钢结构设计原理 教学课件 作者 赵根田 - 副本第5章 受弯构件.ppt

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1、第5章受弯构件梁主要是用作承受横向荷载的实腹式构件（格构式为桁架），主要内力为弯矩与剪力；梁的正常使用极限状态为控制梁的挠曲变形；梁的承载能力极限状态包括：强度、整体稳定性及局部稳定性；梁的截面主要分型钢与钢板组合截面梁格形式主要有：简式梁格（单一梁）、普通梁格（分主、次梁）及复式梁格（分主梁及横、纵次梁），具体详见图5-4截面选择：冷弯薄壁：轻型钢结构。热轧型钢：加工简单，价格低，受规格限制。组合梁：型钢和钢板进行连接钢—混凝土组合梁：高层钢结构中应用广泛。受弯构件计算内容：截面强度计算：抗弯（截面弯曲正应力最大处）、抗剪（截面剪应力最大处）、折算应力（截面弯曲应力和剪应力都

2、较大处）构件的整体稳定计算：弯扭失稳构件的局部稳定计算：各板件的承载力构件的疲劳验算：直接承受动力荷载的梁，当n>5×104次时应进行计算。5.1梁的强度和刚度计算5.1.1梁的强度计算梁在荷载作用下将产生弯应力、剪应力，在集中荷载作用处还有局部承压应力，故梁的强度应包括：抗弯强度、抗剪强度、局部压应力，在弯应力、剪应力及局部压应力共同作用处还应验算折算应力。1.梁的抗弯强度弹性阶段：以边缘屈服为最大承载力弹塑性阶段：以塑性铰弯矩为最大承载力弹性最大弯矩塑性铰弯矩截面形状系数梁的《规范》计算方法以部分截面发展塑性（1/4截面）为极限承载力状态单向弯曲双向弯曲式中：γ为塑性发展系

3、数，按表5-1b1/t≥13及直接承受动力荷载时γ=1.02.梁的抗剪强度3.梁的腹板局部压应力4.折算应力两σ同号取1.1，异号取1.25.1.2梁的刚度计算控制梁的挠跨比小于规定的限制（为变形量的限制）简支梁受均布荷载标准值qk时的挠度为：刚度不够应调整截面尺寸，其中以增加截面高度最为有效。5.2梁的整体稳定5.2.1钢梁整体稳定的概念梁受弯变形后，上翼缘受压，由于梁侧向刚度不够，就会发生梁的侧向弯曲失稳变形，梁截面从上至下弯曲量不等，就形成截面的扭转变形，同时还有弯矩作用平面那的弯曲变形，故梁的失稳为弯扭失稳形式，完整的说应为：侧向弯曲扭转失稳。从以上失稳机理来看，提高梁

4、的整稳承载力的有效措施应为提高梁上翼缘的侧移刚度，减小梁上翼缘的侧向计算长度5.2.2梁的整体稳定的计算原理主要因素有：截面形式，荷载类型，荷载作用方式，受压翼缘的侧向支撑。工字形截面简支梁整体稳定系数，见表5-2提高梁整体稳定承载力的最有效的措施是加大量的侧向抗弯刚度和抗扭刚度（加宽受压翼缘板），减小梁的侧向计算长度（增加受压翼缘的侧向支撑）。5.2.3梁的整体稳定系数针对均匀弯曲的受弯构件，当时，其整体稳定系数可按下式近似计算：（1）工字形截面双轴对称时单轴对称时（2）T形截面1）弯矩使翼缘受压时双角钢T形截面部分T型钢和两板组合T形截面2）弯矩使翼缘受拉且腹板宽厚比不大于

5、时5.2.4梁的整体稳定计算方法单向受弯构件双向受弯构件提高梁的整体稳定承载力的关键是，增强梁受压翼缘的抗侧移及扭转刚度，当满足一定条件时，就可以保证在梁强度破坏之前不会发生梁的整体失稳，可以不必验算梁的整体稳定，具体条件详见P1405.3梁的局部稳定和腹板加劲肋同轴压构件一样，为提高梁的刚度与强度及整体稳定承载力，应遵循“肢宽壁薄”的设计原则，从而引发板件的局部稳定承载力问题。翼缘板受力较为简单，仍按限制板件宽厚比的方法来保证局部稳定性。腹板受力复杂，而且为满足强度要求，截面高度较大，如仍采用限制梁的腹板高厚比的方法，会使腹板取值很大，不经济，一般采用加劲肋的方法来减小板件尺

6、寸，从而提高局部稳定承载力。图中：1－横向加劲肋2－纵向加劲肋3－短加劲肋5.3.1梁受压翼缘的局部稳定设计原则－－等强原则按弹性设计（不考虑塑性发展γ=1.0），因有残余应力影响，实际截面已进入弹塑性阶段，《规范》取Et=0.7E。若考虑塑性发展(γ＞1.0），塑性发展会更大Et=0.5E。当时，γ=1.05.3.2梁腹板的局部稳定屈曲应力统一表达式剪切应力屈曲如不设加劲肋，a＞＞b，b/a→0，k≈5.34,χ=1.23弯曲应力弹性屈曲如不设加劲肋，k≈23.9,χ=1.66（1.23,扭转不约束）局部压应力弹性屈曲按a/h0=2设置横向加劲肋，k≈18.4,η=1.0复合

7、应力作用板件屈曲仅配置横向加劲肋配有纵向加劲肋的上区格（偏心受压）配有纵向加劲肋的下区格（偏心受压，σc2≈σc）5.3.3梁腹板加劲肋的设计1、配置规定2、加劲肋的构造横向加劲肋贯通，纵向加劲肋断开；横向加劲肋的间距a应满足，当且时，允许纵向加劲肋距受压翼缘的距离应在范围内；上述各式中，h0为梁腹板的计算高度，hc为梁腹板受压区高度，对于单对称截面，前述表中4、5项中有关纵向加劲肋规定中的h0应取2hc。加劲肋可以成对布置于腹板两侧，也可以单侧布置，支承加劲肋及重级工作制吊车梁必须两侧对称