钢结构第三章2梁.ppt

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1、第三章 受弯构件梁,第四节 型钢梁设计,一、类型 热轧型钢： 工字钢，槽钢，T型钢，H型钢 框架梁，楼层梁，屋面梁 单向受弯梁,第三章 受弯构件梁,冷弯型钢： C型钢，Z型钢 墙梁，檩条， 双向受弯梁,设计简单，制作方便,第三章 受弯构件梁,二、设计过程 (1)已知构件内力(最大弯矩M、剪力V) (2)选择截面形式(工字钢，槽钢) (3)按照抗弯强度确定截面抵抗矩 WnxMx/gxf (3)查型钢表选择型号 (4)验算构件的整体稳定性和挠度 Mx/jbWx f w/l w/l (5)调整截面尺寸,第三章 受弯构件梁,例题：设计热轧工形简支次梁，恒载3kN/m2，活载4.5kN/m2，采用Q23

2、5-B钢材，次梁跨度6m，间距3m。,第三章 受弯构件梁,解：梁跨度l=6m，钢材抗弯强度f=215N/mm2 ，抗剪强度fv=125N/mm2 (1)楼面荷载标准值qk=3.0+4.5=7.5kN/m2， 荷载设计值q=1.23.0+ 1.44.5=9.9kN/m2 (2)梁线荷载标准值qkl=3.07.5kN/m2 = 22.5kN/m 设计值ql= 3.09.9kN/m2 = 29.7kN/m (3)梁跨中弯矩Mx= 29.7 62/8 =133.65kNm 工形截面塑性发展系数gx= 1.05 所需截面抵抗矩WxMx/ gx f = 133.65 106 /(1.05215) =0.5

3、92 106mm3,第三章 受弯构件梁,(4)查表选截面I32a，A=6712mm2，Ix= 1.108 108mm4， Wx= 0.692 106mm3 ， Sx= 0.4 106mm3 ， h= 320mm ， tw= 9.5mm (5)计算抗剪强度 剪力V= 29.7 6/2 =89.1kN t=V Sx/twIx= 33.8N/mm2fv (6)计算挠度 w=5qkll4/384EIx=16.6mm w/l =1/3601/250满足要求,第三章 受弯构件梁,(7)整体稳定计算 楼板与梁可靠连接可不必计算整体稳定性,否则应计算整体稳定性：查表 稳定计算 截面应改为 选用I40a， A=

4、8607mm2， Wx= 1085 cm3 面积增加28%,否则应计算整体稳定性：查表 稳定计算 截面应改为 选用I40a， A=8607mm2， Wx= 1085 cm3 面积增加28%,否则应计算整体稳定性：查表 稳定计算 截面应改为 选用I40a， A=8607mm2， Wx= 1085 cm3 面积增加28%,第三章 受弯构件梁,第五节 焊接组合梁的截面选择和截面改变,应用 (1)荷载和跨度较大的梁，无法选到合适的型钢 (2)焊接梁应用比热轧型钢梁广泛 (3)工字形和箱形截面，优化截面尺寸,第三章 受弯构件梁,设计步骤： 内力计算 截面选择: 截面高度h、宽度b、腹板厚度tw、翼缘厚度

5、tf 验算（强度、刚度、稳定） 截面改变（在弯矩较小处） 翼缘焊缝计算 局部稳定验算（腹板加劲肋设计）,第三章 受弯构件梁,一、截面选择,1、确定梁高,，腹板高度,考虑建筑高度、刚度、经济三方面要求 a、建筑高度决定梁的最大高度,b、刚度要求决定最小梁高,第三章 受弯构件梁,相对挠度,第三章 受弯构件梁,令,讨论： 当,，令,充分利用钢材强度，,满足刚度要求,第三章 受弯构件梁,当,令,不能满足刚度要求，若使,则,，不能充分发挥钢材强度,水工：梁的应力和挠度均按标准值计算， 不需考虑荷载分项系数1.3,令,第三章 受弯构件梁,变截面梁,：截面改变程度系数,：跨中、支承端的截面惯性矩,：随截面改

