《梁受弯构》PPT课件

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1、梁 （ 受 弯 构 件 ）l 概 述l 梁 的 强 度 与 刚 度l 梁 的 整 体 稳 定l 梁 的 局 部 稳 定 与 加 劲 肋 设 计l 梁 的 截 面 设 计 第 一 节 概 述l 梁 主 要 是 用 作 承 受 横 向 荷 载 的 实 腹 式 构 件 （ 格 构 式 为 桁架 ） ， 主 要 内 力 为 弯 矩 与 剪 力 ；l 梁 的 正 常 使 用 极 限 状 态 为 控 制 梁 的 挠 曲 变 形 ；l 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 ；l 梁 的 截 面 主 要 分 型 钢 与 钢 板 组 合 截 面

2、l 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 ） 梁 的 强 度 与 刚 度一 、 梁 的 强 度l 梁 在 荷 载 作 用 下 将 产 生 弯 应 力 、 剪 应 力 ， 在 集 中 荷 载 作用 处 还 有 局 部 承 压 应 力 ， 故 梁 的 强 度 应 包 括 ： 抗 弯 强 度 、抗 剪 强 度 、 局 部 成 压 强 度 ， 在 弯 应 力 、 剪 应 力 及 局 部 压应 力 共 同 作 用 处 还 应 验 算 折 算 应 力 。1、 抗 弯 强

3、度l 弹 性 阶 段 ： 以 边 缘 屈 服 为 最 大 承 载 力l 弹 塑 性 阶 段 ： 以 塑 性 铰 弯 矩 为 最 大 承 载 力 yne fWM l 弹 性 最 大 弯 矩l 塑 性 铰 弯 矩l 截 面 形 状 系 数l 梁 的 规 范 计 算 方 法 以 部 分 截 面 发 展 塑 性 （ 1/4截 面 ） 为 极 限 承 载 力 状 态 单 向 弯 曲 双 向 弯 曲 式 中 ： 为 塑 性 发 展 系 数 ， 按 P143， 表 5.1 b1/t 13及 直 接 承 受 动 力 荷 载 时 =1.0fWMWM yny yxnx x nPn WWF / ypnpn fWM

4、fWM ynxnyx yx )()( )( 二 、 抗 剪 强 度三 、 腹 板 局 部 压 应 力四 、 折 算 应 力两 同 号 取 1.1， 异 号 取 1.2五 、 梁 的 刚 度 l 控 制 梁 的 挠 跨 比 小 于 规 定 的 限 制 （ 为 变 形 量 的 限 制 ）Vwx ftI VS flt Fzwc f cceq 1222 3 梁 的 整 体 稳 定一 、 梁 的 失 稳 机 理l 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

5、 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 。l 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l 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

6、 向 支 撑 。三 、 整 体 稳 定 计 算 表 达 式 fWM xb x fWMWM yy yxb x xy crycrb WfMf xcrcr WM fffWM bryycrrcrxx 三 、 梁 的 整 体 稳 定 保 证 措 施l 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 ， 具 体 条 件 详 见 P153四 、 梁 的

7、侧 向 支 撑l 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 ） ， 由 于 侧 弯 主 要 是 受 压 翼 缘 弯 曲 引起 ， 同 第 四 章 ， 侧 向 力 可 以 写 为 ： l 如 果 为 支 杆 应 按 轴 心 受 压 构 件 计 算 ， 同 时 应 注 意 如 书 P154图 5.11 所 示 的 有 效 支 撑 。l 夹 支 座 ： 梁 为 侧 向 弯 曲 扭 转 失 稳 ， 所 以 支 座

8、处 应 采 取 措 施限 制 梁 的 扭 转 。 yf ffAF 23585 梁 的 局 部 稳 定 与 加 劲 肋 设 计一 、 概 述l 同 轴 压 构 件 一 样 ， 为 提 高 梁 的 刚 度 与 强 度 及 整 体 稳 定 承 载力 ， 应 遵 循 “ 肢 宽 壁 薄 ” 的 设 计 原 则 ， 从 而 引 发 板 件 的 局部 稳 定 承 载 力 问 题 。l 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 。l 腹 板 受 力 复 杂 ， 而 且 为 满 足 强 度 要 求 ， 截 面 高 度 较 大 ， 如仍

9、 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 。 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l 设 计 原 则 等 强 原 则l 按 弹 性 设 计 （ 不 考 虑 塑 性 发 展 =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。l 若 考 虑 塑 性 发 展

10、( 1.0） ， 塑 性 发 展 会 更 大 Et=0.5E。 l 当 时 ， =1.0 ycr fbtE 2122 112 7.0425.0 yftb 235151 yftb 235131 yy ftbf 2351523513 1 三 、 腹 板 的 屈 曲l 屈 曲 应 力 统 一 表 达 式 （ k值 相 见 p167， 表 5.9）2022 )()1(12)( htEk wcrcr l 剪 切 应 力 屈 曲 如 不 设 加 劲 肋 ， a b， b/a 0， k 5.34, =1.23l 弯 曲 应 力 弹 性 屈 曲 如 不 设 加 劲 肋 ， k 23.9, =1.66（ 1.2

