钢结构受弯构件挠度的容许值_pdf

1、2006年第4期築龍網zhulongxom钢结构受弯构件挠度的容许值罗福盛(中冶赛迪公司建工分院，越庆400013)摘 要在修订钢结构设计规范(GBJ17-88)构件变形一章时，作者曾作了大量的分析研究工作.对钢结构受芳构件, 特别是吊车梁挠度.墙梁挠度容许值进行了探讨，本文提出了有关观点和结论，可供工租设计多考.关键词钢结构 受育构件 挠度 容许值 吊车梁 墻梁1概述受弯构竹不论其支承，濟况.跨茂大小.断面形 式以及受荷种类如何，只耍有弯矩存在总耍产生 或大或小的挠曲。但为了保证结构的正常使用和维 护结构的完好，保持造型的关观以及加强使用者的 安全感起见，常要求受弯构件变形值不能超过一定 的

2、限度。如吊车梁的挠度过大.就会使轨道不平直, 轨道联结处形成较大的转角，导致吊车运行困难以 及轮压分布不均竽弊病，同时，也会加大梁的振幅 而使联结松动破坏.造成吊车运行困难.影响生产 的止常进行。根据上海地区和垂庆钢铁公司对基础 沉降造成吊车梁轨面坡度的观测表明：当吊车梁坡 度为2/1000时，吊车就会抱不住闸.出现自然下 滑现象。擦条挠度过大，也会导致屋面积水、返水 或漏雨，既不满足使用耍求.也影响美观，给人以 不安全的感觉。特别足随肴高强度钢材在建筑结构 中的广泛应用，受弯构件的挠度问题将日趋突出。挠度限制是否越小越好，事物总是一分为二。 受弯构件挠皮的大小，实质上也反映构件刚度的强 弱。

3、构件挠度小亦即刚度大。为耍达到较大的刚度 势必堆加钢材的用駅。以简支梁跨度为6 m的构件 为例，该构件最大弯矩截面的正应力。=210N/mnf 时其最大相对挠度如下：u/L = L/(4800 h),由 此可得相应挠度的钢材用量如表1。不难看出：当构件的支承悄况.强度设计值及 跨度不变时，随着挠度容许位的加严，则钢材用呆 的增加是相当町观的。国外学者的研究还表明：当 构件的刚度超过某一限值时.吊车梁在垂直荷载作 用下的动丿J影响将吏为严重。所以.受弯构件挠度 容许值的取值是否恰当.对于满足构件的使用耍 求、节约钢材用呈，具有非常重要的意义。表1 满足相对挠度的钢材用童v/L1/2001/400

4、1/5001/750250500625938需用断而125150163ffl合新面用钢 fit (kg)229562728百分比(1002453182吊车梁的挠度容许值2. 1国内使用现状吊车梁系厂房结构中的重耍构件，它承受若吊 车传来的垂貞动荷载和横向水平制动力的作用。由 于吊车轨道的不平頁和吊车梁接头处产生的转角 等等原因.就会产生撞击和振动。根拯以往研究结 杲表明：由于撞击和振动的作用，吊车梁在动荷载 作用下所产生的应力和变形，比同样强度的静力荷 载所引起的安大。在某些甘况下.不大的动荷载可 以产生很大的变形和应力。由r吊车梁T.作悄况的 特殊条件，因此对吊车梁最大挠度的限制.就不可 和

5、一般梁等同对待。同时.鉴于吊车起車鈕的大小 和工作制的不同以及动力来源的差别，对于吊车梁 容许挠度的耍求也不一样。所以，调研中普遍反映： 对吊车梁的容许挠度应从严耍求，区别对待。并认 为我国过去所习用的规范中，对吊车梁容许挠度的36钢 铁 技 术2006年第4期取值是合理的。度如表2。从调研中所搜集到的电动桥式吊车的资料(现由表2可见，我国过去所用的吊车梁最大相对摘取部分列丁表2)看来其绘大相对捺度的变化幅表2吊车梁的挠度情况车何类别用车情况-吊车梁跨度«)集离)计算相对挠度某钢厂落悸车闻1Q=1O tLk=23 k121.001/600浆船厂船体车沏30-15/3 tLk=2251

6、2I. 1321/643桨铁厂O«3O/5 tLk-19.5121-1781/710桨大型厂2Q-30/5 tLk=27.560.8321/650篥大型厂2Q-50/10 tLk-14. 1101. 141/800MHWr主电空0=75 tLk = 10. 560. 8321/900某墮机厂车间Q-80/30 tLk-22121.8951/1040荣炼弘车何Q= 180/50 tUc = 255244.001/1120荣巫机裝配车间0 = 100/20 tLk=2861.2281/1580某混铁炉车间Q= 125/30 tLk=25.561.841/1130築龍網36钢 铁 技 术2

