鋼結(jié)構(gòu)梁資料

1、鋼結(jié)構(gòu)梁資料第1頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四 4、截面形式 圖 梁的截面型式圖 蜂窩量第2頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四f2 梁的強度計算一、彎曲正應(yīng)力 1、鋼材應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系理想化 實際：彈性彈塑性 塑性強化 理想化：彈性理想塑性 強化 （對截面上一點的應(yīng)力而言） 2、鋼梁截面正應(yīng)力兩階段強度 fyfp第3頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四（1）彈性工作階段圖5-3第4頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四 特點：截面上所有點都處于彈性狀態(tài)； 應(yīng)力三角形分布； 用途：某些受彎構(gòu)件設(shè)計依據(jù)，不

2、允許任何點進 入屈服的構(gòu)件，如直接承受動態(tài)荷載的梁。 抗彎強度檢算式:承載能力的極限狀態(tài)表達為最大應(yīng)力達到屈服應(yīng)力，強度條件為： 凈截面抵抗矩 屈服應(yīng)力第5頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四 （2）、塑性工作階段 特點： 截面全部進入塑性狀態(tài)，形成塑性鉸； 梁的剛度降低，變形大。 應(yīng)力分布：矩形 用途：是塑性設(shè)計的理論依據(jù)，承受靜荷載 或間接承受動荷載梁的設(shè)計出發(fā)點?？箯潖姸葯z算式： 凈截面塑性抵抗矩（12-31）第6頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四引入塑性發(fā)展系數(shù)與截面形狀有關(guān)。 3、梁的正應(yīng)力設(shè)計公式歸納 （1）承受靜力和間接動力荷載作用的

3、梁 繞x軸單向彎曲 繞x、y軸單向彎曲 1232）第7頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四Mx、My 梁截面內(nèi)繞x、y軸的最大計算彎矩Wnx、Wny 截面對x、y軸的凈截面抵抗矩 x、y 截面對x、y軸的塑性發(fā)展系數(shù) f 鋼材抗彎設(shè)計強度 （2）直接承受動力荷載作用的梁 仍按式（1232）計算，但應(yīng)取 x= y =1.0即，按彈性設(shè)計。 （3）塑性發(fā)展系數(shù)取值規(guī)范規(guī)定：承受靜力和間接承受動力荷載作用時，如：第8頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四 工字型截面 x=1.05 y= 1.2 圓形截面 x=1.2 y= 1.2 箱型截面 x=1.05 y=

4、 1.05二、剪應(yīng)力 主要發(fā)生在實腹梁的腹板上。按彈性設(shè)計，以最 大剪應(yīng)力達到鋼材的抗剪 屈服剪應(yīng)力為極限狀態(tài)。 檢算式為：（12-33）圖6第9頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四式中 V 剪力 S 中性軸以上或以下毛截面對中性軸的 面積矩 I毛截面慣性矩 tw腹板厚度 f v鋼材抗剪設(shè)計強度三、局部壓應(yīng)力 1、主要用于集中力情形（如：吊車梁） 當翼緣的豎向集中力作用處無豎向支撐肋時，腹板邊緣存在沿高度方向的局部壓應(yīng)力。 2、驗算腹板時應(yīng)計入該部分應(yīng)力第10頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四圖7第11頁，共47頁，2022年，5月20日，13點5

5、0分，星期四 3、公式 集中力在梁的上翼緣時 F集中荷載1計入動力系數(shù)； 系數(shù)。重級工作制吊梁=1.35， 其它梁 =1.0； tw腹板厚 lz局部壓應(yīng)力在腹板計算高度上的分布長度或 腹板計算高度上的承載長度。 在梁支座處未設(shè)腹板豎向加勁肋時，仍按式（5-6）計算，但一律取 =1.0。（12-34）第12頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四關(guān)鍵是確定lz 從圖5-7b、c， lz = a+2hy （12-35）在梁端支座處，取 lz = a+hy式中 a集中荷載沿梁長方向的實際支承長度。 對吊車輪壓，取a=5cm。 hy由梁的承載邊緣或吊車軌頂?shù)礁拱逵嬎?高度邊緣的距離。

6、腹板計算高度確定 腹板計算高度（h0）應(yīng)按規(guī)范規(guī)定采用： 第13頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四 （1）軋制型鋼梁 與上下翼緣相連處兩內(nèi)弧起點間的距離。 （2）焊接組合梁 腹板高度 （3）鉚接（或高強螺栓連接）組合梁 腹板與上下翼緣連接的鉚釘（或高強螺栓）釘線間的最近距離。h0軋制型鋼第14頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四四、折算應(yīng)力 規(guī)范規(guī)定，在組合梁的腹板計算高度處，同時受有較大的正應(yīng)力、較大的剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力c，應(yīng)對折算應(yīng)力進行驗算。其強度驗算式為：第15頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四其中和c按式（12-3

