海洋工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2

1、海洋工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本章內(nèi)容：鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)（5）5.1 鋼梁的類型和截面形式5.2 梁的強(qiáng)度和剛度5.3 梁的整體穩(wěn)定計(jì)算5.4 焊接組合梁的局部穩(wěn)定5.5 考慮腹板屈曲后強(qiáng)度的梁設(shè)計(jì)5.6 型鋼梁設(shè)計(jì)5.7 焊接組合梁設(shè)計(jì)5.8 鋼梁的連接構(gòu)造 5.9 其他梁設(shè)計(jì) 5.1 鋼梁的類型和截面形式 梁在工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)中是不可缺少的基本構(gòu)件之一，主要用以承受橫向荷載，故又稱受彎構(gòu)件。受彎構(gòu)件也包括實(shí)腹式受彎構(gòu)件（梁）和格構(gòu)式受彎構(gòu)件（桁架）兩個(gè)系列。本課程僅介紹實(shí)腹式梁的設(shè)計(jì)方法。格構(gòu)式受彎構(gòu)件（桁架）用于屋架、托架、吊車桁架以及大跨結(jié)構(gòu)中，其設(shè)計(jì)方法將在后續(xù)課程中介紹。 5.1.1 實(shí)腹式梁

2、的類型和截面形式 實(shí)腹式鋼梁常用于工作平臺(tái)梁、樓蓋梁、墻架梁和吊車梁等。實(shí)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。梁的截面形式 根據(jù)梁的彎曲變形情況，梁可分為在一個(gè)主平面內(nèi)彎曲的單向受彎梁和在兩個(gè)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(jiǎn)支梁和連續(xù)梁。鋼梁一般都用簡(jiǎn)支梁。簡(jiǎn)支梁制造簡(jiǎn)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。蜂窩梁5.1.2 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(tái)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(chǔ)和地基。 根據(jù)梁的排列方式，梁格可分為下列三種典型的

3、形式：普通梁格簡(jiǎn)式梁格復(fù)式梁格5.2梁的強(qiáng)度和剛度5.2.1 梁的強(qiáng)度 對(duì)于普通鋼梁，要保證強(qiáng)度安全，就是要保證在危險(xiǎn)截面處（一般是彎矩最大處），梁凈截面的抗彎強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度不超過其鋼材的抗彎及抗剪強(qiáng)度極限。對(duì)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(qiáng)度條件；同時(shí)，該點(diǎn)還受彎曲應(yīng)力、剪應(yīng)力及局部壓應(yīng)力的共同作用，故還應(yīng)對(duì)該點(diǎn)的折算應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。(1)抗彎強(qiáng)度 梁截面的彎曲應(yīng)力隨彎矩增加而變化，可分為彈性、彈塑性及塑性三個(gè)工作階段。下面以工字形截面梁彎曲為例來說明。梁截面的應(yīng)力分布1）彈性工作階段：其外緣纖維最大應(yīng)力為 。這個(gè)階段可持續(xù)到

4、 達(dá)到屈服點(diǎn) 。這時(shí)梁截面的彎矩達(dá)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。 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(jìn)入塑性狀態(tài)，中央部分仍保持彈性。這時(shí)截面彎曲應(yīng)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(kuò)展，中央彈性區(qū)相應(yīng)逐漸縮小。 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(jìn)入塑性狀態(tài)，截面形成塑性鉸（plastic hinge） 。這時(shí)梁截面應(yīng)力呈上下兩個(gè)矩形分布。彎矩達(dá)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