6、变方式而定的系数,第三章 受弯构件梁,单轴对称截面：,第三章 受弯构件梁,C、经济梁高 ：,梁每单位长度的重量,令,则,第三章 受弯构件梁,：翼缘构造系数，变截面,等截面,0.8,1.0,：腹板构造系数，一般取,1.11.2,引入估算腹板厚度的经验公式：,W：梁所需截面抵抗矩,以,计,第三章 受弯构件梁,对h求导,等截面梁,变截面梁,梁高选择,一般选用比经济梁高,小1020,h以50mm的倍数选取,第三章 受弯构件梁,2、腹板厚度,经验公式,符合钢板规格，注意防腐蚀要求,3、翼缘宽度、厚度,满足弯应力强度，整体稳定和局部稳定要求,（Q235）,第三章 受弯构件梁,经验估算 (1)梁高按高跨比估

7、算h/l=1/151/20，取20mm倍数，考虑连接空间，h200mm (2)梁宽按高宽比估算b/h=1/42/3，取20mm倍数，考虑搭接长度， b170mm (3)腹板厚度按高厚比估算h/tw=4080，tw 6mm ，取2mm倍数 (4)翼缘厚度按宽厚比估算b/tf=2030，tf 8mm ，取2mm倍数，并使tf tw,第三章 受弯构件梁,4、验算 实际截面尺寸计算截面特性 I、W、A 强度、刚度、整体稳定、局部稳定,二、组合梁截面改变,改变方式：改变梁高和改变翼缘宽度,1、梁高改变,第三章 受弯构件梁,支承端梁高,支座处梁高减小，验算剪应力强度,为支承端截面惯性矩和面积矩,第三章 受

8、弯构件梁,2、翼缘改变：改变翼缘宽度,改变位置在离支座,a、窄翼缘板的宽度,由翼缘开始改变处的弯矩,确定,第三章 受弯构件梁,b、折算应力验算,第三章 受弯构件梁,第六节 焊接组合梁的翼缘焊缝和梁的拼接,一、翼缘焊缝的计算,作用：阻止滑移，承担接缝处纵向水平剪力T,第三章 受弯构件梁,翼缘和腹板交界处的纵向水平剪应力,沿梁单位长度上的纵向剪力,（N/mm）,并满足构造要求,第三章 受弯构件梁,二、组合梁拼接,工厂拼接,拼接位置： 尽量设在弯矩较小处 翼缘和腹板拼接位置应错开， 采用对接直焊缝 腹板的拼接焊缝与横向加劲肋间距,10,第三章 受弯构件梁,工地拼接,连接方法：对接焊缝连接 高强螺栓连

9、接,第三章 受弯构件梁,翼缘拼接板及其高强螺栓连接： 按轴心受力的连接计算,腹板拼接板及其高强螺栓连接： 按受剪力和扭矩共同作用计算,所受的轴心力为翼缘板的最大承载力，即,剪力V为梁截面上的全部剪力,扭矩为按刚度分配到腹板上的弯矩,第三章 受弯构件梁,第七节 梁局部稳定性,一、概念 (1)截面受弯上翼缘受压，腹板有受压区 (2)腹板受剪 (3)集中荷载局部压应力,第三章 受弯构件梁,梁丧失局部稳定： 钢板过于宽薄时，当板中压应力或剪应力达到某一数值后， 在构件发生强度破坏或丧失整体稳定前，发生波形鼓曲。,第三章 受弯构件梁,二、各种受力状态下的局部稳定性,薄板弹性失稳，临界应力,板稳定系数，k

