大工13春《钢结构》辅导资料十四.docx
《大工13春《钢结构》辅导资料十四.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大工13春《钢结构》辅导资料十四.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
大工13春《钢结构》辅导资料十四
大工13春《钢结构》辅导资料十四
钢结构辅导资料十四
主题：
第五章受弯构件
第六节钢梁设计
第七节主梁与次梁的连接
第六章拉弯和压弯构件
第一节拉弯压弯构件及其设计要求
第二节拉弯和压弯构件的强度与刚度
学习时间：
2013年7月1日－7月7日
内容：
一、学习要求
1、掌握钢梁设计；
2、掌握主梁与次梁的连接；
3、掌握拉弯、压弯构件的强度和刚度计算；
基本概念：
梁的强度和刚度，梁的局部稳定，拉弯、压弯构件的强度和刚度知识点：
型钢梁与焊接组合梁的设计。
受弯构件腹板加劲肋设计中各个单项临界应力的计算。
二、主要内容
钢梁设计
1、单向弯曲型钢梁设计型钢梁中应用最多的是普通工字钢和H型钢，由于型钢梁翼缘和腹板的宽厚比都较小，其局部稳定性常可得到保证，不需进行验算。
单向弯曲型钢梁的设计步骤为:
（1）计算梁的内力
（2）计算需要的净截面抵抗矩Wnx
（3）强度验算
（4）整体稳定性验算
（5）刚度验算
2、双向弯曲型钢梁设计
双向弯曲型钢梁的设计步骤基本上和单向弯曲型钢梁相同，具体如下:
（1）计算梁的内力
（2）计算需要的净截面抵抗矩Wnx
（3）强度验算
（4）整体稳定性验算
（5）刚度验算
3、组合截面梁设计截面选择
当型钢梁不能满足受力和使用要求时，一般采用工字形焊接组合梁。
焊接梁常用两块翼缘板和一块腹板焊接成双轴对称工字形截面。
选择截面尺寸时要同时考虑安全和经济因素，先确定梁高，然后再确定腹板尺寸和翼缘尺寸。
（1）截面高度h的确定
梁的截面高度是焊接梁截面的一个最重要的尺寸，选择时可从以下三个方面
考虑：
容许最大高度hmax，经济梁高he，容许最小高度。
所选梁高应同时满足以上三个条件，即hmaxhhmin，并尽可能等于或略小于经济高度。
（2）腹板尺寸的确定
梁翼缘板的厚度t相对较小，腹板高度hw较梁高h小的不多。
因此，梁的腹板高度hw可取稍小于梁高h的数值，并尽可能考虑钢板的规格尺寸，将腹板高度hw取为50mm的倍数。
（3）翼缘板尺寸的确定
可以根据需要的截面抵抗矩和腹板截面尺寸计算。
11
宽度b通常为梁高的，过大，翼缘中应力分布不均匀，对梁的工作不
53
利；过小，对梁的整体稳定不利。
厚度还应符合tPj-匕的条件，b和t都应30Y235
符合钢板的规格尺寸。
通常腹板的高度取50mm的倍数，厚度取2mm的倍数，翼缘宽度取10mm的倍数。
截面验算
（1）弯曲正应力验算
Mx
Wnx
（2）最大剪应力验算
VS
Itw
（3）局部压应力验算
twlz
（4）折算应力验算
eq
（5）整体稳定性验算
Mx
（6）刚度验算
（7）对于承受动力荷载作用的梁，必要时应按规范规定进行疲劳验算
主梁与次梁的连接
梁的弯矩一般都是沿长度变化的。
对于跨度较大的组合梁，为了节约钢材，可将组合梁的截面随弯矩的变化而加以改变。
根据设计经验，梁在半跨内改变截面一次，可节约钢材10%〜20%，如作
两次改变，则只能再节约3%〜4%，收效不大，且增加了制造工作量。
因此，一般只在半跨内改变截面一次。
截面改变的位置不同，节约钢材的效果也不同。
经分析，对于承受均布荷载
大工13春《钢结构》辅导资料十四