5、以上或以下的凈截面對(duì)中和軸的面積矩 和 之和。 與 之比稱為截面形狀系數(shù) 截面的形狀系數(shù)也是截面塑性極限彎矩與截面彈性極限彎矩之比。對(duì)于彈性設(shè)計(jì)而言，截面的形狀系數(shù)越大，強(qiáng)度儲(chǔ)備越大。 (2)抗剪強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500172003）以截面最大剪應(yīng)力達(dá)到所用鋼材抗剪強(qiáng)度作為抗剪承載力極限狀態(tài)。因此，對(duì)于繞強(qiáng)軸（ ）受彎的梁，抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式如下： 式中 計(jì)算截面的剪力； 毛截面繞強(qiáng)軸（ ）的慣性矩； 中和軸以上或以下截面對(duì)中和軸的面積矩，按毛截面計(jì)算； 腹板厚度； 鋼材抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，見附表1.1。 軋制工字鋼和槽鋼因受軋制條件限制，腹板厚度相對(duì)較大，當(dāng)無較大的截面削弱時(shí)，可不驗(yàn)算抗剪

6、強(qiáng)度。(3)腹板局部壓應(yīng)力梁腹板局部壓應(yīng)力 當(dāng)工字形、箱形等截面梁上有集中荷載作用時(shí)，集中荷載由翼緣傳至腹板。因而在集中荷載作用處的腹板邊緣，會(huì)有很高的局部橫向壓應(yīng)力。為保證這部分腹板不至受壓破壞，必須計(jì)算集中荷載引起的局部橫向壓應(yīng)力 。（4）折算應(yīng)力 在組合梁的腹板計(jì)算高度邊緣處，若同時(shí)受有較大的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力，或同時(shí)受有較大的正應(yīng)力和剪應(yīng)力（如連續(xù)梁支座處或梁的翼緣截面改變處等）應(yīng)驗(yàn)算其折算應(yīng)力。 如圖中受集中荷載作用的梁，跨中的彎矩和剪力均為最大值，同時(shí)還有集中荷載引起的局部橫向壓應(yīng)力，在腹板（計(jì)算高度）邊緣A點(diǎn)處，同時(shí)有正應(yīng)力 、剪應(yīng)力 及橫向壓應(yīng)力 共同作用，應(yīng)按下式驗(yàn)算

7、其折算應(yīng)力：5.2.2 梁的剛度 梁的剛度按正常使用極限狀態(tài)下，荷載標(biāo)準(zhǔn)值引起的最大撓度來計(jì)算。 簡(jiǎn)支梁最大撓度計(jì)算公式： 均布荷載： 跨中一個(gè)集中荷載： 跨間等距離布置兩個(gè)相等的集中荷載：跨間等距離布置三個(gè)相等的集中荷載： 懸臂梁最大撓度計(jì)算公式分別為：受均布荷載： 自由端受集中荷載作用：梁的剛度驗(yàn)算：5.3 梁的整體穩(wěn)定計(jì)算5.3.1 梁整體失穩(wěn)的概念 在一個(gè)主平面內(nèi)受橫向荷載或彎矩作用的構(gòu)件，稱單向受彎構(gòu)件；實(shí)際工程中還存在雙向受彎構(gòu)件。受彎構(gòu)件簡(jiǎn)稱梁。 為提高鋼梁的抗彎承載能力，通常設(shè)計(jì)成高而窄的工字形截面。當(dāng)荷載不大時(shí),梁只在平面內(nèi)產(chǎn)生彎曲變形；當(dāng)荷載增大到某一數(shù)值時(shí)，梁有可能突然產(chǎn)

8、生在平面外的彎曲變形（側(cè)彎）和繞軸向的扭轉(zhuǎn)變形。如果荷載繼續(xù)增加，梁的側(cè)向變形和扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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。圖5.8 受集中荷載作用的梁發(fā)生彎扭失穩(wěn)5.3.2 梁的臨界彎矩 (1) 雙軸對(duì)稱工字形截面梁純彎曲時(shí)的臨界彎矩 兩端受相等彎矩 作用的雙軸對(duì)稱工字形截面簡(jiǎn)支梁，側(cè)向支承距離 。其簡(jiǎn)支條件是：梁的兩端可繞 軸和 軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但不能繞 軸轉(zhuǎn)動(dòng)。假定梁無初彎曲，不考慮殘余應(yīng)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

