钢结构设计原理(甲)chapter7p2

1、只配置横向加劲肋的腹板区格局部稳定的验算我国设计规范中规定，只配置横向加劲肋的腹板的局部稳定的验算条件为 1,22crcccrcr所研究的区格内平均弯矩产生的腹板计算高度边缘的弯曲压应力、平均剪力产生的平均剪应力 、腹板计算高度边缘的局部压应力 。 wwthVzwcltF同时配置横向和纵向加劲肋的腹板区格局部稳定的验算腹板被纵向加劲肋分成上下两个区格，其高度分别 为 和 。 1h2h受压翼缘与纵向加劲肋间的区格的局部稳定性验算 我国设计规范中规定的验算条件为 121,211crcccrcr临界应力分别按下列规定计算： o区格I的弯曲临界应力 1cr当 时， 85. 01bfcr当 时， 25.

2、 185. 01bfbcr)85. 0(75. 01 1当 时， 25. 11b211 . 1bcrf当受压翼缘扭转受到约束时， 2357511ywbfth当受压翼缘扭转未受到约束时， 2356411ywbftho区格I的剪切临界应力 1cr临界应力公式也分成三段，即： 当 时， 8 . 0svcrf当 时， 2 . 18 . 0svscrf)8 . 0(59. 01 当 时， 2 . 1s21 . 1svcrf中间过渡段直线的上、下分界点分别为 和 8 . 0s2 . 1s当 时， 0 . 11ha23534. 5441211ywsfahth当 时， 0 . 11ha235434. 5412

3、11ywsfahtho区格I的局部承压临界应力 1,crc上下受压与前面的左右受压相似，因此 也用公式（7.68）计算，但公式中的 应改为下列的 替代。 1,crcb1c当 时， 85. 01cfcr当 时， 25. 185. 01cfccr)85. 0(75. 01 1当 时， 25. 11c211 . 1ccrf当受压翼缘扭转受到约束时， 2355611ywcfth当受压翼缘扭转未受到约束时， 2354011ywcfth依据：由于图7.51所示区格I I为一狭长形板条，在上端局部承压时，可近似地把该区格看作竖向中心受压的板条，宽度近似取板条中间截面宽度 （按45度分布传至区格I半高处的宽度

4、并设板条顶端截面的承压宽度 ）。当受压翼缘扭转受到约束时，把该板条上端视为固定端，下端视为简支端；当受压翼缘扭转未受到约束时，假定上下端均为简支。 112hhlz1hlz受拉翼缘与纵向加劲肋间的区格II的局部稳定性验算 我国设计规范中规定的验算条件为： 12,222222crcccrcr式中 为所计算区格由平均弯矩产生的腹板在纵向加劲肋处的弯曲压应力； 为腹板在纵向加劲肋处的横向压应力，取为 22ccc3 . 02临界应力分别按下列公式计算： 当 时， 85. 02bfcr当 时， 25. 185. 02bfbcr)85. 0(75. 01 2当 时， 25. 12b221 . 1bcrf式中

5、， 23519422ywbfth剪切临界应力公式也分成三段，即： 当 时， 8 . 0svcrf当 时， 2 . 18 . 0svscrf)8 . 0(59. 01 当 时， 2 . 1s21 . 1svcrf中间过渡段直线的上、下分界点分别为 和 8 . 0s2 . 1s当 时， 0 . 12ha23534. 5441222ywsfahth当 时， 0 . 12ha235434. 541222ywsfahth规范GB50017中采用的局部承压临界应力 的公式也分成三段，即： 2,crc当 时， 9 . 0cfcrc,当 时， 2 . 19 . 0cfccrc)9 . 0(79. 01 ,当

6、时， 2 . 1c2,1 . 1cvcrcf 的计算式为： c当 时， 5 . 15 . 02ha23583. 14 .139 .1028322ywcfhath当 时，0 . 25 . 12ha23559 .182822ywcfhath当 时，取0 . 22ha0 . 22ha在受压翼缘与纵向加劲肋之间设有短加劲肋的区格局部稳定性验算 图7.52为同时用横向加劲肋、纵向加劲肋和短加劲肋加强的腹板区格受力图。区格II的稳定计算与七中的完全相同，区格I的稳定计算公式与七中的也相似，但须将相应的计算公式中的 和 改为 和 。但在计算 时，要用 代替 ： 0ha1h1a1,crc1cb当 时， 85.

