第83讲第十六章结构设计二十九Word文件下载.docx
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解：
根据悬臂梁的受力特点可知，上翼縁承受拉应力，下翼縁承受压应力，钢材的抗拉、抗压强度相同，故应选择上、下翼縁面积相同的截面形式。
答案：
B
2.截面板件宽厚比等级
截面板件宽厚比是指截面板件平直段的宽度和厚度之比，受弯或压弯构件腹板平直段的高度与腹板厚度之比也可称为板件高厚比。
绝大多数钢构件由板件构成，而板件宽厚比大小直接决定了钢构件的承载力和受弯及压弯构件的塑性转动变形能力，因此钢构件截面的分类，是钢结构设计技术的基础，尤其是钢结构抗震设计方法的基础。
根据截面承载力和塑性转动变形能力的不同，我国将截面根据其板件宽厚比分为5个等级。
（1）S1级：
可达全截面塑性，保证塑性饺具有塑性设计耍求的转动能力，11在转动过程中承载力不降低，称为一级塑性截面，也可称为塑性转动截面。
此时下图所示的曲线1可以表示其弯矩-曲率关系，4>
p：
一般要求达到塑性弯矩Mp除以弹性初始刚度得到的曲率①卩的8〜15倍。
（2）S2级截面：
可达全截面塑性，但由丁•局部屈曲，塑性饺转动能力有限，称为二级塑性截面；
此时的弯矩-曲率关系见下图所示的曲线2：
呜“大约是巴的2〜3倍。
（3）S3级截面：
翼缘全部屈服，腹板可发展不超过1/4截面高度的塑性，称为弹塑性截面；
作为梁时,其弯矩-曲率关系如下图所示的曲线3。
（4）S4级截面：
边缘纤维可达屈服强度，但由于局部屈曲而不能发展塑性，称为弹性截面；
作为梁时,其弯矩-曲率关系如下图所示的曲线4。
（5）S5级截面：
在边缘纤维达屈服应力前，腹板可能发生局部屈曲，称为薄壁截面；
作为梁时，其弯
矩-曲率关系为下图所示的曲线5所示。
图截面的分类及其转动能力
进行受弯和圧弯构件计算时，截面板件宽厚比等级及限值应符合《钢结构设计标准》表3・5・1的规定。
受弯构件的截面板件宽厚比等级及限值
构件
截面板件宽厚比等级
S1级
S2级
S3级
S4级
受弯
傑）
工字形
截面
翼缘皿
9耳
IE
13坯
15$
20
腹板曾A,
65q
72勺
（40.4+0.52）^
124勺
250
箱形
壁板（腹板）间翼缘
25q
32勺
37勺
42勺
—
注：
l・b为工字形、H形截面的翼缘外伸宽度，t、乩&
分别是翼缘厚度、腹板净高和腹板厚度。
对轧
制型截面，
腹板净高不包括翼缘腹板过渡处圆弧段；
对丁•箱形截而，厶、r分别为壁板间的距离和壁板厚度。
2.箱形截面梁及单向受弯的箱形截而柱，其腹板限值可根据H形截而腹板采用。
3腹板的宽厚比可通过设置加劲肋减小。
4.当S5级截面的板件宽厚比小于S4级经&
修正的板件宽厚比时，可归属为S4级截面。
耳为应力修正因子，5=Jfo
进行抗震性能化设计时，支撑截面板件宽厚比等级及限值应符合下表的规定。
支撑截面板件宽厚比等级及限值
BS1级
BS2级
BS3级
H形截面
翼缘“门
8耳
10勺
腹板％几
30耳
35玉
42£
k
箱形截面
壁板间翼缘仏〃
25&
28$
324
角钢
角钢肢宽厚比w/t
8仓
圆钢管截面
径厚比D/r
40氏
56毎
72毘
W为角钢平直段长度。
3.整体稳定计算
当符合下列情况之一时，可不计算梁的整体稳定性。
（1）有铺板（各种钢筋混凝土板和钢板）密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时。
（2）当箱形截面简支梁符合
（1）的要求或其截面尺寸（下图）满足力〃注6,也芒95覺时，可不计算整体稳定性，厶为受压翼缘侧向支承点间的距离（梁的支座处视为有侧向支承）。
<
1.0
当不满足以上情况时，在最大刚度主平面内受弯的构件，其整体稳定性应按下式计算:
（17-207）
一一绕强轴作用的最大弯矩设计值（N-mm）：
一一按受压最大纤维确定的梁毛截面模量（mmJ；
久一一梁的整体稳定性系数，应按《钢结构设计标准》附录C确定。
在两个主平面受弯的H型钢截面或匸字形截面构件，其整体稳定性应按下式计算:
（17-208）
—+—<
叫一一按受圧最大纤维确定的对X轴的稳定计算截面模量和对y轴的
