钢结构基本原理课件：第五章 (1).ppt

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5受弯构件,本章内容:

（1）梁的强度和刚度

（2）梁的整体稳定（3）梁的局部稳定和腹板加劲肋设计（4）型钢梁的设计（5）组合梁的设计（6）梁的拼接、连接和支座本章重点：

梁的整体稳定，梁的局部稳定和腹板加劲肋设计，型钢梁和组合梁的设计。

本章难点：

如何进行梁的整体稳定、局部稳定验算，腹板加劲肋、型钢梁和组合梁如何设计。

5.1受弯构件的形式和应用,5.1.1实腹式受弯构件-梁,图5.1梁的截面类型,图5.2工作平台梁格示例,5.1.2格构式受弯构件-桁架,简支梁式、刚架横梁式、连续式、伸臂式、悬臂式,图5.4梁式桁架的形式,图5.5悬臂桁架,1.梁的抗弯强度,实腹梁的截面正应力发展过程分为弹性、弹塑性和塑性三个阶段,5.2梁的强度和刚度,5.2.1梁的强度,图5.6梁受弯时各阶段正应力的分布情况,（a）,（b）,（c）,（d）,

（1）弹性设计（动力荷载作用下）,

（2）塑性设计（静荷和间接动荷作用下）,允许截面部分发展塑性，塑性发展区高度,为了避免梁受压翼缘的局部失稳出现在强度破坏之前：

抗弯强度不足,用增大梁高h的方法解决.,截面形式,x,y,2.梁的抗剪强度,在主平面内受弯的梁，其抗剪强度应按下式计算：

抗剪强度不足,用增大腹板厚度tw的方法解决.,3.梁的局部承压强度,当梁上翼缘受有沿腹板平面作用的集中荷载、且该荷载处又未设置支承加劲肋时，腹板计算高度上边缘的局部承压强度应按下式计算：

梁中部lz=a+5hy,梁端lz=a+2.5hy+a1,梁中部lz=a+5hy+2hR,t1,b,4.梁在复杂应力作用下的强度计算,在梁的腹板计算高度边缘处，若同时受有较大的正应力、剪应力和局部压应力，或同时受有较大的正应力和剪应力时，按下式验算折算应力：

5.2.2梁的刚度,vv,V-由荷载标准值产生的最大挠度v-梁的容许挠度,或,对等截面简支梁：

l梁的跨度,Ix-毛截面惯性矩E-梁的容许挠度,5.3梁的整体稳定和支撑,5.3.1梁整体稳定的概念,强度-弯曲,失稳弯曲+扭转,临界弯矩：

梁维持稳定平衡状态所承担的最大弯矩,荷载作用位置有关。

式和横向,荷载类型、梁端支承方,梁的侧扭屈曲系数,与,模量；,钢材的弹性模量和剪变,、,之间的距离）；,（受压翼缘侧向支承点,梁受压翼缘的自由长度,梁毛截面扭转惯性矩；,性矩；,轴（弱轴）的毛截面惯,梁对,b,G,E,l,I,y,I,t,y,1,影响临界弯矩的因素,5.3.2梁整体稳定的保证,1、有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时。

2、工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比小于规定值（表5.2）。

5.3.3梁的整体稳定计算方法,Mx绕强轴作用的最大弯矩,Wx毛截面摸量,b梁的整体稳定系数,梁的整体稳定系数的计算（见P311，附录3）,1.焊接工字形等截面简支梁和扎制H型钢简支梁,2.轧制普通工字钢简支梁,4.双轴对称工字形等截面（含H型钢）悬臂梁,3.轧制槽钢简支梁,主梁,次梁,另选次梁截面。

如不满足，,验算次梁整体稳定，,要求：

。

，钢材,用轧制工字钢,次梁采,。

静力荷载）,标准值为,活荷载,（不包括次梁自重）,为,面层自重标准值,固连接。

次梁承受板和,未与次梁翼缘牢,支于主梁上面，平台板,平台梁梁格布置如图所,例,235,36,（,/,12,/,0,.,3,2,.,5,2,2,Q,a,I,m,kN,m,kN,，,次梁,示，,，验算强度和稳定。

应重新计算荷载和内力,=,质量为,，,选,所需截面抵抗矩为：

，则,，查得,设选工字钢范围,，需另选截面：

次梁的整体稳定不满足,m,kN,m,kN,m,kg,cm,W,a,I,cm,f,M,W,I,I,x,b,x,x,b,b,/,6,.,0,/,8,.,0,/,4,.,80,1433,45,1246,215,68,.,0,10,25,.,182,68,.,0,6,.,0,73,.,0,63,45,3,3,6,=,=,=,=,=,=,j,j,j,度和整体稳定性。

