《钢结构设计原理》5受弯构件

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1、第五章受弯构件5.1梁的类型和应用承受横向荷载的构件称为受弯构件，包括实腹式和格构式两大类。实腹式受弯构件通常称为梁，例如房屋建筑中的楼盖梁、工作平台梁、吊车梁、屋面檩条和墙架横梁等。按制作方法钢梁分为型钢梁和组合梁两种。型钢梁构造简单，制造省工，应优先采用。型钢梁有热轧工字钢、热轧H型钢和槽钢三种，其中以H型钢的翼缘内外边缘平行，与其他构件连接方便，应优先采用。宜为窄翼缘型(HN型)。槽钢截面扭转中心在腹板外侧，弯曲时将同时产生扭转，只有在构造上使荷载作用线接近扭转中心，或能适当保证截面不发生扭转时才被采用。热

2、轧型钢腹板的厚度较大，用钢量较多。某些受弯构件(如檩条)采用冷弯薄壁型钢较经济，但防腐要求较高。荷载较大或跨度较大时，由于轧制条件的限制，型钢的尺寸、规格不能满足梁承载力和刚度的要求，就必须采用组合梁。组合梁一般采用三块钢板焊接而成的工字形截面，或由T型钢(用H型钢剖分而成)中间加板的焊接截面。当焊接组合梁翼缘需要很厚时，可采用两层翼缘板的截面。受动力荷载的梁如钢材质量不能满足焊接结构的要求时，可采用高强度螺栓或铆钉连接而成的工字形截面。荷载很大而高度受到限制或梁的抗扭要求较高时，可采用箱形截面。组合梁的截面组成

3、比较灵活，可使材料在截面上的分布更为合理，节省钢材。钢梁可做成简支梁、连续梁、悬伸梁等。简支梁的用钢量虽然较多，但由于制造、安装、修理、拆换较方便，而且不受温度变化和支座沉陷的影响，因而用得最为广泛。梁的设计必须同时满足承载力极限状态（强度、整体稳定和局部稳定）和正常使用极限状态（挠度）。5.2梁的强度和刚度5.2.1梁的强度包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度、折算应力。1.抗弯强度梁上作用荷载不断增加时，弯曲应力的发展过程可分为三个阶段：(1)弹性阶段；(2)弹塑性阶段；(3)塑性阶段。(1)弹性工作阶段截面

4、上各点的弯曲应力均小于屈服点，荷载增加，边缘纤维应力达到，相应的弯矩为梁弹性工作阶段的最大弯矩，其值为Wn—梁的净截面模量。(2)弹塑性工作阶段荷载继续增加，截面上、下各有一个高度为a的区域，其应力σ为屈服应力。截面的中间部分区域仍保持弹性。(3)塑性工作阶段当荷载再继续增加，梁截面的塑性区便不断向内发展，弹性核心不断变小。当弹性核心完全消失时，荷载不再增加，而变形却继续发展，形成“塑性铰”，梁的承载能力达到极限。极限弯矩为弯矩Mp与弹性最大弯矩Me之比为值只取决于截面的几何形状而与材料的性质无关，称为截面形状系

5、数。在计算抗弯强度时，考虑截面塑性发展节省钢材,。但按形成塑性铰来设计，梁的挠度过大，受压翼缘过早失去局部稳定。因此，只是有限制地利用塑性，取塑性发展深度。在弯矩Mx作用下：在弯矩Mx和My作用下：为避免梁失去强度之前受压翼缘局部失稳，当梁受压翼缘的自由外伸宽度b与其厚度t之比大于(但不超过)时，应取。直接承受动力荷载且需要计算疲劳的梁，例如重级工作制吊车梁，塑性深入截面将使钢材发生硬化，促使疲劳断裂提前出现，取，即按弹性工作阶段进行计算。梁的抗弯强度不满足时，增大梁的高度最有效。2.抗剪强度梁同时承受弯矩和剪力

6、共同作用。工字形和槽形截面梁腹板上的剪应力分布如图所示。截面上的最大剪应力发生在腹板中和轴处。在主平面受弯的实腹构件，其抗剪强度应按下式计算：S—中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩。抗剪强度不足时，有效的办法是增大腹板的面积，但腹板高度hw一般由梁的刚度条件和构造要求确定，故设计时常采用加大腹板厚度的办法增大梁的抗剪强度。3.局部承压强度当梁的翼缘受有沿腹板平面作用的固定集中荷载(包括支座反力)且该荷载处又未设置支承加劲肋时，或受有移动的集中荷载(如吊车的轮压)时，应验算腹板计算高度边缘的局部承压强度。在集中荷载作

7、用下，翼缘类似支承于腹板的弹性地基梁。腹板计算高度边缘的压应力分布如图的曲线所示。假定集中荷载从作用处以1：2.5(hy高度范围)和1：1(hR高度范围)扩散，均匀分布于腹板计算高度边缘。梁的局部承压强度可按下式计算：F—集中荷载，对动力荷载应考虑动力系数；—集中荷载增大系数：对重级工作制吊车轮压，＝1.35；对其他荷载，＝1.0；—集中荷载在腹板计算高度边缘的假定分布长度，其计算方法如下：跨中集中荷载＝a+5hy+2hR梁端支反力＝a+2.5hy+a1a—集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，对吊车轮压可取为50mm

8、；hy—自梁承载的边缘到腹板计算高度边缘的距离；hR—轨道的高度，计算处无轨道时hR＝0；a1—梁端到支座板外边缘的距离，按实际取，但不得大于2.5hy。腹板的计算高度h0：对轧制型钢梁为腹板在与上、下翼缘相交接处两内弧起点间的距离；对焊接组合梁，为腹板高度；对铆接(或高强度螺栓连接)组合梁，为上、下翼缘与腹板连接的铆钉(或高强度螺栓)线间最近距离。当计算不能满足时，在固