鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理(甲)chapter7p2

1、只配置橫向加勁肋的腹板區(qū)格局部穩(wěn)定的驗算我國設(shè)計規(guī)范中規(guī)定，只配置橫向加勁肋的腹板的局部穩(wěn)定的驗算條件為 1,22crcccrcr所研究的區(qū)格內(nèi)平均彎矩產(chǎn)生的腹板計算高度邊緣的彎曲壓應(yīng)力、平均剪力產(chǎn)生的平均剪應(yīng)力 、腹板計算高度邊緣的局部壓應(yīng)力 。 wwthVzwcltF同時配置橫向和縱向加勁肋的腹板區(qū)格局部穩(wěn)定的驗算腹板被縱向加勁肋分成上下兩個區(qū)格，其高度分別 為 和 。 1h2h受壓翼緣與縱向加勁肋間的區(qū)格的局部穩(wěn)定性驗算 我國設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的驗算條件為 121,211crcccrcr臨界應(yīng)力分別按下列規(guī)定計算： o區(qū)格I的彎曲臨界應(yīng)力 1cr當 時， 85. 01bfcr當 時， 25.

2、 185. 01bfbcr)85. 0(75. 01 1當 時， 25. 11b211 . 1bcrf當受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束時， 2357511ywbfth當受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束時， 2356411ywbftho區(qū)格I的剪切臨界應(yīng)力 1cr臨界應(yīng)力公式也分成三段，即： 當 時， 8 . 0svcrf當 時， 2 . 18 . 0svscrf)8 . 0(59. 01 當 時， 2 . 1s21 . 1svcrf中間過渡段直線的上、下分界點分別為 和 8 . 0s2 . 1s當 時， 0 . 11ha23534. 5441211ywsfahth當 時， 0 . 11ha235434. 5412

3、11ywsfahtho區(qū)格I的局部承壓臨界應(yīng)力 1,crc上下受壓與前面的左右受壓相似，因此 也用公式（7.68）計算，但公式中的 應(yīng)改為下列的 替代。 1,crcb1c當 時， 85. 01cfcr當 時， 25. 185. 01cfccr)85. 0(75. 01 1當 時， 25. 11c211 . 1ccrf當受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束時， 2355611ywcfth當受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束時， 2354011ywcfth依據(jù)：由于圖7.51所示區(qū)格I I為一狹長形板條，在上端局部承壓時，可近似地把該區(qū)格看作豎向中心受壓的板條，寬度近似取板條中間截面寬度 （按45度分布傳至區(qū)格I半高處的寬度

4、并設(shè)板條頂端截面的承壓寬度 ）。當受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束時，把該板條上端視為固定端，下端視為簡支端；當受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束時，假定上下端均為簡支。 112hhlz1hlz受拉翼緣與縱向加勁肋間的區(qū)格II的局部穩(wěn)定性驗算 我國設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的驗算條件為： 12,222222crcccrcr式中 為所計算區(qū)格由平均彎矩產(chǎn)生的腹板在縱向加勁肋處的彎曲壓應(yīng)力； 為腹板在縱向加勁肋處的橫向壓應(yīng)力，取為 22ccc3 . 02臨界應(yīng)力分別按下列公式計算： 當 時， 85. 02bfcr當 時， 25. 185. 02bfbcr)85. 0(75. 01 2當 時， 25. 12b221 . 1bcrf式中

5、， 23519422ywbfth剪切臨界應(yīng)力公式也分成三段，即： 當 時， 8 . 0svcrf當 時， 2 . 18 . 0svscrf)8 . 0(59. 01 當 時， 2 . 1s21 . 1svcrf中間過渡段直線的上、下分界點分別為 和 8 . 0s2 . 1s當 時， 0 . 12ha23534. 5441222ywsfahth當 時， 0 . 12ha235434. 541222ywsfahth規(guī)范GB50017中采用的局部承壓臨界應(yīng)力 的公式也分成三段，即： 2,crc當 時， 9 . 0cfcrc,當 時， 2 . 19 . 0cfccrc)9 . 0(79. 01 ,當

