钢结构基本原理

钢结构基本原理

钢结构基本原理22024/4/284

受弯构件本章难点：如何进行梁的整体稳定、局部稳定验算，腹板加劲肋、型钢梁和组合梁如何设计。（1）梁的强度和刚度

（2）梁的整体稳定

（3）梁的局部稳定和腹板加劲肋设计

（4）型钢梁的设计（5）组合梁的设计（6）梁的拼接、连接和支座本章内容：本章重点：梁的整体稳定，梁的局部稳定和腹板加劲肋设计，型钢梁和组合梁的设计。钢结构基本原理32024/4/284.1

受弯构件的形式和应用

4.1.1

实腹式受弯构件---梁图5.1

梁的截面类型钢结构基本原理42024/4/28图5.2

工作平台梁格示例钢结构基本原理52024/4/28图5.3

梁格形式钢结构基本原理62024/4/284.1.2

格构式受弯构件---桁架简支梁式、刚架横梁式、连续式、伸臂式、悬臂式图5.4

梁式桁架的形式钢结构基本原理72024/4/28图5.5

悬臂桁架钢结构基本原理82024/4/285.2梁的强度和刚度

5.2.1

梁的强度1、梁的抗弯强度图5.6

梁受弯时各阶段正应力的分布情况

b.弹性阶段c.弹塑性阶段d.塑性阶段规范：塑性发展深度a≤0.125h钢结构基本原理92024/4/28在Mx作用下在Mx和My作用下Mx、My---绕x轴和y轴的弯矩Wnx、Wny---对x轴和y轴的净截面模量γx、γy---截面塑性发展系数,工字截面γx=1.05,γy=1.2

动力荷载作用γx=γy=1.0时，工字截面γx=1.0

当1、梁的抗弯强度抗弯强度不足,用增大梁高h的方法解决。钢结构基本原理102024/4/28表5.1截面塑性发展系数γx、γy值钢结构基本原理112024/4/28表5.1截面塑性发展系数γx、γy值续表钢结构基本原理122024/4/28I—毛截面惯性矩；S—中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩；tw—腹板厚度；fv—钢材的抗剪强度设计值。V—计算截面沿腹板平面作用的剪力；maxbτtwmaxτhtbhV=1.5maxτho图5.7腹板剪应力2、梁的抗剪强度抗剪强度不足,用增大腹板厚度tw的方法解决。钢结构基本原理132024/4/28

lz–腹板的假定压力分布长度

F–集中荷载(动荷考虑动力系数)；ψ–系数,重级工作制吊车轮压1.35,其他1.0；A–支承长度吊车轮压取50mm

梁中部lz=a+5hy+2hR

梁端

lz=a+2.5hy+a1

hR–轨道高度

hy–自梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离图5.8梁的局部受压3、梁的局部承压强度钢结构基本原理142024/4/28图5.9局部压应力(a)梁端

lz=a+2.5hy+a1钢结构基本原理152024/4/28梁中部lz=a+5hy+2hR

(b)(c)图5.9局部压应力钢结构基本原理162024/4/28组合梁腹板计算高度边缘处,可能同时受较大的正应力、剪应力和局部压应力σ、σc

、τ—腹板根部同一点处同时产生的应力，

σ、σc拉为正，压为负β1：σ、σc同号取1.1，

异号取1.2t1b图5.10复杂应力4、梁在复杂应力作用下的强度计算钢结构基本原理172024/4/285.2.2

梁的刚度v≦[v]V

--由荷载标准值产生的最大挠度[v]--梁的容许挠度或对等截面简支梁：l

–梁的跨度Ix

---毛截面惯性矩E---梁的容许挠度钢结构基本原理182024/4/28

5.3

梁的整体稳定和支撑5.3.1梁整体稳定的概念强度---弯曲失稳—弯曲+扭转MyzMxMzM(b)(a)图5.11梁的整体失稳钢结构基本原理192024/4/28

临界弯矩：梁维持稳定平衡状态所承担的最大弯矩荷载作用位置有关。式和横向荷载类型、梁端支承方梁的侧扭屈曲系数,与—模量；钢材的弹性模量和剪变—、之间的距离）；（受压翼缘侧向支承点梁受压翼缘的自由长度—梁毛截面扭转惯性矩；—性矩；轴（弱轴）的毛截面惯梁对—bGElIyIty1钢结构基本原理202024/4/28