11、3,扭 转 不 约 束 ）Vywwcr fh thtEk 202022 )100(123)()1(12 Vypcreqcr f 38.08.0 yVyp ff yw fth 235850 Vywwcr fh thtEk 202022 )100(793)()1(12 yw fth 2351770 yw fth 2351530 l 局 部 压 应 力 弹 性 屈 曲 按 a/h0=2设 置 横 向 加 劲 肋 ， k 18.4, =1.0l 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

12、 劲 肋 的 下 区 格 （ 偏 心 受 压 ， c2 c）683.1255.081.1 0 ah yw fth 235840 1)()( 22 crcrcccr 1)()( 21121 crcrc ccr 1)()( 22222 crcrc ccr 四 、 加 劲 肋 的 配 置 与 构 造1、 配 置 规 定 （ P169， 表 5.10） 2、 加 劲 肋 的 构 造l 横 向 加 劲 肋 贯 通 ， 纵 向 加 劲 肋 断 开 ；l 横 向 加 劲 肋 的 间 距 a应 满 足 ， 当 且 时 ， 允 许l 纵 向 加 劲 肋 距 受 压 翼 缘 的 距 离 应 在 范 围 内 ；l

13、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 ， 对 于 单 对 称 截 面 ， 前 述 表 5.10中 4、 5项 中 有 关 纵 向加 劲 肋 规 定 中 的 h0应 取 2hc。l 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 。 l 加 劲 肋 必 须 具 备 一 定 刚 度 ， 截 面 尺 寸 及 惯 性 矩 应 满 足 ：00 25.0 hah 0cyw fth 2351000 05.2 ha

14、 5.22 cc hh l 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 。l 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 l 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 。 mmhb s 40300 15ss bt 303 wz thI 305.1 wy thI 30200 )(45.05.2( wy thhahaI 85.00 ha 85.00ha l 支 承

15、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 。p 稳 定 性 计 算 注 ： 平 板 式

16、 按 b类 ； 凸 缘 式 按 c类p 端 面 刨 平 抵 紧 示 应 验 算 端 面 承 压 p 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 第 四 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 ， 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l 强 度 验 算 ： 抗 弯 、 抗 剪 、 局 部 承 压 （ 一 般

17、 不 需 验 算 折 算 应力 强 度 ） ； l 刚 度 验 算 ： 验 算 梁 的 挠 跨 比l 整 体 稳 定 验 算 （ 型 钢 截 面 局 部 稳 定 一 般 不 需 验 算 ） 。l 根 据 验 算 结 果 调 整 截 面 ， 再 进 行 验 算 ， 直 至 满 足 。fMW xT 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l 最 小 高 度 ： hmin由 梁 刚 度 确 定 ；l 最 大 高 度 ： hmax由 建 筑 设 计 要 求 确 定 ；l 经 济 高 度 ： he由

18、 最 小 耗 钢 量 确 定 ；l 选 定 高 度 ： h min 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 ： 4.05 2 22 TTe WWh mmWh Te 302 3 fMW xT max Vwwx fthVtIVS 0max 2.1 Vw fhVt 02.15.30htw 3、 确 定 翼 缘 宽 度l 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 ：l 有 了 Af ， 只

19、 要 选 定 b、 t中 的 其 一 ， 就 可 以 确 定 另 一 值 。4、 截 面 验 算l 强 度 验 算 ： 抗 弯 、 抗 剪 、 局 部 承 压 以 及 折 算 应 力 强 度 ） ；l 刚 度 验 算 ： 验 算 梁 的 挠 跨 比 ； l 整 体 稳 定 验 算 ；l 局 部 稳 定 验 算 （ 翼 缘 板 ）l 根 据 验 算 结 果 调 整 截 面 ， 再 进 行 验 算 ， 直 至 满 足 。l 根 据 实 际 情 况 进 行 加 劲 肋 结 算 与 布 置Tfw WthAhthhIW 2030 221222 600 wTf thhWA 4、 腹 板 与 翼 缘 焊 缝

20、 的 计 算l 连 接 焊 缝 主 要 用 于 承 受 弯 曲 剪 力 ， 单 位 长 度 上 剪 力 为 ：l 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 ：IVStT w 111 wfff fhT 17.02 1 IfVSfTh wfwff 4.14.1 11 zwwzwc lTttl TtV 1 wffff fhVhT 2121 )7.02()7.02( 2121 )(4.1 1 fwff VTfh 拉 弯 与 压

