钢结构课件第五章受弯构件

1、Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 第五章第五章 受弯构件受弯构件 5.1 类型和应用类型和应用 一、定义一、定义 主要用以承受横向荷载的平面结构构件称为受弯主要用以承受横向荷载的平面结构构件称为受弯 构件，其截面形式有实腹式和格构式两大类。实腹式构件，其截面形式有实腹式和格构式两大类。实腹式 受弯构件通常称为梁，格构式受弯构件通常称为桁架。受弯构件通常称为梁，格构式受弯构件通常称为桁架。 二、应用二、应用 楼盖梁、墙架梁、檩条、吊车梁和工作平台梁；楼盖梁、墙架梁、檩条、吊车梁和工作平台梁； 水工钢闸门中的梁和采油平台梁等

2、。水工钢闸门中的梁和采油平台梁等。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 三、类型三、类型 1.按制作方法分为型钢梁和组合梁按制作方法分为型钢梁和组合梁 型钢梁又可分为热轧和冷弯薄壁型钢梁两种。型型钢梁又可分为热轧和冷弯薄壁型钢梁两种。型 钢梁加工方便，成本较为低廉，所以在结构设计中应钢梁加工方便，成本较为低廉，所以在结构设计中应 该优先采用。当型钢梁不能满足要求时，采用组合梁。该优先采用。当型钢梁不能满足要求时，采用组合梁。 组合梁分为焊接组合梁（简称为焊接梁）、异种组合梁分为焊接组合梁（简称为焊接梁）、异种 钢组合梁（在

3、梁受力大处的翼缘板采用强度较高的钢钢组合梁（在梁受力大处的翼缘板采用强度较高的钢 材，而腹板采用强度稍低的钢材；按弯矩图的变化，材，而腹板采用强度稍低的钢材；按弯矩图的变化， 沿跨长方向分段采用不同强度等级的钢材，既可更充沿跨长方向分段采用不同强度等级的钢材，既可更充 分地发挥钢材强度的作用，又可保持梁截面尺寸沿跨分地发挥钢材强度的作用，又可保持梁截面尺寸沿跨 长不变）、钢与混凝土组合梁（可以充分发挥两种材长不变）、钢与混凝土组合梁（可以充分发挥两种材 料的优势，收到较好的经济效果）。料的优势，收到较好的经济效果）。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件

4、重庆大学城市科技学院钢结构课件 蜂窝梁是将工字钢或蜂窝梁是将工字钢或H型钢的腹板沿折线切开，再型钢的腹板沿折线切开，再 焊成的空腹梁。焊成的空腹梁。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 2依截面的变化情况分依截面的变化情况分等截面梁和变截面梁。等截面梁和变截面梁。 3依梁支承情况分依梁支承情况分简支梁、悬臂梁和连续梁。简支梁、悬臂梁和连续梁。 4预应力梁预应力梁 在梁的受拉在梁的受拉 侧设置具有较侧设置具有较 高预拉力的高高预拉力的高 强度钢索，原强度钢索，原 理与预应力混理与预应力混 凝土梁相同凝土梁相同 。 5梁格梁格

5、 主梁和次梁交叉主梁和次梁交叉 连接组成交叉梁系，连接组成交叉梁系， 在梁格上铺放直接承在梁格上铺放直接承 受荷载的钢或钢筋混受荷载的钢或钢筋混 凝土面板。分为简单凝土面板。分为简单 梁格、普通梁格、复梁格、普通梁格、复 式梁格。式梁格。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 四、设计要求四、设计要求 应满足承载能力极限状态（强度、整体稳定和局应满足承载能力极限状态（强度、整体稳定和局 部稳定）要求，和正常使用极限状态（刚度）。部稳定）要求，和正常使用极限状态（刚度）。 5.2 梁的强度和刚度计算梁的强度和刚度计算 梁的强度

6、和刚度往往对截面设计起控制作梁的强度和刚度往往对截面设计起控制作 用。设计时通常先进行强度和用。设计时通常先进行强度和 刚度刚度 计算。计算。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 一、梁的强度计算一、梁的强度计算 在荷载设计值作用下，梁的弯曲正应力、剪应力、在荷载设计值作用下，梁的弯曲正应力、剪应力、 局部承压应力和在复杂应力状态下的折算应力等均不局部承压应力和在复杂应力状态下的折算应力等均不 超过设计规范规定的相应强度设计值。超过设计规范规定的相应强度设计值。 1、梁的抗弯强度、梁的抗弯强度 2、梁的抗剪强度、梁的抗剪强

