鋼梁優(yōu)選ppt資料

第五章鋼梁第一頁，共57頁。梁的截面(jiémiàn)形式第二頁，共57頁。5、

梁格由許多梁排列而成的平面體系，例如樓蓋和工作平臺等。根據(jù)梁的排列方式，梁格可分成下列三種(sānzhǒnɡ)典型的形式（圖）：①簡式梁格——只有主梁，適用于梁跨度較小的情況；②普通式梁格——有次梁和主梁，次梁支承于主梁上；③復(fù)式梁格——除主梁和縱向次梁外，還有支承于縱向次梁上的橫向次梁。第三頁，共57頁。簡式梁格普通(pǔtōng)梁格復(fù)式梁格布置梁格時，在滿足使用要求的前提下，應(yīng)考慮材料的供應(yīng)情況、制造(zhìzào)和安裝的條件等因素，對幾種可能的布置方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定最合理經(jīng)濟(jì)的方案。第四頁，共57頁。

鋪板可采用鋼筋混凝土板、鋼板或由壓型(yāxínɡ)鋼板與混凝土組成的組合板。鋪板宜與梁牢固連接使兩者共同工作，可分擔(dān)梁的受力而節(jié)約鋼材，并增強(qiáng)梁的整體穩(wěn)定性。第五頁，共57頁?！?.2鋼梁的強(qiáng)度和剛度(ɡānɡdù)計算一、鋼梁的設(shè)計步驟：1、初步選擇截面尺寸。根據(jù)強(qiáng)度和剛度要求，同時考慮經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定性等各個方面，初步選擇截面尺寸。2、對所選的截面進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的驗(yàn)算，其中，彎應(yīng)力強(qiáng)度是決定截面的最主要(zhǔyào)因素。3、如果驗(yàn)算結(jié)果不能滿足要求，就需要重新選擇截面或采取一些有效的措施予以解決。4、組合梁，還應(yīng)考慮是否變截面、翼緣與腹板的連接、拼接、支座以及與其他構(gòu)件連接等。第六頁，共57頁。二、鋼梁的彎曲強(qiáng)度：1、鋼梁彎曲的應(yīng)力階段(jiēduàn)梁受彎時的應(yīng)力—應(yīng)變曲線與受拉時相似，屈服點(diǎn)也接近——理想的彈塑性體。梁截面的應(yīng)力(yìnglì)分布Me=fyWMp=fyWp

彈性(tánxìng)階段彈塑性階段塑性階段第七頁，共57頁。（1）彈性階段——此時正應(yīng)力為直線分布，梁最外邊緣正應(yīng)力不超過屈服點(diǎn)。其抗彎力矩(lìjǔ)Me=fyW（2）彈塑性階段——梁邊緣出現(xiàn)塑性，應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)，而中和軸附近材料仍處于彈性（3）塑性階段——梁全截面進(jìn)入塑性，應(yīng)力均等于屈服點(diǎn)，形成塑性鉸，此時已達(dá)到梁的承載力極限。極限彎矩Mp=fyWp2、形狀系數(shù)：與梁的截面形狀有關(guān)F=Mp/Me矩形截面F=1.5工字形截面第八頁，共57頁。3、影響鋼梁塑性設(shè)計的因素（P80）4、彎曲強(qiáng)度(qiángdù)的計算（1）單向彎曲（2）雙向彎曲γx、γy為截面塑性發(fā)展系數(shù)，對工字形截面，γx=1.05,γy=1.20；對其他截面可按表5-4采用。（P146）即允許截面出現(xiàn)部分塑性變形，塑性區(qū)深度控制在h/8。承受動載、梁翼緣b/t∈(13,15)√235/fy時，γ=1第九頁，共57頁。三、剪應(yīng)力計算V——計算截面的剪力；I——毛截面繞強(qiáng)軸（x）的慣性(guànxìng)性S——中和軸以上或以下截面對中和軸的面積矩，按毛截面計算；tw——腹板厚度第十頁，共57頁。四、腹板局部壓應(yīng)力驗(yàn)算(講該部分，用兩梁疊加的圖，分三部分講，1是兩梁相交面的壓應(yīng)力，2腹板邊緣的壓應(yīng)力同時是薄弱面，3,2的壓應(yīng)力計算)當(dāng)梁翼緣受到沿腹板平面作用的集中荷載（如吊車輪(chēlún)壓、次梁傳來的集中力等），且該荷載處又未設(shè)置支承加勁肋時，需計算腹板的局部承壓強(qiáng)度（圖）