9、矩計(jì)算公式：（2）單軸對(duì)稱工字形截面梁受一般荷載的臨界彎矩 單軸對(duì)稱工字形截面梁在受一般荷載荷載作用時(shí)，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(shí)，由彈性穩(wěn)定理論可得臨界彎矩的一般表達(dá)式：荷載類型跨度中點(diǎn)集中荷載1.350.550.40滿跨均布荷載1.130.460.53純彎曲101式中： 、 、 與荷載類型有關(guān)的系數(shù)。 (3)影響梁彎扭屈曲臨界彎矩的因素1）梁的側(cè)向抗彎、抗扭和抗翹曲剛度；2）側(cè)向支承點(diǎn)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(duì)梁的位移約束程度。5.3.3梁的整體穩(wěn)定驗(yàn)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

10、素，工程中可采取相應(yīng)的措施，控制梁不發(fā)生整體失穩(wěn)。對(duì)此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范列出梁不會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)的三種情況，符合三個(gè)條件之一時(shí)，可不驗(yàn)算梁的整體穩(wěn)定性。 1）板(各種鋼筋混凝土板或鋼板)密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固相連，能阻止梁受壓翼緣的側(cè)向位移時(shí)； 2）工字形截面簡(jiǎn)支梁受壓翼緣的自由長(zhǎng)度 與其寬度b之比不超過下表規(guī)定值時(shí)。鋼 號(hào)跨中無側(cè)向支承點(diǎn)的梁跨中有側(cè)向支承點(diǎn)的梁不論荷載作用在何處荷載作用在上翼緣荷載作用在下翼緣Q235鋼132016Q345鋼111713Q390鋼101612 3）對(duì)于箱形截面簡(jiǎn)支梁，如不設(shè)置能阻止梁受壓翼緣側(cè)向位移的錨板時(shí)，其截面尺寸應(yīng)滿足, 且 不應(yīng)超過下列數(shù)值： Q

11、235鋼 95 Q345鋼 65 Q390鋼 57 其他鋼號(hào) 95（ ）(2)梁的整體穩(wěn)定驗(yàn)算 除上述三種情況以外的梁，都需進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算。穩(wěn)定計(jì)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： 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（500172003）將此條件寫成以下形式：?jiǎn)蜗蚴軓澚海弘p向受彎梁：式中 Mx，My繞x，y軸的彎矩； Wx、Wy按受壓纖維確定的對(duì)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)。 應(yīng)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(jì)算與梁的臨界彎矩有關(guān)，計(jì)算較復(fù)雜。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)常用截面和約束情況下梁的整體穩(wěn)

12、定系數(shù)計(jì)算作了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化和相關(guān)規(guī)定： 1）兩端均勻受彎的工字形截面簡(jiǎn)支梁 2）一般荷載作用的工字形梁 非純彎曲工字形截面簡(jiǎn)支梁的整體穩(wěn)定的計(jì)算公式為：式中， ， 為懸臂梁的懸伸長(zhǎng)度。 通過對(duì)多種常用的雙軸對(duì)稱工字形截面梁和加強(qiáng)受壓翼緣工字形截面梁進(jìn)行電算，求出工字形截面簡(jiǎn)支梁的系數(shù) ,列成表5.4。 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(shí)往往處于彈塑性階段。對(duì)承受純彎曲的雙軸對(duì)稱工字形截面簡(jiǎn)支梁進(jìn)行了彈塑性階段的理論和實(shí)驗(yàn)研究,當(dāng)求得的 大于0.6時(shí)，應(yīng)以 代替 ， 的計(jì)算公式為： 4）軋制普通工字鋼簡(jiǎn)支梁和軋制槽鋼簡(jiǎn)支梁 對(duì)軋制普通工字鋼簡(jiǎn)支梁，