7、006年第4期築龍網36钢 铁 技 术2006年第4期1V V 600 II .V 111000耳丄17<looo/750QV6O t036%>109424%50 tMQVIOO t010%40%50%lOOtQ000100%表3吊车梁最大相对挠度的变化幅度表4饮路桥梁的容许挠度值貴别板桥梁桁架桥柬最大客许v/L：»1/7001/7501/900挠度一般均接近或偏严于习用规范所列限制。据反 映，对于起亟锻100 t的吊车梁按照习用规范控 制.一般问题不大。但对于冶金类厂房，由于吊车 梁刚度对吊车的正常运行影响颇大，如仍按习用规 范进行控制，使用中则出现一些问题。如重庆某钢

8、 厂平炉车间浇钢跨接长部分的吊车梁，当应力达到 强度设计值时，梁的最大相对挠度为1/740,使用 中出现刚度不足的现彖。据车间工作入员反映： 100/30 t吊车，当起重20 t时，吊车运行正常； 当起重90 t时.在原刚度校大的梁上行驶也无问 题，但在接K部分的吊车梁上行驶时，出现上坡困 难,下坡又因吊车抱不住闸而溜趟。除其他一些原 因外，梁的挠度偏大也是垂要原因之一。22铁路桥梁和吊车桥架挠度容许的取值我国1997年铁路桥涵钢结构设计规范关 于铁路桥梁最大和对容许挠度的规定如表4。起璽机设计规范(GB3811-83)规定.対桥 式吊车桥架或梁的容许挠度见表5.表5起重机桥架或梁的容许挠度值

9、吊车工作级别A5及以下A6A7. A8址大客许挠«L u/L)CI/7001/8001/1000另外，前苏联起重机计算法和实例一书中 还要求回转起重机和托架起重机的桁架挠度使小 车行走轨面斜度i W0.003。吊车梁与铁道桥梁和吊车桥架或梁的工作惜 况.有着一定的共性和各自的特殊性。一般的讲， 他们都能承受动荷戦的受弯构件，通过轨道而保证 吊车或车辆的正常厅驶，但铁路车辆的荷载是通过 枕木而传给桥梁，而且加载次数亦较小，故铁路桥 梁的受力状况相当于中级工作制，然而铁路桥梁的 重要性又高于吊车梁.对吊车桥架或梁来说，因是築龍網2006年第4期钢 铁 技 术37貢接承受动荷或的结构，且行

10、驶在吊车梁上。故吊 车梁按一台吊车计算的刚度应略大丁铁路桥梁或 桥架，而较为接近于吊车桥架。本次推存的按一台 吊车计算的容许挠度值，基本上是与此相接近的。23吊车梁的经济高度和容许挠度的关系在选择梁的断面时.一般梁奇可按经济髙度或 略小于经济高度釆用。这对于节约钢材用量、降低 工程造价.保证梁的稳定均有好处。习用规范中对 吊车梁域大挠度的限制.基木上能满足这一要求。参照前苏联H.C斯特列律斯基主编金属结 构，按梁的总适价为最小的原则，即可求得梁的 经济高度。一般来讲.梁的总适价与用钢屋成正比, 本文仅考虑用钢暈和梁的经济髙度的关系。其公式 和梁的挠度计算式见式1和式2oG = Gf+Gw =

11、2Afprjf + Awprw(1)I n0 10EZ式中，儿为翼缘的面积，A（= cM/hf,加为翼缘 所负担的弯矩值 c为小于1的系数；、办为翼 喙、腹板的构造系数，一般对焊接梁 m n.= 1.2；人为腹板面积；Q为钢材的容重。可以求得，当梁的应力达到强度设计值时，即 按两台吊车计算时，最大挠度与经济髙跨比的关系 如表6所示。对于吊车梁一般髙跨比均1/101/6 Z间变築龍網2006年第4期钢 铁 技 术37築龍網2006年第4期钢 铁 技 术37表6满足经济高跨比的相对挠度值1/Qh.1/51/61/81/101/121/151/18v/L1/9301/7441/5801/4601/3