6、時， 2 . 1c2,1 . 1cvcrcf 的計算式為： c當 時， 5 . 15 . 02ha23583. 14 .139 .1028322ywcfhath當 時，0 . 25 . 12ha23559 .182822ywcfhath當 時，取0 . 22ha0 . 22ha在受壓翼緣與縱向加勁肋之間設(shè)有短加勁肋的區(qū)格局部穩(wěn)定性驗算 圖7.52為同時用橫向加勁肋、縱向加勁肋和短加勁肋加強的腹板區(qū)格受力圖。區(qū)格II的穩(wěn)定計算與七中的完全相同，區(qū)格I的穩(wěn)定計算公式與七中的也相似，但須將相應(yīng)的計算公式中的 和 改為 和 。但在計算 時，要用 代替 ： 0ha1h1a1,crc1cb當 時， 85.

7、 01cfcr當 時， 25. 185. 01cfccr)85. 0(75. 01 1當 時， 25. 11c211 . 1ccrf對 的區(qū)格， 2 . 111ha 或2358711ywcfta2357311ywcfta前者用于受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束的情況，后者用于不受約束的情況。 而對 的區(qū)格，需將上述公式右側(cè)乘以 2 . 111ha115 . 04 . 01ha輕、中級工作制吊車梁腹板的局部穩(wěn)定計算設(shè)計規(guī)范中為了適當考慮腹板屈曲后強度的有利影響，規(guī)定對輕、中級工作制的吊車梁腹板局部穩(wěn)定性計算，可對吊車輪壓設(shè)計值乘以折減系數(shù)0.9。這條規(guī)定只適用于腹板局部穩(wěn)定性計算時，不能用于其它情況。 v梁

8、腹板加勁肋的設(shè)計我國設(shè)計規(guī)范對翼緣板的局部穩(wěn)定是依靠限制其寬厚比來保證，而對不考慮腹板屈曲后強度的梁的腹板局部穩(wěn)定則是依靠設(shè)置各種加勁肋來保證。 腹板加勁肋的設(shè)置設(shè)計規(guī)范對腹板加勁肋的配置規(guī)定為： 當 時，對有局部壓應(yīng)力的梁，應(yīng)按構(gòu)造要求配置橫向加勁肋；但對無局部壓應(yīng)力的梁，可不配置加勁肋。 ywfth235800當 時，應(yīng)配置橫向加勁肋；其中， 當 （受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束時） 或 （受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束時）時，或按計算需要時，應(yīng)在彎曲應(yīng)力較大區(qū)格的受壓區(qū)配置縱向加勁肋。對局部壓應(yīng)力很大的梁，必要時尚應(yīng)在受壓區(qū)配置短加勁肋。對單軸對稱梁，當確定是否需要配置縱向加勁肋時， 應(yīng)取腹板受壓區(qū)高度

9、的2倍。任何情況下 均應(yīng)不超過250。 ywfth235800ywfth2351700ywfth23515000hchwth0梁的支座處和上翼緣受有較大固定集中荷載處，宜設(shè)置支承加勁肋。 腹板局部穩(wěn)定性的保證是首先根據(jù)上述規(guī)定配置加勁肋，把整塊腹板分成若干區(qū)格，然后對每塊區(qū)格進行穩(wěn)定性驗算，不滿足要求時應(yīng)重新布置或改變加勁肋間距再進行穩(wěn)定性驗算。 需注意：橫向加勁肋間距的改變將影響腹板區(qū)格的剪切臨界應(yīng)力和承壓臨界應(yīng)力，但不影響彎曲臨界應(yīng)力，因而為了提高腹板區(qū)格在剪切和局部承壓作用下的局部穩(wěn)定性，可以縮小腹板橫向加勁肋的間距，但不能以此來提高區(qū)格在彎曲應(yīng)力作用下的穩(wěn)定性。當彎曲應(yīng)力作用下的區(qū)格穩(wěn)

