結(jié)構(gòu)設(shè)計原理-受彎構(gòu)件－梁

結(jié)構(gòu)設(shè)計原理-受彎構(gòu)件－梁1、受彎構(gòu)件（梁）的破壞類型2、受彎構(gòu)件的設(shè)計思路第30講：受彎構(gòu)件－梁（5）

5－21鋼梁的設(shè)計要求鋼梁的設(shè)計應(yīng)滿足：強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和剛度四個方面的要求。前三項(xiàng)屬于承載能力極限狀態(tài)計算，采用荷載的設(shè)計值；第四項(xiàng)為正常使用極限狀態(tài)的計算，計算撓度時按荷載的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行第30講：受彎構(gòu)件－梁（5）

5－22鋼梁的強(qiáng)度鋼梁的強(qiáng)度計算包括：正應(yīng)力、剪應(yīng)力、局部壓應(yīng)力和折算應(yīng)力四個方面。第四項(xiàng)為正常使用極限狀態(tài)的計算，計算撓度時按荷載的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行第30講：受彎構(gòu)件－梁（5）

5－23彎曲正應(yīng)力截面應(yīng)力分布：3個受力階段極限狀態(tài)的確定：截面塑性開展系數(shù)目的？動力荷載作用下不考慮。第30講：受彎構(gòu)件－梁（5）

5－24彎曲正應(yīng)力設(shè)計公式：單向彎曲時雙向彎曲時第30講：受彎構(gòu)件－梁（5）

5－25剪應(yīng)力設(shè)計公式：最大剪應(yīng)力可近似按下式計算第30講：受彎構(gòu)件－梁（5）

5－26局部壓應(yīng)力產(chǎn)生的原因和位置：集中荷載作用截面；翼緣于腹板結(jié)合處（上、下）。腹板的計算高度邊緣計算公式：lZ＝a+2hy第30講：受彎構(gòu)件－梁（5）

5－27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，在腹板的計算高度邊緣同一點(diǎn)上同時產(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：σ、τ、σC分別為腹板計算高度邊緣處同一點(diǎn)上同時產(chǎn)生的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力。第30講：受彎構(gòu)件－梁（5）

5－28鋼梁的剛度對梁的撓度要加以限制：—梁跨中的最大撓度，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)知識求得，計算時荷載取標(biāo)準(zhǔn)值；—梁的容許撓度第30講：受彎構(gòu)構(gòu)件－－梁（（5）下一講講的主主要內(nèi)內(nèi)容5－291、鋼受彎構(gòu)構(gòu)件（（梁））整體體穩(wěn)定定概念念2、影響響梁整體體穩(wěn)定定的因因素3、梁整整體穩(wěn)穩(wěn)定的的規(guī)范范規(guī)定定東南大大學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)程教教育結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計原原理第三三十十一講主講教教師：：曹曹雙寅寅舒舒贛平平第31講：受彎構(gòu)構(gòu)件－－梁（（5）上一講講內(nèi)容容5－301、鋼受彎構(gòu)構(gòu)件（（梁））的設(shè)計要要求2、鋼受受彎構(gòu)構(gòu)件的的強(qiáng)度度3、鋼受受彎構(gòu)構(gòu)件的的剛度度第31講：受彎構(gòu)構(gòu)件－－梁（（5）5－31鋼梁的的整體體穩(wěn)定定定義：梁在在彎矩作用用平面內(nèi)彎彎曲，但當(dāng)當(dāng)彎矩逐漸漸增加，達(dá)達(dá)到某一數(shù)數(shù)值時，窄窄而高的梁梁將在截面面承載力尚尚未充分發(fā)發(fā)揮之前突突然發(fā)生側(cè)向的彎曲曲和扭轉(zhuǎn)，使梁喪失失繼續(xù)承載載的能力，，這種現(xiàn)象象即為梁的的整體失穩(wěn)穩(wěn)。