钢结构梁学习.pptx
《钢结构梁学习.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《钢结构梁学习.pptx(116页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、型钢梁加工简型钢梁加工简单,造价较廉,但单,造价较廉,但截面尺寸受规格的截面尺寸受规格的限制。当荷载和跨限制。当荷载和跨度较大致使型钢截度较大致使型钢截面不能满足要求时,面不能满足要求时,则采用组合粱。则采用组合粱。型钢梁 4-14-1概述概述第1页/共116页 4-14-1概述概述第2页/共116页 4-14-1概述概述第3页/共116页现场焊接设备基础箱型钢梁现场焊接设备基础箱型钢梁 4-14-1概述概述第4页/共116页在原有大楼增设轻钢结构在原有大楼增设轻钢结构 4-14-1概述概述第5页/共116页(a)双轴对称焊接板粱;双轴对称焊接板粱;(b)加强受压翼缘的焊接板梁;加强受压翼缘的
2、焊接板梁;(c)双层翼缘板焊接板梁;双层翼缘板焊接板梁;4-14-1概述概述第6页/共116页(d)高强度螺接连接的工字形板梁;高强度螺接连接的工字形板梁;(e)焊接箱形板梁焊接箱形板梁 4-14-1概述概述第7页/共116页蜂窝梁蜂窝梁钢与混凝土组合梁钢与混凝土组合梁 4-14-1概述概述第8页/共116页工字形焊接钢梁工字形焊接钢梁横向加劲肋横向加劲肋纵向加劲肋纵向加劲肋短加劲肋短加劲肋 4-14-1概述概述第9页/共116页按承载能力极限状态的计算,需采用荷载的设计值;按按承载能力极限状态的计算,需采用荷载的设计值;按正常使用极限状态的计算,计算挠度时按荷载标准值进行。正常使用极限状态的
3、计算,计算挠度时按荷载标准值进行。第一极限状态:第一极限状态:截面的抗弯强度、抗剪强度等、截面的抗弯强度、抗剪强度等、整体稳定性、局部稳定、腹板屈曲后强度整体稳定性、局部稳定、腹板屈曲后强度第二极限状态:第二极限状态:刚度刚度大部分重要的梁将采用板梁,因而梁的计算中还应包括大部分重要的梁将采用板梁,因而梁的计算中还应包括下列内容:下列内容:1.梁截面沿梁跨度方向的改变;梁截面沿梁跨度方向的改变;2.翼缘板与腹板的连接计算;翼缘板与腹板的连接计算;3.梁腹板的加劲肋设计;梁腹板的加劲肋设计;4.梁的拼接;梁的拼接;5.梁与梁的连接和梁的支座等。梁与梁的连接和梁的支座等。4-14-1概述概述第10
4、页/共116页弯曲强度4-2强度和刚度抗剪强度 局部压力 折算应力 刚度 4-24-2强度和刚度强度和刚度第11页/共116页1.1.弹性工作状态弹性工作状态粱弯曲截面应力线性分布,边缘最大应力应满足下式:弯曲强度4-24-2强度和刚度强度和刚度第12页/共116页In梁截面惯性矩;梁截面惯性矩;Wn梁截面弹性抵抗矩。梁截面弹性抵抗矩。M梁的最大弯矩;梁的最大弯矩;f 钢材设计强度;钢材设计强度;h梁截面高度。梁截面高度。4-24-2强度和刚度强度和刚度第13页/共116页2 2弹塑性状态弹塑性状态 当弯矩继续增加,截面边缘部分截面屈服。当弯矩继续增加,截面边缘部分截面屈服。最后弹性核心部分逐
5、渐减少直至全截面进入塑性,形成两最后弹性核心部分逐渐减少直至全截面进入塑性,形成两个矩形应力块。个矩形应力块。塑性极限弯矩塑性极限弯矩MpWepfy,Wep为截面塑性抵抗矩,此时截为截面塑性抵抗矩,此时截面形成塑性铰。面形成塑性铰。弯矩的发展4-24-2强度和刚度强度和刚度第14页/共116页为了使梁截面有一定的安全储备,设计时不采用塑性抵抗为了使梁截面有一定的安全储备,设计时不采用塑性抵抗矩,而是采用较小的弹塑性抵抗矩,采用部分边缘纤维屈服淮矩,而是采用较小的弹塑性抵抗矩,采用部分边缘纤维屈服淮则,规范规定钢梁单向受弯抗弯强度:则,规范规定钢梁单向受弯抗弯强度:式中:式中:塑性发展系数,查表
