第13章-鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件課件

四川大學(xué)建環(huán)學(xué)院2018.3傅昶彬課件系列—結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第13章鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件主要內(nèi)容

13.1鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的形式13.2鋼梁的強(qiáng)度和剛度13.3鋼梁的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定13.5鋼梁截面設(shè)計(jì)四川大學(xué)建環(huán)學(xué)院傅昶彬課件系列—結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第13.1鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的形式13.1.1鋼梁的形式工作平臺(tái)梁13.1鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的形式工作平臺(tái)梁框架梁13.1鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的形式13.1.1鋼梁的形式框架梁13.1鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的形式門式剛架13.1鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的形式13.1.1鋼梁的形式門式剛架13.1鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的形式連續(xù)吊車梁13.1鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的形式13.1.1鋼梁的形式連續(xù)吊車梁13.1鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的形式檁條檁條加勁肋2m2m2m2m2m2m3m15m變截面實(shí)腹屋面梁13.1鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的形式13.1.1鋼梁的形式檁條檁條加勁肋2m2m2m2m2m2m3m15m變截面實(shí)腹屋冷彎薄壁型鋼梁寬翼緣H型鋼熱軋型鋼梁鋼梁截面形式

13.1.1鋼梁的形式冷彎薄壁型鋼梁寬翼緣熱軋型鋼梁鋼梁截面形式13.1.1鋼組合梁

13.1.1鋼梁的形式組合梁13.1.1鋼梁的形式預(yù)應(yīng)力鋼梁

13.1.1鋼梁的形式預(yù)應(yīng)力鋼梁13.1.1鋼梁的形式蜂窩梁切割線360焊接540

13.1.1鋼梁的形式蜂窩梁切割線360焊接54013.1.1鋼梁的形式梁式桁架

13.1.2鋼桁架的形式懸臂式梁式桁架13.1.2鋼桁架的形式懸臂式13.2鋼梁的強(qiáng)度和剛度承載能力極限狀態(tài)

強(qiáng)度

彎曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力局部壓應(yīng)力

折算應(yīng)力

穩(wěn)定性●

整體穩(wěn)定

●

局部穩(wěn)定正常使用極限狀態(tài)

在荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，梁的最大撓度不超過(guò)規(guī)范規(guī)定的容許撓度。13.2鋼梁的強(qiáng)度和剛度承載能力極限狀態(tài)1.正應(yīng)力發(fā)展的三個(gè)階段（1）彈性工作階段邊緣纖維的最大應(yīng)力xxMxhfy截面彎矩截面應(yīng)變截面應(yīng)力13.2.1塑性發(fā)展對(duì)梁受力的影響13.2鋼梁的強(qiáng)度和剛度1.正應(yīng)力發(fā)展的三個(gè)階段xxMxhfy截面彎矩截面應(yīng)xxMxeh截面彎矩afya截面應(yīng)力1.正應(yīng)力發(fā)展的三個(gè)階段（2）彈塑性工作階段13.2.1塑性發(fā)展對(duì)梁受力的影響13.2鋼梁的強(qiáng)度和剛度xxMxeh截面彎矩afya截面應(yīng)力1.正應(yīng)力發(fā)展的三個(gè)階段1.正應(yīng)力發(fā)展的三個(gè)階段（3）塑性工作階段13.2.1塑性發(fā)展對(duì)梁受力的影響13.2鋼梁的強(qiáng)度和剛度xxMxph截面彎矩fy截面應(yīng)力1.正應(yīng)力發(fā)展的三個(gè)階段13.2.1塑性發(fā)展對(duì)梁受力的影響彈性工作階段彈塑性工作階段塑性工作階段fyafyafy實(shí)腹鋼梁正應(yīng)力發(fā)展的三個(gè)階段1.正應(yīng)力發(fā)展的三個(gè)階段13.2.1塑性發(fā)展對(duì)梁受力的影響13.2鋼梁的強(qiáng)度和剛度彈性工作階段彈塑性工作階段塑性工作階段fyafyafy實(shí)腹鋼塑性工作階段塑性鉸最大彎矩塑性鉸彎矩Mxp與彈性最大彎矩Mxe之比截面形狀系數(shù)2.截面形狀系數(shù)13.2.1塑性發(fā)展對(duì)梁受力的影響塑性工作階段塑性鉸最大彎矩塑性鉸彎矩Mxp與彈性最大彎矩Mx3.截面塑性發(fā)展系數(shù)13.2.1塑性發(fā)展對(duì)梁受力的影響

