ch5 受弯构件

2020/1/231钢结构基本原理第5章受弯构件的设计flexuralmembers陈晓霞安阳工学院建工系2020/1/232第5章受弯构件要点：受弯构件概述截面抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度、折算应力刚度临界弯矩；影响临界弯矩的因素；受弯构件整体稳定工程计算的方法翼缘局部稳定临界应力；腹板在弯曲应力、剪应力、局部压应力作用下的局部稳定临界应力型钢梁设计组合梁设计梁腹板的屈曲后强度**；受弯构件的变形和变形能力；本章小结；2020/1/233§5.4型钢梁设计梁的设计应满足强度、刚度及整体稳定要求。型钢梁设计步骤：先初选截面进行强度、刚度及整体稳定性的验算若不满足要求，重新修改截面，再次进行验算，直到满意为止。2020/1/234§5.4型钢梁设计单向弯曲型钢梁设计步骤：1.根据梁的荷载、跨度和支承条件，计算梁的最大弯矩设计值Mmax，并按所选的钢材确定抗弯强度设计值f；2.计算型钢所需的截面模量Wx：当梁的整体稳定有保证时；当需要计算整体稳定时;选择截面。由Wx查附录型钢表，选择与其相近的型钢。maxnxxMWfmaxxbMWf2020/1/235§5.4型钢梁设计截面验算强度验算抗弯强度抗剪强度局部承压强度折算应力整体稳定性验算若没有能阻止梁受压翼缘侧向位移的密铺板且受压翼缘的自由长度l1与其宽度b1之比不满足表5.4规定的数值时，应按式计算整体稳定性。刚度验算注意刚度按荷载标准值计算。325538448810kkkxxxqlqllMllEIEIEIl≤2020/1/236§5.5组合梁设计一、截面选择需确定的截面尺寸有：截面高度h（腹板高度h0），腹板厚度tw，翼缘宽度b及翼缘厚度t。设计的顺序是首先定出h0，然后选定tw，最后定出翼缘尺寸b和t。1.截面高度h和腹板高度h0梁截面高度应根据建筑高度、刚度要求和用钢经济三方面条件确定。建筑高度刚度要求2020/1/237§5.5组合梁设计则弯矩设计值为，应力设计值为，代入上式得如果材料强度得到充分利用，σ可达到f，若考虑塑性发展系数可达1.05f，将σ=1.05f，代入上式后得：vEIlqvk4384523.181lqMkIMhWM22020/1/238§5.5组合梁设计用钢经济(经济高度he)梁的截面一般由抗弯强度控制。经分析梁的经济高度可按下式计算：由此得每个翼缘的面积：近似取值，则翼缘面积为：213121222xwwfxhhIthAW3221116wfxwhhAWthh16xf21.220.867xf2020/1/239§5.5组合梁设计腹板厚度与其高度有关，根据经验可取，代入上式得总面积最小的条件为：由此得梁的经济高度hs：系数：对一般单向弯曲梁：当最大弯矩处无孔眼时；有孔眼时。实际所选梁高h应满足hmin≤h=he≤hmax。腹板高度h0与梁高h接近，因此h0取比h稍小的数值，同时考虑钢板规格尺寸，宜取50mm的倍数。3.5wwht3/220.248x1/2220.3720x0.40.45.3762swxxhhWWxxMWf1.05x0.850.92020/1/2310§5.5组合梁设计2.腹板厚度梁的腹板主要承受剪力，确定腹板厚度要满足抗剪强度要求。可近似地假定最大剪应力为腹板平均剪应力的1.2倍，即：用下列公式估算：式中单位均以毫米计算。选用腹板厚度时还应符合钢板现有规格，一般不宜小于8mm，跨度较小时，不宜小于6mm，并取2mm的倍数。maxmax1.2vwwVfht≤max1.2wwvVthf≥3.5wwht2020/1/2311§5.5组合梁设计3.翼缘宽度b及厚度t已知腹板尺寸，由求得翼缘面积。翼缘宽度b=（1/3~1/5）h，且不小于180mm。厚度。翼缘板常用单层板做成。翼缘宽度和厚度的比值还必须符合局部稳定的要求，即不考虑塑性发展即考虑塑性发展即选择翼缘尺寸时，同时应符合钢板的规格。宽度一般为10mm的倍数。