，应验算折算应力；

5.刚度属于正常使用极限状态，采用荷载的标准值计算梁跨中最大挠度。τ1σ11σmaxτmaxy1yx【例5.3】某工作平台的局部梁格布置，如图5-22所示，平台上无动力荷载，平台上永久荷载标准值为4.0kN/m2，可变荷载标准值为10.0kN/m2，钢材为Q235钢，次梁简支于主梁上，假定平台板与次梁未牢固连接，允许挠度为1/800，试验算次梁的安全性。5.6梁的局部稳定与加劲肋概述为提高梁的刚度与强度及整体稳定承载力，应遵循“宽肢薄壁”的设计原则，从而引发板件的局部稳定承载力问题。受压翼缘和腹板的屈曲5.6.1局部稳定的概念5.6.1局部稳定的概念

在外荷载逐渐增大的过程中，钢梁还没有发生强度破坏或整体失稳，组成钢梁的某些板件偏离它原来所在的平面位置发生侧向挠曲，这种现象称为梁的局部失稳。

梁的受压翼缘或腹板局部失稳后，整个构件还不会立即失去承载能力，一般还可以承受继续增大的外荷载。但是由于局部失稳引起部分截面退出工作，引起梁的刚度减小，使梁的整体稳定性和强度降低。1.梁的局部失稳：2.梁丧失局部稳定的后果：5.6.1局部稳定的概念防止板件局部失稳的原则：3.解决梁局部失稳的办法：防止板件局部失稳的具体措施：限制板件的宽厚比（参考表5-1）具体措施设置加劲肋5.6.2翼缘的宽厚比限值翼缘的宽厚比限值：热轧型钢（如工字钢，H型钢，槽钢等）在未受到较大的横向集中荷载作用时，一般不必计算局部稳定。因为热轧型钢的翼缘板宽厚比、腹板的高厚比都不是很大，一般不会局部失稳。1.腹板的局部屈曲形式

腹板受力复杂，而且为满足强度要求，截面高度较大。如仍采用限制梁的腹板高厚比的方法，会使腹板取值很大，不经济。单独应力作用下的屈曲形式5.6.3梁腹板的屈曲形式及加劲肋类型为了保证腹板的局部稳定性，有以下几种方法可以选用：①加大腹板厚度（不经济）；②设置腹板加劲肋（一般做法）；③利用腹板屈曲后强度（经济）。（不要求掌握）

2.腹板加劲肋的布置

5.6.3梁腹板的屈曲形式及加劲肋类型1—横向加劲肋；2—纵向加劲肋；3—短加劲肋任何情况下，均不应超过250（h0/tw），这是为了避免腹板高厚比过大时产生过大的焊接变形，因而这个限值与钢材的牌号无关。2.腹板加劲肋的布置原则5.6.3梁腹板的屈曲形式及加劲肋类型5.6钢梁的设计及工程实例5.6.1型钢梁的设计已知：荷载情况，梁的跨度

l，受压翼缘侧向支承点之间的距离

l1（或梁受压翼缘侧向支承的情况），钢材的强度设计值

f

。根据已知荷载求出梁的最大弯矩设计值Mx

估算所需要的截面模量:或根据所求得的截面模量或查型钢表选取型钢型号对初选型钢截面进行验算（计入型钢自重）

截面调整1.单向弯曲型钢梁的设计求：型钢的型号5.6.1型钢梁的设计2.双向弯曲型钢梁的设计

双向弯曲型钢梁承受两个主平面方向的荷载，工程中广泛应用于屋面檩条和墙梁。5.6.1型钢梁的设计2.双向弯曲型钢梁的设计1)檩条的截面选择

先按双向抗弯强度等条件试选截面，然后对初选截面进行强度、整体稳定和刚度方面的验算。（5-72）式中，系数

α可根据型钢类别来选取，对小型号的型钢，可近似取α=6（窄翼缘H型钢和工字钢）或α

=5（槽钢）。对于型钢梁，由于腹板较厚，一般可不验算剪应力、折算应力和局部稳定。5.6.1型钢梁的设计2.双向弯曲型钢梁的设计2)檩条的形式和构造：见教材第八章3)檩条的计算内容包括强度、整体稳定及刚度，详见教材。

其中，强度计算按双向弯曲梁根据式（5-7）验算；抗剪及局压可不验算。5.4.2焊接组合梁的设计1.截面选择1)

根据已知荷载，计算最大弯矩Mx等（暂不考虑梁自重）。2)

估算所需要的截面模量：按式（5-70）或（5-71）计算。3)