12、901/3101/260築龍網2006年第4期钢 铁 技 术37築龍網2006年第4期钢 铁 技 术37化，如按两台吊车计滋，吊车梁的容许挠度保持在 1/4601/774之间变化，也是符合经济要求的。综上所述.可见我国原规范中，按商台吊车计 算时，吊车梁的容许挠度取值基本上超合理的。 2.4计算钢吊车梁竖向挠度时荷载取值以及容许挠 度值问题在钢吊车梁设计中关于计算竖向挠度时荷载 的取值问题，过去研究较少，大家都沿用几十年来 的习惯用法。通过对国外资料的调査研究对比，对 上述问题进行了一些初步的探讨。按规范规定的吊车梁容许挠度进行变形验算 时，对荷载的取值，除我国冶金部于1959年颁布 的钢筋混

13、凝土吊车梁的设计暂行指示中说明为畸 台垠大吊车的挣载外，其他国内外的规范均无明确 规定。我们习惯上均按吊车梁自垂加上两台相邻最 大吊车的轮压标准值（不考虑动力放大系数和荷截 系数）进行计第的，而钢结构设计规范中的规定的 容许挠度值，亦是这样考虑。众所周知，钢吊车梁 的承载力极限状态是按两台瑕大吊车荷裁的设计 值进行计算的.所以.用两台最大的吊车荷载的标 准值来计算挠度的方法，实际上足脱胎于一殺梁的 概念。因为梁的静载标准值，即通常所谓“常遇荷 载S在这种荷载作用下产生的挠度必定满足正常 使用极限状态的要求，否则将会使建筑物的用途受 到彫响。而吊车契上，两台相邻最大吊车紧挨在一 起，轮压又同时达

14、到最大值的机率是很小的.在这 种情况下，两台吊车同时运行的速度堆相当缓慢 的。显然.用这种荷载组合来验算刚度.就不恰当 To因为毎根吊空梁上经常只有一台以操作所需的 额定速率在运行.此时.为了避免发生碰撞.吊车 Z间常需保持一定的安全距离。按照上述吊车的实 际操作情况，为满足正常使用极限状态的要求，吊 车梁的竖向刚度应满足两个条件：一是，当两台吊 车紧挨时，不能臼现上坡行驶困难，以及下坡行驶 制动失灵而产生自然下滑现象；二是，一台吊车经 常行驶时，不能出现波动前进的跳跃现象。在上述两个条件中，第二个条件应该是保证吊 车正常行驶的主要控制指标，因为它基本上反映了 吊车梁在实际使用情况以及在吊车运

15、行过稈中的 刚度要求。在美国和日木的某些设计资料中可以看 到吊车梁的竖向挠度是用一台最大吊车的荷载来 计算的。如：在1972年出版的荚国钢结构设计手册中， 对一台吊车的活荷载作用下产生的吊车梁跨中挠築龍網2006年第4期钢 铁 技 术37築龍網 38 钢 铁 技 术2006年第4期通常抗风桁如的除疳为1224m闵木身吗滿度限值建议为：轻而慢的吊车u VL/960审:而快的吊车r ul<L/1200又如在日本1973年出版的高桥庆夫著铁骨 构造设计.实例及其说明中冇关吊车桁架的例题 内可以清楚的看到，吊车桁架的承载力是按两台吊 车计算的，而挠度则明确注明是按一台最大吊车的 荷载来验算的。例

16、题中的计算挠度值为L/1350,小 于日木规范规定的L/1200L/800。再如在金屈结构中，也明确的提出用一台 吊车的荷载来计算吊车梁的竖向刚度。而在原苏联 原来却是按两台堆大吊车荷载的标准值來验算吊 车梁的竖向挠度的。由此来看，吊车梁的竖向容许挠度按一台最大 吊车经常行驶时的1E常使用极限状态来确定是比 较合理的。为了进一步论证这个观点，本文曾将我 国规范钢纟古构设计规范（GBJ17-88）中按两台吊 车考虑的重级工作制和起重S：Q>50 t的中级工作 制吊车梁的容许挠度值L/750作为统一标准，针对 不同的吊车组合夹反算按一台吊车计算时的挠跨 比，可以看出：1）按两台相同吊车计韓的

17、容许挠度L/750.相 当于按一台吊车计算的L/992L/1509,变化幅度 较大.这主要与吊车规格、起重屋Q以及吊车梁跨 度等因素冇关；而且跨度越大，按一台吊车计算的 挠度比值越小：2）按两台不同吊车计算时，情况更为复杂，当 两台吊车的起重量差别越大时，分别按一台吊车计 算时的挠度比的差值也越大；亦就是说，若仍用二 台吊车计算的容许挠度值为控制指标.则对其中一 台吊车较严，另一台吊车较宽：3）虽然都满足按两台吊车计算时的容许挠度 的要求，但按一台吊车计算时.超重级工作制吊车 的挠跨比要大于2Q=5t重级工作制吊车的挠跨比， 这显然与实际耍求相悖。通过以上对比分析，过去 采用两台吊车+自重的荷

