钢结构构件第二节指南.docVIP

第二节 受弯构件 受弯构件主要是指承受横向荷载的实腹式构件，通称为钢梁。钢梁在工程中用途很广，例如：楼盖梁、 屋盖梁、檩条、框架梁、工作平台梁、托梁、吊车梁、墙梁等，它们可分别用作不同功能的需求。 一、梁的类型 按支承情况：简支梁、连续梁、悬臂梁、外伸梁。由于简支梁安装方便、支座下沉和温度变化，不会产生多余的约束力，所以是钢梁的主要形式。而连续梁尽管用料经济，但由于施工不便，实际工程中相对应用较少。 按受力情况：单向受弯梁（楼盖梁、屋盖梁、框架梁等）、双向受弯梁（檩条、吊车梁等）。 按制作方法：轧制梁、焊接梁、铆接梁、栓焊梁（高强螺栓和焊接组合梁）。其中轧制梁、焊接梁用得较多。 按截面沿长度变化情况：等截面梁和变截面梁（变宽度、变高度）。 按材料性能：同种钢梁（同种牌号钢）、异种钢梁（翼缘或跨中等受力大的部位用强度高的钢，受力小的部位用强度低的钢制作）、钢与混凝土组合梁（钢梁的翼缘上焊接抗剪连接件后，再浇混凝土板）。 按截面形式：热轧型钢梁（工字钢、槽钢、H型钢）图4-2-1（a），冷弯薄壁型钢（如冷弯薄壁C钢及冷弯薄壁Z钢图4-2-1（b）），组合梁。组合梁由钢板根据设计要求确定的截面形式及尺寸后，主要通过焊接组合而成，例如：工字形截面、箱形截面图4-2-1（c）等。 冷弯薄壁型钢由于强度高、自重轻、用料经济满足设计要求时，应优先选用。最适用于轻型屋面及墙面，特别是冷弯薄壁Z钢，更是屋面檩条最合理的形式；但是由于薄壁薄，应做好防腐处理和定期围护和保养。 热轧H型钢、工字钢型钢梁由于双轴对称，受力性能好，应用较多；当荷载大、跨度大，型钢截面不能满足要求时，可采用组合截面。本节重点介绍热轧型钢梁和焊接组合截面梁的设计基本原理。 图 4-2-1实腹式梁截面形式 （a）热轧型钢截面 （b）冷弯C型钢和Z型钢截面 （c）组合截面 受弯构件受力不同于轴心受力构件，也不同于钢筋混凝土受弯构件，除截面承受弯矩、剪力外，由于钢梁腹板厚度比较小，在集中力处腹板还要承受比较大横向压力。 钢梁的设计包括强度、刚度、整体稳定性及局部稳定性计算。另外，对于承受重复动力荷载的梁，当应力变化的循环次数时（例如：重级工作制的吊车梁），还应进行疲劳强度计算。 二、梁的强度及刚度计算 （一） 梁的强度 1 抗弯强度 （1）正截面弯曲正应力的变化阶段 梁正截面的弯曲应力随弯矩的大小不同而变化，但总体来讲，从加荷到破坏正截面上的应力经历了三个阶段，下面以单向受弯的工字形截面为例，说明正应力主要变化过程。见表4-2-1 梁正截面应力变化过程 表4-2-1 阶段 正 应 力 图 工 作 特 征 抗弯能力 弹 性 工 作 阶 段 ①弯矩较小，材料处于弹性状态，应力沿梁高呈三角形分布； ②继续加荷，边缘应力刚达到屈服点时，到达弹性阶段的末端，其对应的弯矩也到达了弹性极限弯矩 —梁净截面对轴的弹性抵抗矩。 弹 塑 性 工 作 阶 段 ①随着弯矩增加，材料进入弹塑性状态，外边缘部分截面进入塑性状态，但应力=；中间部分截面仍为于弹性状态应力； ②弯矩继续增加，塑性范围越来越大，弹性范围越来越小，变形随之加大。 —塑性发展系数，且≥1，塑性发展深度越大，愈大；—梁净截面对轴弹塑性抵抗矩。 塑 性 工 作 阶 段 ①随着弯矩增加，弹性消失，截面全部进入塑性状态，应力沿梁高呈上、下两个矩形分布。 ②弯矩最大截面形成塑性铰，此时弯矩达到塑性极限弯矩而彻底破坏。 ：梁净截面对轴塑性抵抗矩。 综上分析可知： ① 弹性设计即以边缘纤维屈服作为承载力极限状态，这显然是偏于保守，对于重要的结构为了偏于安全可不考虑塑性发展； ② 塑性设计即以全截面纤维均被屈服作为承载力极限状态极限，这显然是不妥的，因为塑性饺形成后，梁的变形太大，受压翼缘可能过早失去局部稳定； ③《规范》不是以塑性弯矩，而是以塑性发展到一定深度即允许部分截面进入塑性状态作为承载力极限状态的依据。为此《规范》规定了不同截面根据一定的塑性发展深度，给出了对应两个主轴方向的塑性发展系数、，见表4-2-2。 ③对于一般的结构是允许结构有一定的塑性发展，但变形过大，即塑性发展不能超过一定的深度，《规范》不同截面形式、加工方法分别给出对轴和轴的塑性发展系数、限值，见表3-2-2。（用CAD绘的表格图，整一张纸，单独打印, （2）抗弯强度 单向弯曲 （4-2-1） 　　　　　　　　 双向弯曲： （4-2-2） 　　　　　　　　 式中 、——同一截面处绕