受弯构件设计.pptx
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1、梁(梁(beambeam,girder):girder):承受横向荷载作用的直线或承受横向荷载作用的直线或曲线形构件。梁主要内力为弯矩、剪力,有时也曲线形构件。梁主要内力为弯矩、剪力,有时也承受扭矩,其主要变形为弯曲变形,有时为弯扭承受扭矩,其主要变形为弯曲变形,有时为弯扭变形。变形。梁梁:是钢结构中的常用构件,如铁路桥梁中的钢板是钢结构中的常用构件,如铁路桥梁中的钢板梁、箱形梁,工业与民用建筑中的吊车梁、屋盖梁、箱形梁,工业与民用建筑中的吊车梁、屋盖梁、工作平台梁以及檩条、墙架梁等。梁、工作平台梁以及檩条、墙架梁等。第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁
2、的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁一、一、梁的类型梁的类型1.1.按弯曲变形状况分:按弯曲变形状况分:单向弯曲构件单向弯曲构件构件在一个主轴平面内受弯双向弯曲构件双向弯曲构件构件在两个主轴平面内受弯2.2.按支撑条件分:按支撑条件分:简支梁;连续梁;悬臂梁简支梁;连续梁;悬臂梁第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式3.3.按截面构成方式分:按截面构成方式分:(1)(1)型钢梁型钢梁(跨度较小、内力相对不大)热轧型钢梁:小跨度梁,如屋盖梁、框架中的次梁等。冷弯薄壁型钢梁:墙檩、屋檩等。(2)(2)焊接组合截面梁焊
3、接组合截面梁(跨度或内力较大)工字梁:制作、安装、养护方便,横向及扭转刚度小。箱形梁:横向及扭转刚度大,节约钢材,制作安装、困难。第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式(3)(3)钢钢-混凝土组合梁混凝土组合梁原理:简支梁的上翼缘受压,混凝土抗压能力强且刚度大,用混凝土做上翼缘,钢做腹板和下翼缘,形成结合梁。主要优点:充分利用材料性能,节约钢材,梁的横向刚度大。缺点:混凝土和钢梁的接触面需要特殊处理第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式 图
4、51 受弯构件截面形式第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式二、梁格布置和梁的搭接二、梁格布置和梁的搭接1.1.梁格布置梁格布置(1 1)简单梁格:)简单梁格:只有主梁,适用于主梁跨度较小或面板规格较大的情况梁格简单布置图第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式(2)(2)普通梁格普通梁格:在主梁间设次梁,适用于大多数的梁格尺寸和情况,应用最广。梁格普通布置图第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和
5、形式梁的应用和形式梁的应用和形式(3)(3)复式梁格复式梁格:在主梁间设纵向次梁,在纵向次梁间设横向次梁。荷载传递层次多,梁格构造复杂,只适用于荷载大和主梁跨度大的情况.梁格复式布置图第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式2.2.梁格中主次梁的搭接方式梁格中主次梁的搭接方式(1)(1)叠接叠接:次梁叠放在主梁之上,制造安装最方便。结构高度大,净空减少;梁格刚度差。主次梁的叠接连接第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式(2)(2)升高连接升高
6、连接:次梁从侧面与主梁连接,次梁上翼缘 高度高于主梁上翼缘高度。次梁端部有削弱,切 割费工,但是结构高度较小主次梁的等高连接(升高连接)第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式(3)(3)等高连接等高连接:次梁从侧面与主梁连接,次梁上翼缘 高度等于主梁上翼缘高度。切割高度小,连接牢 固,梁格的刚度和整体稳定性好。主次梁等高连接(升高连接)第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式(4)(4)降低连接降低连接:次梁在主梁高度内与主梁腹板连接,在复式
