鋼結(jié)構(gòu)梁PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu) 梁梁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件 蜂窩梁蜂窩梁是將工字鋼或是將工字鋼或H型鋼的腹板沿折線切開，再焊成的空腹梁。型鋼的腹板沿折線切開，再焊成的空腹梁。第1頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件2依截面的變化情況分依截面的變化情況分等截面梁等截面梁和和變截面梁變截面梁。 3依梁支承情況分依梁支承情況分簡支梁簡支梁、懸臂梁懸臂梁和和連續(xù)梁連續(xù)梁。 4預(yù)應(yīng)力梁預(yù)應(yīng)力梁 在梁的受拉側(cè)設(shè)置具有較高預(yù)拉力的高強度鋼索，原理與預(yù)應(yīng)力混凝土梁相同在梁的受拉側(cè)設(shè)置具有較高預(yù)拉力的高強度鋼索，原理與預(yù)應(yīng)力混凝土梁相同 。5梁格梁格 主梁和次梁交叉連接組成交叉梁系，在梁格上鋪放直接承受荷載的鋼或鋼筋混凝土面板。分

2、為簡單梁格、普通梁格、復(fù)式梁格。主梁和次梁交叉連接組成交叉梁系，在梁格上鋪放直接承受荷載的鋼或鋼筋混凝土面板。分為簡單梁格、普通梁格、復(fù)式梁格。第2頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件四、設(shè)計要求四、設(shè)計要求應(yīng)滿足應(yīng)滿足強度強度、剛度剛度、整體穩(wěn)定整體穩(wěn)定和和局部穩(wěn)定局部穩(wěn)定要求。要求。5.2 梁的強度和剛度計算梁的強度和剛度計算 梁的強度和剛度往往對截面設(shè)計起控制作梁的強度和剛度往往對截面設(shè)計起控制作用。設(shè)計時通常先進(jìn)行用。設(shè)計時通常先進(jìn)行強度強度和和 剛度剛度 計算。計算。第3頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件一、梁的一、梁的強度強度計算計算 在荷載設(shè)計值作用下，梁的在荷載設(shè)計值作用下，梁的彎曲正應(yīng)

3、力彎曲正應(yīng)力、剪應(yīng)力剪應(yīng)力、局部承壓應(yīng)力局部承壓應(yīng)力和和在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的折算應(yīng)力在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的折算應(yīng)力等均不超過設(shè)計規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)強度設(shè)計值。等均不超過設(shè)計規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)強度設(shè)計值。1、梁的、梁的抗彎強度抗彎強度2、梁的、梁的抗剪強度抗剪強度4、梁、梁在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強度在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強度計算計算第4頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件1、梁的、梁的抗彎強度抗彎強度（1）純彎時梁的工作階段）純彎時梁的工作階段 、彈性工作階段、彈性工作階段 最大彎矩最大彎矩 Me = Wefy 、彈塑性工作階段、彈塑性工作階段 截面上部和下部出現(xiàn)塑性區(qū)，截面中間為彈性區(qū)截面上部和下部出現(xiàn)塑性區(qū)，截面中間為

4、彈性區(qū)。 、塑性工作階段、塑性工作階段 全部達(dá)到全部達(dá)到fy，形成，形成“塑性鉸塑性鉸”， 達(dá)到極限承載達(dá)到極限承載能能 力。力。 Mp = Wpnfy 截面形狀系數(shù)截面形狀系數(shù) F = Mp / Me = Wpn/Wn 梁的正應(yīng)力和應(yīng)變梁的正應(yīng)力和應(yīng)變第5頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件（2）、）、抗彎強度抗彎強度的計算的計算、一般梁和非重級工作制吊車梁、一般梁和非重級工作制吊車梁單向受彎時：單向受彎時：fwMwMnyyynxxx 當(dāng)為連續(xù)梁或固端梁時，允許當(dāng)為連續(xù)梁或固端梁時，允許按照塑性設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計。按照塑性設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計。Mx Wpnxf雙向受彎時：雙向受彎時：fwMnxxx、對于

5、重級工作制吊車、對于重級工作制吊車梁梁 有塑性區(qū)時鋼材易發(fā)生硬化有塑性區(qū)時鋼材易發(fā)生硬化，促使疲勞斷裂發(fā)生。應(yīng)按彈性，促使疲勞斷裂發(fā)生。應(yīng)按彈性工作階段進(jìn)行計算，在上式中取工作階段進(jìn)行計算，在上式中取 x= y =1.0即可。即可。 規(guī)范對承受靜力荷載或間接承受動力荷載的簡支梁，只是有限制地利用塑性發(fā)展。規(guī)范取塑性發(fā)展總深度不大于截面高度的規(guī)范對承受靜力荷載或間接承受動力荷載的簡支梁，只是有限制地利用塑性發(fā)展。規(guī)范取塑性發(fā)展總深度不大于截面高度的1/4，通過對，通過對Wn乘以一小于乘以一小于 F的塑性發(fā)展系數(shù)的塑性發(fā)展系數(shù) x和和 y來實現(xiàn)。梁的抗彎強度按下列規(guī)定計算：來實現(xiàn)。梁的抗彎強度按下

