钢结构设计原理3.ppt

第六章 受弯构件 第一节 受弯构件的形式和应用 第二节 梁的强度与刚度 第三节 梁的整体稳定 第四节 梁的局部稳定与腹板加劲肋设计 第五节 考虑腹板屈曲后强度的梁设计 第六节 型钢梁的设计 第七节 组合梁的设计 第八节 梁的拼接、连接和支座 第九节 其他类型的梁 1、概述： 受弯构件主要是用作承受横向荷载的实腹式构件和格构式 构件（桁架）； 荷载通常有：均布荷载、集中荷载； 主要内力为：弯矩与剪力，按工程力学的弹性方法计算荷 载效应(弯矩、剪力、变形等） ； 梁的正常使用极限状态为控制梁的挠曲变形； 梁的承载能力极限状态包括：强度、整体稳定性及局部稳 定性； 第二节 梁的强度与刚度 一、梁的强度 梁在荷载作用下将产生弯应力、剪应力，在集中荷载作用处还有局部承压应力，故梁的强度计算包括：正应力、剪应力、局部压应力，在弯应力、剪应力及局部压应力共同作用处还应验算折算应力。 1、梁的抗弯强度 弹性阶段：全截面弹性工作，以边缘屈服为最大承载力； 弹性最大弯矩 梁的《规范》计算方法： 以部分截面发展塑性（1/4截面）为极限承载力状态 单向弯曲 双向弯曲 式中：γ为塑性发展系数，查表采用。 对工字型截面 对箱形截面 受压翼缘当 及 直接承受动力荷载且需计算疲劳时γ=1.0； 当抗弯强度不够时，增大梁的高度最有效。 3、腹板局部压应力 验算条件： 梁上有集中荷载（包括支座反力）且此处无加劲肋）；或有 移动的集中荷载。 验算的位置： 集中荷载作用截面：翼缘与腹板结合处（上、下），腹板 的计算高度边缘。 验算方法：假定压力以一定角度扩散到计算高度处。 五、梁的刚度 控制梁的挠跨比小于规定的限制（为变形量的限制） —梁跨中的最大挠度，根据材料力学、结构力学知识求得，计算时荷载取标准值； — 梁的容许挠度，查表。 均布荷载作用下跨中挠度，E=2.06X105N/mm2 第三节 梁的整体稳定和支撑 一、钢梁的整体稳定概念 1、定义 梁在弯矩作用平面内弯曲，但当弯矩逐渐增加，达到某一数值时，窄而高的梁将在截面承载力尚未充分发挥之前突然发生侧向的弯曲和扭转，使梁丧失继续承载的能力，这种现象即为梁的整体失稳。 失稳机理：梁受弯变形后，上翼缘受压，由于梁侧向刚度不够，就会发生梁的侧向弯曲失稳变形，梁截面从上至下弯曲量不等，就形成截面的扭转变形，同时还有弯矩作用平面内的弯曲变形，故梁的失稳为弯扭失稳形式，完整的说应为：侧向弯曲扭转失稳。 问题的关键： 提高梁受压翼缘的侧向 稳定性是提高梁整体稳 定的有效方法。 2、梁整体稳定的基本理论(三个平衡方程) 变形特征：绕x、y轴弯曲，绕z轴旋转 边界条件： 梁整体稳定的基本理论(三个平衡方程) 联立求解得最小临界弯矩 纯弯： 一般截面及受力状态： c1、c2、c3与荷载有关的系数；a—横向荷载作用点至截面剪力中心S的距离。 跨中集中荷载：c1=1.35，c2=0.55，c3=0.40 纯弯曲： c1=1.0，c2=0.0，c3=1.0 3、影响梁整体稳定的主要因素 1）与荷载类型有关； 纯弯：沿梁长方向弯矩图为矩形，受压翼缘的压应力沿梁长保持不变，梁易失稳； 跨中集中荷载：弯矩图呈三角形，靠近支座处M减少，受压翼缘的压应力随之降低，提高了梁的整体稳定性。 2）与荷载的作用位置有关； 横向荷载作用在上翼缘，荷载的附加效应加大了截面的扭转，降低了梁的临界弯矩。反之，可提高梁的稳定性。 4、梁整体稳定的保证 提高梁的整体稳定承载力的关键是，增强梁受压翼缘的抗侧移及扭转刚度，当满足一定条件时，就可以保证在梁强度破坏之前不会发生梁的整体失稳，可以不必验算梁的整体稳定。 《钢结构设计规范》规定符合下列情况之一时，可不计算梁的整体稳定性。 （1）有铺板（各种钢筋混凝土和钢板）密铺在梁受压翼缘上并与其牢固相连、能阻止梁受压翼缘的侧向位移时。 （2）H型钢或工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度l1与其宽度b1之比不超过下表所规定的数值时。 二、钢梁的整体稳定的计算 当梁不满足规范无需验算梁整体稳定的条件时，要计算其整体稳定性并采用下列原则：梁的最大压应力不应大于对应临界弯矩Mcr的临界压应力σcr 为绕强轴弯曲所确定的梁整体稳定系数 在两个主平面受弯的H型钢或工字形截面构件 焊接工字形等截面（轧制H型钢）简支梁整体稳定系数按下式计算 βb—梁整体稳定的等效弯矩系数，它主要考虑各种荷载种类和位置所对应的稳定系数与纯弯条件下稳定系数的差异； ηb