受弯构件钢结构设计原.ppt
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1、受弯构件,本章学习要求和指导,受弯构件同轴心受拉、受压构件一样,是钢结构常用的构件形式,主要承受横向荷载,也称梁。但受弯构件不同于轴心受力构件,它承受弯矩、剪力和局部范围内的集中荷载,故其强度计算比较复杂,同时当梁受压翼缘侧向支撑点间的距离较大时,还须考虑受弯构件整体稳定,对组合板件则应计算局部稳定,同时根据规定配置不同加劲肋,以及在集中荷载处设置支撑加劲肋等,除此之外还须验算正常使用极限状态下刚度,使其挠度不超过规定值。所以受弯构件的计算内容比较多,其受力性能和计算方法比较复杂。,5 受弯构件设计,1、掌握受弯构件类型与截面形式2、掌握受弯构件主要破坏形式3、掌握受弯构件强度4、掌握受弯构件
2、的整体稳定5、掌握受弯构件的局部稳定6、掌握受弯构件的刚度7、掌握受弯构件设计,本章学习要点,5 受弯构件设计,本章学习目标,通过本章内容学习,对受弯构件进行强度、整体稳定、局部稳定和刚度四个方面验算,能根据受弯构件跨度、荷载等情况正确进行构件设计,并考虑其构造措施,做到既安全又经济。,5 受弯构件设计,一、类型,1、受弯构件定义 只受弯矩作用或弯矩与剪力共同作用的构件。,受弯构件类型与截面形式,梁计算简图,5 受弯构件设计,受弯构件类型与截面形式,热轧型钢截面,组合截面,冷弯薄壁型钢截面,空腹式截面,钢与混凝土组合截面,按制作方法分,实腹式,空腹式(蜂窝梁),型钢截面,组合截面,热轧,冷弯薄
3、壁,焊接或铆接,钢与混凝土,2、受弯构件分类,5 受弯构件设计,按支承情况分:简支梁、连续梁、悬臂梁等。,受弯构件类型与截面形式,按受力情况分:单向弯曲和双向弯曲。,5 受弯构件设计,按截面沿长度变化分:等截面和变截面。,在选择截面时,应遵循以下原则:1、满足抗弯 2、防止侧扭 3、肢宽壁薄 4、制造省工 5、连接方便,二、截面形式,受弯构件类型与截面形式,5 受弯构件设计,受弯构件主要破坏形式,主要破坏形式,强度破坏整体失稳局部失稳刚度破坏,截面应力分布,整体失稳,局部失稳,5 受弯构件设计,受弯构件强度包括:抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度、折算应力。,1、抗弯强度,弯曲应力三个工作阶段,
4、弹性阶段弹塑性阶段塑性阶段,受弯构件抗弯强度,5 受弯构件设计,5 受弯构件设计,(1)弹性阶段,特点:截面上所有点都处于弹性状态;应力三角形分布;公式:净截面弹性抵抗矩(净截面弹性模量)屈服应力,边缘屈服准则,受弯构件抗弯强度,特点:截面外缘部分进入塑性状态,中央部分仍保持弹性。,(2)弹塑性阶段,有限塑性准则,5 受弯构件设计,(3)塑性阶段,特点:截面全部进入塑性状态,形成塑性铰;梁的刚度降低,变形大。,公式:,梁净截面塑性模量,、中和轴以上、以下净截面对中和轴面积矩。,完全塑性准则,受弯构件抗弯强度,5 受弯构件设计,计算步骤:,受弯构件抗弯强度,a、找出达到极限弯矩时截面中和轴,即:
5、与弯曲主轴平行面积平分线,该中和轴两边面积相等。在双轴对称截面中,该轴就是主轴。b、分别求两侧面积对中和轴的面积矩,面积矩之和即为塑性截面模量。,对矩形截面:,而:,5 受弯构件设计,塑性发展系数:,受弯构件抗弯强度,对矩形截面:,5 受弯构件设计,单向弯曲:,双向弯曲:,Mx、My 梁截面内绕x、y轴的 最大计算弯矩Wnx、Wny 截面对x、y轴的净截面 抵抗矩 x、y 截面对x、y轴的有限塑性 发展系数 f 钢材抗弯设计强度,工程上以梁内塑性发展到一定深度作为设计极限状态,即采用有限塑性准则。,受弯构件抗弯强度,5 受弯构件设计,受弯构件抗弯强度,有限塑性发展系数:,对工字形截面:,对箱形
