《建筑结构(CD) 教学课件 ppt 作者 钏芳林 马丹丁 第十章 钢结构构件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑结构(CD) 教学课件 ppt 作者 钏芳林 马丹丁 第十章 钢结构构件（125页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十章 钢结构构件,邯郸职业技术学院建工系,10.1 受弯构件（梁） 10.1.1 受弯构件（梁）的类型 钢梁按截面型式分为型钢梁和组合梁两类。,钢梁按支承情况可分为简支梁、连续梁和伸臂梁等； 钢梁按荷载作用情况，可分为只在一个主平面内受弯的单向弯曲梁和在两个主平面内受弯的双向弯曲梁（如墙梁、檩条、吊车梁等）。,10.1.2 梁的强度、刚度、整体稳定和局部稳定 梁的设计必须同时满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，承载能力极限状态中须对梁作强度和稳定（整体稳定、局部稳定）的计算，正常使用极限状态须对梁刚度进行计算，使所设计的构件能确保安全适用、经济合理。,1. 梁的强度 （1）抗弯强度
2、,对截面塑性发展系数有两条规定： 当工字形截面翼缘板的自由外伸宽度与其厚度之比大于 但不超过 时，塑性发展将不利于保证局部稳定，应取x =1.0。 对需要计算疲劳的梁，不考虑截面塑性发展，宜取x=y=1.0。,（2）抗剪强度 按弹性设计，以截面的最大剪应力达到钢材的抗剪屈服点作为抗剪承载能力的极限状态，因此，在主平面内受弯的实腹梁，其抗剪强度应按下式计算：,（3）局部承压强度,腹板的计算高度边缘为： 对型钢梁为腹板与上、下翼缘相接处两内弧起点。 焊接组合梁为腹板高度。 对铆接或高强度螺栓连接的组合梁，取为上、下翼 缘与腹板连接的栓钉线间最近距离。,（4）折算应力 在组合梁的腹板计算高度边缘处，
3、若同时受有较大的弯曲应力、剪应力和局部压应力，或同时受有较大的弯曲应力和剪应力（连续梁支座处或梁的翼缘截面改变处等）时，应按复杂应力状态用下式计算其折算应力：,2. 梁的刚度 梁的刚度用变形来衡量，梁的刚度不足时将出现挠度过大，梁的刚度一般是在经强度计算截面确定以后进行验算，但对细长的梁则可能由刚度条件控制。,梁的允许挠度,3. 梁的整体稳定 (1) 梁整体稳定的概念 钢梁一般都高而窄，当弯矩增加时受压翼缘的弯曲应 力达到某一数值时，梁在偶然的横向干扰力作用下会突然 离开最大刚度平面向侧向 弯曲，并伴随扭转。如此 时弯矩还略增加，侧向弯 扭变形将迅速增大，远在 钢材到达屈服强度前，梁 就失去继
4、续承受荷载的能 力，这种现象称为梁丧失 整体稳定或称整体失稳。,临界弯矩M、临界应力 梁的失稳是从稳定的平衡状态转变为不稳定平稳状态，并产生侧向弯扭屈曲，两种平衡状态过渡时梁所能承受的最大弯矩和截面的最大弯曲应力称为临界弯矩M和临界应力。 整体稳定的计算就是要保证梁在荷载作用下产生的最大正应力不超过丧失稳定时的临界应力。,根据弹性稳定理论，双轴对称工字形截面简支梁的临界弯矩和相应的临界应力可用下式计算： 式中 ： l1 梁受压翼缘的侧向自由长度； Iy梁对弱轴（y轴）的毛截面惯性矩； It梁的毛截面抗扭惯性矩； E、G钢材的弹性模量和剪变模量； K梁的屈曲系数。,影响梁整体稳定的因素很多，可总