10、与应力分布和边界条件有关,k ：,b压应力：垂直应力方向的边长（受载边边长） 剪应力：板的短边边长,非弹性阶段,第三章 受弯构件梁,1、翼缘局部稳定,半个翼缘板：三边简支，一边自由,弹性阶段,最小稳定系数为,非弹性阶段,对于Q235钢，,第三章 受弯构件梁,局部失稳不先于强度破坏，,规范规定：,考虑截面塑性发展，翼缘均匀受压应力fy,第三章 受弯构件梁,2、腹板局部稳定,(1)四边支承板，复杂应力状态 (2)边缘压应力，剪应力，局部压应力 (3)保证单一应力下不发生局部失稳 (4)保证多应力下不发生局部失稳,第三章 受弯构件梁,(1)纯弯（跨中部腹板区段） 受压区失稳， 四边简支板 k=23.

11、9 弹性失稳临界应力,考虑弹塑性失稳和嵌固效应,：弹性模量折减系数,：弹性约束系数1.61,第三章 受弯构件梁,不发生弯曲失稳的条件scr fy,考虑缺陷和残余应力,第三章 受弯构件梁,(2) 纯剪（组合梁支承附近的腹板区段）,第三章 受弯构件梁,保证腹板受剪屈服前不失稳的条件tcr ty =0.58fy,考虑缺陷和残余应力,第三章 受弯构件梁,(3)局部压力 受集中力作用，类似于受压薄板，临界应力,第三章 受弯构件梁,保证腹板边局部屈服前不失稳的条件scr fy,考虑缺陷和残余应力,第三章 受弯构件梁,(4)多种应力共同作用,相关方程,第三章 受弯构件梁,三、提高腹板稳定性的方法,控制宽厚比

12、提高临界应力fy 布置加劲肋提高刚度，减小变形 纵向加劲肋避免弯曲压应力失稳，受压区 横向加劲肋避免剪切应力失稳，剪力大区域 支承加劲肋避免局部压应力失稳，集中力处,第三章 受弯构件梁,四、腹板加劲肋布置和计算,局部布置横向加劲肋支座、端部，有固定集中荷载处,1、,2、,布置横向加劲肋，间距a=0.52ho ，均匀布置,第三章 受弯构件梁,第三章 受弯构件梁,3、横向加劲肋间距a验算 (1)腹板边缘无局部压应力(c=0)受集中荷载处有加劲肋,当 时，a按构造设置a=0.52ho,当 时，,当 时，,第三章 受弯构件梁,h 考虑了弯曲应力 的影响，弯矩 M 和剪力V 取计算区格内的平均值,s为腹

13、板边缘的最大弯曲正应力，t为平均剪应力,第三章 受弯构件梁,4、,同时布置横向加劲肋和纵向加劲肋,(1)纵向加劲肋布置在压应力区 (2)纵向加劲肋布置在横向加劲肋之间,(2) 区格I计算,时，,时，,5、纵向加劲肋计算 (1) 加劲肋位置 布置在压应力区,第三章 受弯构件梁,第三章 受弯构件梁,(3) 区格II计算按仅设横向加劲肋计算,时，用h2代替ho替并取h=1,计算吊车梁时，局部压应力取0.3sc ，用h2代替ho计算,第三章 受弯构件梁,五、加劲肋尺寸,横向加劲肋 ：宽度：bsho/30 + 40 厚度：ts bs/15 构造双面角焊缝连接，切角避免焊缝集中,第三章 受弯构件梁,六、支承加劲肋,验算15tw范围内: (1)端部承压T形或十字截面 (2)短柱稳定计算长度ho (3)加劲肋连接角焊缝,第三章 受弯构件梁,第八节 梁的支承,一、梁格连接 按方位分 层叠连接： 侧面连接,第三章 受弯构件梁,按受力分 (1)铰接腹板传剪力 (2)刚接翼缘传弯矩，腹板传剪力,第三章 受弯构件梁,二、梁的支座,平板支座,弧面支座,辊轴支座,