或多个集中荷载的简支梁，约在距两端支座l/6处改变截面比较经济。
梁截面改变的一种方式是变化梁的高度，将梁的下翼缘做成折线外形，翼缘的截面保持不变，仅在靠近梁端处变化腹板的高度。
梁端部的高度，根据抗剪强度的要求确定，但不宜小于跨中高度的一半。
这样做有时还可以降低建筑物的高度。
另一种比较常用的方式是变化翼缘板面积来改变梁的截面。
对于单层翼缘板的焊接梁，改变翼缘板的宽度，不致产生严重的应力集中，且使梁具有平的外表面。
初步确定改变截面的位置后，可以根据该处梁的弯矩反算出需要的翼缘板宽度b^。
为了减少应力集中，应将宽板由截面改变位置以w1:
4的斜角向弯矩较小
侧过度，与宽度为b,的窄板相接（对接焊缝）。
必要时可采用对接斜焊缝。
对于多层翼缘板的梁，可以采用切断外层翼缘板的方法来改变梁的截面。
理论切断点的位置x可依计算确定。
实际切断点的位置应向弯矩较小一侧延长长度li，并应具有足够的焊缝。
当被切断翼缘板的端部有正面焊缝时：
若hf0.75t，取I,b;若hf0.75t，取l,1.5b。
当被切断翼缘板的端部无正面焊缝时，取I,2b。
b和t分别为外层翼缘板宽度和厚度，hf为焊脚尺寸
为了构成空间整体结构，常遇到主梁与次梁相互连接的计算构造问题，其计算构造方法和次梁的计算简图有关。
次梁一般常设计为简支梁，有时也设计为连续梁。
根据主次梁连接构造的相对位置不同，可分为叠接和侧面连接两种不同形式。
1、次梁为简支梁
（1）叠接
如图所示，次梁直接置放于主梁之上，用螺栓或焊缝连接，固定其相互间位置，不需计算。
在主梁上的相应位置应设置支承加劲肋，以避免过大的局部压应力。
这种连接方法构造简单，安装方便，缺点是主次梁连接体系所占净空较大。
（2）侧面连接
次梁连接于主梁的侧面，可以直接连在主梁的加劲肋上或连于短角钢上。
次
梁根据需要可与主梁顶面同一标高，或比主梁顶面稍高、稍低均可。
翼缘的一侧局部切除。
考虑到连接处有一定的约束作用，可将次梁支座反力
大工13春《钢结构》辅导资料十四
加大20〜30%进行连接计算。
当螺栓连接不满足要求时，也可采用图所示的工地焊缝连接，此时螺栓仅起临时固定作用。
用短角钢连接主次梁的螺栓连接或安装焊缝，在次梁腹板的每侧各放置一个短角钢，其中一侧的短角钢应预先固定在主梁腹板上，以便次梁就位。
当计算次梁与短角钢之间的连接螺栓①时，可将短角钢视为一体。
因此，螺栓①应承担次梁支座反力R和力矩M=Re的共同作用，而短角钢与主梁腹板间的连接螺栓②则只承受反力R的作用。
反过来，若将短角钢与主梁视为一体，则螺栓①只承受反力R的作用，螺栓②应承受R和M=Re的共同作用，此时螺栓②属拉剪共同作用。
若采用安装焊缝，其计算方法类似，即焊缝①和焊缝②也分别承担R
或R和M=Re的共同作用。
2、次梁为连续梁
（1）叠接
与简支梁情况相同，只是次梁不在主梁上断开而连续通过。
（2）侧面连接
侧面连接时，次梁在主梁处必须断开。
为了保证两跨次梁在主梁处的连续性，必须在上下翼缘设置连接板。
用高强螺栓的连接方法，次梁的腹板连接在主梁的加劲肋上。
下翼缘的连接板分成两块，焊在主梁腹板的两侧。
用工地安装焊接的连接方法，次梁支承在主梁的支托上。
在次梁的上翼缘设置有连接板，而下翼缘的连接板由支托的平板代替，并通过平板和主梁腹板间的焊缝传力。
计算时，次梁支座处的弯矩可以以力N=M/h来代替。
次梁上下翼缘与连接板等处的有关连接螺栓或焊缝应满足承载力N的要求。
次梁支座处的竖向压力R则通过螺栓传
给加劲肋，或直接通过承压传给支托，再通过焊缝传给主梁。