6、列規(guī)定計算：第6頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件2、梁的、梁的抗剪強度抗剪強度鋼梁一般為薄壁截面，剪應(yīng)力可用剪力流理論來計算。鋼梁一般為薄壁截面，剪應(yīng)力可用剪力流理論來計算。vwfItVSmax 該式是一彈性公式，它沒該式是一彈性公式，它沒有考慮塑性發(fā)展，但也沒有有考慮塑性發(fā)展，但也沒有考慮截面上有螺栓孔等對截考慮截面上有螺栓孔等對截面的削弱影響，是一近似公面的削弱影響，是一近似公式。但當(dāng)腹板上開有較大孔式。但當(dāng)腹板上開有較大孔時，則應(yīng)考慮孔洞的影響。時，則應(yīng)考慮孔洞的影響。第7頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件梁中部集中荷載作用梁中部集中荷載作用 =a+5h +2h梁端部集中荷載作用梁端部集中荷載

7、作用 =a+2.5h +a計算公式計算公式ftLFwzc第8頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件4、梁、梁在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強度在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強度計算計算fcc12223 計算的是腹板計算高度邊緣的局部區(qū)域，幾種應(yīng)力同時最大的概率很小，將計算的是腹板計算高度邊緣的局部區(qū)域，幾種應(yīng)力同時最大的概率很小，將f 乘以乘以 1。當(dāng)。當(dāng) 與與 c異號時，異號時， 1=1.2； 與與 c同號時同號時 1=1.1，前者比后者塑性變形能力大。，前者比后者塑性變形能力大。二、梁的二、梁的剛度剛度計算計算 W W W按工程力學(xué)彈性公式計算，按工程力學(xué)彈性公式計算， W 見表見表5-3。 當(dāng)有實踐經(jīng)驗或有特殊要求時，

8、可根據(jù)不影當(dāng)有實踐經(jīng)驗或有特殊要求時，可根據(jù)不影響正常使用和觀感的原則對響正常使用和觀感的原則對W進(jìn)行調(diào)整。進(jìn)行調(diào)整。 第9頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件5.3 梁的整體穩(wěn)定梁的整體穩(wěn)定第10頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件一、定義一、定義 當(dāng)彎矩的彎矩當(dāng)彎矩的彎矩M0.6 fy時，即時，即 b0.6時，梁已進(jìn)入了彈塑性工作階段應(yīng)采用時，梁已進(jìn)入了彈塑性工作階段應(yīng)采用 b來代替公式中的來代替公式中的 b值。值。1/282. 007. 1bb 軋制軋制H型鋼、普通工字鋼、槽鋼簡支梁的型鋼、普通工字鋼、槽鋼簡支梁的 b計算方法見教材。當(dāng)計算方法見教材。當(dāng) b0.6時，應(yīng)采用時，應(yīng)采用 b 代替代替

9、b 。四、可不計算其整體穩(wěn)定性的條件：四、可不計算其整體穩(wěn)定性的條件：1.有剛性鋪板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固相連接時；有剛性鋪板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固相連接時；2.工字型截面簡支梁受壓翼緣的自由長度工字型截面簡支梁受壓翼緣的自由長度l1與其寬度與其寬度b1之比不超過表之比不超過表5-8所規(guī)定的數(shù)值時。所規(guī)定的數(shù)值時。 3.箱形截面梁，當(dāng)箱形截面梁，當(dāng)h/b0 6，且，且l1/b0 95(235/fy )時。時。第14頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件五、梁整體穩(wěn)定系數(shù)五、梁整體穩(wěn)定系數(shù) b的近似計算的近似計算對于受均布對于受均布彎矩（純彎彎矩（純彎曲）作用的曲）作用的構(gòu)件，當(dāng)構(gòu)件，當(dāng)

10、 時，其整體時，其整體穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù) b可按近似公可按近似公式計算。式計算。yyf/235120近似公式中的近似公式中的 b值已考慮了值已考慮了非彈性屈曲問非彈性屈曲問題，當(dāng)題，當(dāng) b 0.6時，不需要再時，不需要再換算成換算成 b值。值。當(dāng)算得的當(dāng)算得的 b值值大于大于1.0 時，取時，取 b=1.0 。實際工程中能滿足實際工程中能滿足上述上述 b近似計算公近似計算公式條件的梁很少見式條件的梁很少見，它們很少用于梁，它們很少用于梁的整體穩(wěn)定計算。的整體穩(wěn)定計算。主要用于壓彎構(gòu)件主要用于壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)在彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定計算，的整體穩(wěn)定計算，可使得計算簡化?？墒沟糜嬎愫喕?。第

11、15頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件5.4 梁的局部穩(wěn)定梁的局部穩(wěn)定梁的局部穩(wěn)定問題：梁的局部穩(wěn)定問題： 考慮強度，腹板宜既高又??；考慮整體穩(wěn)定，翼緣宜既寬又薄。在荷載作用下，受壓翼緣和腹板有可能發(fā)生波形屈曲，稱為梁的局部失穩(wěn)。梁喪失局部穩(wěn)定后，梁的部分區(qū)域退出工作，將使梁的有效截面積和剛度減小，強度承載力和整體穩(wěn)定性降低?？紤]強度，腹板宜既高又?。豢紤]整體穩(wěn)定，翼緣宜既寬又薄。在荷載作用下，受壓翼緣和腹板有可能發(fā)生波形屈曲，稱為梁的局部失穩(wěn)。梁喪失局部穩(wěn)定后，梁的部分區(qū)域退出工作，將使梁的有效截面積和剛度減小，強度承載力和整體穩(wěn)定性降低。第16頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件一、梁受壓翼緣的局部

