[PPT]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之受彎構(gòu)件

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第五章 受彎構(gòu)件第一節(jié) 概述第二節(jié) 梁的強(qiáng)度與剛度第三節(jié) 梁的整體穩(wěn)定第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)第五節(jié) 型鋼梁的設(shè)計(jì)第六節(jié) 組合梁的設(shè)計(jì)第七節(jié) 梁的拼接、連接和支座本章提要 本章主要講述了受彎構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性計(jì)算和型鋼梁、焊接組合梁的截面設(shè)計(jì)以及受彎構(gòu)件的構(gòu)造要求，在學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)掌握下列內(nèi)容：(1) 掌握梁的強(qiáng)度、剛度和整體穩(wěn)定性的計(jì)算方法，掌握不需驗(yàn)算梁整體穩(wěn)定的條件和措施； (2) 掌握型鋼梁和焊接組合梁的截面設(shè)計(jì)方法；本章提要(3) 掌握梁腹板和翼緣局部穩(wěn)定的保證條件和措施，掌握加勁肋的設(shè)計(jì)方法；(4) 掌握梁中各焊縫的計(jì)算方法；(5)

2、 掌握梁的構(gòu)造要求。第一節(jié) 概述1、概述：受彎構(gòu)件主要是承受橫向荷載的實(shí)腹式構(gòu)件和格構(gòu)式構(gòu)件（桁架）；荷載通常有：均布荷載、集中荷載；主要內(nèi)力為：彎矩與剪力，按工程力學(xué)的彈性方法計(jì)算荷載效應(yīng)(彎矩、剪力、變形等） ；梁的正常使用極限狀態(tài)為控制梁的撓曲變形；梁的承載能力極限狀態(tài)為保證梁的強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性及局部穩(wěn)定性。第一節(jié) 概述 2、實(shí)腹式受彎構(gòu)件1）應(yīng)用：房屋建筑中的樓蓋梁、墻架梁、檁條、吊車(chē)梁和工作平臺(tái)梁；水工鋼閘門(mén)中的梁和海上采油平臺(tái)梁、橋梁等。2）鋼梁的分類(lèi)a、按加工條件分： 熱軋型鋼 焊接組合截面 冷彎薄壁型鋼鋼梁常用的截面形式第一節(jié) 概述b、按受力和彎曲變形的情況：1.單向彎曲梁；2

3、.雙向彎曲梁（吊車(chē)梁、檁條梁）c、按支承條件：1.簡(jiǎn)支梁；2.連續(xù)梁；3.懸臂梁不論何種支承的梁，當(dāng)截面內(nèi)力已知時(shí)，進(jìn)行截面設(shè)計(jì)的原則和方法時(shí)相同的。第二節(jié) 梁的強(qiáng)度與剛度一、梁的強(qiáng)度 梁在荷載作用下將產(chǎn)生正應(yīng)力、剪應(yīng)力，在集中荷載作用處還有局部承壓應(yīng)力，故梁的強(qiáng)度計(jì)算包括：正應(yīng)力、剪應(yīng)力、局部壓應(yīng)力，在正應(yīng)力、剪應(yīng)力及局部壓應(yīng)力共同作用處還應(yīng)驗(yàn)算折算應(yīng)力。1、梁的抗彎強(qiáng)度 鋼材的曲線表明，應(yīng)力在屈服點(diǎn)fy之前，鋼材性質(zhì)接近于理想的彈性體；在屈服點(diǎn)之后，又接近于理想的塑性體，所以可以把鋼材視為理想的彈塑性材料。 第二節(jié) 梁的強(qiáng)度與剛度 梁在彎矩作用下，隨彎矩的逐漸增大，梁截面上彎曲應(yīng)力的分布，

4、可分為三個(gè)階段：a）彈性工作階段 ；b）彈塑性工作階段 ；c）塑性工作階段。把邊緣纖維達(dá)到屈服點(diǎn)視為梁承載能力的極限狀態(tài)而作為設(shè)計(jì)時(shí)的依據(jù)的叫做彈性設(shè)計(jì)；在一定的條件下，考慮塑性變形的發(fā)展，稱為塑性設(shè)計(jì)。圖 梁受荷時(shí)各階段彎曲應(yīng)力的分布第二節(jié) 梁的強(qiáng)度與剛度截面形狀系數(shù)截面彈性工作階段的最大彎矩截面塑性工作階段的最大彎矩第二節(jié) 梁的強(qiáng)度與剛度規(guī)范規(guī)定：計(jì)算抗彎強(qiáng)度時(shí)，對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的受彎構(gòu)件，不考慮截面塑性變形的發(fā)展；對(duì)承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載的受彎構(gòu)件，考慮截面部分發(fā)生塑變。 承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載時(shí)單向彎曲雙向彎曲 x、y為截面塑性發(fā)展系數(shù)，對(duì)工字形截面，x=1.05,y