10、定不能保證時，只能通過在區(qū)格受壓區(qū)設(shè)置縱向加勁肋來解決。短加勁肋的設(shè)置，可以提高局部壓應(yīng)力作用下的臨界應(yīng)力，但增加制造工作量和影響腹板的工作條件，因而只宜在局部壓應(yīng)力很大的梁中采用。 腹板中加勁肋的計算和構(gòu)造要求腹板中間加勁肋是指專為加強腹板局部穩(wěn)定而設(shè)置的橫向加勁肋、縱向加勁肋和短加勁肋。中間加勁肋必須有足夠的彎曲剛度以滿足腹板屈曲時加勁肋作為腹板的支承的要求，即加勁肋應(yīng)使該處的腹板在屈曲時基本無出平面的位移。 中間橫向加勁肋通常宜在腹板兩側(cè)成對配置。除重級工作制吊車梁的加勁肋外，也可單側(cè)配置。截面多數(shù)采用鋼板，也可采用角鋼等型鋼（圖7.53）。鋼材常用Q235。 橫向加勁肋的截面我國規(guī)范規(guī)

11、定，橫向加勁肋用鋼板兩側(cè)配置時，其寬度和厚度應(yīng)按下列條件選用： 1540300sssbtmmhb當為單側(cè)配置時： 1540302 . 10sssbtmmhb其中 ssbb2 . 1橫向加勁肋的最小間距為 ，最大間距為 ，對無局部壓應(yīng)力的梁，當 時可采用 05 . 0 h02h1000wth05 . 2 h同時采用橫向加勁肋和縱向加勁肋時，在其相交處應(yīng)切斷縱向加勁肋?？v向加勁肋視作支承在橫向加勁肋上。此外，對其慣性矩也有要求。 縱 向 加 勁 肋 至 腹 板 計 算 高 度 受 壓 邊 緣 的 距 離 應(yīng) 在 之間。0 . 25 . 2cchh當采用短加勁肋時，其最小間距為 。短加勁肋的外伸寬度

12、應(yīng)取為橫向加勁肋外伸寬度的0.51.0倍，厚度不應(yīng)小于短加勁肋外伸寬度的 175. 0h151焊接梁的橫向加勁肋與翼緣板相接處應(yīng)切角以避開梁的翼緣焊縫。 橫向加勁肋的端部與板梁受壓翼緣須用角焊縫連接，以增加加勁肋的穩(wěn)定性，并約束受壓翼緣板的轉(zhuǎn)動。而與受拉翼緣板則不用焊接。 腹板的支承加勁肋在板梁承受較大的固定集中荷載處，常需設(shè)置支承加勁肋，以傳遞此集中荷載至梁的腹板。支承加勁肋必須在腹板兩側(cè)成對配置。 支承加勁肋截面的主要計算內(nèi)容包括：按軸心受壓構(gòu)件計算腹板平面外的穩(wěn)定性當支承加勁肋在腹板平面外屈曲時，必帶動部分腹板一起屈曲。因此支承加勁肋的截面除加勁肋本身截面外，還可計入與其相鄰的部分腹板的

13、截面。我國設(shè)計規(guī)范規(guī)定，取加勁肋每側(cè) 范圍內(nèi)的腹板。當加勁肋一側(cè)的腹板實際寬度小于 時，則取用實際寬度。ywft23515ywft23515中心受壓構(gòu)件的計算簡圖如圖7.55所示，我國設(shè)計規(guī)范偏安全地取其計算長度為 。求穩(wěn)定系數(shù) 時，對圖7.55（a）所示截面為b類截面，而對圖7.55（b）（c）所示截面屬單軸對稱，為c類截面。驗算條件為： 0hfANs支承加勁肋與鋼梁腹板的角焊縫連接計算公式： wfwfflhN7 . 0因焊縫所受內(nèi)力可看著是沿焊縫全長分布的，故不必考慮是否滿足 fwhl60v工字形組合梁腹板考慮屈曲后強度的設(shè)計四邊支承的薄板與壓桿的屈曲性能有很大的不同，如圖7.57。我國設(shè)

14、計規(guī)范規(guī)定，對承受靜力荷載或間接承受動力荷載的焊接組合工字形梁，宜考慮腹板屈曲后強度進行設(shè)計?？紤]屈曲后強度的腹板區(qū)格抗剪承載力設(shè)計值 張力場法：適用于腹板上同時具有端部加勁肋和中間橫向加勁肋時，而且滿足加勁肋的間距 ，同時 的情況。我國設(shè)計規(guī)范未采用此法。 0ha 03ha 簡化的超臨界法：腹板區(qū)格剪切屈曲的臨界應(yīng)力共分三個階段，即屈服階段、彈塑性屈曲階段和彈性屈曲階段?？紤]腹板屈曲后強度之后腹板的后兩個階段的剪切強度設(shè)計值 將高出 而獲得經(jīng)濟。我國設(shè)計規(guī)范采用了這種提高 的簡單的超臨界法，按不同通用高厚比直接給出了考慮屈曲后強度 的計算公式如下： ucrcru當 時， 8 . 0svuf當

