钢结构构件第二节.doc

-1第二节 受弯构件受弯构件主要是指承受横向荷载的实腹式构件，通称为钢梁钢梁在工程中用途很广，例如：楼盖梁、屋盖梁、檩条、框架梁、工作平台梁、托梁、吊车梁、墙梁等，它们可分别用作不同功能的需求一、梁的类型按支承情况：简支梁、连续梁、悬臂梁、外伸梁由于简支梁安装方便、支座下沉和温度变化，不会产生多余的约束力，所以是钢梁的主要形式而连续梁尽管用料经济，但由于施工不便，实际工程中相对应用较少按受力情况：单向受弯梁（楼盖梁、屋盖梁、框架梁等） 、双向受弯梁（檩条、吊车梁等） 按制作方法：轧制梁、焊接梁、铆接梁、栓焊梁（高强螺栓和焊接组合梁） 其中轧制梁、焊接梁用得较多按截面沿长度变化情况：等截面梁和变截面梁（变宽度、变高度） 按材料性能：同种钢梁（同种牌号钢） 、异种钢梁（翼缘或跨中等受力大的部位用强度高的钢，受力小的部位用强度低的钢制作） 、钢与混凝土组合梁（钢梁的翼缘上焊接抗剪连接件后，再浇混凝土板） 按截面形式：热轧型钢梁（工字钢、槽钢、H 型钢）图 4-2-1（a） ，冷弯薄壁型钢（如冷弯薄壁 C 钢及冷弯薄壁 Z 钢图 4-2-1（b） ） ，组合梁组合梁由钢板根据设计要求确定的截面形式及尺寸后，主要通过焊接组合而成，例如：工字形截面、箱形截面图 4-2-1（c）等。

冷弯薄壁型钢由于强度高、自重轻、用料经济满足设计要求时，应优先选用最适用于轻型屋面及墙面，特别是冷弯薄壁 Z 钢，更是屋面檩条最合理的形式；但是由于薄壁薄，应做好防腐处理和定期围护和保养热轧 H 型钢、工字钢型钢梁由于双轴对称，受力性能好，应用较多；当荷载大、跨度大，型钢截面不能满足要求时，可采用组合截面本节重点介绍热轧型钢梁和焊接组合截面梁的设计基本原理图 4-2-1 实腹式梁截面形式（a）热轧型钢截面 （b）冷弯 C 型钢和 Z 型钢截面 （c）组合截面受弯构件受力不同于轴心受力构件，也不同于钢筋混凝土受弯构件，除截面承受弯矩、剪力外，由于钢梁腹板厚度比较小，在集中力处腹板还要承受比较大横向压力钢梁的设计包括强度、刚度、整体稳定性及局部稳定性计算另外，对于承受重复动力荷载的梁，当应力变化的循环次数 时（例如：重级工作制的吊车梁） ，还应进行疲劳强度计算4105n二、梁的强度及刚度计算（一） 梁的强度- -21 抗弯强度（1）正截面弯曲正应力的变化阶段梁正截面的弯曲应力随弯矩的大小不同而变化，但总体来讲，从加荷到破坏正截面上的应力经历了三个阶段，下面以单向受弯的工字形截面为例，说明正应力主要变化过程。

见表 4-2-1 梁正截面应力变化过程 表 4-2-1阶段 正 应 力 图 工 作 特 征 抗弯能力弹性工作阶段①弯矩较小，材料处于弹性状态，应力沿梁高呈三角形分布；②继续加荷，边缘应力 刚达到屈服点时，到达弹性阶段的末端，其对应的弯yf矩也到达了弹性极限弯矩 eMyxnefW—梁净截面对 轴的弹性抵抗矩弹塑性工作阶段①随着弯矩增加，材料进入弹塑性状态，外边缘部分截面进入塑性状态，但应力= ；中间部分截面仍为于弹性状态应yf力 0.6 构件处于弹塑性稳定状态，公式中的 要用 ′代替：bbb′ （4-2-13）b0.128.071（四）侧向支撑1 支撑内力计算侧向支撑承受由梁侧弯扭引起侧向压力 作用，按轴心受压杆件设计，其值与受压翼缘面积翼缘面F积 有关， 《规范》规定： 按下式计算：tbAf（4-2-14）yfAF23582 支撑布置侧向支撑应设在梁的受压翼缘给梁提供侧向支承点，并将其侧向压力有效传递到相应的支座上，所以支撑本身除应有足够的刚度、稳定性外，同时支撑的布置也要合理例如图 4-2-6（a）, 支撑的支座是刚度较大的墙或柱，能阻止支撑侧移，这样支撑才能给梁提供稳定侧向支承点。