5、=1.20；對(duì)箱形截面，x=y=1.05；對(duì)其他截面可按查表采用；第二節(jié) 梁的強(qiáng)度與剛度 直接承受動(dòng)力荷載時(shí)，應(yīng)取x=y=1.0。也就是說(shuō)，對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載以及受壓翼緣尺寸接近局部穩(wěn)定限值時(shí)，不應(yīng)考慮塑性發(fā)展。當(dāng)抗彎強(qiáng)度不夠時(shí)，增大梁的高度最有效，可盡可能提高截面的抗彎剛度（慣性矩I、彈性抵抗矩W），充分發(fā)揮材料的受力性能。第二節(jié) 梁的強(qiáng)度與剛度2、抗剪強(qiáng)度計(jì)算在主平面內(nèi)受彎的實(shí)腹構(gòu)件，其抗剪強(qiáng)度按下式計(jì)算： 最大剪應(yīng)力可近似按下式計(jì)算當(dāng)抗剪強(qiáng)度不滿足要求時(shí)最好增加tw。F第二節(jié) 梁的強(qiáng)度與剛度3、局部承壓強(qiáng)度計(jì)算驗(yàn)算條件：梁上有集中荷載（包括支座反力）且此處無(wú)加勁肋）；或有移動(dòng)的集中荷載

6、。驗(yàn)算的位置：集中荷載作用截面：翼緣與腹板結(jié)合處（上、下），腹板的計(jì)算高度邊緣。驗(yàn)算方法：在集中荷載作用下，翼緣類(lèi)似支承于腹板的彈性地基。假定壓力以一定角度（集中荷載從作用處以1：1在hR高度范圍內(nèi)擴(kuò)散，以1：2.5在hy范圍內(nèi)擴(kuò)散）擴(kuò)散到計(jì)算高度處。梁的局部承壓強(qiáng)度可按下式計(jì)算： 第二節(jié) 梁的強(qiáng)度與剛度第二節(jié) 梁的強(qiáng)度與剛度 F集中荷載，動(dòng)力荷載乘以動(dòng)力系數(shù)； 集中荷載增大系數(shù)，對(duì)重級(jí)工作制吊車(chē)輪壓，取1.35， 其他取1.0； Lz集中荷載在腹板計(jì)算高度邊緣的假定分布長(zhǎng)度，跨中 lz a+5hy+2 hR；支座 lz a+ 2.5hy+a1 a 集中荷載沿跨度方向的支承長(zhǎng)度，輪壓a=50m

7、m； hy 自梁承載的邊緣到腹板計(jì)算高度邊緣的距離； hR 軌道高度，無(wú)軌道時(shí)取0； a1 梁端到支座板邊緣的距離，按實(shí)際情況取，但不大于2.5hy. 若 則加支承加勁肋，或修改截面（移動(dòng)集中荷載），增大tw。第二節(jié) 梁的強(qiáng)度與剛度圖腹板計(jì)算高度 第二節(jié) 梁的強(qiáng)度與剛度4、折算應(yīng)力產(chǎn)生的原因和位置：在彎矩、剪力都較大的截面，在腹板的計(jì)算高度邊緣同一點(diǎn)上同時(shí)產(chǎn)生的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力。應(yīng)按下式驗(yàn)算其折算應(yīng)力： 強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)， 和C同號(hào)取1.1, 異號(hào)取1.2；、C分別為腹板計(jì)算高度邊緣處同一點(diǎn)上同時(shí)產(chǎn)生的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力。第二節(jié) 梁的強(qiáng)度與剛度二、梁的剛度控制梁的撓跨比小于

8、規(guī)定的限制（為變形量的限制） 梁跨中的最大撓度，根據(jù)材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)求得，計(jì)算時(shí)荷載取標(biāo)準(zhǔn)值； 梁的容許撓跨比，查表。均布荷載作用下跨中撓度，E=2.06X105N/mm2第三節(jié) 梁的整體穩(wěn)定一、鋼梁的整體穩(wěn)定概念1、定義 梁在彎矩作用平面內(nèi)彎曲，但當(dāng)彎矩逐漸增加，達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，窄而高的梁將在截面承載力尚未充分發(fā)揮之前突然發(fā)生側(cè)向的彎曲和扭轉(zhuǎn)，使梁?jiǎn)适Ю^續(xù)承載的能力，這種現(xiàn)象即為梁的整體失穩(wěn)。梁?jiǎn)适дw穩(wěn)定之前所能承受的最大彎矩叫做臨界彎矩，與臨界彎矩相應(yīng)的彎曲壓應(yīng)力叫做臨界應(yīng)力。 第三節(jié) 梁的整體穩(wěn)定2、失穩(wěn)機(jī)理：梁受彎變形后，上翼緣受壓，如果梁的側(cè)面沒(méi)有支承點(diǎn)或支承點(diǎn)很少時(shí)，由于梁

