鋼結構原理第五章課件

1、 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.1 5.1 鋼梁的類型和截面形式鋼梁的類型和截面形式5.2 5.2 梁的強度和剛度梁的強度和剛度5.3 5.3 梁的整體穩(wěn)定計算梁的整體穩(wěn)定計算5.4 5.4 焊接組合梁的局部穩(wěn)定焊接組合梁的局部穩(wěn)定5.5 5.5 考慮腹板屈曲后強度的梁設計考慮腹板屈曲后強度的梁設計5.6 5.6 型鋼梁設計型鋼梁設計5.7 5.7 焊接組合梁設計焊接組合梁設計5.8 5.8 鋼梁的連接構造鋼梁的連接構造 5.9 5.9 其他梁設計其他梁設計本章內(nèi)容： 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 5.1 5.1 鋼梁的類型和截面形式鋼

2、梁的類型和截面形式 梁在工業(yè)與民用建筑結構中是不可缺少的基本構件之一，主要用以承受橫向荷載，故又稱受彎構件。受彎構件也包括實腹式受彎構件（梁）和格構式受彎構件（桁架）兩個系列。本課程僅介紹實腹式梁的設計方法。格構式受彎構件（桁架）用于屋架、托架、吊車桁架以及大跨結構中，其設計方法將在后續(xù)課程中介紹。 5.1.1 5.1.1 實腹式梁的類型和截面形式實腹式梁的類型和截面形式 實腹式鋼梁常用于工作平臺梁、樓蓋梁、墻架梁和吊車梁等。實腹式鋼梁按材料和制作方法可分為型鋼梁和組合梁兩大類。 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件(g)(h)(a)(b)(j)(i)(k)(l)(d)(c

3、)(e)(f)梁的截面形式 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 根據(jù)梁的彎曲變形情況，梁可分為在一個主平面內(nèi)彎曲的單向受彎梁和在兩個主平面內(nèi)彎曲的雙向受彎梁（或稱斜彎曲梁）。根據(jù)梁的支承情況，梁可分為簡支梁和連續(xù)梁。鋼梁一般都用簡支梁。簡支梁制造簡單，安裝方便，且可避免因支座不均勻沉陷所產(chǎn)生的不利影響。( a )( b )蜂窩梁 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.1.2 5.1.2 梁格布局梁格布局 梁格是由許多梁排列而成的平面體系，例如樓蓋和工作平臺梁等。梁格上的荷載一般先由鋪板傳給次梁，再由次梁傳給主梁，然后傳到柱或墻上，最后傳給基礎和地基。

4、 根據(jù)梁的排列方式，梁格可分為下列三種典型的形式：縱次梁主梁( a )次梁 主梁( b )( c ) 主梁橫次梁雙向梁格單向梁格復式梁格 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.25.2梁的強度和剛度梁的強度和剛度5.2.1 5.2.1 梁的強度梁的強度 對于普通鋼梁，要保證強度安全，就是要保證在危險截面處（一般是彎矩最大處），梁凈截面的抗彎強度及抗剪強度不超過其鋼材的抗彎及抗剪強度極限。對于工字形、箱形截面的梁，在集中荷載處，腹板邊緣（與翼緣相連處）受局部壓力作用，需滿足局部受壓的強度條件；同時，該點還受彎曲應力、剪應力及局部壓應力的共同作用，故還應對該點的折算應力進行強

5、度驗算。(1)(1)抗彎強度抗彎強度 梁截面的彎曲應力隨彎矩增加而變化，可分為彈性、彈塑性及塑性三個工作階段。下面以工字形截面梁彎曲為例來說明。 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件梁截面的應力分布1）彈性工作階段：其外緣纖維最大應力為 。這個階段可持續(xù)到 達到屈服點 。這時梁截面的彎矩達到彈性極限彎矩 。 式中 梁的彈性極限彎矩； 梁的凈截面（彈性）抵抗矩。n/M WxeMnxyxeWfMyf nxWxeM 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 2）彈塑性工作階段：超過彈性極限彎矩后，如果彎矩繼續(xù)增加，截面外緣部分進入塑性狀態(tài)，中央部分仍保持彈性。這時

