型鋼抗彎強度計算.ppt

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第一節(jié)緒論第二節(jié)抗彎強度第三節(jié)規(guī)范強度計算公式第四節(jié)梁的整體穩(wěn)定計算第五節(jié)焊接組合梁的局部穩(wěn)定和加勁肋設計第六節(jié)薄板屈曲后強度第七節(jié)考慮腹板屈曲后強度的梁設計第八節(jié)型鋼梁的截面設計第九節(jié)焊接組合梁的截面設計第十節(jié)梁的拼接 第五章受彎構件 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 實腹式 格構式 當跨度超過40m時 最好采用格構桁架 型鋼截面 加工方便 制造簡單 成本低 組合截面 型鋼沒法滿足強度和剛度要求時 梁格 縱橫交錯的主次梁組成的平面體系 1 簡式梁格 單一主梁 2 普通梁格 分主 次梁 3 復式梁格 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)抗彎強度 截面正應力發(fā)展三個階段 1 彈性階段 承受動力荷載 2 彈塑性階段 靜力荷載或者間接動荷載 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)范采用強度計算公式 一 彎曲正應力 二 抗剪強度 方法 剪力流理論分析 假定沿薄壁厚度方向均勻分布 1 當計算腹板上任一點豎向剪應力時 為計算剪應力處以上或以下毛截面對中和軸x的面積矩 2 當計算翼緣上任一點的水平剪應力時 以左或右毛截面對中和軸x的面積矩 為計算剪應力處截面厚度 三 腹板局部壓應力 移動集中吊車輪壓 固定集中荷載 支座反力 四 復雜應力狀態(tài)下折算應力 第四節(jié)梁的整體穩(wěn)定計算 一 基本概念 整體失穩(wěn)現(xiàn)象 機理分析 梁受彎變形后 上翼緣受壓 由于梁側向剛度不夠 就會發(fā)生梁的側向彎曲失穩(wěn)變形 梁截面從上至下彎曲量不等 就形成截面的扭轉變形 同時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 完整的說應為 側向彎曲扭轉失穩(wěn) 二 單軸對稱截面簡支梁臨界彎矩計算公式 1 C1 C2 C3 荷載類型有關 2 Iy Iw It 截面慣性矩 3 L 側向無支撐長度 4 a 高度方向作用點位置 5 影響鋼梁整體穩(wěn)定性的主要因素 1 梁側向無支撐長度或受壓翼緣側向支承點的間距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 梁端支座對截面的約束 如能提高對截面y軸的轉動約束 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位置 a值 上翼緣為負 下翼緣為正 三 整體穩(wěn)定性的驗算 單個平面內(nèi)彎曲 四 整體穩(wěn)定系數(shù) 1 焊接工字形截面 雙軸對稱 純彎荷載 2 焊接工字形截面 單軸對稱 截面不對稱及不同荷載影響 當時則取穩(wěn)定系數(shù)為 3 軋制普通工字鋼簡支梁 4 熱軋槽鋼鋼簡支梁 5 雙軸對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向位移時 2 H型鋼或工字形截面簡支梁受壓翼緣的自由長度L1與其寬度b之比不超過表5 4所規(guī)定的數(shù)值時 表5 4H型鋼或工字形截面簡支梁不需計算整體穩(wěn)定性的最大L1 b1值 六 整體穩(wěn)定性的驗算步驟 1 判斷是否需要驗算整體穩(wěn)定 2 計算截面參數(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)定與加勁肋設計 一 概述翼緣板 受力較為簡單 仍按限制板件寬厚比的方法來保證局部穩(wěn)定性 腹板 受力復雜 且為滿足強度要求 截面高度較大 如仍采用限制梁的腹板高厚比的方法 會使腹板取值很大 不經(jīng)濟 一般采用加勁肋的方法來減小板件尺寸 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)定設計原則 等強原則按彈性設計 不考慮塑性發(fā)展取 1 0 因有殘余應力影響 實際截面已進入彈塑性階段 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置短橫肋 1 復合應力作用板件屈曲 1 