钢结构工程施工教学课件作者高福聚单元4　受弯构件计算.ppt

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1、单元4受弯构件计算4.1梁的类型和应用4.2梁的强度和刚度4.3受弯构件的整体稳定性验算4.4受弯构件的局部稳定性4.5型钢梁的截面设计4.6焊接梁的截面设计返回４．１　梁的类型和应用钢梁在建筑结构中应用广泛，主要用于承受横向荷载。在工业和民用建筑中最常见的是楼盖梁、墙架梁、工作平台梁、吊车梁、檩条等。钢梁按制作方法的不同，可以分为型钢梁和组合梁两大类，如图４-１所示。型钢梁又分为热轧型钢梁和冷弯薄壁型钢梁，前者常用工字钢、槽钢、Ｈ型钢制成，如图４-１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）所示，应用比较广泛，成本比较低廉，其

2、中Ｈ型钢截面最为合理，翼缘内外边缘平行，与其他构件连接方便。当荷载较小、跨度不大时可用冷弯薄壁Ｃ型钢［图４-１（ｄ）、（ｅ）］或Ｚ型钢［图４-１（ｆ）］，可以有效节约钢材，例如用作屋面檩条或墙面墙梁。下一页返回４．１　梁的类型和应用受到尺寸和规格的限制，当荷载或跨度较大时，型钢梁往往不能满足承载力或刚度的要求，这时需要用组合梁。最常见的是用三块钢板焊接而成的Ｉ形截面组合梁［图４-１（ｇ）］，俗称焊接Ｈ型钢，其构造简单，加工方便，当所需翼缘板较厚时，可采用双层翼缘板［图４-１（ｈ）］。荷载很大而截面高度受到限制

3、或对抗扭刚度要求较高时，可采用箱形截面梁［图４-１（ｉ）］。当梁要承受动力荷载时，由于对疲劳性能要求较高，需要采用高强度螺栓连接的Ｉ形截面梁［图４-１（ｊ）］。混凝土适于受压，钢材适于受拉，钢与混凝土组合梁［图４-１（ｋ）］可以充分发挥两种材料的优势，经济效果较明显。上一页下一页返回４．１　梁的类型和应用为了更好地发挥材料的性能，钢材可以做成截面沿梁长度方向变化的变截面梁。常用的有楔形梁，这种梁仅改变腹板高度，而翼缘的厚度、宽度及腹板的厚度均不改变，其加工方便，经济性能较好，目前已经广泛用于轻型门式刚架房屋中

4、。简支梁可以在支座附近降低截面高度，除节约材料外，还可节省净空，已广泛应用于大跨度吊车梁中，另外，还可以做成改变翼缘板的宽度或厚度的变截面梁。根据梁的支承情况，梁可分为简支梁、悬臂梁和连续梁。简支梁较费钢材，但制造简单、安装方便，还可避免支座沉降的不利影响，从而得到了广泛的应用。按受力情况的不同，梁可以分为单向受弯梁和双向受弯梁，如吊车梁、檩条等。上一页返回４．２　梁的强度和刚度４.２.１　梁截面上的正应力梁在纯弯曲时的弯矩挠度曲线与材料拉伸试验的应力应变曲线类似，屈服点也相差不多，分析时可采用理想弹塑性

5、模型，在荷载作用下大致可以分为四个工作阶段（图４-２）。现以Ｉ形截面为例说明如下。１.弹性工作阶段钢梁受力最大部分的应力未超过钢材屈服强度的加载过程属于弹性工作阶段，如图４-２（ａ）所示。对于直接承受动力荷载的梁，以受力最大部分的应力达到钢材屈服强度作为承载能力的极限状态。下一页返回４．２　梁的强度和刚度２.弹塑性工作阶段随着荷载的继续增加，梁的翼缘板逐渐屈服，随后腹板的两侧也逐渐屈服，此时梁的截面部分处于弹性、部分处于塑性，如图４-２（ｂ）所示。对于承受静力荷载或间接承受动力荷载的梁，国家相关规范适当考虑了

6、截面的塑性发展。３.塑性工作阶段荷载进一步增大，梁截面将出现塑性铰，如图４-２（ｃ）所示，梁将发生较大塑性变形。塑性设计的超静定梁允许出现塑性铰，直至形成几何可变体系。上一页下一页返回４．２　梁的强度和刚度４.应变硬化工作阶段实际材料的应力-应变关系并不是理想弹塑性，在应变进入硬化阶段后，梁在变形增加时，应力也继续有所增加，此时梁截面的应力分布图形如图４-２（ｄ）所示。弹性工作阶段，梁的最大弯矩为：Mｅ＝Wｎfｙ（４-１）塑性工作阶段，梁的塑性铰弯矩为：Mｐ＝Wｐｎfｙ（４-２）式中　fｙ—钢材的屈服强度；W

7、ｎ—净截面模量；Wｐｎ—净截面塑性截面模量；上一页下一页返回４．２　梁的强度和刚度Wｐｎ＝S１ｎ＋S２ｎS１ｎ—中和轴以上净截面面积对中和轴的面积矩；S２ｎ—中和轴以下净截面面积对中和轴的面积矩。为避免梁有过大的非弹性变形，承受静力荷载或间接承受动力荷载的梁，允许考虑截面有一定程度的塑性发展，并用截面的塑性发展系数来衡量其可以塑性发展的程度。国家规范规定梁的正应力设计公式如下：单向受弯时：（４-３）双向受弯时：（４-４）上一页下一页返回４．２　梁的强度和刚度式中　Mx、My—绕x轴和y轴（对Ｉ形截面x轴为强轴

8、，y轴为弱轴）弯矩设计值；Wｎx、Wｎy—对x轴和y轴的净截面弹性抵抗矩；f—钢材的抗弯强度设计值；γx、γy———截面塑性发展系数，在下列两个情况下应取γx＝γy＝１．０：（１）当梁直接承受动力荷载时；（２）当Ｉ形截面受压翼缘板的自由外伸宽度与其厚度之比大于时（fｙ为钢材的屈服点，以Ｎ／ｍｍ２计）。上一页下一页返回４．２　梁的强度和刚度４.２.２　梁截面上的剪应力在横向荷载作用下，梁在受弯的同时又