金属结构设计受弯构件.pptxVIP

4. 受弯构件§4.1梁的类型和应用 承受横向荷载的构件称为受弯构件。 受弯构件包括：实腹式和格构式两大类，实腹式的受弯构件通常称为梁。 按制作方法钢梁可分为：型钢梁和组合梁两种（图4-1）。 型钢梁：加工简单，成本较低，因而应优先采用。受轧制条件的限制，热轧型钢的腹板较厚，用钢量较多。 组合梁：由钢板或型钢连接而成。组合梁的截面组成比较灵活，可使材料在截面上的分布更为合理，节省钢材。图4-1 梁的截面类型 4. 受弯构件§4.1梁的类型和应用（续） 梁可设计为简支梁、连续梁和悬伸梁等。简支梁的用钢量虽然较多，但由于制造、安装、拆换较方便，而且不受温度变化和支座沉陷的影响，因而得到广泛的应用。 梁的设计必须同时满足：承载能力极限状态和正常使用极限状态。 钢梁的承载能力极限状态包括强度、整体稳定和局部稳定三个方面。设计时要求在荷载设计值作用下，梁的抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算应力均不超过相应的强度设计值；保证梁不会发生整体失稳；同时组成梁的板件不出现局部失稳。 正常使用极限状态主要指梁的刚度，设计时要求梁具有足够的抗弯刚度，即在荷载标准值作用下，梁的最大挠度不大于《钢结构设计规范》规定的容许挠度。4. 受弯构件§4.2梁的强度和刚度§4.2.1梁的强度 梁的强度包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算应力，设计时要求在荷载设计值作用下，均不超过《钢结构设计规范》规定的相应的强度设计值。 ⑴ 梁的抗弯强度 作用在梁上的荷载不断增加时，梁的弯曲应力的发展过程可分为三个阶段，以双轴对称工字形截面梁为例说明如下。图4-2 梁正应力的分布 4. 受弯构件§4.2.1梁的强度（续） ① 弹性工作阶段 荷载较小时，截面上各点的弯曲应力均小于屈服点fy，荷载继续增加，直至边缘纤维应力达到fy（图4-2(b)），相应的弯矩为梁弹性工作阶段的最大弯矩，其值 （4－1） 式中：Wn—梁的净截面模量。 ② 弹塑性工作阶段 荷载继续增加，截面上、下各有一个高度为a的区域，其应力σ达到屈服点fy。截面的中间部分区域仍保持弹性（图4-2(c)），此时梁处于弹塑性工作阶段。 ③ 塑性工作阶段 当荷载再继续增加，梁截面的塑性区便不断向内发展，弹性核心不断变小。当弹性核心完全消失（图4-2(d)）时，荷载不再增加，而变形却继续发展，形成“塑性铰”，梁的承载能力达到极限。极限弯矩 （4－2） 4. 受弯构件§4.2.1梁的强度（续） 式中：S1n，S2n—分别为中和轴以上及以下净截面对中和轴的面积矩； Wpn—梁的净截面塑性模量，Wpn＝S1n＋S2n。 极限弯矩Mp与弹性最大弯矩Me之比为 （4－3） 由式（4-3）可见，gF值只取决于截面的几何形状而与材料的性质无关，称为截面形状系数。 在计算梁的抗弯强度时，考虑截面塑性发展更经济，但若按截面形成塑性铰进行设计，可能使梁产生的挠度过大，受压翼缘过早失去局部稳定。因此，《钢结构设计规范》只是有限制地利用塑性，取截面塑性发展深度a≤0.125h。 根据以上分析，梁的抗弯强度按下列公式计算： 单向弯曲时： （4－4） 双向弯曲时：（4－5） 4. 受弯构件§4.2.1梁的强度（续）式中：Mx，My—绕x轴和y轴的弯矩（对工字形和H形截面，x轴为强轴，y轴为 弱轴）； Wnx，Wny—梁对x轴和y轴的净截面模量； gx，gy—截面塑性发展系数（对工字形截面，gx＝1.05，gy＝1.20；对 箱形截面，gx＝gy＝1.05；对其他截面，可按表4-1采用）； f—钢材的抗弯强度设计值，按表采用。 为避免梁强度破坏之前受压翼缘局部失稳，当梁受压翼缘的外伸宽度b与其厚度t之比大于 ，但不超过 时，应取gx＝1.0。 需要计算疲劳的梁，按弹性工作阶段进行计算，宜取gx＝gy＝1.0。 对于不直接承受动力荷载的固端梁和连续梁，允许按塑性方法进行设计。考虑截面内塑性变形的发展和由此引起的内力重分配，塑性铰截面的弯矩应满足下式（4－6） 式中：Wpnx—梁对x轴的塑性净截面模量。 当梁的抗弯强度不满足设计要求时，增大梁的高度最有效。4. 受弯构件表4-1 截面塑性发展系数gx、gy值 4. 受弯构件 ⑵ 梁的抗剪强度 梁同时承受弯矩和剪力的共同作用。工字形和槽形截面梁腹板上的剪应力分布分别如图4-3(a)、(b)所示。截面上的最大剪应力发生在腹板中和轴处。在主平面受弯的实腹梁，以截面上的最大剪应力达到钢材的抗剪屈服点为承载力极限状态。因此，设计的抗剪强度应按下式计算 （4－7） 式中：V—计算截面沿腹板平面作用的剪力设计值； S—中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩； I—毛截面惯性矩； tw—腹板厚度； fv—钢材的抗剪强度设计值，按表采用。 当梁的抗剪强度不满足设计要求时，最有