图 4-2-6（b） ，支撑布置就不合理，支撑无支座随梁一起侧向位移，因为支撑没有给梁提供侧向支承点，相当于没有支撑图 4-2-6（c）侧向支撑和斜向支撑组成几何不变桁架，侧向力主要通过斜支撑传递给梁的支座，提高了侧向支撑的稳定性，当侧向力较大时，可采用斜支撑的布置支撑按轴心受压杆件设计，由于受力小，其截面主要由刚度控制，例如单角钢等 -12四、 组合梁的局部稳定性为了提高梁的抗弯强度、提高梁的刚度，希望梁截面做得高些；但同时为了增强梁的整体稳定性，梁的宽度也不能太小，满足上述两方面的要求的同时又不能浪费材料，所以两个方向截面尺寸尽可能采用开展截面；板件也不宜太厚，截面尽可能做成宽肢薄壁但是太宽太薄的板在压应力和剪应力作用下，在整体失稳之前部分板件也因屈曲而失去局部稳定，这种现象叫梁的局部失稳图 4-2-7（a）的受压翼缘，在均布压应力作用下产生凹凸变形的屈曲；图 4-2-7（b）梁中部的腹板在弯曲压应力作用下产生的波浪形屈曲；图 4-2-7（c）梁端部在剪应力作用下，腹板产生约 45°斜向主压应力的作用，所以引起腹板呈大约 45°倾斜的波形凹凸如果板发生局部屈曲，部分截面退出工作，甚至截面变得不对称，则梁的整体承载力降低，所以梁的局部稳定性是保证梁整体稳定的前提。

一）翼缘的局部稳定1 翼缘受力分析工字形截面组合梁的受压翼缘与轴心受压组合柱的翼缘板工作性能是一样的，在上节轴压柱的弹性稳定理论已给过：临界应力 其翼缘外伸部分也可视作三边简支，一边自由，212btEkcr其 （ 是板的屈曲系数） ，则 考虑到由于残余应力的影响，425.0minkk 21245.0btEcr- -13实际材料已进入弹塑阶段，弹性模量降低，近似取 代替公式中的 ， 得： E7.0 cr2127.0425. btE2 翼缘板局部稳定《规范》对梁翼缘限制宽厚比来保证其翼缘的局部稳定，取值如下：翼缘板局部稳定应满足：临界应力 ，取 及 代入上式简化后得：ycrf2206mNE3.0（4-2-15）yftb2351若考虑塑性发展（即 ） ，弹性模量降低更多，近似取 ，同理代入 得：x 5.0cr（4-2-16）yft31式中 、 ——分别为受压翼缘板的外伸长度和厚度1bt对于箱形截面：两腹板之间的受压翼缘部分的宽厚比限制（同轴心受压柱）应符合下列条件：（4-2-17）yoftb23540（二）腹板的局部稳定1 腹板局部稳定分析在前面讲过板件在均布压应力作用下，板件一旦屈曲，就意味着构件垮塌或破坏；但对于梁中的腹板则不同，腹板在剪应力或弯曲压应力以及竖向局部压应力作用下，腹板发生屈曲后，并不立即破坏，还可以继续加载直到破坏，这个荷载就是板屈曲后的强度。