6、获塑性发展系数,查表获得。得。按截面形成塑性铰进行设计,省钢材,但变形比较大,会影响正常使用。规定可通过限制塑性发展区有限制的利用塑性,一般限制a在h/8h/4之间。4-24-2强度和刚度强度和刚度第15页/共116页截面塑性发展系数截面塑性发展系数x、y值值4-24-2强度和刚度强度和刚度第16页/共116页截面塑性发展系数截面塑性发展系数x、y值值4-24-2强度和刚度强度和刚度第17页/共116页对于双向弯曲梁近似按两方向应力叠加,计算公式对于双向弯曲梁近似按两方向应力叠加,计算公式:对于双轴对称工字形截面当绕y轴弯曲时对于箱形截面计算示意图注:注:1.计算疲劳的梁计算疲劳的梁x=y=1
7、.02.x=1.03.格构式构件绕虚轴格构式构件绕虚轴x=1.04-24-2强度和刚度强度和刚度第18页/共116页4-24-2强度和刚度强度和刚度第19页/共116页抗剪强度 一一.剪力中心剪力中心外荷载产生的剪力作用位置不是剪心时将其挪到剪心上。这时剪心上不但作用剪力,还作用有平移剪力产生的扭矩。扭矩使整个截面绕剪心转动剪切中心剪切中心(或剪力中心或剪力中心)剪切中心的定义是:开口薄壁截面上剪力流合力沿截面剪切中心的定义是:开口薄壁截面上剪力流合力沿截面两个形心主轴方向分力的交点,因而得名。两个形心主轴方向分力的交点,因而得名。若构件所受横向荷载通过截面的剪切中心,则构件将不若构件所受横向
8、荷载通过截面的剪切中心,则构件将不受到扭矩作用因而构件只会弯曲而不扭转,若荷载不通过截受到扭矩作用因而构件只会弯曲而不扭转,若荷载不通过截面的剪切中心,则构件必同时发生弯曲和扭转。在这个意义面的剪切中心,则构件必同时发生弯曲和扭转。在这个意义上剪切中心因此也常被称为弯曲中心。上剪切中心因此也常被称为弯曲中心。根据定义,可得到结论:根据定义,可得到结论:4-24-2强度和刚度强度和刚度第20页/共116页单轴对称工字形截面的剪切中心不与其形心重合,但必单轴对称工字形截面的剪切中心不与其形心重合,但必位于对称轴上接近于较大翼缘一侧,具体位置需经计算确定位于对称轴上接近于较大翼缘一侧,具体位置需经计
9、算确定(见图见图(b);开口薄壁截面如有对称轴,则剪切中心必位于对称轴上;开口薄壁截面如有对称轴,则剪切中心必位于对称轴上;双轴对称截面的剪切中心必与该截面的形心重合双轴对称截面的剪切中心必与该截面的形心重合(见图见图(a);4-24-2强度和刚度强度和刚度第21页/共116页十字形截面、角形截面和十字形截面、角形截面和T形截面,由于组成其截面的狭形截面,由于组成其截面的狭长短形截面中心线的交点只有一点,该交点就是它们的剪切长短形截面中心线的交点只有一点,该交点就是它们的剪切中心中心(见图见图(c)图图(e);槽形截面的剪切中心必位于其腹板外侧的对称轴上,具体位槽形截面的剪切中心必位于其腹板外
10、侧的对称轴上,具体位置需经计算确定置需经计算确定(见图见图(f)。4-24-2强度和刚度强度和刚度第22页/共116页梁的截面剪力分布如图。截面剪应力为:梁的截面剪力分布如图。截面剪应力为:工字形截面和槽形截面上的剪力流工字形截面和槽形截面上的剪力流二二.弯曲剪应力计算弯曲剪应力计算4-24-2强度和刚度强度和刚度第23页/共116页式中:式中:V梁的剪力设计值;梁的剪力设计值;S计算剪应力处以上截面对中和轴的面积矩计算剪应力处以上截面对中和轴的面积矩I截面惯性矩;截面惯性矩;b计算剪应力处的截面宽度。计算剪应力处的截面宽度。S和和I一般可按毛截面计算。对工形截面,估算时可近似一般可按毛截面计
