型鋼抗彎強(qiáng)度計(jì)算.ppt

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第一節(jié)緒論第二節(jié)抗彎強(qiáng)度第三節(jié)規(guī)范強(qiáng)度計(jì)算公式第四節(jié)梁的整體穩(wěn)定計(jì)算第五節(jié)焊接組合梁的局部穩(wěn)定和加勁肋設(shè)計(jì)第六節(jié)薄板屈曲后強(qiáng)度第七節(jié)考慮腹板屈曲后強(qiáng)度的梁設(shè)計(jì)第八節(jié)型鋼梁的截面設(shè)計(jì)第九節(jié)焊接組合梁的截面設(shè)計(jì)第十節(jié)梁的拼接 第五章受彎構(gòu)件 概念 承受橫向荷載 樓蓋梁 吊車梁 檁條 橋梁等 分類 第一節(jié)緒論 實(shí)腹式 格構(gòu)式 當(dāng)跨度超過(guò)40m時(shí) 最好采用格構(gòu)桁架 型鋼截面 加工方便 制造簡(jiǎn)單 成本低 組合截面 型鋼沒(méi)法滿足強(qiáng)度和剛度要求時(shí) 梁格 縱橫交錯(cuò)的主次梁組成的平面體系 1 簡(jiǎn)式梁格 單一主梁 2 普通梁格 分主 次梁 3 復(fù)式梁格 分主梁及橫 縱次梁梁板共同作用 1 共同工作 組合樓板 2 不共同工作 一般的鋼筋混凝土樓板 第一節(jié)緒論 第二節(jié)抗彎強(qiáng)度 截面正應(yīng)力發(fā)展三個(gè)階段 1 彈性階段 承受動(dòng)力荷載 2 彈塑性階段 靜力荷載或者間接動(dòng)荷載 3 塑性階段 截面彈塑性階段抗彎承載力 矩形截面 1 彈性階段 2 塑性階段 3 彈塑性階段 截面形狀系數(shù) 部分截面發(fā)展塑性 1 4截面 a h 8 為極限狀態(tài) 式中 為塑性發(fā)展系數(shù) 按P172 表5 1 有兩種情況下塑性發(fā)展系數(shù)取 1 0 第三節(jié)規(guī)范采用強(qiáng)度計(jì)算公式 一 彎曲正應(yīng)力 二 抗剪強(qiáng)度 方法 剪力流理論分析 假定沿薄壁厚度方向均勻分布 1 當(dāng)計(jì)算腹板上任一點(diǎn)豎向剪應(yīng)力時(shí) 為計(jì)算剪應(yīng)力處以上或以下毛截面對(duì)中和軸x的面積矩 2 當(dāng)計(jì)算翼緣上任一點(diǎn)的水平剪應(yīng)力時(shí) 以左或右毛截面對(duì)中和軸x的面積矩 為計(jì)算剪應(yīng)力處截面厚度 三 腹板局部壓應(yīng)力 移動(dòng)集中吊車輪壓 固定集中荷載 支座反力 四 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下折算應(yīng)力 第四節(jié)梁的整體穩(wěn)定計(jì)算 一 基本概念 整體失穩(wěn)現(xiàn)象 機(jī)理分析 梁受彎變形后 上翼緣受壓 由于梁側(cè)向剛度不夠 就會(huì)發(fā)生梁的側(cè)向彎曲失穩(wěn)變形 梁截面從上至下彎曲量不等 就形成截面的扭轉(zhuǎn)變形 同時(shí)還有彎矩作用平面內(nèi)的彎曲變形 故梁的整體失穩(wěn)為彎扭失穩(wěn)形式 完整的說(shuō)應(yīng)為 側(cè)向彎曲扭轉(zhuǎn)失穩(wěn) 二 單軸對(duì)稱截面簡(jiǎn)支梁臨界彎矩計(jì)算公式 1 C1 C2 C3 荷載類型有關(guān) 2 Iy Iw It 截面慣性矩 3 L 側(cè)向無(wú)支撐長(zhǎng)度 4 