第五章-实腹式受弯构件.ppt

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1、2019/2/13,物流工程学院 WHUT,1,第五章 实腹式受弯构件梁,51 梁的种类和截面式,52，型钢梁的设计,53 组合梁设计,54变截面组合梁,55，梁的整体稳定性,56，组合梁的局部稳定性,57组合梁的构造设计和工艺设计,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,2,梁主要承受横向弯曲的突腹构件 梁在起重机中的应用举例： 桥式起重机的主端梁 门式起重机的桥架主梁 门坐起重机的转台梁，平衡梁,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,3,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,4,51 梁的种类和截面式,一 种类：（1）型钢梁 （2）结合梁： 型钢型钢 型钢钢板 钢板钢板 型

2、钢梁： 优点制造简单，周期短，成本低 缺点截面尺寸受限，厚度大，自重 大，不经济。,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,5,结合梁：优点尺寸可以任选，易达到设计要求 缺点制造费工，成本较高 一，梁的截面形式 详见P118 常用截面形式 工字形用于单向受弯 箱 形用语双向受弯,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,6,52，型钢梁的设计,一，型钢安全正常工作条件:,二，设计步骤（以两端简支，受一集中力的 梁为例） 与轴心受力构件设计不同，轴心受力构件=N/Aj, ,或=A/A中，,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,7,求A需，以及从=l/r中求r需，根据A，r需（h需）选

3、型钢，而梁从=M/W中求W需，和从y=PL3/(48EI)(两端铰支梁)中求I需，然后依据W需，I需查表选型钢,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,8,1，由强度条件确定W需 . W需M/（按组合计算内力） M最大弯矩 材料的许用应力 2，由刚度条件确定I需 .,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,9,yL许用饶度，查P56，表215. 说明：两个集中力的情况.,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,10,.由需，需查型钢表选型钢。 .验算 1）强度： （）正应力：/单向 弯曲 . x/jx+y/jy 双向弯曲 x,y同一截面内力 jx，jy同一点的值,2019/2/13

4、,物流工程学院 WHUT,11,梁的最大剪力 梁截面的最大面积矩 腹板厚度 （3）局部压应力： 跨中由集中载产生的局部压应力（对腹板而言）,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,12,其中c集中力分布长度 c=a+2hy 跨端支座处：,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,13,c=a+hy,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,14,1,m 应带各自的正负号 1.1考虑验算点处材料强度为最低的概率较小而提高许用应力的倍数。,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,15,（5）当集中轮压P作用于工字钢下板时，还 应考虑由轮压引起的局部弯曲应力，验算由整体弯曲和局部弯曲产生

5、的总应力（详见p224-225）. 2）刚度: 静刚度：y=PL3/(48EI)yL或：y= PL3/(48EI)yL 动刚度：（用户有要求时） 式中符号意义详见P120121 3）整体稳定性：,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,16,在55中讨论 53 组合梁设计 一，组合梁合理梁高的确定 观察：强度：,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,17,刚度：,结论：梁高h是设 计的关键尺寸,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,18,1，由强度条件确定的经济梁高h 梁自重 =+腹 思路：设法将表为梁高h的函数： =f(h),I=wh/2 又,2019/2/13,物流工程学院

6、 WHUT,19,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,20,式中：w=M/ 腹板总厚，参考表51选取 k系数，与构造有关，根据经验由 p124中的统计值选取。 1.由刚度条件确定的 经济梁高：h,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,21,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,22,.同时满足强度，刚度条件的特征梁高ha 满足强度条件所需的I=hw/2 令I=Is，即：hw/2=Is，得hd=2Is/W 由图可见：当hhd时，h由（强度条件） 控制；当hhd时，h由Is(刚度条件)控 制。 .合理梁高h的确定：,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,23,情形：（a）

7、hhd,hshd, 合理梁高h(由强度控制) 情形：（b） hhd,hshd, 合理梁高hs(由刚度控制) 情形：（c） h hd,hshd, 合理梁高hd 结论：对有效曲线（图中红线）最小值对应的高h即为合理的梁高，设计时，先分别计算出h ，hd，hs进行比较，确定合理的梁高,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,24,一， 组合梁的截面设计： .腹板尺寸：ho,确定 取ho=h是园整数（10mm的倍数） ：对工字形 =6+2h/1000（mm） 箱形 ：=4+2h/1000（mm） （单块） 通常：=616mm中选取，且以2mm为间隔 。,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,