12、穩(wěn)定一、梁受壓翼緣的局部穩(wěn)定 梁翼緣板遠(yuǎn)離中和軸，強度一般能夠得到充分利用。應(yīng)使翼緣的梁翼緣板遠(yuǎn)離中和軸，強度一般能夠得到充分利用。應(yīng)使翼緣的 crfy，通過限制，通過限制b1/t來實現(xiàn)。不滿足要求時，常采用增加厚度來滿足。規(guī)范考慮不同的設(shè)計方法所取梁截面塑性區(qū)深度不同，采用不同的來實現(xiàn)。不滿足要求時，常采用增加厚度來滿足。規(guī)范考慮不同的設(shè)計方法所取梁截面塑性區(qū)深度不同，采用不同的 值來求受壓翼緣值來求受壓翼緣b1/t的限值。的限值。當(dāng)梁按彈性設(shè)計時：當(dāng)梁按彈性設(shè)計時：yftb235151當(dāng)梁按彈塑性：當(dāng)梁按彈塑性：yftb235131第17頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件當(dāng)梁按塑性設(shè)計時：當(dāng)梁

13、按塑性設(shè)計時：yftb23591二、梁腹板的臨界應(yīng)力二、梁腹板的臨界應(yīng)力 簡支梁腹板在靠近支座的區(qū)段以承受簡支梁腹板在靠近支座的區(qū)段以承受為主，跨中區(qū)段以承受為主，跨中區(qū)段以承受為主。當(dāng)梁承受有較大集中荷載時，腹板還承受局部壓應(yīng)力為主。當(dāng)梁承受有較大集中荷載時，腹板還承受局部壓應(yīng)力c作用。在梁腹板的某些板段，可能受作用。在梁腹板的某些板段，可能受、和和c共同作用。因此應(yīng)按不同受力狀態(tài)來分析板段的臨界應(yīng)力。共同作用。因此應(yīng)按不同受力狀態(tài)來分析板段的臨界應(yīng)力。第18頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件1、腹板在純彎曲狀態(tài)的臨界應(yīng)力、腹板在純彎曲狀態(tài)的臨界應(yīng)力 彈性階段純彎曲狀態(tài)下的四邊支承板的彈性階段純

14、彎曲狀態(tài)下的四邊支承板的cr計算公式同前，但計算公式同前，但和和k值不同。根據(jù)試驗可取值不同。根據(jù)試驗可取 =1.61， kmin=23.9?？傻谩？傻?cr=715(100tw/h0)2 h0對對cr影響很大，影響很大， a對對cr影響不大。常采用設(shè)縱向加勁肋的辦法來提高影響不大。常采用設(shè)縱向加勁肋的辦法來提高cr。第19頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件crywfth23517402221210093123ltllwcr vpcrcrf第20頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件ywfth235850201.100htCwcrc3、在局部壓應(yīng)力作用下的臨界應(yīng)力、在局部壓應(yīng)力作用下的臨界應(yīng)力理論分析得臨

15、界應(yīng)力表達(dá)式為：理論分析得臨界應(yīng)力表達(dá)式為：ywfth235840由由fy，可得當(dāng)，可得當(dāng)a/h 2.0時，腹板應(yīng)滿足時，腹板應(yīng)滿足第21頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件4、在幾種應(yīng)力共同作用下腹板屈曲的臨界條件、在幾種應(yīng)力共同作用下腹板屈曲的臨界條件 在幾種應(yīng)力共同作用下腹板發(fā)生屈曲時，常以相關(guān)方程的形式來表示其臨界條件，其表達(dá)式見在幾種應(yīng)力共同作用下腹板發(fā)生屈曲時，常以相關(guān)方程的形式來表示其臨界條件，其表達(dá)式見(5-47)（5-49）式。）式。第22頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件三、腹板的局部穩(wěn)定計算三、腹板的局部穩(wěn)定計算1、加勁肋的種類和作用、加勁肋的種類和作用 設(shè)計時常用設(shè)加勁肋來提高腹

16、板的穩(wěn)定性。橫向加勁肋用于防止由剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力作用引起的腹板失穩(wěn)，縱向加勁肋用于防止由彎曲應(yīng)力引起的腹板失穩(wěn)，短加勁肋防止由局部壓應(yīng)力引起的腹板失穩(wěn)。當(dāng)集中荷載作用處設(shè)有支承加勁肋時，該加勁肋既要起加強腹板局部穩(wěn)定性的一般橫向加勁肋的作用，又要承受集中荷載并把它傳給梁腹板，稱該加勁肋為支承加勁肋。設(shè)計時常用設(shè)加勁肋來提高腹板的穩(wěn)定性。橫向加勁肋用于防止由剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力作用引起的腹板失穩(wěn)，縱向加勁肋用于防止由彎曲應(yīng)力引起的腹板失穩(wěn)，短加勁肋防止由局部壓應(yīng)力引起的腹板失穩(wěn)。當(dāng)集中荷載作用處設(shè)有支承加勁肋時，該加勁肋既要起加強腹板局部穩(wěn)定性的一般橫向加勁肋的作用，又要承受集中荷載并把它傳給梁

