钢结构第四章 (2)优秀PPT.ppt
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1、钢结构第四章第一页,本课件共有80页承受承受横向荷载横向荷载和和弯矩弯矩的构件称为受弯构件。结构中的实腹的构件称为受弯构件。结构中的实腹式受弯构件一般称为式受弯构件一般称为梁梁,梁在钢结构中是应用较广泛的一种,梁在钢结构中是应用较广泛的一种基本构件。例如房屋建筑中的楼盖梁、墙梁、檩条、吊车梁基本构件。例如房屋建筑中的楼盖梁、墙梁、檩条、吊车梁和工作平台梁。和工作平台梁。4.1 概述概述构件内力构件内力弯矩弯矩弯矩弯矩+剪力,附加很小的轴力剪力,附加很小的轴力弯矩弯矩+剪力剪力第二页,本课件共有80页受弯构件的设计应满足:受弯构件的设计应满足:强度、整体稳定、局部稳定和刚度强度、整体稳定、局部稳
2、定和刚度四个方面的要求。四个方面的要求。前三项属于前三项属于承载能力极限状态计算承载能力极限状态计算,采用,采用荷载的荷载的设计值设计值;第四项为第四项为正常使用极限状态的计算正常使用极限状态的计算,计算挠度,计算挠度时按荷载的时按荷载的标准值标准值进行。进行。正常使用极限状态正常使用极限状态 刚度刚度承载能力极限状态承载能力极限状态强度强度抗弯强度抗弯强度抗剪强度抗剪强度局部压应力局部压应力折算应力折算应力整体稳定整体稳定局部稳定局部稳定第三页,本课件共有80页4.2.14.2.1弯曲强度弯曲强度弯曲强度弯曲强度弹性阶段构件边缘纤维最大应力为:弹性阶段构件边缘纤维最大应力为:(4.2.1)c
3、)弹性弹性塑性塑性塑性塑性MyMMpaa=fyya)MMy0.6时,时,考虑残余应力等缺陷的影响,此时材料考虑残余应力等缺陷的影响,此时材料考虑残余应力等缺陷的影响,此时材料考虑残余应力等缺陷的影响,此时材料已进入弹塑性阶段,整体稳定临界力显著降低,已进入弹塑性阶段,整体稳定临界力显著降低,已进入弹塑性阶段,整体稳定临界力显著降低,已进入弹塑性阶段,整体稳定临界力显著降低,必须以必须以 b代替代替进行修正。进行修正。(4.4.27)轧制普通工字形简支梁轧制普通工字形简支梁第四十一页,本课件共有80页(4.4.28)2.2.双向受弯梁双向受弯梁式中式中My绕弱轴的弯矩;绕弱轴的弯矩;Wx、Wy按
4、受压纤维确定的对按受压纤维确定的对x轴和对轴和对y轴的毛截面模量;轴的毛截面模量;b绕强轴弯曲确定的梁整体稳定系数。绕强轴弯曲确定的梁整体稳定系数。y取值同塑性发展系数,但并不表示截面沿取值同塑性发展系数,但并不表示截面沿y轴以进入塑性轴以进入塑性阶段,而是为了降低后一项的影响和保持与强度公式的一致性。阶段,而是为了降低后一项的影响和保持与强度公式的一致性。第四十二页,本课件共有80页4.4.54.4.5影响梁整体稳定的因素及增强梁整体稳定的措施影响梁整体稳定的因素及增强梁整体稳定的措施影响梁整体稳定的因素及增强梁整体稳定的措施影响梁整体稳定的因素及增强梁整体稳定的措施影响梁整体稳定的因素影响
5、梁整体稳定的因素1.1.截面刚度的影响截面刚度的影响梁的梁的侧向抗弯刚度侧向抗弯刚度EIy扭转刚度扭转刚度GIt临界弯矩临界弯矩Mcr。翘曲刚度翘曲刚度EI2.2.侧向支撑距离的影响侧向支撑距离的影响侧向支撑侧向支撑l1,临界弯矩临界弯矩Mcr。侧向支撑越是侧向支撑越是靠近受压翼缘,靠近受压翼缘,效果越好。效果越好。3.3.荷载类型的影响荷载类型的影响弯矩图越饱满,临界弯矩弯矩图越饱满,临界弯矩越低越低第四十三页,本课件共有80页因因为为,梁梁一一旦旦发发生生扭扭转转,作作用用在在上上翼翼缘缘的的荷荷载载P对对弯弯曲曲中中心心产产生生不不利利的的附附加加扭扭矩矩Pe,使使梁梁的的扭扭转转加加剧