9、側(cè)向剛度不夠，就會(huì)發(fā)生梁的側(cè)向彎曲失穩(wěn)變形，梁截面從上至下彎曲量不等，就形成截面的扭轉(zhuǎn)變形，同時(shí)還有彎矩作用平面內(nèi)的彎曲變形，故梁的失穩(wěn)為彎扭失穩(wěn)形式，完整的說(shuō)應(yīng)為：側(cè)向彎曲扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。第三節(jié) 梁的整體穩(wěn)定3、影響梁整體穩(wěn)定的主要因素1）荷載類(lèi)型；純彎：沿梁長(zhǎng)方向彎矩圖為矩形，受壓翼緣的壓應(yīng)力沿梁長(zhǎng)保持不變，梁易失穩(wěn)；跨中集中荷載：彎矩圖呈三角形，靠近支座處M減少，受壓翼緣的壓應(yīng)力隨之降低，提高了梁的整體穩(wěn)定性。2）荷載的作用位置；橫向荷載作用在上翼緣，荷載的附加效應(yīng)加大了截面的扭轉(zhuǎn)，降低了梁的臨界彎矩。反之，可提高梁的穩(wěn)定性。第三節(jié) 梁的整體穩(wěn)定3）梁的側(cè)向剛度Ely 提高梁的側(cè)向剛度EIy可

10、以顯著提高梁的臨界彎矩，而增大梁的抗扭剛度GIt和抗翹曲剛度EIw雖然也可以提高M(jìn)cr，但效果不大。4）受壓翼緣的自由長(zhǎng)度l1（側(cè)向支承點(diǎn)之間的距離） 減少l1可顯著提高梁的臨界彎矩Mcr，這可以通過(guò)增設(shè)梁的側(cè)向支承來(lái)解決。無(wú)論跨中有無(wú)側(cè)向支承，在支座處均應(yīng)采取構(gòu)造措施以防止梁端截面的扭轉(zhuǎn)。問(wèn)題的關(guān)鍵：提高梁受壓翼緣的側(cè)向穩(wěn)定性是提高梁整體穩(wěn)定的有效方法。第三節(jié) 梁的整體穩(wěn)定4、梁整體穩(wěn)定的保證 提高梁的整體穩(wěn)定承載力的關(guān)鍵是，增強(qiáng)梁受壓翼緣的抗側(cè)移及扭轉(zhuǎn)剛度，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定當(dāng)滿足一定條件，當(dāng)采取了必要的措施阻止梁受壓翼緣發(fā)生側(cè)向變形，或者使梁的整體穩(wěn)定臨界彎矩高于梁的屈服彎矩，此時(shí)驗(yàn)算了

11、梁的抗彎強(qiáng)度后也就不需再驗(yàn)算梁的整體穩(wěn)定。第三節(jié) 梁的整體穩(wěn)定二、鋼梁的整體穩(wěn)定的計(jì)算 當(dāng)梁不滿足規(guī)范無(wú)需驗(yàn)算梁整體穩(wěn)定的條件時(shí)，要計(jì)算其整體穩(wěn)定性并采用下列原則：梁的最大壓應(yīng)力不應(yīng)大于對(duì)應(yīng)臨界彎矩Mcr的臨界壓應(yīng)力cr。 臨界應(yīng)力cr與鋼材屈服點(diǎn)fy之比為繞強(qiáng)軸彎曲所確定的梁的整體穩(wěn)定系數(shù)，即第三節(jié) 梁的整體穩(wěn)定在最大剛度平面內(nèi)受彎的構(gòu)件，其整體穩(wěn)定性按下式計(jì)算：在兩個(gè)主平面內(nèi)受彎的工字形截面構(gòu)件的整體穩(wěn)定按下式計(jì)算在兩個(gè)主平面受彎的H型鋼或工字形截面構(gòu)件：第三節(jié) 梁的整體穩(wěn)定梁的整體穩(wěn)定系數(shù)b的求法規(guī)范對(duì)給出了實(shí)用計(jì)算公式和表格。(1) 焊接工字形等截面簡(jiǎn)支梁 第三節(jié) 梁的整體穩(wěn)定(2)

12、軋制普通工字鋼簡(jiǎn)支梁的b軋制工字鋼由于翼緣內(nèi)側(cè)有斜坡，翼緣與腹板連接處有圓角，故截面幾何特征值求法不同于組合工字形截面，規(guī)范給出了可直接查軋制工字鋼b的表格，(3) 軋制槽鋼簡(jiǎn)支梁的b不論荷載的形式和作用位置均按規(guī)范給出簡(jiǎn)化的近似公式計(jì)算。第三節(jié) 梁的整體穩(wěn)定注意： 當(dāng)上述所得的b值大于0.6時(shí)，認(rèn)為梁進(jìn)入彈塑性工作階段，其臨界應(yīng)力要比按彈性工作的計(jì)算值降低；同時(shí)考慮梁的初彎曲、加荷偏心及殘余應(yīng)力等缺陷的影響， 規(guī)范規(guī)定，應(yīng)以b代替b，而b可按下式進(jìn)行計(jì)算： 第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)1、局部失穩(wěn)的基本概念 為了提高梁的承載能力，節(jié)省材料，要盡可能選用較薄的板件，以使截面開(kāi)展。但如果