13、可按表5.5查穩(wěn)定系數(shù) 。 對(duì)軋制槽鋼簡(jiǎn)支梁，不論荷載形式和荷載作用點(diǎn)在截面高度上的位置如何，均按下面給出的近似公式計(jì)算穩(wěn)定系數(shù) 。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(zhǎng)度。 5）雙軸對(duì)稱工字形等截面懸臂梁 對(duì)于雙軸對(duì)稱工字形等截面懸臂梁，規(guī)范規(guī)定 仍按公式（5.33）計(jì)算，但式中系數(shù) 按表5.6查得。6） 的近似計(jì)算公式 的近似計(jì)算公式見表5.8。例5.1 5.4 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(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)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(dāng)?shù)丶痈邷p薄，把翼緣不適當(dāng)?shù)胤艑挘瑒t可能在梁整體失穩(wěn)之前，梁的

14、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(huì)影響梁的承載能力，降低梁的剛度。5.4.1 受壓翼緣的局部穩(wěn)定 梁的受壓翼緣板主要受均布?jí)簯?yīng)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(yīng)力 不小于材料的屈服應(yīng)力 即：?jiǎn)蜗蚓鶆蚴軌喊迮R界應(yīng)力的計(jì)算公式為： 代入上式，整理后得到保證翼緣臨界應(yīng)力大于屈服應(yīng)力的寬厚比限值，即保證翼緣局部穩(wěn)定的控制條件為： 對(duì)箱形截面梁翼緣板在兩腹板之間的部分，相當(dāng)于四邊簡(jiǎn)支單向受壓板，取 4，可得其寬厚比限值為：梁的受壓翼緣板5.4.2 腹板的加勁肋及局部穩(wěn)定

15、計(jì)算 在一般情況下，腹板上有彎曲正應(yīng)力、剪應(yīng)力及局部壓應(yīng)力作用，各種應(yīng)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(shè)置合適的加勁肋。 加勁肋的設(shè)置有圖示幾種形式。分析表明，設(shè)加勁肋比增加腹板的厚度能取得更好的經(jīng)濟(jì)效益，因此，在工程中都采用設(shè)置加勁肋的措施。 橫向加勁肋能提高腹板的剪切臨界應(yīng)力，并作為縱向加勁肋的支承；縱向加勁肋對(duì)提高腹板的彎曲臨界應(yīng)力特別有效，設(shè)置時(shí)應(yīng)靠近受壓翼緣； 短加勁肋常用于局部壓應(yīng)力較大的情況。 應(yīng)如何設(shè)置加勁肋才能保證腹板的局部穩(wěn)定呢？ 由于設(shè)置加勁肋后，梁上的腹板可視為四邊簡(jiǎn)支板，因此，先了解四邊簡(jiǎn)支板受各種應(yīng)力單獨(dú)作

16、用時(shí)的穩(wěn)定計(jì)算。（1）各種應(yīng)力單獨(dú)作用時(shí)四邊簡(jiǎn)支板的穩(wěn)定計(jì)算1）四邊簡(jiǎn)支板非均勻受壓的臨界應(yīng)力公式 式中的屈曲系數(shù)k還與板的長(zhǎng)寬比及應(yīng)力梯度a有關(guān) 2)四邊簡(jiǎn)支板均勻受剪的臨界應(yīng)力公式： 3）四邊簡(jiǎn)支板一邊受壓臨界應(yīng)力公式： 注意上述三個(gè)公式中k 值的計(jì)算。(2)腹板的穩(wěn)定計(jì)算方法 梁的腹板通常受幾種應(yīng)力（ 、 、 ）同時(shí)作用，當(dāng)這些應(yīng)力達(dá)到某一組合值時(shí)，腹板將由平板穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)槲⑶呐R界平衡狀態(tài)。此時(shí)的穩(wěn)定條件是： 平均彎矩產(chǎn)生的在腹板計(jì)算高度邊緣處的彎曲壓應(yīng)力； 由平均剪力產(chǎn)生的腹板平均剪應(yīng)力， ； 腹板邊緣局部壓應(yīng)力，按式(5.6)計(jì)算，系數(shù) 1.0；、 、 在 、 、 單獨(dú)作用下板的臨

