5-受弯构件要求和指导研究报告.ppt

本章学习要求和指导 受弯构件同轴心受拉、受压构件一样，是钢结构常用的构件形式，主要承受横向荷载，也称梁但受弯构件不同于轴心受力构件，它承受弯矩、剪力和局部范围内的集中荷载，故其强度计算比较复杂，同时当梁受压翼缘侧向支撑点间的距离较大时，还须考虑受弯构件整体稳定，对组合板件则应计算局部稳定，同时根据规定配置不同加劲肋，以及在集中荷载处设置支撑加劲肋等，除此之外还须验算正常使用极限状态下刚度，使其挠度不超过规定值所以受弯构件的计算内容比较多，其受力性能和计算方法比较复杂 5 受弯构件设计1、掌握受弯构件类型与截面形式2、掌握受弯构件主要破坏形式3、掌握受弯构件强度4、掌握受弯构件的整体稳定5、掌握受弯构件的局部稳定6、掌握受弯构件的刚度7、掌握受弯构件设计 本章学习要点5 受弯构件设计一、类型1、受弯构件定义 只受弯矩作用或弯矩与剪力共同作用的构件 受弯构件类型与截面形式梁计算简图5 受弯构件设计受弯构件类型与截面形式热轧型钢截面组合截面冷弯薄壁型钢截面空腹式截面钢与混凝土组合截面按制作方法分实腹式空腹式（蜂窝梁）型钢截面组合截面热轧冷弯薄壁焊接或铆接钢与混凝土2、受弯构件分类5 受弯构件设计 按支承情况分：简支梁、连续梁、悬臂梁等。

受弯构件类型与截面形式 按受力情况分： 单向弯曲和双向弯曲 5 受弯构件设计 按截面沿长度变化分：等截面和变截面 在选择截面时，应遵循以下原则： 1、满足抗弯 2、防止侧扭 3、肢宽壁薄 4、制造省工 5、连接方便 二、截面形式受弯构件类型与截面形式5 受弯构件设计受弯构件主要破坏形式主要破坏形式 强度破坏整体失稳局部失稳刚度破坏截面应力分布整体失稳局部失稳5 受弯构件设计 受弯构件强度包括：抗弯强度、抗剪强度、 局部承压强度、折算应力1、抗弯强度 弯曲应力三个工作阶段弹性阶段弹塑性阶段塑性阶段受弯构件抗弯强度5 受弯构件设计5 受弯构件设计（1）弹性阶段特点：截面上所有点都处于弹性状态；应力三角形分布； 公式: 净截面弹性抵抗矩（净截面弹性模量） 屈服应力边缘屈服准则受弯构件抗弯强度特点：截面外缘部分进入塑性状态，中央部分仍保持弹性2）弹塑性阶段有限塑性准则5 受弯构件设计（3）塑性阶段特点： 截面全部进入塑性状态，形成塑性铰； 梁的刚度降低，变形大公式: 梁净截面塑性模量 、 中和轴以上、以下净截面对中和轴面积矩 完全塑性准则受弯构件抗弯强度5 受弯构件设计计算步骤：受弯构件抗弯强度a、找出达到极限弯矩时截面中和轴， 即：与弯曲主轴平行面积平分线， 该中和轴两边面积相等。

在双轴对称截面中，该轴就是主轴b、分别求两侧面积对中和轴的面积矩， 面积矩之和即为塑性截面模量对对矩形截面：而：5 受弯构件设计塑性发展系数:受弯构件抗弯强度对对矩形截面：5 受弯构件设计单向弯曲：双向弯曲：Mx、My 梁截面内绕x、y轴的 最大计算弯矩Wnx、Wny 截面对x、y轴的净截面 抵抗矩 x、y 截面对x、y轴的有限塑性 发展系数 f 钢材抗弯设计强度 工程上以梁内塑性发展到一定深度作为设计极限状态，即采用有限塑性准则 受弯构件抗弯强度5 受弯构件设计受弯构件抗弯强度有限塑性发展系数:对对工字形截面：对对箱形截面： 其它截面形式的有限塑性发发展系数详见规详见规 范或手册 5 受弯构件设计受弯构件抗弯强度关于截面有限塑性系数规规定：a、仅仅承受静载载或间间接动动荷载时载时 考虑虑塑性发发展， 对对承受直接动动力荷载载，取b、充分保证证受弯构件不发发生整体失稳稳c、为为保证证受压压翼缘缘不发发生局部失稳稳， 当 时时，取5 受弯构件设计 主要发生在实腹梁的腹板上按弹性设计，以最大剪应力达到钢材的抗剪屈服剪应力为极限状态 S 中性轴以上或以下毛截面 对中性轴的面积矩 I毛截面惯性矩 tw腹板厚度 f v钢材抗剪设计强度受弯构件抗剪强度或5 受弯构件设计 主要用于集中力处（如：受支座反力R，集中力F 处， 吊车梁吊车轮压等） 当翼缘竖向集中力作用处无竖向加劲肋时，腹板边缘 存在沿高度方向的局部压应力。