7、梁格中,常使横向次梁叠接于纵向次梁 而纵向次梁与主梁采用降低连接。主次梁降低连接第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式三、梁的设计内容三、梁的设计内容钢结构梁设计的内容大致包括:钢结构梁设计的内容大致包括:强度计算强度计算整体稳定整体稳定 (承载力极限状态)局部稳定局部稳定刚度计算刚度计算 (正常使用极限状态)第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式1.1.强度计算强度计算(1)抗弯强度:抗弯强度:验算翼缘的弯曲正应力与钢材的屈服强度fy 之
8、间的关系。(2)抗剪强度:抗剪强度:验算腹板的剪应力与钢材的抗剪强度设计 值fv之间的关系(3)局部压应力:局部压应力:梁在固定集中荷载作用处无加劲肋,或承 受移动集中荷载时,应比较局部压力c与钢材 抗压强度f(4)折算应力:折算应力:梁局部应力状态复杂时,应比较折算应力eq 与钢材的抗压强度f第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式2.2.整体稳定整体稳定(1)(1)整体失稳的现象:整体失稳的现象:某些受弯构件在荷载作用下,虽然其正应力还低于钢材的强度,但其变形会突然偏离原来的弯曲变形曲面,同时发生侧向弯曲和扭转。(
9、2)(2)产生整体失稳的原因:产生整体失稳的原因:侧向刚度、抗扭刚度太小,侧向支撑点间距太大。第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁3.3.局部稳定局部稳定(1)(1)局部失稳的现象:局部失稳的现象:某些受弯构件在荷载作用下,其受压翼缘和腹板受压区出现波状屈曲。(2)(2)产生局部失稳的原因:产生局部失稳的原因:梁截面主要由平板构成,受压区板的宽厚比过大时,容易产生局部屈曲。第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁4.4.刚度刚度 构件在使用
10、过程中,如果产生过大的变形,会影响结构的正常使用,所以受弯构件还要进行刚度的验算。第一节第一节第一节第一节 梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式梁的应用和形式第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁一、抗弯强度一、抗弯强度1、正截面应力分布、正截面应力分布最大弯曲正最大弯曲正应力应力Mx截面绕截面绕x轴的弯矩轴的弯矩Wnx对对x轴的净截面模量轴的净截面模量第二节第二节第二节第二节 梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁梁在弯曲的不同阶段的弯曲应力和剪应力梁的弯曲分下面三个阶段梁的弯曲分下面三个阶段第二节第二节第二节第二节 梁的强度和刚度梁的强
11、度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁弹性阶段:弹性阶段:弹性极限:塑性阶段:塑性阶段:fy 钢材标号所指的屈服点钢材标号所指的屈服点Mx 截面绕截面绕x轴的弯矩轴的弯矩Wnx 对对x轴的净截面模量轴的净截面模量弹塑性阶段:弹塑性阶段:第二节第二节第二节第二节 梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁2、验算公式、验算公式x、y 截面的塑性发展系数 f 钢材的抗弯设计强度第二节第二节第二节第二节 梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁当梁受压翼缘的自由外伸宽度与
12、其厚度之比满足下式时,当梁受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比满足下式时,塑性发展系数应该取塑性发展系数应该取x1.0。对于需要计算疲劳的梁,宜取对于需要计算疲劳的梁,宜取x y1.0。第二节第二节第二节第二节 梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁二、抗剪强度二、抗剪强度梁的剪应力分布第二节第二节第二节第二节 梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁1、梁的剪应力分布2、验算公式、验算公式V 计算截面沿腹板平面的作用剪力S 计算剪应力处毛截面对中和轴的面积矩I 毛截面惯性矩tw 腹板厚度fv