實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，在非動(dòng)力荷載作用下，一般考慮截面部分塑性發(fā)展（規(guī)范采用）。3.截面塑性發(fā)展系數(shù)13.2.1塑性發(fā)展對(duì)梁受力的影響xxyyxxyyxxyyxxyy截面形式1.051.21.051.21.05xxyyxxyyxxyyxxyyxxyyxxyyxxyyxxyy12121212截面塑性發(fā)展系數(shù)（部分）xxyyxxyyxxyyxxyy截面形式1.051.21.0以下情況為避免梁失去強(qiáng)度前受壓翼緣局部失穩(wěn)，規(guī)范規(guī)定當(dāng)梁受壓翼緣的自由外伸寬度b與其厚度t之比大于直接承受動(dòng)力荷載且需要計(jì)算疲勞的梁，如重級(jí)工作制的吊車梁；特別重要結(jié)構(gòu)的主梁；格構(gòu)式截面繞虛軸彎曲時(shí)。3.截面塑性發(fā)展系數(shù)13.2.1塑性發(fā)展對(duì)梁受力的影響以下情況為避免梁失去強(qiáng)度前受壓翼緣局部失穩(wěn)，規(guī)范規(guī)定當(dāng)梁受壓13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算13.2鋼梁的強(qiáng)度和剛度1.抗彎強(qiáng)度13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算13.2鋼梁的強(qiáng)度和剛度1.抗13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算13.2鋼梁的強(qiáng)度和剛度2.抗剪強(qiáng)度（1）梁腹板剪應(yīng)力分布（2）剪應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算13.2鋼梁的強(qiáng)度和剛度2.抗3.局部承壓強(qiáng)度計(jì)算時(shí)通常假定集中荷載從作用標(biāo)高處擴(kuò)散，并均勻分布于腹板計(jì)算邊緣，假定分布長(zhǎng)度為lz。hy11h0hy13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算（1）集中荷載處未設(shè)支承加勁肋3.局部承壓強(qiáng)度計(jì)算時(shí)通常假定集中荷載從作用（2）移動(dòng)集中荷載（吊車輪壓）集中荷載通過(guò)軌道傳遞h0twhylzhyhRlz3.局部承壓強(qiáng)度13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算（2）移動(dòng)集中荷載（吊車輪壓）集中荷載通過(guò)軌道傳遞h0twh（3）腹板的計(jì)算高度h0對(duì)軋制型鋼梁為腹板在與上下翼緣相交接處兩內(nèi)弧起點(diǎn)間的距離；對(duì)于焊接組合梁，為腹板高度；對(duì)于鉚接或高強(qiáng)度螺栓連接組合梁，為上下翼緣與腹板連接的鉚釘（或高強(qiáng)度螺栓）線間最近距離。3.局部承壓強(qiáng)度13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算鋼梁不同截面h0取值（3）腹板的計(jì)算高度h0對(duì)軋制型鋼梁為腹板在與上下翼緣相交接（4）在腹板計(jì)算高度邊緣的假定分布長(zhǎng)度1）集中荷載不通過(guò)軌道傳遞h0tw11hya1aalzlzhy3.局部承壓強(qiáng)度13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算（4）在腹板計(jì)算高度邊緣的假定分布長(zhǎng)度1）集中荷載不通過(guò)軌道（4）在腹板計(jì)算高度邊緣的假定分布長(zhǎng)度2）集中荷載通過(guò)軌道傳遞軌道的高度取a=50mmh0twhyhyhRlz3.局部承壓強(qiáng)度13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算lz（4）在腹板計(jì)算高度邊緣的假定分布長(zhǎng)度2）集中荷載通過(guò)軌道傳3.局部承壓強(qiáng)度13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算（5）局部承壓強(qiáng)度計(jì)算公式集中荷載增大系數(shù)對(duì)重級(jí)工作制吊車輪壓對(duì)其他荷載3.局部承壓強(qiáng)度13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算（5）局部承壓13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算4.梁在復(fù)雜應(yīng)力作用下的強(qiáng)度計(jì)算（1）驗(yàn)算截面位置1）沿梁長(zhǎng)方向支座處集中荷載作用點(diǎn)的剪力較大側(cè)梁變截面處的截面較小一側(cè)2）沿梁高方向?yàn)楦拱逵?jì)算高度邊緣處13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算4.梁在復(fù)雜應(yīng)力作用下的強(qiáng)度計(jì)算13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算4.梁在復(fù)雜應(yīng)力作用下的強(qiáng)度計(jì)算（2）在組合梁的腹板計(jì)算高度邊緣處13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算4.梁在復(fù)雜應(yīng)力作用下的強(qiáng)度計(jì)算13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算5.鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的剛度計(jì)算最大撓度限值[f]見(jiàn)附表27等截面簡(jiǎn)支梁在均布荷載作用下梁的撓度驗(yàn)算公式13.2.2鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算5.鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的剛度計(jì)算最大例1