問題關(guān)鍵：：提高梁受壓壓翼緣的側(cè)側(cè)向穩(wěn)定性是提提高梁整體體穩(wěn)定的有效方方法。第31講：受彎構(gòu)件－－梁（5）5－32梁整體穩(wěn)定定的基本理理論(三個平衡方方程)變形特征：：繞x、y軸彎曲，繞繞z軸旋轉(zhuǎn)邊界條件：：第31講：受彎構(gòu)件－－梁（5）5－33梁整體穩(wěn)定定的基本理理論(三個平衡方方程)聯(lián)立求解得得最小臨界界彎矩純彎：一般截面及及受力狀態(tài)態(tài)：c1、c2、c3與荷載有關(guān)關(guān)的系數(shù)；；a—橫向荷載作作用點(diǎn)至截截面剪力中中心S的距離?？缰屑泻珊奢d：c1=1.35，c2=0.55，c3=0.40純彎曲：c1=1.0，c2=0.0，c3=1.0第31講：受彎構(gòu)件－－梁（5）5－34影響梁整體體穩(wěn)定的主主要因素1、與荷載類類型有關(guān)；；純彎：沿梁梁長方向彎彎矩圖為矩矩形，受壓壓翼緣的壓壓應(yīng)力沿梁梁長保持不不變，梁易易失穩(wěn)；跨中集中荷荷載：彎矩矩圖呈三角角形，靠近近支座處M減少，受壓壓翼緣的壓壓應(yīng)力隨之之降低，提提高了梁的的整體穩(wěn)定定性。2、與荷載的作作用位置有有關(guān)；橫向荷載作作用在上翼翼緣，荷載載的附加效效應(yīng)加大了了截面的扭扭轉(zhuǎn)，降低低了梁的臨臨界彎矩。。反之，可可提高梁的的穩(wěn)定性。。第31講：受彎構(gòu)件－－梁（5）5－35影響梁整體體穩(wěn)定的主主要因素3、與梁的側(cè)側(cè)向剛度Ely有關(guān)提高梁的側(cè)側(cè)向剛度EIy可以顯蓍提提高梁的臨臨界彎矩，，而增大梁梁的抗扭剛剛度GIt和抗翹曲剛剛度EIw雖然也可以以提高M(jìn)cr，但效果不大大。4、與受壓翼緣緣的自由長長度l1有關(guān)減少l1可顯著提高高梁的臨界界彎矩Mcr，這可以通過過增設(shè)梁的的側(cè)向支承承來解決。。無論跨中中有無側(cè)向向支承，在在支座處均均應(yīng)采取構(gòu)構(gòu)造措施以以防止梁端端截面的扭扭轉(zhuǎn)。第31講：受彎構(gòu)件－－梁（5）5－36《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計計規(guī)范》（GBJ17-88）規(guī)定符合下列情情況之一時時，可不計計算梁的整整體穩(wěn)定性性。（1）有鋪板（（各種鋼筋筋混凝土和和鋼板）密密鋪在梁在在受壓翼緣緣上并與其其牢固相連連、能阻止止梁受壓翼翼緣的側(cè)向向位移時。。（2）H型鋼或工字字形截面簡簡支梁受壓壓翼緣的自自由長度l1與其寬度b1之比不超過過下表所規(guī)規(guī)定的數(shù)值值時。當(dāng)采取了必必要的措施施阻止梁受受壓翼緣發(fā)發(fā)生側(cè)向變變形；或者者使梁的整整體穩(wěn)定臨臨界彎矩高高于梁的屈屈服彎矩，，此時驗(yàn)算算了梁的抗抗彎強(qiáng)度后后也就不需需再驗(yàn)算梁梁的整體穩(wěn)穩(wěn)定。第31講：受彎構(gòu)件－－梁（5）5－37H型鋼或工字字形截面簡簡支梁不需需計算整體體穩(wěn)定性的的最大l1/b1第31講：受彎構(gòu)件－－梁（5）5－38對箱形截面面梁，如不不滿足上述述第一條能能阻止梁側(cè)側(cè)向位移的的條件時，，應(yīng)滿足h/b06，且l1/b0，第31講：受彎構(gòu)件－－梁（5）下一講的主主要內(nèi)容5－391、鋼受彎構(gòu)件（（梁）整體體穩(wěn)定的計計算a.梁的整體穩(wěn)穩(wěn)定系數(shù)的的計算；b.