鋼結(jié)構(gòu)原理教案

1、5.3梁的局部穩(wěn)定和腹板加勁肋在梁的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定承載力都能得到保證的前提下， 圖5-10 箱形截面腹板或翼緣部分作為板件首先發(fā)生屈曲失去穩(wěn)定，稱為喪失局部穩(wěn)定。5.3.1 梁受壓翼緣的局部穩(wěn)定圖5-11受壓翼緣的局部穩(wěn)定G - 一 HnJ 二二二梁的上翼緣受到均勻分布的最大彎曲壓應(yīng)力,當(dāng)寬厚比超過某一限值，上翼緣就會產(chǎn)生凸凹變形喪失穩(wěn)定（見圖5-11 ）。為保證其局部穩(wěn)定，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）規(guī)定:梁受壓翼緣自由外伸寬度b與其厚度之比，應(yīng)符合下式要求:(5-26a)7-3.235當(dāng)計(jì)算梁抗彎強(qiáng)度取x = 1.0時(shí)，b/t可放寬至15%；235/ fy（5-26b）箱形截

2、面梁受壓翼緣板在兩腹板之間的無支承寬度當(dāng)箱形截面梁受壓翼緣板設(shè)有縱向加勁肋時(shí),bo與其厚度t之比。應(yīng)符合下式要求:（5-26c）則公式（5-26c）中的bo取為腹板與縱向加勁肋之間的翼緣板無支承寬度。5.3.2 梁腹板的局部穩(wěn)定1腹板在純彎曲作用下失穩(wěn)（見圖5-12）腹板純彎失穩(wěn)時(shí)沿梁高方向?yàn)橐粋€(gè)半波，沿梁長方向一般為每區(qū)格13個(gè)半波（半波寬 = 0.7腹板高），2在局部壓應(yīng)力作用下失穩(wěn)（圖5-13）圖5-12腹板在純彎曲作用下失穩(wěn)圖5-13腹板在局部壓應(yīng)力作用下失穩(wěn)腹板在一個(gè)翼緣處承受局部壓應(yīng)力c,失穩(wěn)時(shí)在縱橫方向均為一個(gè)半波，腹板在純剪作用下失穩(wěn)（圖5-14）7圖5-14是均勻受剪的腹板，

3、板四周的剪應(yīng)力導(dǎo)致板斜向受壓，因此也有局部穩(wěn)定問題，圖中示出失穩(wěn)時(shí)板的凹凸變形情況 ，這時(shí) 凹凸變形的波峰和波谷之間的節(jié)線是傾斜的。實(shí)際受純剪作用的板是不存在的，工程實(shí)圖5-14腹板在純剪作用下失穩(wěn)踐中遇到的都是剪應(yīng)力和正應(yīng)力聯(lián)合作用的情況。5.3.3 梁腹板加勁肋的設(shè)計(jì)1.梁腹板加勁肋的布置和構(gòu)造要求L_-_J剛圖5-15加勁肋布置1-橫向加勁肋；2-縱向加勁肋；3-短加勁肋加勁肋的布置有圖5-15所示的幾種形式，圖5-15a中僅布置橫向加勁肋，圖5-15b中，同時(shí)布置縱向加勁肋和橫向加勁肋，圖5-15d中同時(shí)布置縱向加勁肋、橫向加勁肋和短加勁肋?？v向加勁肋對提高腹板的彎曲臨界應(yīng)力特別有效；

4、橫向加勁肋能提高腹板臨界應(yīng)力并作為縱 向加勁肋的支承；短加勁肋常用于局部壓應(yīng)力較大的情況。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003 ）規(guī)定：當(dāng)ho/twW 80y235/fy時(shí)，對有局部壓應(yīng)力 （cW0）的梁，應(yīng)按構(gòu)造配置橫向加勁肋;但對無局部壓應(yīng)力（c= 0）的梁，可不配置加勁肋。當(dāng)170d235/ fy > h0/tw> 80。235/ fy時(shí)，應(yīng)配置橫向加勁肋，并計(jì)算腹板的局部穩(wěn) 定性。當(dāng)ho/tw>l70/235/ fy （受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束，如連有剛性鋪板、制動(dòng)板或焊有鋼軌時(shí)）或ho/tw>l50,235 / fy （受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束時(shí)），或按計(jì)算需要