7、3）和（12-34）計算。正應(yīng)力按式（5-10）計算。 1強度系數(shù)。 和c同號時， 1 =1.1； 和c異號時， 1 =1.2。（12-36）（12-37圖5-8第16頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四3 梁的剛度計算 計算梁的剛度是為了保證正常使用，屬于正常使用極限狀態(tài)?？刂屏旱膭偠韧ㄟ^對標準荷載下的最大撓度加以限制實現(xiàn)。有公式： vv （12-38） v標準荷載下梁的最大撓度 v受彎構(gòu)件的撓度限值，按規(guī)范規(guī)定采用 一般說來，梁的最大撓度用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計算。 對截面沿長度變化的簡支梁以及受移動荷載作用的吊車梁，撓度計算比較麻煩，可采用以下近似公式計算：第17頁，共47

8、頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四5 梁的整體穩(wěn)定一、一般概念 1、整體失穩(wěn)現(xiàn)象 受橫向荷載（P）作用對強軸彎曲的梁，如果受壓翼緣沒有側(cè)向支承，當P增加到某一數(shù)值時，梁可能突然發(fā)生側(cè)向彎曲，并伴有扭轉(zhuǎn)變形，這種現(xiàn)象稱為梁的整體失穩(wěn)，也稱整體屈曲或側(cè)（向屈）曲。 zxyP圖-zxyPxvyP第18頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四圖5- 2、失穩(wěn)變形特征 對強軸彎曲，對弱軸彎曲，扭轉(zhuǎn)三種變形組合。 3、失穩(wěn)原因 受壓翼緣失穩(wěn)引起。uxvyPxzyPvaabbu第19頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四4、臨界荷載、臨界彎矩 梁剛剛發(fā)生整

9、體失穩(wěn)前的橫向荷載稱臨界荷載，與臨界荷載對應(yīng)的強軸的彎矩稱臨界彎矩。第20頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四與荷載作用位置于形心比較，荷載作用在上翼緣時，屈曲系數(shù)降低，荷載作用在下翼緣時，屈曲系數(shù)增大。因為，梁一旦發(fā)生扭轉(zhuǎn)，作用在上翼緣的荷載P對彎曲中心產(chǎn)生不利的附加扭矩Pe，使梁的扭轉(zhuǎn)加劇，助長梁屈曲，從而降低了梁的臨界荷載；荷載作用在下翼緣，附加扭矩會減緩梁的扭轉(zhuǎn)變形，提高梁的臨界荷載。oePoeP第21頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四五、保證梁整體穩(wěn)定性的措施 良好的設(shè)計，應(yīng)使梁的整體穩(wěn)定臨界荷載盡可能高。首先，支座構(gòu)造必須是叉鉸支座，即

10、能約束扭轉(zhuǎn)角，不允許支座截面?zhèn)认騼A倒。否則梁極易側(cè)向彎扭屈曲破壞.提高梁的整體穩(wěn)定主要方法有： （1）減少梁的側(cè)向計算長度（即加側(cè)向支撐）， （2）增加梁對截面弱軸（y-y）的慣性矩Iy 第22頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四 六、不需進行整體穩(wěn)定檢算的梁 規(guī)范規(guī)定：符合以下條件的梁可不進行整體穩(wěn)定驗算。 （1）工字形截面簡支梁受壓翼緣自由長度l1與其寬度b1之比不超過書表12-7所列數(shù)值時。第23頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四鋼 號跨中無側(cè)向支點的梁跨中有側(cè)向支點的梁，不論荷載作用在何處荷載作用在上翼緣荷載作用在下翼緣Q235Q345Q3

11、90131110201716161312工字形截面簡支梁不需驗算整體穩(wěn)定性的最大l1/b1值表12-7第24頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四為什么不超過表12-7數(shù)值就可免檢？ 為什么fy越高l1/b1值越?。繛槭裁春奢d在上翼緣比在下翼緣l1/b1值低？第25頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四 荷載作用在上翼緣加劇扭轉(zhuǎn)，作用在下翼緣抑制扭轉(zhuǎn)。 （2）箱形截面簡支梁，截面尺寸h/b06，且l1/b0不超過下列數(shù)值時 Q235 95 Q345 65 Q390 57這是經(jīng)過計算分析得出的結(jié)果，且正方形箱永遠不會側(cè)屈。 （3）有剛性鋪板密鋪在梁的受壓翼

12、緣上并與其牢固相連接，能阻止梁受壓翼緣側(cè)向位移（截面扭轉(zhuǎn)）時。hb0第26頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四6 梁的局部穩(wěn)定一、失穩(wěn)現(xiàn)象軋制型鋼不需局部穩(wěn)定驗算，組合薄壁截面應(yīng)驗算局部穩(wěn)定。受壓翼緣屈曲腹板屈曲第27頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四規(guī)范規(guī)定： h0/tw80 =80需設(shè)橫向加勁肋。 h0/tw170 =170不需設(shè)縱向加勁肋。235/fy 235/fy 二、加勁肋布置0.1m1.4m1.5m1.5m3.75m0.8m第28頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四（1）尺寸 加勁肋尺寸設(shè)計原則是：必須在腹板平面外

