T钢结构设计梁受弯构件

第五章梁（受弯构件）第一节概述第二节梁的强度与刚度第三节梁的整体稳定第四节梁的局部稳定与加劲肋设计第五节梁的截面设计第一节概述梁主要是用作承受横向荷载的实腹式构件（格构式为桁架），主要内力为弯矩与剪力；梁的正常使用极限状态为控制梁的挠曲变形；梁的承载能力极限状态包括：强度、整体稳定性及局部稳定性；梁的截面主要分型钢与钢板组合截面梁格形式主要有：简式梁格（单一梁）、普通梁格（分主、次梁）及复式梁格（分主梁及横、纵次梁），具体详见P141图5.2第二节梁的强度与刚度一、梁的强度梁在荷载作用下将产生弯应力、剪应力，在集中荷载作用处还有局部承压应力，故梁的强度应包括：抗弯强度、抗剪强度、局部成压强度，在弯应力、剪应力及局部压应力共同作用处还应验算折算应力。1、抗弯强度弹性阶段：以边缘屈服为最大承载力弹塑性阶段：以塑性铰弯矩为最大承载力弹性最大弯矩塑性铰弯矩截面形状系数梁的《规范》计算方法以部分截面发展塑性（1/4截面）为极限承载力状态单向弯曲双向弯曲式中：γ为塑性发展系数，按P143，表5.1b1/t≥13及直接承受动力荷载时γ=1.0二、抗剪强度三、腹板局部压应力四、折算应力两σ同号取1.1，异号取1.2五、梁的刚度控制梁的挠跨比小于规定的限制（为变形量的限制）第三节梁的整体稳定一、梁的失稳机理梁受弯变形后，上翼缘受压，由于梁侧向刚度不够，就会发生梁的侧向弯曲失稳变形，梁截面从上至下弯曲量不等，就形成截面的扭转变形，同时还有弯矩作用平面那的弯曲变形，故梁的失稳为弯扭失稳形式，完整的说应为：侧向弯曲扭转失稳。从以上失稳机理来看，提高梁的整稳承载力的有效措施应为提高梁上翼缘的侧移刚度，减小梁上翼缘的侧向计算长度二、影响梁整体稳定的因素主要因素有：截面形式，荷载类型，荷载作用方式，受压翼缘的侧向支撑。三、整体稳定计算表达式三、梁的整体稳定保证措施提高梁的整体稳定承载力的关键是，增强梁受压翼缘的抗侧移及扭转刚度，当满足一定条件时，就可以保证在梁强度破坏之前不会发生梁的整体失稳，可以不必验算梁的整体稳定，具体条件详见P153四、梁的侧向支撑侧向支撑作用是为梁提供侧向支点，减小侧向计算长度，故要求侧向支撑应可靠，能有效地承受梁侧弯产生的侧向力（实际为弯曲剪力），由于侧弯主要是受压翼缘弯曲引起，同第四章，侧向力可以写为：如果为支杆应按轴心受压构件计算，同时应注意如书P154图5.11所示的有效支撑。夹支座：梁为侧向弯曲扭转失稳，所以支座处应采取措施限制梁的扭转。第四节梁的局部稳定与加劲肋设计一、概述同轴压构件一样，为提高梁的刚度与强度及整体稳定承载力，应遵循“肢宽壁薄”的设计原则，从而引发板件的局部稳定承载力问题。翼缘板受力较为简单，仍按限制板件宽厚比的方法来保证局部稳定性。腹板受力复杂，而且为满足强度要求，截面高度较大，如仍采用限制梁的腹板高厚比的方法，会使腹板取值很大，不经济，一般采用加劲肋的方法来减小板件尺寸，从而提高局部稳定承载力。图中：1－横向加劲肋2－纵向加劲肋3－短加劲肋二、翼缘板的局部稳定设计原则－－等强原则按弹性设计（不考虑塑性发展γ=1.0），因有残余应力影响，实际截面已进入弹塑性阶段，《规范》取Et=0.7E。若考虑塑性发展(γ＞1.0），塑性发展会更大Et=0.5E。