5、時(shí)，應(yīng)在彎曲應(yīng)力較大區(qū)格的受壓區(qū)不但要配置橫向加勁肋，還要配置縱向加勁肋。局部壓應(yīng)力很大的梁，必要時(shí)尚宜在受壓區(qū)配置短加勁肋。梁的支座處和上翼緣受有較大固定集中荷載處，宜設(shè)置支承加勁肋.任何情況下，h0/tw均不應(yīng)超過 250。此處ho為腹板的計(jì)算高度（對單軸對稱梁，當(dāng)確定是否要配置縱向加勁肋時(shí)，ho應(yīng)取腹板受壓區(qū)高度 ho的2倍），tw為腹板的厚度。加勁肋的布置要求：加勁肋宜在腹板兩側(cè)成對配置，也可單側(cè)配置，但支承加勁肋、重 級工作制吊車梁的加勁肋不應(yīng)單側(cè)配置。橫向加勁肋的最小間距應(yīng)為0.5 h0,最大間距應(yīng)為 2h0。（對無局部壓應(yīng)力的梁， 當(dāng)h0/tw< 100時(shí)，可采用2.5 h

6、o）。縱向加勁肋至腹板計(jì)算高度受壓邊緣的距離應(yīng)在hc/2.5 hc/2范圍內(nèi)，兒為梁腹板彎曲受壓區(qū)高度，對雙軸對稱截面2兒=%。加勁肋的構(gòu)造要求：在腹板兩側(cè)成對配置的鋼板橫向加勁肋，其截面尺寸應(yīng)符合下列公 式要求：外伸寬度：bs > 0- 40 （mm）（5-27）30厚度：ts> (5-28)15（5-27）算得的1.2倍，厚在腹板一側(cè)配置的鋼板橫向加勁肋，其外伸寬度應(yīng)大于按公式度不應(yīng)小于其外伸寬度的1/15。在同時(shí)用橫向加勁肋和縱向加勁肋加強(qiáng)的腹板中，橫向加勁肋的截面尺寸除應(yīng)符合上述規(guī)定外，其截面慣性矩Iz尚應(yīng)符合下式要求縱向加勁肋的截面慣性矩當(dāng) a/ h0 w 0.85 時(shí):

7、當(dāng) a/ h0 >0.85 時(shí)：3I z > 3h0twI y ,應(yīng)符合下列公式要求IyR1.5h°tWI 尸 2.5 0.45 yh0(5-29)(5-30a)2a . . 3h°tw(5-30b)h0短加勁肋的最小間距為0.75幾（幾見圖5-15）。短加勁肋外伸寬度應(yīng)取橫向加勁肋外伸寬度的0.71.0倍，厚度不應(yīng)小于短加勁肋外伸寬度的1/15。）做成的加勁肋，其截面慣注：（1）用型鋼（H型鋼、工字鋼、槽鋼、肢尖焊于腹板的角鋼性矩不得小于相應(yīng)鋼板加勁肋的慣性矩。（2）在腹板兩側(cè)成對配置的加勁肋，其截面慣性矩應(yīng)按梁腹板中心線為軸線進(jìn)行計(jì)舁。(3)在腹板一側(cè)配置的

