梁的设计5

1锅炉构架设计五梁的设计21梁的形式梁主要用以承受横向载荷，其截面必须具有较大的抗弯刚度。锅炉构架中常用的有轧制型钢梁,型钢与钢板组合梁和钢板组合梁(板梁).轧制型钢由于条件限制,腹板厚度较大,用钢量较多,但结构简单,制造省工,载荷较小时应优先选用.板梁有工字形和箱形两种,工字形梁较省材料,但抗扭刚度小.2梁的计算内容梁的计算内容较多.首先是截面强度,构件整体稳定,局部稳定和刚度(挠度).通过这些计算可以肯定所选截面是否可靠和适用.其次还有翼缘和腹板的连接计算,腹板加劲肋设计,梁与梁的连接和支座等.其中刚度属正常使用极限状态,应采用荷载标准值计算,其余均属承载能力极限状态,应采用荷载设计值.3截面强度计算在主平面受弯的梁,其强度计算包括抗弯、抗剪、局部承压、强度和折算应力的计算。3.1抗弯强度锅炉构架中的梁,受压翼缘的外伸宽度与其厚度之比,一般都控制在13235/yf和15之间.所以不考虑截面塑性发展,其抗弯强度按下式计算:yxnxnyMMfWW式中Mx、My—同一截面处绕x轴和y轴的弯矩,对工字形截面x轴为强轴Wnx、Wny—对x轴和y轴的静截面模量f—钢材的抗弯强度计算值,对Q235钢:f=/1.087yf;对Q345、Q394、Q420钢:f=/1.111yf3.2抗剪强度VWVSfIt式中V——沿腹板平面内的剪力；S——计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩；I——毛截面惯性矩；Wt——腹板厚度；Vf——钢材抗剪强度设计值，根据能量强度理论：0.583Vfff。3.3局部承压强度当梁上翼缘有沿腹板平面作用的荷载，且该处又未设置支承加劲肋时，应按下式计算腹板计算高度边缘的局部承压强度。CWZFftl式中F——集中荷载；3Zl——集中荷载在腹板计算高度边缘的分布长度，5Zylah；a——集中荷载沿梁跨度方向的支承长度；yh——梁翼缘外表面至腹板计算高度边缘的距离，对焊接梁为翼缘厚度；对型钢梁为外表面至内圆角趾的距离。3.4折算应力在梁的腹板计算高度边缘处，若同时受有较大的正应力、剪应力或有局部压应力时，应计算折算应力。22213ccf式中——腹板计算高度边缘的正应力；——与同一处的剪应力；c——竖直方向的局部压应力；1——强度设计值的增大系数，与c异号时取1.2；与与c同号或c=0时取1.1。4刚度刚度计算是梁在荷载标准值作用下的最大挠度不超过容许值。一般情况下，跨度小的梁由抗弯强度控制，跨度较小的梁则由抗剪强度或剪切变形控制，而跨度较大的梁往往由刚度控制。锅炉构架中，梁的刚度通常采用相对挠度表示。即：vvil式中v——梁的跨中挠度；l——梁的跨度；vl——梁的容许挠度，对顶板主梁为1/850；顶板次梁和预热器支承梁为1/750；顶板小梁及构架主平面层柱间梁为1/500；平台梁1/250。5整体稳定梁最常用的截面为工字形，它绕截面两轴的惯性矩相差很大。跨中无侧向支承或侧向支承距离较大的梁，在最大刚度平面内承受横向荷载或力矩作用时，上翼缘类似轴心受压杆，当荷载达到一定数值时，可能产生侧向位移和扭转，导致梁在强度破坏之前丧失承载能力，这种现象的侧扭屈曲或丧失整体稳定。5.1计算公式单向弯曲梁整体稳定计算：XbXMfW两个平面内受弯的工字形截面梁的整体稳定计算：4yXbXyMMfWW式中XW、yW——按受压纤维确定的时x轴和对y的毛截面模量；XM——绕强轴作用的最大弯矩；b——梁梁的整体稳定系数。应按《钢结构设计规范》规定采用。影响整体系数稳定的因素很多主要有：○1截面形式及尺寸比值；○2荷载类型及其在截面高度上的作用位置；○3跨中有无侧向支承与侧向支承间的间距；○4梁的端部约束情况；○5初弯曲、初扭曲、荷载初偏心和残余应力等初始缺陷；○6截面塑性发展情况；○7刚才性能等。5.2保证梁整体稳定的措施如上所述，整体稳定系数与很多因素有关，即使应用简化计算方法也很繁琐。