17、腹板，稱該加勁肋為支承加勁肋。第23頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件2、梁腹板加勁肋的配置和構(gòu)造要求、梁腹板加勁肋的配置和構(gòu)造要求 由上述荷載單獨作用的分析，并考慮幾種應(yīng)力同時作用的情況，參考設(shè)計經(jīng)驗，要求如下：由上述荷載單獨作用的分析，并考慮幾種應(yīng)力同時作用的情況，參考設(shè)計經(jīng)驗，要求如下：（1）當(dāng)）當(dāng) 時，對無局部壓應(yīng)力（時，對無局部壓應(yīng)力（ c=0）的梁可不配置加勁肋；對有局部壓應(yīng)力（）的梁可不配置加勁肋；對有局部壓應(yīng)力（ c0）的梁宜按構(gòu)造配置橫向加勁肋。）的梁宜按構(gòu)造配置橫向加勁肋。ywfth/23580/0ywyfthf/235170/235800（2）當(dāng)）當(dāng) 時，應(yīng)按計算配置橫向加勁

18、肋。時，應(yīng)按計算配置橫向加勁肋。ywfth/235170/0（3）當(dāng)）當(dāng) 時，應(yīng)按計算配置橫向加勁肋以及在受壓區(qū)配置縱向加勁肋；必要時尚應(yīng)在受壓區(qū)配置短加勁肋。時，應(yīng)按計算配置橫向加勁肋以及在受壓區(qū)配置縱向加勁肋；必要時尚應(yīng)在受壓區(qū)配置短加勁肋。第24頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件 在梁的支座處和上翼緣承受有較大固定集中荷載處，宜設(shè)置支承加勁肋。塑性設(shè)計的梁，為保證塑性變形的充分發(fā)展在梁的支座處和上翼緣承受有較大固定集中荷載處，宜設(shè)置支承加勁肋。塑性設(shè)計的梁，為保證塑性變形的充分發(fā)展 ywfth/23572/03.僅設(shè)橫向加勁肋時梁腹板的局部穩(wěn)定計算僅設(shè)橫向加勁肋時梁腹板的局部穩(wěn)定計算 設(shè)計規(guī)

19、范考慮彈塑性多種應(yīng)力共同作用時的臨界條件，對于承受靜載的梁，考慮腹板的屈曲后強度進(jìn)行承載力計算（見下節(jié)）；直接承受動力荷載的梁不考慮腹板的屈曲后強度，應(yīng)按照上述要求配置加勁肋，并按下列要求進(jìn)行腹板局部穩(wěn)定計算。設(shè)計規(guī)范考慮彈塑性多種應(yīng)力共同作用時的臨界條件，對于承受靜載的梁，考慮腹板的屈曲后強度進(jìn)行承載力計算（見下節(jié)）；直接承受動力荷載的梁不考慮腹板的屈曲后強度，應(yīng)按照上述要求配置加勁肋，并按下列要求進(jìn)行腹板局部穩(wěn)定計算。1)()(,22crcccrcr第25頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件 4.同時設(shè)縱、橫向加勁肋時梁腹板的局部穩(wěn)定計算同時設(shè)縱、橫向加勁肋時梁腹板的局部穩(wěn)定計算(1)受壓翼緣與

20、縱向加勁肋之間的區(qū)格受壓翼緣與縱向加勁肋之間的區(qū)格1)(211,1crcrcccr(2)受拉翼緣與縱向加勁肋之間的區(qū)格受拉翼緣與縱向加勁肋之間的區(qū)格1)()(2,222222crcccrcr第26頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件5.水工結(jié)構(gòu)中主梁腹板局部穩(wěn)定計算水工結(jié)構(gòu)中主梁腹板局部穩(wěn)定計算 在設(shè)計鋼閘門和鋼引橋的主梁時，構(gòu)造要求使得在設(shè)計鋼閘門和鋼引橋的主梁時，構(gòu)造要求使得a已初步給定。這時只需采用下式驗算腹板各區(qū)段的局部穩(wěn)定性：已初步給定。這時只需采用下式驗算腹板各區(qū)段的局部穩(wěn)定性：20maxwthV四、腹板中間加勁設(shè)計四、腹板中間加勁設(shè)計 腹板中間加勁肋指非集中荷載作用點處的加勁肋，一般在

21、腹板兩側(cè)成對配置。除重級工作制吊車梁外，也可單側(cè)配置。加勁肋大多采用鋼板制做，也可用型鋼做成。加勁肋必須具有足夠的抗彎剛度，按構(gòu)造要求配置。腹板中間加勁肋指非集中荷載作用點處的加勁肋，一般在腹板兩側(cè)成對配置。除重級工作制吊車梁外，也可單側(cè)配置。加勁肋大多采用鋼板制做，也可用型鋼做成。加勁肋必須具有足夠的抗彎剛度，按構(gòu)造要求配置。第27頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件五、支承加勁肋的設(shè)計五、支承加勁肋的設(shè)計 支承加勁肋要加強腹板局部穩(wěn)定性和承受集中荷載支承加勁肋要加強腹板局部穩(wěn)定性和承受集中荷載F并把它傳給梁腹板，防止并把它傳給梁腹板，防止F直接傳給梁腹板產(chǎn)生較大的局部壓應(yīng)力。設(shè)計計算主要包括下列