17、界應(yīng)力。 設(shè)置不同形式的加勁肋，式中各參數(shù)的計(jì)算要求不同，詳見教材。5.4.2 加勁肋的構(gòu)造、驗(yàn)算和設(shè)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(gè)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支座反力的作用，稱為支承加勁肋。（1）加勁肋的構(gòu)造要求 加勁肋宜在腹板兩側(cè)成對(duì)配置，也允許單側(cè)配置，但支承加勁肋和重級(jí)工作值吊車梁的加勁肋不應(yīng)單側(cè)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(duì)無局部壓應(yīng)力的梁，當(dāng) 時(shí)，可采用 ）。 加勁肋應(yīng)有足夠的剛度，使其成為腹板的不動(dòng)支承。 在腹板兩側(cè)成對(duì)配置的橫向加勁肋，其截面

18、尺寸應(yīng)按下列公式： 外伸寬度： （mm）厚度： 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(5.58)算得的1.2倍，厚度應(yīng)不小于其外伸寬度的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，其截面慣性矩應(yīng)滿足下式的要求：縱向加勁肋的慣性矩應(yīng)滿足下式的要求當(dāng) 時(shí) 當(dāng) 時(shí) 下圖所用的軸和軸，當(dāng)加勁肋在兩側(cè)成對(duì)配置時(shí)，取腹板的 軸線圖5.20(b)、(d)、(e)。 當(dāng)加勁肋在腹板一側(cè)配置時(shí)，取與加勁肋相連的腹板邊緣線圖5.20(c)、(f)、(g)。 圖5.20 加勁肋的構(gòu)造 短加勁肋的最小間距為 ，鋼板短加勁肋的外伸寬度應(yīng)取為橫向加勁肋

19、外伸寬度的0.71.0倍，厚度應(yīng)不小于短加勁肋外伸寬度的1/15。用型鋼做成的加勁肋，其截面慣性矩不得小于相應(yīng)鋼板加勁肋的慣性矩。 橫向加勁肋與上、下翼緣焊牢能增加梁的抗扭剛度，但會(huì)降低疲勞強(qiáng)度，吊車梁橫向加勁肋的上端應(yīng)與上翼緣刨平頂緊（當(dāng)為焊接吊車梁，并應(yīng)焊牢）。中間橫向加勁肋的下端不應(yīng)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(yīng)力，焊接梁的橫向加勁肋與翼緣連接處，應(yīng)做成切角，當(dāng)切成斜角時(shí)，其寬度約為 （但不大于 ）高約為 （不大于 ）圖5.21

20、(b)， 為加勁肋的寬度。 （2）支承加勁肋設(shè)計(jì)支承加勁肋除滿足上述剛度要求外，還應(yīng)按所承受的支座反力或集中荷載計(jì)算其穩(wěn)定性、端面承壓強(qiáng)度和焊縫強(qiáng)度。圖5.21 吊車梁加勁肋構(gòu)造1）穩(wěn)定性計(jì)算2）端面承壓計(jì)算（3）加勁肋的設(shè)置規(guī)定當(dāng) 時(shí)，應(yīng)按構(gòu)造設(shè)置橫向加勁肋（ a ）；對(duì)于無局部壓應(yīng)力作用得梁（ ），可不設(shè)加勁肋。當(dāng) 時(shí)，應(yīng)按計(jì)算設(shè)置橫向加勁肋；當(dāng) ，且受壓翼緣受到約束（如連有剛性鋪板、制動(dòng)板和焊有鋼軌）時(shí)，或 （其它情況）或按計(jì)算需要時(shí)，應(yīng)在彎矩較大區(qū)格的受壓區(qū)增加設(shè)置縱向加勁肋。局部壓應(yīng)力很大的梁，必要時(shí)應(yīng)在受壓區(qū)配置短加勁肋。在任何情況下， 都不能超過 。對(duì)單軸對(duì)稱梁，第條中的 應(yīng)取受