F：集中荷載，動力荷載需考慮動力系數(shù)；

ψ：集中荷載增大系數(shù)，重級工作制吊車梁ψ＝1.35；第十一頁，共57頁。Lz：集中荷載在腹板計算高度(gāodù)上邊緣的假定腹板長度，按下式計算：Lz=a+5hy+2hR

a：集中荷載沿梁跨度方向的支承長度，吊車梁可取a為50mm；

hy:梁頂面至腹板計算高度(gāodù)上邊緣的距離(按向腹板內(nèi)擴(kuò)散)。hR:軌道高度(gāodù)（按1:1向腹板內(nèi)擴(kuò)散），梁頂無軌為0第十二頁，共57頁。第十三頁，共57頁。五、折算(shésuàn)應(yīng)力計算β1第十四頁，共57頁。(1)由建筑高度確定hmax

梁底空間在滿足使用要求所需要的凈空尺寸條件下，梁的最大容許高度hmax(c)局部壓應(yīng)力單獨(dú)作用(zuòyòng)四、梁截面(jiémiàn)沿長度的改變

1、原則：材料圖包住彎距圖

半跨改變一次

2、改變梁高或翼緣

3、截面(jiémiàn)改變處需驗(yàn)算折算應(yīng)力V——計算截面的剪力；1、雙側(cè)配置(pèizhì)的橫肋同時設(shè)有橫向和縱向(zònɡxiànɡ)加勁肋時，斷縱不斷橫。tw——腹板厚度I——毛截面繞強(qiáng)軸（x）的慣性(guànxìng)性φb的范圍，有可能＞1，實(shí)際取值≤1短加勁肋：防止局部壓應(yīng)力引起的失穩(wěn)，布置在受壓區(qū)。沿梁單位(dānwèi)長度的水平剪力：的表達(dá)式（P1064-62）第四十二頁，共57頁。承受動載、梁翼緣b/t∈(13,15)√235/fy時，γ=1tw——腹板厚度使梁的強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性、剛度降低(jiàngdī)，導(dǎo)致破壞。六、鋼梁的剛度受彎構(gòu)件的剛度計算即是要保證其在使用過程中不會因撓度太大以致不能滿足正常使用的要求。

P86，公式（4-19）

梁的剛度屬于正常使用極限狀態(tài)，計算時荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值，不考慮截面(jiémiàn)削弱。第十五頁，共57頁。第十六頁，共57頁。第十七頁，共57頁。第十八頁，共57頁。第十九頁，共57頁。

一、梁整體穩(wěn)定性的概念1、什么是梁的整體失穩(wěn)和臨界荷載(hèzài)？（1）梁在外力作用下，其彎應(yīng)力尚未達(dá)到屈服點(diǎn)之前所發(fā)生的側(cè)向彎扭屈曲。（圖）（2）梁喪失穩(wěn)定之前所承受的最大M、P、σ稱為臨界彎矩Mcr或Pcr、σcrσcr=K√EIyGJ/(l1Wx)（彈性穩(wěn)定理論，P83，4-10）K：系數(shù)，依照梁的荷載(hèzài)形式與作用位置、跨度、支承情況和幾何特性等因素確定。Q:σcr與外部荷載(hèzài)大小相關(guān)嗎？§5.3鋼梁的整體(zhěngtǐ)穩(wěn)定性第二十頁，共57頁。第二十一頁，共57頁。2、影響(yǐngxiǎng)梁整體穩(wěn)定性的因素（1）梁受壓翼緣的自由長度l1，l1↗σcr↘l1：等于梁的跨度(kuàdù)或側(cè)向支撐點(diǎn)間的距離（2）梁截面的側(cè)向抗彎剛度EIy及抗扭剛度GJEIy、GJ↗，σcr↗（3）荷載類型和沿梁跨的分布（4）荷載作用點(diǎn)在荷載面上的位置（5）端部支承條件（6）初始變形、加載偏心和殘余應(yīng)力等初始缺陷。第二十二頁，共57頁。3、梁整體(zhěngtǐ)穩(wěn)定性計算表達(dá)式要求在發(fā)生強(qiáng)度(qiángdù)破壞前不能發(fā)生整體失穩(wěn)若求得σcr，則要求σ=Mx/Wx≤σcr梁的整體穩(wěn)定性滿足要求?？紤]抗力分項(xiàng)系數(shù)，則:σ=Mx/Wx≤σcr/γR=σcr/fy×fy/γR=φbf即：Mx/Wx≤φbfφb梁的整體穩(wěn)定系數(shù)，φb＝σcr/fy第二十三頁，共57頁。4、φb的計算(1)焊接工字形等截面簡支梁《規(guī)范》給出了實(shí)用計算公式。P253