22、三方面：直接傳給梁腹板產(chǎn)生較大的局部壓應(yīng)力。設(shè)計計算主要包括下列三方面： 1.當(dāng)當(dāng)F通過支承加勁肋端部刨平頂緊于柱頂或梁翼緣傳遞時，按傳遞全部通過支承加勁肋端部刨平頂緊于柱頂或梁翼緣傳遞時，按傳遞全部F計算其端面承壓應(yīng)力。計算其端面承壓應(yīng)力。 當(dāng)當(dāng)F很小時很小時, 支承加勁肋和翼緣間也可不刨平頂緊支承加勁肋和翼緣間也可不刨平頂緊,而靠焊縫傳力。而靠焊縫傳力。cececefAF/第28頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件 2.支承加勁肋應(yīng)按承受軸心壓力支承加勁肋應(yīng)按承受軸心壓力F的柱驗算其在腹板平面外的整體穩(wěn)定。計算高度取為的柱驗算其在腹板平面外的整體穩(wěn)定。計算高度取為h0 ，柱截面取加勁肋及其兩側(cè)，

23、柱截面取加勁肋及其兩側(cè) 范圍內(nèi)的腹板，但不超出梁端為限。范圍內(nèi)的腹板，但不超出梁端為限。ywft/23515 3.支承加勁肋與腹板的連接應(yīng)按承受支承加勁肋與腹板的連接應(yīng)按承受F計算，常采用角焊縫連接，取應(yīng)力沿焊縫全長均勻分布。計算，常采用角焊縫連接，取應(yīng)力沿焊縫全長均勻分布。第29頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件5.5 考慮屈曲后強度時梁的承載力考慮屈曲后強度時梁的承載力一一.意義意義 采取增大板厚或設(shè)置加勁肋來防止鋼梁發(fā)生局部失穩(wěn)，往往要耗用較多鋼材，特別是對大型梁，增加鋼材用量可達(dá)采取增大板厚或設(shè)置加勁肋來防止鋼梁發(fā)生局部失穩(wěn)，往往要耗用較多鋼材，特別是對大型梁，增加鋼材用量可達(dá)15%以上，

24、且設(shè)置加勁肋還要增加制作工作量。板件發(fā)生局部失穩(wěn)并不意味著構(gòu)件承載能力的喪失，且構(gòu)件還可能承受大的荷載。利用這一性能可使截面布置得更舒展，以較少的鋼材來達(dá)到構(gòu)件整體穩(wěn)定的要求和剛度的要求。設(shè)計中由于考慮了各種安全因數(shù)使得實際工作應(yīng)力較小，即使板件的寬厚比超過了防止局部失穩(wěn)的對應(yīng)的要求，在日常使用的條件下，一般不會觀察到明顯的局部失穩(wěn)現(xiàn)象。以上，且設(shè)置加勁肋還要增加制作工作量。板件發(fā)生局部失穩(wěn)并不意味著構(gòu)件承載能力的喪失，且構(gòu)件還可能承受大的荷載。利用這一性能可使截面布置得更舒展，以較少的鋼材來達(dá)到構(gòu)件整體穩(wěn)定的要求和剛度的要求。設(shè)計中由于考慮了各種安全因數(shù)使得實際工作應(yīng)力較小，即使板件的寬厚比

25、超過了防止局部失穩(wěn)的對應(yīng)的要求，在日常使用的條件下，一般不會觀察到明顯的局部失穩(wěn)現(xiàn)象。第30頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件二二.不利用屈曲后強度的情況不利用屈曲后強度的情況 1、承受反復(fù)荷載作用的梁。多次反復(fù)屈曲可能導(dǎo)致出現(xiàn)疲勞裂紋，構(gòu)件的承載性能也將逐步惡化。由于研究尚少，目前不考慮利用屈曲后強度。、承受反復(fù)荷載作用的梁。多次反復(fù)屈曲可能導(dǎo)致出現(xiàn)疲勞裂紋，構(gòu)件的承載性能也將逐步惡化。由于研究尚少，目前不考慮利用屈曲后強度。 2. 塑性設(shè)計的梁。局部失穩(wěn)將使構(gòu)件塑性性能不能充分發(fā)展，不利用屈曲后強度。塑性設(shè)計的梁。局部失穩(wěn)將使構(gòu)件塑性性能不能充分發(fā)展，不利用屈曲后強度。第31頁/共52頁河海大

26、學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件 3 工字形和槽形截面的受壓翼緣，也存在屈曲后的強度。但屈曲后繼續(xù)承載的潛力不大，計算也很復(fù)雜，不考慮利用翼緣的屈曲后強度。工字形和槽形截面的受壓翼緣，也存在屈曲后的強度。但屈曲后繼續(xù)承載的潛力不大，計算也很復(fù)雜，不考慮利用翼緣的屈曲后強度。第32頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件三三.構(gòu)造要求構(gòu)造要求 利用腹板的屈曲后強度時，不設(shè)置縱向加勁肋。即使腹板的高厚比超過利用腹板的屈曲后強度時，不設(shè)置縱向加勁肋。即使腹板的高厚比超過 ，可只設(shè)橫向加勁肋，其間距一般采用，可只設(shè)橫向加勁肋，其間距一般采用a=(1.01.5)h0 。yf/2351701腹板受彎屈曲后梁的承載力腹板受彎屈曲后梁的承