5、结出如下规律： 梁的侧向抗弯刚度EIy，抗扭刚度GIt愈大，则临界弯矩大。 梁的受压翼缘的自由长度l1愈小，则临界弯矩愈大。 荷载形式不同，临界弯矩亦不同。 荷载作用于下翼缘比作用于上翼缘的临界弯矩大。 梁端约束程度愈大，则临界弯矩愈大。,(2) 保证梁整体稳定的措施 符合下列情况之一时，可不计算梁的整体稳定性。 有铺板（各种钢筋混凝土板和钢板）密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时。 H型钢或等截面工字形简支梁受压翼缘的侧向自由长度l1与其宽度b之比不超过表10-2所规定的数值时，用作减少梁受压翼缘自由长度的侧向支承，其轴心力应取按下式计算的侧向力： 式中 A1梁的
6、受压翼缘截面面积。 对跨中无侧向支承点的梁，l1为其跨度；对跨中有侧向支承点的梁，l1为受压翼缘侧向支承点间的距离（梁的支座处视为有侧向支承）。,（3）梁整体稳定的计算 当不满足不必计算整体稳定的条件时，应对梁进行整体稳定验算。 由于影响梁整体稳定的因素较多，理论计算较繁，现将临界应力与钢材屈服强度之比b称为梁的整体稳定系数，用来考虑诸多因素的影响。,轧制普通工字钢简支梁，由于其截面特征不同于三块钢板的组合工字形截面，且规格尺寸固定，故可按工字钢型号和受压翼缘的自由长度制成专用的表，以便于应用。当所得的值 大于0.6时，亦应用 /代替 。 轧制槽钢简支梁是单轴对称截面，其理论的整体稳定系数计算
7、繁杂，由于需要进行整体稳定计算的槽钢梁很少，规范采用近似公式，按下式计算，当算得的 值大于0.6时，亦应查出相应的 /代替 ： =,【例10-1】一焊接工字形等截面简支梁如图10-8所示，跨度15m，自重1.9kN/m (标准值)。承受次梁传来的两个集中荷载F=360kN(设计值)分别作用于跨度的三分点处，钢材为Q345钢。试验算此梁的整体稳定。,图10-8 例10-1图,【解】 梁受压翼缘的自由长度 与其宽度b的比值 ，超过表10-2规定的数值，故应进行整体稳定性验算。 梁截面的几何特征,按附表跨中有不少于两个等距离侧向支承点，集中荷载作用在侧向支承点处时，取 。双轴对称工字形截面,整体稳定
8、系数,最大弯矩设计值,4.梁的局部稳定 为提高组合梁的抗弯强度、刚度和整体稳定性，组合梁的腹板和翼缘均宜选用宽而薄的钢板。然而，当它们的宽厚比（或高厚比）过大时,有可能在弯曲压应力、剪应力和局部压应力作用下，在梁发生强度破坏或丧失整体稳定之前，梁的组成板件出现偏离其平面位置的波状屈曲，这称为梁的局部失稳或称板的屈曲。,翼缘或腹板出现局部失稳，虽不会使梁立即失去承载能力，但会使梁的工作性能恶化，板局部屈曲部位退出工作后，截面变得不对称，使梁的刚度减小，强度和整体稳定性降低。 为了避免梁的局部失稳，可采取两种措施，一种是限制板件的宽厚比或高厚比，另一种是垂直于钢板的平面方向，设置具有一定刚度的加劲
9、肋。,（1）受压翼缘板的宽厚比限值 受压翼缘板通常是用控制其高厚比的办法来保证其局部稳定的。 能使翼缘局部稳定得到最大限度保证的方法，是使其不先于强度破坏，即当达到了fy，板也不会失稳。按此原则，经计算可得梁受压翼缘自由外伸宽度与其厚度之比的限制为：,（2）腹板加劲肋 规范规定，对承受静力荷载或间接承受动力荷载的组合梁宜考虑腹板屈曲后强度，计算腹板的抗弯和抗剪承载力（详见规范）。对直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件或其它不考虑屈曲后强度的组合梁的局部稳定，则通常采用设置加劲肋的办法来保证。,加劲肋的布置方法有三种： 与梁跨度方向垂直的为横向加劲肋，其作用是防止因剪切使腹板产生的屈曲； 在配置横
10、向加劲肋的同时，在腹板的受压区，顺梁跨度方向设置的为纵向加劲肋，其作用是防止因弯曲使腹板产生的屈曲； 还可以在配置横向加劲肋、纵向加劲肋的同时，在受压区配置短向加劲肋，其作用是防止因局部压应力使腹板产生的屈曲。,1）腹板加劲肋的配置规定。,（2）加劲肋的截面选择和构造要求 加劲肋宜在腹板两侧成对配置，也可单侧配置，但支承加紧肋、重级工作制吊车梁的加劲肋不应单侧配置。 横向加劲肋的最小间距应为0.5h0，最大间距应为2h0（对无局部压应力的梁，当时h0/tw100时，可采用2.5h0）。纵向加劲肋至腹板计算高度受压边缘的距离应在hc/2.5hc/2范围内。,作为腹板的支承边，加劲肋还应具有足够的