厚度不应小于8mm，一般为2mm的倍数。16xfffAtb23515ybtf1x05.1x23513ybtf2020/1/2312§5.5组合梁设计截面验算强度验算抗弯强度抗剪强度局部承压强度折算应力整体稳定性验算局部稳定性验算翼缘腹板局部稳定一般由设置加劲肋来保证。刚度验算注意刚度按荷载标准值计算。2020/1/2313§5.5组合梁设计2020/1/2314§5.5组合梁设计取ｘ＝l／６较为经济，然后算出ｘ处梁的弯矩Ｍ１，再算出该处截面所需模量，算出所需翼缘面积A1f，翼缘厚度保持不变。以≤１：２.５的斜度向弯矩较小的一方延伸至窄翼缘板等宽处才切断，并用对接直焊缝和窄翼缘板相连。但当焊缝质量为三级时，受拉翼缘处需用斜焊缝。截面改变的梁，应对改变截面处的强度进行验算，其中包括对腹板计算高度边缘的折算应力验算。验算时取ｘ处的弯矩及剪力按窄翼缘截面验算。梁的挠度计算因截面改变而比较复杂，对翼缘截面改变的简支梁，受均布荷载或多个集中荷载作用时，刚度验算可按下列近似公式计算：2020/1/2315§5.6组合梁的局部稳定和腹板加劲肋设计2020/1/2316§5.6组合梁的局部稳定和腹板加劲肋设计1.组合梁翼缘的局部稳定《规范》对梁翼缘采取限制宽厚比来保证其局部稳定。组合梁受压翼缘的外伸部分可按三边简支、一边自由的纵向均匀受压板计算。2.组合梁腹板的局部稳定对于承受静力载荷和间接受动力荷载的组合梁，《规范》允许考虑腹板屈曲后的强度，即此时允许腹板发生局部屈曲失稳，并按失稳后的腹板屈曲后强度计算承载力。对于直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件或其他不考虑腹板屈曲后强度的组合梁，《规范》要求配置加劲肋，并通过计算保证局部稳定要求，下面就针对这种情况讲述腹板加劲肋布置的规定和局部稳定计算的要求。2020/1/2317§5.6组合梁的局部稳定和腹板加劲肋设计加劲肋分横向加劲肋、纵向加劲肋和短加劲肋，如图所示。一般情况下，沿垂直梁轴线方向每隔一定时间距设置得加劲肋，称为横向加劲肋。当腹板高度比较大时，还应在腹板受压区沿梁跨度方向设置纵向加劲肋。必要时在腹板受压区还要设短加劲肋。此外，《规范》还规定在梁得支座处及上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋以变安全地传递支座反力和集中荷载。2020/1/2318§5.6组合梁的局部稳定和腹板加劲肋设计加劲肋的截面选择和构造要求加劲肋一般用钢板做成，对于大型梁也可以用肢尖焊于腹板的角钢。加劲肋宜在腹板两侧成对配置，为了节约钢材，对于一般梁也可单侧配置。但对支承加劲肋和重级工作制吊车梁的加劲肋必须两侧布置。加劲肋作为腹板的支承边，必须具备足够的刚度。在腹板两侧成对配置的钢板横向加劲肋，其截面尺寸应满足下列要求:外伸宽度:厚度:如果钢板加劲肋单侧布置所示，外伸宽度应大于按上式计算值的1.2倍，厚度应大于外伸宽度的1/15。同时设横向加劲肋和纵向加劲肋时，横向加劲肋还作为纵向加劲肋的支承。2020/1/2319第五章小结钢结构中最常用的梁有型钢梁和组合梁。其计算包括强度（抗弯强度σ、抗剪强度τ、局部抗压强度σc、折算应力σeq）、刚度、整体稳定、局部稳定等。型钢梁若截面无太大削弱可不计算τ和σeq，同时无较大集中荷载或支座反力时，可不计算σc。因此一般情况下，型钢梁只需计算抗弯强度、刚度和整体稳定。梁的强度计算公式梁的刚度计算采用荷载标准值整体稳定计算公式中的稳定系数的取值，注意φb＞0.6时的取值。2020/1/2320第五章小结提高梁的整体稳定性的措施：增强梁的抗侧向屈曲和扭转变形的能力。梁的侧向抗弯刚度EIy、抗扭刚度GIt愈高，梁的受压翼缘自由长度愈小，梁的临界弯矩Mcr愈大。Mcr还与梁所受荷载类型（均布载比集中载不利）和荷载作用位置（作用在上翼缘比下翼缘不利）等因素有关。不必验算整体稳定的条件组合梁的翼缘板局部稳定由控制翼缘宽厚比来保证腹板的几种加劲肋