7、度 4、梁在复杂应力状态下的强度计算、梁在复杂应力状态下的强度计算 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 1、梁的抗弯强度、梁的抗弯强度 （1）纯弯时梁的工作阶段）纯弯时梁的工作阶段 、弹性工作阶段、弹性工作阶段 最大弯矩最大弯矩 Me = Wefy 、弹塑性工作阶段、弹塑性工作阶段 截面上部和下部出现塑性区，截面中间为弹性区。截面上部和下部出现塑性区，截面中间为弹性区。 、塑性工作阶段、塑性工作阶段 全部达到全部达到fy，形成，形成“塑性铰塑性铰”， 达到极限承载能达到极限承载能 力。力。 Mp = Wpnfy 截面形状系

8、数截面形状系数 F = Mp / Me = Wpn/Wn 梁的正应力和应变梁的正应力和应变 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 （2）、抗弯强度的计算）、抗弯强度的计算 、一般梁和非重级工作制吊车梁、一般梁和非重级工作制吊车梁 单向受弯时：单向受弯时： f w M w M nyy y nxx x 当为连续梁或固端梁时，允许当为连续梁或固端梁时，允许 按照塑性设计方法进行设计。按照塑性设计方法进行设计。 Mx Wpnxf 双向受弯时：双向受弯时： f w M nxx x 、对于重级工作制吊车、对于重级工作制吊车梁梁 有塑性区

9、时钢材易发生硬化，有塑性区时钢材易发生硬化， 促使疲劳断裂发生。应按弹性工促使疲劳断裂发生。应按弹性工 作阶段进行计算，在上式中取作阶段进行计算，在上式中取 x= y =1.0即可。即可。 规范对承受静力规范对承受静力 荷载或间接承受动力荷载或间接承受动力 荷载的简支梁，只是荷载的简支梁，只是 有限制地利用塑性发有限制地利用塑性发 展。规范取塑性发展展。规范取塑性发展 总深度不大于截面高总深度不大于截面高 度的度的1/4，通过对，通过对Wn 乘以一小于乘以一小于 F的塑性的塑性 发展系数发展系数 x和和 y来实来实 现。梁的抗弯强度按现。梁的抗弯强度按 下列规定计算：下列规定计算： Stree

10、l Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 2、梁的抗剪强度、梁的抗剪强度 钢梁一般为薄壁截面，剪应力可用剪力流理论来计算。钢梁一般为薄壁截面，剪应力可用剪力流理论来计算。 v w f It VS max 该式是一弹性公式，它没该式是一弹性公式，它没 有考虑塑性发展，但也没有考有考虑塑性发展，但也没有考 虑截面上有螺栓孔等对截面的虑截面上有螺栓孔等对截面的 削弱影响，是一近似公式。但削弱影响，是一近似公式。但 当腹板上开有较大孔时，则应当腹板上开有较大孔时，则应 考虑孔洞的影响。考虑孔洞的影响。 Streel Stucture 第五章第五章

11、 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 梁中部集中荷载作用梁中部集中荷载作用 =a+5h +2h 梁端部集中荷载作用梁端部集中荷载作用 =a+2.5h +a 计算公式计算公式 f tL F wz c Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 4、梁在复杂应力状态下的强度计算、梁在复杂应力状态下的强度计算 f cc1 222 3 计算的是腹板计算高度边缘的局部区域，几种应力计算的是腹板计算高度边缘的局部区域，几种应力 同时最大的概率很小，将同时最大的概率很小，将f 乘以乘以 1。当。当 与与 c异号时，异号

12、时， 1=1.2； 与与 c同号时同号时 1=1.1，前者比后者塑性变形能，前者比后者塑性变形能 力大。力大。 二、梁的刚度计算二、梁的刚度计算 W W W按工程力学弹性公式计算，按工程力学弹性公式计算， W 见表见表5-3。 当有实践经验或有特殊要求时，可根据不影当有实践经验或有特殊要求时，可根据不影 响正常使用和观感的原则对响正常使用和观感的原则对W进行调整。进行调整。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 5.3 梁的整体稳定梁的整体稳定 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆

13、大学城市科技学院钢结构课件 一、定义一、定义 当弯矩的弯矩当弯矩的弯矩M0.6 fy时，即时，即 b0.6时，梁已进入了弹塑性工时，梁已进入了弹塑性工 作阶段应采用作阶段应采用 b来代替公式中的来代替公式中的 b值。值。 1/282. 007. 1 bb 轧制轧制H型钢、普通工字钢、槽钢简支梁的型钢、普通工字钢、槽钢简支梁的 b计计 算方法见教材。当算方法见教材。当 b0.6时，应采用时，应采用 b 代替代替 b 。 四、可不计算其整体稳定性的条件：四、可不计算其整体稳定性的条件： 1.有刚性铺板有刚性铺板 密铺在梁的受密铺在梁的受 压翼缘上并与压翼缘上并与 其牢固相连接其牢固相连接 时；时；

