钢梁优选ppt资料

第五章钢梁第一页，共57页。梁的截面(jiémiàn)形式第二页，共57页。5、

梁格由许多梁排列而成的平面体系，例如楼盖和工作平台等。根据梁的排列方式，梁格可分成下列三种(sānzhǒnɡ)典型的形式（图）：①简式梁格——只有主梁，适用于梁跨度较小的情况；②普通式梁格——有次梁和主梁，次梁支承于主梁上；③复式梁格——除主梁和纵向次梁外，还有支承于纵向次梁上的横向次梁。第三页，共57页。简式梁格普通(pǔtōng)梁格复式梁格布置梁格时，在满足使用要求的前提下，应考虑材料的供应情况、制造(zhìzào)和安装的条件等因素，对几种可能的布置方案进行技术经济比较，选定最合理经济的方案。第四页，共57页。

铺板可采用钢筋混凝土板、钢板或由压型(yāxínɡ)钢板与混凝土组成的组合板。铺板宜与梁牢固连接使两者共同工作，可分担梁的受力而节约钢材，并增强梁的整体稳定性。第五页，共57页。§5.2钢梁的强度和刚度(ɡānɡdù)计算一、钢梁的设计步骤：1、初步选择截面尺寸。根据强度和刚度要求，同时考虑经济和稳定性等各个方面，初步选择截面尺寸。2、对所选的截面进行强度、刚度、整体稳定和局部稳定的验算，其中，弯应力强度是决定截面的最主要(zhǔyào)因素。3、如果验算结果不能满足要求，就需要重新选择截面或采取一些有效的措施予以解决。4、组合梁，还应考虑是否变截面、翼缘与腹板的连接、拼接、支座以及与其他构件连接等。第六页，共57页。二、钢梁的弯曲强度：1、钢梁弯曲的应力阶段(jiēduàn)梁受弯时的应力—应变曲线与受拉时相似，屈服点也接近——理想的弹塑性体。梁截面的应力(yìnglì)分布Me=fyWMp=fyWp

弹性(tánxìng)阶段弹塑性阶段塑性阶段第七页，共57页。（1）弹性阶段——此时正应力为直线分布，梁最外边缘正应力不超过屈服点。其抗弯力矩(lìjǔ)Me=fyW（2）弹塑性阶段——梁边缘出现塑性，应力达到屈服点，而中和轴附近材料仍处于弹性（3）塑性阶段——梁全截面进入塑性，应力均等于屈服点，形成塑性铰，此时已达到梁的承载力极限。极限弯矩Mp=fyWp2、形状系数：与梁的截面形状有关F=Mp/Me矩形截面F=1.5工字形截面第八页，共57页。3、影响钢梁塑性设计的因素（P80）4、弯曲强度(qiángdù)的计算（1）单向弯曲（2）双向弯曲γx、γy为截面塑性发展系数，对工字形截面，γx=1.05,γy=1.20；对其他截面可按表5-4采用。（P146）即允许截面出现部分塑性变形，塑性区深度控制在h/8。承受动载、梁翼缘b/t∈(13,15)√235/fy时，γ=1第九页，共57页。三、剪应力计算V——计算截面的剪力；I——毛截面绕强轴（x）的惯性(guànxìng)性S——中和轴以上或以下截面对中和轴的面积矩，按毛截面计算；tw——腹板厚度第十页，共57页。四、腹板局部压应力验算(讲该部分，用两梁叠加的图，分三部分讲，1是两梁相交面的压应力，2腹板边缘的压应力同时是薄弱面，3,2的压应力计算)当梁翼缘受到沿腹板平面作用的集中荷载（如吊车轮(chēlún)压、次梁传来的集中力等），且该荷载处又未设置支承加劲肋时，需计算腹板的局部承压强度（图）

F：集中荷载，动力荷载需考虑动力系数；

ψ：集中荷载增大系数，重级工作制吊车梁ψ＝1.35；第十一页，共57页。Lz：集中荷载在腹板计算高度(gāodù)上边缘的假定腹板长度，按下式计算：Lz=a+5hy+2hR

a：集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，吊车梁可取a为50mm；

hy:梁顶面至腹板计算高度(gāodù)上边缘的距离(按向腹板内扩散)。hR:轨道高度(gāodù)（按1:1向腹板内扩散），梁顶无轨为0第十二页，共57页。第十三页，共57页。五、折算(shésuàn)应力计算β1第十四页，共57页。(1)由建筑高度确定hmax