在腹板兩側成對配置的鋼板橫向加勁肋外伸寬度厚度 2 在腹板一側配置的鋼板橫向加勁肋 外伸寬度 應大于按上式算得的1 2倍 厚度 應不小于其外伸寬度的1 15 2 腹板加勁肋的構造要求 4 橫向加勁肋端部的處理 3 在同時用橫向加勁肋和縱向加勁肋加強的腹板中 應在其相交處將縱向加勁肋斷開 橫向加勁肋保持連續(xù) 其繞z軸的慣性矩還應滿足 2 腹板加勁肋的構造要求 1 穩(wěn)定性計算 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件 計算其在腹板平面外的穩(wěn)定性 此受壓構件的截面面積A包括加勁肋和加勁肋每側15tw范圍內(nèi)的腹板面積 計算長度近似地取為h0 3 支承加勁肋 2 承壓強度計算梁支承加勁肋的端部應按所承受的固定集中荷載或支座反力計算 當加勁肋的端部刨平頂緊時 計算其端面承壓應力 式中fce 鋼材端面承壓的強度設計值 Ace 支承加勁肋與翼緣板或柱頂相接觸的面積 腹板橫肋設計步驟1 判斷是否需要設置橫肋 2 橫肋設置 確定間距a bs ts 3 腹板在復合應力狀態(tài)下的驗算 4 支承加勁肋驗算 包括焊縫 橫肋與腹板連接 軸壓穩(wěn)定驗算 繞z軸平面外穩(wěn)定 強度驗算 第六節(jié)薄板屈曲后強度 一 薄板屈曲后強度概念及緣由分析 板中部產(chǎn)生橫向拉應力約束板的縱向進一步彎曲變形 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 屈曲強度 張力場剪力 屈曲后強度 3 張力場剪力 1 張力場法 復雜 2 規(guī)范 5 94 5 76 三 考慮屈曲后強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假設 1 有效高度 2 受拉區(qū)與受壓區(qū)對稱承載力計算公式 四 考慮屈曲后強度梁的計算公式 同時承受彎矩和剪力 式中M V為同一梁截面的彎矩和剪力設計值 當V 0 5Vu 取V 0 5Vu 當M Mf 取M Mf 表明 1 當截面上的M小于翼緣所能承受的Mf 則腹板可承受的剪力為Vu 2 當截面上的V 0 5Vu 取M Meu 五 考慮屈曲后強度時橫向加勁肋設計 1 如果僅設置支承加勁肋不能滿足式 5 99 時 應在腹板兩側成對設置橫向加勁肋以減小區(qū)格的長度 2 橫向加勁肋的截面尺寸要滿足式5 85對腹板加勁肋的構造要求 3 鋼結構規(guī)范要求將中間橫向加勁肋當作軸心受壓構件 按以下軸心力計算其在腹板平面外的穩(wěn)定性 Ns Vu crhwtw當加勁肋還承受集中的橫向荷載F時 Ns還應加上F 第七節(jié)鋼梁的設計 一 型鋼梁的設計1 根據(jù)實際情況計算梁的最大彎距設計值Mmax 2 根據(jù)抗彎強度和整體穩(wěn)定 計算所需的截面抵抗矩 3 查型鋼表確定型鋼截面4 截面驗算 1 強度驗算 抗彎 抗剪 局部承壓 折算應力 2 剛度驗算 驗算梁的撓跨比 3 整體穩(wěn)定驗算 型鋼截面局部穩(wěn)定一般不需驗算 4 根據(jù)驗算結果調整截面 再進行驗算 直至滿足 二 組合梁的截面設計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由建筑設計要求確定 3 經(jīng)濟高度 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 截面驗算強度驗算 抗彎 抗剪 局部承壓以及折算應力強度 剛度驗算 驗算梁的撓跨比 整體穩(wěn)定驗算 局部穩(wěn)定驗算 翼緣板 根據(jù)驗算結果調整截面 再進行驗算 直至滿足 根據(jù)實際情況進行加勁肋計算與布置 6 腹板與翼緣焊縫的計算連接焊縫主要用于承受彎曲剪力 單位長度上剪力為 當梁上承受固定的集中荷載且未設支承肋時 上翼緣焊縫同時承受剪力T1及集中力F的共同作用 由F產(chǎn)生的單位長度上的力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 1 只是對跨度較大者采用 2 截面變化應該平緩 防止出現(xiàn)較為嚴重的應力集中 3 應該驗算折算應力 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開 工廠拼接 腹板和翼緣的拼接同一截面 工地拼接 注意點 1 所有的拼接均應布置在彎曲正應力較小處 2 工地焊接的質量很難保證 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