8、加勁肋，其截面慣性矩應(yīng)按與加勁肋相連的腹板邊緣為軸線進(jìn)行計(jì)算。2.僅設(shè)橫向加勁肋梁腹板的局部穩(wěn)定計(jì)算僅配置橫向加勁肋的腹板(圖5-15a)，其區(qū)格 A的局部穩(wěn)定應(yīng)按下式計(jì)算：22-1(5-31)crcrc.cr式中一一所計(jì)算腹板區(qū)格內(nèi)，由平均彎矩產(chǎn)生的腹板計(jì)算高度邊緣的彎曲壓應(yīng)力；所計(jì)算腹板區(qū)格內(nèi)，由平均剪力產(chǎn)生的腹板平均剪應(yīng)力，應(yīng)按V/(hwtw)計(jì)算，hw為腹板高度；c 腹板計(jì)算高度邊緣的局部壓應(yīng)力，應(yīng)按公式(5-7)計(jì)算，但取式中的少=crcr、 c,cr各種應(yīng)力單獨(dú)作用下的臨界應(yīng)力(1) cr按下列公式計(jì)算: 當(dāng) b< 0.85 時(shí)：cr當(dāng) 0.85< bW 1.25 時(shí):

9、cr=10.75( b 一 0.85) f當(dāng) b>1.25 時(shí)：2cr = 1.1 f / b式中b一一用于腹板受彎計(jì)算時(shí)的通用高厚比；(5-32a)(5-32b)(5-32c)當(dāng)梁受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束時(shí)：b當(dāng)梁受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束時(shí)b2hc / twfy177,2352hc/twfy153235(5-32d)(5-32e)hc 梁腹板彎曲受壓區(qū)高度，對雙軸對稱截面2 hc= h0(2)cr按下列公式計(jì)算：當(dāng) s< 0.8時(shí)：cr= fv(5-33a)當(dāng) 0.8< s< 1.2 時(shí)：cr = 1 -0.59( s-0.8)fv(5-33b)s>1.2 時(shí):cr

10、=1.1 fv/ s(5-33c)式中s用于腹板受剪計(jì)算時(shí)的通用高厚比 當(dāng) a / h0 w 1.0 時(shí)：ho/twfy41 4 5.34(h0/a)2 235(5-33d)當(dāng) a/ho>1.0 時(shí):h°/twfy（3） c,cr按下列公式計(jì)算:當(dāng) cwo.9時(shí):當(dāng) 0.9 < c< 1.2 時(shí):c,cr當(dāng) c > 1.2時(shí):式中 c c41 5.34c,cr=1 - 0.79(C cr = 1.1 f /C, Cl4(h°/a)2 , 235c - 0.9)用于腹板受局部壓力計(jì)算時(shí)的通用高厚比。當(dāng) 0.5 & a/h0< 1.5 時(shí):

11、h。/tw28 10.9 13.4(1.83 a/h。)3 : 235(5-33e)(5-34a)(5-34b)(5-34c)(5-34d)當(dāng) 1.5< a / ho < 2.0 時(shí)% / tw28 18.9 5a/h0(5-34e)提高板抵抗凹凸變形能力是提高板局部穩(wěn)定性的關(guān)鍵.當(dāng)板的支承條件已經(jīng)確定時(shí)，其主要措施是增加板的厚度，減小板的周界尺寸（a、b）,即限制板件的寬厚比，或設(shè)置加勁肋。3 .同時(shí)設(shè)縱、橫加勁肋腹板的局部穩(wěn)定當(dāng)腹板 h0/tw>170d235/ fy ,應(yīng)同時(shí)設(shè)置橫向和縱向加勁肋（圖 5-15b、c）,縱向加勁肋設(shè)在離受壓邊緣 %（1/4 1/5%）位置

12、，設(shè)受壓翼緣與加勁肋間的區(qū)格為I，受拉翼緣與縱向加勁肋間的區(qū)格為n（圖5-15c）,應(yīng)分別計(jì)算其局部穩(wěn)定性。（1）受壓翼緣與縱向加勁肋之間的區(qū)格I的穩(wěn)定計(jì)算公式區(qū)格I的特點(diǎn)是：高度尺寸h1較小，壓應(yīng)力大，對穩(wěn)定不利，剪應(yīng)力仍假定均勻分布。同時(shí)用橫向加勁肋和縱向加勁肋加強(qiáng)的腹板（圖5-15b、c）,其局部穩(wěn)定性應(yīng)按下列公式計(jì)算cri cric.cri(5-35)式中 用、cri、 c,cri分別按下列方法計(jì)算:i) cri按公式(5-32)計(jì)算，但式中的b改用下列bi代替。當(dāng)梁受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束時(shí):hi/twbi 75fy235(5-36a)當(dāng)梁受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束時(shí):hi/twfybi 6