某工作平臺(tái)梁格，承受平臺(tái)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值值12.5kN/m2（活荷載分項(xiàng)系數(shù)1.3），樓面板永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值3.22kN/m2。主次梁均采用Q235鋼材，主梁為組合梁，次梁為型鋼梁，試選擇次梁型鋼截面（預(yù)設(shè)次梁自重標(biāo)準(zhǔn)值0.8kN/m）。30厚豆石混凝土面層100厚預(yù)制鋼筋混凝土板（與次梁焊接）600060006×2500=150005.500次梁主梁例1某工作平臺(tái)梁格，承受平臺(tái)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值解：次梁擬采用熱軋普通工字鋼，因梁上有面板焊接牢固，不必計(jì)算整體穩(wěn)定，對(duì)型鋼梁也不必計(jì)算局部穩(wěn)定，故只需考慮強(qiáng)度和剛度。

標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)值平臺(tái)板恒荷載3.22kN/m2×2.5m=8.05kN/m×1.2=9.66kN/m平臺(tái)活荷載12.5kN/m2×2.5m=31.25kN/m×1.3=40.62kN/m次梁自重0.8kN/m×1.2=0.96kN/mqk=40.1kN/mq=51.2kN/m以可變荷載效應(yīng)起控制組合荷載設(shè)計(jì)值解：次梁擬采用熱軋普通工字鋼，因梁上有面板焊接牢固，不必計(jì)算次梁內(nèi)力所需截面抵抗矩(205)(1070)初選I40a

W=1086×103mm3>1021(1070)×103mm3。其它截面特性：I=21700×104mm4，S=636.36×103mm3，h=400mm，b=142mm，t=16.5mm>16mm(只能取f=205N/mm2)，tw=10.5mm，腹板與翼緣交接圓角r=12.5mm；質(zhì)量67.65kg/m，重量0.6625kN/m<0.8kN/m（假定值）。次梁內(nèi)力所需截面抵抗矩(205)(1070)初選I40a撓度驗(yàn)算滿足要求。

若次梁與主梁采用等高連接，連接處次梁上部切去50mm，假設(shè)端部剪力由腹板承受。抗剪承載力驗(yàn)算撓度驗(yàn)算滿足要求。若次梁與主梁采用等高連接，若次梁與主梁采用疊接，則梁端剪應(yīng)力次梁支承于主梁的長(zhǎng)度為a=80mm，如不設(shè)支承加勁肋，則應(yīng)計(jì)算支座處局部壓應(yīng)力若次梁與主梁采用疊接，則梁端剪應(yīng)力次梁支承于結(jié)論：次梁截面采用I40a滿足強(qiáng)度和剛度要求。支座處局部受壓承載力驗(yàn)算結(jié)論：次梁截面采用I40a滿足強(qiáng)度和剛度要求。支座處局部受壓作業(yè)1.思考題1～32.計(jì)算題1，2（試驗(yàn)算梁的強(qiáng)度和剛度）P420作業(yè)1.思考題1～3P42013.3鋼梁的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定13.3.1鋼梁的整體穩(wěn)定據(jù)彈性穩(wěn)定理論，雙軸對(duì)稱工字形截面簡(jiǎn)支梁臨界彎矩梁的整體失穩(wěn)1.鋼梁的整體穩(wěn)定概念13.3鋼梁的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定13.3.1鋼梁的整體穩(wěn)第13章-鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件ppt課件選擇合理的截面形狀增加側(cè)向支承的數(shù)量改善梁受壓翼緣的約束情況13.3鋼梁的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定13.3.1鋼梁的整體穩(wěn)定2.提高穩(wěn)定性的主要措施（1）有鋪板（各種鋼筋混凝土板和組合板）密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固地連接，能阻止梁受壓翼緣的側(cè)向位移時(shí)3.規(guī)范規(guī)定可不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定性的情況選擇合理的截面形狀13.3鋼梁的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定13.3（2）H形鋼截面和工字形鋼截面簡(jiǎn)支梁受壓翼緣的自由長(zhǎng)度l1與其寬度b1之比不超過(guò)下表中所規(guī)定的數(shù)值時(shí)13.3.1鋼梁的整體穩(wěn)定3.規(guī)范規(guī)定可不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定性的情況不需計(jì)算整體穩(wěn)定性的最大（2）H形鋼截面和工字形鋼截面簡(jiǎn)支梁受壓翼緣的自由長(zhǎng)度l1與（3）箱形截面簡(jiǎn)支梁，其截面尺寸滿足t1b0twhtw13.3.1鋼梁的整體穩(wěn)定3.規(guī)范規(guī)定可不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定性的情況（3）箱形截面簡(jiǎn)支梁，其截面尺寸滿足t1b0twhtw13.4.梁整體穩(wěn)定的計(jì)算（1）單向受彎整體穩(wěn)定性計(jì)算Mx