当时，γ=1.0三、腹腹板的的屈曲曲屈曲应应力统统一表表达式式（k值相见见p167，表5.9）剪切应应力屈屈曲如不设设加劲劲肋，，a＞＞b，b/a→0，k≈5.34,χ=1.23弯曲应应力弹弹性屈屈曲如不设设加劲劲肋，，k≈23.9,χ=1.66（1.23,扭转不不约束束）局部压压应力力弹性性屈曲曲按a/h0=2设置横横向加加劲肋肋，k≈18.4,η=1.0复合应应力作作用板板件屈屈曲仅配置置横向向加劲劲肋配有纵纵向加加劲肋肋的上上区格格（偏偏心受受压））配有纵纵向加加劲肋肋的下下区格格（偏偏心受受压，，σc2≈σc）四、、加加劲劲肋肋的的配配置置与与构构造造1、配配置置规规定定（P169，表表5.10）2、加加劲劲肋肋的的构构造造横向向加加劲劲肋肋贯贯通通，，纵纵向向加加劲劲肋肋断断开开；；横向向加加劲劲肋肋的的间间距距a应满满足足，，当当且时时，，允允许许纵向向加加劲劲肋肋距距受受压压翼翼缘缘的的距距离离应应在在范范围围内内；；上述述各各式式中中，，h0为梁梁腹腹板板的的计计算算高高度度，，hc为梁梁腹腹板板受受压压区区高高度度，，对对于于单单对对称称截截面面，，前前述述表表5.10中4、5项中中有有关关纵纵向向加加劲劲肋肋规规定定中中的的h0应取取2hc。加劲劲肋肋可可以以成成对对布布置置于于腹腹板板两两侧侧，，也也可可以以单单侧侧布布置置，，支支承承加加劲劲肋肋及及重重级级工工作作制制吊吊车车梁梁必必须须两两侧侧对对称称布布置置。。加劲劲肋肋必必须须具具备备一一定定刚刚度度，，截截面面尺尺寸寸及及惯惯性性矩矩应应满满足足：：横向向加加劲劲肋肋的的截截面面尺尺寸寸双侧侧布布置置时时单侧侧布布置置时时：：bs不应应小小于于上上式式的的1.2倍。。截面面惯惯性性矩矩的的要要求求（同同时时配配置置横横、、纵纵肋肋时时））横向向肋肋：：纵向向肋肋：：当时时当时时横向向加加劲劲肋肋应应按按右右图图示示切切角角，，避免免多多向向焊焊缝缝相相交交，，产产生生复复杂杂应力力场场。。支承承加加劲劲肋肋构构造造与与计计算算在梁梁支支座座处处及及较较大大集集中中荷荷载载作作用用处处，，应应布布置置支支承承加加劲劲肋肋，，支支承承加加劲劲肋肋实实际际上上就就是是加加大大的的横横向向加加劲劲肋肋，，支支承承加加劲劲肋肋分分梁梁腹腹板板两两侧侧成成对对布布置置的的平板板式式，，及及凸凸缘缘式式两两种种。其作作用用除除保保证证腹腹板板的的局局部部稳稳定定外外，，还还应应承承受受集集中中力力作作用用，，故除除满满足足横横向向加加劲劲肋肋的的有有关关尺尺寸寸及及构构造造要要求求外外，尚尚满满足足如如下下所所述述几几方方面面承承载载力力的的要要求求。。稳定定性性计计算算注：：平平板板式式按按b类；；凸凸缘缘式式按按c类端面面刨刨平平抵抵紧紧示示应应验验算算端端面面承承压压端面面焊焊接接时时以以及及支支承承肋肋与与腹腹板板的的焊焊缝缝应应按按第第三三章章方方法法验验算算焊焊缝缝强强度度第四四节节钢钢梁梁的的设设计计一、、型型钢钢梁梁的的设设计计1、根根据据实实际际情情况况计计算算梁梁的的最最大大弯弯距距设设计计值值Mmax；2、根据据抗抗弯弯强强度度，，计计算算所所需需的的净净截截面面抵抵抗抗矩矩：：3、查查型型钢钢表表确确定定型型钢钢截截面面4、截截面面验验算算强度度验验算算：：抗抗弯弯、、抗抗剪剪、、局局部部承承压压（（一一般般不不需需验验算算折折算算应应力力强强度度））；；刚度度验验算算：：验验算算梁梁的的挠挠跨跨比比整体体稳稳定定验验算算（（型型钢钢截截面面局局部部稳稳定定一一般般不不需需验验算算））。。