14、 2.工字型截面简支梁工字型截面简支梁 受压翼缘的自由长度受压翼缘的自由长度 l1与其宽度与其宽度b1之比不之比不 超过表超过表5-4所规定的所规定的 数值时。数值时。 3.箱形截面梁，箱形截面梁， 当当h/b0 6， 且且l1/b0 95(235/fy )时。时。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 5.4 梁的局部稳定梁的局部稳定 梁的局部稳定问题：梁的局部稳定问题： 考虑强度，腹板宜既高又薄；考虑整体稳定，考虑强度，腹板宜既高又薄；考虑整体稳定， 翼缘宜既宽又薄。在荷载作用下，受压翼缘和腹翼缘宜既宽又薄。在荷载作用下

15、，受压翼缘和腹 板有可能发生波形屈曲，称为梁的局部失稳。梁板有可能发生波形屈曲，称为梁的局部失稳。梁 丧失局部稳定后，梁的部分区域退出工作，将使丧失局部稳定后，梁的部分区域退出工作，将使 梁的有效截面积和刚度减小，强度承载力和整体梁的有效截面积和刚度减小，强度承载力和整体 稳定性降低。稳定性降低。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 一、梁受压翼缘的局部稳定一、梁受压翼缘的局部稳定 梁翼缘板远离中和轴，强度一般能够得到充分利梁翼缘板远离中和轴，强度一般能够得到充分利 用。应使翼缘的用。应使翼缘的 crfy，通过限制，通过限

16、制b1/t来实现。不满足来实现。不满足 要求时，常采用增加厚度来满足。规范考虑不同的设计要求时，常采用增加厚度来满足。规范考虑不同的设计 方法所取梁截面塑性区深度不同，采用不同的方法所取梁截面塑性区深度不同，采用不同的 值来求值来求 受压翼缘受压翼缘b1/t的限值。的限值。 当梁按弹性设计时：当梁按弹性设计时： y ft b235 15 1 当梁按弹塑性：当梁按弹塑性： y ft b235 13 1 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 当梁按塑性设计时：当梁按塑性设计时： y ft b235 9 1 二、梁腹板的临界应力二

17、、梁腹板的临界应力 简支梁腹板在靠近支座的区段以承受简支梁腹板在靠近支座的区段以承受为主，为主， 跨中区段以承受跨中区段以承受为主。当梁承受有较大集中荷为主。当梁承受有较大集中荷 载时，腹板还承受局部压应力载时，腹板还承受局部压应力c作用。在梁腹板作用。在梁腹板 的某些板段，可能受的某些板段，可能受、和和c共同作用。因此应共同作用。因此应 按不同受力状态来分析板段的临界应力。按不同受力状态来分析板段的临界应力。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 1、腹板在纯弯曲状态的临界应力、腹板在纯弯曲状态的临界应力 弹性阶段纯弯曲状

18、态下的四边支承板的弹性阶段纯弯曲状态下的四边支承板的cr计算计算 公式同前，但公式同前，但和和k值不同。根据试验可取值不同。根据试验可取 =1.61， kmin=23.9。可得。可得 cr=715(100tw/h0)2 h0对对cr影响很大，影响很大， a对对cr影响不大。常采用影响不大。常采用 设纵向加劲肋的办法来提高设纵向加劲肋的办法来提高cr。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 cr yw ft h235 174 0 2 2 2 1 2 100 93123 l t l l w cr vpcrcr f Streel

19、Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 yw ft h235 85 0 2 0 1. 100 h t C w crc 3、在局部压应力作用下的临界应力、在局部压应力作用下的临界应力 理论分析得临界应力表达式为：理论分析得临界应力表达式为： yw ft h235 84 0 由由fy，可得当，可得当a/h 2.0 时，腹板应满足时，腹板应满足 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 4、在几种应力共同作用下腹板屈曲的临界条件、在几种应力共同作用下腹板屈曲的临界条件 在几种应力共