11、算。对工形截面,估算时可近似取取:(1.11.2)Vhtwfv,偏安全可按偏安全可按1.2Vhtw计算。计算。4-24-2强度和刚度强度和刚度第24页/共116页如梁端反力靠腹板连接传递,则该处剪力应按只由腹扳如梁端反力靠腹板连接传递,则该处剪力应按只由腹扳承受,并按其实有净尺寸承受,并按其实有净尺寸(矩形截面矩形截面)计算剪应力计算剪应力:梁端反力靠腹板连接4-24-2强度和刚度强度和刚度第25页/共116页在梁的固定集中荷载(包括支座反力)作用处无支承加劲肋,或有移动的集中荷载(如吊车轮压),这时梁的腹板将承受集中荷载产生的局部压应力。局部压应力在梁腹板与上翼缘交界处最大,到下翼缘处减为零
12、。局部压应力 假设局部压应力在荷载作用点以下的(吊车轨道高度)高度范围内以45o角扩散,在高度范围内以1:2.5的比例扩散,传至腹板与翼缘交界处,实际上局部压应力沿梁纵向分布并不均匀,简化计算,假设在范围内局部压应力均匀分布4-24-2强度和刚度强度和刚度第26页/共116页荷载放大系数;对重级工作制吊车梁,;其它梁;在所有梁支座处 ;集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度,按下式计算:跨中集中荷载:梁端支反力处:支承长度,对钢轨上的轮压取50mm;自梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离;轨道的高度,对梁顶无轨道的梁=0。4-24-2强度和刚度强度和刚度第27页/共116页梁承受固定集中荷载梁
13、承受固定集中荷载(包括支座反力包括支座反力)处末设支承加劲肋、或处末设支承加劲肋、或有移动集中荷载有移动集中荷载(如吊车轮压如吊车轮压)时,应计算腹板边缘局压应力。时,应计算腹板边缘局压应力。局部压应力局部压应力a=50mmlz=a+2hR+5hylz=a+2hR+5hya=50mmabb+a+2.5hya+2.5hy4-24-2强度和刚度强度和刚度第28页/共116页集中载作用集中载作用下,翼缘下,翼缘(在吊车在吊车梁中还包括轨道梁中还包括轨道)类似支承于腹板的类似支承于腹板的弹性地基粱,其分弹性地基粱,其分布如图。计算时假布如图。计算时假定荷载以定荷载以1:1和和1:2.5扩散,并均扩散,
14、并均匀分布于扩散段腹匀分布于扩散段腹板计算边缘。板计算边缘。a=50mmlz=a+2hR+5hylz=a+2hR+5hyc4-24-2强度和刚度强度和刚度第29页/共116页取荷载假定分布长度为:取荷载假定分布长度为:式中式中a为集中荷载为集中荷载沿梁跨度方向的支承沿梁跨度方向的支承长度,对吊车轮压可长度,对吊车轮压可取为取为50mm;hy为自梁为自梁承载的边缘或吊车梁承载的边缘或吊车梁轨顶到腹板计算边缘轨顶到腹板计算边缘的距离。的距离。a=50mmchy4-24-2强度和刚度强度和刚度第30页/共116页如集中荷载位于梁的端部,荷载外侧端距如集中荷载位于梁的端部,荷载外侧端距b2.5hy,则
15、取,则取:腹板计算边缘的局部压应力按下式计算:腹板计算边缘的局部压应力按下式计算:a=50mmabb+a+2.5hya+2.5hyFF式中式中F为集中荷载为集中荷载(对对动力荷载应考虑动力系数动力荷载应考虑动力系数);为集中荷载增大系数,为集中荷载增大系数,对重级工作制吊车的轮压取对重级工作制吊车的轮压取1.35(考虑局部范围的超额考虑局部范围的超额冲击作用冲击作用);对其它情况取;对其它情况取1.0。4-24-2强度和刚度强度和刚度第31页/共116页腹板计算高度:对轧制型钢梁,为腹板与上、下翼缘相连处两内弧起点之间的距离;对焊接组合梁,为腹板高度;对铆接(或高强螺栓连接)组合梁,为上、下翼
