梁(受弯构件)

梁（受弯构件）第一节钢梁的形式和应用第二节梁的强度与刚度第三节梁的整体稳定第四节梁的局部稳定与加劲肋设计第五节梁的截面设计一钢梁的形式和应用梁主要是用作承受横向荷载的实腹式构件（受弯构件），主要内力为弯矩与剪力。钢梁的应用：a.多层或高层房屋中的楼盖梁b.厂房中的工作平台梁、吊车梁、墙梁c.屋盖体系中的檩条d.大跨结构中的桥面梁e.水工钢结构中的钢闸门梁的截面：a.型钢截面b.钢板组合截面c.钢与混凝土组合梁d.蜂窝梁梁的正常使用极限状态为控制梁的挠曲变形梁的承载能力极限状态包括：强度、整体稳定性及局部稳定性；梁格形式主要有：简式梁格（单一梁）、普通梁格（分主、次梁）及复式梁格（分主梁及横、纵次梁）。二梁的强度与刚度一、梁的强度梁在荷载：弯矩、剪力梁的强度：抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度，在弯应力、剪应力及局部压应力共同作用（复杂应力）处还应验算折算应力。1、抗弯强度弹性阶段：以边缘屈服为最大承载力弹塑性阶段：以塑性铰弯矩为最大承载力ynefWM梁的《规范》计算方法GB50018：考虑部分截面发展塑性（1/4截面）为承载力极限状态单向弯曲双向弯曲式中：γ为塑性发展系数。•及直接承受动力荷载时γ=1.0b1指梁翼缘外伸宽度fWMWMyyxxxyfWMxxxyyftbf23515235131二、抗剪强度三、腹板局部压应力四、折算应力两σ同号取1.1，异号取1.2五、梁的刚度控制梁的挠跨比小于规定的限制（为变形量的限制）VwxftIVSfltFzwcfcceq122231ll三梁的整体稳定一、梁的失稳机理梁受弯变形后，上翼缘受压，由于梁侧向刚度不够，就会发生梁的侧向弯曲失稳变形，梁截面从上至下弯曲量不等，就形成截面的扭转变形，同时还有弯矩作用平面那的弯曲变形，故梁的失稳为弯扭失稳形式，完整的说应为：侧向弯曲扭转失稳。从以上失稳机理来看，提高梁的整稳承载力的有效措施应为提高梁上翼缘的侧移刚度，减小梁上翼缘的侧向计算长度二、影响梁整体稳定的因素主要因素有：截面形式，荷载类型，荷载作用方式，受压翼缘的侧向支撑。三、整体稳定计算表达式注意：的计算fWMxbxfWMWMyyyxbxxycrycrbWfMffffWMbryycrrcrxxb三、梁的整体稳定保证措施提高梁的整体稳定承载力的关键是，增强梁受压翼缘的抗侧移及扭转刚度，当满足一定条件时，就可以保证在梁强度破坏之前不会发生梁的整体失稳，可以不必验算梁的整体稳定。四、梁的侧向支撑侧向支撑作用是为梁提供侧向支点，减小侧向计算长度，故要求侧向支撑应可靠，能有效地承受梁侧弯产生的侧向力（实际为弯曲剪力）。如果为支杆应按轴心受压构件计算。夹支座：梁为侧向弯曲扭转失稳，所以支座处应采取措施限制梁的扭转。四梁的局部稳定与加劲肋设计一、概述局部稳定：（钢板组合截面）由于组成构件的板件较薄，在构件强度破坏或整体失稳之前，单块板件失稳，板件鼓曲。翼缘板受力较为简单，按限制板件宽厚比的方法来保证局部稳定性。腹板受力复杂，而且为满足强度要求，截面高度较大，如仍采用限制梁的腹板高厚比的方法，会使腹板厚取值很大。一般可采用加劲肋的方法来减小板件厚度，从而提高局部稳定承载力。图中：1－横向加劲肋2－纵向加劲肋3－短加劲肋二、翼缘板的局部稳定设计原则－－等强原则按弹性设计（不考虑塑性发展γ=1.0）因有残余应力影响，实际截面已进入弹塑性阶段，《规范》取Et=0.7E。若考虑塑性发展(γ＞1.0），塑性发展会更大Et=0.5E。yftb235151yftb235131三、腹板的屈曲屈曲应力统一表达式（k值见表）2022)()1(12)(htEkwcrcr剪切应力屈曲如不设加劲肋，a＞＞b，b/a→0，k≈5.34,χ=1.23弯曲应力弹性屈曲如不设加劲肋，k≈23.9,χ=1.66（1.23,扭转不约束）VywwcrfhthtEk202022)100(123)()1(12Vypcreqcrf38.08.0yVypffywfth235850VywwcrfhthtEk202022)100(793)()1(12ywfth2351770ywfth2351530局部压应力弹性屈曲按a/h0=2设置横向加劲肋，k≈18.4,η=1.0复合应力作用板件屈曲仅配置横向加劲肋配有纵向加劲肋的上区格（偏心受压）配有纵向加劲肋的下区格（偏心受压，σc2≈σc）683.1255.081.10ahywfth2358401)()(22crcrcccr1)()(21121crcrcccr1)()(22222crcrcccr四、加劲肋的配置与构造1、配置规定2、加劲肋的构造横向加劲肋贯通，纵向加劲肋断开；横向加劲肋的间距a应满足，当且时，允许纵向加劲肋距受压翼缘的距离应在范围内；上述各式中，h0为梁腹板的计算高度，hc为梁腹板受压区高度。