13、梁的翼緣和腹板厚度不適當(dāng)?shù)販p薄，則在荷載作用下有可能使板件偏離平面位置，產(chǎn)生出平面的翹曲，導(dǎo)致梁的局部失穩(wěn)。第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)局部失穩(wěn)的后果：惡化工作條件，降低構(gòu)件的承載能力，動(dòng)力荷載作用下易引起疲勞破壞。熱軋型鋼不需要驗(yàn)算，主要討論組合梁中板件的局部穩(wěn)定。防止的辦法有兩種，一種是加厚鋼板，一種是布置加勁肋減小幅面，即把腹板分成若干帶有邊框的區(qū)格而不失穩(wěn)。第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)2、 翼緣的局部穩(wěn)定對(duì)于翼緣只能采用第一種方法，梁的受壓翼緣的外伸部分可視為三邊簡(jiǎn)支、一邊自由的均勻受壓板。用彈性穩(wěn)定理論，并考慮鋼材的彈塑性工作，推導(dǎo)出局部失穩(wěn)時(shí)的臨界應(yīng)力cr系翼緣厚度

14、t與翼緣外伸寬度b1比值的函數(shù)，令cr接近鋼材的屈服點(diǎn)可以反算出b1/t的限值，以使局部失穩(wěn)不先于強(qiáng)度破壞。第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)如果考慮了截面部分發(fā)展塑性x=1.05時(shí)對(duì)于箱形梁 第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)3、梁腹板局部穩(wěn)定：1）概述梁腹板屬于四邊簡(jiǎn)支、考慮有彈性嵌固的矩形板；受力特點(diǎn)：受力復(fù)雜，厚度較小，主要承受剪力，采用加大板厚的方法來(lái)保證腹板的局部穩(wěn)定不經(jīng)濟(jì)，也不合理。無(wú)局部壓應(yīng)力且承受靜力荷載的焊接工字形載面梁，按利用屈曲后強(qiáng)度設(shè)計(jì)。直接承受動(dòng)力荷載的：采用布置加勁肋的方法來(lái)防止腹板屈曲。第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)2）加勁肋的類(lèi)型：橫向加勁肋：防止剪

15、應(yīng)力和局部壓應(yīng)力引起的腹板失穩(wěn)；縱向加勁肋：防止彎曲壓應(yīng)力下的局部失穩(wěn)；短向加勁肋：防止局部壓應(yīng)力引起的腹板失穩(wěn)；支承加勁肋：支座處集中荷載處的加勁肋，防止局部壓應(yīng)力引起的腹板失穩(wěn)。加勁肋的作用：保證腹板局部穩(wěn)定；承受集中荷載。第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)1橫向加勁肋；2縱向加勁肋；3短加勁肋 第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)3）腹板加勁肋的配置要求（ h0為腹板計(jì)算高度）：a、當(dāng)h0/tw80 時(shí)，對(duì)無(wú)局部壓應(yīng)力的梁，可不配置加勁肋；對(duì)有局部壓力的梁，宜按構(gòu)造配置橫向加勁肋，橫向加勁肋最小間距為0.5h0，最大間距為2h0。b、當(dāng)80 h0/tw170 時(shí)，配置橫向加勁肋，間距由

16、計(jì)算確定。c、當(dāng)h0/tw170 時(shí)，橫向加勁肋受壓區(qū)縱向加勁肋，必要時(shí)短加勁肋。位置、間距由計(jì)算確定。第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)d、梁的支座處和梁上翼緣有較大固定集中荷載處，宜設(shè)置支承加勁肋，并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算。e、任何情況下h0/tw250 ；f、焊接吊車(chē)梁宜盡量避免設(shè)置縱向加勁肋，尤其是短加勁肋（當(dāng)?shù)踯?chē)壓應(yīng)力很大時(shí)，要設(shè)置）。第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)4)腹板加勁肋的設(shè)計(jì)方法： 先布置加勁肋，再計(jì)算各區(qū)格板的平均作用應(yīng)力和相應(yīng)的臨界應(yīng)力，滿足穩(wěn)定條件。取只布置了橫向加勁肋的板段進(jìn)行分析，該段腹板上、下翼緣為彈性嵌固，左右加勁肋則為簡(jiǎn)支。該板段邊緣上受有彎曲應(yīng)力，剪應(yīng)力，局