(2)軋制普通工字鋼簡支梁的φb由于軋制工字鋼規(guī)格尺寸固定，《規(guī)范》給出了可直接查軋制工字鋼φb的表格(biǎogé)，見P255。φb的范圍，有可能＞1，實(shí)際取值≤1yb21yx2ybb235])4.4(1[4320fhtWAh++=hllbφ第二十四頁，共57頁。二、整體(zhěngtǐ)穩(wěn)定性驗(yàn)算的方法1、可不驗(yàn)算梁的整體穩(wěn)定性的兩種情況(qíngkuàng)(P84)2、當(dāng)不符合時，按下式驗(yàn)算梁的整體穩(wěn)定性（1）僅有Mx：（2）Mx，My同時作用：

3、整體穩(wěn)定不能滿足如何解決？第二十五頁，共57頁?！?.4組合(zǔhé)梁的設(shè)計一、設(shè)計步驟基本同軋成梁，但截面(jiémiàn)選擇更具靈活性（滿足W值的截面(jiémiàn)很多），如何定，以及由此產(chǎn)生的截面(jiémiàn)改變、翼緣焊縫計算、局部穩(wěn)定、各部分間的拼接等問題。第二十六頁，共57頁。二、截面(jiémiàn)選擇估算h，tw，翼緣尺寸(b1，t1)，1、截面(jiémiàn)高度hh根據(jù)建筑高度、剛度要求和用鋼經(jīng)濟(jì)確定(1)由建筑高度確定hmax

梁底空間在滿足使用要求所需要的凈空尺寸條件下，梁的最大容許高度hmaxhoht1t1twh1第二十七頁，共57頁。(2)根據(jù)剛度條件確定hmin

a,為什么？（充分利用材料，滿足剛度要求）

b,如何(rúhé)確定？均布荷載對稱等截面簡支梁

hmin2/E[v]

f↑,hmin↑

(3)由用鋼量最小確定經(jīng)濟(jì)梁高h(yuǎn)ec

hec=2Wx（mm）或hecx2/5 （cm）

h在靠近hec范圍內(nèi)變動時，對g的影響很小。選擇較小的梁高，不僅對穩(wěn)定有利，而且還能減小結(jié)構(gòu)的建筑高度，并節(jié)省聯(lián)結(jié)系的鋼材。

所以：h(h0)∈[hmin，(0.8，0.9)hec]≤hmax

鋼板寬度的級差通常為50mm第二十八頁，共57頁。2、腹板厚度twtw=√h0（mm）tw=√h0/11（cm）2mm的倍數(shù)3、翼緣尺寸主要決定于彎應(yīng)力強(qiáng)度，還應(yīng)滿足整體穩(wěn)定、局部(júbù)穩(wěn)定以及其他構(gòu)造要求。A1=Wx/h0-twh0/6b1∈[h/5,h/3],b1≥l1/16l1：受壓翼緣的自由長度t1=A1/b1,且t1≥b1/30·√fy/235寬度10mm的倍數(shù)，厚度2mm的倍數(shù)第二十九頁，共57頁。三、截面(jiémiàn)驗(yàn)算σ應(yīng)盡量接近[σ]或f，且不超過容許(róngxǔ)值的5%小結(jié)步驟Mmax→W=Mmax/γxf→hec=2W →hmin2/E[v]h(h0)∈[hmin，(0.8，0.9)hec]h→tw,A1→b1,t1→驗(yàn)算第三十頁，共57頁。四、梁截面(jiémiàn)沿長度的改變

