鋼結(jié)構(gòu)梁資料

鋼結(jié)構(gòu)梁資料第1頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四

4、截面形式

圖梁的截面型式圖蜂窩量第2頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四f2梁的強(qiáng)度計(jì)算一、彎曲正應(yīng)力

1、鋼材應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系理想化實(shí)際：彈性—彈塑性—

塑性—強(qiáng)化理想化：彈性—理想塑性

—強(qiáng)化

（對(duì)截面上一點(diǎn)的應(yīng)力而言）

2、鋼梁截面正應(yīng)力兩階段強(qiáng)度

fyfp第3頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四（1）彈性工作階段圖5-3第4頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四

特點(diǎn)：截面上所有點(diǎn)都處于彈性狀態(tài)；應(yīng)力三角形分布；用途：某些受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)依據(jù)，不允許任何點(diǎn)進(jìn)入屈服的構(gòu)件，如直接承受動(dòng)態(tài)荷載的梁?？箯潖?qiáng)度檢算式:承載能力的極限狀態(tài)表達(dá)為最大應(yīng)力達(dá)到屈服應(yīng)力，強(qiáng)度條件為：

—凈截面抵抗矩

—屈服應(yīng)力第5頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四

（2）、塑性工作階段特點(diǎn)：截面全部進(jìn)入塑性狀態(tài)，形成塑性鉸；梁的剛度降低，變形大。應(yīng)力分布：矩形用途：是塑性設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，承受靜荷載或間接承受動(dòng)荷載梁的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)?？箯潖?qiáng)度檢算式：

—凈截面塑性抵抗矩（12-31）第6頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四引入塑性發(fā)展系數(shù)與截面形狀有關(guān)。

3、梁的正應(yīng)力設(shè)計(jì)公式歸納

（1）承受靜力和間接動(dòng)力荷載作用的梁①繞x軸單向彎曲②繞x、y軸單向彎曲

12－32）第7頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四Mx、My——梁截面內(nèi)繞x、y軸的最大計(jì)算彎矩Wnx、Wny——截面對(duì)x、y軸的凈截面抵抗矩

x、y——截面對(duì)x、y軸的塑性發(fā)展系數(shù)

f——鋼材抗彎設(shè)計(jì)強(qiáng)度

（2）直接承受動(dòng)力荷載作用的梁仍按式（12－32）計(jì)算，但應(yīng)取

x=y=1.0即，按彈性設(shè)計(jì)。（3）塑性發(fā)展系數(shù)取值《規(guī)范》規(guī)定：承受靜力和間接承受動(dòng)力荷載作用時(shí)，如：第8頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四

工字型截面x=1.05y=1.2

圓形截面x=1.2y=1.2

箱型截面x=1.05y=1.05二、剪應(yīng)力主要發(fā)生在實(shí)腹梁的腹板上。按彈性設(shè)計(jì)，以最大剪應(yīng)力達(dá)到鋼材的抗剪屈服剪應(yīng)力為極限狀態(tài)。檢算式為：（12-33）圖6第9頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四式中V——剪力

S——中性軸以上或以下毛截面對(duì)中性軸的面積矩

I——毛截面慣性矩

tw——腹板厚度

f

v——鋼材抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度三、局部壓應(yīng)力

1、主要用于集中力情形（如：吊車梁）當(dāng)翼緣的豎向集中力作用處無豎向支撐肋時(shí)，腹板邊緣存在沿高度方向的局部壓應(yīng)力。

2、驗(yàn)算腹板時(shí)應(yīng)計(jì)入該部分應(yīng)力第10頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四圖7第11頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四

3、公式集中力在梁的上翼緣時(shí)

F—集中荷載1計(jì)入動(dòng)力系數(shù)；

—系數(shù)。重級(jí)工作制吊梁=1.35，其它梁

=1.0；

tw—腹板厚

lz—局部壓應(yīng)力在腹板計(jì)算高度上的分布長度或腹板計(jì)算高度上的承載長度。在梁支座處未設(shè)腹板豎向加勁肋時(shí)，仍按式（5-6）計(jì)算，但一律取