6、截面:,其它截面形式的有限塑性发展系数详见规范或手册。,5 受弯构件设计,受弯构件抗弯强度,关于截面有限塑性系数规定:a、仅承受静载或间接动荷载时考虑塑性发展,对承受直接动力荷载,取,b、充分保证受弯构件不发生整体失稳。c、为保证受压翼缘不发生局部失稳,当 时,取,5 受弯构件设计,主要发生在实腹梁的腹板上。按弹性设计,以最大剪应力达到钢材的抗剪屈服剪应力为极限状态。,S 中性轴以上或以下毛截面 对中性轴的面积矩 I毛截面惯性矩 tw腹板厚度 f v钢材抗剪设计强度,受弯构件抗剪强度,或,5 受弯构件设计,主要用于集中力处(如:受支座反力R,集中力F 处,吊车梁吊车轮压等)当翼缘竖向集中力作用
7、处无竖向加劲肋时,腹板边缘 存在沿高度方向的局部压应力。,受弯构件局部承压强度,5 受弯构件设计,5 受弯构件设计,5 受弯构件设计,计算公式:,F集中荷载;集中荷载增大系数。重级工作制吊梁=1.35,其它梁=1.0;tw腹板厚 lz局部压应力在腹板计算高度上的分布长度。,确定lz,lz=a+5hy+2hR(中间),lz=a+2.5hy+hR(边缘),受弯构件局部承压强度,5 受弯构件设计,腹板计算高度确定:,(1)轧制型钢梁 与上下翼缘相连处两内弧起点间的距离。(2)焊接组合梁 腹板高度(2)铆接或高强螺栓连接组合梁 腹板与上下翼缘连接铆钉(或螺栓)钉线间最近距离。,受弯构件局部承压强度,5
8、 受弯构件设计,受弯构件局部承压强度,若受弯构件局部承压强度不能满足要求时,通常设置支承加劲肋,此时局部承压强度可不验算。,5 受弯构件设计,规定:在组合梁腹板计算高度处,同时有较大的正应力1、较大剪应力1和局部压应力c,应对其折算应力进行验算。其强度验算式为:,强度提高系数。1和c同号时,=1.1 1和c异号时,=1.2,受弯构件折算应力,5 受弯构件设计,计算受弯构件刚度是为了保证构件正常使用,属于正常使用极限状态。控制其刚度要求标准荷载作用下的最大挠度小于规范限值。,标准荷载下受弯构件最大挠度。,受弯构件容许挠度。,受弯构件刚度,5 受弯构件设计,受弯构件最大挠度计算:,简支梁在均布荷载
9、作用下:,受弯构件刚度,简支梁在集中荷载作用下:,悬臂梁在均布荷载作用下:,悬臂梁在集中荷载作用下:,5 受弯构件设计,L/500,受弯构件允许挠度值,L/800,L/1000,L/1200,L/200,L/200,5 受弯构件设计,注意:,受弯构件刚度,1、L为受弯构件的跨度,对于悬臂梁为悬伸长度的2倍。2、为永久和可变荷载标准值产生的挠度允许值,(如有起拱应减去拱度)为 可变荷载标准值产生的挠度允许值3、计算挠度时:荷载采用标准值,截面特性采用毛截面进行计算。,5 受弯构件设计,一、受弯构件整体稳定临界弯矩Mcr,为提高强度和刚度,Wnx和Inx尽可能大,梁截面尽量高、宽,太高太宽又会引起
10、失稳,受弯构件整体稳定,5 受弯构件设计,(1)当荷载较小时,偶有干扰,发生侧向弯曲和扭转,干扰撤去,变形恢复,梁是整体稳定的。,(2)当荷载增大,超过某一数值(临界值),有侧向 干扰引起侧向弯曲和扭转,这时候,撤去干扰也不 能恢复变形,梁是不稳定的。,受弯构件整体稳定,1、受弯构件整体失稳现象,5 受弯构件设计,受弯构件整体稳定,整体失稳原因分析:,M,上翼缘受压下翼缘受拉,腹板阻止上翼缘绕x-x轴屈曲,带动整个截面绕y-y轴屈曲,问题,受弯构件弯扭失稳与轴心受压构件有何区别?,2、受弯构件整体稳定临界弯矩Mcr,受弯构件失稳前能承受的最大弯矩。,受弯构件整体稳定,根据薄壁构件计算理论,受弯
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- 构件 钢结构 设计
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