毛截面模量（mm）
久一一绕强轴弯曲所确定的梁整体稳定系数，应按《钢结构设计标准》附录C计算。
公式左边第二项分母中引进“绕弱轴的截面塑性发展系数人”，并不意味绕弱轴弯曲出现塑性，而是适
MMy
当降低第二项的影响，并使公式与式（17-204：
九-+卅S/）形式上相协调。
/J%y严ny
4.组合梁的局部稳定
为了提高焊接组合梁的强度和刚度，腹板宜选得高一些：
而为了提高梁的整体稳定性，翼缘板宜选得宽一些。
然而这样常会在梁发生强度破坏或丧失整体稳定性之前，组合板件就偏离原來的平面位置而发生波形鼓曲（见下图），这种现象称为梁丧失局部稳定性或称板的屈曲。
梁的翼缘和腹板屈曲后，使梁的工作性能恶化，由丁•板屈曲部位退出工作，截面变得不对称，就有可能导致梁的过早破坏。
梁的局部失稳现象
对丁•热轧型钢梁，翼缘和腹板都较厚，一般不需要进行局部稳定性验算。
通常只有组合梁需要验算局部稳定性。
不考虑腹板屈曲后强度时，当人＞8°
耳，焊接截面梁应按《钢结构设计标准》第6.3.3条至第6.3.5条的规定计算腹板的稳定性。
为了提高腹板的局部稳定性，可增加腹板的厚度或配置合适的加劲肋，后一措施比增加腹板的厚度更经济。
防止梁的腹板剪切失稳、弯曲失稳和在局部圧应力作用下失稳的有效措施分别是配置槌向加劲肋、纵向加劲肋和短加劲肋。
itJi
F=f
1
1—
『11
2
l-J
d]
加劲肋布置图
1一横向加劲肋：
2—纵向加劲肋；
3—短加劲肋
焊接截面梁腹板配置加劲肋应符合下列规定：
（1）当唧280%时，对有局部圧应力的梁，宜按构造配置横向加劲肋；
当局部压应力较小时，可不配置加劲肋。
（2）直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件，应按下列规定配置加劲肋：
1）当曾/g＞80玉时,应配置横向加劲肋:
2）当受圧翼缘扭转受到约束IL九/匚＞170抵、受压翼缘扭转未受到约束IL儿/几＞150%,或按计算需要时，应在弯曲应力较大区格的受压区增加配置纵向加劲肋。
局部压应力很大的梁，必要时尚宜在受压区配置短加劲肋。
对单轴对称梁，当确定是否要配置纵向加劲肋时，九应取腹板受压区高度久的2倍。
（3）不考虑腹板屈曲后强度时，当九/心＞80三，宜配置横向加劲肋。
（4）h0/rw不宜超过250。
（5）梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋。
（6）腹板的计算高度九应按下列规定采用：
对轧制型钢梁，为腹板与上、下翼缘相接处两内弧起点间的距离；
对焊接截面梁，为腹板高度；
对高强度螺栓连接（或钏接）梁，为上、下翼缘与腹板连接的高强度螺栓（或钏钉）线间最近距离。
加劲肋宜在腹板两侧成对配置，也可单侧配置，但支承加劲肋、重级工作制吊车梁的加劲肋不应单侧配置。
横向加劲肋的最小间距应为°
・珂，除无局部圧应力的梁，当九几。
00时，最大间距可采用2・5九外，最大间距应为2九。
纵向加劲肋至腹板计算高度受圧边缘的距离应为九/2・5~九/2。
&
=如+40h
在腹板两侧成对配置的钢板横向加劲肋时，其外伸宽度为'
3°
（mm）,厚度为承压加劲肋Zs>
-^,
不受力加劲肋Q冬。
s19
短加劲肋的最小间距为0.75Ao短加劲肋外伸宽度应取横向加劲肋外伸宽度的0.7〜1.0倍，厚度不应
小于短加劲肋外伸宽度的1/15。
【例17-18/2017考题】设计起重量为Q二100t的钢结构焊接工字形截面吊车梁，当应力变化的循环次数n^5X10*时，截面塑性发展系数取：
A.1.05B.1.2C.1.15D.1.0
此吊车梁属丁•直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件，当应力变化的循环次数n^5X10:
时，需要进行疲劳验算。
根据《钢结构设计标准》第6.1.2条，对需要计算疲劳的梁，宜取人=办=1・0。
D
三、拉弯和压弯构件
在钢结构中，拉弯构件比较少见，而压弯构件则用得较多。
实腹式拉弯构件的截而出现塑性狡是构件承载力的极限状态。
对格构式拉弯杆或冷弯薄壁型钢截面的拉弯杆，常把截而边缘开始屈服视为构件的极限状态。
以上都属于强度破坏。