21、壓區(qū)高度 的兩倍。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，并計(jì)算支承加勁肋的穩(wěn)定性。 小結(jié)： 保證梁腹板的局部穩(wěn)定，一般是先按規(guī)定布置加勁肋，再計(jì)算各區(qū)格所受的平均應(yīng)力和相應(yīng)的臨界應(yīng)力，計(jì)算是否滿足相應(yīng)的穩(wěn)定條件。若不滿足或太富裕，則調(diào)整加勁肋間距，重新計(jì)算，直到滿意為止。5.5 考慮腹板屈曲后強(qiáng)度的梁設(shè)計(jì) 上述方法適合于直接承受動(dòng)力荷載的吊車梁及類似構(gòu)件設(shè)置加勁肋后的腹板局部穩(wěn)定計(jì)算。進(jìn)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(qiáng)度。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（500172003）規(guī)定，對(duì)承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載的組合梁，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮腹板屈曲

22、后的強(qiáng)度。5.5.1 受壓薄板的屈曲后強(qiáng)度（1） 薄板屈曲分析 圖5.23所示的四邊簡(jiǎn)支薄板，受有均勻分布的豎向壓力，當(dāng)豎向壓應(yīng)力達(dá)到彈性臨界應(yīng)力時(shí)板開始屈曲。此時(shí)，由于板的四邊有約束，在板的中部會(huì)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(duì)提高板的承載力是有利的。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)；非加勁板件即一縱邊與其

23、他板件相連，另一縱邊為自由的板件圖5.25(c)。圖5.25 受壓板件的有效寬厚比 受壓板件有效寬度的計(jì)算，與板件的實(shí)際寬厚比、所受應(yīng)力大小和分布情況、板件縱邊的支承類型、以及相鄰板件對(duì)它的約束程度等因素有關(guān)。具體的計(jì)算參見冷彎薄壁型鋼構(gòu)件技術(shù)規(guī)范。（2）受壓腹板的屈曲后強(qiáng)度1）腹板受剪屈曲后的極限剪力圖5.27 張力場(chǎng)作用下的剪切計(jì)算圖2）腹板受彎屈曲后梁的極限彎矩圖5.28 受彎矩作用時(shí)腹板的有效寬度3）同時(shí)受彎和受剪的腹板強(qiáng)度 梁腹板常在大范圍內(nèi)同時(shí)承受彎矩 和剪力 。這時(shí)腹板屈曲后對(duì)梁承載力的影響比較復(fù)雜，一般用 和 的無量綱化相關(guān)曲線來表示腹板的強(qiáng)度關(guān)系（圖5.29）。圖中假定當(dāng)彎矩

24、不超過翼緣所提供的最大彎矩 時(shí)（ 為一個(gè)翼緣截面面積，為上下翼緣軸線間的距離），腹板不參與承擔(dān)彎矩作用，即假定在 的范圍內(nèi)為一水平線， 。圖5.29 彎矩于剪力的相關(guān)曲線5.5.2 考慮腹板屈曲后的的梁設(shè)計(jì)（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(jì)算梁腹板屈曲后的抗彎承載力時(shí)，規(guī)范采用下面介紹的近似公式來計(jì)算抗彎承載力。 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 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(dòng)，計(jì)算較為簡(jiǎn)便

25、。圖5.30(3) 考慮腹板屈曲后強(qiáng)度的梁的計(jì)算式(4) 考慮腹板屈曲后強(qiáng)度的加勁肋設(shè)計(jì)特點(diǎn)5.6 型鋼梁設(shè)計(jì) 型鋼梁中應(yīng)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(qiáng)度、剛度和整體穩(wěn)定的要求，而不需計(jì)算局部穩(wěn)定。其設(shè)計(jì)方法是：首先根據(jù)建筑要求的跨度及預(yù)先假定的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，算出梁的最大彎矩設(shè)計(jì)值，按此選擇型鋼截面，然后進(jìn)行各種驗(yàn)算。5.6.1 單向受彎型鋼梁(1)選擇截面 先計(jì)算梁的最大彎矩 ，由 從型鋼表中取用與 值相近的型鋼號(hào)。此時(shí)可預(yù)先估算一個(gè)自重求出 ，求出截面后按實(shí)際自重進(jìn)行驗(yàn)算，也可先不考慮自重計(jì)算出 ，選出截面后按實(shí)際自重進(jìn)行驗(yàn)算。 (2)截面驗(yàn)算1）強(qiáng)度驗(yàn)算a）根據(jù)所選型