13、有足夠的剛度，方能起到劃分腹板為若干板塊、提高屈曲強度的作用；為此，同時還必須保證加勁肋自身的穩(wěn)定性。先說明以下關(guān)于加勁肋的截面，如圖36。圖3650100mm對稱布置最好。加勁肋內(nèi)側(cè)切去斜角防止焊縫交叉；加勁肋不與受拉翼緣焊接，防疲勞。第29頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四縱向加勁肋慣性矩應(yīng)滿足下列要求：a0.85h0， Iy0)(a/h0)2h0tw3 (12-45)a0.85h0， Iy1.5h0tw3 (12-44) 這些要求，保證了縱向加勁肋起到剛性地分割腹板為若干小板塊的作用。特別指出： 加勁肋設(shè)計保證了腹板的局部穩(wěn)定，只要按規(guī)范規(guī)定的加勁肋設(shè)計方法設(shè)計加

14、勁肋，其腹板的局部穩(wěn)定就已經(jīng)得到滿足。因此，可以說設(shè)計加勁肋位置和剛度是規(guī)范驗算腹板局部穩(wěn)定的簡化方法。第30頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四7 實腹梁的構(gòu)造一、梁與梁的連接 迭接和側(cè)面連接。圖-38a) 迭接 b) 側(cè)面連接第31頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四迭 接特點：次梁放在主梁上。優(yōu)點：構(gòu)造簡單缺點：不利于整體穩(wěn)定，占 用空間大。注意：次梁處，主梁腹板應(yīng) 設(shè)橫向加勁肋，并與 腹板局部穩(wěn)定要求結(jié) 合起來。 橫向加勁肋設(shè)置必須把計算結(jié)果和構(gòu)造要求結(jié)合起來考慮。不能只按計算需要隨意設(shè)置。a) 迭接第32頁，共47頁，2022年，5月20日

15、，13點50分，星期四b) 側(cè)面連接側(cè)面連接特點：次梁和主梁腹板橫肋相連， 支反力經(jīng)橫肋傳給腹板。 次梁簡支。優(yōu)點：有利于整體穩(wěn)定， 占用空間小。缺點：構(gòu)造較復(fù)雜。注意：次梁梁端截面需削去上翼 緣、部分腹板和一半下翼 緣。應(yīng)驗算次梁端部截面抗剪強度。 主梁反力較大，需設(shè)承托。第33頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四四、梁的拼接 1、型鋼梁拼接 為什么需要拼接？梁跨度超過材料供應(yīng)長度；利用短材。 拼接位置：l /3 或 l /4處，避免彎矩最大位置。 拼接方法：對接焊縫焊接。 當采用級質(zhì)量檢驗標準時，焊縫抗拉設(shè)計強度低于鋼材，應(yīng)采用斜焊縫（圖40）。通常，為了施工方便起見

16、，受拉、受壓翼緣都采用斜焊縫。 圖40第34頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四 2、組合梁的拼接 為什么要拼接？ 梁的跨度較大，翼緣和腹板不可能用整塊鋼板做成，需在工廠分段制造，工地拼接。全長2847m，主橋48+204+460+204+48m斜拉橋，鋼箱梁長964m，武漢軍山長江公路大橋第35頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四武漢軍山長江公路大橋標準斷面橋面寬38.8m，87個節(jié)段，節(jié)段長6.212m，節(jié)段重10002100kN。由吊機的吊重能力確定節(jié)段長度。全焊梁。第36頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四 拼接位置：拼

17、接接頭一般布置在彎矩較小的截面。 拼接方法： 1）焊接 翼緣和腹板焊縫一般采用對接，并應(yīng)錯開，腹板對接焊縫和加勁肋間的距離應(yīng)大于10tw（圖42）。目的減少焊接應(yīng)力。 受拉翼緣采用對接焊接連接，會降低疲勞強度，對于受動荷作用的結(jié)構(gòu)不利。 圖-42第37頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四 2）高強螺栓連接 具有施工方便、特別是能改善受拉翼緣橫向焊縫引起的疲勞強度降低。 無論焊接連接或高強螺栓連接，都應(yīng)進行連接驗算。 第38頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四算例 例 跨度為3米的簡支梁，承受均布荷載，其中永久荷載標準值qk=15kN/m，各可變荷載標

18、準值共為q1k=20kN/m。試選擇普通工字鋼截面，材料為Q235鋼。結(jié)構(gòu)安全等級為二級。 分析 荷載組合計算彎矩選擇截面 驗算強度、剛度。第39頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四解 （1）荷載組合 標準荷載 q0= qk+q1k =15+20=35kN/m 設(shè)計荷載 q=0(Gqk+ G1q1k)0結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。安全等級二級， 0 =1.0 G永久荷載分項系數(shù)，一般取 G =1.2G1可變荷載分項系數(shù)，一般取 G1 =1.4 荷載組合系數(shù)，取 =0.85 q=1.0(1.215+0.851.420)=41.8kN/m （未包括梁的自重）算撓度用算內(nèi)力用第40頁，共47頁，2022年，5月20日，13點50分，星期四 （2）計算最大彎矩（跨中截面） 在設(shè)計荷載下（暫不計自重）的最大彎矩 M0=ql2/8=41.832/8=47kN-m （3）選擇截面 需要的凈截