20、同作用下腹板发生屈曲时，常在几种应力共同作用下腹板发生屈曲时，常 以相关方程的形式来表示其临界条件，其表达式见以相关方程的形式来表示其临界条件，其表达式见 (5-47)（5-49）式。）式。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 三、腹板的局部稳定计算三、腹板的局部稳定计算 1、加劲肋的种类和作用、加劲肋的种类和作用 设计时常用设加劲肋来提高设计时常用设加劲肋来提高 腹板的稳定性。横向加劲肋用于腹板的稳定性。横向加劲肋用于 防止由剪应力和局部压应力作用防止由剪应力和局部压应力作用 引起的腹板失稳，纵向加劲肋用引起的腹板失稳，

21、纵向加劲肋用 于防止由弯曲应力引起的腹板失于防止由弯曲应力引起的腹板失 稳，短加劲肋防止由局部压应力稳，短加劲肋防止由局部压应力 引起的腹板失稳。当集中荷载作引起的腹板失稳。当集中荷载作 用处设有支承加劲肋时，该加劲用处设有支承加劲肋时，该加劲 肋既要起加强腹板局部稳定性的肋既要起加强腹板局部稳定性的 一般横向加劲肋的作用，又要承一般横向加劲肋的作用，又要承 受集中荷载并把它传给梁腹板，受集中荷载并把它传给梁腹板， 称该加劲肋为支承加劲肋。称该加劲肋为支承加劲肋。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 2、梁腹板加劲肋的配置

22、和构造要求、梁腹板加劲肋的配置和构造要求 由上述荷载单独作用的分析，并考虑几种应力同由上述荷载单独作用的分析，并考虑几种应力同 时作用的情况，参考设计经验，要求如下：时作用的情况，参考设计经验，要求如下： （1）当）当 时，对无局部压应力（时，对无局部压应力（ c=0） 的梁可不配置加劲肋；对有局部压应力（的梁可不配置加劲肋；对有局部压应力（ c0）的梁宜）的梁宜 按构造配置横向加劲肋。按构造配置横向加劲肋。 yw fth/23580/ 0 ywy fthf/235170/23580 0 （2）当）当 时，应按计算配时，应按计算配 置横向加劲肋。置横向加劲肋。 yw fth/235170/ 0

23、 （3）当）当 时，应按计算配置横向加时，应按计算配置横向加 劲肋以及在受压区配置纵向加劲肋；必要时尚应在受劲肋以及在受压区配置纵向加劲肋；必要时尚应在受 压区配置短加劲肋。压区配置短加劲肋。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 在梁的支座处和上翼缘承受有较大固定集中荷载在梁的支座处和上翼缘承受有较大固定集中荷载 处，宜设置支承加劲肋。塑性设计的梁，为保证塑性处，宜设置支承加劲肋。塑性设计的梁，为保证塑性 变形的充分发展变形的充分发展 yw fth/23572/ 0 3.仅设横向加劲肋时梁腹板的局部稳定计算仅设横向加劲肋时

24、梁腹板的局部稳定计算 设计规范考虑弹塑性多种应力共同作用时的临设计规范考虑弹塑性多种应力共同作用时的临 界条件，对于承受静载的梁，考虑腹板的屈曲后强界条件，对于承受静载的梁，考虑腹板的屈曲后强 度进行承载力计算（见下节）；直接承受动力荷载度进行承载力计算（见下节）；直接承受动力荷载 的梁不考虑腹板的屈曲后强度，应按照上述要求配的梁不考虑腹板的屈曲后强度，应按照上述要求配 置加劲肋，并按下列要求进行腹板局部稳定计算。置加劲肋，并按下列要求进行腹板局部稳定计算。 1)()( , 22 crc c crcr Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技

25、学院钢结构课件 4.同时设纵、横向加劲肋时梁腹板的局部稳定计同时设纵、横向加劲肋时梁腹板的局部稳定计 算算 (1)受压翼缘与纵向加劲肋之间的区格受压翼缘与纵向加劲肋之间的区格 1)( 2 11,1 crcrc c cr (2)受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格 1)()( 2, 22 2 2 2 2 crc c crcr Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 5.水工结构中主梁腹板局部稳定计算水工结构中主梁腹板局部稳定计算 在设计钢闸门和钢引桥的主梁时，构造要求使在设计钢闸门和钢引桥的主梁时，构造要