受弯构件局部承压强度5 受弯构件设计5 受弯构件设计5 受弯构件设计计算公式： F集中荷载； 集中荷载增大系数重级工作制吊梁 =1.35， 其它梁 =1.0； tw腹板厚 lz局部压应力在腹板计算高度上的分布长度确定lzlz = a+5hy+2hR (中间)lz = a+2.5hy+hR （边缘）受弯构件局部承压强度5 受弯构件设计腹板计算高度确定：（1）轧制型钢梁 与上下翼缘相连处两内弧起点间的距离2）焊接组合梁 腹板高度（2）铆接或高强螺栓连接组合梁 腹板与上下翼缘连接铆钉（或螺栓）钉线间最近距离 受弯构件局部承压强度5 受弯构件设计受弯构件局部承压强度 若受弯构件局部承压强度不能满足要求时，通常设置支承加劲肋，此时局部承压强度可不验算 5 受弯构件设计规定： 在组合梁腹板计算高度处，同时有较大的正应力1、较大剪应力1和局部压应力c，应对其折算应力进行验算其强度验算式为：强度提高系数 1和c同号时， =1.1 1和c异号时， =1.2受弯构件折算应力5 受弯构件设计 计算受弯构件刚度是为了保证构件正常使用，属于正常使用极限状态控制其刚度要求标准荷载作用下的最大挠度小于规范限值标准荷载下受弯构件最大挠度。

受弯构件容许挠度受弯构件刚度5 受弯构件设计受弯构件最大挠度计算：简支梁在均布荷载作用下:受弯构件刚度简支梁在集中荷载作用下:悬臂梁在均布荷载作用下:悬臂梁在集中荷载作用下:5 受弯构件设计项项次构件类别类别允许挠许挠 度值值 1楼（屋）盖梁、工作平台梁：主梁抹灰顶顶棚的次梁其他次梁（包括楼梯梁） L/400 L/500 L/250 L/350 L/250 L/3002吊车车梁：手动动吊车车和单单梁吊车车轻级轻级 工作制吊车车中级级工作制吊车车重级级工作制吊车车3支承压压型钢钢板的屋面檩檩条4支承压压型钢钢板的墙墙梁L/500受弯构件允许挠度值L/800L/1000L/1200L/200L/2005 受弯构件设计注意：受弯构件刚度1、L为受弯构件的跨度，对于悬臂梁为悬伸长度的2倍2、 为永久和可变荷载标准值产生的挠度允许值， （如有起拱应减去拱度） 为 可变荷载标准值产生的挠度允许值3、计算挠度时: 荷载采用标准值，截面特性采用毛截面进行计算 5 受弯构件设计一、受弯构件整体稳定临界弯矩Mcr强度变形为提高强度和刚度Wnx和Inx尽可能大梁截面尽量高、宽太高太宽又会引起失稳受弯构件整体稳定5 受弯构件设计（1）当荷载较小时，偶有干扰，发生侧向弯曲和扭转， 干扰撤去，变形恢复，梁是整体稳定的。

2）当荷载增大，超过某一数值（临界值），有侧向 干扰引起侧向弯曲和扭转，这时候，撤去干扰也不 能恢复变形，梁是不稳定的受弯构件整体稳定1、受弯构件整体失稳现象5 受弯构件设计受弯构件整体稳定整体失稳原因分析：M上翼缘受压下翼缘受拉腹板阻止上翼缘绕x-x轴屈曲带动整个截面绕y-y轴屈曲问题受弯构件弯扭失稳与轴心受压构件有何区别？2、受弯构件整体稳定临界弯矩Mcr受弯构件失稳前能承受的最大弯矩受弯构件整体稳定根据薄壁构件计算理论，受弯构件弯扭平衡方程为：绕强轴弯曲平衡方程弯扭平衡方程5 受弯构件设计受弯构件整体稳定双轴对称截面临界弯矩：5 受弯构件设计3、影响梁整体稳定的因素 、 、 ，则临界弯矩1） 受压区侧向支承点间距 ，则临界弯矩2） 3）荷载性质纯弯曲时最低，其次是均布荷载，再次是集中力受弯构件整体稳定4）荷载作用位置荷载作用于上翼缘荷载作用于下翼缘5 受弯构件设计3、影响梁整体稳定的因素受弯构件整体稳定5）与支座约束程度有关 约束愈强， 越大6）加强受压翼缘比加强受拉翼缘更有效 加强受压翼缘， 越大提高整体稳定最有效措施：2、加大其受压翼缘宽度b1、增加受压翼缘侧向支承来减小其侧向自由长度。