13、钢材的抗剪强度设计值第二节第二节第二节第二节 梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁三、局部压应力三、局部压应力局部压应力(a)第二节第二节第二节第二节 梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁局部压应力(b)(1)受支座反力受支座反力R、集中力、集中力F处处(2)局部压应力,局部压应力,45角扩散角扩散(3)腹板边缘压应力较大腹板边缘压应力较大(4)假定边缘压应力均匀分布假定边缘压应力均匀分布计算平均压应力计算平均压应力局部压应力(c)第二节第二节第二节第二节 梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁
14、的强度和刚度梁的强度和刚度第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁(5)吊车梁移动轮压吊车梁移动轮压(6)局部压应力分布不均匀局部压应力分布不均匀分布长度分布长度跨中集中荷载跨中集中荷载lz=a+5hy+2hR梁端支反力梁端支反力lz=a+2.5hy+a1计算压应力计算压应力y y集中荷载增大系数,集中荷载增大系数,重级工作制吊车重级工作制吊车y y=1.35 局部压应力(d)第二节第二节第二节第二节 梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁(7)腹板薄较时,有集中力和支座处设支承加劲肋,腹板薄较时,有集中力和支座处设支承加劲肋,s sc=0(8)计
15、算支承加劲肋稳定性计算支承加劲肋稳定性第二节第二节第二节第二节 梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁四、折算应力四、折算应力(1)腹板边缘腹板边缘同时受正应力同时受正应力s s1、剪应力、剪应力t t1和压应力和压应力s sc作用作用(2)计算折算应力计算折算应力如如s s1与与s sc同号或同号或s sc=0,b b1=1.1;如如s s1与与s sc异号,异号,b b1=1.2第二节第二节第二节第二节 梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁五、构件挠度五、构件挠度1、梁的弯曲变形、梁的
16、弯曲变形(1)荷载标准值组合,计算弹性变形荷载标准值组合,计算弹性变形w w,图乘法,图乘法(2)准确计算:准确计算:简支梁,固端梁,悬臂梁简支梁,固端梁,悬臂梁第二节第二节第二节第二节 梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁2、变形限制值、变形限制值(1)主梁主梁w/w/l=1/400,次次梁梁w/w/l=1/250(2)吊车梁吊车梁w/w/l=1/5001/1200(3)墙梁、檩条墙梁、檩条w/w/l=1/1501/200 w/w/l w/w/l 第二节第二节第二节第二节 梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度梁的强度和刚度第五章第五
17、章 受弯构件受弯构件梁梁一、受弯失稳概念一、受弯失稳概念(1)高而窄的梁,弯矩作用平面外刚度弱;高而窄的梁,弯矩作用平面外刚度弱;(2)梁跨度大,弯矩作用平面外约束少;梁跨度大,弯矩作用平面外约束少;(3)开口截面,扭转刚度弱;开口截面,扭转刚度弱;(4)平面外弯曲变形和扭转变形过大;平面外弯曲变形和扭转变形过大;(5)侧向弯扭失稳;侧向弯扭失稳;第三节第三节第三节第三节 梁的整体稳定梁的整体稳定梁的整体稳定梁的整体稳定第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁二、梁的扭转二、梁的扭转1 1、剪切中心、剪切中心 梁在横向荷载作用下使截面梁在横向荷载作用下使截面受剪时,剪应力合力的作用点受剪时,剪应力合
18、力的作用点s为剪切中心,当横向荷载通过剪为剪切中心,当横向荷载通过剪切中心时,不出现扭转变形;截切中心时,不出现扭转变形;截面受扭时,绕剪切中心扭转。面受扭时,绕剪切中心扭转。第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁第三节第三节第三节第三节 梁的整体稳定梁的整体稳定梁的整体稳定梁的整体稳定2.2.自由扭转自由扭转 梁受扭矩作用时,非圆截面可以自由产生翘曲,不受梁受扭矩作用时,非圆截面可以自由产生翘曲,不受约束约束自由扭转,截面上只有剪应力和剪应变,没有自由扭转,截面上只有剪应力和剪应变,没有正应力,没有弯矩。正应力,没有弯矩。第五章第五章 受弯构件受弯构件梁梁第三节第三节第三节第三节 梁的整体稳定梁
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