钢。

要求：

验算梁的强,钢材为,，,计值为,承加劲肋。

梁自重的设,梁腹板在次梁处设有支,，,为,传来的集中荷载设计值,处各有一个次梁，次梁,座,在距支,，,截面简支梁，跨度为,如图所示焊接工字形等,例,235,5,15,3,.,5,Q,m,m,整体稳定：

判断是否需要验算梁的,5.4梁的局部稳定和腹板加劲肋设计,5.4.1受压翼缘的局部稳定,钢材泊松比0.3,E钢材弹性模量,当采用塑性设计时,屈曲系数,弹性约束系数c=1.0,计算出,由条件,得：

局部稳定条件,当采用弹性设计时,箱型梁翼缘板,b,t,t,梁受压翼缘板局稳计算采用强度准则，即保证受压翼缘的局部失稳临界应力不低于钢材的屈服强度。

b0,5.4.2腹板的局部稳定,梁腹板受到弯曲正应力、剪应力和局部压应力的作用，在这些应力的作用下，梁腹板的失稳形式如图所示,腹板加劲肋的配置,横向加劲肋：

防止由剪应力和局部压应力引起的腹板失稳；纵向加劲肋：

防止由弯曲压应力引起的腹板失稳，通常布置在受压区；短加劲肋：

防止局部压应力引起的失稳，布置在受压区。

同时设有横向和纵向加劲肋时，断纵不断横。

提高梁腹板局部稳定可采取以下措施：

加大腹板厚度不经济设置加劲肋经济有效,腹板加劲肋的类型,腹板设加劲肋满足局部稳定要求,腹板加劲肋的设置原则（承受动力荷载的吊车梁及类似构件）,

（1）,可不设,有局部压应力按构造设置横肋,

（2）,按计算设置横肋,（3）,设置横肋,在弯矩较大区段设置纵肋,局部压应力很大的梁,在受压区设置短加劲肋,（4）,支座及上翼缘有较大集中荷载处设支承加劲肋,1、仅用横向加劲肋加强的腹板,同时受正应力、剪应力和边缘压应力作用。

稳定条件：

腹板边缘的弯曲压应力,由区格内的平均弯矩计算；,腹板平均剪应力,=V/（hwtw）；,临界应力。

腹板局部稳定计算,（,）,腹板受压区高度,其他情况时：

=,时，,当,=,时，,当,时，,当,作为参数：

=,的表达式，以,c,b,cr,b,b,cr,b,cr,b,cr,y,b,cr,h,f,f,f,/,1,.,1,25,.,1,85,.,0,75,.,0,1,25,.,1,85,.,0,85,.,0,2,-,-,l,s,l,l,s,l,s,l,s,l,s,f,（,）,/,1,.,1,2,.,1,8,.,0,59,.,0,1,2,.,1,8,.,0,8,.,0,2,s,v,cr,s,v,s,cr,s,v,cr,s,cr,vy,s,cr,f,f,f,f,-,-,l,t,l,l,t,l,t,l,t,l,t,=,时，,当,=,时，,当,=,时，,当,作为参数：

=,的表达式,以,（,）,/,1,.,1,2,.,1,9,.,0,79,.,0,1,2,.,1,9,.,0,9,.,0,2,c,cr,c,c,c,cr,c,c,cr,c,cr,c,y,c,cr,c,f,f,f,f,-,-,l,s,l,l,s,l,s,l,s,l,s,=,时，,当,=,时，,当,时，,当,作为参数：

=,的表达式，以,c,2、同时用横向和纵向加劲肋加强的腹板,

（1）I区格，高为h1：

h1,h2,2、同时用横向和纵向加劲肋加强的腹板,纵向加劲肋边缘的弯曲压应力；,纵向加劲肋边缘的局部压应力，=0.3；,c2,腹板平均剪应力；,

（1）II区格，高为h2：

2,c,c2,（3）在受压翼缘与纵向加劲肋之间设有短加劲肋的区格,计算时，先布置加劲肋，再计算各区格的平均作用应力和相应的临界应力，使其满足稳定条件。

5.4.3加劲肋构造和截面尺寸,

（1）双侧配置的横肋,

（2）横向加劲肋间距,（3）腹板同时设横肋和纵肋，相交处切断纵肋,横肋连续,（单侧增加20%）,y,（4）加劲肋的刚度,横向：

纵向：

y,（6）横向加劲肋切角,（7）直接受动荷的梁,中间横肋下端不应与受拉翼缘焊接,下面留有50-100mm缝隙，,（5）大型梁，可采用以肢尖焊于腹板的角钢加劲肋，其截面惯性矩不得小于相应钢板加劲肋的惯性矩。

5.4.4支承加劲肋的计算,1.腹板平面外的稳定性（绕z轴）:

按轴心压杆计算,截面面积：

加劲肋面积+2cc=,计算长度：

h0,F-集中荷载或支座反力,稳定系数由=h0/iz按b类查表,iz绕z轴的回转半径,2.端面承压强度,Ace端面承压面积,fce钢材端面承压强度设计值,3.支承加劲肋与腹板的连接焊缝,在次梁连接处设置有支承加劲肋。

试设计加劲肋。

系列，手工焊。

钢，焊条为,支座反力R523.5kN，钢材为,设计值,，,的标准值为,知,梁传来的集中荷载，已,接工字形，它承受由次,，截面为焊,面简支梁，跨度为,工作平台的主梁为等截,例,43,235,256,201,12,4,.,5,E,Q,kN，,kN,F,m,切角3050,厚度ts,切角3050,支座反力R523.5kN,5.6型钢梁的设计,5.6.1单向弯曲型钢梁,型钢梁一般可不验算剪应力；局部稳定不需验算；双轴对称截面梁，稳定满足强度可不验算。

整体稳定：

抗弯强度：

3选择型钢号,查几何特征值,进行必要的验算。

1计算M、V，确定钢材种类（f）,2计算Wnx或Wx,1,2,设计此次梁,要求：

钢材,次梁采用,。

静力荷载）,活荷载标准值为,（不包括自重）,荷载标准值为:

恒荷栽,

（1）平台板与次梁翼缘牢固连接,平台梁梁格布置如图，,例,235。

（,/,9,/,1.5,5,.,5,2,2,Q,m,kN,m,kN,【解】,设次梁自重为：

0.5kN/m,主梁,次梁,1）内力,

（2）平台板未与次梁翼缘牢固连接,2.5m,2.5m,2.5m,2.5m,情况1,3）验算,重力为,选,m,kN,cm,W,HN3001506.59,x,/,0.37,490,3,=,2）选择截面,cm,I,x,7350,4,=,250,300,10,7350,10,06,.,2,384,10,5,26.75,5,384,5,4,5,9,3,3,vT,1,vQ,EIx,q,vT,=,=,=,=,k,l,1,348,1,=,l,l,l,验算刚度和稳定,重力为,，查得,参考工字钢范围,m,kN,cm,W,I,I,x,b,/,5,.,0,782,6,.,0,73,.,0,63,45,3,=,=,j,情况2、选择截面,cm,i,y,3.93,4,=,选,HN350175711,cm,A,63.66,2,=,0.6,刚度验算,整体稳定,5.7组合梁的设计,1、截面高度h

（1）建筑高度：

确定梁的最大高度

（2）刚度条件：

决定梁的最小高度,以,得,5.7.1截面选择,（3）经济条件：

决定经济高度,每个翼缘的面积,由于,则,又,hw,h,t,t,tw,h1,1.2-考虑腹板加劲肋用钢量,根据经验,则,总截面积最小的条件：

得,2.腹板厚度,满足抗剪强度要求,则,（由此算出的很小，很薄，实际必须考虑局稳）,一般用经验公式估算,先假定宽度：

则厚度t：

应满足局稳要求，宽度取10mm的倍数，厚度取2mm的倍数,3.翼缘尺寸的确定,由,求得需要Af,5.7.2截面验算,1、强度（包括抗弯、抗剪、局部承压强度）2、刚度（验算全部标准荷载和仅有可变荷载标准值作用）3、整体稳定4、局部稳定,5.7.3组合梁截面沿长度的改变,梁宽改变改变翼缘宽度，较窄翼缘宽度b应满足弯矩M1下的强度要求，还应验算该截面的腹板与翼缘交接处的折算应力。

对于均布荷载下的简支梁，最优截面改变处离支座1/6跨度。

多层翼缘板的梁可切断外层板。

梁高改变时可使上翼缘保持一平面，支座处的高度应满抗剪强度的要求，但不宜小于跨中高度的1/2。

5.7.4焊接组合梁翼缘焊缝的计算,S1-翼缘对中和轴的惯性矩,例5.6平台梁梁格布置如图所示，次梁,5.8梁的拼接、连接和支座,5.8.1梁的拼接,1.型钢梁的拼接,2.焊接组合梁的拼接,5.8.2次梁与主梁的连接,6.8.3梁的支座,辊轴支座,平板支座,弧形支座,简支支座,图示焊接工字钢梁，钢材Q345，承受次梁传来的集中荷载，次梁可作为主梁的侧向支撑点，验算该梁的整体稳定。

已知：

4.2,

（1）钢板1-1截面的强度够否？

（2）是否还需要验算2-2的强度？

假若N力在13个螺栓中平均分配，2-2截面应如何验算?

（3）拼接板的强度够否？

（1）,

（2）虽然22截面的净截面面积小了，力也小了，所以需要验算22截面的强度。

假设13个螺栓平均受力，,解：

（3）拼接板33截面受力最大，应验算33截面的强度。

强度满足要求。