5 受弯构件设计规范规定：符合以下条件可不进行整体稳定验算 （1）有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接， 能阻止受压翼缘侧向位移（截面扭转）时2）H型钢或工字形截面简支梁受压翼缘自由长度与其 宽度之比不超过下表所列数值时受弯构件整体稳定5 受弯构件设计受弯构件整体稳定简简支受弯构件不需计计算整体稳稳定性的最大 值值钢钢号跨中无侧侧向支承点的梁跨中有侧侧向支承点的梁，不论论荷载载作用于何处处荷载载作用在上翼缘缘荷载载作用在下翼缘缘Q235132016Q34510.516.513Q3901015.512.5Q4209.515125 受弯构件设计梁整体稳定系数二、受弯构件整体稳定计算1、受弯构件整体稳定临界应力2、受弯构件截面上最大应力Wx按受压翼缘确定的毛截面抵抗矩R抗力分项系数f钢材的抗弯强度设计值（=fy/R）受弯构件整体稳定3、整体稳定验算公式4、规范中有关 计算（1 ）焊接工字形双轴对称截面受纯弯曲作用简支梁单向受弯双向受弯受弯构件整体稳定（2 ）单轴对称的截面受其它荷载引入截面不对称修正系数b和等效弯矩系数b时，以 代替受弯构件整体稳定受弯构件整体稳定均匀弯曲的受弯构件，当时，其整体稳定系数可近似按如下计算：1、工字形截面 双轴对称：单轴对称：按上面公式算得时不需进行换算，但 时按 取值一、概述为提高强度和刚度，腹板宜高为提高整体稳定性，翼缘宜宽较宽较薄轧制型钢不需局部稳定验算，组合截面应验算局部稳定。

受压翼缘屈曲腹板屈曲受弯构件局部稳定5 受弯构件设计受弯构件局部稳定5 受弯构件设计二、受弯构件局部失稳现象 组合梁发生强度破坏或丧失整体稳定之前，受弯构件组成板件会偏离原来平面位置而发生波形鼓曲，这种现象称为梁的局部失稳现象受弯构件局部稳定 受弯构件发生局部失稳后，截面中应力进行重分布，故不致引起受弯构件立刻破坏，但会引起强度、整体稳定和刚度下降，故在钢结构中采取构造措施防止局部失稳发生 5 受弯构件设计提高腹板局部稳定方法（1）加厚腹板（2）设置加劲肋受弯构件局部稳定受压翼缘的局部稳定: 三边简支，一边自由板 腹板局部稳定: 四边简支板 腹板在M作用下腹板在V作用下腹板在F作用下 当 时，腹板在弯曲应力、剪应力、局部压应力的单独 作用下均不会失稳； 当 时，腹板在弯曲应力的单独作应下不会失稳， 但在剪应力、局部压应力单独作用下有可能失稳； 当 时，腹板在弯曲应力、剪应力、局部应力的单独作用 下都可能失稳 受弯构件局部稳定板件局部失稳临界应力 控制板件宽厚比理论推导5 受弯构件设计受弯构件局部稳定加劲肋的布置5 受弯构件设计采取限制宽厚比来保证其局部稳定当考虑塑性发展时受弯构件局部稳定规范规定翼缘：5 受弯构件设计受弯构件局部稳定腹板：a、当 时，按构造设置加劲肋。

b、当 时，设置横向加劲肋c、当 时，设置纵向加劲肋，在集中力处设置 短加劲肋d、任何情况下均须满足5 受弯构件设计强度局部稳定 翼缘 腹板 刚度 受弯构件设计 受弯构件设计整体稳定抗弯强度抗剪强度局部承压强度 折算应力5 受弯构件设计5 受弯构件设计四、加劲肋设计 1、种类 受弯构件局部稳定构造加劲肋 (间隔加劲肋) 支承加劲肋 5 受弯构件设计 2、构造加劲肋作用 加劲肋分横向、纵向和短加劲肋三种其作用是将腹板划分成若干板块，提高腹板的局部稳定性受弯构件局部稳定5 受弯构件设计刚度： bs h0/30+40mm稳定性：ts bs /153、构造加劲肋设计原则：1)必须在腹板平面外有足够刚度和稳定性3)直接承受动荷载的吊车梁，中间横向加劲肋下端不应与 受拉翼缘焊接受弯构件局部稳定宽度为 (但不大于40mm)高度为 （但不大60mm）50100mm2)为避免应力集中，加劲肋应切角4)加劲肋宜在腹板两侧成对配置 5 受弯构件设计7）横向加劲肋除应符合上述要求外，尚应满足以下要求：8）纵向加劲肋应满足下列要求：a /h0 0.85， Iy(2.5-0.45a/h0)(a/h0)2h0tw3a/h00.85， Iy1.5h0tw36）在横向加劲肋和纵向加劲肋相交处。