梁的設(shè)計(jì)5全解

1、鍋爐構(gòu)架設(shè)計(jì)五梁的設(shè)計(jì)11 梁的形式梁主要用以承受橫向載荷，其截面必須具有較大的抗彎剛度。鍋爐構(gòu)架中常用的有軋制型鋼梁 ,型鋼與鋼板組合梁和鋼板組合梁 ( 板梁 ). 軋制型鋼由于條件限制 ,腹板厚度較大 ,用鋼量較多 ,但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,制造省工 ,載荷較小時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用 .板梁有工字形和箱形兩種 ,工字形梁較省材料 ,但抗扭剛度小 .2 梁的計(jì)算內(nèi)容梁的計(jì)算內(nèi)容較多.首先是截面強(qiáng)度,構(gòu)件整體穩(wěn)定,局部穩(wěn)定和剛度(撓度 ).通過這些計(jì)算可以肯定所選截面是否可靠和適用 .其次還有翼緣和腹板的連接計(jì)算 ,腹板加勁肋設(shè)計(jì) ,梁與梁的連接和支座等 .其中剛度屬正常使用極限狀態(tài) , 應(yīng)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算 ,

2、 其余均屬承載能力極限狀態(tài) ,應(yīng)采用荷載設(shè)計(jì)值 .3 截面強(qiáng)度計(jì)算在主平面受彎的梁,其強(qiáng)度計(jì)算包括抗彎、抗剪、局部承壓、強(qiáng)度和折算應(yīng)力的計(jì)算。3.1 抗彎強(qiáng)度鍋爐構(gòu)架中的梁 ,受壓翼緣的外伸寬度與其厚度之比,一般都控制在13 235 / f y 和 15之間 .所以不考慮截面塑性發(fā)展 ,其抗彎強(qiáng)度按下式計(jì)算:M xM yfWnxWny式中 Mx 、 M y同一截面處繞x 軸和 y 軸的彎矩 ,對(duì)工字形截面x 軸為強(qiáng)軸Wnx 、 Wn y對(duì) x 軸和 y 軸的靜截面模量f 鋼材的抗彎強(qiáng)度計(jì)算值, 對(duì) Q235鋼 : f=f y /1.087 ;對(duì) Q345、 Q394、 Q420 鋼 : f=

3、f y /1.1113.2 抗剪強(qiáng)度VSIt W式中V 沿腹板平面內(nèi)的剪力；fVS計(jì)算剪應(yīng)力處以上毛截面對(duì)中和軸的面積矩；I 毛截面慣性矩；tW 腹板厚度；fV 鋼材抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，根據(jù)能量強(qiáng)度理論：fVf0.58 f 。33.3 局部承壓強(qiáng)度當(dāng)梁上翼緣有沿腹板平面作用的荷載，且該處又未設(shè)置支承加勁肋時(shí)，應(yīng)按下式計(jì)算腹板計(jì)算高度邊緣的局部承壓強(qiáng)度。FCftW l Z式中F集中荷載；2l Z 集中荷載在腹板計(jì)算高度邊緣的分布長度，l Za5hy ；a 集中荷載沿梁跨度方向的支承長度；hy 梁翼緣外表面至腹板計(jì)算高度邊緣的距離，對(duì)焊接梁為翼緣厚度；對(duì)型鋼梁為外表面至內(nèi)圓角趾的距離。3.4 折算應(yīng)力

4、在梁的腹板計(jì)算高度邊緣處， 若同時(shí)受有較大的正應(yīng)力、 剪應(yīng)力或有局部壓應(yīng)力時(shí)， 應(yīng)計(jì)算折算應(yīng)力。22c32fc1式中腹板計(jì)算高度邊緣的正應(yīng)力；與同一處的剪應(yīng)力；c 豎直方向的局部壓應(yīng)力；1 強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的增大系數(shù)，與c 異號(hào)時(shí)取 1.2；與與c 同號(hào)或c =0 時(shí)取 1.1。4 剛度剛度計(jì)算是梁在荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的最大撓度不超過容許值。一般情況下， 跨度小的梁由抗彎強(qiáng)度控制， 跨度較小的梁則由抗剪強(qiáng)度或剪切變形控制，而跨度較大的梁往往由剛度控制。鍋爐構(gòu)架中，梁的剛度通常采用相對(duì)撓度表示。即：vvil式中v 梁的跨中撓度；l 梁的跨度；vl5 整體穩(wěn)定梁的容許撓度，對(duì)頂板主梁為1/850；頂板次梁