圧弯杆的破坏不仅取决于杆件的受力条件，而11还取决于杆件的长度、支撑条件、截面形式和尺寸等。
对粗短杆或截面有严重削弱的杆，可能产生强度破坏。
但钢结构中的大多数压弯杆总是整体失稳破坏。
组成压弯杆的板件还有局部稳定问题。
1•强度计算
弯矩作用在两个主平面内的拉弯构件和压弯构件，其强度应按下式计算
—±
-^-±
-^-<
/（17-212）
N—一同一截面处轴心压力设计值（N）；
My分别为同一截面处对x轴和y轴的弯矩设计值（N•mm）：
A构件的净截面面积（mm）
人、Zy一一截面塑性发展系数，根据其受压板件的内力分布情况确定其截而板件宽厚比等级，当截面板件宽厚比等级不满足S3级要求时取1.0,满足S3级耍求时，可按《钢结构
设计标准》表8.1.1釆用；
需要验算疲劳强度的拉弯、压弯构件，宜取1.0；
也、鵝一一分别为对X轴和y轴的净截面模量：
截面塑性发展系数冷人（部分）
项次
截面形式
J
iL.y2
x---i—%T"
rTr
7*7iy乃
1.05
1.2
2.刚度验算
当乩很大时，同受弯构件一样应验算挠度：
•不很大时，可按公式（17-198）控制其最大长细比。
3.实腹式斥弯构件整体稳定性计算
1）弯矩作用平面内的稳定性
m+坐I<
1.0（17-213）
人％（1—0・8図弘”
对丁・单轴对称截面，当弯矩作用在对称平面内1L使较大翼缘受圧时，可能在较小翼缘一侧发生受拉破坏。
此时，除应按上式计算外，尚应按下式计算
—<
Af（1一1.25N/N：
）f（17-214）
2）弯矩作用平面外的稳定性
N0M…
+〃_<
吶1（p^xJ（17-2⑸
N、比一一分别为所计算构件范围内的轴心圧力和最大弯矩:
NJ__参数，心“刑诚）
乞一一弯矩作用平面内轴心受压构件稳定系数：
一一所计算构件段范围内的最大弯矩设计值（N・mm）：
Wlx一一在弯矩作用半面内对受压最大纤维的毛截面模量（mm‘）：
冏一一弯矩作用平面外的轴心受圧构件稳定系数，按《标准》第7.2.1条确定：
久一一均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，按《标准》附录C计算，其中工字形和T形截面的非
悬臂构件，可按《标准》附录C第C.0.5条的规定确定；
对闭口截面久二1・0:
〃——截面影响系数，闭口截面7=0.7,其它截面〃二1.0；
久一一等效弯矩系数，按《标准》8.2.1条的规定确定：
4.局部稳定性验算
对斥弯构件的翼缘和腹板均采用控制板件宽厚比（或高厚比）的方法來保证其局部稳定性。
5.格构式压弯构件设计（要点）
（1）强度计算、刚度验算与实腹式压弯构件相同，但对虚轴计算时要采用换算长细比。
（2）整体稳定性计算
1绕实轴（y轴）弯曲时，与实腹式压弯构件相同，弯矩作用平面内及半面外的整体稳定性分别按式（17-213）和式（17-215）计算。
但应注意到此时弯矩作用平而为x轴所在平面，故应将公式中各符号的下标x换成y,y换成x,式（17-213）中绕虚轴（x轴）的轴心受圧稳定系数久应由换算长细比入曲查表而得，久取1.0。
2绕虚轴（X轴）弯曲时，《钢结构规范》釆用边缘屈服准则计算弯矩作用半面内的稳定性，即按下式计算
旦+“吧“0
以nJ（17-218）
%%。
Ix一一对虚轴的毛截面的惯性矩
Jo一一由虚轴到压力较大分肢的轴线距离或者到压力较大分肢腹板外边缘的距离，二者取较大者
（mm）；
佟、N'
一一分别为弯矩作用平而内轴心受圧构件稳定系数和参数，由换算长细比确定。
绕虚轴弯曲时，还应计算分肢的稳定性。
可把分肢视作平行眩桁架的弦杆來计算每个分肢的轴力，然后按轴心受圧构件计算分肢的整体稳定性。
若能保证分肢的整体稳定性.则整个构件在弯矩作用平面外的稳定性也能保证。
当分肢为组合截面时，尚需验算分肢的局部稳定性。
（3）缀材计算
剪力V值可认为沿构件全长不变，格构式轴心受压构件的剪力V应由承受该剪力的缀材面（包括用整体板连接的面）分担，其值应按V=^~（17-201）和构件的实际剪力两者中的较大值进行计算。
四、构造
基本构件的构造要求详见《钢结构规范》的有关规定。
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