6、截面彎曲應力不再保持三角形直線分布，而是呈折線分布。隨著彎矩增大，塑性區(qū)逐漸向截面中央擴展，中央彈性區(qū)相應逐漸縮小。規(guī)范中塑性發(fā)展深度按a=0.125h來考慮。 3）塑性工作階段：在彈塑性工作階段，如果彎矩不斷增加，直到彈性區(qū)消失，截面全部進入塑性狀態(tài)，截面形成塑性鉸（plastic hinge）。這時梁截面應力呈上下兩個矩形分布。彎矩達到最大極限，稱為塑性彎矩，其值為： 稱為梁的凈截面塑性抵抗矩。塑性抵抗矩為截面中和軸以上或以下的凈截面對中和軸的面積矩 和 之和。 nx1Snx2SpnxynxnxyxpWfSSfM)(21pnxW 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件截面

7、形狀系數(shù)截面形狀系數(shù) 塑性鉸彎矩與彈性最大彎矩之比為： 只取決于截面的幾何形狀，而與材料的性質(zhì)無關，稱為截面形狀系數(shù)。一般截面的值如圖所示。 nxpnxxexpFWWMMF 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件n梁的抗彎強度按下列規(guī)定計算 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件(2)(2)抗剪強度抗剪強度 鋼結構設計規(guī)范（GB500172003）以截面最大剪應力達到所用鋼材抗剪強度作為抗剪承載力極限狀態(tài)。因此，對于繞強軸（ ）受彎的梁，抗剪強度計算公式如下： 式中 計算截面的剪力； 毛截面繞強軸（ ）的慣性矩； 中和軸以上或以下截面對中和軸的面積矩，按毛截

8、面計算。xvwmaxftIVSx VxIxIxS 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 腹板厚度； 鋼材抗剪強度設計值，見附P307表1.1。 軋制工字鋼和槽鋼因受軋制條件限制，腹板厚度相對較大，當無較大的截面削弱時，可不驗算抗剪強度。當梁的抗剪強度不足時，最有效的辦法是增大腹板的面積。 (3)(3)腹板局部承壓強度腹板局部承壓強度 wtwtvf梁腹板局部壓應力 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件梁的局部承壓強度的計算： 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件（4 4）折算應力）折算應力 在組合梁的腹板計算高度邊緣處，若同時受有較大的

9、正應力、剪應力和局部壓應力，或同時受有較大的正應力和剪應力（如連續(xù)梁支座處或梁的翼緣截面改變處等）應驗算其折算應力。 、 、 腹板計算高度邊緣同一點上的彎曲正應力、剪 應力和局部壓應力。 按式(5.8)計算， 按式(5.6)計算， 按下式計算：fcc12223cchWhMnxx01見課本111頁 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.2.2 5.2.2 梁的剛度梁的剛度 梁的剛度按正常使用極限狀態(tài)下，荷載標準值引起的最大撓度來計算。 簡支梁最大撓度計算公式： 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.3 5.3 梁的整體穩(wěn)定計算梁的整體穩(wěn)定計算5.3.1

10、 5.3.1 梁整體失穩(wěn)的概念梁整體失穩(wěn)的概念 在一個主平面內(nèi)受橫向荷載或彎矩作用的構件，稱單向受彎構件；實際工程中還存在雙向受彎構件。受彎構件簡稱梁。 為提高鋼梁的抗彎承載能力，通常設計成高而窄的工字形截面。當荷載不大時,梁只在平面內(nèi)產(chǎn)生彎曲變形；當荷載增大到某一數(shù)值時，梁有可能突然產(chǎn)生在平面外的彎曲變形（側彎）和繞軸向的扭轉變形。如果荷載繼續(xù)增加，梁的側向變形和扭轉將急劇增加，使梁完全喪失承載能力。梁從平面彎曲狀態(tài)轉變?yōu)閺澟顟B(tài)的現(xiàn)象稱為梁的整體失穩(wěn)。梁的整體失穩(wěn)屬于彎扭失穩(wěn)，能保持整體穩(wěn)定的最大荷載或彎矩稱臨界荷載或臨界彎矩。 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件圖5

11、.8 受集中荷載作用的梁發(fā)生彎扭失穩(wěn)5.3.2 5.3.2 梁的臨界彎矩梁的臨界彎矩 (1) 雙軸對稱工字形截面梁純彎曲時的臨界彎矩 兩端受相等彎矩 作用的雙軸對稱工字形截面簡支梁，側向支承距離 。其簡支條件是：梁的兩端可繞 軸和 軸轉動，但不能繞 軸轉動。假定梁無初彎曲，不考慮殘余應力，處于彈性階段，可按彈性理論建立梁在微小彎扭變形情況下的平衡微分方程。求解得臨界彎矩計算公式：xMxyzl1lGIEIMtycr 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件臨界應力：式中 梁對y軸(弱軸)的毛截面慣性矩； 梁毛截面扭轉慣性矩； 梁受壓翼緣的自由長度(受壓翼緣側向支承點之間的距離)；