17、部壓應(yīng)力c，假如三種應(yīng)力分別單獨(dú)作用于板邊時(shí)，可用彈性理論求出各自的臨界應(yīng)力cr、cr、ccr的計(jì)算公式。在組合應(yīng)力下，根據(jù)對(duì)腹板局部穩(wěn)定的分析，得出驗(yàn)算公式。第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)5)加勁肋的截面尺寸及構(gòu)造要求加勁肋按其作用可分為兩類(lèi)： 間隔加勁肋-按構(gòu)造條件確定截面； 支承加勁肋-截面尺寸尚需滿足受力要求。加勁肋宜在腹板兩側(cè)成對(duì)配置，也可單側(cè)配置，但支承 加勁肋和重級(jí)工作制吊車(chē)梁的加勁肋不應(yīng)單側(cè)配置；外伸寬度 bsh0/30+40mm 厚度 tsbs/15第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)6)支承加勁肋的計(jì)算支座處的支承加勁肋分普通式和突

18、緣式兩種，突緣的長(zhǎng)度不應(yīng)大于其厚度的兩倍。普通式支承加勁肋的兩端與突緣支承加勁肋下端應(yīng)刨平，靠與上、下翼緣或支座頂緊來(lái)傳力，也可以采用焊縫傳力截面尺寸除應(yīng)滿足構(gòu)造條件外，還應(yīng)滿足傳力要求： a、穩(wěn)定計(jì)算 按軸心壓桿驗(yàn)算加勁肋在腹板平面外的穩(wěn)定性，計(jì)算長(zhǎng)度則取h0，壓桿的截面包括加勁肋以及每側(cè)各 范圍內(nèi)的腹板面積 ，在梁端不足此數(shù)時(shí)按實(shí)際計(jì)算。第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)b、加勁肋端面承壓的計(jì)算 當(dāng)傳力較大時(shí)，支承加勁肋端部應(yīng)刨平并與梁上翼緣頂緊，并驗(yàn)算其端面承壓應(yīng)力： c、支承加勁肋與腹板的連接焊縫計(jì)算: 連接焊縫承受全部集中力或支座反力，均勻分布。第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定與腹板加勁肋設(shè)計(jì)

19、圖 支承加勁肋的構(gòu)造 第五節(jié) 型鋼梁的設(shè)計(jì)一、鋼梁的設(shè)計(jì)要求鋼梁的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和剛度四個(gè)方面的要求。前三項(xiàng)屬于承載能力極限狀態(tài)計(jì)算，采用荷載的設(shè)計(jì)值；第四項(xiàng)為正常使用極限狀態(tài)的計(jì)算，計(jì)算撓度時(shí)按荷載的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行。合理截面：在截面面積一定的前提下，盡可能提高截面的抗彎剛度（慣性矩I、彈性抵抗矩W），充分發(fā)揮材料的受力性能，同時(shí)兼顧制造、施工的可能性。第五節(jié) 型鋼梁的設(shè)計(jì)一、鋼梁的設(shè)計(jì)要求鋼梁的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和剛度四個(gè)方面的要求。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)有能阻止梁側(cè)向位移的鋪板或受壓翼緣側(cè)向自由長(zhǎng)度與寬度之比不超過(guò)規(guī)定，截面由抗彎強(qiáng)度控制，否則由整體穩(wěn)定條件控制。

20、計(jì)算梁的最大彎矩設(shè)計(jì)值，按抗彎強(qiáng)度或整體穩(wěn)定要求計(jì)算型鋼所需的凈截面抵抗矩。合理截面： 在截面面積一定的前提下，盡可能提高截面的抗彎剛度（慣性矩I、彈性抵抗矩W），充分發(fā)揮材料的受力性能，同時(shí)兼顧制造、施工的可能性。第五節(jié) 型鋼梁的設(shè)計(jì)二、單向彎曲型鋼梁的設(shè)計(jì)1、首先由荷載計(jì)算出梁所承受的最大彎矩設(shè)計(jì)值Mmax ；2、估算梁截面的抵抗矩：1）當(dāng)梁的整體穩(wěn)定從構(gòu)造上可保證時(shí)，根據(jù)抗彎強(qiáng)度：2）當(dāng)梁的整體穩(wěn)定從構(gòu)造上不能保證時(shí)： 其中 可根據(jù)荷載及跨度情況初步估計(jì)。第五節(jié) 型鋼梁的設(shè)計(jì)3、查型鋼表選擇適當(dāng)型鋼截面；4、截面驗(yàn)算(荷載須計(jì)入自重)強(qiáng)度驗(yàn)算： 驗(yàn)算梁的彎曲正應(yīng)力，局部承壓應(yīng)力；一般型鋼