1、原則：材料圖包住彎距圖

半跨改變一次

2、改變梁高或翼緣

3、截面(jiémiàn)改變處需驗(yàn)算折算應(yīng)力圖梁翼緣寬度(kuāndù)的改變圖變高度(gāodù)梁第三十一頁，共57頁。S1---翼緣對中和軸的面積矩全梁采用相同厚度的連續(xù)(liánxù)焊縫沿梁單位(dānwèi)長度的水平剪力：五焊接(hànjiē)組合梁翼緣焊縫的計算作用：阻止翼緣和腹板的相對移動而承受接縫處的縱向剪力T第三十二頁，共57頁。第三十三頁，共57頁。第三十四頁，共57頁?！?.5梁的局部穩(wěn)定(wěndìng)和腹板加勁肋設(shè)計一、梁局部(júbù)穩(wěn)定性的概念1、梁局部(júbù)失穩(wěn)的概念梁在設(shè)計時，從強(qiáng)度方面考慮，腹板宜高一些，薄一些；翼緣宜寬一些，薄一些；翼緣的寬厚比應(yīng)盡量大。但如設(shè)計不當(dāng)，則在荷載作用下在受壓應(yīng)力和剪應(yīng)力作用的腹板區(qū)，及受壓翼緣偏離其正常位置而形成波形屈曲—即梁的局部(júbù)失穩(wěn)。（圖）