12、 梁對x軸的毛截面模量； E、G鋼材的彈性模量及剪變模量； 梁的側扭屈曲系數(shù)，與荷載類型、梁端支承方式以及橫向荷載作用位置等有關。xtyxcrcrWlGIEIWM1yItI1lxW 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件（2）單軸對稱工字形截面梁受一般荷載的臨界彎矩 單軸對稱工字形截面梁在受一般荷載荷載作用時，如兩端彎矩不同，受集中荷載、分布荷載作用，以及荷載作用位置不同等。此時，由彈性穩(wěn)定理論可得臨界彎矩的一般表達式：雙軸對稱單軸對稱xscxyyxxcyy 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件EIlGIIIBaBalEIMtyyyycr222323222

13、11)(式中： 、 、 與荷載類型有關的系數(shù)。 123123 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件(3)影響梁彎扭屈曲臨界彎矩的因素1）梁的側向抗彎、抗扭和抗翹曲剛度；2）側向支承點的間距L；3）幾何特性；4) 荷載形式；5）荷載作用位置；6）支承對梁的位移約束程度。 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.3.35.3.3梁的整體穩(wěn)定驗算梁的整體穩(wěn)定驗算（1）梁不發(fā)生整體失穩(wěn)的措施 根據(jù)影響梁臨界彎矩的因素，工程中可采取相應的措施，控制梁不發(fā)生整體失穩(wěn)。對此，鋼結構設計規(guī)范列出梁不會發(fā)生整體失穩(wěn)的三種情況，符合三個條件之一時，可不驗算梁的整體穩(wěn)定性。

14、鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 1）有剛性鋪板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固連接，能阻止梁受壓翼緣的側向位移時，例如圖5.12(a)中的次梁即屬于此種情況 ； 2）工字形截面簡支梁受壓翼緣的自由長度 與其寬度b之比不超過下表規(guī)定值時(如圖5.12(b) 。1l 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件圖5.12 樓蓋或工作平臺梁格(a)有剛性鋪板；(b)無剛性鋪板1-橫向平面支撐；2-縱向平面支撐；3-柱間垂直支撐；4-主梁間垂直支撐；5-次梁；6-主梁 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 3）對于箱形截面簡支梁，如不設置能阻止梁

15、受壓翼緣側向位移的錨板時，其截面尺寸應滿足 且 不應超過下列數(shù)值： Q235鋼 95 Q345鋼 65 Q390鋼 57 其他鋼號 95（ ）6/0bh00/bly/235 fxxb1b0t1twtwt2b2h 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件(2)梁的整體穩(wěn)定驗算 除上述三種情況以外的梁，都需進行整體穩(wěn)定驗算。穩(wěn)定計算屬于承載力極限狀態(tài)，因此，梁不發(fā)生整體失穩(wěn)的條件可寫成： fffWMbdyycrdcrxx 鋼結構設計規(guī)范（500172003）將此條件寫成以下形式：單向受彎梁：fWMxbx雙向受彎梁：fWMWMyyyxbx 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎

16、構件受彎構件式中 Mx，My繞x，y軸的彎矩； Wx、Wy按受壓纖維確定的對x軸和y軸毛截面抵抗矩； 梁的整體穩(wěn)定系數(shù)； 截面塑性發(fā)展系數(shù)。)/(/xcrycrbfWMf by 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 應用中，Mx ，Wx ， ， 等參數(shù)或已知，或查表，或根據(jù)所給荷載條件和梁截面幾何尺寸算出。而 的計算與梁的臨界彎矩有關，計算較復雜。鋼結構設計規(guī)范對常用截面和約束情況下梁的整體穩(wěn)定系數(shù)計算作了適當?shù)暮喕拖嚓P規(guī)定： 1）兩端均勻受彎的工字形截面簡支梁 fybbyb21yx2yb2354 . 414320fhtWAh 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎

17、構件受彎構件 2）一般荷載作用的工字形梁 非純彎曲工字形截面簡支梁的整體穩(wěn)定的計算公式為：yb21yx2ybb2354 .414320fhtWAh式中， ， 為懸臂梁的懸伸長度。y1y/il1l 通過對多種常用的雙軸對稱工字形截面梁和加強受壓翼緣工字形截面梁進行電算，求出工字形截面簡支梁的系數(shù) ,列成P311附表3.1。 bb 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件3）彈塑性階段工字形梁 上述公式都是假定梁處于彈性階段，而大量中等跨度的梁整體失穩(wěn)時往往處于彈塑性階段。對承受純彎曲的雙軸對稱工字形截面簡支梁進行了彈塑性階段的理論和實驗研究,當求得的 大于0.6時，應以 代替 ，

18、 的計算公式為： bbbb0 . 1/282. 007. 1bbb 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件4）軋制普通工字鋼簡支梁和軋制槽鋼簡支梁 對軋制普通工字鋼簡支梁，可按附表3.2查穩(wěn)定系數(shù) 。 對軋制槽鋼簡支梁，不論荷載形式和荷載作用點在截面高度上的位置如何，均按下面給出的近似公式計算穩(wěn)定系數(shù) 。bbby1b235570fhlbt式中: h、b、t 槽鋼截面的高度、翼緣寬度和平均厚度； l1自由長度。 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 5）雙軸對稱工字形等截面懸臂梁 對于雙軸對稱工字形等截面懸臂梁，規(guī)范規(guī)定 仍按公式（附3.1 ）計算，但式中系

19、數(shù) 按附表3.3查得。6） 的近似計算公式 的近似計算公式見附表3.5 。例5.1 bbbyybbb 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.4 5.4 焊接組合梁的局部穩(wěn)定焊接組合梁的局部穩(wěn)定 焊接組合梁一般由翼緣和腹板組成，從強度、剛度、整體穩(wěn)定和經(jīng)濟性等方面考慮，腹板宜高而薄，翼緣宜寬。但是如果把腹板不適當?shù)丶痈邷p薄，把翼緣不適當?shù)胤艑挘瑒t可能在梁整體失穩(wěn)之前，梁的腹板或受壓翼緣首先失穩(wěn)，發(fā)生波形屈曲。這種發(fā)生在部分板件上的屈曲，稱為梁的局部失穩(wěn)。部分板件屈曲后即退出工作，因而會影響梁的承載能力，降低梁的剛度。5.4.1 5.4.1 受壓翼緣的局部穩(wěn)定受壓翼緣的局部穩(wěn)

20、定 梁的受壓翼緣板主要受均布壓應力作用，可視為單向均勻受壓板，其局部穩(wěn)定也由寬厚比限值來控制，控制條件是：翼緣板的臨界應力 不低于材料的屈服應力 即：cryfycrf 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件單向均勻受壓板臨界應力的計算公式為： 222cr)1 (12btx保證翼緣局部穩(wěn)定的控制條件為：y23513ftb 對箱形截面梁翼緣板在兩腹板之間的部分，相當于四邊簡支單向受壓板，取 4，可得其寬厚比限值為：y023540ftb 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件梁的受壓翼緣板 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.4.2 5.4

21、.2 腹板的加勁肋及局部穩(wěn)定計算腹板的加勁肋及局部穩(wěn)定計算 在一般情況下，腹板上有彎曲正應力、剪應力及局部壓應力作用，各種應力都可能使腹板屈曲。 為了提高梁腹板的局部穩(wěn)定性，可以采取兩種措施：1）增加腹板的厚度；2）設置合適的加勁肋。 hoa( b )( c )c( a )aab 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 加勁肋的設置有圖示幾種形式。分析表明，設加勁肋比增加腹板的厚度能取得更好的經(jīng)濟效益，因此，在工程中都采用設置加勁肋的措施。 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件縱向加勁肋縱向加勁肋橫向加勁肋橫向加勁肋 梁腹板加勁肋梁腹板加勁肋 鋼結構基本原

22、理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件（1）當h0/tw 時，對有局部壓應力的梁,應按構造配置橫向加勁肋,但對c=0的梁,可不配置加勁肋圖5.17（a）；（2）當h0/tw 時，應按計算配置橫向加勁肋圖5.17（a）；（3）當h0/tw （受壓翼緣扭轉受到約束，如連有剛性鋪板、制動板或焊有鋼軌時）或h0/tw （受壓翼緣扭轉未受到約束時）或按計算需要時，應在彎矩較大區(qū)格的受壓區(qū)增加配置縱向加勁肋圖5.17（b）、（c）。局部壓應力很大的梁，必要時尚宜在受壓區(qū)配置短加勁肋圖5.17（d）。任何情況下， h0/tw均不應超過250。 梁的支座處和上翼緣受有較大固定集中荷載處宜設置支承加勁肋。