梁底空间在满足使用要求所需要的净空尺寸条件下，梁的最大容许高度hmax(c)局部压应力单独作用(zuòyòng)四、梁截面(jiémiàn)沿长度的改变

1、原则：材料图包住弯距图

半跨改变一次

2、改变梁高或翼缘

3、截面(jiémiàn)改变处需验算折算应力V——计算截面的剪力；1、双侧配置(pèizhì)的横肋同时设有横向和纵向(zònɡxiànɡ)加劲肋时，断纵不断横。tw——腹板厚度I——毛截面绕强轴（x）的惯性(guànxìng)性φb的范围，有可能＞1，实际取值≤1短加劲肋：防止局部压应力引起的失稳，布置在受压区。沿梁单位(dānwèi)长度的水平剪力：的表达式（P1064-62）第四十二页，共57页。承受动载、梁翼缘b/t∈(13,15)√235/fy时，γ=1tw——腹板厚度使梁的强度、整体稳定性、刚度降低(jiàngdī)，导致破坏。六、钢梁的刚度受弯构件的刚度计算即是要保证其在使用过程中不会因挠度太大以致不能满足正常使用的要求。

P86，公式（4-19）

梁的刚度属于正常使用极限状态，计算时荷载采用标准值，不考虑截面(jiémiàn)削弱。第十五页，共57页。第十六页，共57页。第十七页，共57页。第十八页，共57页。第十九页，共57页。

一、梁整体稳定性的概念1、什么是梁的整体失稳和临界荷载(hèzài)？（1）梁在外力作用下，其弯应力尚未达到屈服点之前所发生的侧向弯扭屈曲。（图）（2）梁丧失稳定之前所承受的最大M、P、σ称为临界弯矩Mcr或Pcr、σcrσcr=K√EIyGJ/(l1Wx)（弹性稳定理论，P83，4-10）K：系数，依照梁的荷载(hèzài)形式与作用位置、跨度、支承情况和几何特性等因素确定。Q:σcr与外部荷载(hèzài)大小相关吗？§5.3钢梁的整体(zhěngtǐ)稳定性第二十页，共57页。第二十一页，共57页。2、影响(yǐngxiǎng)梁整体稳定性的因素（1）梁受压翼缘的自由长度l1，l1↗σcr↘l1：等于梁的跨度(kuàdù)或侧向支撑点间的距离（2）梁截面的侧向抗弯刚度EIy及抗扭刚度GJEIy、GJ↗，σcr↗（3）荷载类型和沿梁跨的分布（4）荷载作用点在荷载面上的位置（5）端部支承条件（6）初始变形、加载偏心和残余应力等初始缺陷。第二十二页，共57页。3、梁整体(zhěngtǐ)稳定性计算表达式要求在发生强度(qiángdù)破坏前不能发生整体失稳若求得σcr，则要求σ=Mx/Wx≤σcr梁的整体稳定性满足要求。考虑抗力分项系数，则:σ=Mx/Wx≤σcr/γR=σcr/fy×fy/γR=φbf即：Mx/Wx≤φbfφb梁的整体稳定系数，φb＝σcr/fy第二十三页，共57页。4、φb的计算(1)焊接工字形等截面简支梁《规范》给出了实用计算公式。P253

(2)轧制普通工字钢简支梁的φb由于轧制工字钢规格尺寸固定，《规范》给出了可直接查轧制工字钢φb的表格(biǎogé)，见P255。φb的范围，有可能＞1，实际取值≤1yb21yx2ybb235])4.4(1[4320fhtWAh++=hllbφ第二十四页，共57页。二、整体(zhěngtǐ)稳定性验算的方法1、可不验算梁的整体稳定性的两种情况(qíngkuàng)(P84)2、当不符合时，按下式验算梁的整体稳定性（1）仅有Mx：（2）Mx，My同时作用：

