钢结构基本原理课件-蜂窝梁的受力性能.pptxVIP

蜂窝梁的受力性能1251897 罗泰来 什么是蜂窝梁　蜂窝梁是将热轧工字钢或焊接工字钢的腹板沿折线切开, 错位相焊而成的一种受弯构件. 在蜂窝梁的空腹部分由上翼缘或下翼缘和部分腹板所组成的T 形截面部分称为“桥”;蜂窝梁的实腹部分称为“墩”;桥与墩相接处称为“桥趾”. 由于截面高度较原钢梁有较大的增加, 从而提高了梁的刚度和承载力, 节约了钢材.且自重轻、便于穿设管线. 因而应用越来越广泛。 蜂窝梁在荷载作用下的应力分析:由于受孔洞的影响,蜂窝梁实腹段沿梁高方向的正应力分布呈非线性分布,与实腹梁截面的应力分布具有很大的差别,不符合材料力学的平截面假定。随着扩张比的减小,桥墩截面的正应力分布渐趋于直线分布。 蜂窝梁桥墩截面1 - 1 和实腹梁横截面的剪应力和Von Mises 应力分布,可以看出两者的Von Mises 应力分布是截然不同的。在实腹梁中,Von Mises 应力沿梁高方向呈抛物线形分布,翼缘处大而腹板中间位置小。但对蜂窝梁而言,沿梁高方向Von Mises 应力却近似呈侧置的“W”形分布,并有明显的应力集中现象,在墩腰处出现Von Mises 应力峰值。之所以会出现这种现象,是由于腹板的开洞而造成的。蜂窝梁在腹板的开洞导致腹板的不连续性且面积削弱较大,使剪应力沿梁高分布非常不均匀,并在墩腰处具有较大的峰值。 在实腹钢梁的设计中,剪应力对腹板强度的的影响往往很小,多数情况下可忽略不计,但对于蜂窝梁而言,由于腹板的开洞使墩腰处的剪应力具有明显的峰值,特别是在靠近梁端的部位,就有可能因墩腰处剪应力过大而发生破坏。因此在对蜂窝梁进行控制截面的验算时,剪应力成为重要的控制因素。受腹板开洞影响,蜂窝梁横截面应力分布与实腹梁是不同的,孔洞的存在使某些部位存在严重的应力集中,其受力机理不符合传统的弯曲理论。 图为墩腰截面5 - 5 处沿墩腰宽度的应力分布,可见沿墩腰的宽度方向剪应力的分布也呈现非线性性质:中间大而两端孔角处小。与正应力相比,剪应力的非线性性质更为明显,对墩腰部位的受力影响也更加显著。在墩腰的中间部位,剪应力表现为最大值,根据剪应力互等定理,该剪力值与1 - 1 截面的剪应力峰值是相等的,而墩腰处是靠焊缝连接的,在峰值剪应力的作用下,就很可能造成该处连接焊缝的破坏。当应力集中区域存在焊接缺陷(尤其是靠近梁端的剪力较大处) 时,就会进一步加重应力集中,很容易造成裂缝的扩展,从而引起墩腰处的破坏。因此设法减小墩腰处的应力集中,尽量减少墩腰处的焊接缺陷是保证蜂窝梁良好工作性能的重要措施。 孔洞偏心对蜂窝梁受力性能的影响随着孔洞位置由偏向受拉区到偏向受压区，截面的最大正应力即拉应力逐渐减小，最小正应力的绝对值及压应力逐渐增大。相比相同跨度、相同截面尺寸的钢筋混凝土实腹梁， 开设孔洞的蜂窝梁在荷载相同的情况下，挠度均比实腹梁大；对蜂窝梁而言， 孔洞布置偏于受压区相比布置在受拉区挠度要小；当孔洞偏心距等于0时，构件的挠度最小。由此可知，圆形孔洞宜布置在构件的中轴线上，这样的开洞方式对构件刚度的削弱相对较小。 　塑性分布和挠曲变形六边形孔蜂窝梁的塑性区域主要集中于靠近梁端孔洞的各孔角、上下桥墩的连接部位和跨中一定范围内上下翼缘和腹板。孔角部位的塑性扩展区域较小,仅限于孔角处的局部范围;而跨中腹板的塑性发展则主要集中于靠近翼缘的梁桥高度范围内。在荷载作用下,孔角由于应力集中而先于其它部位进入屈服。对于每个孔洞而言,首先进入屈服的是靠近支座方向的上下两个孔角,然后是靠近跨中方向的上下两个孔角,墩腰处的两个孔角的塑性发展则明显晚于上下孔角。随后,距离两端支座较近的实腹段墩腰部位,由于受孔洞的影响而存在应力集中(如图7) ,在较大的剪力作用下进入屈服,并且随着荷载的增加,塑性区域逐渐向跨中的腹板扩展,同时跨中的上下翼缘由于承受弯曲应力而进入屈服并向翼缘两侧和腹板扩展。最终在弯、剪的共同作用下,跨中段的孔洞梁桥全截面进入屈服,形成塑性铰而导致整个梁的破坏。 刚度与承载力提高程度不同的原因蜂窝梁刚度比承载能力的提高更为明显. 承载能力提高不如刚度提高明显的是因为H 型钢扩高开孔后剪力的影响明显加大, 弯剪共同作用减缓了承载力的提高.故此,在设计蜂窝梁时,不能片面的追求扩张比,虽然大的扩张比能够提高梁的抗弯刚度,但同时也会由于开洞过大使腹板削弱较多而降低抗剪承载能力