根据据验验算算结结果果调调整整截截面面，，再再进进行行验验算算，，直直至至满满足足。。二、、组组合合梁梁的的截截面面设设计计1、根根据据受受力力情情况况确确定定所所需需的的截截面面抵抵抗抗矩矩2、截截面面高高度度的的确确定定最小小高高度度：：hmin由梁梁刚刚度度确确定定；；最大大高高度度：：hmax由建建筑筑设设计计要要求求确确定定；；经济济高高度度：：he由最最小小耗耗钢钢量量确确定定；；选定定高高度度：：hmin≤h≤≤hmax；h≈≈he，并认认为为h0≈he3、确定定腹腹板板厚厚度度（（假假定定剪剪力力全全部部由由腹腹板板承承受受）），，则则有有：：或按按经经验验公公式式：：3、确定定翼翼缘缘宽宽度度确定定了了腹腹板板厚厚度度后后，，可可按按抗抗弯弯要要求求确确定定翼翼缘缘板板面面积积Af，已工字型型截面为为例：有了Af，只要选定定b、t中的其一一，就可可以确定定另一值值。4、截面验验算强度验算算：抗弯弯、抗剪剪、局部部承压以以及折算算应力强强度）；；刚度验算算：验算算梁的挠挠跨比；；整体稳定定验算；；局部稳定定验算（翼缘板板）根据验算算结果调调整截面面，再进进行验算算，直至至满足。。根据实际际情况进进行加劲劲肋结算算与布置置4、腹板与与翼缘焊焊缝的计计算连接焊缝缝主要用用于承受受弯曲剪剪力，单单位长度度上剪力力为：当梁上承承受固定定的集中中荷载且且未设支支承了时时，上翼翼缘焊缝缝同时承受受剪力T1及集中力力F的共同作作用，由由F产生的单单位长度度上的力力V1为：第六章章拉拉弯弯与压压弯构构建第一节节概概述述第二节节拉拉弯弯与压压弯构构件的的强度度与刚刚度第三节节实实腹腹式压压弯构构件的的整体体稳定定第四节节实实腹腹式压压弯构构件的的局部部稳定定第五节节实实腹腹式压压弯构构件的的截面面设计计第六节节格格构构式压压弯构构件第一节节概概述述拉弯与与压弯弯构件件实际际上就就是轴轴力与与弯矩矩共同同作用用的构构件，，也就就是为为轴心心受力力构件件与受受弯构构件的的组合合，典典型的的三种种拉、、压弯弯构件件如下下图所所示。。同其他他构件件一样样，拉拉、压压弯构构件也也需同同时满满足正正常使使用及及承载载能力力两种种极限限状态态的要要求。。正常使使用极极限状状态：：满足足刚度度要求求。承载能能力极极限状状态：：需满满足强强度、、整体体稳定定、局局部稳稳定三三方面面要求求。截面形形式：：同轴轴心受受力构构件，，分实腹腹式截截面与与格构构式截截面实腹式式：型型钢截截面与与组合合截面面格构式式：缀缀条式式与缀缀板式式第二节节拉拉、压压弯构构件的的强度度与刚刚度一、强强度两个工工作阶阶段，，两个个特征征点弹性工工作阶阶段：：以边边缘屈屈服为为特征征点（（弹性性承载载力））弹塑性性工作作阶段段：以以塑性性铰弯弯距为为特征征点（（极限限承载载力））极限承承载力力联立以以上两两式，，消去去η，则有如如下相相关方方程－－轴轴力单单独作作用时时最大大承载载力－－弯弯距单单独作作用时时最大大承载载力如右图图所示示，为为计算算方便便，改改用线线性相相关方方程（（偏安安全））《规范》公式关于±号的说说明－－－如如右图图