6、剧,助助长长梁梁屈屈曲曲,从从而而降降低低了了梁的临界荷载;梁的临界荷载;荷荷载载作作用用在在下下翼翼缘缘,附附加加扭扭矩矩会会减减缓缓梁的扭转变形,提高梁的临界荷载。梁的扭转变形,提高梁的临界荷载。oeP oeP 4.4.荷载作用位置的影响荷载作用位置的影响6.6.支座约束程度的影响。支座约束程度的影响。梁端支承条件梁端支承条件约束程度约束程度,临界弯矩,临界弯矩。5.5.受压翼缘的影响受压翼缘的影响受受压压翼翼缘缘宽宽大大的的截截面面,临临界弯矩高些。界弯矩高些。第四十四页,本课件共有80页 提高梁受压翼缘的侧向稳定性是提高梁整体稳定的有效方法。较经济合理的方法是设置侧向支撑,减少梁受压翼
7、缘的自由长度。2.2.增强梁整体稳定的措施增强梁整体稳定的措施1 1)增大梁截面尺寸,)增大梁截面尺寸,增大受压翼缘增大受压翼缘的宽度最为有效;的宽度最为有效;2 2)在受压翼缘设置侧向支撑;)在受压翼缘设置侧向支撑;3 3)当梁跨内无法增设侧向支撑时,宜采取闭合箱形截面;)当梁跨内无法增设侧向支撑时,宜采取闭合箱形截面;4 4)增加梁两端的约束提高其稳定承载力。采取措施使梁端不能发)增加梁两端的约束提高其稳定承载力。采取措施使梁端不能发 生扭转。生扭转。第四十五页,本课件共有80页(2)H型钢或工字形型钢或工字形截面简支梁受压翼缘自由长度截面简支梁受压翼缘自由长度l1与其宽度与其宽度b1之比
8、之比不超过下表所列数值时。不超过下表所列数值时。H型钢或工字形截面简支梁不需验算整体稳定性的最大型钢或工字形截面简支梁不需验算整体稳定性的最大l1/b1值值 (1 1)有有刚刚性性铺铺板板密密铺铺在在梁梁的的受受压压翼翼缘缘上上并并与与其其牢牢固固相相连连接接,能能阻阻止梁受压翼缘侧向位移(截面扭转)时。止梁受压翼缘侧向位移(截面扭转)时。4.4.64.4.6不需验算梁的整体稳定的情况不需验算梁的整体稳定的情况不需验算梁的整体稳定的情况不需验算梁的整体稳定的情况 第四十六页,本课件共有80页(3)对箱形截面)对箱形截面简支梁简支梁h/b0 6,且,且l1/b195(235/fy)。)。图图4.
9、4.5箱形截面箱形截面不符合以上条件的梁,必须经计算来判断是否整体稳定不符合以上条件的梁,必须经计算来判断是否整体稳定第四十七页,本课件共有80页 例例例例4-14-1:某简支梁,焊接工字形截面,跨度中点及两端都设有侧向某简支梁,焊接工字形截面,跨度中点及两端都设有侧向某简支梁,焊接工字形截面,跨度中点及两端都设有侧向某简支梁,焊接工字形截面,跨度中点及两端都设有侧向支承,可变荷载标准值及梁截面尺寸如图所示,荷载作用于梁的上翼支承,可变荷载标准值及梁截面尺寸如图所示,荷载作用于梁的上翼支承,可变荷载标准值及梁截面尺寸如图所示,荷载作用于梁的上翼支承,可变荷载标准值及梁截面尺寸如图所示,荷载作用
10、于梁的上翼缘,设梁的自重为缘,设梁的自重为缘,设梁的自重为缘,设梁的自重为1.57kN/m1.57kN/m,材料为,材料为,材料为,材料为Q235-A.FQ235-A.F,试计算此梁的整体,试计算此梁的整体,试计算此梁的整体,试计算此梁的整体稳定性。稳定性。稳定性。稳定性。1.1.梁的最大弯矩设计值:梁的最大弯矩设计值:梁的最大弯矩设计值:梁的最大弯矩设计值:解解:梁受压翼缘自由长度梁受压翼缘自由长度梁受压翼缘自由长度梁受压翼缘自由长度l l1 16m6m,l l1 1/b b1 1600600272722221616,因此应计算梁的整体稳定。因此应计算梁的整体稳定。因此应计算梁的整体稳定。因
11、此应计算梁的整体稳定。第四十八页,本课件共有80页2.2.梁截面几何特征梁截面几何特征梁截面几何特征梁截面几何特征:I Ix x=405010=4050106 6mmmm4 4,I Iy y32.81032.8106 6mmmm4 4 A A=13800mm=13800mm2 2,WWx x57010570104 4mmmm3 3 查表得:查表得:b=1.15,b=0。代入代入 b计算公式得:计算公式得:3.3.梁的整体稳定验算:梁的整体稳定验算:梁的整体稳定验算:梁的整体稳定验算:第四十九页,本课件共有80页故梁的整体稳定可以保证。故梁的整体稳定可以保证。b=1.150.6,需要修正:需要修