26、鋼的實(shí)際截面參數(shù) ，按 驗(yàn)算抗彎強(qiáng)度；b）有集中力作用時(shí)，按 進(jìn)行局部壓應(yīng)力驗(yàn)算；c）按 驗(yàn)算抗剪強(qiáng)度，通常情況下可略去；d）驗(yàn)算彎矩及剪力較大的截面上的折算應(yīng)力，通常情況下可略去。2）整體穩(wěn)定驗(yàn)算 （3）剛度驗(yàn)算 按材料力學(xué)公式根據(jù)荷載標(biāo)準(zhǔn)值算出最大撓度 ，應(yīng)小于容許撓度值 （按表5.1選?。?。也可采用相對(duì)撓度計(jì)算，例如均布荷載下的簡(jiǎn)支梁：例 5.25.6.2 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 有型鋼和桁架兩種形式 型鋼檁條截面形式 桁架檁條截面形式(2)型鋼檁條和拉條的布置 5.6.3 型鋼檁條的設(shè)計(jì)與計(jì)算(1)檁條的受力 斜放檁條受豎向荷載作用，

27、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(shí)，檁條除產(chǎn)生雙向彎曲外還產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。 (2)檁條的計(jì)算 型鋼檁條的設(shè)計(jì)，一般是根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)先假定采用截面的型號(hào)，然后進(jìn)行驗(yàn)算。 對(duì)于型鋼檁條，一般只驗(yàn)算彎曲正應(yīng)力，而不必驗(yàn)算剪應(yīng)力及局部壓應(yīng)力。1）彎曲正應(yīng)力驗(yàn)算2）穩(wěn)定驗(yàn)算 當(dāng)屋面板對(duì)檁條不能起可靠的側(cè)向支承作用時(shí)，應(yīng)對(duì)檁條進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，驗(yàn)算公式為 3）剛度計(jì)算 為使屋面平整，一般只驗(yàn)算垂直于屋面方向的簡(jiǎn)支梁撓度，使其不超過容許撓度。對(duì)槽形截面檁條 對(duì)單角鋼和Z型鋼 例 5.35.7 焊接組合梁設(shè)計(jì)5.7.1截面設(shè)計(jì) 焊接組合梁截面設(shè)計(jì)所需確定的截面尺寸為截面高度 （腹扳高度 ）、腹扳厚度

28、、翼緣寬度 及厚度 。焊接組合梁截面設(shè)計(jì)的任務(wù)是：合理的確定 、 、 、 ，以滿足梁的強(qiáng)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(jì)合理。 設(shè)計(jì)的順序是首先定出 ，然后選定 ，最后定出 和 。(1)截面高度（腹板高度） 梁的截面高度應(yīng)根據(jù)建筑高度、剛度要求及經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)梁截面時(shí)要求 。 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(yuǎn)不能小于最小梁高 。 受均布荷載作用的簡(jiǎn)支梁，其最小高度為： 經(jīng)濟(jì)高度考慮用鋼量為最小來決定。 根據(jù)上述三個(gè)條件，實(shí)際所取梁高應(yīng)滿足： 且