5、和預(yù)熱器支承梁為1/750；頂板小梁及構(gòu)架主平面層柱間梁為1/500；平臺(tái)梁1/250。梁最常用的截面為工字形， 它繞截面兩軸的慣性矩相差很大。 跨中無側(cè)向支承或側(cè)向支承距離較大的梁，在最大剛度平面內(nèi)承受橫向荷載或力矩作用時(shí)，上翼緣類似軸心受壓桿，當(dāng)荷載達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，可能產(chǎn)生側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致梁在強(qiáng)度破壞之前喪失承載能力，這種現(xiàn)象的側(cè)扭屈曲或喪失整體穩(wěn)定。5.1 計(jì)算公式單向彎曲梁整體穩(wěn)定計(jì)算：M XfbWX兩個(gè)平面內(nèi)受彎的工字形截面梁的整體穩(wěn)定計(jì)算：3M XM yfbWXWy式中WX 、 Wy按受壓纖維確定的時(shí) x 軸和對(duì) y 的毛截面模量；M X 繞強(qiáng)軸作用的最大彎矩；b 梁梁的整體穩(wěn)

6、定系數(shù)。應(yīng)按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定采用。影響整體系數(shù)穩(wěn)定的因素很多主要有：1 截面形式及尺寸比值； 2 荷載類型及其在截面高度上的作用位置； 3 跨中有無側(cè)向支承與側(cè)向支承間的間距； 4 梁的端部約束情況； 5 初彎曲、初扭曲、荷載初偏心和殘余應(yīng)力等初始缺陷； 6 截面塑性發(fā)展情況； 7 剛才性能等。5.2 保證梁整體穩(wěn)定的措施如上所述， 整體穩(wěn)定系數(shù)與很多因素有關(guān)，即使應(yīng)用簡(jiǎn)化計(jì)算方法也很繁瑣。因此，鍋爐構(gòu)架設(shè)計(jì)中通常采取構(gòu)造措施來保證梁的整體穩(wěn)定，而不具體計(jì)算b 。5.2.1將花鋼板或護(hù)板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固連接，以阻止梁受壓翼緣的側(cè)移。5.2.2設(shè)置與梁受壓翼緣牢固連接的側(cè)向支承。

7、使梁受壓翼緣自由長度l1 與其寬度 b1 之比滿足下列要求：1型鋼或等截面工字形簡(jiǎn)之梁l1不應(yīng)超過下表的規(guī)定數(shù)值：Hb1跨中無側(cè)向支承的梁跨中有側(cè)向支承的梁不論荷荷載作用在上翼緣荷載作用在下翼緣載作用于何處132352023516235f yf yf y2l195235，且h6 。箱形截面簡(jiǎn)之梁，b1fyb1對(duì)跨中無側(cè)向支承的梁，l1 為其跨度；對(duì)跨度中有側(cè)向支撐的梁，l1 為側(cè)向支撐間的距離（梁支座處視為有側(cè)向支撐）。對(duì)箱形截面， b1 為兩腹板外側(cè)距離，h 為截面高度。5.2.3為了提高梁的穩(wěn)定承載能力，任何梁在端部支座處均應(yīng)采取構(gòu)造措施，例如側(cè)向支撐，以阻止梁端截面的側(cè)移和扭轉(zhuǎn)。6 局部