因此，锅炉构架设计中通常采取构造措施来保证梁的整体稳定，而不具体计算b。5.2.1将花钢板或护板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接，以阻止梁受压翼缘的侧移。5.2.2设置与梁受压翼缘牢固连接的侧向支承。使梁受压翼缘自由长度1l与其宽度1b之比满足下列要求：○1H型钢或等截面工字形简之梁11lb不应超过下表的规定数值：跨中无侧向支承的梁跨中有侧向支承的梁不论荷载作用于何处荷载作用在上翼缘荷载作用在下翼缘23513yf23520yf23516yf○2箱形截面简之梁，1123595ylbf，且16hb。对跨中无侧向支承的梁，1l为其跨度；对跨度中有侧向支撑的梁，1l为侧向支撑间的距离（梁支座处视为有侧向支撑）。对箱形截面，1b为两腹板外侧距离，h为截面高度。5.2.3为了提高梁的稳定承载能力，任何梁在端部支座处均应采取构造措施，例如侧向支撑，以阻止梁端截面的侧移和扭转。6局部稳定对于组合梁，若翼缘和腹板尺寸选择不适当。在荷载达到一定值时受压翼缘或腹板可能首先发生翘曲，这种现象叫局部屈曲或丧失局部稳定。5局部屈曲后，翘曲部分退出工作，梁的有效承载截面积减少，且变成不对称。这将促使梁在未达到强度承载能力和整体稳定承载能力之前发生整体破坏。因此。必须采取措施保证梁的局部稳定。6.1翼缘板的局部稳定梁受压翼缘一般采用控制宽度比的办法来保证其局部稳定。6.1.1受压翼缘的自由外伸宽度b与其厚度t之比不大于23515yf。6.1.2箱形截面梁受压翼缘在两腹板外侧之间的宽度1b与其厚度之比不大于23540yf。6.2腹板的局部稳定组合梁腹板的局部稳定通常采用设置加劲肋的方法来保证。加劲肋的功能是作腹板的不动支承边，当腹板屈曲时，沿加劲肋轴线具有一条直线的波折线，将腹板分成较小的区格。以提高其稳定性。对可能由剪应力引起屈曲的腹板，应每隔一定距离设置横向加劲肋；对可能由弯曲应力引起屈曲的腹板，宜在受压区增设纵向加劲肋。有固定集中荷载处应设横向加劲肋，把荷载直接传给腹板，因此，锅炉构件中梁的腹板一般不必设短加劲肋。6.2.1腹板加劲肋设置规定○1023580Wyhtf时，一般不设置加劲肋；○2023523580150170yWyhftf或时应设横向加劲肋；○30235150Wyhtf（受压翼缘扭转未受到约束）或0235170Wyhtf（受压翼缘扭转受到约束）时，应在弯曲应力较大的受压区加设纵向加劲肋。必要时宜在受压区加设短加劲肋。锅炉构架一般不设纵向加劲肋。○4任何情况下0Wht均不大于250。上述0h为腹板计算高度，Wt为腹板厚度。6.2.2加劲肋间距和腹板局部稳定计算由上述规定设置的加劲肋，应按《钢结构设计规范》计算加劲肋的间距和腹板的局部稳定。锅炉构架梁一般不作此项计算，按6.2.3条设计即可。6.2.3腹板加劲肋的截面设计○1加劲肋间距的构造要求加劲肋间距过大时，使腹板无支承区格太大，容易产生初始鼓曲；过小时，使制造复杂，且材料也增加。故规定：仅设置横向加劲肋时，其间距a=（0.5~2）0h范围；若0100Wht，6a可取02.5h○2加劲肋截面形式及布置焊接梁的腹板加劲肋一般用钢板制成，也可采用肢尖焊于腹板的角钢或其他形式。加劲肋宜在腹板两侧成对称布置，也可单侧布置，但支承加劲肋不允许单侧布置。单侧加劲肋制造方便，节约钢材，一般不影响对腹板的支承作用。○3加劲肋的截面尺寸加劲肋应有足够的刚度才能作为腹板的不动支承，根据加劲肋对腹板平面轴线的屈曲不先于腹板屈曲的原则，其截面尺寸成对称布置的钢板横向加劲肋的截面尺寸应符合下列要求：外伸宽度：04030hbmm厚度：15bt单侧布置钢板横向加劲肋的外伸宽度，根据与成对称布置加劲肋刚度相等的条件，不应小于1.2b。厚度不应小于外伸宽度的1/15。6.2.4支承加劲肋支承加劲肋是承受固定集中荷载或支座反力的横向加劲肋，应成对称布置并进行下列计算。