确定梁的截面高度：梁截面高度应考虑建筑、刚度、经济等因素。最大高度hmax：由建筑设计确定最小高度hmin：由梁的刚度条件确定经济高度he：根据梁用钢量最小条件确定

（5-75）式中，Wx——梁所需要的截面模量，mm3，在第⑵步中求出。5.6.2焊接组合梁的设计1.截面选择（5-80）梁高采用：应满足hmin≤h≤hmax

及h≈he4)

确定腹板尺寸hw、tw：

腹板高度hw：可假定翼缘厚度t=20mm，hw=h-2t腹板厚度tw：可根据经验公式确定。注：①

tw≥6mm；并应使tw尽可能取较小值。

②tw取2mm倍数，以使其数值与钢板厚度规格相一致。

③hw一般宜取为10mm倍数，以便于制造。

④对于不利用腹板屈曲后强度的梁，宜控制

（受压翼缘扭转受到约束时），或

（受压翼缘扭转受未到约束时），以避免设置纵向加劲肋，而使构造太复杂。

5.6.2焊接组合梁的设计1.截面选择（5-81）5)

确定翼缘尺寸b、t

注：①取b=(1/6~1/2.5)h，且b≥180mm(一般梁)；吊车梁的上翼缘b≥300mm。

②

tw取2mm倍数，b取10mm倍数。

③受压翼缘自由外伸宽度b1应满足局部稳定要求，即：

（

时），或

（

时）。

④翼缘板宽度应超出腹板加劲肋的外侧，当每侧加劲肋宽度

(mm)时，要求

（mm）。一个翼缘的面积：5.6.2组合梁的设计工字形截面——三块板梁的高度

腹板的厚度

翼缘板的尺寸（宽度和厚度）一、梁的高度：①最大高度hmax——由建筑物的高度及生产工艺、使用要求确定；②最小高度hmin——由刚度控制，③经济高度梁的高度在最大与最小之间，略小于经济高度，应当考虑腹板的规格，一般为50mm的倍数。（以mm计算）。二、腹板的厚度

①根据抗剪强度要求，②考虑局部稳定和构造因素，

注：两者选大的。厚度为2mm的倍数，不得小于6mm。三、翼缘板的尺寸：②翼缘板的宽度构造要求：普通梁吊车梁③翼缘板的厚度④翼缘板的尺寸还应考虑局部稳定要求，翼缘板的尺寸应符合规格，一般宽度取10mm的倍数，厚度为2mm的倍数。①一个翼缘板的面积5.6.2焊接组合梁的设计2.截面验算1)截面几何特性、内力：对初选截面计算各种截面几何特性，如：A、Ix、Wx等。计入梁自重后，重新求梁的弯矩、剪力。2)强度验算：抗弯、抗剪、局部承压以及折算应力强度计算。3)整体稳定验算：只对需要计算整体稳定条件的梁按式（5-29）计算。4)局部稳定验算：受压翼缘的局部稳定验算，及腹板加劲肋的布置与计算。5)刚度验算：梁的挠度验算。6)截面调整：只要有一项不满足，或者各项要求都满足，但截面明显富余太多，就要对初选截面进行相应的调整，重新验算直至得到合理截面。

5.6.2焊接组合梁的设计3.组合梁截面沿跨度方向的改变

梁截面上的弯矩一般沿梁的长度方向是变化的，为节省钢材，有时可以做成变截面梁。对于跨度较大的的梁，通常在半跨内改变一次截面，可节省大约10％～20％的钢材，如果再多改变一次，约再多节约3％～4％，效果不显著。为了便于制造，一般半跨内只改变一次截面。梁截面沿长度的改变方法：改变后的翼缘宽度应由截面开始改变处的弯矩M1确定；为了减少应力集中，宽板应从截面开始改变处向弯矩减小的一侧以不大于1:4的斜度切斜延长，然后与窄板对接。变翼缘板宽度：5.6.2焊接组合梁的设计3.组合梁截面沿跨度方向的改变双层翼缘板焊接梁改变翼缘板厚度：

为了保证被切断的外层翼缘板在理论切断点处能正常参加工作，实际切断点的位置应向弯矩较小一侧延长l1。且规范规定：端部有正面角焊缝：当时当时端部无正面角焊缝：b和t分别为外层翼缘板的宽度和厚度，hf为侧面角焊缝和正面角焊缝的焊脚尺寸。5.6.2焊接组合梁的设计3.组合梁截面沿跨度方向的改变改变腹板高度：