竖向压力R在支托上的作用位置可视为距支托肋板外边缘a/3处，即视为在压力R作用下，支托的反力呈三角形分布。
拉弯、压弯构件概述
1、拉弯构件
承受轴心拉力和弯矩共同作用的构件称为拉弯构件。
它包括偏心受拉构件和有横向荷载作用的拉杆。
钢屋架的下弦杆节间有横向荷载就属于拉弯构件。
钢结构中拉弯构件应用较少。
对于拉弯构件，如果弯矩不大而主要承受轴心拉力作用时，它的截面形式和一般轴心拉杆一样。
弯矩很大时则应在弯矩作用的平面内采用较高大的截面。
在拉力和弯矩的共同作用下，截面出现塑性铰即视为承载能力的极限。
但对格构式构件或冷弯薄壁型钢构件，截面边缘出现塑性即已基本上达到强度的极限。
一般情况下，拉弯构件丧失整体稳定性和局部稳定性的可能性不大。
2、压弯构件
承受偏心压力作用的构件，有横向荷载作用的压杆及有端弯矩作用的压杆,都属于压弯构件。
该类构件应用十分广泛，如有节间荷载作用的屋架的上弦杆,厂房的框架柱，高层建筑的框架柱和海洋平台的立柱等均属于压弯构件。
对于压弯构件，当承受的弯矩很小而轴心压力很大时，其截面形式和一般轴心受压构件相同。
当构件承受的弯矩相对较大时，除了采用截面高度较大的双轴对称截面外，有时还采用单轴对称截面，以获得较好的经济效果。
其截面形式有实腹式和格构式两种。
：
FTT[
七U7▽
（a）实腹式构件；（b）格构式构件
压弯构件整体破坏的形式有以下三种。
压弯构件可能因端部弯矩很大或有较大削弱而发生强度破坏，也可能在弯矩作用平面内发生弯曲屈曲，也可能在弯矩作用平面外发生弯扭屈曲。
组成截面的板件在压应力作用下也可能发生局部屈曲。
拉弯和压弯构件的强度和刚度
拉弯和压弯构件同时受轴心力和弯矩的共同作用，截面上的应力分布是不均匀的。
按照钢结构设计规范的要求，应以部分截面出现塑性（塑性区高度限制在1/8〜1/4截面高度范围）为强度极限状态。
由此可得强度验算公式为：
NMxMyf
AnXWnxyWny
式中：
N设计荷载引起的轴心力；
Mx、My――分别是作用在两个主平面内的计算弯矩；
x、y――分别是截面在两个主平面内的截面塑性发展系数，直接承受动力荷
大工13春《钢结构》辅导资料十四
载时，应取xy1.0；
Wnx、Wny——分别是构件的净截面面积和两个主平面的净截面抵抗矩。
拉弯和压弯构件的刚度计算和轴心受力构件相同，按下式验算：
max
三、典型习题
简答题
1．影响钢材疲劳的主要因素有哪些方面？
答：
微观裂缝和应力集中（或称构造状况），应力幅以及应力循环次数。
2．剪切连接的普通螺栓群节点可能发生哪些破坏形式？
答：
栓杆被剪断、螺栓孔壁承压破坏、连接板件拉断、连接板端冲剪破坏
3．弯矩作用在弱轴平面内的压弯构件应进行哪些方面计算？
答：
强度、刚度、弯矩作用平面内和平面外的稳定性、局部稳定等计算。
4.轴心受压构件整体屈曲失稳的形式有哪些？
答：
轴心受压构件整体屈曲失稳的形式有弯曲失稳、弯扭失稳、扭转失稳。
5．两板件通过抗剪螺栓群承担剪力时，就板件的净截面强度来说，摩擦型高强螺栓连接与普通螺栓连接有何区别？
采用何种连接方式更合理？
答：
摩擦型高强螺栓连接板件净截面承载力需考虑孔前摩擦力，其所受荷载小于普通螺栓连接的；所以从板件的净截面强度来说，采用摩擦型高强螺栓连接更合
计算题
有一焊接钢H型截面两端铰接的轴心压杆，柱长10m，在柱长中间沿X轴
方向有侧向支撑，Q235钢材，f215N/mm2，150。
试按整体稳定确定
此压杆的最大安全轴心静压力设计值。
按下表（b类）查值
压杆最大安全轴心压力设计值为1054.2kN
大工13春《钢结构》辅导资料十四
升级会员 