21、梁可不驗(yàn)算折算應(yīng)力；抗剪強(qiáng)度除小跨度、大荷載及剪力較大截面有較大的削弱之外，一般不必驗(yàn)算；整體穩(wěn)定驗(yàn)算；剛度驗(yàn)算:撓度驗(yàn)算。5、根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果調(diào)整截面，再進(jìn)行驗(yàn)算，直至滿足。第五節(jié) 型鋼梁的設(shè)計(jì)例、某簡(jiǎn)支梁，跨長(zhǎng)5米，在梁的上翼緣承受均布荷載作用，恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.75KN/m(不含梁自重)，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為22.5KN/m，梁的整體穩(wěn)定可以保證，采用Q235鋼，梁的允許撓度為T(mén)=1/250，Q=1/300，試選擇最經(jīng)濟(jì)HN型鋼截面并驗(yàn)算。 解：1、假設(shè)梁自重為0.5kN/m，梁受到的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為： qk=3.75+0.5+22.5=26.75kN/m 梁受到的荷載設(shè)計(jì)值為： q=1.2*（3.7

22、5+0.5）+1.4*22.5=36.6kN/m 最大彎矩設(shè)計(jì)值：Mx=36.6*5*5/8=114.375kNm第五節(jié) 型鋼梁的設(shè)計(jì)根據(jù)抗彎強(qiáng)度選擇截面，需要的截面模量為： 選用HN 346X174X6X9，Ix=11200cm4,g0=41.8kg/m，不需重新計(jì)算。 其中Wx=649000mm3506645 mm3，跨中無(wú)孔眼，梁的抗彎強(qiáng)度足夠。由于型鋼的腹板較厚，一般不必驗(yàn)算抗剪強(qiáng)度;第五節(jié) 型鋼梁的設(shè)計(jì)撓度驗(yàn)算：在全部荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下：在可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下：滿足要求。第五節(jié) 型鋼梁的設(shè)計(jì)三、雙向彎曲型鋼梁 雙向彎曲型鋼梁如檁條的設(shè)計(jì)一般是先假定型鋼型號(hào)，再進(jìn)行驗(yàn)算。(1) 強(qiáng)度計(jì)算

23、型鋼檁條的強(qiáng)度，一般只須驗(yàn)算抗彎強(qiáng)度即可 第五節(jié) 型鋼梁的設(shè)計(jì)(2) 穩(wěn)定計(jì)算 當(dāng)屋面板不能起可靠的側(cè)向支承作用時(shí)，應(yīng)進(jìn)行整體穩(wěn)定的驗(yàn)算，如瓦楞鐵、石棉瓦等輕屋面。一般設(shè)有拉條或跨度小于5m的檁條，可不進(jìn)行整體穩(wěn)定的驗(yàn)算。(3) 剛度驗(yàn)算一般只驗(yàn)算垂直于屋面方向的簡(jiǎn)支梁撓度，以保證屋面的平整。對(duì)槽鋼檁條 單角鋼和Z形鋼 第六節(jié) 組合梁的截面設(shè)計(jì) 梁的內(nèi)力較大時(shí)，需采用組合梁。常用的形式為由三塊鋼板焊成的工字形截面。設(shè)計(jì)組合梁時(shí)，首先應(yīng)估計(jì)截面尺寸，包括截面高度、腹板厚度和翼緣的尺寸，然后進(jìn)行驗(yàn)算。1、根據(jù)受力情況確定所需的截面抵抗矩2、確定梁的高度：截面高度應(yīng)考慮建筑高度、剛度條件和經(jīng)濟(jì)條件這

24、三個(gè)方面。第六節(jié) 組合梁的截面設(shè)計(jì)剛度要求是指為保證正常使用條件下，梁的撓度不超過(guò)容許撓度，就要限制梁高不能小于最小梁高h(yuǎn)min。 受均布荷載的簡(jiǎn)支梁的hmin/l值：最大高度：由建筑上的工藝設(shè)計(jì)和使用要求所允許的梁的最大高度hmax。 第六節(jié) 組合梁的截面設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)高度： he滿足使用要求的前提下使梁的總用鋼量為最小。組合工字形截面，每米用鋼量為G=(2Af+1.2twhw) ，最后得選定高度：hminhhmax；hhe，梁腹板的高度 hwh2t ，一般取腹板高度為10mm的倍數(shù)。第六節(jié) 組合梁的截面設(shè)計(jì)3、確定腹板厚度（假定剪力全部由腹板承受）： 腹板厚度一般不小于8mm，否則對(duì)銹蝕敏感，且