第三十五頁，共57頁。第三十六頁，共57頁。第三十七頁，共57頁。梁局部(júbù)失穩(wěn)翼緣腹板第三十八頁，共57頁。2、發(fā)生局部失穩(wěn)的根本原因是腹板或翼緣內(nèi)的壓應(yīng)力或剪應(yīng)力大于其局部穩(wěn)定臨界應(yīng)力而失去穩(wěn)定。因此，要求σ<σcr或?<?cr,若以設(shè)計強(qiáng)度（f，fv）為σ，?的最大值，則要求σcr>f,?cr>fv。即：不先于強(qiáng)度破壞之前發(fā)生局部失穩(wěn)。3、局部失穩(wěn)的危害使梁的強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性、剛度降低(jiàngdī)，導(dǎo)致破壞。因此，在設(shè)計中應(yīng)避免。第三十九頁，共57頁。二、梁受壓翼緣的局部(júbù)穩(wěn)定1、塑性設(shè)計(shèjì)b/t≤13√235/fy2、彈性設(shè)計(shèjì)b/t≤15√235/fy第四十頁，共57頁。1、梁腹板區(qū)格失穩(wěn)形式在彎曲正應(yīng)力(yìnglì)、剪應(yīng)力(yìnglì)和局部壓應(yīng)力(yìnglì)單獨(dú)作用下，梁腹板區(qū)格的失穩(wěn)形式如圖所示三、梁腹板的局部(júbù)穩(wěn)定(a)彎曲正應(yīng)力單獨(dú)作用(zuòyòng)；(b)剪應(yīng)力單獨(dú)作用(zuòyòng)；(c)局部壓應(yīng)力單獨(dú)作用(zuòyòng)節(jié)線第四十一頁，共57頁。橫向加勁肋：防止由剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力引起的腹板失穩(wěn)；縱向(zònɡxiànɡ)加勁肋：防止由彎曲壓應(yīng)力引起的腹板失穩(wěn)，通常布置在受壓區(qū)；短加勁肋：防止局部壓應(yīng)力引起的失穩(wěn)，布置在受壓區(qū)。同時設(shè)有橫向和縱向(zònɡxiànɡ)加勁肋時，斷縱不斷橫。2、提高(tígāo)梁腹板局部穩(wěn)定的措施①加大腹板厚度—不經(jīng)濟(jì)②設(shè)置(shèzhì)加勁肋—經(jīng)濟(jì)有效第四十二頁，共57頁。腹板設(shè)加勁(jiājìn)肋滿足局部穩(wěn)定要求圖5.20梁腹板加勁(jiājìn)肋第四十三頁，共57頁。第四十四頁，共57頁。3、不考慮屈曲后強(qiáng)度及直接(zhíjiē)承受動力荷載梁腹板加勁肋的設(shè)置原則(1)可不(kěbù)設(shè),有局部壓應(yīng)力按構(gòu)造設(shè)置橫肋yftw當(dāng)ho23580/>(2)按計算(jìsuàn)設(shè)置橫肋yftw當(dāng)ho235170/>(3)設(shè)置橫肋,在彎矩較大區(qū)段設(shè)置縱肋,局部壓應(yīng)力很大的梁,在受壓區(qū)設(shè)置短加勁肋(5)支座及上翼緣有較大集中荷載處設(shè)支承加勁肋yftw當(dāng)ho23580/￡(4)h0/tw不應(yīng)超過250第四十五頁，共57頁。同時受正應(yīng)力(yìnglì)、剪應(yīng)力(yìnglì)和邊緣壓應(yīng)力(yìnglì)作用穩(wěn)定條件（經(jīng)驗(yàn)P108）σστ1￡+c,crσσ()cr2crτc+()2σ—腹板邊緣(biānyuán)的彎曲壓應(yīng)力,由區(qū)格內(nèi)的平均彎矩計算σc—腹板邊緣的局部壓應(yīng)力σc=F/(lztw)σcrτ—腹板平均(píngjūn)剪應(yīng)力τ=V/(hwtw)—各種應(yīng)力單獨(dú)作用下臨界應(yīng)力P104-107σc,crτcr4、僅用橫向加勁肋腹板局部穩(wěn)定計算圖5.21設(shè)置橫向加勁肋圖5.22應(yīng)力形式第四十六頁，共57頁。腹板受壓區(qū)高度(gāodù)—其他(qítā)情況時：全約束時：當(dāng)受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到完chywcbfth2351532=lywcbfth2351772=l()[]=時，當(dāng)=時，當(dāng)＝當(dāng)?shù)谋磉_(dá)式（P1064-62）λb:腹板受彎時的通用(tōngyòng)高厚比①bcrbbcrbcrbcrff/1.125.185.075.0125.185.085.02>--￡<￡lsllslslsfP106,4-62第四十七頁，共57頁。()235434.5410.12000ywsfahthha+=>l時：當(dāng)()23534.54410.12000ywsfahthha+=￡l時：當(dāng)()[]/1.12.18.059.012.18.08.02svcrsvscrsvcrscrfff>--￡<￡ltlltltlt=時，當(dāng)=時，當(dāng)=時，當(dāng)

的表達(dá)式(P104,4-56)②第四十八頁，共57頁。235/59.182825.1000ywcfhathha-=￡<l時：當(dāng)()235/83.14.139.10285.15.03000ywcfhathha-+=￡￡l時：當(dāng)()[]/1.12.19.079.012.19.09.02,,,,ccrccccrcccrccrcfff>--￡<￡lsllslsls=時，當(dāng)=時，當(dāng)＝時，當(dāng)?shù)谋磉_(dá)式(107,4-65)③c第四十九頁，共57頁。σcrτcrσc,cr臨界應(yīng)力計算式特點(diǎn)通用高厚比λ2hc/tw的函數(shù)h0/tw的函數(shù)h0/tw的函數(shù)hc：受壓區(qū)高度h0：腹板計算高度λ值的劃分≤0.85≤0.80≤0.90=f或fv∈(0.85,1.25]∈(0.80,1.20]∈(0.90,1.20]=n×f(n≤1)>1.25>1.20>1.20=1.1f/λ2腹板局部穩(wěn)定(wěndìng)臨界應(yīng)力計算公式特點(diǎn)第五十頁，共57頁。四、加勁(jiājìn)肋截面尺寸和構(gòu)造1、雙側(cè)配置(pèizhì)的橫肋bsh