梁整體穩(wěn)定定的計算公公式及注意意點(diǎn)；2、型鋼梁的的截面設(shè)計計東南大學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原原理第三十十二講主講教師：：曹雙寅寅舒舒贛平第32講：受彎構(gòu)件－－梁（5）上一講內(nèi)容容5－401、鋼受彎構(gòu)件（（梁）整體體穩(wěn)定概念念2、影響梁整體穩(wěn)定定的因素3、梁整體穩(wěn)穩(wěn)定問題的的規(guī)范規(guī)定定第32講：受彎構(gòu)件－－梁（5）5－41鋼梁的整體體穩(wěn)定的計計算當(dāng)梁不滿足足規(guī)范無需驗(yàn)算梁梁整體穩(wěn)定定的條件時，要計算算其整體穩(wěn)穩(wěn)定性并采采用下列原原則：梁的的最大壓應(yīng)應(yīng)力不應(yīng)大大于對應(yīng)臨臨界彎矩Mcr的臨界壓應(yīng)應(yīng)力σcrσcr＝Mcr/Wx在兩個主平面面受彎的H型鋼或工字字形截面構(gòu)構(gòu)件為繞強(qiáng)軸彎彎曲所確定定的梁整體體穩(wěn)定系數(shù)數(shù)第32講：受彎構(gòu)件－－梁（5）5－42鋼梁的整體體穩(wěn)定的計計算要提高梁的的整體穩(wěn)定定性，較經(jīng)經(jīng)濟(jì)合理的的方法是設(shè)設(shè)置側(cè)向支支撐，減少少梁受壓翼翼緣的自由由長度，支支撐受力可可按下式計計算：Af——梁受壓翼緣緣截面面積積第32講：受彎構(gòu)件－－梁（5）5－43鋼梁的整體體穩(wěn)定的計計算焊接工字形形等截面（（軋制H型鋼）簡支梁整體體穩(wěn)定系數(shù)數(shù)按下式計計算βb—梁整體穩(wěn)定定的等效彎彎矩系數(shù)，，它主要考考慮各種荷荷載種類和和位置所對對應(yīng)的穩(wěn)定定系數(shù)與純純彎條件下下穩(wěn)定系數(shù)數(shù)的差異；；ηb——截面不對稱稱影響系數(shù)數(shù)。第32講：受彎構(gòu)件－－梁（5）5－44穩(wěn)定系數(shù)的的修正當(dāng)值值大于0.6時，應(yīng)以代代替替進(jìn)行修正正，原因：1.梁失穩(wěn)時材材料已進(jìn)入入彈塑性工工作階段，，其臨界應(yīng)應(yīng)力要比按按彈性工作作的計算值值降低；2.梁的初彎曲曲、加荷偏偏心及殘余余應(yīng)力等缺缺陷的影響響。軋制普通工工字鋼簡支支梁，其值值直接查表表得到，同同樣當(dāng)值值大于于0.6時，也需要要進(jìn)行修正正。第32講：受彎構(gòu)件－－梁（5）5－45例題某簡支梁，，焊接工字字形截面，，跨度中點(diǎn)點(diǎn)及兩端都都設(shè)有側(cè)向向支承，可可變荷載標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值及梁梁截面尺寸寸如圖6－17所示，荷載載作用于梁梁的上翼緣緣，設(shè)梁的的自重為1.57kN/m，材料為Q235-A.F，試計算此梁梁的整體穩(wěn)穩(wěn)定性。第32講：受彎構(gòu)件－－梁（5）5－46例題[解]：梁受壓翼翼緣自由長長度l1＝6m，l1/b1＝600／27＝22＞16，因此應(yīng)計算算梁的整體體穩(wěn)定。梁截面幾何何特征：Ix=4050××106mm4，Iy＝32.8××106mm4A=13800mm2，Wx＝570××104mm3梁的的最最大大彎彎矩矩設(shè)設(shè)計計值值查表表得得：：=1.15；代代入入計計算算公公式式得得：：=1.152＞0.6第32講：：受彎彎構(gòu)構(gòu)件件－－梁梁（（5）5－47例題題N/mm2<215N/mm2故梁梁的的整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定可可以以保保證證。。