——繞強(qiáng)軸作用的最大彎矩；Wx——按受壓纖維確定的梁毛截面模量；φb=σcr/f——梁的整體穩(wěn)定系數(shù)。（2）雙向受彎整體穩(wěn)定性計(jì)算13.3.1鋼梁的整體穩(wěn)定4.梁整體穩(wěn)定的計(jì)算（1）單向受彎整體穩(wěn)定性計(jì)算Mx——（3）梁的整體穩(wěn)定系數(shù)4.梁整體穩(wěn)定的計(jì)算13.3.1鋼梁的整體穩(wěn)定（3）梁的整體穩(wěn)定系數(shù)4.梁整體穩(wěn)定的計(jì)算13.3.1鋼梁1）軋制普通工字鋼梁的整體穩(wěn)定系數(shù) 按附表28采用2）軋制槽鋼簡(jiǎn)支梁h、b、t—為槽鋼截面的高度、翼緣寬度和平均厚度。（3）梁的整體穩(wěn)定系數(shù)4.梁整體穩(wěn)定的計(jì)算13.3.1鋼梁的整體穩(wěn)定1）軋制普通工字鋼梁的整體穩(wěn)定系數(shù)2）軋制槽鋼簡(jiǎn)支梁h、b、3）等截面焊接工字形和軋制H型鋼簡(jiǎn)支梁據(jù)彈性穩(wěn)定理論有（3）梁的整體穩(wěn)定系數(shù)4.梁整體穩(wěn)定的計(jì)算13.3.1鋼梁的整體穩(wěn)定3）等截面焊接工字形和軋制H型鋼簡(jiǎn)支梁據(jù)彈性穩(wěn)定理論有（3）例2

如圖所示Q235鋼焊接工形截面簡(jiǎn)支梁，梁自重設(shè)計(jì)值為1.2×2kN/m，上翼緣承受集中活荷載，梁兩端和跨度中央有次梁連接可作為側(cè)向支承點(diǎn)，試驗(yàn)算梁的整體穩(wěn)定是否滿足要求。xxyyF1=1.4×100kNF2=1.4×150kNF1q=1.2×2kN/m28010161610004×3000=12000例2如圖所示Q235鋼焊接工形截面簡(jiǎn)支梁，解：梁自重設(shè)計(jì)值

q=1.2×2=2.4kN/m活荷載設(shè)計(jì)值

F1=1.4×100=140kN

F2=1.4×150=210kN梁跨中最大彎矩設(shè)計(jì)值

Mmax =2.4×122/8+140×3+210×12/4=1093kN·mF1F2F1q4×3000=12000解：梁自重設(shè)計(jì)值q=1.2×2=2.4kN截面幾何特性A=2×280×16+1000×10=18960mm2Ix=(280×10323-270×10003)/12=3.146×109mm4Wx=3.146×109/516=6.096×106mm3Iy=(2×280×16+1000×103)/12=58.62×106mm42801016161000截面幾何特性2801016161000