23、yf/23580yf/23580yf/235170yf/235170 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.4.2.1 5.4.2.1 僅用橫向加勁肋加強的腹板僅用橫向加勁肋加強的腹板 5.4.2.2 5.4.2.2 同時用橫向加勁肋和縱向加勁肋加強的腹板同時用橫向加勁肋和縱向加勁肋加強的腹板 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.4.2 5.4.2 加勁肋的構造、驗算和設置規(guī)定加勁肋的構造、驗算和設置規(guī)定 加勁肋按其作用可分為兩種：一種是為了把腹板分隔成幾個區(qū)格，以提高腹板的局部穩(wěn)定性。稱為間隔加勁肋；另一種除了上述的作用外，還有傳遞固定集中荷載或

24、支座反力的作用，稱為支承加勁肋。（1）加勁肋的構造要求 加勁肋宜在腹板兩側成對配置，也允許單側配置，但支承加勁肋和重級工作值吊車梁的加勁肋不應單側配置。加勁肋可采用鋼板或型鋼。 橫向加勁肋的最小間距為 ，最大間距為 （對無局部壓應力的梁，當 時，可采用 ）。 加勁肋應有足夠的剛度，使其成為腹板的不動支承。 在腹板兩側成對配置的橫向加勁肋，其截面尺寸應按下列公式： 05 . 0 h02h100/w0th05 . 2 h 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件外伸寬度： （mm） （5.40）厚度： 40300shb15ssbt 在腹板一側配置的鋼板橫向加勁肋，其外伸寬度應大于按

25、公式(5.40)算得的1.2倍。 在同時用橫向加勁肋和縱向加勁肋加強的腹板中，橫向加勁肋的截面尺寸除應符合上述規(guī)定外，其截面慣性矩應滿足下式的要求：3w0z3 thI 縱向加勁肋的慣性矩應滿足下式的要求當 時 當 時 85. 00ha3w0y5 . 1thI 85. 00ha3w0200y45. 05 . 2thhahaI 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件h h0 0z zbstsz zy yy yy yy y 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 橫向加勁肋與上、下翼緣焊牢能增加梁的抗扭剛度，但會降低疲勞強度，吊車梁橫向加勁肋的上端應與上翼緣刨平頂

26、緊（當為焊接吊車梁，并應焊牢）。中間橫向加勁肋的下端不應與受拉翼緣焊牢，一般在距受拉翼緣處 斷開圖5.21(a)，為了提高梁的抗扭剛度，也可另加短角鋼與加勁肋下端焊牢，但抵緊于受拉翼緣而不焊圖5.21(b)。 為了避免焊縫的集中和交叉以及減小焊接應力，焊接梁的橫向加勁肋與翼緣連接處，應做成切角，當切成斜角時，其寬度約為 （但不大于 ）高約為 （不大于 ）圖5.21(b)， 為加勁肋的寬度。 mm100503/sbmm402/sbmm60sb 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件z z50-100z zbs/3(40)bs/2(60) 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章

27、受彎構件受彎構件 （2）支承加勁肋設計 支承加勁肋除滿足上述剛度要求外，還應按所承受的支座反力或集中荷載計算其穩(wěn)定性、端面承壓強度和焊縫強度。圖5.21支承加勁肋( )ywftC/23515 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件（1）按軸心壓桿計算支承加勁肋在腹板平面外的穩(wěn)定性。此壓桿的截面包括加勁肋以及每側各 范圍內(nèi)的腹板面積（圖5.21中陰影部分），其計算長度近似取為h0。（2）端面承壓強度按下式計算： （3）支承加勁肋與腹板的連接焊縫，應按承受全部集中力或支反力進行計算。計算時假定應力沿焊縫長度均勻分布。 例題5.3見P123ywft/23515cececefAF 鋼

28、結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.5 5.5 考慮腹板屈曲后強度的梁設計（自學）考慮腹板屈曲后強度的梁設計（自學） 上述方法適合于直接承受動力荷載的吊車梁及類似構件設置加勁肋后的腹板局部穩(wěn)定計算。進一步的分析表明，梁腹板受壓屈曲或受剪屈曲后，還有繼續(xù)承受荷載的能力，稱為屈曲后強度。鋼結構設計規(guī)范（500172003）規(guī)定，對承受靜力荷載和間接承受動力荷載的組合梁，設計時要考慮腹板屈曲后的強度。5.5.1 5.5.1 受壓薄板的屈曲后強度受壓薄板的屈曲后強度（1） 薄板屈曲分析 圖5.23所示的四邊簡支薄板，受有均勻分布的豎向壓力，當豎向壓應力達到彈性臨界應力時板開始屈曲