3、整体稳定不能满足如何解决？第二十五页，共57页。§5.4组合(zǔhé)梁的设计一、设计步骤基本同轧成梁，但截面(jiémiàn)选择更具灵活性（满足W值的截面(jiémiàn)很多），如何定，以及由此产生的截面(jiémiàn)改变、翼缘焊缝计算、局部稳定、各部分间的拼接等问题。第二十六页，共57页。二、截面(jiémiàn)选择估算h，tw，翼缘尺寸(b1，t1)，1、截面(jiémiàn)高度hh根据建筑高度、刚度要求和用钢经济确定(1)由建筑高度确定hmax

梁底空间在满足使用要求所需要的净空尺寸条件下，梁的最大容许高度hmaxhoht1t1twh1第二十七页，共57页。(2)根据刚度条件确定hmin

a,为什么？（充分利用材料，满足刚度要求）

b,如何(rúhé)确定？均布荷载对称等截面简支梁

hmin2/E[v]

f↑,hmin↑

(3)由用钢量最小确定经济梁高hec

hec=2Wx（mm）或hecx2/5 （cm）

h在靠近hec范围内变动时，对g的影响很小。选择较小的梁高，不仅对稳定有利，而且还能减小结构的建筑高度，并节省联结系的钢材。

所以：h(h0)∈[hmin，(0.8，0.9)hec]≤hmax

钢板宽度的级差通常为50mm第二十八页，共57页。2、腹板厚度twtw=√h0（mm）tw=√h0/11（cm）2mm的倍数3、翼缘尺寸主要决定于弯应力强度，还应满足整体稳定、局部(júbù)稳定以及其他构造要求。A1=Wx/h0-twh0/6b1∈[h/5,h/3],b1≥l1/16l1：受压翼缘的自由长度t1=A1/b1,且t1≥b1/30·√fy/235宽度10mm的倍数，厚度2mm的倍数第二十九页，共57页。三、截面(jiémiàn)验算σ应尽量接近[σ]或f，且不超过容许(róngxǔ)值的5%小结步骤Mmax→W=Mmax/γxf→hec=2W →hmin2/E[v]h(h0)∈[hmin，(0.8，0.9)hec]h→tw,A1→b1,t1→验算第三十页，共57页。四、梁截面(jiémiàn)沿长度的改变

1、原则：材料图包住弯距图

半跨改变一次

2、改变梁高或翼缘

3、截面(jiémiàn)改变处需验算折算应力图梁翼缘宽度(kuāndù)的改变图变高度(gāodù)梁第三十一页，共57页。S1---翼缘对中和轴的面积矩全梁采用相同厚度的连续(liánxù)焊缝沿梁单位(dānwèi)长度的水平剪力：五焊接(hànjiē)组合梁翼缘焊缝的计算作用：阻止翼缘和腹板的相对移动而承受接缝处的纵向剪力T第三十二页，共57页。第三十三页，共57页。第三十四页，共57页。§5.5梁的局部稳定(wěndìng)和腹板加劲肋设计一、梁局部(júbù)稳定性的概念1、梁局部(júbù)失稳的概念梁在设计时，从强度方面考虑，腹板宜高一些，薄一些；翼缘宜宽一些，薄一些；翼缘的宽厚比应尽量大。但如设计不当，则在荷载作用下在受压应力和剪应力作用的腹板区，及受压翼缘偏离其正常位置而形成波形屈曲—即梁的局部(júbù)失稳。（图）