13、4 . 235(5-36b)式中hi 縱向加勁肋至腹板計(jì)算高度受壓邊緣的距離。2)cri按公式(5-33)計(jì)算，將式中的ho改為九3)c,cri按公式(5-32)計(jì)算，但式中的b改用下列ci代替。當(dāng)梁受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束時(shí):cihi/tw56fy235(5-37a)當(dāng)梁受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束時(shí):cihi/tw40fy235(5-37b)(2)受拉翼緣與縱向加勁肋之間的區(qū)格n的穩(wěn)定計(jì)算公式區(qū)格n的特點(diǎn)是彎曲應(yīng)力以受拉為主,對穩(wěn)定有利.最大壓應(yīng)力在縱向加勁肋部位，其值比區(qū)格I小得多 ，規(guī)范規(guī)定的計(jì)算公式如下22cr2cr2-c2- & ic.cr 2(5-38)式中 2 所計(jì)算區(qū)格內(nèi)由平均

14、彎矩產(chǎn)生的腹板在縱向加勁肋處的彎曲壓應(yīng)力；c2腹板在縱向加勁肋處的橫向壓應(yīng)力，取0.3 c。ci)cr2按公式(5-32)計(jì)算，但式中的b改用下列b2代替。2)cr2按公式3)h2/twfyb2i94(5-33)計(jì)算，將式中的ho改為 h2( h2hohi)(5-39)c,cr2按公式(5-34)計(jì)算，但式中的ho改為 h2,當(dāng) a/h2 2 時(shí)，取 a/h2 2。4.支承加勁肋支承加勁肋一般由成對布置的鋼板做成(圖5-i6a),也可以用凸緣式加勁肋，其凸緣長度不得大于其厚度的2倍(圖5-i6b)。支承加勁肋除保證腹板局部穩(wěn)定外,還要將支反力或固定集中力傳遞到支座或梁截面內(nèi)，因此支承加勁肋的截

15、面除滿足加勁肋的各項(xiàng)要求外，還應(yīng)按傳遞支反力或集中力的軸心壓桿進(jìn)行計(jì)算，其截面常常比一般加勁肋截面稍大一些支承加勁肋的設(shè)計(jì)主要包括下面三個(gè)方面（1）腹板平面外的穩(wěn)定性為了保證支承加勁肋能安全地傳遞支反力或集中荷載F,梁的支承加勁肋，應(yīng)按承受梁支座反力或固定集中荷載的軸心受壓構(gòu)件計(jì)算其在腹板平面外的穩(wěn)定性。此受壓構(gòu)件的截面應(yīng)包括加勁肋和加勁肋每側(cè)15tw ：235/ fy范圍內(nèi)的腹板面積，計(jì)算長度取ho （梁端處若腹板長度不足時(shí)，按實(shí)際長度取值）（2）端面承壓強(qiáng)度支承加勁肋的端部一般刨平頂緊于梁翼緣或支座應(yīng)按下式計(jì)算端面承壓應(yīng)力：ce F / Ace W fce（5-40）式中Ace端面承壓面積（接觸處凈面積，見圖 5-16）圖5-16支承加勁肋f ce鋼材端面承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(fce= 1.5 f ),見附表 1-1支承加勁肋端部也可以不用刨平頂緊,而用焊縫連接傳力，此時(shí)則應(yīng)計(jì)算焊縫強(qiáng)度。（3）支承加勁肋與腹板的連接焊縫可假定F力沿焊縫全長均勻分布進(jìn)行計(jì)算。支承加勁肋與腹板的連接焊縫應(yīng)按承受全部 支座反力或集中荷載F計(jì)算。通常采用角焊縫連接，焊腳尺寸應(yīng)滿足構(gòu)造要求。5.短加勁肋在受壓翼