29、。此時，由于板的四邊有約束，在板的中部會產(chǎn)生縱向拉力，該拉力牽制屈曲變形的發(fā)展。這種牽制作用對提高板的承載力是有利的。 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件(a)(b)(+)(-)(-)crfyucr圖 5.23 受壓板件的屈曲分析 根據(jù)板件兩邊的支承情況，可將板件分為加勁板件、部分加勁板件和非加勁板件。加勁板件為兩縱邊與其他板件相連接的板件，如箱形截面的翼緣和腹板圖5.25(a),槽形截面的腹板；部分加勁板件即為一縱邊與其他板件相連，另一縱邊為卷邊加勁的板件，如卷邊槽鋼的翼緣板圖5.25(b)；非加勁板 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件件即一縱邊與

30、其他板件相連，另一縱邊為自由的板件圖5.25(c)。bbe1支 承卷 邊自 由支 承支 承支 承支 承支 承支 承支 承卷 邊自 由(a)(b)(c)bbe2bbe1be2bbe1be2bae1ae2ae1be1be2圖5.25 受壓板件的有效寬厚比 受壓板件有效寬度的計算，與板件的實際寬厚比、所受應力大小和分布情況、板件縱邊的支承類型、以及相鄰板件對它的約束程度等因素有關。具體的計算參見冷彎薄壁型鋼構件技術規(guī)范。 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件（2）受壓腹板的屈曲后強度1）腹板受剪屈曲后的極限剪力aaaash/2h/2ABoABh/2T1TwVt/2Nstasin2

31、T1+T1Tw（ a）（ b）圖5.27 張力場作用下的剪切計算圖 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件2）腹板受彎屈曲后梁的極限彎矩( a )( b )xx( c )thhc( d )0.5hc圖5.28 受彎矩作用時腹板的有效寬度3）同時受彎和受剪的腹板強度 梁腹板常在大范圍內(nèi)同時承受彎矩 和剪力 。這時腹板屈曲后對梁承載力的影響比較復雜，一般用 和 的無量綱化相關曲線來表示腹板的強度關系（圖5.29）。圖中假定當彎矩不超過翼緣所提供的最大彎矩 時（ 為一個翼緣截面面積，為上下翼緣軸線間的距離），腹板不參與承擔彎矩作用，即假定在 的范圍內(nèi)為一水平線， 。MVMVfhAM

32、1fffA1hfMM 0 . 1/uVV 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件0.51.01.00.50ABV/VuMf/MeuM /Meu圖5.29 彎矩于剪力的相關曲線5.5.2 5.5.2 考慮腹板屈曲后的的梁設計考慮腹板屈曲后的的梁設計（1）腹板屈曲后的抗剪承載力（2）腹板屈曲后的抗彎承載力 腹板屈曲后的抗彎承載力用由于腹板屈曲后使梁的抗彎承載力下降不大，在計算梁腹板屈曲后的抗彎承載力時，規(guī)范采用下面介紹的近似公式來計算抗彎承載力。 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 根據(jù)有效截面的概念，假定腹板受壓區(qū)有效寬度為 ,等分在 的兩端，中部則扣去

33、的高度，梁的中和軸也由下降?，F(xiàn)假定腹板受拉區(qū)與受壓區(qū)同樣扣去此高度(圖5.30 )，這樣中和軸可不變動，計算較為簡便。chchc)1 (h( a )hc(1-)hcxx( b )( c )( d )0.5hc0.5hc0.5hc圖5.30(3) 考慮腹板屈曲后強度的梁的計算式(4) 考慮腹板屈曲后強度的加勁肋設計特點 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.6 5.6 型鋼梁設計型鋼梁設計 型鋼梁中應用最多的是熱軋普通工字鋼和H型鋼。熱軋型鋼梁只需滿足強度、剛度和整體穩(wěn)定的要求，而不需計算局部穩(wěn)定。其設計方法是：首先根據(jù)建筑要求的跨度及預先假定的結構構造，算出梁的最大彎矩設