27、載力 腹板寬厚比較大而不設(shè)縱向加勁肋時，在彎矩作用下腹板的受壓區(qū)可能屈曲。屈曲后的彎矩還可繼續(xù)增大，但受壓區(qū)的應(yīng)力分布不再是線性的，其邊緣應(yīng)力達(dá)到腹板寬厚比較大而不設(shè)縱向加勁肋時，在彎矩作用下腹板的受壓區(qū)可能屈曲。屈曲后的彎矩還可繼續(xù)增大，但受壓區(qū)的應(yīng)力分布不再是線性的，其邊緣應(yīng)力達(dá)到fy時即認(rèn)為達(dá)到承載力的極限。時即認(rèn)為達(dá)到承載力的極限。第33頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件 設(shè)計取腹板受拉區(qū)全部有效；受壓區(qū)可引入有效寬度的概念，假定有效寬度均分在受壓區(qū)的上下部位。梁所能承受的彎矩取這一有效截面，按應(yīng)力線性分布計算。我國規(guī)范建議的梁抗彎承載力設(shè)計值設(shè)計取腹板受拉區(qū)全部有效；受壓區(qū)可引入有效寬度

28、的概念，假定有效寬度均分在受壓區(qū)的上下部位。梁所能承受的彎矩取這一有效截面，按應(yīng)力線性分布計算。我國規(guī)范建議的梁抗彎承載力設(shè)計值Meu為為 Meu=xeWxf 2腹板受剪屈曲后梁的承載力腹板受剪屈曲后梁的承載力 梁橫向加勁肋與翼緣所圍區(qū)間在剪力作用下局部失穩(wěn)后，主壓應(yīng)力不能增長，主拉應(yīng)力還可以隨荷載的增加而增加，還有繼續(xù)承載的能力。梁的上下翼緣猶如桁架的上下弦，橫向加勁肋如同受壓豎桿，失穩(wěn)區(qū)段內(nèi)的斜向張力帶則起到受拉斜桿的作用。梁橫向加勁肋與翼緣所圍區(qū)間在剪力作用下局部失穩(wěn)后，主壓應(yīng)力不能增長，主拉應(yīng)力還可以隨荷載的增加而增加，還有繼續(xù)承載的能力。梁的上下翼緣猶如桁架的上下弦，橫向加勁肋如同受

29、壓豎桿，失穩(wěn)區(qū)段內(nèi)的斜向張力帶則起到受拉斜桿的作用。第34頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件 腹板屈曲后的抗剪承載力腹板屈曲后的抗剪承載力Vu應(yīng)為屈曲剪力應(yīng)為屈曲剪力Vcr與張力剪力與張力剪力Vt之和。之和。 Vu=Vcr+Vt3考慮腹板屈曲后強度時梁的承載力計算考慮腹板屈曲后強度時梁的承載力計算 梁通常受到梁通常受到M和和V的共同作用，規(guī)范引用的共同作用，規(guī)范引用M和和V的無量綱化的相關(guān)關(guān)系如圖所示。按下式驗算工字形截面梁的抗彎和抗剪承載力的無量綱化的相關(guān)關(guān)系如圖所示。按下式驗算工字形截面梁的抗彎和抗剪承載力：1) 15 . 0(2feufuMMMMVV 當(dāng)僅配置支承加勁助不滿足上式要求時，應(yīng)在

30、兩側(cè)成對設(shè)置中間橫向加勁肋當(dāng)僅配置支承加勁助不滿足上式要求時，應(yīng)在兩側(cè)成對設(shè)置中間橫向加勁肋。 第35頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件 中間橫向加勁肋應(yīng)按軸心受壓構(gòu)件計算其在腹板平面外的穩(wěn)定性。中間橫向加勁肋受到斜向張力場的豎向分力的作用，規(guī)范取中間橫向加勁肋所受軸心壓力中間橫向加勁肋應(yīng)按軸心受壓構(gòu)件計算其在腹板平面外的穩(wěn)定性。中間橫向加勁肋受到斜向張力場的豎向分力的作用，規(guī)范取中間橫向加勁肋所受軸心壓力Ns為為 Ns= Vu-h0twcr 若中間橫向加勁肋還承受集中荷載若中間橫向加勁肋還承受集中荷載F，則應(yīng)按，則應(yīng)按NNs+F計算其在腹板平面外的穩(wěn)定。計算其在腹板平面外的穩(wěn)定。 梁支座加勁肋，

31、除承受梁支座反力梁支座加勁肋，除承受梁支座反力R外，還承受張力場斜拉力的水平分力外，還承受張力場斜拉力的水平分力H 200() 1 ( /)uwcrHVh ta h H的作用點取在距腹板計算高度上邊緣的作用點取在距腹板計算高度上邊緣h0/4處。處。 支座加勁肋按承受支座加勁肋按承受Ns和和H共同作用的壓彎構(gòu)件計算其在腹板平面外的穩(wěn)定性。共同作用的壓彎構(gòu)件計算其在腹板平面外的穩(wěn)定性。第36頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件5.6 鋼梁的設(shè)計鋼梁的設(shè)計一、型鋼梁設(shè)計一、型鋼梁設(shè)計、初選截面、初選截面、截面驗算、截面驗算 暫不計梁的自重，求出暫不計梁的自重，求出梁的最大彎矩設(shè)計值梁的最大彎矩設(shè)計值Mma