第32講：：受彎彎構(gòu)構(gòu)件件－－梁梁（（5）5－48型鋼鋼梁梁截截面面設(shè)設(shè)計計首先先由由荷荷載載計計算算出出梁梁所所承承受受的的最最大大彎彎矩矩，，并并估估算算梁梁截截面面的的抵抵抗抗矩矩，，1.當(dāng)梁梁的的整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定從從構(gòu)構(gòu)造造上上可可保保證證時時：：2.當(dāng)梁梁的的整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定從從構(gòu)構(gòu)造造上上不不能能保保證證時時：：其中中可可根根據(jù)據(jù)荷荷載載及及跨跨度度情情況況初初步步估估計計。。3.選擇擇適適當(dāng)當(dāng)型型鋼鋼截截面面，，驗(yàn)驗(yàn)算算梁梁的的彎曲曲正正應(yīng)應(yīng)力力，，局局部部壓壓應(yīng)應(yīng)力力，，整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定和和剛剛度度，一一般般型鋼鋼梁梁可可不不驗(yàn)驗(yàn)算算折折算算應(yīng)應(yīng)力力，，也也可可不不驗(yàn)驗(yàn)算算剪剪應(yīng)應(yīng)力力。。第32講：：受彎彎構(gòu)構(gòu)件件－－梁梁（（5）下一一講講的的主主要要內(nèi)內(nèi)容容5－491、組合合梁梁截截面面設(shè)設(shè)計計步步驟驟（包包括括截截面面選選擇擇和和截截面面驗(yàn)驗(yàn)算算））；；2、焊焊接接組組合合梁梁翼翼緣緣焊焊縫縫計計算算；；東南南大大學(xué)學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)程程教教育育結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計原原理理第三三十十三三講主講講教教師師：：曹曹雙雙寅寅舒舒贛贛平平第33講：：受彎彎構(gòu)構(gòu)件件－－梁梁（（5）上一一講講內(nèi)內(nèi)容容5－501、鋼鋼受彎彎構(gòu)構(gòu)件件（（梁梁））整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定的的計計算算a.梁的的整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定系系數(shù)數(shù)的的計計算算；；b.梁整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定的的計計算算公公式式及及注注意意點(diǎn)點(diǎn)；；2、型型鋼鋼梁梁的的截截面面設(shè)設(shè)計計第33講：：受彎彎構(gòu)構(gòu)件件－－梁梁（（5）5－51組合合梁梁截截面面設(shè)設(shè)計計梁的的內(nèi)內(nèi)力力較較大大時時，，需需采采用用組組合合梁梁。。常常用用的的形形式式為為由由三三塊塊鋼鋼板板焊焊成成的的工工字字形形截截面面。。一、、截截面面選選擇擇：：1、截截面面高高度度最大大高高度度hmax建筑筑高高度度；；最小小高高度度hmin剛度度要要求求，，根根據(jù)據(jù)容容許許撓撓度度查查表表；；經(jīng)濟(jì)濟(jì)高高度度hs滿足足使使用用要要求求的的前前提提下下使使梁梁的的總總用用鋼鋼量量為為最最小小。。單位位：：cm第33講：：受彎彎構(gòu)構(gòu)件件－－梁梁（（5）5－52組合合梁梁截截面面設(shè)設(shè)計計實(shí)選選h應(yīng)滿滿足足hmin≤h≤hmax，且且h≈hs。2、腹板板厚厚度度tw抗剪剪強(qiáng)強(qiáng)度度要要求求考慮慮局局部部穩(wěn)穩(wěn)定定和和構(gòu)構(gòu)造造因因素素3、翼翼緣緣板板尺尺寸寸根據(jù)據(jù)所所需需要要的的截截面面抵抵抗抗矩矩和和選選定定的的腹腹板板尺尺寸寸b1=(1／3～1／5)h，且b1/t≤30。