有时为了降低梁的建筑高度或满足梁支座处的构造要求，

简支梁可以在靠近支座处减小其高度，而使翼缘截面保持不变。

改变后的截面高度须满足：①抗剪强度的要求；②

h’≥h/2；在下翼缘变向处，必须有加劲肋与下翼缘顶紧。说明：截面变化只从梁的强度需要来考虑，对于由整体稳定控制设计的梁，如果它的截面向两端逐渐变小，特别是受压翼缘变窄，则梁的整体稳定承载力将受到较大的削弱，不宜采用此做法。

需要进行疲劳计算钢梁的翼缘焊缝，以及承受较大动力荷载的钢梁采用，此种焊缝的质量等级一般为一级或二级，焊缝与基本金属等强，不用计算。5.6.2焊接组合梁的设计4.焊接组合梁翼缘焊缝的计算

翼缘焊缝的作用就是防止翼缘和腹板之间由于水平剪力的作用而出现相互滑移，保证梁受弯时翼缘和腹板共同工作，不致分离。1)翼缘焊缝的作用与类别

大多数承受静力荷载或间接承受不太大动力荷载的焊接组合梁采用，其优点是加工费用低，构造简单。

角焊缝对接与角接的组合焊缝5.6.2焊接组合梁的设计4.焊接组合梁翼缘焊缝的计算腹板边缘的剪应力为：2)承受水平剪力的翼缘焊缝（5-82）式中，V

——计算截面的剪力设计值；

S1

——翼缘截面对梁中和轴的面积矩。5.6.2焊接组合梁的设计4.焊接组合梁翼缘焊缝的计算2)承受水平剪力的翼缘焊缝故沿梁单位长度上的水平剪力为：（5-83）角焊缝有效截面上承受的剪应力不应超过角焊缝的强度设计值，即：可得所需焊脚尺寸：（5-84）5.6.2焊接组合梁的设计4.焊接组合梁翼缘焊缝的计算3)承受水平剪力和局部压力共同作用的翼缘焊缝

当梁承受移动集中荷载（如吊车梁情况）时，翼缘和腹板间的连接焊缝不仅承受水平方向的剪力作用，同时还承受集中压力所产生的垂直方向剪力的作用。

竖向剪力作用下：与水平剪力共同作用，由角焊缝基本计算公式：（5-87）可得：例：教材6.4.3节5.7梁的拼接、连接和支座5.7.1梁的拼接根据施工条件的不同，钢梁的拼接分为工厂拼接和工地拼接两种。

由于运输或吊装条件的限制，必须将梁分段制作，运输到工地，然后在工地拼装连接，称为工地拼接。

由于钢材规格限制或现有钢材尺寸不够，必须将钢材接长或拼大，这种拼接常在钢结构制造厂中进行，称为工厂拼接。工厂拼接工地拼接5.7.1梁的拼接1.工厂拼接：1)型钢梁的工厂拼接可采用对接焊缝连接（图5-56a）

，一、二级焊缝质量的焊缝可不必计算焊缝。由于翼缘与腹板连接处不易焊透，所以有时也采用拼接板拼接（图6-56b）。拼接的位置均应设在弯矩较小的截面处，且应使焊缝和拼接板都满足承载力要求。5.7.1梁的拼接1.工厂拼接：2)焊接组合梁的工厂拼接翼缘和腹板的接头位置要相互错开，和加劲肋及连接次梁的位置也要错开；翼缘板和腹板的拼接焊缝一般均采用正面对接焊缝；当焊缝的强度不满足要求时，可以采用斜向对接焊缝，并使焊缝长度方向与梁纵向轴线方向的夹角满足

。5.7.1梁的拼接2.工地拼接：1)焊接组合梁的工地焊接拼接为了便于运输，接头位置一般在同一截面；也可将上、下翼缘板和腹板的接头略微错开一些，但应特别注意对运输单元的突出部分加以保护，以免碰坏。为减小焊接残余应力，可将拼接截面处翼缘板与腹板之间的翼缘焊缝预先留出约500mm的长度在工厂不焊，然后按照图5-58中的数字序号进行顺序焊接。5.7.1梁的拼接2.工地拼接：2)组合梁的工地高强度螺栓拼接翼缘板拼接板连接腹板拼接板连接5.5.1梁的拼接2.工地拼接：翼缘板拼接：拼接板的净截面面积不小于翼缘的净截面面积；翼缘净截面所能承受的轴力为按轴心力N作用的连接计算方法确定拼接板及翼缘板间的高强度螺栓的数目。腹板拼接：梁腹板拼接截面处的剪力V全部由腹板承担；梁腹板拼接截面处的弯矩M由腹板和翼缘板共同承担，并按它们的毛截面惯性矩比值进行分配。梁腹板的拼接设计，通常先按构造要求进