25、制造過(guò)程中易發(fā)生較大的翹曲變形，小跨度梁可不小于6mm，為2mm的倍數(shù)。腹板主要承受剪力，可近似認(rèn)為梁的剪力全部由腹板承受，考慮腹板的厚度滿足抗剪、局部穩(wěn)定和構(gòu)造的要求。則有：考慮局部穩(wěn)定和構(gòu)造的經(jīng)驗(yàn)公式： 第六節(jié) 組合梁的截面設(shè)計(jì)4、確定翼緣寬度根據(jù)所需要的截面抵抗矩和選定的腹板尺寸，確定 Af ：有了Af ，只要選定b、t中的其一，就可以確定另一值。確定翼緣的寬度：b=(1/21/5)h ,取10mm的倍數(shù)，b/t30。確定翼緣的厚度：t=Af/b，取2mm的倍數(shù)。局部穩(wěn)定要求：受壓翼緣的的外伸寬度與厚度之比必須符合：第六節(jié) 組合梁的截面設(shè)計(jì)5、截面驗(yàn)算選定截面后，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度、整體穩(wěn)度和剛

26、度的驗(yàn)算。強(qiáng)度驗(yàn)算包括抗彎、抗剪、承壓(集中力作用處未設(shè)支承加勁肋)和折算應(yīng)力(梁翼緣截面改變處，連續(xù)梁中間支座)。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意梁的側(cè)向支承，以保證梁的整體穩(wěn)定并節(jié)約用鋼量。 驗(yàn)算截面：最大彎矩處、截面削弱處、截面改變處、有集中荷載處（無(wú)橫向加勁肋）、剪力最大處、剪力和彎矩都較大處；第六節(jié) 組合梁的截面設(shè)計(jì)6、構(gòu)造設(shè)計(jì)：腹板與翼緣焊縫的計(jì)算翼緣與腹板間的焊縫要由計(jì)算確定，常采用角焊縫。連接焊縫主要用于承受彎曲剪力，由剪應(yīng)力互等定理可求得單位長(zhǎng)度上的剪力第六節(jié) 組合梁的截面設(shè)計(jì)當(dāng)梁上承受固定的集中荷載且未設(shè)支承加勁肋時(shí)，焊縫還要傳遞由集中荷載產(chǎn)生的豎向局部壓應(yīng)力，上翼緣焊縫同時(shí)承受剪力T1及集中

27、力F的共同作用。由F產(chǎn)生的單位長(zhǎng)度焊縫上的力V1（垂直于焊縫長(zhǎng)度方向）為第七節(jié) 梁的拼接、連接和支座一、 梁的拼接(1) 工廠拼接拼接的位置常由鋼板尺寸決定，但應(yīng)使翼緣與腹板的拼接位置錯(cuò)開(kāi)，并避免與次梁和加勁肋焊縫重疊交叉，保持不小于10tw的距離；焊縫以采用直縫對(duì)接為宜。 (2) 工地拼接拼接位置由運(yùn)輸安裝條件決定，應(yīng)注意設(shè)在受力較小部位。焊縫采用對(duì)接焊縫，做好向上V形坡口與施焊順序。第七節(jié) 梁的拼接、連接和支座二、主次梁的連接鉸接連接可分疊接和平接兩種，疊接是次梁直接擱在主梁上，用螺栓或焊縫固定。平接則建筑高度較小，次梁的上翼緣必須切去一段，如與支承加勁肋相連，下翼緣也須部分切除。第七節(jié)

28、梁的拼接、連接和支座連接焊縫和螺栓應(yīng)按次梁的反力分析計(jì)算，考慮到連接并非真正鉸接，會(huì)產(chǎn)生一定的彎矩，故計(jì)算時(shí)將反力加大20%30%。圖 主、次梁的鉸接 第七節(jié) 梁的拼接、連接和支座三、梁的支座梁支承于柱墩（磚墻）上： 常用支座有平板支座、弧形支座、滾軸支座三種形式。第七節(jié) 梁的拼接、連接和支座平板式支座的設(shè)計(jì)主要是確定支承板的尺寸，假定支座反力均勻分布于支承板，支承板的面積為 A=lb=R/fce fce 支承材料的承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 支承板厚度t由支承板單位寬度所受的彎矩來(lái)計(jì)算： 第七章 拉彎與壓彎構(gòu)件第一節(jié) 概述第二節(jié) 拉彎與壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度第三節(jié) 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定第四節(jié) 實(shí)腹式壓

29、彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定第五節(jié) 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)本章提要 本章著重講述了拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度的計(jì)算，實(shí)腹式、格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定的計(jì)算和壓彎構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)方法，在學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)掌握下列內(nèi)容：(1) 掌握拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度計(jì)算；(2) 掌握實(shí)腹式和格構(gòu)式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)、外整體穩(wěn)定的基本概念和計(jì)算方法；(3) 掌握壓彎構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)方法；(4) 掌握實(shí)腹式壓彎構(gòu)件局部穩(wěn)定的計(jì)算方法。第一節(jié) 概 述偏心受力構(gòu)件分拉彎與壓彎兩種，即同時(shí)承受拉力(壓力)和彎矩的構(gòu)件。彎矩是由軸向荷載的偏心作用、端部彎矩作用或橫向力作用而產(chǎn)生的。拉彎與壓彎構(gòu)件應(yīng)用十分廣泛，框架柱、有節(jié)間荷載