8、穩(wěn)定對(duì)于組合梁， 若翼緣和腹板尺寸選擇不適當(dāng)。 在荷載達(dá)到一定值時(shí)受壓翼緣或腹板可能首先發(fā)生翹曲，這種現(xiàn)象叫局部屈曲或喪失局部穩(wěn)定。4局部屈曲后，翹曲部分退出工作，梁的有效承載截面積減少，且變成不對(duì)稱。這將促使梁在未達(dá)到強(qiáng)度承載能力和整體穩(wěn)定承載能力之前發(fā)生整體破壞。因此。必須采取措施保證梁的局部穩(wěn)定。6.1 翼緣板的局部穩(wěn)定梁受壓翼緣一般采用控制寬度比的辦法來保證其局部穩(wěn)定。受壓翼緣的自由外伸寬度b 與其厚度t 之比不大于 15235 。f y箱形截面梁受壓翼緣在兩腹板外側(cè)之間的寬度b1 與其厚度之比不大于40235 。fy6.2 腹板的局部穩(wěn)定組合梁腹板的局部穩(wěn)定通常采用設(shè)置加勁肋的方法來

9、保證。加勁肋的功能是作腹板的不動(dòng)支承邊， 當(dāng)腹板屈曲時(shí)， 沿加勁肋軸線具有一條直線的波折線，將腹板分成較小的區(qū)格。以提高其穩(wěn)定性。對(duì)可能由剪應(yīng)力引起屈曲的腹板， 應(yīng)每隔一定距離設(shè)置橫向加勁肋； 對(duì)可能由彎曲應(yīng)力引起屈曲的腹板， 宜在受壓區(qū)增設(shè)縱向加勁肋。 有固定集中荷載處應(yīng)設(shè)橫向加勁肋， 把荷載直接傳給腹板，因此，鍋爐構(gòu)件中梁的腹板一般不必設(shè)短加勁肋。腹板加勁肋設(shè)置規(guī)定1h080235tW時(shí)，一般不設(shè)置加勁肋；f y280235h0150或170235f ytW時(shí)應(yīng)設(shè)橫向加勁肋；f y3h0150235（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束）或h0170235tWf ytW（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約f y束）時(shí)，

10、應(yīng)在彎曲應(yīng)力較大的受壓區(qū)加設(shè)縱向加勁肋。必要時(shí)宜在受壓區(qū)加設(shè)短加勁肋。鍋爐構(gòu)架一般不設(shè)縱向加勁肋。4h0均不大于 250。任何情況下tW上述 h0 為腹板計(jì)算高度， tW 為腹板厚度。6.2.2加勁肋間距和腹板局部穩(wěn)定計(jì)算由上述規(guī)定設(shè)置的加勁肋， 應(yīng)按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 計(jì)算加勁肋的間距和腹板的局部穩(wěn)定。鍋爐構(gòu)架梁一般不作此項(xiàng)計(jì)算，按6.2.3 條設(shè)計(jì)即可。腹板加勁肋的截面設(shè)計(jì)1加勁肋間距的構(gòu)造要求加勁肋間距過大時(shí)，使腹板無支承區(qū)格太大，容易產(chǎn)生初始鼓曲；過小時(shí)，使制造復(fù)雜，且材料也增加。故規(guī)定：僅設(shè)置橫向加勁肋時(shí)，其間距a=（ 0.52） h0 范圍；若h0100，tW5a 可取 2.5h02加

11、勁肋截面形式及布置焊接梁的腹板加勁肋一般用鋼板制成，也可采用肢尖焊于腹板的角鋼或其他形式。加勁肋宜在腹板兩側(cè)成對(duì)稱布置， 也可單側(cè)布置， 但支承加勁肋不允許單側(cè)布置。 單側(cè)加勁肋制造方便，節(jié)約鋼材，一般不影響對(duì)腹板的支承作用。3加勁肋的截面尺寸加勁肋應(yīng)有足夠的剛度才能作為腹板的不動(dòng)支承， 根據(jù)加勁肋對(duì)腹板平面軸線的屈曲不先于腹板屈曲的原則，其截面尺寸成對(duì)稱布置的鋼板橫向加勁肋的截面尺寸應(yīng)符合下列要求：外伸寬度： bh040mm30b厚度： t15單側(cè)布置鋼板橫向加勁肋的外伸寬度， 根據(jù)與成對(duì)稱布置加勁肋剛度相等的條件， 不應(yīng)小于 1.2b。厚度不應(yīng)小于外伸寬度的 1/15。支承加勁肋支承加勁肋

