《金属结构设计》第四章 受弯构件VIP专享VIP免费

4.受弯构件目目录录4.受弯构件§4.1梁的类型和应用§4.2梁的强度和刚度§4.3梁的整体稳定§4.4梁的局部稳定§4.5型钢梁的设计§4.6组合梁的设计4.受弯构件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）。§4.1梁的类型和应用型钢梁：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ynefWM（4－1）ypnynnpfWfSSM21（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：npnepFWWMM（4－3）单向弯曲时：fWMnxxx（4－4）双向弯曲时：fWMWMnyyynxxx（4－5）4.受弯构件式中：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§4.2.1梁的强度（续）fWMpnxx（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。yf235...