a 高度方向作用點(diǎn)位置 5 影響鋼梁整體穩(wěn)定性的主要因素 1 梁側(cè)向無(wú)支撐長(zhǎng)度或受壓翼緣側(cè)向支承點(diǎn)的間距L1 L1越小 則整體穩(wěn)定性愈好 臨界彎矩值愈高 2 梁截面的尺寸 包括各種慣性矩 慣性矩愈大 則梁的整體穩(wěn)定性愈好 特別是梁的受壓翼緣寬度b1的加大 還可以提高公式中的 y 3 梁端支座對(duì)截面的約束 如能提高對(duì)截面y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)約束 那么梁的整體穩(wěn)定性將大大提高 4 所受荷載類型 純彎 均布荷載 跨中集中荷載 5 沿截面高度方向荷載作用點(diǎn)位置 a值 上翼緣為負(fù) 下翼緣為正 三 整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算 單個(gè)平面內(nèi)彎曲 四 整體穩(wěn)定系數(shù) 1 焊接工字形截面 雙軸對(duì)稱 純彎荷載 2 焊接工字形截面 單軸對(duì)稱 截面不對(duì)稱及不同荷載影響 當(dāng)時(shí)則取穩(wěn)定系數(shù)為 3 軋制普通工字鋼簡(jiǎn)支梁 4 熱軋槽鋼鋼簡(jiǎn)支梁 5 雙軸對(duì)稱工字形截面懸臂梁 四 整體穩(wěn)定系數(shù) 五 整體穩(wěn)定性的保證 1 有鋪板 鋼筋混凝土板和鋼板 密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固相連接 能阻止梁受壓翼緣的側(cè)向位移時(shí) 2 H型鋼或工字形截面簡(jiǎn)支梁受壓翼緣的自由長(zhǎng)度L1與其寬度b之比不超過(guò)表5 4所規(guī)定的數(shù)值時(shí) 表5 4H型鋼或工字形截面簡(jiǎn)支梁不需計(jì)算整體穩(wěn)定性的最大L1 b1值 六 整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算步驟 1 判斷是否需要驗(yàn)算整體穩(wěn)定 2 計(jì)算截面參數(shù) 3 根據(jù)荷載情況查的等效臨界彎矩系數(shù) b 4 代入公式求得整體穩(wěn)定系數(shù) b 驗(yàn)算整體穩(wěn)定 算例5 2 5 3 第五節(jié)梁的局部穩(wěn)定與加勁肋設(shè)計(jì) 一 概述翼緣板 受力較為簡(jiǎn)單 仍按限制板件寬厚比的方法來(lái)保證局部穩(wěn)定性 腹板 受力復(fù)雜 且為滿足強(qiáng)度要求 截面高度較大 如仍采用限制梁的腹板高厚比的方法 會(huì)使腹板取值很大 不經(jīng)濟(jì) 一般采用加勁肋的方法來(lái)減小板件尺寸 從而提高局部穩(wěn)定承載力 1 橫向加勁肋2 縱向加勁肋3 短加勁肋 二 翼緣板的局部穩(wěn)定設(shè)計(jì)原則 等強(qiáng)原則按彈性設(shè)計(jì) 不考慮塑性發(fā)展取 1 0 因有殘余應(yīng)力影響 實(shí)際截面已進(jìn)入彈塑性階段 規(guī)范 取Et 0 7E 若考慮塑性發(fā)展 1 0 塑性發(fā)展會(huì)更大Et 0 5E 三 腹板的屈曲 僅配置有橫向加勁肋的腹板同時(shí)配置有橫向加勁肋和縱向加勁肋的腹板 1 受壓翼緣與縱向加勁肋之間 2 受拉翼緣與縱向加勁肋之間在受壓翼緣與縱向加勁肋之間設(shè)置短橫肋 1 復(fù)合應(yīng)力作用板件屈曲 1 在腹板兩側(cè)成對(duì)配置的鋼板橫向加勁肋外伸寬度厚度 