21、 弯 构 件l 概 述l 拉 弯 与 压 弯 构 件 的 强 度 与 刚 度l 实 腹 式 压 弯 构 件 的 整 体 稳 定l 实 腹 式 压 弯 构 件 的 局 部 稳 定l 实 腹 式 压 弯 构 件 的 截 面 设 计l 格 构 式 压 弯 构 件 概 述l 拉 弯 与 压 弯 构 件 实 际 上 就 是 轴 力 与 弯 矩 共 同 作 用 的 构 件 ，也 就 是 为 轴 心 受 力 构 件 与 受 弯 构 件 的 组 合 ， 典 型 的 三 种 拉 、压 弯 构 件 如 下 图 所 示 。l 同 其 他 构 件 一 样 ， 拉 、 压 弯 构 件 也 需 同 时 满 足 正 常 使

22、 用 及承 载 能 力 两 种 极 限 状 态 的 要 求 。 正 常 使 用 极 限 状 态 ： 满 足 刚 度 要 求 。 承 载 能 力 极 限 状 态 ： 需 满 足 强 度 、 整 体 稳 定 、 局 部 稳 定 三方 面 要 求 。 l 截 面 形 式 ： 同 轴 心 受 力 构 件 ， 分 实 腹 式 截 面 与 格 构 式 截 面 实 腹 式 ： 型 钢 截 面 与 组 合 截 面 格 构 式 ： 缀 条 式 与 缀 板 式 l 拉 、 压 弯 构 件 的 强 度 与 刚 度一 、 强 度l 两 个 工 作 阶 段 ， 两 个 特 征 点 弹 性 工 作 阶 段 ： 以 边 缘

23、 屈 服 为 特 征 点 （ 弹 性 承 载 力 ） 弹 塑 性 工 作 阶 段 ： 以 塑 性 铰 弯 距 为 特 征 点 （ 极 限 承 载 力 ） 极 限 承 载 力 py NhbfN )1()1(4 223 py Mbhf hbhfM y 2121 l 联 立 以 上 两 式 ， 消 去 ， 则 有 如 下 相 关 方 程 轴 力 单 独 作 用 时 最 大 承 载 力 弯 距 单 独 作 用 时 最 大 承 载 力 如 右 图 所 示 ， 为 计 算 方 便 ， 改 用 线 性 相 关 方 程 （ 偏 安 全 ） 规 范 公 式 1)( 2 pp MMNN bhfN yp 42bhf

24、M yp 1 pp MMNN ynn fWMAN fWMAN nxx xn fWMWMAN nyy ynxx xn l 关 于 号 的 说 明 如 右 图 所 示 对 于单 对 称 截 面 ， 弯 距 绕 非 对 称 轴 作 用 时 ，会 出 现 两 种 控 制 应 力 状 况 。l 不 考 虑 塑 性 发 展 （ =1.0） 的 情 况 直 接 承 受 动 力 荷 载 时 ； 格 构 式 构 件 ， 弯 距 绕 虚 轴 作 用 时 ； 当 时 。二 、 刚 度 l 一 般 情 况 ， 刚 度 由 构 件 的 长 细 比 控 制 ，即 ： yy ftbf 2351523513 1 yx,max

25、max 实 腹 式 压 弯 构 件 的 整 体 稳 定一 、 概 述 实 腹 式 压 弯 构 件 在 轴 力 及 弯 距 作 用 下 ， 即 可 能 发 生 弯矩 作 用 平 面 内 的 弯 曲 失 稳 ， 也 可 能 发 生 弯 矩 作 用 平 面 外 的弯 曲 扭 转 失 稳 （ 类 似 梁 ） 。 两 方 面 在 设 计 中 均 应 保 证 。二 、 弯 矩 作 用 平 面 内 的 整 体 稳 定 以 右 图 示 理 想 的 压 弯 构 件 为 例 考 虑 初 弯 曲 的 影 响 以 受 压 边 缘 纤 维 屈 服 为 破 坏 准 则 ， 则 有0 22 xMNydxydEI lvy m

26、 2sin )1( EE xm NNN Mv 0v Exmx NN NvMNvNvMM 1 00max )()1(1 0 afNNW NvMAN yExx x 如 果 M=0， 则 构 件 变 为 轴 心 压 杆 ， 则 有代 入 上 式 便 有 ：联 立 1、 2两 式 ， 消 去 则 有 ：如 果 和 梁 一 样 允 许 一 定 的 塑 性 发 展 ， 则 有 规 范 公 式 等 效 弯 距 系 数 ， 按 P203选 用 。xyx AfNN )()1(1 0 bfNAfW vAfAAf yExxyx xyxy 0v yExxx xx fNNW MAN )1(1 fNNW MAN Exxx xmxx )1( 1 fNNW MAN Exxx xmxx )8.01( 11 1.1 ExRExEx NNN x xEx lEIN 02 mx