○1腹板平面外的稳定性稳定性按承受梁的支座反力或固定集中荷载的轴心压杆计算。计算截面应包括加劲肋和加劲肋每侧23515Wytf范围内的腹板面积，计算长度近似取0h，稳定系数可按b类截面采用。并下式计算：sNfA式中N——支座反力或集中荷载；——轴心受压构件的稳定系数；sA——计算截面。○2端面承压强度支承加劲肋的端部为磨平顶紧时，应按下式计算端面承压强度：cececeNfA式中ceA——端面承压面积；cef——钢材端面承压强度设计值。○3焊缝计算支承加劲肋与腹板的连接焊缝，可假定在力N作用下，应力沿焊缝全长均匀分布按下式计算：70.7WffWNfhl7截面设计7.1型钢梁的截面选择首选求出抗弯强度所需的截面模量XW，即：XXMWf式中XM按荷载设计值计算的梁的最大弯矩/然后从型钢表中选择合适的型号；为梁需要，再按规定挠度计算所需的惯性矩选取型钢截面，最后取其较大者。7.2板梁的截面设计下面以双轴对称的焊接工字形板梁截面的设计为例，说明截面设计的一般方法。7.2.1梁的高度h梁高应满足净空条件（最大高度）、刚度要求（最小高度）和经济要求（经济高度）。锅炉构架中梁高一般不受境内感空限制。○1最小高度minh可参照下表采用：梁的挠度1/8501/7501/5001/3601/250最小高度minhQ235钢/7l/8l/12l/17l/24lQ345钢/5l/5.5l/8l/11.5l/16l注：表中l为梁的跨度。○2经济高度eh3730()eXhWcmmax/()XWMfcm式中maxM按荷载设计值计算，当梁受多个集中荷载作用时，可今年司按均布荷载计算。梁高选用和eh的较大者。7.2.2翼缘板尺寸○1翼缘宽度11(~)35fbh○2翼缘厚度ft根据局部稳定要求决定，即：23530ffybtf87.2.3腹板尺寸○1腹板高度2Wfhht○2腹板厚度Wt可按下列各式计算的结果选取，且不宜小于minb。WWVthf或37100WWth式中V——梁的最大剪力（支座反力）——系数，当梁端翼缘截面无削弱时，1.2否则1.5。选定截面尺寸后，要进行强度、刚度和整体稳定性计算，若某些项目不符合要求，应对所选尺寸进行调整，直至满足要求为止。8梁的挠度计算等截面单跨简支梁可将不同位置的荷载折算成跨中集中荷载，并按下式计算其跨中挠度：348nPlvEI式中v——跨中挠度；l——梁的跨度；nP——跨中集中荷载标准值折算力，nQMPPPKP；QP——均布荷载标准值折算力，0.625QPQ；MP——支座弯矩标准值折算力，3ABMMMPC；KP——各集中荷载标准值折算力，可为相应某一集中荷载的折算系数，按下表采用。集中荷载折算系数K0.000.010.020.030.040.050.060.070.080.090.501.000.9990.9980.9950.9910.9850.9790.9720.9640.9540.600.9440.9330.9210.9070.8930.8780.8630.8460.8290.8100.700.7920.7720.7520.7310.7100.6880.6650.6410.6170.5930.800.5680.5430.5170.4910.4640.4370.4090.3810.3530.3250.900.2960.2670.22380.2090.1790.1500.1200.0900.0600.030注：表中为集中荷载截至支座较长一端的距离与跨度之比。9连接计算9.1两的翼缘与腹板连接焊缝计算翼缘板与腹板采用直角焊缝连接，其焊角尺寸fh按下式计算：1.4fWfXVShfi9式中V——梁的最大剪力；S——梁翼缘截面对中和轴的面积矩；XI——梁的毛截面惯性矩。9.2次梁与主梁的连接计算下图为次梁与主梁连接的典型结构，次梁支承在托架上，便于安装，为减小偏心，钢板2的宽度100bmm，长度取次梁下翼缘宽度加50mm即可。钢板1作定位和提供扭转约束，宜接近梁上