影响临界弯矩的因素<梁的支承情况受压翼缘侧向支承点间距抗扭刚度侧向抗弯刚度荷载作用位置荷载种类.6.5.4.3.2.11lGIEIty图5.12影响临界弯矩的因素钢结构基本原理212024/4/28图5.13楼盖或工作平台梁格(a)有刚性铺板；(b)无刚性铺板5.3.2

梁整体稳定的保证钢结构基本原理222024/4/28当符合下列情况之一时，梁的整体稳定可得到保证：1、有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时。2、工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比

l1/b1不超过表5.2所规定的数值时；3、箱形截面简支梁，其截面尺寸满足h/b0≤6，且l1/b0≤95(235/fy)时（箱形截面的此条件很容易满足）。表5.2工字形截面简支梁不需计算整体稳定性的最大l1/b1值跨中无侧向支承，荷载作用在跨中有侧向支承，不论荷载作用于何处上翼缘下翼缘

图5.14箱形截面钢结构基本原理232024/4/28Mx—绕强轴作用的最大弯矩；Wx—毛截面模量；φb—梁的整体稳定系数。

当不满足前述不必计算整体稳定条件时，应对当梁的整体稳定进行计算：5.3.3

梁的整体稳定计算方法钢结构基本原理242024/4/28图5.15梁的侧向支撑钢结构基本原理252024/4/28

梁的整体稳定系数的计算

1、焊接工字形等截面简支梁和扎制H型钢简支梁yb21yx2ybb235])4.4(1[4320fhtWAh++=hllbφ()()轴的惯性矩。翼缘对分别是受拉翼缘和受压和，加强受拉翼缘：：加强受压翼缘：对单轴对称工字型截面对双轴对称截面，截面不对称影响系数，—缘厚度；梁截面的全高和受压翼—，梁的毛截面面积；—的长细比；面弱轴梁在侧向支承点间对截—=；，附表弯矩系数,查梁整体稳定的等效临界—yIIIIIthAyyilPbbbbbbby2121111yb/12128.001.3311+=-=-==-aahahhhlb钢结构基本原理262024/4/282、轧制普通工字钢简支梁4、双轴对称工字形等截面（含H型钢）悬臂梁3、轧制槽钢简支梁钢结构基本原理272024/4/285m5m5m主梁次梁[解][例5.1]平台梁格布置如图5.15所示，次梁支于主梁上面，平台板未与次梁翼缘牢固连接。次梁承受板和面层自重标准值为3.1kN/mm2(有包括次梁自重)，活荷载标准值为12kN/mm2(静力荷载).次梁采用轧制工字钢I36a,钢材为Q235B.要求:验算次梁整体稳定,如不满足,另选次梁截面.钢结构基本原理282024/4/28，验算强度和稳定。应重新计算荷载和内力=

,质量为，选所需截面抵抗矩为：，则，查得设选工字钢范围，需另选截面：次梁的整体稳定不满足mkNmkNmkgcmWaIcmfMWIIxbxxbb/6.0/8.0/4.80143345124621568.01025.18268.06.073.063~45336''>==××===>=jjj钢结构基本原理292024/4/28钢结构基本原理302024/4/28一、概述为提高强度和刚度，腹板宜高为提高整体稳定性，翼缘宜宽较宽较薄轧制型钢不需局部稳定验算，组合截面应验算局部稳定。受压翼缘屈曲腹板屈曲受弯构件局部稳定钢结构基本原理312024/4/28受弯构件局部稳定钢结构基本原理322024/4/28二、受弯构件局部失稳现象