12、正:良好的设计,应使梁的整体稳定临界荷载尽可能高,最理想良好的设计,应使梁的整体稳定临界荷载尽可能高,最理想的是使梁不由稳定控制而由强度控制。的是使梁不由稳定控制而由强度控制。与梁抗弯强度比较:与梁抗弯强度比较:不考虑塑性发展不考虑塑性发展强度未能充分利用强度未能充分利用第五十页,本课件共有80页 为了提高梁的承载能力,节省材料,要尽可能选用较薄的板件,以使截为了提高梁的承载能力,节省材料,要尽可能选用较薄的板件,以使截面开展。面开展。受弯构件在荷载作用下,受弯构件在荷载作用下,当荷载达到某一值时,梁的腹板和受压当荷载达到某一值时,梁的腹板和受压翼缘将不能保持平衡状态,发生出平面波形鼓曲,称为
13、梁的翼缘将不能保持平衡状态,发生出平面波形鼓曲,称为梁的局部失稳。局部失稳。梁梁梁梁的局部稳定问题,其实质是组成梁的矩形薄板在各种应力的作用下的屈的局部稳定问题,其实质是组成梁的矩形薄板在各种应力的作用下的屈的局部稳定问题,其实质是组成梁的矩形薄板在各种应力的作用下的屈的局部稳定问题,其实质是组成梁的矩形薄板在各种应力的作用下的屈曲问题。曲问题。曲问题。曲问题。4.5梁板件的局部稳定梁板件的局部稳定图图4.5.1局部失稳局部失稳现象现象板件鼓曲板件鼓曲受压翼缘屈曲受压翼缘屈曲腹板屈曲腹板屈曲局部失稳局部失稳第五十一页,本课件共有80页局部失稳的后果局部失稳的后果:恶化工作条件,降低构件恶化工作
14、条件,降低构件的承载能力,动力荷载作用下的承载能力,动力荷载作用下易引起疲劳破坏易引起疲劳破坏。图图4.5.2受弯构件的局部失稳受弯构件的局部失稳 此外还可能因为梁刚度不此外还可能因为梁刚度不足,影响梁的整体稳定;足,影响梁的整体稳定;挠度挠度过大,影响正常使用过大,影响正常使用;钢结;钢结构表面锈蚀严重,耐久性差。构表面锈蚀严重,耐久性差。构件的局部稳定问题构件的局部稳定问题:n 保证板件在构件整体失稳前不发生局部失稳;保证板件在构件整体失稳前不发生局部失稳;n 在设计中合理应用板件的屈曲后性能。在设计中合理应用板件的屈曲后性能。第五十二页,本课件共有80页4.5.14.5.1矩形薄板的屈曲
15、矩形薄板的屈曲矩形薄板的屈曲矩形薄板的屈曲薄板的定义:薄板的定义:薄板的定义:薄板的定义:当板面最小宽度与厚度之比当板面最小宽度与厚度之比当板面最小宽度与厚度之比当板面最小宽度与厚度之比b b/t t 5858为薄板,可以忽略为薄板,可以忽略为薄板,可以忽略为薄板,可以忽略剪切变形的影响。剪切变形的影响。剪切变形的影响。剪切变形的影响。当当当当b b/t t 5858为厚板为厚板为厚板为厚板;横向剪应力产生的剪切变形和弯曲横向剪应力产生的剪切变形和弯曲横向剪应力产生的剪切变形和弯曲横向剪应力产生的剪切变形和弯曲变形属同量级,不能忽略变形属同量级,不能忽略变形属同量级,不能忽略变形属同量级,不能
16、忽略剪切变形剪切变形剪切变形剪切变形的影响。的影响。的影响。的影响。1.1.1.1.板件弹性阶段的临界应力板件弹性阶段的临界应力板件弹性阶段的临界应力板件弹性阶段的临界应力 板在各种应力作用下保持稳定所能承受的最大应力称为板在各种应力作用下保持稳定所能承受的最大应力称为临界应力临界应力 cr。按弹性稳定理论,理想弹性薄板的的按弹性稳定理论,理想弹性薄板的的临界应力计临界应力计算公式为:算公式为:(4.5.7)k板的屈曲系数板的屈曲系数k板的屈曲系数板的屈曲系数第五十三页,本课件共有80页屈曲系数屈曲系数屈曲系数屈曲系数k k的取值的取值的取值的取值荷载种类、分布状态荷载种类、分布状态荷载种类、
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