12、是承受固定集中荷載或支座反力的橫向加勁肋，應(yīng)成對(duì)稱布置并進(jìn)行下列計(jì)算。1腹板平面外的穩(wěn)定性穩(wěn)定性按承受梁的支座反力或固定集中荷載的軸心壓桿計(jì)算。計(jì)算截面應(yīng)包括加勁肋和加勁肋每側(cè) 15tW235 范圍內(nèi)的腹板面積，計(jì)算長度近似取h ，穩(wěn)定系數(shù)可按b 類截面采f y0用。并下式計(jì)算：NfAs式中N支座反力或集中荷載；軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；As 計(jì)算截面。2端面承壓強(qiáng)度支承加勁肋的端部為磨平頂緊時(shí)，應(yīng)按下式計(jì)算端面承壓強(qiáng)度：NcefceAce式中Ace 端面承壓面積；f ce 鋼材端面承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。3焊縫計(jì)算支承加勁肋與腹板的連接焊縫，可假定在力 N 作用下，應(yīng)力沿焊縫全長均勻分布按下式計(jì)算：6

13、Nf fW0. 7h flW7 截面設(shè)計(jì)7.1 型鋼梁的截面選擇首選求出抗彎強(qiáng)度所需的截面模量WX ，即：M XWXf式中M X 按荷載設(shè)計(jì)值計(jì)算的梁的最大彎矩/然后從型鋼表中選擇合適的型號(hào)；為梁需要，再按規(guī)定撓度計(jì)算所需的慣性矩選取型鋼截面，最后取其較大者。7.2 板梁的截面設(shè)計(jì)下面以雙軸對(duì)稱的焊接工字形板梁截面的設(shè)計(jì)為例，說明截面設(shè)計(jì)的一般方法。梁的高度h梁高應(yīng)滿足凈空條件（最大高度） 、剛度要求（最小高度）和經(jīng)濟(jì)要求（經(jīng)濟(jì)高度） 。鍋爐構(gòu)架中梁高一般不受境內(nèi)感空限制。1最小高度 hmin 可參照下表采用：梁的撓度1/8501/7501/5001/3601/250最小高度Q235 鋼l /

14、 7l / 8l /12l /17l / 24hminQ345 鋼l / 5l / 5.5l / 8l /11.5l /16注：表中 l 為梁的跨度。2經(jīng)濟(jì)高度 hehe7 3 WX30(cm)WXM max / f (cm)式中 M max 按荷載設(shè)計(jì)值計(jì)算，當(dāng)梁受多個(gè)集中荷載作用時(shí)，可今年司按均布荷載計(jì)算。梁高選用和 he 的較大者。翼緣板尺寸111翼緣寬度 bf( ) h352翼緣厚度 t f 根據(jù)局部穩(wěn)定要求決定，即：bf235t ff y3077.2.3腹板尺寸腹板高度 hWh2t f1腹板厚度 t可按下列各式計(jì)算的結(jié)果選取，且不宜小于b。2WmintWV或 tW73 hWhW f1

15、00式中V 梁的最大剪力（支座反力）系數(shù)，當(dāng)梁端翼緣截面無削弱時(shí)，1.2否則1.5 。選定截面尺寸后，要進(jìn)行強(qiáng)度、 剛度和整體穩(wěn)定性計(jì)算，若某些項(xiàng)目不符合要求，應(yīng)對(duì)所選尺寸進(jìn)行調(diào)整，直至滿足要求為止。8 梁的撓度計(jì)算等截面單跨簡(jiǎn)支梁可將不同位置的荷載折算成跨中集中荷載，并按下式計(jì)算其跨中撓度：Pn l 3v48EI式中v 跨中撓度；l 梁的跨度；Pn 跨中集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值折算力，PnPQ PMKP ；PQ 均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值折算力，PQ0.625Q ；P 支座彎矩標(biāo)準(zhǔn)值折算力，PM3M AM B ；MCK P 各集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值折算力，可為相應(yīng)某一集中荷載的折算系數(shù)，按下表采用。集中荷載折算系數(shù) K0