34、計值，按此選擇型鋼截面，然后進行各種驗算。5.6.1 5.6.1 單向受彎型鋼梁單向受彎型鋼梁(1)選擇截面 先計算梁的最大彎矩 ，由 從型鋼表中取用與 值相近的型鋼號。此時可預先估算一個自重求出 ，求出截面后按實際自重進行驗算，也可先不考慮自重計算出 ，選出截面后按實際自重進行驗算。 xMfWMnxxxnxWxMnxW 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件(2)截面驗算1）強度驗算a）根據(jù)所選型鋼的實際截面參數(shù) ，按 驗算抗彎強度；b）有集中力作用時，按 進行局部壓應力驗算；c）按 驗算抗剪強度，通常情況下可略去；d）驗算彎矩及剪力較大的截面上的折算應力，通常情況下可略去

35、。2）整體穩(wěn)定驗算nxWfWMnxxxfltFzwcvwxftIVSfWMxbx 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 （3）剛度驗算 按材料力學公式根據(jù)荷載標準值算出最大撓度 ，應小于容許撓度值 （按附表2.1選?。?。也可采用相對撓度計算，例如均布荷載下的簡支梁： lEIlMlxx485 例 5.4見P128 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.6.2 5.6.2 雙向彎曲型鋼梁雙向彎曲型鋼梁 鋪放在屋架上的檁條屬于典型的雙向彎曲梁（1）檁條的截面形式型鋼檁條截面形式 鋼結構基本原理鋼結構基

36、本原理第第5章章 受彎構件受彎構件(2)型鋼檁條和拉條的布置 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件（3）檁條與屋架弦桿的連接 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.6.3 5.6.3 型鋼檁條的設計與計算型鋼檁條的設計與計算(1)檁條的受力 斜放檁條受豎向荷載作用，荷載作用線不與檁條截面形心主軸平行且不通過剪力中心S時，檁條除產(chǎn)生雙向彎曲外還產(chǎn)生扭轉。 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 (2)檁條的計算 型鋼檁條的設計，一般是根據(jù)設計經(jīng)驗先假定采用截面的型號，然后進行驗算。 對于型鋼檁條，一般只驗算彎曲正應力，而不必驗算剪應力及

37、局部壓應力。1）彎曲正應力驗算fWMWMnyyynxxx2）穩(wěn)定驗算 當屋面板對檁條不能起可靠的側向支承作用時，應對檁條進行穩(wěn)定驗算，驗算公式為 fWMWMyyyxbx 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 3）剛度計算 為使屋面平整，一般只驗算垂直于屋面方向的簡支梁撓度，使其不超過容許撓度。對槽形截面檁條 對單角鋼和Z型鋼 x4kx3845EIlq 1x4kcos3845EIalq例 5.3 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.7 5.7 焊接組合梁設計焊接組合梁設計5.7.15.7.1截面設計截面設計 焊接組合梁截面設計所需確定的截面尺寸為截面高

38、度 （腹板高度 ）、腹板厚度 、翼緣寬度 及厚度 。焊接組合梁截面設計的任務是：合理的確定 、 、 、 ，以滿足梁的強度、剛度、整體穩(wěn)定及局部穩(wěn)定等要求。并能節(jié)省鋼材，經(jīng)濟合理。 設計的順序是首先定出 ，然后選定 ，最后定出 和 。h0hwtbt0hwtbt0hwtbt(1)截面高度（腹板高度） 梁的截面高度應根據(jù)建筑高度、剛度要求及經(jīng)濟要求確定。 建筑高度是指按使用要求所允許的梁的最大高度。設計梁截面時要求 。 maxhh 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 剛度要求是指為保證正常使用條件下，梁的撓度不超過容許撓度（tolerate deflection）,即限制梁高h

39、不能小于最小梁高 。 受均布荷載作用的簡支梁，其最小高度為： 經(jīng)濟高度考慮用鋼量為最小來決定。 根據(jù)上述三個條件，實際所取梁高應滿足： 且 (2)腹板厚度 腹板主要承擔梁的剪力，其厚度要滿足抗剪強度要求。計算時近似假定最大剪應力為腹板平均剪應力的1.2倍，即minhmaxminhhhshh TTkvlfvEllh6min1034. 154 . 04 . 02)376. 5(xXwsWWhh 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件Vw0wxmax2 . 1fthVtIVSV0w2 . 1fhVt 考慮腹板局部穩(wěn)定及構造要求，腹板不宜太薄，可用下列經(jīng)驗公式估算 5 . 3/0wh

40、t(3)翼緣寬度 及厚度fbt 腹板尺寸確定之后，可按強度條件（即所需截面抵抗矩）確定翼緣面積 。對于工形截面： 確定 。選定 、 時應注意構造和局部穩(wěn)定的要求。fftbA f6w00 xthhWAfhbf)5131(fbftft 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件 5.7.2 5.7.2 截面驗算截面驗算 截面尺寸確定后，按實際選定尺寸計算各項截面幾何特性，驗算抗彎、抗剪、局部壓應力、折算應力、整體穩(wěn)定、剛度及翼緣局部穩(wěn)定等要求是否滿足。腹板局部穩(wěn)定由設置加勁肋來保證。 如果梁截面尺寸沿跨長有變化，應將截面改變設計之后進行抗剪強度、剛度、折算應力驗算。 5.7.3 5.