15、 時， 2 . 18 . 0svsuf)8 . 0(5 . 01 當 時， 2 . 1s2 . 1svuf中間過渡段直線的上下分界點分別為 和8 . 0s2 . 1s當 時， 0 . 11ha23534. 5441211ywsfahth當 時， 0 . 11ha235434. 541211ywsfahth梁抗剪承載力設(shè)計值為 uwwuthV圖中有豎線的區(qū)域為屈曲后強度。上述 曲線是考慮屈曲后強度剪切承載力的下限，是一個近似公式，較張力場法得到的公式給出的數(shù)值結(jié)果略低。上面的公式既適用于組合工字梁只在梁兩端配置支承加勁肋、跨度中間不配置橫向加勁肋時，也可適用于同時配置支承加勁肋和橫向加勁肋時。

16、u考慮腹板屈曲后強度工字形梁截面在彎矩作用下的抗彎承載力設(shè)計值腹板區(qū)格當其 較大時，在彎矩作用下腹板將發(fā)生屈曲。此時彎曲受壓區(qū)將發(fā)生凹凸變形，部分受壓區(qū)的腹板將不能繼續(xù)承受壓應(yīng)力而退出工作。為計算屈曲后工字形截面的抗彎承載力設(shè)計值 ，作如下假定：（1）腹板受壓區(qū)的有效高度為 ，并等分在受壓區(qū)的兩邊（圖7.64）， 為腹板受壓區(qū)有效高度系數(shù)；（2）為了使腹板屈曲后截面中和軸位置不改變，假設(shè)彎曲受拉區(qū)也有相應(yīng)高度的腹板退出工作。 wth0euMch可得腹板屈曲后梁截面抗彎承載力設(shè)計值為： fWMxexeu其中， 為梁截面慣性矩（或截面模量）考慮腹板有效高度的折減系數(shù)。xxeeII以上公式也可近似用

17、于單軸對稱工字形截面 腹板受壓區(qū)有效高度系數(shù)值 的大小取決于腹板的通用高厚比 和腹板區(qū)格彎曲臨界應(yīng) 。當 腹板不會屈曲，此時 ，當 ，則 bcrfcr0 . 1fcr0 . 1我國設(shè)計規(guī)范中對 值的規(guī)定與確定彎曲臨界應(yīng)力 時的規(guī)定相同，分成三段，即： cr當 時， 85. 0b0 . 1當 時， 25. 185. 0b)85. 0(82. 01b當 時， 25. 1bbb2 . 011式中， 2351772ywcbfth和 2351532ywcbfth同時承受彎矩和剪力的工字形焊接梁考慮腹板屈曲后強度的承載力設(shè)計值 我國設(shè)計規(guī)范中對同時承受彎矩和剪力的工字形焊接組合梁的截面考慮腹板屈曲后強度的

18、抗彎和抗剪承載力規(guī)定按下式計算： 115 . 02feufuMMMMVVfhAhhAMfff222211計算時當 時，取 當 時，取 uVV5 . 0uVV5 . 0fMM fMM 幾點需注意： 考慮腹板屈曲后強度，可使腹板區(qū)格的抗剪承載力提高，即 。在一定的腹板高厚比下，隨著橫向加勁肋間距的縮小，可提高 cruVV uV考慮腹板屈曲后強度，將使梁截面的抗彎承載力有所降低。設(shè)置橫向加勁肋或改變其間距對屈曲后梁截面的抗彎承載力沒有影響。 考慮屈曲后強度，應(yīng)對所設(shè)計梁的若干控制截面按上式進行承載力驗算。 考慮腹板屈曲后強度，原則上除在支座處必須設(shè)置支承加勁肋外，跨中可根據(jù)計算設(shè)置或不設(shè)橫向加勁肋。

