水工钢结构第四章钢梁.ppt

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1、第四章钢梁第一节钢梁与梁格的型式及应用一、钢梁的型式及应用钢梁加工简单，制造方便，成本较低，适合于小跨度受弯构件。【型钢梁】工字钢Z字型钢H型钢【组合梁】由钢板、型钢连接而成,以工字形组合梁应用最广。当梁的高度很大而梁高受到限制，或抗扭要求较高时，可采用箱形截面。用钢材和混凝土连接而成的组合梁可充分发挥钢材和混凝土的性能，取得较好的经济效果。箱形组合梁应用楼层梁、屋面梁、吊车梁，平台梁；墙梁简支梁、连续梁、伸臂梁；实腹梁、空腹梁；异种钢梁蜂窝梁钢与混凝土组合梁第二节钢梁的弯曲强度及其计算承载能力极限状态钢梁正常使用极限状态刚度强度整体稳定局部稳定钢

2、梁设计应满足强度、刚度、整体稳定和局部稳定要求。一、钢梁的弯曲强度：一、抗弯强度梁的强度计算包括4个方面：弯曲正应力（抗弯强度）剪应力（抗剪强度）局部压应力（局部承压强度）折算应力1、工作阶段钢梁在弯矩作用下，截面上弯曲应力的发展可分为三阶段：（1）弹性（2）弹塑性（3）塑性一、抗弯强度1.弹性工作状态粱弯曲截面应力线性分布，呈三角形分析，边缘最大应力应满足下式:弹性最大弯矩为：Me=Wnfy式中：Wn净截面（弹性）抵抗矩。2．弹塑性状态当弯矩继续增加，截面边缘部分截面屈服。最后弹性核心部分逐渐减少直至全截面进入塑性，形成两个矩形应力块。塑性极限弯

3、矩Mp＝Wepfy，Wep为截面塑性抵抗矩，此时截面形成塑性铰。梁的截面部分处于弹性，部分进入塑性。截面抵抗弯矩的发展3．塑性工作状态S1n，S2n──中和轴以上和中和轴以下净截面对中和轴的面积矩。Wpn──净截面塑性抵抗矩。塑性铰弯矩：直到全截面达到塑性状态，形成塑性铰塑性铰就是认为一个结构构件在受力时出现某一点相对面的纤维屈服但未破坏，则认为此点为一塑性铰，这样一个构件就变成了两个构件加一个塑性铰，塑性铰两边的构件都能做微转动。就减少了一个约束。★钢梁能否采用塑性设计应考虑的因素(难点)1、变形的影响2、剪应力的影响3、局部稳定的影响4、脆断和

4、疲劳破坏的影响5、钢材本身有较好的塑性不能采用塑性设计的情况：（1）直接承受动载的梁（2）采用容许应力法计算（3）受压翼缘的自由外伸宽度b与其厚度t1的比值：二、钢梁的强度计算：强度折算应力局部承压强度抗剪强度抗弯强度单向弯曲时：式中:Mx──绕X轴的弯矩Wnx──对x轴的净截面抵抗矩；γx──截面塑性发展系数：f──钢材的抗弯强度设计值。（１）在主平面内受弯的实腹式构件双向弯曲时：单向弯曲时：双向弯曲时：式中:V──计算截面沿腹板平面作用的剪力；I──毛截面惯性矩；S──计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩；tw──腹板厚度；fv──钢材的抗剪

5、强度设计值。抗剪强度：剪应力计算最大剪应力：双向受剪时：弹性设计时应满足的极限状态，即验算方法：注意Ix和Sx的含义及计算方法局部压应力的产生局部压应力固定集中荷载(包括支座反力)处无支承加劲肋有移动的集中荷载（如吊车轮压）计算折算应力的原因在梁腹板计算高度h0边缘处，可能同时受有较大的正应力、剪应力或局部压应力（集中荷载、轮压、支座位置）尽管正应力、剪应力都不是最大，但它们同时作用下该处可能更危险折算应力要求折算应力小于等于钢材单向拉伸的屈服点/分项系数计算折算应力的计算注意：各应力应该是计算高度边缘处同一点的应力其中弯曲正应力：图4.2.5、

6、、c的共同作用yyxτσcσIn为梁净截面惯性矩，y1为计算点至中和轴的距离。β1为强度增大系数。考虑到折算应力达屈服时，仅限于局部，所以设计强度予以提高。当σ和σc异号时取1.2；同号时或σc＝0时取1.1。梁的刚度用标准荷载作用下的挠度大小来度量。属于正常使用极限状态的验算。保证设备的正常运行、装饰物与非结构构件不受损坏以及人的舒适感等。梁的刚度可按下式验算：[v]梁的容许挠度值，一般情况下可参照附表采用。受弯构件的刚度第三节钢梁的整体稳定性一、整体稳定性的概念窄而高的梁在截面承载力尚未充分发挥之前突然发生侧向弯曲和扭转，使梁丧失继续承载的

7、能力——整体失稳。梁在弯矩作用平面内弯曲的同时，将突然发生侧向的弯曲和扭转变形，并丧失继续承载的能力，这种现象称为梁的整体失稳或弯扭屈曲。梁维持其稳定平衡状态所承担的最大荷载或最大弯矩，称为临界荷载或临界弯矩。失稳过程特点：(1)梁在弯矩作用下产生弯曲变形v，并使上翼缘受压，下翼缘受拉。(2)绕动使梁产生侧向弯曲变形u。(3)上翼缘压力与变形相互作用，变形增加(4)下翼缘拉力与变形相互作用，变形减小(5)上翼缘变形增大，下翼缘变形减小，截面扭转J(6)弯矩较小时，变形可以恢复，稳定状态(7)弯矩较大时，变形不能恢复，失稳状态(8)弯扭变形平衡，临界

8、状态影响钢梁整体失稳的因素(1)梁的跨度和受压翼缘侧向支撑的间距(2)梁的截面尺寸(3)受压翼缘的宽度(4)所受荷载的类型