11、刚度，其截面应符合下列公式要求： 外伸宽度 bsh0/30+40mm 厚 度 ts bs/15 在同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板中，横向加劲肋的截面尺寸除应符合上述规定外，其对腹板水平轴的截面惯性矩IZ尚应满足下式要求： IZ 3h0tw3 纵向加劲肋对腹板竖直轴的截面惯性矩Iy应满足下列公式要求： 当a/h00.85时 Iy 1.5h0tw3 当a/h00.85时 Iy (2.5-0.45a/h0)(a/h0)2h0tw3,在同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强腹板时，前者还作为后者的支承，故应保持前者连续，而将后者在相交处切断。 为了避免焊缝交叉，减少焊接应力，横向加劲肋与翼缘相接处应
12、切去宽约bs/3（但不大于40）、高约bs/2（但不大于60）的斜角。加劲肋应与上、下翼缘焊牢。（对直接承受动力荷载的梁，中间横向加劲肋下端不应与受拉翼缘焊接，一般在距受拉翼缘50100mm处断开。 短向加劲肋的最小间距为0.75h1。短向加劲肋外伸宽度应取横向加劲肋外伸宽度的0.7 1.0倍，厚度不应小于短向加劲肋外伸宽度的1/15。,10.1.3 型钢梁的设计 1单向弯曲型钢梁,【例10-2】有一工作平台梁格布置如图10-13所示。梁上密铺预制钢筋混凝土平台板，其恒荷载标准值为3.2kN/m2,活荷载标准值为13.5kN/m2（静力荷载）。钢材Q345钢试按下列两种情况选择次梁截面：（1）
13、平台板与次梁焊接；（2）平台板与次梁不焊接。,图10-13 例10-2图,【解】 （1）平台板与次梁焊接。此种情况可保证梁的整体稳定，故只须按强度和刚度选择截面。 a 最大弯矩设计值 次梁承受的线荷载： 标准值 设计值 平台板恒荷载 平台板活荷载 平台板总荷载,b选择次梁截面。 按抗弯强度计算型钢需要的截面抵抗矩 采用工字钢。查附表18，选I40a，自重 ； ； c验算截面。 加上自重后的最大弯矩设计值,1）抗弯强度。 2）刚度。 加上自重后的线荷载标准值,3）局部承压强度。 若次梁叠加在主梁上，则应验算支座处即腹板下边缘的局部承压强度。 支座反力 设支承长度。查附表，得,由计算结果可知，若截
14、面无太大削弱， 一般可不计算（剪应力和折算应力同样可不计算）。 （2）平台板与次梁不焊接，此种情况对次梁的整体稳定无可靠保证，故需按整体稳定选择截面。 查附表11，（按跨中无侧向支承点的梁，均布荷载作用在上翼缘， ，工字钢型号4563）得 。型钢需要的截面抵抗矩：,查附表，选I50a，自重 加上自重后的最大弯矩设计值： 梁的整体稳定性： 比较两种情况所选截面可见，后者用钢量较大，故设计时应尽量采取能保证梁整体稳定性的措施，以节约钢材。,2双向弯曲型钢梁,【例10-3】设计一支承坡形石棉瓦屋面的檩条，屋面坡度1/2.5，檩条跨度为5m，水平间距为0.79m（沿屋面坡向间距为0.851m），跨中设置一道拉条。屋面均布活荷载0.3kN/m2（水平投影面），雪荷载0.35kN/m2,无积灰荷载，钢材Q235-A，采用槽钢截面如图10-14所示，试选择檩条截面。,【解】 坡形石棉瓦自重0.20kN/m2（坡向），预估檩条（包括拉条）自重0.1kN/m，活荷载和雪荷载应取其中较大值，故按0.35 kN/m2计算。 檩