30、作用的桁架上下弦桿等。與軸心受壓構(gòu)件和受彎構(gòu)件相仿，拉、壓彎構(gòu)件也需同時(shí)滿足正常使用及承載能力兩種極限狀態(tài)的要求。 1)正常使用極限狀態(tài)：滿足剛度要求。 2)承載能力極限狀態(tài)：需滿足強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定三方面要求。第一節(jié) 概 述 偏心受壓柱同軸壓柱一樣也分實(shí)腹式與格構(gòu)式兩類(lèi) 。可采用不對(duì)稱肢件，使較大的肢件位于受壓側(cè), 在彎矩作用方向具有較大的截面尺寸實(shí)腹式：型鋼截面與組合截面格構(gòu)式：綴條式與綴板式第二節(jié) 拉彎與壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度一、拉彎與壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度偏心受力構(gòu)件截面上的應(yīng)力是由軸向力引起的拉(壓)應(yīng)力與彎矩引起的彎曲應(yīng)力的疊加，當(dāng)截面邊緣纖維的最大應(yīng)力max=M/AnM/Wnfy時(shí)為

31、彈性工作。 若N保持定值，而增加M，塑性區(qū)將向截面內(nèi)部發(fā)展，承載能力的極限狀態(tài)為全截面進(jìn)入塑性形成塑性鉸。 根據(jù)荷載性質(zhì)與截面形式的不同，偏心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算分彈性工作和彈塑性工作兩種情況。彈性工作階段：以邊緣屈服為特征點(diǎn)（彈性承載力）彈塑性工作階段：以塑性鉸彎矩為特征點(diǎn)（極限承載力）第二節(jié) 拉彎與壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度強(qiáng)度計(jì)算一般可考慮截面塑性變形的發(fā)展，對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的構(gòu)件和格構(gòu)式構(gòu)件等則通常按彈性受力計(jì)算。對(duì)拉彎構(gòu)件和截面有孔洞等削弱較多的或構(gòu)件端部彎矩大于跨間彎矩的壓彎構(gòu)件，需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。第二節(jié) 拉彎與壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度規(guī)范公式只在一個(gè)主平面有彎矩作用時(shí)：在兩個(gè)主平面有彎矩作

32、用時(shí)：截面塑性發(fā)展系數(shù)：對(duì)工形截面?。簭?qiáng)度計(jì)算一般可考慮截面塑性變形的部分發(fā)展。以下情況不考慮塑性發(fā)展,取 ,按彈性受 力計(jì)算:直接承受動(dòng)力荷載時(shí)；格構(gòu)式構(gòu)件，彎距繞虛軸作用時(shí)；當(dāng) 時(shí)。第二節(jié) 拉彎與壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度二、剛度 對(duì)于拉彎與壓彎構(gòu)件其剛度計(jì)算同于軸心受力構(gòu)件。其允許長(zhǎng)細(xì)比仍采用軸心受力構(gòu)件表的數(shù)值。即：第三節(jié) 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定一、概 述 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在軸力及彎距作用下，即可能發(fā)生彎矩作用平面內(nèi)的彎曲失穩(wěn)，也可能發(fā)生彎矩作用平面外的彎曲扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)（類(lèi)似梁）。兩方面在設(shè)計(jì)中均應(yīng)保證。 壓彎構(gòu)件的承載能力通常是由整體穩(wěn)定性決定的。第三節(jié) 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定1、彎矩作用平

33、面內(nèi)的整體穩(wěn)定 在N 和M 同時(shí)作用下，一開(kāi)始構(gòu)件就在彎矩作用平面內(nèi)發(fā)生變形，呈彎曲狀態(tài)，當(dāng)N 和M 同時(shí)增加到一定大小時(shí)則到達(dá)極限，超過(guò)此極限，要維持內(nèi)外力平衡，只能減小N 和M 。這種現(xiàn)象稱為壓彎構(gòu)件喪失彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定。第三節(jié) 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定2、彎矩作用平面外的穩(wěn)定 對(duì)側(cè)向剛度較小的壓彎構(gòu)件則有另一種可能：當(dāng)N和M增加到一定大小時(shí)，構(gòu)件在彎矩作用平面外不能保持平面，突然發(fā)生平面外的彎曲變形，并伴隨著繞縱向剪切中心軸的扭轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象稱為壓彎構(gòu)件喪失彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定。第三節(jié) 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定二、單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定 壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定的工作性狀與有初彎曲和初偏心等幾何缺陷的軸心受壓構(gòu)件一樣。 在彈性理論推導(dǎo)的公式基礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的實(shí)用計(jì)算式如下：第三節(jié) 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定對(duì)單軸對(duì)稱截面（如T形或槽形）壓彎構(gòu)件，還要驗(yàn)算下式： -為等效彎矩系數(shù)。由于