跨度正中有一個(gè)側(cè)向支承點(diǎn)，按均布荷載作用于上翼緣，查附表29得截面雙軸對(duì)稱跨度正中有一個(gè)側(cè)向支承點(diǎn)，按均布荷載作用結(jié)論：梁整體穩(wěn)定滿足要求。結(jié)論：梁整體穩(wěn)定滿足要求。組合梁的翼緣板或腹板中壓應(yīng)力或剪應(yīng)力達(dá)到某一數(shù)值后，腹板或受壓翼緣板有可能偏離其平面位置，出現(xiàn)波狀鼓曲。熱軋型鋼由于軋制條件限制，其板件的寬厚比較小，一般能滿足局部穩(wěn)定的要求，不需要計(jì)算。13.3.2鋼梁的局部穩(wěn)定組合梁的翼緣板或腹板中壓應(yīng)力或剪應(yīng)力達(dá)到某一數(shù)值后，腹板或受1.受壓翼緣的局部穩(wěn)定（1）工形或T形截面梁的受壓翼緣板bta當(dāng)計(jì)算抗彎強(qiáng)度取13.3.2鋼梁的局部穩(wěn)定1.受壓翼緣的局部穩(wěn)定（1）工形或T形截面梁的受壓翼緣板bt（2）箱形截面b0bt1.受壓翼緣的局部穩(wěn)定13.3.2鋼梁的局部穩(wěn)定（2）箱形截面b0bt1.受壓翼緣的局部穩(wěn)定13.3.2鋼2.腹板的局部穩(wěn)定13.3.2鋼梁的局部穩(wěn)定對(duì)于無(wú)局部壓應(yīng)力的梁，可不配置加勁肋；對(duì)有局部壓應(yīng)力的梁，應(yīng)按構(gòu)造要求配置橫向加勁肋。（1）當(dāng)時(shí)0.5h0≤a≤2h0a橫向加勁肋h(yuǎn)twh02.腹板的局部穩(wěn)定13.3.2鋼梁的局部穩(wěn)定2.腹板的局部穩(wěn)定13.3.2鋼梁的局部穩(wěn)定應(yīng)配置橫向加勁肋（2）當(dāng)時(shí)0.5h0≤a≤2h0a橫向加勁肋h(yuǎn)twh02.腹板的局部穩(wěn)定13.3.2鋼梁的局部穩(wěn)定應(yīng)配置橫向加2.腹板的局部穩(wěn)定13.3.2鋼梁的局部穩(wěn)定（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束）（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束）（3）當(dāng)應(yīng)在彎曲應(yīng)力較大區(qū)格配置縱向加勁肋。hc/2.5≤h1≤hc/2受壓區(qū)高度hch0h2h1a縱向加勁肋橫向加勁肋h(yuǎn)0h1h2tw2.腹板的局部穩(wěn)定13.3.2鋼梁的局部穩(wěn)定（受壓翼緣扭2.腹板的局部穩(wěn)定13.3.2鋼梁的局部穩(wěn)定（4）局部壓應(yīng)力很大的梁，宜在受壓區(qū)短加勁肋a1h0a1a1h2h1a短加勁肋縱向加勁肋橫向加勁肋2.腹板的局部穩(wěn)定13.3.2鋼梁的局部穩(wěn)定（4）局部壓3.加勁肋的構(gòu)造橫向加勁肋縱向加勁肋bs≥h0/30+40橫向加勁肋外伸寬度橫向加勁肋厚度ts≥bs/15斜角13.3.2鋼梁的局部穩(wěn)定3.加勁肋的構(gòu)造橫向加勁肋縱向加勁肋bs≥h0/30+404.支承加勁肋的計(jì)算（1）承受集中荷載橫向加勁肋應(yīng)在腹板兩側(cè)成對(duì)設(shè)置，并應(yīng)進(jìn)行整體穩(wěn)定和端面承壓計(jì)算bs/3bs/2bsh0刨平抵緊cccccc13.3.2鋼梁的局部穩(wěn)定F4.支承加勁肋的計(jì)算（1）承受集中荷載橫向加勁肋（2）承受支座反力的橫向加勁肋突緣端板ccccc50~100≤2tt4.支承加勁肋的計(jì)算13.3.2鋼梁的局部穩(wěn)定按軸心壓桿計(jì)算支承加勁肋在腹板平面外的穩(wěn)定性。cccccc（2）承受支座反力的橫向加勁肋突緣端板ccccc50~10013.5焊接組合鋼梁截面設(shè)計(jì)1.由受彎強(qiáng)度需求確定截面抗彎抵抗矩（1）單向彎曲梁（2）雙向彎曲梁對(duì)窄翼緣H型鋼和工字鋼，對(duì)槽鋼，13.5焊接組合鋼梁截面設(shè)計(jì)1.由受彎強(qiáng)度需求確定截面抗2.組合鋼梁截面尺寸擬定（1）梁截面高度1）梁截面的最大高度hmax

梁截面的最大高度由建筑高度所限定，由生產(chǎn)工藝和使用要求決定梁的底面