26、求使 得得a已初步给定。这时只需采用下式验算腹板各区已初步给定。这时只需采用下式验算腹板各区 段的局部稳定性：段的局部稳定性： 2 0 max w th V 四、腹板中间加劲设计四、腹板中间加劲设计 腹板中间加劲肋指非集中荷载作用点处的加劲腹板中间加劲肋指非集中荷载作用点处的加劲 肋，一般在腹板两侧成对配置。除重级工作制吊车梁肋，一般在腹板两侧成对配置。除重级工作制吊车梁 外，也可单侧配置。加劲肋大多采用钢板制做，也可外，也可单侧配置。加劲肋大多采用钢板制做，也可 用型钢做成。加劲肋必须具有足够的抗弯刚度，按构用型钢做成。加劲肋必须具有足够的抗弯刚度，按构 造要求配置。造要求配置。 Stree

27、l Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 五、支承加劲肋的设计五、支承加劲肋的设计 支承加劲肋要加强腹板局部稳定性和承受集中荷载支承加劲肋要加强腹板局部稳定性和承受集中荷载 F并把它传给梁腹板，防止并把它传给梁腹板，防止F直接传给梁腹板产生较大的直接传给梁腹板产生较大的 局部压应力。设计计算主要包括下列三方面：局部压应力。设计计算主要包括下列三方面： 1.当当F通过支承加劲肋端部刨平顶紧于柱顶或通过支承加劲肋端部刨平顶紧于柱顶或 梁翼缘传递时，按传递全部梁翼缘传递时，按传递全部F计算其端面承压应力。计算其端面承压应力。 当当F很小时很小时

28、, 支承加劲肋和翼缘间也可不刨平顶紧支承加劲肋和翼缘间也可不刨平顶紧, 而靠焊缝传力。而靠焊缝传力。 cecece fAF/ Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 2.支承加劲肋应按承受轴心压力支承加劲肋应按承受轴心压力F的柱验算其的柱验算其 在腹板平面外的整体稳定。计算高度取为在腹板平面外的整体稳定。计算高度取为h0 ，柱截，柱截 面取加劲肋及其两侧面取加劲肋及其两侧 范围内的腹板，范围内的腹板， 但不超出梁端为限。但不超出梁端为限。 yw ft/23515 3.支承加劲肋与腹板的连接应按承受支承加劲肋与腹板的连接应按承受

29、F计算，计算， 常采用角焊缝连接，取应力沿焊缝全长均匀分布。常采用角焊缝连接，取应力沿焊缝全长均匀分布。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 5.5 考虑屈曲后强度时梁的承载力考虑屈曲后强度时梁的承载力 一一.意义意义 采取增大板厚或设置加劲肋来防止钢梁发生局部采取增大板厚或设置加劲肋来防止钢梁发生局部 失稳，往往要耗用较多钢材，特别是对大型梁，增加失稳，往往要耗用较多钢材，特别是对大型梁，增加 钢材用量可达钢材用量可达15%以上，且设置加劲肋还要增加制作以上，且设置加劲肋还要增加制作 工作量。板件发生局部失稳并不意味着构

30、件承载能力工作量。板件发生局部失稳并不意味着构件承载能力 的丧失，且构件还可能承受大的荷载。利用这一性能的丧失，且构件还可能承受大的荷载。利用这一性能 可使截面布置得更舒展，以较少的钢材来达到构件整可使截面布置得更舒展，以较少的钢材来达到构件整 体稳定的要求和刚度的要求。设计中由于考虑了各种体稳定的要求和刚度的要求。设计中由于考虑了各种 安全因数使得实际工作应力较小，即使板件的宽厚比安全因数使得实际工作应力较小，即使板件的宽厚比 超过了防止局部失稳的对应的要求，在日常使用的条超过了防止局部失稳的对应的要求，在日常使用的条 件下，一般不会观察到明显的局部失稳现象。件下，一般不会观察到明显的局部失

31、稳现象。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 二二.不利用屈曲后强度的情况不利用屈曲后强度的情况 1、承受反复荷载作用的梁。多次反复屈曲、承受反复荷载作用的梁。多次反复屈曲 可能导致出现疲劳裂纹，构件的承载性能也将逐可能导致出现疲劳裂纹，构件的承载性能也将逐 步恶化。由于研究尚少，目前不考虑利用屈曲后步恶化。由于研究尚少，目前不考虑利用屈曲后 强度。强度。 2. 塑性设计的梁。局部失稳将使构件塑性性塑性设计的梁。局部失稳将使构件塑性性 能不能充分发展，不利用屈曲后强度。能不能充分发展，不利用屈曲后强度。 Streel St

32、ucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 3 工字形和槽形截面的受压翼缘，也存在屈工字形和槽形截面的受压翼缘，也存在屈 曲后的强度。但屈曲后继续承载的潜力不大，计曲后的强度。但屈曲后继续承载的潜力不大，计 算也很复杂，不考虑利用翼缘的屈曲后强度。算也很复杂，不考虑利用翼缘的屈曲后强度。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 三三.构造要求构造要求 利用腹板的屈曲后强度时，不设置纵向加劲肋。即利用腹板的屈曲后强度时，不设置纵向加劲肋。即 使腹板的高厚比超过使腹板的高厚比超过 ，可