2 在腹板一側(cè)配置的鋼板橫向加勁肋 外伸寬度 應(yīng)大于按上式算得的1 2倍 厚度 應(yīng)不小于其外伸寬度的1 15 2 腹板加勁肋的構(gòu)造要求 4 橫向加勁肋端部的處理 3 在同時(shí)用橫向加勁肋和縱向加勁肋加強(qiáng)的腹板中 應(yīng)在其相交處將縱向加勁肋斷開(kāi) 橫向加勁肋保持連續(xù) 其繞z軸的慣性矩還應(yīng)滿足 2 腹板加勁肋的構(gòu)造要求 1 穩(wěn)定性計(jì)算 支承加勁肋按承受固定集中荷載或梁支座反力的軸心受壓構(gòu)件 計(jì)算其在腹板平面外的穩(wěn)定性 此受壓構(gòu)件的截面面積A包括加勁肋和加勁肋每側(cè)15tw范圍內(nèi)的腹板面積 計(jì)算長(zhǎng)度近似地取為h0 3 支承加勁肋 2 承壓強(qiáng)度計(jì)算梁支承加勁肋的端部應(yīng)按所承受的固定集中荷載或支座反力計(jì)算 當(dāng)加勁肋的端部刨平頂緊時(shí) 計(jì)算其端面承壓應(yīng)力 式中fce 鋼材端面承壓的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 Ace 支承加勁肋與翼緣板或柱頂相接觸的面積 腹板橫肋設(shè)計(jì)步驟1 判斷是否需要設(shè)置橫肋 2 橫肋設(shè)置 確定間距a bs ts 3 腹板在復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的驗(yàn)算 4 支承加勁肋驗(yàn)算 包括焊縫 橫肋與腹板連接 軸壓穩(wěn)定驗(yàn)算 繞z軸平面外穩(wěn)定 強(qiáng)度驗(yàn)算 第六節(jié)薄板屈曲后強(qiáng)度 一 薄板屈曲后強(qiáng)度概念及緣由分析 板中部產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力約束板的縱向進(jìn)一步彎曲變形 使板能繼續(xù)承受增大的壓力 二 考慮屈曲后強(qiáng)度的腹板抗剪承載力分析 1 屈曲后抗剪承載力 公式 5 94 2 抗剪承載力包括兩部分 屈曲剪力 屈曲強(qiáng)度 張力場(chǎng)剪力 屈曲后強(qiáng)度 3 張力場(chǎng)剪力 1 張力場(chǎng)法 復(fù)雜 2 規(guī)范 5 94 5 76 三 考慮屈曲后強(qiáng)度的腹板抗彎承載力分析 考慮腹板屈曲后抗彎承載力稍有下降兩個(gè)假設(shè) 1 有效高度 2 受拉區(qū)與受壓區(qū)對(duì)稱承載力計(jì)算公式 四 考慮屈曲后強(qiáng)度梁的計(jì)算公式 同時(shí)承受彎矩和剪力 式中M V為同一梁截面的彎矩和剪力設(shè)計(jì)值 當(dāng)V 0 5Vu 取V 0 5Vu 當(dāng)M Mf 取M Mf 表明 1 當(dāng)截面上的M小于翼緣所能承受的Mf 則腹板可承受的剪力為Vu 2 當(dāng)截面上的V 0 5Vu 取M Meu 五 考慮屈曲后強(qiáng)度時(shí)橫向加勁肋設(shè)計(jì) 1 如果僅設(shè)置支承加勁肋不能滿足式 5 99 時(shí) 應(yīng)在腹板兩側(cè)成對(duì)設(shè)置橫向加勁肋以減小區(qū)格的長(zhǎng)度 2 橫向加勁肋的截面尺寸要滿足式5 85對(duì)腹板加勁肋的構(gòu)造要求 3 鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范要求將中間橫向加勁肋當(dāng)作軸心受壓構(gòu)件 