组合梁发生强度破坏或丧失整体稳定之前，受弯构件组成板件会偏离原来平面位置而发生波形鼓曲，这种现象称为梁的局部失稳现象。受弯构件局部稳定

受弯构件发生局部失稳后，截面中应力进行重分布，故不致引起受弯构件立刻破坏，但会引起强度、整体稳定和刚度下降，故在钢结构中采取构造措施防止局部失稳发生。

钢结构基本原理332024/4/28三、板件局部稳定设计准则1、由强度控制承载力，使板件局部失稳的临界应力不小于材料的屈服强度。2、由整体稳定控制承载力，使板件局部失稳的临界应力不小于构件的整体稳定临界应力。

3、由实际工作应力控制承载力，使板件局部失稳临界应力不小于实际工作应力。受弯构件局部稳定钢结构基本原理342024/4/28提高腹板局部稳定方法（1）加厚腹板（2）设置加劲肋受弯构件局部稳定受压翼缘的局部稳定:

三边简支，一边自由板

腹板局部稳定:

四边简支板

腹板在M作用下腹板在V作用下腹板在F作用下钢结构基本原理352024/4/28受弯构件局部稳定加劲肋的布置钢结构基本原理362024/4/28①当时，腹板在弯曲应力、剪应力、局部压应力的单独作用下均不会失稳；

②当时，腹板在弯曲应力的单独作应下不会失稳，但在剪应力、局部压应力单独作用下有可能失稳；③当时，腹板在弯曲应力、剪应力、局部应力的单独作用下都可能失稳

受弯构件局部稳定板件局部失稳临界应力

控制板件宽厚比理论推导钢结构基本原理372024/4/28采取限制宽厚比来保证其局部稳定。当考虑塑性发展时受弯构件局部稳定规范规定翼缘：钢结构基本原理382024/4/28受弯构件局部稳定腹板：a、当时，按构造设置加劲肋。b、当时，设置横向加劲肋。c、当时，设置纵向加劲肋，在集中力处设置

短加劲肋。d、任何情况下均须满足钢结构基本原理392024/4/28四、加劲肋设计

1、种类

受弯构件局部稳定构造加劲肋(间隔加劲肋)支承加劲肋钢结构基本原理402024/4/28

2、构造加劲肋作用

加劲肋分横向、纵向和短加劲肋三种。其作用是将腹板划分成若干板块，提高腹板的局部稳定性。受弯构件局部稳定钢结构基本原理412024/4/28刚度：

bs≥h0/30+40mm稳定性：ts≥bs/153、构造加劲肋设计原则：1)必须在腹板平面外有足够刚度和稳定性。3)直接承受动荷载的吊车梁，中间横向加劲肋下端不应与受拉翼缘焊接。受弯构件局部稳定宽度为(但不大于40mm)高度为（但不大于60mm）50～100mm2)为避免应力集中，加劲肋应切角。4)加劲肋宜在腹板两侧成对配置。

钢结构基本原理422024/4/287）横向加劲肋除应符合上述要求外，尚应满足以下要求：8）纵向加劲肋应满足下列要求：a/h0>0.85，Iy≥(2.5-0.45a/h0)(a/h0)2h0tw3a/h0≤0.85，Iy≥1.5h0tw36）在横向加劲肋和纵向加劲肋相交处切断纵向加劲肋而使

横向加劲肋保持连续。5)横向加劲肋最小间距为:

最大间距为:（当且可取）受弯构件局部稳定钢结构基本原理432024/4/28五、支承加劲肋受弯构件局部稳定1、支承加劲肋概念

承受集中力或支座反力的横向加劲肋。2、支承加劲肋形式平板式突缘式钢结构基本原理442024/4/281）稳定性受弯构件局部稳定3、支承加劲肋设计——加劲肋和加劲肋两侧范围内的腹板面积。——轴心受压稳定系数，由查表对于十字形截面：b类对于T形截面：c类钢结构基本原理452024/4/282）端面承压应力受弯构件局部稳定——端部承压面积，即支承加劲肋与翼缘板接触处净面积(扣除加劲肋斜切角面积)。——钢材的端部承压强度设计值。

钢结构基本原理462024/4/28强度局部稳定翼缘腹板刚度受弯构件设计

受弯构