33、只设横向加劲肋，可只设横向加劲肋， 其间距一般采用其间距一般采用a=(1.01.5)h0 。 y f/235170 1腹板受弯屈曲后梁的承载力腹板受弯屈曲后梁的承载力 腹板宽厚比较大而不腹板宽厚比较大而不 设纵向加劲肋时，在弯设纵向加劲肋时，在弯 矩作用下腹板的受压区矩作用下腹板的受压区 可能屈曲。屈曲后的弯可能屈曲。屈曲后的弯 矩还可继续增大，但受矩还可继续增大，但受 压区的应力分布不再是压区的应力分布不再是 线性的，其边缘应力达线性的，其边缘应力达 到到fy时即认为达到承载力时即认为达到承载力 的极限。的极限。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重

34、庆大学城市科技学院钢结构课件 设计取腹板受拉区全部有效；受压区可引入设计取腹板受拉区全部有效；受压区可引入 有效宽度的概念，假定有效宽度均分在受压区的有效宽度的概念，假定有效宽度均分在受压区的 上下部位。梁所能承受的弯矩取这一有效截面，上下部位。梁所能承受的弯矩取这一有效截面， 按应力线性分布计算。我国规范建议的梁抗弯承按应力线性分布计算。我国规范建议的梁抗弯承 载力设计值载力设计值Meu为为 Meu=xeWxf 2腹板受剪屈曲后梁的承载力腹板受剪屈曲后梁的承载力 梁横向加劲肋与翼缘所围区间在剪力作用下梁横向加劲肋与翼缘所围区间在剪力作用下 局部失稳后，主压应力不能增长，主拉应力还可局部失稳后

35、，主压应力不能增长，主拉应力还可 以随荷载的增加而增加，还有继续承载的能力。以随荷载的增加而增加，还有继续承载的能力。 梁的上下翼缘犹如桁架的上下弦，横向加劲肋如梁的上下翼缘犹如桁架的上下弦，横向加劲肋如 同受压竖杆，失稳区段内的斜向张力带则起到受同受压竖杆，失稳区段内的斜向张力带则起到受 拉斜杆的作用。拉斜杆的作用。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 腹板屈曲后的抗剪承载力腹板屈曲后的抗剪承载力Vu应为屈曲剪力应为屈曲剪力Vcr与与 张力剪力张力剪力Vt之和。之和。 Vu=Vcr+Vt 3考虑腹板屈曲后强度时梁的承载力

36、计算考虑腹板屈曲后强度时梁的承载力计算 梁通常受到梁通常受到M和和V的共同作用，规范引用的共同作用，规范引用M和和V 的无量纲化的相关关系如图所示。按下式验算工字的无量纲化的相关关系如图所示。按下式验算工字 形截面梁的抗弯和抗剪承载力形截面梁的抗弯和抗剪承载力： 1) 1 5 . 0 ( 2 feu f u MM MM V V 当仅配置支承加劲助当仅配置支承加劲助 不满足上式要求时，应在不满足上式要求时，应在 两侧成对设置中间横向加两侧成对设置中间横向加 劲肋劲肋。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 中间横向加劲肋应按轴

37、心受压构件计算其在腹中间横向加劲肋应按轴心受压构件计算其在腹 板平面外的稳定性。中间横向加劲肋受到斜向张力板平面外的稳定性。中间横向加劲肋受到斜向张力 场的竖向分力的作用，规范取中间横向加劲肋所受场的竖向分力的作用，规范取中间横向加劲肋所受 轴心压力轴心压力Ns为为 Ns= Vu-h0twcr 若中间横向加劲肋还承受集中荷载若中间横向加劲肋还承受集中荷载F，则应按，则应按N Ns+F计算其在腹板平面外的稳定。计算其在腹板平面外的稳定。 梁支座加劲肋，除承受梁支座反力梁支座加劲肋，除承受梁支座反力R外，还承受外，还承受 张力场斜拉力的水平分力张力场斜拉力的水平分力H 2 00 () 1 ( /)