第33講：：受彎彎構(gòu)構(gòu)件件－－梁梁（（5）5－53組合合梁梁截截面面設(shè)設(shè)計計二、、截截面面驗(yàn)驗(yàn)算算：：初選選截截面面后后，，驗(yàn)驗(yàn)算算彎彎曲曲正正應(yīng)應(yīng)力力，，整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定，，非非均均布布荷荷載載時時還還要要驗(yàn)驗(yàn)算算梁梁的的剛剛度度，，視視情情況況還還要要驗(yàn)驗(yàn)算算局局部部壓壓應(yīng)應(yīng)力力和和折折算算應(yīng)應(yīng)力力。。一般般情情況況下下，，由由于于初初選選截截面面時時已已考考慮慮了了抗抗剪剪強(qiáng)強(qiáng)度度要要求求，，通通常?？煽刹徊槐乇仳?yàn)驗(yàn)算算剪剪應(yīng)應(yīng)力力，，截截面面驗(yàn)驗(yàn)算算時時應(yīng)應(yīng)考考慮慮梁梁自自重重。。第33講：：受彎彎構(gòu)構(gòu)件件－－梁梁（（5）5－54組合合梁梁截截面面設(shè)設(shè)計計三、、梁翼翼緣緣焊焊縫縫計計算算翼緣緣與與腹腹板板間間的的焊焊縫縫要要由由計計算算確確定定。。常常采采用用角角焊焊縫縫。。由剪剪應(yīng)應(yīng)力力互互等等定定理理可可求求得得單單位位長長度度上上的的剪剪力力第33講：：受彎彎構(gòu)構(gòu)件件－－梁梁（（5）5－55組合合梁梁截截面面設(shè)設(shè)計計當(dāng)焊焊縫縫還還要要傳傳遞遞由由集集中中荷荷載載產(chǎn)產(chǎn)生生的的豎豎向向局局部部壓壓應(yīng)應(yīng)力力，，單單位位長長度度焊焊縫縫上上承承擔(dān)擔(dān)的的壓壓力力為為：：一端、一側(cè)：：第33講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）下一講的主要要內(nèi)容5－561、梁（板件））局部穩(wěn)定的的概念；2、梁翼緣局部部穩(wěn)定的驗(yàn)算算與保證。東南大學(xué)遠(yuǎn)程程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理理第三十四四講主講教師：曹曹雙寅舒舒贛平第34講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）上一講內(nèi)容5－571、組合梁截面設(shè)設(shè)計步驟（包括截面選選擇和截面驗(yàn)驗(yàn)算）；2、焊接組合梁梁翼緣焊縫計計算；第34講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）5－58梁的局部穩(wěn)定定和加勁肋設(shè)設(shè)計為了提高梁的的承載能力，，節(jié)省材料，，要盡可能選選用較薄的板板件，以使截截面開展。但但如果梁的翼翼緣和腹板厚厚度不適當(dāng)?shù)氐販p薄，則在在荷載作用下下有可能使板板件產(chǎn)生出平平面的翹曲，，導(dǎo)致梁的局局部失穩(wěn)。局部失穩(wěn)的后果：惡化工作條件件，降低構(gòu)件的承載能能力，動力荷載作用下易易引起疲勞破壞。第34講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）5－59矩形薄板的屈屈曲梁的局部穩(wěn)定定問題，其實(shí)實(shí)質(zhì)是組成梁梁的矩形薄板板在各種應(yīng)力力如的的作用下的屈屈曲問題。