7、 01cfcr当 时， 25. 185. 01cfccr)85. 0(75. 01 1当 时， 25. 11c211 . 1ccrf对 的区格， 2 . 111ha 或2358711ywcfta2357311ywcfta前者用于受压翼缘扭转受到约束的情况，后者用于不受约束的情况。 而对 的区格，需将上述公式右侧乘以 2 . 111ha115 . 04 . 01ha轻、中级工作制吊车梁腹板的局部稳定计算设计规范中为了适当考虑腹板屈曲后强度的有利影响，规定对轻、中级工作制的吊车梁腹板局部稳定性计算，可对吊车轮压设计值乘以折减系数0.9。这条规定只适用于腹板局部稳定性计算时，不能用于其它情况。 v梁

8、腹板加劲肋的设计我国设计规范对翼缘板的局部稳定是依靠限制其宽厚比来保证，而对不考虑腹板屈曲后强度的梁的腹板局部稳定则是依靠设置各种加劲肋来保证。 腹板加劲肋的设置设计规范对腹板加劲肋的配置规定为： 当 时，对有局部压应力的梁，应按构造要求配置横向加劲肋；但对无局部压应力的梁，可不配置加劲肋。 ywfth235800当 时，应配置横向加劲肋；其中， 当 （受压翼缘扭转受到约束时） 或 （受压翼缘扭转未受到约束时）时，或按计算需要时，应在弯曲应力较大区格的受压区配置纵向加劲肋。对局部压应力很大的梁，必要时尚应在受压区配置短加劲肋。对单轴对称梁，当确定是否需要配置纵向加劲肋时， 应取腹板受压区高度

9、的2倍。任何情况下 均应不超过250。 ywfth235800ywfth2351700ywfth23515000hchwth0梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋。 腹板局部稳定性的保证是首先根据上述规定配置加劲肋，把整块腹板分成若干区格，然后对每块区格进行稳定性验算，不满足要求时应重新布置或改变加劲肋间距再进行稳定性验算。 需注意：横向加劲肋间距的改变将影响腹板区格的剪切临界应力和承压临界应力，但不影响弯曲临界应力，因而为了提高腹板区格在剪切和局部承压作用下的局部稳定性，可以缩小腹板横向加劲肋的间距，但不能以此来提高区格在弯曲应力作用下的稳定性。当弯曲应力作用下的区格稳

10、定不能保证时，只能通过在区格受压区设置纵向加劲肋来解决。短加劲肋的设置，可以提高局部压应力作用下的临界应力，但增加制造工作量和影响腹板的工作条件，因而只宜在局部压应力很大的梁中采用。 腹板中加劲肋的计算和构造要求腹板中间加劲肋是指专为加强腹板局部稳定而设置的横向加劲肋、纵向加劲肋和短加劲肋。中间加劲肋必须有足够的弯曲刚度以满足腹板屈曲时加劲肋作为腹板的支承的要求，即加劲肋应使该处的腹板在屈曲时基本无出平面的位移。 中间横向加劲肋通常宜在腹板两侧成对配置。除重级工作制吊车梁的加劲肋外，也可单侧配置。截面多数采用钢板，也可采用角钢等型钢（图7.53）。钢材常用Q235。 横向加劲肋的截面我国规范规

11、定，横向加劲肋用钢板两侧配置时，其宽度和厚度应按下列条件选用： 1540300sssbtmmhb当为单侧配置时： 1540302 . 10sssbtmmhb其中 ssbb2 . 1横向加劲肋的最小间距为 ，最大间距为 ，对无局部压应力的梁，当 时可采用 05 . 0 h02h1000wth05 . 2 h同时采用横向加劲肋和纵向加劲肋时，在其相交处应切断纵向加劲肋。纵向加劲肋视作支承在横向加劲肋上。此外，对其惯性矩也有要求。 纵 向 加 劲 肋 至 腹 板 计 算 高 度 受 压 边 缘 的 距 离 应 在 之间。0 . 25 . 2cchh当采用短加劲肋时，其最小间距为 。短加劲肋的外伸宽度

12、应取为横向加劲肋外伸宽度的0.51.0倍，厚度不应小于短加劲肋外伸宽度的 175. 0h151焊接梁的横向加劲肋与翼缘板相接处应切角以避开梁的翼缘焊缝。 横向加劲肋的端部与板梁受压翼缘须用角焊缝连接，以增加加劲肋的稳定性，并约束受压翼缘板的转动。而与受拉翼缘板则不用焊接。 腹板的支承加劲肋在板梁承受较大的固定集中荷载处，常需设置支承加劲肋，以传递此集中荷载至梁的腹板。支承加劲肋必须在腹板两侧成对配置。 支承加劲肋截面的主要计算内容包括：按轴心受压构件计算腹板平面外的稳定性当支承加劲肋在腹板平面外屈曲时，必带动部分腹板一起屈曲。因此支承加劲肋的截面除加劲肋本身截面外，还可计入与其相邻的部分腹板的