29、 (2)腹扳厚度 腹扳主要承擔(dān)梁的剪力，其厚度要滿足抗剪強(qiáng)度要求。計(jì)算時(shí)近似假定最大剪應(yīng)力為腹扳平均剪應(yīng)力的1.2倍，即 考慮腹扳局部穩(wěn)定及構(gòu)造要求，腹扳不宜太薄，可用下列經(jīng)驗(yàn)公式估算 (3)翼緣寬度 及厚度 腹扳尺寸確定之后，可按強(qiáng)度條件（即所需截面抵抗矩）確定翼緣面積 。對(duì)于工形截面： 算出Af之后,設(shè)定b、t中任一數(shù)值，即可確定另一個(gè)數(shù)值。選定b、t時(shí)應(yīng)注意構(gòu)造和局部穩(wěn)定的要求。 5.7.2 截面驗(yàn)算 截面尺寸確定后，按實(shí)際選定尺寸計(jì)算各項(xiàng)截面幾何特性，驗(yàn)算抗彎、抗剪、局部壓應(yīng)力、折算應(yīng)力、整體穩(wěn)定、剛度及翼緣局部穩(wěn)定等要求是否滿足。腹扳局部穩(wěn)定由設(shè)置加勁肋來保證，或計(jì)算腹板屈曲后的強(qiáng)度

30、。 如果梁截面尺寸沿跨長(zhǎng)有變化，應(yīng)將截面改變?cè)O(shè)計(jì)之后進(jìn)行抗剪強(qiáng)度、剛度、折算應(yīng)力驗(yàn)算。 5.7.3 梁截面沿長(zhǎng)度的改變 對(duì)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。梁翼緣寬度的改變5.7.4 翼緣焊縫的計(jì)算 梁彎曲時(shí)翼緣焊縫的作用是阻止腹板和翼緣之間產(chǎn)生滑移，因而承受與焊縫平行方向的剪應(yīng)力 ，其單位梁長(zhǎng)上的剪力為： 翼緣焊縫的受力情況則翼緣焊縫應(yīng)滿足強(qiáng)度條件：得： 當(dāng)梁的翼緣上還承受集中力產(chǎn)生的垂直剪力作用時(shí)，單位長(zhǎng)度的垂直剪力為： 在 和 的共同作用下，翼緣焊縫強(qiáng)度應(yīng)滿足下式要求：由此得：5.8 鋼梁的連接構(gòu)造5.8.1 梁的拼接 梁的拼接分為工廠拼接和工地

31、拼接兩種。(1)工廠拼接焊接梁的工廠拼接 如果梁的長(zhǎng)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(jìn)行，因此稱為工廠拼接。(2)工地拼接 跨度大的梁，由于運(yùn)輸或吊裝條件限制，需將梁分成幾段運(yùn)至工地或吊至高空就位后再拼接起來，稱為工地拼接。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(yùn)輸和吊裝。也可以將翼緣和腹板拼接位置略微錯(cuò)開，但這種方式在運(yùn)輸、吊裝時(shí)需要對(duì)端部凸出部分加以保護(hù)，以免碰損。5.8.2 次梁與主梁的連接(1)簡(jiǎn)支次梁與主梁的連接 這種連接的特點(diǎn)是次梁只有支座反力傳給主梁。其形式有疊接和

32、側(cè)面連接兩種，疊接時(shí)，次梁直接擱置在主梁上，用螺栓和焊縫固定，這種構(gòu)造簡(jiǎn)單，但占用建筑高度大，連接剛性差一些。 疊接 側(cè)面連接 側(cè)面連接是將次梁端部上翼緣切去，端部下翼緣則切去一邊，然后將次梁端部與主梁加勁肋用螺栓相連。 (2)連續(xù)次梁與主梁連接 這種連接也分疊接和側(cè)面連接兩種形式。疊接時(shí)，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(cè)面連接時(shí)，次梁要斷開，分別連于主梁兩側(cè)，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(gòu)造稍復(fù)雜一些，常用的形式如圖5.55所示。按圖中構(gòu)造，先在主梁上（次梁相應(yīng)位置處）焊上承托，承托由豎板及水平頂板組成圖5.55(a)。安裝時(shí)先將次梁端部上翼緣切去后安放在