东北农业大学水利与土木工程学院钢结构课件 第五章（1）.ppt

第一节 概述 一、梁的类型与截面 1.按弯曲变形状况分： 单向弯曲构件—构件在一个主轴平面内受弯；双向弯曲构件—构件在二个主轴平面内受弯。 2.按支承条件分： 简支梁、连续梁、悬臂梁。 3.按截面构成方式分： （1）实腹式截面梁 a）型钢梁—通常采用工字钢（I形钢）或宽翼缘工字钢（H型钢），槽钢和冷弯薄壁型钢等。 b）工字钢和H型钢的材料在截面上的分布较符合受弯构件的特点，用钢较省。 c）槽钢截面单轴对称，剪力中心在腹板外侧，绕截面受弯时易发生扭转。 d）冷弯薄壁型钢多用在承受较小荷载的场合下，例如房屋建筑中的屋面檩条和墙梁。 e）焊接组合截面梁—由若干钢板或钢板与型钢连接而成。它截面布置灵活，可根据工程的各种需要布置成工字形和箱形截面，多用于荷载较大、跨度较大的场合。 （2）空腹式截面梁—可以减轻构件自重，也方便了建筑物中管道的穿行。 （3）组合梁－用钢筋砼和轧制型钢或焊接型钢构成。其中作为建筑物楼面、桥梁桥面的砼板，也作为梁的组合部分参与抵抗弯矩。 用于受弯构件的截面形式（图5-1） 图5-1 受弯构件的截面形式 二、梁格布置与梁的设计内容 1．梁格布置 图5-2 梁格布置 梁格是由许多梁排列而成的平面体系，例如楼盖和工作平台等。梁格上的荷载一般先由铺板传给次梁，再由次梁传给主梁，然后传到柱或墙， 最后传给基础和地基。 根据梁的排列方式，梁格可分成下列三种典型的形式： ①简式梁格——只有主梁，适用于梁跨度较小的情况； ②普通式梁格——有次梁和主梁，次梁支承于主梁上； ③复式梁格——除主梁和纵向次梁外，还有支承于纵向次梁上的横向次梁。 铺板可采用钢筋混凝土板、钢板或由压型钢板与混凝土组成的组合板。铺板宜与梁牢固连接使两者共同工作，可分担梁的受力而节约钢材，并增强梁的整体稳定性。 布置梁格时，在满足使用要求的前提下，应考虑材料的供应情况、制造和安装的条件等因素，对几种可能的布置方案进行技术经济比较，选定最合理而又经济的方案。 2．受弯构件设计内容 钢结构设计的内容大致包括：强度计算、整体稳定、局部稳定、刚度计算。 一般说来，梁的设计步骤通常是先根据强度和刚度要求，同时考虑经济和稳定性等各个方面，初步选择截面尺寸，然后对所选的截面进行强度、刚度、整体稳定和局部稳定的验算。如果验算结果不能满足要求，就需要重新选择截面或采取一些有效的措施予以解决。 此外，还必须妥善解决翼缘与腹板的连接问题，受钢材规格、运输和安装条件的限制而必须设置拼接的问题，梁的支座以及与其他构件连接的问题等等。 对组合梁，还应从经济考虑是否需要采用变截面梁，使其截面沿长度的变化与弯矩的变化相适应。 1）强度计算 梁受弯时的应力—应变曲线与受拉时相似，屈服点也接近——仍假定钢材为理想的弹塑性体。 弹性阶段——此时正应力为直线分布，梁最外边缘正应力不超过屈服点 弹塑性阶段——梁边缘出现塑性，应力达到屈服点，而中和轴附近材料仍处于弹性 塑性阶段——梁全截面进入塑性，应力均等于屈服点，形成塑性铰，此时已达到梁的承载极限 图5-3 梁的正应力分布图 （a）梁在弯矩作用下，截面上正应力的发展阶段为： （2）梁的复杂应力状态的强度极限状态及计算内容 梁的截面中，除存在正应力外，还同时存在剪应力，有时还有局部压应力，在这种复杂应力状态下，梁在形成塑性铰之前就已达到极限承载能力。某些不利因素（如钢材变脆，残余应力的存在等），也会使梁提前达到极限承载能力。在一般情形下，常以最大边缘应力达到屈服点作为强度极限状态的标志，只在一定条件下，才允许考虑塑性变形的发展，这个问题将在下一节中讨论。设计时，梁内的正应力、剪应力和局部压应力均不应超过规范规定的相应的强度设计值。如果在梁的某些部位中，上述三种应力或其中二种应力都较大时（例如梁的翼缘截面改变处、连续梁的支座处等），还应验算折算应力。此外，在组合梁中尚须计算焊缝连接、铆钉连接或螺栓连接的强度。 2）?整体稳定 （a）整体失稳的现象 某些受弯构件在荷载作用下，虽然其正应力还低于钢材的强度，但其变形会突然偏离原来的弯曲变形平面，同时发生侧向弯曲和扭转，这称作受弯构件的整体失稳。 （b）产生整体失稳的原因 受弯构件产生整体失稳的主要原因是侧向刚度太小，抗扭刚度太小，侧向支承点的间距太大等，应对受弯构件的整体稳定进行验算。 3)?局部稳定 （a）受弯构件局部失稳的现象 某些受弯构件在荷载作用下，其受压翼缘和腹板受压区出现波状的局部屈曲，这种现象被称作局部失稳。 （2）产生局部失稳的原因 受弯构件截面主要由平板组成，其局部失稳是不同约束条件下的平板在不同应力分布下的失稳。受弯构件的翼缘和腹板发生局部屈曲，虽然不致于使梁立即达到极限承载能力而破坏，但局部失稳会恶化梁的受