16、缘与腹板连接的铆钉(或高强螺栓)线间最近距离。4-24-2强度和刚度强度和刚度第32页/共116页当计算当计算c不满足要求时,应加厚腹板,或考虑增加集中荷不满足要求时,应加厚腹板,或考虑增加集中荷载支承长度载支承长度a,或增加吊车梁轨道的高度或刚度以加大或增加吊车梁轨道的高度或刚度以加大hy和和lz。4-24-2强度和刚度强度和刚度第33页/共116页在梁上承受位置固定的较大集中荷载在梁上承受位置固定的较大集中荷载(包括支座反力包括支座反力)处,处,一般应设支承加劲肋刨平顶紧于受荷载的翼缘并与腹板牢固连一般应设支承加劲肋刨平顶紧于受荷载的翼缘并与腹板牢固连接,这时认为全部集中荷载通过支承加劲肋
17、传递,因而腹板的接,这时认为全部集中荷载通过支承加劲肋传递,因而腹板的局部压应力局部压应力c0而不必计算。而不必计算。支承加劲肋支承加劲肋短加劲肋短加劲肋4-24-2强度和刚度强度和刚度第34页/共116页如梁在同一部位如梁在同一部位(同一截面的同一纤维位置同一截面的同一纤维位置)处弯曲应力处弯曲应力、剪应力剪应力和局部压应力和局部压应力c都较大时,应按最大变形能理论计算都较大时,应按最大变形能理论计算折算应力折算应力z满足要求,需计算的部位为:满足要求,需计算的部位为:(1)沿梁长方向沿梁长方向粱的支座处,以及梁上粱的支座处,以及梁上集中荷载作用点的一侧,弯集中荷载作用点的一侧,弯矩和剪力都
18、较大,粱变截面矩和剪力都较大,粱变截面位置的一侧,弯曲应力和剪位置的一侧,弯曲应力和剪力都较大。力都较大。折算应力4-24-2强度和刚度强度和刚度第35页/共116页(2)沿梁高方向沿梁高方向工形梁或箱形梁的腹板计算边缘工形梁或箱形梁的腹板计算边缘1l处,该纤维处弯曲处,该纤维处弯曲应力应力1和剪应力和剪应力1都较大,因而折算应力都较大,因而折算应力z也较大。也较大。11(3)梁上有局部压应力梁上有局部压应力c时,计算时,计算z时应计时应计入入c的影响。的影响。上式计算中,上式计算中,l、c应计入拉压符号,并取应计入拉压符号,并取l1.1(1与与c同号时同号时)或或1.2(1与与c异号时异号时
19、)。l1.1或或1.2的提高是考虑的提高是考虑z的的最大值只发生在范围很小的局部。最大值只发生在范围很小的局部。4-24-2强度和刚度强度和刚度第36页/共116页受弯构件的刚度梁的刚度用标准荷载作用下的挠度度量按下式验算:由荷载的标准值引起的梁中最大挠度梁的容许挠度值4-24-2强度和刚度强度和刚度第37页/共116页自由扭转分析给出梁整体弯扭失稳时的计算公式,先进行薄壁构件给出梁整体弯扭失稳时的计算公式,先进行薄壁构件的扭转分析。的扭转分析。4 3梁的扭转自由扭转示意图4-34-3梁的扭转梁的扭转第38页/共116页矩形、工字形和槽形等在扭转时,原先为平面的截面不矩形、工字形和槽形等在扭转
20、时,原先为平面的截面不再保持平面,截面上各点沿杆轴方向发生纵向位移而使截面翘再保持平面,截面上各点沿杆轴方向发生纵向位移而使截面翘曲。曲。称为自由扭转称为自由扭转(或圣维南扭转或圣维南扭转)。自由扭转示意图4-34-3梁的扭转梁的扭转第39页/共116页1 1扭矩扭矩MMt t与扭转率与扭转率(即单位长度的扭转角即单位长度的扭转角)间有下列关系:间有下列关系:为截面扭转角为截面扭转角GIt为构件扭转刚度为构件扭转刚度 G为剪切模量为剪切模量 It为抗扭惯性矩为抗扭惯性矩MtMt2 2截面上的剪应力环绕截面四截面上的剪应力环绕截面四周方向、沿截面狭边厚度呈线性周方向、沿截面狭边厚度呈线性分布分布