13、截面。我国设计规范规定，取加劲肋每侧 范围内的腹板。当加劲肋一侧的腹板实际宽度小于 时，则取用实际宽度。ywft23515ywft23515中心受压构件的计算简图如图7.55所示，我国设计规范偏安全地取其计算长度为 。求稳定系数 时，对图7.55（a）所示截面为b类截面，而对图7.55（b）（c）所示截面属单轴对称，为c类截面。验算条件为： 0hfANs支承加劲肋与钢梁腹板的角焊缝连接计算公式： wfwfflhN7 . 0因焊缝所受内力可看着是沿焊缝全长分布的，故不必考虑是否满足 fwhl60v工字形组合梁腹板考虑屈曲后强度的设计四边支承的薄板与压杆的屈曲性能有很大的不同，如图7.57。我国设

14、计规范规定，对承受静力荷载或间接承受动力荷载的焊接组合工字形梁，宜考虑腹板屈曲后强度进行设计。考虑屈曲后强度的腹板区格抗剪承载力设计值 张力场法：适用于腹板上同时具有端部加劲肋和中间横向加劲肋时，而且满足加劲肋的间距 ，同时 的情况。我国设计规范未采用此法。 0ha 03ha 简化的超临界法：腹板区格剪切屈曲的临界应力共分三个阶段，即屈服阶段、弹塑性屈曲阶段和弹性屈曲阶段。考虑腹板屈曲后强度之后腹板的后两个阶段的剪切强度设计值 将高出 而获得经济。我国设计规范采用了这种提高 的简单的超临界法，按不同通用高厚比直接给出了考虑屈曲后强度 的计算公式如下： ucrcru当 时， 8 . 0svuf当

15、 时， 2 . 18 . 0svsuf)8 . 0(5 . 01 当 时， 2 . 1s2 . 1svuf中间过渡段直线的上下分界点分别为 和8 . 0s2 . 1s当 时， 0 . 11ha23534. 5441211ywsfahth当 时， 0 . 11ha235434. 541211ywsfahth梁抗剪承载力设计值为 uwwuthV图中有竖线的区域为屈曲后强度。上述 曲线是考虑屈曲后强度剪切承载力的下限，是一个近似公式，较张力场法得到的公式给出的数值结果略低。上面的公式既适用于组合工字梁只在梁两端配置支承加劲肋、跨度中间不配置横向加劲肋时，也可适用于同时配置支承加劲肋和横向加劲肋时。

16、u考虑腹板屈曲后强度工字形梁截面在弯矩作用下的抗弯承载力设计值腹板区格当其 较大时，在弯矩作用下腹板将发生屈曲。此时弯曲受压区将发生凹凸变形，部分受压区的腹板将不能继续承受压应力而退出工作。为计算屈曲后工字形截面的抗弯承载力设计值 ，作如下假定：（1）腹板受压区的有效高度为 ，并等分在受压区的两边（图7.64）， 为腹板受压区有效高度系数；（2）为了使腹板屈曲后截面中和轴位置不改变，假设弯曲受拉区也有相应高度的腹板退出工作。 wth0euMch可得腹板屈曲后梁截面抗弯承载力设计值为： fWMxexeu其中， 为梁截面惯性矩（或截面模量）考虑腹板有效高度的折减系数。xxeeII以上公式也可近似用

17、于单轴对称工字形截面 腹板受压区有效高度系数值 的大小取决于腹板的通用高厚比 和腹板区格弯曲临界应 。当 腹板不会屈曲，此时 ，当 ，则 bcrfcr0 . 1fcr0 . 1我国设计规范中对 值的规定与确定弯曲临界应力 时的规定相同，分成三段，即： cr当 时， 85. 0b0 . 1当 时， 25. 185. 0b)85. 0(82. 01b当 时， 25. 1bbb2 . 011式中， 2351772ywcbfth和 2351532ywcbfth同时承受弯矩和剪力的工字形焊接梁考虑腹板屈曲后强度的承载力设计值 我国设计规范中对同时承受弯矩和剪力的工字形焊接组合梁的截面考虑腹板屈曲后强度的