加劲肋可以成对布置于腹板两侧，也可以单侧布置，支承加劲肋及重级工作制吊车梁必须两侧对称布置。0025.0hah0cywfth235100005.2ha5.2~2cchh横向加劲肋的截面尺寸双侧布置时单侧布置时：bs不应小于上式的1.2倍。截面惯性矩的要求（同时配置横、纵肋时）横向肋：纵向肋：当时当时横向加劲肋应按右图示切角，避免多向焊缝相交，产生复杂应力场。mmhbs4030015ssbt303wzthI305.1wythI30200))(45.05.2(wythhahaI85.00ha85.00＞ha支承加劲肋构造与计算在梁支座处及较大集中荷载作用处，应布置支承加劲肋，支承加劲肋实际上就是加大的横向加劲肋，支承加劲肋分梁腹板两侧成对布置的平板式，及凸缘式两种。其作用除保证腹板的局部稳定外，还应承受集中力作用，故除满足横向加劲肋的有关尺寸及构造要求外，尚满足如下所述几方面承载力的要求。稳定性计算注：平板式按b类；凸缘式按c类端面刨平抵紧示应验算端面承压端面焊接时以及支承肋与腹板的焊缝应按第三章方法验算焊缝强度fANfANcece四钢梁的设计一、型钢梁的设计1、根据实际情况计算梁的最大弯距设计值Mmax；2、根据抗弯强度，计算所需的净截面抵抗矩：3、查型钢表确定型钢截面4、截面验算强度验算：抗弯、抗剪、局部承压（一般不需验算折算应力强度）；刚度验算：验算梁的挠跨比整体稳定验算（型钢截面局部稳定一般不需验算）。根据验算结果调整截面，再进行验算，直至满足。fMWxTmax二、组合梁的截面设计1、根据受力情况确定所需的截面抵抗矩2、截面高度的确定最小高度：hmin由梁刚度确定；最大高度：hmax由建筑设计要求确定；经济高度：he由最小耗钢量确定；选定高度：hmin≤h≤hmax；h≈he，并认为h0≈he3、确定腹板厚度（假定剪力全部由腹板承受），则有：或按经验公式：4.05222TTeWWhmmWhTe3023fMWxTmaxVwwxfthVtIVS0max2.1VwfhVt02.15.30htw3、确定翼缘宽度确定了腹板厚度后，可按抗弯要求确定翼缘板面积Af，已工字型截面为例：有了Af，只要选定b、t中的其一，就可以确定另一值。4、截面验算强度验算：抗弯、抗剪、局部承压以及折算应力强度）；刚度验算：验算梁的挠跨比；整体稳定验算；局部稳定验算根据验算结果调整截面，再进行验算，直至满足。根据实际情况进行加劲肋计算与布置TfwWthAhthhIW2030221222600wTfthhWA5、梁截面沿梁长度的改变梁截面沿梁长度的改变改变翼缘宽度或改变梁高两种方式。梁改变一次截面可节省钢材10~20%。如改变次数增多，其经济效益并不显著。6、腹板与翼缘焊缝的计算连接焊缝主要用于承受弯曲剪力，单位长度上剪力为：当梁上承受固定的集中荷载且未设支承了时，上翼缘焊缝同时承受剪力T1及集中力F的共同作用，由F产生的单位长度上的力V1为：IVStTw111wffffhT17.021IfVSfThwfwff4.14.111zwwzwclTttlTtV1wfffffhVhT2121)7.02()7.02(2121)(4.11fwffVTfh7、梁的拼接梁的拼接工厂拼接：受钢材尺寸的限制，在工厂把钢材接长或接宽工地拼接：受运输或安装条件限制，梁须分段制造，运至建设现场后在工地进行的拼接工厂拼接：a.钢梁的拼接位置宜位于弯矩较小处。b.翼缘与腹板的拼接位置宜错开，并避免与加劲肋或次梁连接处重合，以防止焊缝密集与交叉。c.拼接宜采用对接焊缝。工地拼接:a.翼缘与腹板的拼接宜基本上在同一位置，减少分段运输碰损。b.工地施焊条件较差，宜尽量采用摩擦型高强度螺栓进行拼接。8、次梁与主梁的连接9、梁的支座钢梁支于钢柱的支座或连接将在后续章节中讨论，本节介绍梁支于砌体或钢筋混凝土柱上的支座。常用平板支座、弧形支座、铰轴式支座。