=1.0。（12-34）第12頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四關(guān)鍵是確定lz

從圖5-7b、c，

lz=a+2hy

（12-35）在梁端支座處，取

lz=a+hy式中a—集中荷載沿梁長方向的實(shí)際支承長度。對(duì)吊車輪壓，取a=5cm。

hy——由梁的承載邊緣或吊車軌頂?shù)礁拱逵?jì)算高度邊緣的距離。腹板計(jì)算高度確定腹板計(jì)算高度（h0）應(yīng)按《規(guī)范》規(guī)定采用：

第13頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四

（1）軋制型鋼梁與上下翼緣相連處兩內(nèi)弧起點(diǎn)間的距離。（2）焊接組合梁腹板高度（3）鉚接（或高強(qiáng)螺栓連接）組合梁腹板與上下翼緣連接的鉚釘（或高強(qiáng)螺栓）釘線間的最近距離。h0軋制型鋼第14頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四四、折算應(yīng)力

《規(guī)范》規(guī)定，在組合梁的腹板計(jì)算高度處，同時(shí)受有較大的正應(yīng)力、較大的剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力c，應(yīng)對(duì)折算應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算。其強(qiáng)度驗(yàn)算式為：第15頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四其中和c按式（12-33）和（12-34）計(jì)算。正應(yīng)力按式（5-10）計(jì)算。1—強(qiáng)度系數(shù)。和c同號(hào)時(shí)，1=1.1；和c異號(hào)時(shí)，1=1.2。（12-36）（12-37圖5-8第16頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四3梁的剛度計(jì)算計(jì)算梁的剛度是為了保證正常使用，屬于正常使用極限狀態(tài)。控制梁的剛度通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)荷載下的最大撓度加以限制實(shí)現(xiàn)。有公式：

v≤[v]（12-38）

v——標(biāo)準(zhǔn)荷載下梁的最大撓度

[v]——受彎構(gòu)件的撓度限值，按《規(guī)范》規(guī)定采用一般說來，梁的最大撓度用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算。對(duì)截面沿長度變化的簡支梁以及受移動(dòng)荷載作用的吊車梁，撓度計(jì)算比較麻煩，可采用以下近似公式計(jì)算：第17頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四5梁的整體穩(wěn)定一、一般概念

1、整體失穩(wěn)現(xiàn)象

受橫向荷載（P）作用對(duì)強(qiáng)軸彎曲的梁，如果受壓翼緣沒有側(cè)向支承，當(dāng)P增加到某一數(shù)值時(shí)，梁可能突然發(fā)生側(cè)向彎曲，并伴有扭轉(zhuǎn)變形，這種現(xiàn)象稱為梁的整體失穩(wěn)，也稱整體屈曲或側(cè)（向屈）曲。

zxyP圖-zxyPxvyP第18頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四圖5-2、失穩(wěn)變形特征對(duì)強(qiáng)軸彎曲，對(duì)弱軸彎曲，扭轉(zhuǎn)三種變形組合。

3、失穩(wěn)原因受壓翼緣失穩(wěn)引起。uxvyPxzyPvaabbu第19頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四4、臨界荷載、臨界彎矩梁剛剛發(fā)生整體失穩(wěn)前的橫向荷載稱臨界荷載，與臨界荷載對(duì)應(yīng)的強(qiáng)軸的彎矩稱臨界彎矩。第20頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四與荷載作用位置于形心比較，荷載作用在上翼緣時(shí)，屈曲系數(shù)降低，荷載作用在下翼緣時(shí)，屈曲系數(shù)增大。因?yàn)?，梁一旦發(fā)生扭轉(zhuǎn)，作用在上翼緣的荷載P對(duì)彎曲中心產(chǎn)生不利的附加扭矩Pe，使梁的扭轉(zhuǎn)加劇，助長梁屈曲，從而降低了梁的臨界荷載；荷載作用在下翼緣，附加扭矩會(huì)減緩梁的扭轉(zhuǎn)變形，提高梁的臨界荷載。oePoeP第21頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四五、保證梁整體穩(wěn)定性的措施良好的設(shè)計(jì)，應(yīng)使梁的整體穩(wěn)定臨界荷載盡可能高。首先，支座構(gòu)造必須是叉鉸支座，即能約束扭轉(zhuǎn)角，不允許支座截面?zhèn)认騼A倒。否則梁極易側(cè)向彎扭屈曲破壞.提高梁的整體穩(wěn)定主要方法有：（1）減少梁的側(cè)向計(jì)算長度（即加側(cè)向支撐），（2）增加梁對(duì)截面弱軸（y-y）的慣性矩Iy