臨界應(yīng)力計算算通式：1、兩端受縱向向均勻壓力四邊簡支板：三邊簡支、一一邊自由板：第34講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）5－60矩形薄板的屈屈曲2、受剪應(yīng)力作作用的四邊簡簡支板：3、受彎曲正應(yīng)應(yīng)力作用四邊簡支板兩受荷邊簡支支、另兩邊固定板板第34講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）5－61矩形薄板的屈屈曲4、上邊緣受橫橫向局部壓應(yīng)應(yīng)力作用：第34講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）5－62矩形薄板的屈屈曲結(jié)論：1、與所受應(yīng)力力、支承情況況和板的長寬寬比（a/b）有關(guān)外，還與與板的寬厚比比（b/t）的平方成反比比。2、減小板寬可可有效地提高高，而減小板板長的效果不不大。另外，，與鋼材強(qiáng)度度無關(guān)，采用用高強(qiáng)度鋼材材并不能提高高板的局部穩(wěn)穩(wěn)定性能。第34講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）5－63梁翼緣板的局局部穩(wěn)定板的工作條件件：工字形截面梁梁的受壓翼緣緣板是三邊簡支，一邊自由的矩形板，在在兩相對簡支支邊均勻受壓下工作?？紤]翼緣板在在彈塑性階段段屈曲，彈性性模量降為切切線彈性模量量Et=ηE，取=1.0，=0.3，K=0.425=0.95fy第34講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）5－64梁翼緣板的局局部穩(wěn)定箱形截面在兩兩腹板間的受受壓翼緣，按按四邊簡支的的縱向均勻受受壓板計算。。第35講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）5－65梁腹板的局部部穩(wěn)定梁腹板受力特特點(diǎn)：（四邊邊簡支、考慮慮有彈性嵌固固的矩形板））受力復(fù)雜，厚厚度較小，主主要承受剪力力，采用加大大板厚的方法法來保證腹板板的局部穩(wěn)定定不經(jīng)濟(jì)，也也不合理。采用布置加勁勁肋的方法來來防止腹板屈屈曲。第35講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）5－66梁腹板的局部部穩(wěn)定加勁肋分橫向向加勁肋、縱縱向加勁肋和和短加勁肋。。第34講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）下一講的主要要內(nèi)容5－671、梁腹板局部穩(wěn)穩(wěn)定的計算；；2、加勁肋的計計算及構(gòu)造要要求；東南大學(xué)遠(yuǎn)程程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理理第三十五五講主講教師：曹曹雙寅舒舒贛平第35講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）上一講內(nèi)容5－681、梁（板件））局部穩(wěn)定的的概念；2、梁翼緣局部部穩(wěn)定的驗(yàn)算算與保證；3、梁腹板的受受力特點(diǎn)。第35講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）5－69梁腹板的局部部穩(wěn)定1、剪應(yīng)力作用下下矩形板：當(dāng)當(dāng)時時，不屈曲曲。防止腹板剪切切失穩(wěn)的有效效方法是布置置橫向加勁肋肋，減少a/h0的比值，即可可增大剪切臨臨界應(yīng)力。第35講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）5－70梁腹板的局部部穩(wěn)定2、彎曲正應(yīng)力作作用下矩形板板的屈曲：當(dāng)當(dāng)h0/tw≤174時，不會發(fā)生生彎曲局部失失穩(wěn)破壞。防止彎曲屈曲曲的有效方法法是布置縱向向加勁肋，以以減少板件的的h0值，增大σcr。第35講：受彎構(gòu)件－梁梁（5）5－71梁腹板的局部部穩(wěn)定3、橫向壓應(yīng)力作作用下矩形板板：當(dāng)h0/tw≤84時，不會發(fā)生生彎曲局部失失穩(wěn)破壞。