18、载组合来验算吊车梁的竖 向挠度，虽然大致上亦能满足一台吊车经常行驶时 对吊车梁刚度的要求（这一点可以从我国几十年来 兴建的丿房建筑的实践经验得到保证片 但是井不 理想，仍存在一些缺陷，对一台吊车来说，视具体 条件的不同，吊车梁的刚度时而过高，时而稍现不 足。所以，为了更好的保证吊车的操作能满足正常 使用极限状态的要求，还是改为按照一台最大吊车 的荷载;来验算吊车梁的竖向挠度并相应的提高英 刚度限值为好。这样还附带解决了跨间内仅有一台 吊车的问题，因为在现行规范中并未考虑一台吊车 时吊车梁容许挠度值。关于按一台吊车计算时，吊 车梁容许挠度的取值问题，可以建议如下，吊车级别：挠跨比u几；重级及超垂

19、级工作制的吊车:<1/1200：中级工作制吊车：VI/1000；轻级工作制及手动吊车：<l/800o按照这个标准完全可以满足上述吊车梁竖向 刚度提出的两个条件的要求，而且今后随吊车的增 多.还会带来一定的经济效益。3墙架构件的挠虔容许值我国过去用1/400来限制砖石砌体墙架构件的 最大相对挠度。但在调研中，我们发现一些墙架构 件.虽然最大相对挠度大于1/300,使用中也未发 现什么问题。如絃山大型厂备品库，墙架横梁跨度 为6m,横梁用12号工字钢，半砖填充墙，水平挠 皮24cni.嵐大相对挠度1/250,备品库设有吊车. 自1967年建成投产，至今未发生问题。所以现行 规范中已改为

20、1/30J是最合适的。至于石棉瓦墙皮 横梁的水平挠度.过去习用为1/200,能满足使用 耍求，如鞍山一炼原料车间。石棉瓦墙，柱距7. 5 m, 墙架横梁为12号梢钢，间距1.65 m,中间设有垂 直拉条，水平挠度为3.7 cm,水平最大相对挠度为 1/202,垂直挠度1. 08 cm,垂直方向最大相对挠度为1/346,该车间1954年建成，一直使用正常。同 时，北京有色冶金设计院曾对小波石棉瓦进行过试 验。墙皮横梁用L75X6,跨度6%以神仙葫芦作 拉伸机具，当横梁挠度达到1/50时，石棉瓦钩螺 丝处才出现裂缝。故墙架构件的容许挠度可以适当 放宽。对砖石砌体来说若以墙体不出现裂缝为准， 则墙架

21、构件的容许挠度可以推算如下：3. 1自廉重墙情况下的水平容许挠度假定所有横向荷鞍由墙架构件承受；墙壁和有 水平支承的板一样工作；砌体和墙架构件变形时具 冇相同的曲率半径。当墙体不出裂缝时，各种跨度 的水平挠度值如表7所示。築龍網50钢铁耕泉的Hi水总管上设贸流凤检测的方式，皿燃它比 起水位检测费用更閒，但足这种方式肖:观.反应快 速.水位控制精茂高。解决了施流池、平流池的水斌平衡问越.冷水 池的水傩平衡问就迎刃而解了.因为三个可能引 起水不平衡的地方，解決了两个之方第三个地 方口燃就平衡了！4 结语（扌矣第38页）足强度鉴求时 :H刚度远大丁按变形控制所需之刚 度.故对此兴抗风桁架.-般可不作

22、変形验溥.对 纵塢横梁，俎然刚度耍求较商但横梁与柱的连接， 部不是纯饺.而冇同邮嵌固作用.根捌经验.这种 作用能使挠度减少一半左右故实际亦无问题。我7 抗凤桁架和墻梁水平挠度值跨血L<m）24181296u/U1/1601/2101/3201/4201/64032 口乐車培架怙况下.壊架的水平容许挠度対丁此炎怙况，厢準砌体中除受有由横向荷载 在坡架构件中所产生的弯曲外，还受有由乘苴荷战 在瑠熨砌体中所引起的纵向力的作用。此纵向力在 砌体中表现为用应丿八 该项用应力可完全或部分地 抵消坡住在弯曲时所产生的受拉变形。当埔体不山 现裂缝时.各种跨庚下的水平挠庶表8所示。表8 墙架构件水平挠度值跨演L<«）12109876v/L1/2471/3081/3491/4011/46S1/S5733丹架墙悄况下