32、x，按抗彎強度或整體穩(wěn)定性要按抗彎強度或整體穩(wěn)定性要求計算梁需要的求計算梁需要的 Wnxr( 或或 ) ， 需先假定需先假定。)(maxfrMWxnxrfMWbmaxb 對于雙向受彎梁，可對式對于雙向受彎梁，可對式中的中的f乘以乘以0.8，以近似考慮，以近似考慮My的作用影響。然后查型鋼表，的作用影響。然后查型鋼表，選擇截面抵抗矩比選擇截面抵抗矩比Wnxr稍大的稍大的型鋼作為初選截面。型鋼作為初選截面。 計入梁的計入梁的自重，按本章自重，按本章前述方法進(jìn)行前述方法進(jìn)行梁的強度、整梁的強度、整體穩(wěn)定性和剛體穩(wěn)定性和剛度驗算，并最度驗算，并最后確定的梁截后確定的梁截面規(guī)格。對于面規(guī)格。對于H型鋼梁

33、和冷型鋼梁和冷彎薄壁型鋼梁彎薄壁型鋼梁，還需進(jìn)行局，還需進(jìn)行局部穩(wěn)定性驗算部穩(wěn)定性驗算。第37頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件二、組合梁的設(shè)計二、組合梁的設(shè)計 （一）、截面設(shè)計（一）、截面設(shè)計 組合梁的截面應(yīng)滿足強度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的要求。選擇截面時先考慮抗彎強度（或?qū)δ承┝簽檎w穩(wěn)定）要求，使截面有足夠的抵抗矩，并在計算過程中隨時兼顧其它各項要求。不同形式梁截面選擇的方法和步驟基本相同，現(xiàn)以焊接雙軸對稱工形截面梁為例來說明設(shè)計方法。截面設(shè)計共需確定四個基本尺寸：組合梁的截面應(yīng)滿足強度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的要求。選擇截面時先考慮抗彎強度（或?qū)δ承┝簽檎w穩(wěn)定）要求，使截面有足夠的

34、抵抗矩，并在計算過程中隨時兼顧其它各項要求。不同形式梁截面選擇的方法和步驟基本相同，現(xiàn)以焊接雙軸對稱工形截面梁為例來說明設(shè)計方法。截面設(shè)計共需確定四個基本尺寸：h0(或或h)、tw 、b和和t。第38頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件1、初選截面、初選截面（1）梁高）梁高建筑容許最大梁高建筑容許最大梁高h(yuǎn)max剛度要求的最小梁高剛度要求的最小梁高h(yuǎn)min經(jīng)濟高度經(jīng)濟高度he梁的截面高度梁的截面高度h根據(jù)根據(jù)下面三個參考高度確定下面三個參考高度確定 梁要有一定高梁要有一定高度度hmin，否則撓，否則撓度就會超過規(guī)定的度就會超過規(guī)定的容許值。簡支梁容許值。簡支梁lWflh/10225. 16min 梁

35、的高度大梁的高度大(小小)，腹板，腹板用鋼量增多用鋼量增多(減少減少)，而翼緣，而翼緣板用鋼量相對減少板用鋼量相對減少(增多增多) 。經(jīng)濟的截面高度應(yīng)使梁。經(jīng)濟的截面高度應(yīng)使梁的總用鋼量為最小。根據(jù)的總用鋼量為最小。根據(jù)抗彎強度條件，梁需要的抗彎強度條件，梁需要的截面模量截面模量Wx為為fMWxx分析可得分析可得heh0=2 Wx0.4第39頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件(2) 腹板厚度腹板厚度tw 采用的腹板厚度應(yīng)采用的腹板厚度應(yīng)符合鋼板規(guī)格，一般為符合鋼板規(guī)格，一般為2mm的倍數(shù)。根據(jù)抗剪的倍數(shù)。根據(jù)抗剪強度確定的腹板厚度往強度確定的腹板厚度往往偏小。設(shè)計時一般根往偏小。設(shè)計時一般根據(jù)經(jīng)驗

36、公式初選據(jù)經(jīng)驗公式初選tw 。5 . 3/0htw(3)翼緣的寬度翼緣的寬度b和厚度和厚度t 通常通常t和和b分別為分別為2和和10mm的的倍數(shù)，應(yīng)使倍數(shù)，應(yīng)使b適當(dāng)大些，以利于整適當(dāng)大些，以利于整體穩(wěn)定和梁上鋪放面板，也便于變體穩(wěn)定和梁上鋪放面板，也便于變截面時將截面時將b縮小。實際采用的縮小。實際采用的t應(yīng)與應(yīng)與前面的前面的f的厚度范圍一致。的厚度范圍一致。b還應(yīng)符還應(yīng)符合教材合教材151頁中的條件。頁中的條件。600hthWbtwx2、截面驗算、截面驗算 尺寸初步選定后，應(yīng)進(jìn)行精確驗算尺寸初步選定后，應(yīng)進(jìn)行精確驗算, 項目包括強度、剛度項目包括強度、剛度、整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性驗算，可按