21、4-34-3梁的扭转梁的扭转第40页/共116页工字形和工字形和T形等,其抗扭惯性矩为:形等,其抗扭惯性矩为:狭长矩形组成,整个截面是连续的,系数k k是因而产生的增大系数:工字形截面,k k1.25;T T形截面,k k1.15。3.3.开口截面和闭口截面开口截面和闭口截面A A为截面中心线所围面积4-34-3梁的扭转梁的扭转第41页/共116页约束扭转悬臂构件,在自由端施加一集中扭矩后,自由端截面悬臂构件,在自由端施加一集中扭矩后,自由端截面翘曲变形最大,固定端截面翘曲为零,这是由于固定端支翘曲变形最大,固定端截面翘曲为零,这是由于固定端支座约束所造成。座约束所造成。悬臂构件扭转4-34-
22、3梁的扭转梁的扭转第42页/共116页(1)各截面有不同的翘曲变形,因而两相各截面有不同的翘曲变形,因而两相邻截面间构件的纵向纤维因有伸长或缩短变邻截面间构件的纵向纤维因有伸长或缩短变形而有正应变,截面上将产生正应力。这种形而有正应变,截面上将产生正应力。这种正应力称为翘曲正应力或扇性正应力。正应力称为翘曲正应力或扇性正应力。约束扭转的特点约束扭转的特点约束扭转图示4-34-3梁的扭转梁的扭转第43页/共116页(2)由于各截面上有大小不同的翘曲正应力,为了与之平衡,由于各截面上有大小不同的翘曲正应力,为了与之平衡,截面上将产生剪应力,这种剪应力称为翘曲剪应力或扇性剪应截面上将产生剪应力,这种
23、剪应力称为翘曲剪应力或扇性剪应力。这与受弯构件中各截面上有不同弯曲正应力时截面上必有力。这与受弯构件中各截面上有不同弯曲正应力时截面上必有弯曲剪应力,理由相同。弯曲剪应力,理由相同。dd4-34-3梁的扭转梁的扭转第44页/共116页此外,约束扭转时为抵抗两相邻截面的相互转动,截面此外,约束扭转时为抵抗两相邻截面的相互转动,截面上也必然存在与自由扭转中相同的自由扭转剪应力上也必然存在与自由扭转中相同的自由扭转剪应力(或称圣维或称圣维南剪应力南剪应力)。这样,约束扭转时,构件的截面上有两种剪应力:。这样,约束扭转时,构件的截面上有两种剪应力:圣维南剪应力和翘曲剪应力。前者组成圣维南扭矩圣维南剪应
24、力和翘曲剪应力。前者组成圣维南扭矩Mt,后者,后者组成翘曲扭矩组成翘曲扭矩M,两者合成一总扭矩,两者合成一总扭矩Mz(3)约束扭转时,截面各纵向纤维既有不同的伸长或缩短,约束扭转时,截面各纵向纤维既有不同的伸长或缩短,因而构件的纵向纤维必有弯曲变形。因而约束扭转又名弯曲扭因而构件的纵向纤维必有弯曲变形。因而约束扭转又名弯曲扭转。转。4-34-3梁的扭转梁的扭转第45页/共116页约束扭转时为抵抗两相邻截面的相互转动,截面上也必约束扭转时为抵抗两相邻截面的相互转动,截面上也必然存在与自由扭转中相同的自由扭转剪应力。然存在与自由扭转中相同的自由扭转剪应力。约束扭转时,构件的截面上有两种剪应力:圣维
25、南剪应约束扭转时,构件的截面上有两种剪应力:圣维南剪应力和翘曲剪应力。前者组成圣维南扭矩力和翘曲剪应力。前者组成圣维南扭矩Mt,后者组成翘曲扭,后者组成翘曲扭矩矩M,两者合成一总扭矩,两者合成一总扭矩Mz,即,即I称为翘曲惯性矩。称为翘曲惯性矩。最后得:最后得:这就是集中扭矩作用下的扭矩平衡方程式。这就是集中扭矩作用下的扭矩平衡方程式。4-34-3梁的扭转梁的扭转第46页/共116页EI是扭转时一个重要物理量,称为翘曲刚度。表示构件是扭转时一个重要物理量,称为翘曲刚度。表示构件截面抵抗翘曲的能力。与侧向抗弯刚度截面抵抗翘曲的能力。与侧向抗弯刚度EIy和扭转刚度和扭转刚度GIt一一起在梁的稳定中
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 钢结构 学习
限制150内