《规范》规定：对于承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，允许考虑腹板部分屈曲失稳，并按局部失稳后腹板的强度计算承载力有关腹板屈曲强度概念及设计方法见有关书籍对于直接承受动力荷载的吊车梁及其它不考虑腹板屈曲强度的组合梁， 《规范》要求设置加劲肋，并通过计算保证整体稳定性要求下面只讲述不考虑腹板屈曲强度的腹板局部稳定问题组合梁中的腹板为四边支承的板，长边为 ，短边为 ；其腹板截面的高厚比为 腹板分别在lohwoth剪应力或弯曲压应力以及竖向局部压应力作用下，根据弹性稳定理论其临界应力通式为： （4-2-18）221owcrtEk式中 ——板的屈曲系数；k——翼缘对腹板的嵌固系数，均与板四周支承情况及应力状态有关根据公式（4-2-18） ，结合受力状态，将简化后的临界应力、稳定条件、腹板高厚比限值等计算结果填入表 4-2-9腹板在各种应力作用下，满足稳定条件下其对应腹板高厚比的限值 表 4-2-9 受力状态屈曲系数 及翼缘k对腹板的嵌固系数 弹性状态临界应力， 整理简化公式 稳定条件 满足稳定条件下腹板高厚比限值 结论- -14腹板均匀受剪=k243.5lho1cr=2103owht 3yepcrf、ywofth2358翼缘扭转受约束=23.9k6.1cr210739owhtycrfywofth23517腹板受弯曲压应力 翼缘扭转未受约束=23.92.cr2owtycrfywoft53腹板受局部压应力设横向加劲肋间距 oha275.9.01ko68.15.8acr210owhtycrfywofth284《规范》为安全起见规定：① ，ywofth23580并且 时，可c不设加劲肋；若 ，按构造设置横向加劲肋；② ywofth23580要设横向加劲肋，并满足计算与构造要求备注①腹板受剪：其失稳时，材料已进入弹塑性状态，并且腹板的剪应力已超过剪切比例极限 （ ） 。

p38.0yf②根据试验结果，其弹塑性状态临界应力： （稳定条件是按设腹板不设加劲考虑的） ；pcrepcr、③腹板受局部压应力：横向加劲肋间距不同，其稳定承载力不同，横向加劲肋间距越大，其稳定承载力越小，腹板高厚比限值越小，越不经济2 加劲肋的布置规定从上表分析可知：当腹板的局部稳定不满足要求，必须减小腹板的高厚比，其措施：①增加腹板的厚度，但在构件的强度计算中，腹板厚度主要抗剪控制，而抗剪所需厚度不大；如果单方面为提高腹板局部稳定性，增加腹板的厚度显然是不经济的②最有效的措施就是在腹板侧面设置加劲肋，加强对腹板四周的约束其加劲肋有：横向加劲肋肋、纵向加劲肋、短加劲肋（图 4-2-8） 对梁组合加劲肋的布置规定见表 4-2-10组合梁加劲肋的布置规定 表 4-2-10项次 计算公式 加劲肋的布置规定 构造1 ywofth23580时，可不设加劲肋；若0c，宜按构造设置横向加劲肋；①横向加劲肋间距 应满足：a；但对于ooh25.0并且c- -15翼缘扭转受约束： ywoyfthf235170235802翼缘扭转未受约束： yoyftf 要设置横向加劲肋，并满足计算与构造要求；翼缘扭转受约束： ywyfthf23502351703 翼缘扭转未受约束： yoyftf ①要设置横向加劲肋，并满足计算与构造要求；②受压区设置纵向加劲肋，并满足计算与构造要求；③必要时，还应在受压区设置短横向加劲肋并满足计算与构造要求；的梁，允许ywofth23510a.②纵向加劲肋距腹板计算固定边缘的距离 应1h在 ～2ch5.③ 腹板受压区的高度： oc.04①支座处和上翼缘受集中荷载较大时，宜设置支承加劲肋，并满足计算与构造要求；②任何情况 ywofth2350不 得 超 过3 组合梁腹板局部稳定性计算上面从受力角度分析了腹板在不同受力状态满足局部稳定要求时，腹板最大高厚比的限值。

《规范》根据上述理论计算为基础，给出加劲肋的布置规定在该规定中，对于高厚比较大时，腹板除按照构造要求布置加劲肋后，对加劲肋之间的腹板还要进行局部稳定计算下面简述腹板局部稳定计算要点及程序① 根据《规范》规定设置加劲肋；② 计算每个区格可能承受不同的弯曲压应力 、剪应力 、局部压应力 ；c③ 计算每个区格在各种单独应力作用下的临界应力的表达式，即临界弯曲压应力 、临界剪应力cr、临界局部压应力 、 、 crcr，crcr，在表 4-2-11 中仅给出设置设置横向加劲肋时，每种临界力的表达式仅设置横向加劲肋时临界应力计算 表 4-2-11应力状态 腹板通用长细比 临界应力受压翼缘扭转受约束 235172ywcbfth纵向弯曲受压（临界弯曲压应力）cr受压翼缘扭转未受约束 当 时， 85.0bfcr当 时，2185.07.。