37、前述方法進(jìn)行。若不、整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性驗算，可按前述方法進(jìn)行。若不滿足要求，應(yīng)調(diào)整截面尺寸，直至完全滿足要求為止。滿足要求，應(yīng)調(diào)整截面尺寸，直至完全滿足要求為止。第40頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件（二）、梁截面沿梁長度的改變（二）、梁截面沿梁長度的改變 將梁的截面隨彎矩變化而加以改變，可節(jié)省鋼材，但制造費用增加。設(shè)計時常用改變翼緣寬度或改變梁高兩種方式。梁改變一次截面可節(jié)省鋼材將梁的截面隨彎矩變化而加以改變，可節(jié)省鋼材，但制造費用增加。設(shè)計時常用改變翼緣寬度或改變梁高兩種方式。梁改變一次截面可節(jié)省鋼材1020%。如改變次數(shù)增多，其經(jīng)濟效益并不顯著。為了便于制造，一般只改變一次截面。如改變

38、次數(shù)增多，其經(jīng)濟效益并不顯著。為了便于制造，一般只改變一次截面。第41頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件 梁的撓度可采用近似公式梁的撓度可采用近似公式 由整體穩(wěn)定條件控制設(shè)由整體穩(wěn)定條件控制設(shè)計的梁，不宜沿長度改變截面。計的梁，不宜沿長度改變截面。 WIIEIlMWxxxk/12. 012. 1102（三）、腹板與翼緣間焊縫的計算（三）、腹板與翼緣間焊縫的計算 翼緣與腹板間采用焊透的翼緣與腹板間采用焊透的T形連接焊縫時不必進(jìn)行焊縫強度計算。對于角焊縫連接，必須通過焊縫強度計算來確定焊腳尺寸形連接焊縫時不必進(jìn)行焊縫強度計算。對于角焊縫連接，必須通過焊縫強度計算來確定焊腳尺寸hf 。梁上彎矩變化時，在

39、翼緣與腹板之間將產(chǎn)生剪力。梁上彎矩變化時，在翼緣與腹板之間將產(chǎn)生剪力Vh。第42頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件xwwxwhIVSttIVStV111xwffIfVSh4.11ZwwzwcVlFttlFtT11Vh由腹板與翼緣間焊縫承受由腹板與翼緣間焊縫承受 當(dāng)當(dāng)c0時，焊縫承受水平剪力時，焊縫承受水平剪力Vh，還承受由，還承受由c引起的豎向剪力引起的豎向剪力Tv。焊縫的強度計算公式為：焊縫的強度計算公式為：wffhfVfhVT7.0222可求得可求得2124.11xzfwffIVSlFfh 對于直接承受動力荷載的梁，取上式對于直接承受動力荷載的梁，取上式f=1.0；其它情況，??；其它情況，取f

40、 =1.22。第43頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件第七節(jié)第七節(jié) 梁的拼接、連接和支座設(shè)計梁的拼接、連接和支座設(shè)計一一. 梁的拼接梁的拼接 梁的拼接分為梁的拼接分為工廠拼接工廠拼接（受鋼材尺寸的限制，在工廠把鋼材接長或接寬）和（受鋼材尺寸的限制，在工廠把鋼材接長或接寬）和工地拼接工地拼接（受運輸或安裝條件限制，梁須分段制造，運至建設(shè)現(xiàn)場后在工地進(jìn)行的拼接）兩種。（受運輸或安裝條件限制，梁須分段制造，運至建設(shè)現(xiàn)場后在工地進(jìn)行的拼接）兩種。第44頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件1. 工廠拼接工廠拼接 鋼梁的拼接位置宜位于彎矩較小處。翼緣與腹板的拼接位置宜錯開，并避免與加勁肋或次梁連接處重合，以防止焊縫

41、密集與交叉。拼接宜采用對接直焊縫。鋼梁的拼接位置宜位于彎矩較小處。翼緣與腹板的拼接位置宜錯開，并避免與加勁肋或次梁連接處重合，以防止焊縫密集與交叉。拼接宜采用對接直焊縫。 2. 工地拼接工地拼接翼緣與腹板的拼接宜在同一位置，減少分段運輸碰損。對接焊縫的上、下翼緣宜采用朝上的翼緣與腹板的拼接宜在同一位置，減少分段運輸碰損。對接焊縫的上、下翼緣宜采用朝上的V形坡口，便于施焊。工地施焊條件差，宜盡量采用高強度螺栓摩擦型拼接。形坡口，便于施焊。工地施焊條件差，宜盡量采用高強度螺栓摩擦型拼接。第45頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件接頭應(yīng)按拼接截面的內(nèi)力設(shè)計。腹板拼接可按受全部剪力和所分配的彎矩共同作用計算

42、；翼緣拼接按所分配的彎矩設(shè)計。為避免梁接頭部位剛度過分變差，接頭抗彎承載力不應(yīng)小于梁毛截面承載力的一半。接頭應(yīng)按拼接截面的內(nèi)力設(shè)計。腹板拼接可按受全部剪力和所分配的彎矩共同作用計算；翼緣拼接按所分配的彎矩設(shè)計。為避免梁接頭部位剛度過分變差，接頭抗彎承載力不應(yīng)小于梁毛截面承載力的一半。翼緣與腹板可按其毛截面慣性矩翼緣與腹板可按其毛截面慣性矩Ifx和和Iwx分配彎矩分配彎矩 翼緣翼緣 Mf= M Ifx / Ix， Nf= Mf / h1 腹板腹板 Mw= MIwx/Ix， V w=V 第46頁/共52頁河海大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課件 上、下翼緣拼接每側(cè)的螺栓數(shù)目按承受上、下翼緣拼接每側(cè)的螺栓數(shù)目按承受Nf計算。為便于計算，且偏