8、25,.翼板尺寸b(bo),t,确定：,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,26,综合考虑整体稳定性，局部稳定性等等条件确定b, t的分配 b0: 由整体稳定性条件： 工字形：b=(1/21/6)h 箱形： b0h/3 由水平刚度条件： 箱形：b0L/60(或h/3.5) 由工艺条件：箱形：b0300mm, 当h0650时b0,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,27,t:由局部稳定性条件：,由工艺条件：,注：截面尺寸往往参考同类产品类比初定，然后验 算，调整常用方法,3.验算： 1）强度：,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,28,当集中轮压在正轨箱形梁或半偏轨箱形梁

9、的上翼 板时，还应考虑集中轮压引起的局部弯曲应力，验 算由整体弯曲和局部弯曲产生的总应力，详见 p234p238,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,29,疲劳验算（A6以上） 部位： a)受拉翼板的对接焊缝及近缝区基本金属 b)横隔板下端（腹板受拉区）焊缝及腹板近 缝区基本金属,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,30,2）刚度：,3）整体稳定性（在55中讨论） 4）局部稳定性（在56中讨论）,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,31,54变截面组合梁 一，设计目的：G， 适用于大跨度梁。 二，设计依据：等强度条件 任一截面处 。,三，设计方法： 1.改变翼板宽,20

10、19/2/13,物流工程学院 WHUT,32,2.改变翼板厚（不常用） 3.改变腹板高（常用） h1=0.5h l1=(1/41/8)L 注意：应使截面平缓过渡 突变部位应验算zs 绕度计算与等截面不同， 按p130131式（533）， （534）计算,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,33,55，梁的整体稳定性 一.概念 梁在横向载荷P作用下，当P增大到临界值Pcr时，梁就会发生侧向弯曲且伴随扭转变形而丧失承载能力称为梁整体失稳。 失稳时的临界载荷：Pcr 失稳时的临界弯矩：Mcr 失稳时的临界应力：cr,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,34,二，整体稳定性计算是式：,

11、2019/2/13,物流工程学院 WHUT,35,k屈服系数，与载荷情况，种类，作用位置和支撑条件有关 EIy对截面弱轴y的抗弯刚度 GIn截面抗扭刚度 Lc梁的设计长度,3.几种典型常见截面梁计算或取值。 1）组合工字形截面简支梁 （1）双轴对称,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,36,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,37,Lc梁的计算长度（受压翼板的自由度） （2）单轴对称 w按式计算，但应以b1,t1代替式中的b,t,k1的取值按以下规定：,y2,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,38,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,39,2）组合工字形截面悬

12、臂梁 . 双轴对称： w按式计算，但取k1=1 k2,k3查p135，表54 Lc悬臂长 3）轧制工字钢梁 简支： w由p374375,附表11，12查取 悬臂： w按式计算按 4）轧制槽钢梁,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,40,5）箱形截面组合梁 通常设计时，由构造条件保证 不必验算整体稳定性,4.进刀塑性阶段后 w是修正,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,41,已经成表，P375， 附表13,小结：当计算或查表（附表13）得出,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,42,不必验算整体稳定性,三,不需要验算整体稳定性的条件,1.箱形梁 时,2.两端铰支工字形截面

13、梁端是p138表5-5的最大Lc /b时,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,43,3.有刚性辅板,走台与受压翼板牢固相连时,四,提高梁整体稳定性的措施,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,44,整体稳定性计算小结：,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,45,56，组合梁的局部稳定性,局部稳定性的概念 受压应力 ，剪应力， 局部压应力 的作用 下的易板和腹板当以上 压应力达到一定值 后产生波形屈曲的现象丧失平面稳定平衡状态，称梁的局部失稳。 局部失稳后，失稳区部分退出工作，削弱了梁的截面，使梁变形增大，强度和整体稳定性承载能力下降，以致使梁整体破坏。引起梁局部失稳的应力