19、 考慮腹板屈曲后強度時梁腹板的中間橫向加勁肋設(shè)計當梁僅配置支承加勁肋不能滿足上述要求時，則應(yīng)設(shè)置中間橫向加勁肋。按我國設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，中間橫向加勁肋應(yīng)滿足下列要求： 應(yīng)在腹板兩側(cè)成對配置； 鋼板加勁肋應(yīng)滿足: 外伸寬度 mmhbs40300厚度 15ssbt 應(yīng)按軸心壓桿計算其在腹板平面外的穩(wěn)定性： 軸心壓力取： 為作用在中間加勁肋上的集中力，如無取零。 FthVNwwcrusF計算平面外穩(wěn)定性時，受壓構(gòu)件的截面應(yīng)包括加勁肋和其兩側(cè)各 范圍的腹板面積，計算長度取 ywft235150h設(shè)有中間橫向加勁肋時梁端支座處支承加勁肋的設(shè)計當支座旁的腹板區(qū)格利用屈曲后強度計算時，亦即剪切通用高厚比 時，

20、設(shè)計支座加勁肋時，除考慮承受梁的支座反力外，尚應(yīng)考慮承受由張力場引起的水平力 ，按壓彎構(gòu)件計算此支座加勁肋的強度和在腹板平面外的穩(wěn)定性。我國規(guī)范規(guī)定： 8 . 0sH201hathVHwwcru水平力 的作用點在距腹板計算高度上邊緣 處。此壓彎構(gòu)件的截面和計算長度同一般加勁肋。我國規(guī)范為規(guī)定支座加勁肋中的彎矩計算。若把加勁肋看作一豎放的簡支梁，則 。當支座處的支承加勁肋采用圖7.67的構(gòu)造形式時，可按簡化方法計算： H40h0163HhM 加勁肋1按承受支座反力的軸心受壓桿計算。封頭肋板2的截面面積不應(yīng)小于把封頭肋板2和加勁肋1以及其間的梁腹板看作一豎向放置的簡支工字梁;此梁承受彎矩并假定此彎

21、矩完全由豎梁的翼緣承受，即得以上公式。 efHhAc16300163HhM v梁的拼接工廠拼接 工地拼接 所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括梁、拉壓桿和拉壓彎構(gòu)件等都有拼接問題，這里介紹的梁的拼接設(shè)計原則同樣也適用于其它構(gòu)件。一些設(shè)計原則： 構(gòu)件各組成板件都必須有各自的拼接件和拼接連接，使傳力均勻和直接。 構(gòu)件各組成板件的拼接，當為工廠拼接時，宜根據(jù)鋼材的供應(yīng)情況錯開分散在各截面處；而在工地拼接時，為了便于分段運輸或分段吊裝，拼接宜集中在一個截面處或一個截面的附近處。拼接設(shè)計的內(nèi)容包括：拼接位置的確定、拼接件的配置及截面尺寸的選定、拼接連接的布置及計算等。拼接設(shè)計一種方法是按與原截面的最大強度進行，使拼接與原

22、截面等強；另一種方法是按拼接所在截面的實際最大內(nèi)力設(shè)計值進行。通常，工廠拼接按等強設(shè)計，可便于在制造時根據(jù)材料的具體情況而移動拼接位置。重要的工地拼接也常采用等強度設(shè)計。 拼接的設(shè)計應(yīng)力求便于制造和安裝。 例題7.12 例題 7.13 v次梁與主梁的連接次梁與主梁的連接疊接：影響凈空，連接和交叉梁系的剛度都較低 側(cè)面連接：最常用，次梁的頂面可高于也可低于主梁頂面，根據(jù)鋪設(shè)樓面板的要求確定。 連接可采用普通螺栓連接、高強度螺栓連接或焊接連接。 次梁與主梁的連接有簡單連接、抗彎連接或剛性連接。簡單連接圖7.73中，為考慮連接非完全簡支，宜按次梁支座反力V的1.21.3倍計算所需的螺栓數(shù)目或所需焊縫尺寸。角焊縫的強度設(shè)計值應(yīng)考慮因高空立焊條件較差而采用折減系數(shù)0.9。由于此梁端部需切去一部分面積，當用螺栓連接時還應(yīng)按矩