41、7.3 梁截面沿長度的改變梁截面沿長度的改變 對于跨度較大的工字形截面梁，為節(jié)省鋼材，可在半跨內(nèi)改變一次翼緣寬度，如圖所示。 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件梁翼緣寬度的改變b bf fb bf f12.5（a）（b）l lll/6/6ll/6/6M M1 1M M1 1M M 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件變高度梁 h hh h/2/2h hh h/2/2抵緊抵緊焊接焊接l l/6/6 l l/5/5 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.7.4 5.7.4 翼緣焊縫的計算翼緣焊縫的計算 梁彎曲時翼緣焊縫的作用是阻止腹板

42、和翼緣之間產(chǎn)生滑移，因而承受與焊縫平行方向的剪應力，其單位梁長上的剪力為： 翼緣焊縫的受力情況xwwxIVSttIVSv111 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件則翼緣焊縫應滿足強度條件：得： 當梁的翼緣上受有固定集中荷載而未設置支撐加勁肋時，或受有移動集中荷載(如有吊車輪壓)上翼緣與腹板之間的連接焊縫長度方向的剪應力外，還有受垂直與焊縫長度方向的局部壓應力: 受有局部應力的上翼緣與腹板之間的連接焊縫應按下式計算強度: wfxffffIhVShv4 . 17 . 0211fh f4 . 1wf1xIVS zfzeflhFlhF4 . 12wfxzfffIVSlFh212)

43、()(4 . 11212)()(4 . 11xzfwffIVSlFfh 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.8 5.8 鋼梁的連接構造鋼梁的連接構造5.8.1 5.8.1 梁的拼接梁的拼接 梁的拼接分為工廠拼接和工地拼接兩種。(1)工廠拼接tw10tw焊接梁的工廠拼接 如果梁的長度、高度大于鋼材的尺寸，常需要先將腹板和翼緣用幾段鋼材拼接起來，然后再焊接成梁。這些工作一般在工廠進行，因此稱為工廠拼接。 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件(2)工地拼接 跨度大的梁，由于運輸或吊裝條件限制，需將梁分成幾段運至工地或吊至高空就位后再拼接起來，稱為工地拼接。

44、焊接梁的工地拼接 拼接處一般布置在梁彎矩較小的部位，常常將腹板和翼緣在同一截面斷開以便于運輸和吊裝。 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件1010t tw w 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件5.8.2 5.8.2 次梁與主梁的連接次梁與主梁的連接(1)簡支次梁與主梁的連接 這種連接的特點是次梁只有支座反力傳給主梁。其形式有疊接和側面連接兩種，疊接時，次梁直接擱置在主梁上，用螺栓和焊縫固定，這種構造簡單，但占用建筑高度大，連接剛性差一些。 疊接 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第5章章 受彎構件受彎構件次梁與主梁的平接 鋼結構基本原理鋼結構基本原理第第

45、5章章 受彎構件受彎構件(2)連續(xù)次梁與主梁連接 這種連接也分疊接和側面連接兩種形式。疊接時，次梁在主梁處不斷開，直接擱置于主梁并用螺栓或焊縫固定。次梁只有支座反力傳給主梁。側面連接時，次梁要斷開，分別連于主梁兩側，除支座反力傳給主梁外，連續(xù)次梁在主梁支座處的左右彎矩也要通過主梁傳遞。因此構造稍復雜一些，常用的形式如圖5.42所示。按圖中構造，先在主梁上（次梁相應位置處）焊上承托，承托由豎板及水平頂板組成圖5.42(a)。安裝時先將次梁端部上翼緣切去后安放在主梁承托水平板上，用安裝螺栓定位，再將次梁下翼緣與頂板焊牢圖5.42(b)，最后用連接蓋板將主次梁上翼緣用焊縫連接起來圖5.42(c)。為避免仰焊