38、 uwcr HVh ta h H的作用点取在距腹板计算高度上边缘的作用点取在距腹板计算高度上边缘h0/4处。处。 支座加劲肋按承受支座加劲肋按承受Ns和和H共同作用的压弯构件计算其共同作用的压弯构件计算其 在腹板平面外的稳定性。在腹板平面外的稳定性。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 5.6 钢梁的设计钢梁的设计 一、型钢梁设计一、型钢梁设计 、初选截面、初选截面 、截面验算、截面验算 暂不计梁的自重，求出梁暂不计梁的自重，求出梁 的最大弯矩设计值的最大弯矩设计值Mmax，按，按 抗弯强度或整体稳定性要求计抗弯强度或整体

39、稳定性要求计 算梁需要的算梁需要的 Wnxr( 或或 ) ， 需先假定。需先假定。 )( max frMW xnxr f M W b max b 对于双向受弯梁，可对式对于双向受弯梁，可对式 中的中的f乘以乘以0.8，以近似考虑，以近似考虑My的的 作用影响。然后查型钢表，选择作用影响。然后查型钢表，选择 截面抵抗矩比截面抵抗矩比Wnxr稍大的型钢稍大的型钢 作为初选截面。作为初选截面。 计入梁的计入梁的 自重，按本章自重，按本章 前述方法进行前述方法进行 梁的强度、整梁的强度、整 体稳定性和刚体稳定性和刚 度验算，并最度验算，并最 后确定的梁截后确定的梁截 面规格。对于面规格。对于H 型钢梁

40、和冷弯型钢梁和冷弯 薄壁型钢梁，薄壁型钢梁， 还需进行局部还需进行局部 稳定性验算。稳定性验算。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 二、组合梁的设计二、组合梁的设计 （一）、截面设计（一）、截面设计 组合梁的截面应满足强度、刚度、组合梁的截面应满足强度、刚度、 整体稳定和局部稳定的要求。选择截整体稳定和局部稳定的要求。选择截 面时先考虑抗弯强度（或对某些梁为面时先考虑抗弯强度（或对某些梁为 整体稳定）要求，使截面有足够的抵整体稳定）要求，使截面有足够的抵 抗矩，并在计算过程中随时兼顾其它抗矩，并在计算过程中随时兼顾其它

41、各项要求。不同形式梁截面选择的方各项要求。不同形式梁截面选择的方 法和步骤基本相同，现以焊接双轴对法和步骤基本相同，现以焊接双轴对 称工形截面梁为例来说明设计方法。称工形截面梁为例来说明设计方法。 截面设计共需确定四个基本尺寸：截面设计共需确定四个基本尺寸： h0(或或h)、tw 、b和和t。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 1、初选截面、初选截面 （1）梁高）梁高 建筑容许最大梁高建筑容许最大梁高 hmax 刚度要求的最小梁高刚度要求的最小梁高 hmin 经济高度经济高度he 梁的截面高度梁的截面高度h根据根据 下面

42、三个参考高度确定下面三个参考高度确定 梁要有一定高梁要有一定高 度度hmin，否则挠度，否则挠度 就会超过规定的容就会超过规定的容 许值。简支梁许值。简支梁 lW f l h /10225. 1 6 min 梁的高度大梁的高度大(小小)，腹板，腹板 用钢量增多用钢量增多(减少减少)，而翼缘，而翼缘 板用钢量相对减少板用钢量相对减少(增多增多) 。 经济的截面高度应使梁的总经济的截面高度应使梁的总 用钢量为最小。根据抗弯强用钢量为最小。根据抗弯强 度条件，梁需要的截面模量度条件，梁需要的截面模量 Wx为为 f M W x x 分析可得分析可得 heh0=2 Wx0.4 Streel Stuctu

43、re 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 (2) 腹板厚度腹板厚度tw 采用的腹板厚度应采用的腹板厚度应 符合钢板规格，一般为符合钢板规格，一般为 2mm的倍数。根据抗剪的倍数。根据抗剪 强度确定的腹板厚度往强度确定的腹板厚度往 往偏小。设计时一般根往偏小。设计时一般根 据经验公式初选据经验公式初选tw 。 5 . 3/ 0 htw (3)翼缘的宽度翼缘的宽度b和厚度和厚度t 通常通常t和和b分别为分别为2和和10mm的倍的倍 数，应使数，应使b适当大些，以利于整体稳适当大些，以利于整体稳 定和梁上铺放面板，也便于变截面定和梁上铺放面板，也便于变截面 时