14、： （压），,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,46,失稳模式：产生纵向波，波峰在对称线上 加强措施：对称线上加纵筋,二.局部失稳模式与加强局部稳定性措施 1. （压）作用下 1).四边简支，两边均匀受压,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,47,产生纵向波，波峰在受压区 措施：受压区加纵筋,2).四边简支，两边非均匀受压,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,48,产生纵向半波，波峰在自由边 加强措施：增大板厚t,3).三边简支，一边自由，两边均匀受压,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,49,2.作用下,1）四边简支正方形板， 产生450方向斜菱形波 2）四

15、边简支长板 产生弱550方向的斜菱形波 理论加强措施加斜筋 实际加强措施加横筋,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,50,3. 作用下 四边简支板 产生横向扁平半波 措施：加横筋,4. ， 联合作用 下：波形复杂,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,51,三.板的局部稳定性临界应力,1.在弹性范围内 1) （压）单独作用下： 2) 单独作用下： 3) 单独作用下： 式中：x板边弹性嵌固系数：x=11.26(见P140) 板的屈服系数，由表5-6计算查取,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,52,欧拉应力：,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,53,几种特殊情况下

16、的 (前提： = - 1),当,2.弹塑性范围内：,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,54,四.翼板不失稳的条件和提高局部稳定性措施 1.工字形截面受有压翼板 三边简支，一边自由， 两边均匀受压板 （梁强度设计准则：(s） 边缘纤维屈服准则,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,55,若不满足，采取,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,56,2. 箱形截面受压翼板 四边简支，两边均匀受压板,取,得,， 取,若不满足，采取加纵向筋,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,57,五.腹板的加筋布置与局部稳定性验算,腹板受力复杂，难以导出不失稳的条件，通常根据经验先布置筋

17、板，然后分区验算 加筋：刚性筋须满足一定的刚度条件 柔性筋起重机中一般不用 1.筋板布置：,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,58,1) 当,时，沿梁全长布置横筋（工艺筋）,，且,2）当,时，沿全长布置横筋,取,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,59,3）当,时,沿全长布置横筋及受压区一道纵筋,4）当,时，,a同2），,此外：有集中力作用处应力加支撑横筋；,a取值同2），,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,60,有集中移动载荷作用的工字形 截面腹板及正轨箱形截面梁，应加短筋,，通常,3.分区验算局部稳定性,验算区段板边折算应力,2019/2/13,物流工程学院 W

18、HUT,61,，,，,取值规定见P149,板的稳定性需用应力,其中：,见前面,式,见前面,式,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,62,2）支撑筋,作用传递支反力或固定集中力,57组合梁的构造设计和工艺设计,一、加强筋构造设计 筋板种类：,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,63,3）构造筋,作用控制制造 变形,2.设计要求： 间隔筋：要求（1）具有足够的刚度 横筋板宽be，原e及惯性矩Ie应分别满足式 （562a，62b，式563）要求 纵筋：腹板纵筋应满足表5-8要求 板纵筋应满足式（5-64）要求 支撑筋：要求：保证有效地传力，具体详见p152 构造筋：无特殊要求，见p1

19、53 筋板的合理构造要求详见p153154,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,64,二、梁的拼凑，梁与其它构件的连接。（自学）,1.引起梁下绕的原因： 1）移动载 2）自重载 3）焊接变形,三、梁的上拱设计,2.下绕后果：增加小车 爬坡阻力或产生淄车现象,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,65,3.上拱曲线方程：,通常,梁的计算举例： 已知：q=24kN/m作用于上翼板，材料Q235， =176MPa,=100Mpa, =1/700工作级别A6， 试校验梁的强度、刚 度、稳定性。,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,66,解：1.计算内力,2.计算有关载荷几何特性参

20、数,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,67,3.强度验算,跨中截面：,跨端截面：,强度够。,4.刚度验算：,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,68,5.整体稳定性验算：,允许最大,计算：（查表P138，表5-5）,由,不需验算的,实际,，应验算,计算,，（双轴对称工字型截面）,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,69,整体稳定性不够。 采取中间加一侧向支承的措施，使,=12000。,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,70,计算,由附表13查得,整体稳定性够。,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,71,6.局部稳定性验算： 1）翼板：,2）腹板：,，应加横筋。,由工艺条件取a=2000，其间距布置：,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,72,区：,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,73,（进入弹塑性范围）,，（见P145）,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,74,取n=1.33 (类载荷组合),区局部稳定性够,区：,2019/2/13,物流工程学院 WHUT,75,取x=1.26 ，由,查表5-6，,局部稳定性足够。,