第22頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四

六、不需進(jìn)行整體穩(wěn)定檢算的梁

《規(guī)范》規(guī)定：符合以下條件的梁可不進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算。（1）工字形截面簡支梁受壓翼緣自由長度l1與其寬度b1之比不超過書表12-7所列數(shù)值時(shí)。第23頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四鋼號(hào)跨中無側(cè)向支點(diǎn)的梁跨中有側(cè)向支點(diǎn)的梁，不論荷載作用在何處荷載作用在上翼緣荷載作用在下翼緣Q235Q345Q390131110201716161312工字形截面簡支梁不需驗(yàn)算整體穩(wěn)定性的最大l1/b1值表12-7第24頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四為什么不超過表12-7數(shù)值就可免檢？為什么fy越高l1/b1值越??？為什么荷載在上翼緣比在下翼緣l1/b1值低？第25頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四

③荷載作用在上翼緣加劇扭轉(zhuǎn)，作用在下翼緣抑制扭轉(zhuǎn)。（2）箱形截面簡支梁，截面尺寸h/b0≤6，且l1/b0不超過下列數(shù)值時(shí)

Q23595Q34565Q39057這是經(jīng)過計(jì)算分析得出的結(jié)果，且正方形箱永遠(yuǎn)不會(huì)側(cè)屈。（3）有剛性鋪板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固相連接，能阻止梁受壓翼緣側(cè)向位移（截面扭轉(zhuǎn)）時(shí)。hb0第26頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四6梁的局部穩(wěn)定一、失穩(wěn)現(xiàn)象軋制型鋼不需局部穩(wěn)定驗(yàn)算，組合薄壁截面應(yīng)驗(yàn)算局部穩(wěn)定。受壓翼緣屈曲腹板屈曲第27頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四《規(guī)范規(guī)定》：

h0/tw≥80=80需設(shè)橫向加勁肋。

h0/tw＜170=170不需設(shè)縱向加勁肋?！?35/fy

√235/fy

二、加勁肋布置0.1m1.4m1.5m1.5m3.75m0.8m第28頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四（1）尺寸

加勁肋尺寸設(shè)計(jì)原則是：必須在腹板平面外有足夠的剛度，方能起到劃分腹板為若干板塊、提高屈曲強(qiáng)度的作用；為此，同時(shí)還必須保證加勁肋自身的穩(wěn)定性。先說明以下關(guān)于加勁肋的截面，如圖36。圖3650～100mmⅠⅠⅠ—Ⅰ對(duì)稱布置最好。加勁肋內(nèi)側(cè)切去斜角防止焊縫交叉；加勁肋不與受拉翼緣焊接，防疲勞。第29頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四縱向加勁肋慣性矩應(yīng)滿足下列要求：a≥0.85h0，Iy≥(2.5-0.45a/h0)(a/h0)2h0tw3(12-45)a＜0.85h0，Iy≥1.5h0tw3(12-44)

這些要求，保證了縱向加勁肋起到剛性地分割腹板為若干小板塊的作用。特別指出：

加勁肋設(shè)計(jì)保證了腹板的局部穩(wěn)定，只要按《規(guī)范》規(guī)定的加勁肋設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)加勁肋，其腹板的局部穩(wěn)定就已經(jīng)得到滿足。因此，可以說設(shè)計(jì)加勁肋位置和剛度是《規(guī)范》驗(yàn)算腹板局部穩(wěn)定的簡化方法。第30頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四7實(shí)腹梁的構(gòu)造一、梁與梁的連接——迭接和側(cè)面連接。圖-38a)迭接b)側(cè)面連接第31頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四迭接特點(diǎn)：次梁放在主梁上。優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單缺點(diǎn)：不利于整體穩(wěn)定，占用空間大。注意：次梁處，主梁腹板應(yīng)設(shè)橫向加勁肋，并與腹板局部穩(wěn)定要求結(jié)合起來。