第三十五页，共57页。第三十六页，共57页。第三十七页，共57页。梁局部(júbù)失稳翼缘腹板第三十八页，共57页。2、发生局部失稳的根本原因是腹板或翼缘内的压应力或剪应力大于其局部稳定临界应力而失去稳定。因此，要求σ<σcr或ح<حcr,若以设计强度（f，fv）为σ，ح的最大值，则要求σcr>f,حcr>fv。即：不先于强度破坏之前发生局部失稳。3、局部失稳的危害使梁的强度、整体稳定性、刚度降低(jiàngdī)，导致破坏。因此，在设计中应避免。第三十九页，共57页。二、梁受压翼缘的局部(júbù)稳定1、塑性设计(shèjì)b/t≤13√235/fy2、弹性设计(shèjì)b/t≤15√235/fy第四十页，共57页。1、梁腹板区格失稳形式在弯曲正应力(yìnglì)、剪应力(yìnglì)和局部压应力(yìnglì)单独作用下，梁腹板区格的失稳形式如图所示三、梁腹板的局部(júbù)稳定(a)弯曲正应力单独作用(zuòyòng)；(b)剪应力单独作用(zuòyòng)；(c)局部压应力单独作用(zuòyòng)节线第四十一页，共57页。横向加劲肋：防止由剪应力和局部压应力引起的腹板失稳；纵向(zònɡxiànɡ)加劲肋：防止由弯曲压应力引起的腹板失稳，通常布置在受压区；短加劲肋：防止局部压应力引起的失稳，布置在受压区。同时设有横向和纵向(zònɡxiànɡ)加劲肋时，断纵不断横。2、提高(tígāo)梁腹板局部稳定的措施①加大腹板厚度—不经济②设置(shèzhì)加劲肋—经济有效第四十二页，共57页。腹板设加劲(jiājìn)肋满足局部稳定要求图5.20梁腹板加劲(jiājìn)肋第四十三页，共57页。第四十四页，共57页。3、不考虑屈曲后强度及直接(zhíjiē)承受动力荷载梁腹板加劲肋的设置原则(1)可不(kěbù)设,有局部压应力按构造设置横肋yftw当ho23580/>(2)按计算(jìsuàn)设置横肋yftw当ho235170/>(3)设置横肋,在弯矩较大区段设置纵肋,局部压应力很大的梁,在受压区设置短加劲肋(5)支座及上翼缘有较大集中荷载处设支承加劲肋yftw当ho23580/£(4)h0/tw不应超过250第四十五页，共57页。同时受正应力(yìnglì)、剪应力(yìnglì)和边缘压应力(yìnglì)作用稳定条件（经验P108）σστ1£+c,crσσ()cr2crτc+()2σ—腹板边缘(biānyuán)的弯曲压应力,由区格内的平均弯矩计算σc—腹板边缘的局部压应力σc=F/(lztw)σcrτ—腹板平均(píngjūn)剪应力τ=V/(hwtw)—各种应力单独作用下临界应力P104-107σc,crτcr4、仅用横向加劲肋腹板局部稳定计算图5.21设置横向加劲肋图5.22应力形式第四十六页，共57页。腹板受压区高度(gāodù)—其他(qítā)情况时：全约束时：当受压翼缘扭转受到完chywcbfth2351532=lywcbfth2351772=l()[]=时，当=时，当＝当的表达式（P1064-62）λb:腹板受弯时的通用(tōngyòng)高厚比①bcrbbcrbcrbcrff/1.125.185.075.0125.185.085.02>--£<£lsllslslsfP106,4-62第四十七页，共57页。()235434.5410.12000ywsfahthha+=>l时：当()23534.54410.12000ywsfahthha+=£l时：当()[]/1.12.18.059.012.18.08.02svcrsvscrsvcrscrfff>--£<£ltlltltlt=时，当=时，当=时，当

的表达式(P104,4-56)②第四十八页，共57页。235/59.182825.1000ywcfhathha-=£<l时：当()235/83.14.139.10285.15.03000ywcfhathha-+=££l时：当()[]/1.12.19.079.012.19.09.02,,,,ccrccccrcccrccrcfff>--£<£lsllslsls=时，当=时，当＝时，当的表达式(107,4-65)③c第四十九页，共57页。σcrτcrσc,cr临界应力计算式特点通用高厚比λ2hc/tw的函数h0/tw的函数h0/tw的函数hc：受压区高度h0：腹板计算高度λ值的划分≤0.85≤0.80≤0.90=f或fv∈(0.85,1.25]∈(0.80,1.20]∈(0.90,1.20]=n×f(n≤1)>1.25>1.20>1.20=1.1f/λ2腹板局部稳定(wěndìng)临界应力计算公式特点第五十页，共57页。四、加劲(jiājìn)肋截面尺寸和构造1、双侧配置(pèizhì)的横肋bsh