最新型钢抗弯强度计算.ppt
第一节 绪论第二节 抗弯强度第三节 规范强度计算公式第四节 梁的整体稳定计算第五节 焊接组合梁的局部稳定和加劲肋设计第六节 薄板屈曲后强度第七节 考虑腹板屈曲后强度的梁设计第八节 型钢梁的截面设计第九节 焊接组合梁的截面设计第十节 梁的拼接,第五章 受弯构件,概念：承受横向荷载，楼盖梁、吊车梁、檩条、桥梁等；分类：,第一节 绪 论,实腹式,格构式：当跨度超过40m时，最好采用格构桁架,型钢截面：加工方便、制造简单、成本低；,组合截面：型钢没法满足强度和刚度要求时；,梁格：纵横交错的主次梁组成的平面体系（1）简式梁格：单一主梁（2）普通梁格：分主、次梁（3）复式梁格：分主梁及横、纵次梁 梁板共同作用：（1）共同工作：组合楼板（2）不共同工作：一般的钢筋混凝土楼板,第一节 绪 论,第二节 抗弯强度,截面正应力发展三个阶段：（1）弹性阶段：承受动力荷载（2）弹塑性阶段：静力荷载或者间接动荷载（3）塑性阶段：,截面弹塑性阶段抗弯承载力：,矩形截面：,(1)弹性阶段：(2)塑性阶段：(3)弹塑性阶段:,截面形状系数：,部分截面发展塑性（1/4截面，a=h/8）为极限状态：式中：为塑性发展系数，按P172，表5.1;有两种情况下塑性发展系数取1.0；,第三节 规范采用强度计算公式,一、弯曲正应力,二、抗剪强度,方法：剪力流理论分析，假定沿薄壁厚度方向均匀分布；,(1)当计算腹板上任一点竖向剪应力时：为计算剪应力处以上或以下毛截面对中和轴x的面积矩；(2)当计算翼缘上任一点的水平剪应力时：以左或右毛截面对中和轴x的面积矩；,为计算剪应力处截面厚度；,三、腹板局部压应力,移动集中吊车轮压,固定集中荷载（支座反力）,四、复杂应力状态下折算应力,第四节 梁的整体稳定计算,一、基本概念,整体失稳现象：,机理分析：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内的弯曲变形，故梁的整体失稳为弯扭失稳形式，完整的说应为：侧向弯曲扭转失稳。,二、单轴对称截面简支梁临界弯矩计算公式：,（1）C1、C2、C3荷载类型有关（2）Iy、Iw、It截面惯性矩（3）L侧向无支撑长度（4）a高度方向作用点位置（5）,影响钢梁整体稳定性的主要因素（1）梁侧向无支撑长度或受压翼缘侧向支承点的间距L1，L1越小，则整体稳定性愈好，临界弯矩值愈高。（2）梁截面的尺寸，包括各种惯性矩。惯性矩愈大，则梁的整体稳定性愈好，特别是梁的受压翼缘宽度b1的加大，还可以提高公式中的y。（3）梁端支座对截面的约束,如能提高对截面y轴的转动约束，那么梁的整体稳定性将大大提高；（4）所受荷载类型，纯弯、均布荷载、跨中集中荷载（5）沿截面高度方向荷载作用点位置，a值；上翼缘为负，下翼缘为正；,三、整体稳定性的验算,单个平面内弯曲:,四、整体稳定系数,1、焊接工字形截面、双轴对称、纯弯荷载,2、焊接工字形截面、单轴对称（截面不对称及不同荷载影响）,当 时则取稳定系数为：,3、轧制普通工字钢简支梁,4、热轧槽钢钢简支梁,5、双轴对称工字形截面悬臂梁,四、整体稳定系数,五、整体稳定性的保证,1有铺板(钢筋混凝土板和钢板)密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连接，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时；2H型钢或工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度L1与其宽度b之比不超过表5.4所规定的数值时.表5.4 H型钢或工字形截面简支梁不需计算整体稳定性的最大L1/b1值,六、整体稳定性的验算步骤,1、判断是否需要验算整体稳定；2、计算截面参数；3、根据荷载情况查的等效临界弯矩系数b；4、代入公式求得整体稳定系数b，验算整体稳定；,算例5-2，5-3,第五节 梁的局部稳定与加劲肋设计,一、概述 翼缘板：受力较为简单，仍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，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，会使腹板取值很大，不经济，一般采用加劲肋的方法来减小板件尺寸，从而提高局部稳定承载力。,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（不考虑塑性发展取=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(1.0），塑性发展会更大Et=0.5E,三、腹板的屈曲,仅配置有横向加劲肋的腹板 同时配置有横向加劲肋和纵向加劲肋的腹板（1）受压翼缘与纵向加劲肋之间（2）受拉翼缘与纵向加劲肋之间 在受压翼缘与纵向加劲肋之间设置短横肋,1.