按以下軸心力計(jì)算其在腹板平面外的穩(wěn)定性 Ns Vu crhwtw當(dāng)加勁肋還承受集中的橫向荷載F時(shí) Ns還應(yīng)加上F 第七節(jié)鋼梁的設(shè)計(jì) 一 型鋼梁的設(shè)計(jì)1 根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算梁的最大彎距設(shè)計(jì)值Mmax 2 根據(jù)抗彎強(qiáng)度和整體穩(wěn)定 計(jì)算所需的截面抵抗矩 3 查型鋼表確定型鋼截面4 截面驗(yàn)算 1 強(qiáng)度驗(yàn)算 抗彎 抗剪 局部承壓 折算應(yīng)力 2 剛度驗(yàn)算 驗(yàn)算梁的撓跨比 3 整體穩(wěn)定驗(yàn)算 型鋼截面局部穩(wěn)定一般不需驗(yàn)算 4 根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果調(diào)整截面 再進(jìn)行驗(yàn)算 直至滿足 二 組合梁的截面設(shè)計(jì)1 根據(jù)受力情況確定所需的截面抵抗矩2 截面高度的確定 1 最小高度 hmin由梁剛度確定 2 最大高度 hmax由建筑設(shè)計(jì)要求確定 3 經(jīng)濟(jì)高度 he由最小耗鋼量確定選定高度 hmin h hmax 3 確定腹板厚度 假定剪力全部由腹板承受 則有 或按經(jīng)驗(yàn)公式 4 確定翼緣寬度確定了腹板厚度后 可按抗彎要求確定翼緣板面積Af 以工字型截面為例 有了Af 只要選定b t中的其一 就可以確定另一值 5 截面驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算 抗彎 抗剪 局部承壓以及折算應(yīng)力強(qiáng)度 剛度驗(yàn)算 驗(yàn)算梁的撓跨比 整體穩(wěn)定驗(yàn)算 局部穩(wěn)定驗(yàn)算 翼緣板 根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果調(diào)整截面 再進(jìn)行驗(yàn)算 直至滿足 根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行加勁肋計(jì)算與布置 6 腹板與翼緣焊縫的計(jì)算連接焊縫主要用于承受彎曲剪力 單位長(zhǎng)度上剪力為 當(dāng)梁上承受固定的集中荷載且未設(shè)支承肋時(shí) 上翼緣焊縫同時(shí)承受剪力T1及集中力F的共同作用 由F產(chǎn)生的單位長(zhǎng)度上的力V1為 三 焊接組合梁的截面改變 目的 節(jié)約鋼材 彎矩在變截面改變方法 1 翼緣寬度改變 2 翼緣厚度或者層數(shù)改變 3 腹板高度和厚度改變 注意點(diǎn) 1 只是對(duì)跨度較大者采用 2 截面變化應(yīng)該平緩 防止出現(xiàn)較為嚴(yán)重的應(yīng)力集中 3 應(yīng)該驗(yàn)算折算應(yīng)力 第八節(jié)鋼梁的拼接 1 分類 工廠拼接和工地拼接 2 型鋼 坡口焊接和拼接板焊接 3 組合梁拼接中 腹板和翼緣的拼接錯(cuò)開(kāi) 工廠拼接 腹板和翼緣的拼接同一截面 工地拼接 注意點(diǎn) 1 所有的拼接均應(yīng)布置在彎曲正應(yīng)力較小處 2 工地焊接的質(zhì)量很難保證 第九節(jié)主 次鋼梁的連接和梁的支座 一 主 次鋼梁的連接 疊接和平接 二 梁的支座平板支座弧形支座鉸軸支座