16、.000.010.020.030.040.050.060.070.080.090.501.000.9990.9980.9950.9910.9850.9790.9720.9640.9540.600.9440.9330.9210.9070.8930.8780.8630.8460.8290.8100.700.7920.7720.7520.7310.7100.6880.6650.6410.6170.5930.800.5680.5430.5170.4910.4640.4370.4090.3810.3530.3250.900.2960.2670.22380.2090.1790.1500.1200.0900

17、.0600.030注：表中為集中荷載截至支座較長一端的距離與跨度之比。9 連接計(jì)算9.1 兩的翼緣與腹板連接焊縫計(jì)算翼緣板與腹板采用直角焊縫連接，其焊角尺寸hf 按下式計(jì)算：hfVS1.4 f fWi X8式中V 梁的最大剪力；S 梁翼緣截面對(duì)中和軸的面積矩；I X 梁的毛截面慣性矩。9.2 次梁與主梁的連接計(jì)算下圖為次梁與主梁連接的典型結(jié)構(gòu)，次梁支承在托架上，便于安裝，為減小偏心，鋼板2 的寬度 b100mm ，長度取次梁下翼緣寬度加50mm 即可。鋼板1 作定位和提供扭轉(zhuǎn)約束，宜接近梁上翼，可僅一側(cè)有。次梁支反力V ，由托架與主梁腹板連接的水平和豎向焊縫共同承擔(dān)，詳細(xì)計(jì)算參見“連接計(jì)算”部

18、分的例題2。9.3 梁的支座弧形支座（下圖）底面積AabV高度hfce3aV4bf9弧形半徑 r12.5Vbf式中a 、b 分別為支座的寬度（平行梁的長度方向）和長度； b梁翼緣寬度 +50mm 。V 梁的支座反力；f ce 柱頂板鋼材端面在強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；若兩支座在混凝土局部承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，通常偏于安全地取其軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；f 支座材料的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。條形支座面積 AabVf ce厚度 t 按構(gòu)造要求選取，一般t20mm 。10 構(gòu)造要求10.1 加勁肋1 梁的橫向加勁肋應(yīng)與上翼緣焊接，不宜與下翼緣焊接，支承加勁肋應(yīng)與上、下翼緣焊接。2加勁肋與翼緣伴相連處應(yīng)切角。10.2 箱形梁（下圖）1

19、h1200mm時(shí)， b 400mm 。3 6 ， hb1212m，并應(yīng)與上翼緣焊接，端部隔板應(yīng)與上下翼緣頂緊焊接。 隔板間距一般為103穿吊桿處翼緣開孔直徑不應(yīng)大于三分之一的翼緣寬度，并應(yīng)按等截面補(bǔ)強(qiáng)，吊桿附近應(yīng)設(shè)短隔板，其高度和厚度按抗剪、抗彎計(jì)算確定，但厚度不宜小于6mm。10.3 型鋼與鋼板組合梁1 截面尺寸宜符合下圖要求：2計(jì)算截面特性時(shí)，上蓋板寬度可取與下蓋板相同。3肋板厚度一般取612mm，間距為1000mm 左右。4 隔板厚度一般為6mm ，間距月為1000mm，有肋板時(shí)，兩者的位置宜一致。11 例題已知焊接板梁截面尺寸及計(jì)算簡(jiǎn)圖為下圖荷載均為永久荷載設(shè)計(jì)值，A 、B 為側(cè)向支撐

20、點(diǎn)。材料為Q235B 鋼。計(jì)算該梁。解：（ 1）內(nèi)力計(jì)算11R1 R21 qlP11.329278.4284.3 KN22VmaxR284.3KNM max1 ql 2Pa11.32q2278.43 848.6 KN m88（ 2）整體穩(wěn)定性側(cè)向支撐點(diǎn)間的距離為 300mm，則：l13000b110.71 16 ，可以不計(jì)算整體穩(wěn)定性。280（ 3）強(qiáng)度計(jì)算 a 抗彎強(qiáng)度I X12882.83128880 3164015 cm 41212WXI X1640153962 cm3h / 282.82M m a x848.6 106214 f215 N / mm2WX3962 103 抗剪強(qiáng)度bS281.440.71800.8802235 cm3X24maxVmax SX2