44、将时将b缩小。实际采用的缩小。实际采用的t应与前面应与前面 的的f的厚度范围一致。的厚度范围一致。b还应符合教还应符合教 材材151页中的条件。页中的条件。 6 0 0 ht h W bt wx 2、截面验算、截面验算 尺寸初步选定后，应进行精确验算尺寸初步选定后，应进行精确验算, 项目包括强度、刚度、项目包括强度、刚度、 整体稳定性和局部稳定性验算，可按前述方法进行。若不满足整体稳定性和局部稳定性验算，可按前述方法进行。若不满足 要求，应调整截面尺寸，直至完全满足要求为止。要求，应调整截面尺寸，直至完全满足要求为止。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课

45、件重庆大学城市科技学院钢结构课件 （二）、梁截面沿梁长度的改变（二）、梁截面沿梁长度的改变 将梁的截面随弯矩变化而加以改变，可节省钢材，将梁的截面随弯矩变化而加以改变，可节省钢材， 但制造费用增加。设计时常用改变翼缘宽度或改变梁高但制造费用增加。设计时常用改变翼缘宽度或改变梁高 两种方式。梁改变一次截面可节省钢材两种方式。梁改变一次截面可节省钢材1020%。如改。如改 变次数增多，其经济效益并不显著。为了便于制造，一变次数增多，其经济效益并不显著。为了便于制造，一 般只改变一次截面。般只改变一次截面。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技

46、学院钢结构课件 梁的挠度可采用近似公式梁的挠度可采用近似公式 由整体稳定条件控制设由整体稳定条件控制设 计的梁，不宜沿长度改变截面。计的梁，不宜沿长度改变截面。 WII EI lM W xx x k /12. 012. 1 10 2 （三）、腹板与翼缘间焊缝的计算（三）、腹板与翼缘间焊缝的计算 翼缘与腹板间采用焊透的翼缘与腹板间采用焊透的T形连接焊缝时不必进形连接焊缝时不必进 行焊缝强度计算。对于角焊缝连接，必须通过焊缝行焊缝强度计算。对于角焊缝连接，必须通过焊缝 强度计算来确定焊脚尺寸强度计算来确定焊脚尺寸hf 。梁上弯矩变化时，在。梁上弯矩变化时，在 翼缘与腹板之间将产生剪力翼缘与腹板之间

47、将产生剪力Vh。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 x w wx wh I VS t tI VS tV 11 1 x w f f If VS h 4.1 1 Z w wz wcV l F t tl F tT 11 Vh由腹板与翼缘间焊缝承受由腹板与翼缘间焊缝承受 当当c0时，焊缝承受水平时，焊缝承受水平 剪力剪力Vh，还承受由，还承受由c引起的竖引起的竖 向剪力向剪力Tv。 焊缝的强度计算公式为：焊缝的强度计算公式为： w ffh f V fhV T 7.02 2 2 可求得可求得 2 1 2 4.1 1 xzf w f

48、 f I VS l F f h 对于直接承受动力荷载的梁，取上式对于直接承受动力荷载的梁，取上式f=1.0； 其它情况，取其它情况，取f =1.22。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 第七节第七节 梁的拼接、连接和支座设计梁的拼接、连接和支座设计 一一. 梁的拼接梁的拼接 梁的拼接分为工厂拼梁的拼接分为工厂拼 接（受钢材尺寸的限制，接（受钢材尺寸的限制， 在工厂把钢材接长或接宽）在工厂把钢材接长或接宽） 和工地拼接（受运输或安和工地拼接（受运输或安 装条件限制，梁须分段制装条件限制，梁须分段制 造，运至建设现场后在工造

49、，运至建设现场后在工 地进行的拼接）两种。地进行的拼接）两种。 Streel Stucture 第五章第五章 重庆大学城市科技学院钢结构课件重庆大学城市科技学院钢结构课件 1. 工厂拼接工厂拼接 钢梁的拼接位置宜位于弯矩较小处。翼缘与腹钢梁的拼接位置宜位于弯矩较小处。翼缘与腹 板的拼接位置宜错开，并避免与加劲肋或次梁连接板的拼接位置宜错开，并避免与加劲肋或次梁连接 处重合，以防止焊缝密集与交叉。拼接宜采用对接处重合，以防止焊缝密集与交叉。拼接宜采用对接 直焊缝。直焊缝。 2. 工地拼接工地拼接 翼缘与腹板的拼接宜在同一位置，减少分段运输翼缘与腹板的拼接宜在同一位置，减少分段运输 碰损。对接焊缝的上、下翼缘宜采用朝上的碰损。对接焊缝的上、下翼缘宜采用朝上的V形形 坡口，便于施焊。工地施焊条件差，宜尽量采用坡口，便于施焊。工地施焊条件差，宜尽量采用 高强度螺栓摩擦型