18、抗弯和抗剪承载力规定按下式计算： 115 . 02feufuMMMMVVfhAhhAMfff222211计算时当 时，取 当 时，取 uVV5 . 0uVV5 . 0fMM fMM 几点需注意： 考虑腹板屈曲后强度，可使腹板区格的抗剪承载力提高，即 。在一定的腹板高厚比下，随着横向加劲肋间距的缩小，可提高 cruVV uV考虑腹板屈曲后强度，将使梁截面的抗弯承载力有所降低。设置横向加劲肋或改变其间距对屈曲后梁截面的抗弯承载力没有影响。 考虑屈曲后强度，应对所设计梁的若干控制截面按上式进行承载力验算。 考虑腹板屈曲后强度，原则上除在支座处必须设置支承加劲肋外，跨中可根据计算设置或不设横向加劲肋。

19、 考虑腹板屈曲后强度时梁腹板的中间横向加劲肋设计当梁仅配置支承加劲肋不能满足上述要求时，则应设置中间横向加劲肋。按我国设计规范的规定，中间横向加劲肋应满足下列要求： 应在腹板两侧成对配置； 钢板加劲肋应满足: 外伸宽度 mmhbs40300厚度 15ssbt 应按轴心压杆计算其在腹板平面外的稳定性： 轴心压力取： 为作用在中间加劲肋上的集中力，如无取零。 FthVNwwcrusF计算平面外稳定性时，受压构件的截面应包括加劲肋和其两侧各 范围的腹板面积，计算长度取 ywft235150h设有中间横向加劲肋时梁端支座处支承加劲肋的设计当支座旁的腹板区格利用屈曲后强度计算时，亦即剪切通用高厚比 时，

20、设计支座加劲肋时，除考虑承受梁的支座反力外，尚应考虑承受由张力场引起的水平力 ，按压弯构件计算此支座加劲肋的强度和在腹板平面外的稳定性。我国规范规定： 8 . 0sH201hathVHwwcru水平力 的作用点在距腹板计算高度上边缘 处。此压弯构件的截面和计算长度同一般加劲肋。我国规范为规定支座加劲肋中的弯矩计算。若把加劲肋看作一竖放的简支梁，则 。当支座处的支承加劲肋采用图7.67的构造形式时，可按简化方法计算： H40h0163HhM 加劲肋1按承受支座反力的轴心受压杆计算。封头肋板2的截面面积不应小于把封头肋板2和加劲肋1以及其间的梁腹板看作一竖向放置的简支工字梁;此梁承受弯矩并假定此弯

21、矩完全由竖梁的翼缘承受，即得以上公式。 efHhAc16300163HhM v梁的拼接工厂拼接 工地拼接 所有钢结构构件包括梁、拉压杆和拉压弯构件等都有拼接问题，这里介绍的梁的拼接设计原则同样也适用于其它构件。一些设计原则： 构件各组成板件都必须有各自的拼接件和拼接连接，使传力均匀和直接。 构件各组成板件的拼接，当为工厂拼接时，宜根据钢材的供应情况错开分散在各截面处；而在工地拼接时，为了便于分段运输或分段吊装，拼接宜集中在一个截面处或一个截面的附近处。拼接设计的内容包括：拼接位置的确定、拼接件的配置及截面尺寸的选定、拼接连接的布置及计算等。拼接设计一种方法是按与原截面的最大强度进行，使拼接与原

22、截面等强；另一种方法是按拼接所在截面的实际最大内力设计值进行。通常，工厂拼接按等强设计，可便于在制造时根据材料的具体情况而移动拼接位置。重要的工地拼接也常采用等强度设计。 拼接的设计应力求便于制造和安装。 例题7.12 例题 7.13 v次梁与主梁的连接次梁与主梁的连接叠接：影响净空，连接和交叉梁系的刚度都较低 侧面连接：最常用，次梁的顶面可高于也可低于主梁顶面，根据铺设楼面板的要求确定。 连接可采用普通螺栓连接、高强度螺栓连接或焊接连接。 次梁与主梁的连接有简单连接、抗弯连接或刚性连接。简单连接图7.73中，为考虑连接非完全简支，宜按次梁支座反力V的1.21.3倍计算所需的螺栓数目或所需焊缝尺寸。角焊缝的强度设计值应考虑因高空立焊条件较差而采用折减系数0.9。由于此梁端部需切去一部分面积，当用螺栓连接时还应按矩