复合应力作用板件屈曲,（1）在腹板两侧成对配置的钢板横向加劲肋 外伸宽度 厚度（2）在腹板一侧配置的钢板横向加劲肋，外伸宽度：应大于按上式算得的1.2倍，厚度：应不小于其外伸宽度的1/15。,2.腹板加劲肋的构造要求,（4）横向加劲肋端部的处理：,（3）在同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板中，应在其相交处将纵向加劲肋断开，横向加劲肋保持连续。其绕z轴的惯性矩还应满足：,2.腹板加劲肋的构造要求,（1）稳定性计算：支承加劲肋按承受固定集中荷载或梁支座反力的轴心受压构件，计算其在腹板平面外的稳定性。此受压构件的截面面积A包括加劲肋和加劲肋每侧15tw范围内的腹板面积，计算长度近似地取为h0。,3、支承加劲肋,（2）承压强度计算 梁支承加劲肋的端部应按所承受的固定集中荷载或支座反力计算，当加劲肋的端部刨平顶紧时，计算其端面承压应力：式中 fce 钢材端面承压的强度设计值；Ace 支承加劲肋与翼缘板或柱顶相接触的面积。,腹板横肋设计步骤1、判断是否需要设置横肋；2、横肋设置，确定间距a，bs，ts；3、腹板在复合应力状态下的验算；4、支承加劲肋验算：包括焊缝（横肋与腹板连接）、轴压稳定验算（绕z轴平面外稳定）、强度验算；,第六节 薄板屈曲后强度,一、薄板屈曲后强度概念及缘由分析：板中部产生横向拉应力约束板的纵向进一步弯曲变形，使板能继续承受增大的压力,二、考虑屈曲后强度的腹板抗剪承载力分析：1、屈曲后抗剪承载力：公式（594）2、抗剪承载力包括两部分：屈曲剪力（屈曲强度）张力场剪力（屈曲后强度）3、张力场剪力：（1）张力场法（复杂）；（2）规范,（594）,（576）,三、考虑屈曲后强度的腹板抗弯承载力分析：考虑腹板屈曲后抗弯承载力稍有下降 两个假设：（1）有效高度；（2）受拉区与受压区对称 承载力计算公式：,四、考虑屈曲后强度梁的计算公式（同时承受弯矩和剪力）,式中 M，V 为同一梁截面的弯矩和剪力设计值；当 V 0.5Vu，取V=0.5Vu；当 M Mf，取M=Mf；表明：（1）当截面上的M 小于翼缘所能承受的Mf，则腹板可承受的剪力为Vu；（2）当截面上的V 0.5Vu，取M=Meu,五、考虑屈曲后强度时横向加劲肋设计（1）如果仅设置支承加劲肋不能满足式5.99时，应在腹板两侧成对设置横向加劲肋以减小区格的长度。（2）横向加劲肋的截面尺寸要满足式5.85对腹板加劲肋的构造要求（3）钢结构规范要求将中间横向加劲肋当作轴心受压构件，按以下轴心力计算其在腹板平面外的稳定性：Ns=Vu crhwtw当加劲肋还承受集中的横向荷载F 时，Ns 还应加上F。,第七节 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、根据抗弯强度和整体稳定，计算所需的截面抵抗矩：3、查型钢表确定型钢截面4、截面验算（1）强度验算：抗弯、抗剪、局部承压、折算应力；（2）刚度验算：验算梁的挠跨比（3）整体稳定验算（型钢截面局部稳定一般不需验算）。（4）根据验算结果调整截面，再进行验算，直至满足。,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（1）最小高度：hmin由梁刚度确定；（2）最大高度：hmax由建筑设计要求确定；（3）经济高度：he由最小耗钢量确定 选定高度：hminhhmax；3、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、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，以工字型截面为例：有了Af，只要选定b、t中的其一，就可以确定另一值。5、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（翼缘板）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,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肋时，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：,三、焊接组合梁的截面改变,目的：节约钢材，弯矩在变 截面改变方法：1、翼缘宽度改变；2、翼缘厚度或者层数改变；3、腹板高度和厚度改变；注意点：1、只是对跨度较大者采用；2、截面变化应该平缓，防止出现较为严重的应力集中；3、应该验算折算应力；,第八节 钢梁的拼接,1、分类：工厂拼接和工地拼接；2、型钢：坡口焊接和拼接板焊接；3、组合梁拼接中：腹板和翼缘的拼接错开（工厂拼接）腹板和翼缘的拼接同一截面（工地拼接）；注意点：1、所有的拼接均应布置在弯曲正应力较小处；2、工地焊接的质量很难保证,第九节 主、次钢梁的连接和梁的支座,一、主、次钢梁的连接：叠接和平接；二、梁的支座 平板支座 弧形支座 铰轴支座,