橫向加勁肋設(shè)置必須把計(jì)算結(jié)果和構(gòu)造要求結(jié)合起來考慮。不能只按計(jì)算需要隨意設(shè)置。a)迭接第32頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四b)側(cè)面連接側(cè)面連接特點(diǎn)：次梁和主梁腹板橫肋相連，支反力經(jīng)橫肋傳給腹板。次梁簡支。優(yōu)點(diǎn)：有利于整體穩(wěn)定，占用空間小。缺點(diǎn)：構(gòu)造較復(fù)雜。注意：次梁梁端截面需削去上翼緣、部分腹板和一半下翼緣。應(yīng)驗(yàn)算次梁端部截面抗剪強(qiáng)度。主梁反力較大，需設(shè)承托。第33頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四四、梁的拼接

1、型鋼梁拼接為什么需要拼接？梁跨度超過材料供應(yīng)長度；利用短材。拼接位置：l/3或l/4處，避免彎矩最大位置。拼接方法：對(duì)接焊縫焊接。當(dāng)采用Ⅲ級(jí)質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，焊縫抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度低于鋼材，應(yīng)采用斜焊縫（圖40）。通常，為了施工方便起見，受拉、受壓翼緣都采用斜焊縫。圖40第34頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四

2、組合梁的拼接

為什么要拼接？

梁的跨度較大，翼緣和腹板不可能用整塊鋼板做成，需在工廠分段制造，工地拼接。全長2847m，主橋48+204+460+204+48m斜拉橋，鋼箱梁長964m，武漢軍山長江公路大橋第35頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四武漢軍山長江公路大橋標(biāo)準(zhǔn)斷面橋面寬38.8m，87個(gè)節(jié)段，節(jié)段長6.2～12m，節(jié)段重1000～2100kN。由吊機(jī)的吊重能力確定節(jié)段長度。全焊梁。第36頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四

拼接位置：拼接接頭一般布置在彎矩較小的截面。

拼接方法：

1）焊接翼緣和腹板焊縫一般采用對(duì)接，并應(yīng)錯(cuò)開，腹板對(duì)接焊縫和加勁肋間的距離應(yīng)大于10tw（圖42）。目的減少焊接應(yīng)力。受拉翼緣采用對(duì)接焊接連接，會(huì)降低疲勞強(qiáng)度，對(duì)于受動(dòng)荷作用的結(jié)構(gòu)不利。

圖-42第37頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四

2）高強(qiáng)螺栓連接具有施工方便、特別是能改善受拉翼緣橫向焊縫引起的疲勞強(qiáng)度降低。

無論焊接連接或高強(qiáng)螺栓連接，都應(yīng)進(jìn)行連接驗(yàn)算。

第38頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四算例

[例]跨度為3米的簡支梁，承受均布荷載，其中永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk=15kN/m，各可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值共為q1k=20kN/m。試選擇普通工字鋼截面，材料為Q235鋼。結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)。

[分析]荷載組合→計(jì)算彎矩→選擇截面→驗(yàn)算強(qiáng)度、剛度。第39頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四[解]

（1）荷載組合標(biāo)準(zhǔn)荷載q0=qk+q1k=15+20=35kN/m

設(shè)計(jì)荷載q=0(Gqk+G1q1k)0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。安全等級(jí)二級(jí)，0=1.0G——永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，一般取G=1.2G1——可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，一般取G1=1.4——荷載組合系數(shù)，取

=0.85q=1.0(1.2×15+0.85×1.4×20)=41.8kN/m

（未包括梁的自重）算撓度用算內(nèi)力用第40頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四