实腹式受弯构件课件

第五章第五章 实腹式受弯构件实腹式受弯构件梁梁 5 51 1 梁的种梁的种类类和截面式和截面式5252，型，型钢钢梁的梁的设计设计53 53 组组合梁合梁设计设计5454变变截面截面组组合梁合梁5555，梁的整体，梁的整体稳稳定性定性5656，组组合梁的局部合梁的局部稳稳定性定性5757组组合梁的构造合梁的构造设计设计和工和工艺设计艺设计7/25/20241物流工程学院 WHUT梁主要承受横向弯曲的突腹构件梁在起重机中的应用举例：桥式起重机的主端梁 门式起重机的桥架主梁门坐起重机的转台梁，平衡梁7/25/20242物流工程学院 WHUT7/25/20243物流工程学院 WHUT51 梁的种类和截面式一 种类：（1）型钢梁 （2）结合梁：型钢型钢 型钢钢板 钢板钢板 型钢梁：优点制造简单，周期短，成本低 缺点截面尺寸受限，厚度大，自重 大，不经济。7/25/20244物流工程学院 WHUT结合梁：优点尺寸可以任选，易达到设计要求 缺点制造费工，成本较高一，梁的截面形式详见P118常用截面形式 工字形用于单向受弯 箱 形用语双向受弯7/25/20245物流工程学院 WHUT52，型钢梁的设计 一，型钢安全正常工作条件:二，设计步骤（以两端简支，受一集中力的 梁为例）与轴心受力构件设计不同，轴心受力构件=N/Aj,或=A/A中，7/25/20246物流工程学院 WHUT求A需，以及从=l/r中求r需，根据A，r需（h需）选型钢，而梁从=M/W中求W需，和从y=PL3/(48EI)(两端铰支梁)中求I需，然后依据W需，I需查表选型钢7/25/20247物流工程学院 WHUT1，由强度条件确定W需.W需M/（按组合计算内力）M最大弯矩 材料的许用应力 2，由刚度条件确定I需.7/25/20248物流工程学院 WHUTyL许用饶度，查P56，表215.说明：两个集中力的情况.7/25/20249物流工程学院 WHUT.由需，需查型钢表选型钢。.验算 1）强度：（）正应力：/单向 弯曲.x/jx+y/jy 双向弯曲 x,y同一截面内力 jx，jy同一点的值7/25/202410物流工程学院 WHUT梁的最大剪力梁截面的最大面积矩腹板厚度 （3）局部压应力：跨中由集中载产生的局部压应力（对腹板而言）7/25/202411物流工程学院 WHUT 其中c集中力分布长度 c=a+2hy跨端支座处：7/25/202412物流工程学院 WHUT c=a+hy 7/25/202413物流工程学院 WHUT1,m 应带各自的正负号 1.1考虑验算点处材料强度为最低的概率较小而提高许用应力的倍数。7/25/202414物流工程学院 WHUT （5）当集中轮压P作用于工字钢下板时，还 应考虑由轮压引起的局部弯曲应力，验算由整体弯曲和局部弯曲产生的总应力（详见p224-225）.2）刚度:静刚度：y=PL3/(48EI)yL或：y=PL3/(48EI)yL 动刚度：（用户有要求时）式中符号意义详见P1201213）整体稳定性：7/25/202415物流工程学院 WHUT 在55中讨论 53 组合梁设计 一，组合梁合理梁高的确定观察：强度：7/25/202416物流工程学院 WHUT刚度：结论：梁高h是设 计的关键尺寸7/25/202417物流工程学院 WHUT1，由强度条件确定的经济梁高h 梁自重=+腹 思路：设法将表为梁高h的函数：=f(h)I=wh/2 又7/25/202418物流工程学院 WHUT7/25/202419物流工程学院 WHUT式中：w=M/腹板总厚，参考表51选取 k系数，与构造有关，根据经验由p124中的统计值选取。1.由刚度条件确定的经济梁高：h7/25/202420物流工程学院 WHUT7/25/202421物流工程学院 WHUT.同时满足强度，刚度条件的特征梁高ha 满足强度条件所需的I=hw/2令I=Is，即：hw/2=Is，得hd=2Is/W由图可见：当hhd时，h由（强度条件）控制；当hhd时，h由Is(刚度条件)控制。.合理梁高h的确定：7/25/202422物流工程学院 WHUT情形：（a）hhd,hshd,合理梁高h(由强度控制)情形：（b）hhd,hshd,合理梁高hs(由刚度控制)情形：（c）h hd,hshd,合理梁高hd结论：对有效曲线（图中红线）最小值对应的高h即为合理的梁高，设计时，先分别计算出h，hd，hs进行比较，确定合理的梁高7/25/202423物流工程学院 WHUT一，组合梁的截面设计：.腹板尺寸：ho,确定取ho=h是园整数（10mm的倍数）：对工字形 =6+2h/1000（mm）箱形：=4+2h/1000（mm）（单块）通常：=616mm中选取，且以2mm为间隔。7/25/202424物流工程学院 WHUT.翼板尺寸b(bo),t,确定：7/25/202425物流工程学院 WHUT综合考虑整体稳定性，局部稳定性等等条件确定b,t的分配b0:由整体稳定性条件：工字形：b=(1/21/6)h 箱形：b0h/3由水平刚度条件：箱形：b0L/60(或h/3.5)由工艺条件：箱形：b0300mm,当h0650时b07/25/202426物流工程学院 WHUTt:由局部稳定性条件：由工艺条件：注：截面尺寸往往参考同类产品类比初定，然后验算，调整常用方法3.验算：1）强度：7/25/202427物流工程学院 WHUT 当集中轮压在正轨箱形梁或半偏轨箱形梁的上翼板时，还应考虑集中轮压引起的局部弯曲应力，验算由整体弯曲和局部弯曲产生的总应力，详见p234p2387/25/202428物流工程学院 WHUT疲劳验算（A6以上）部位：a)受拉翼板的对接焊缝及近缝区基本金属 b)横隔板下端（腹板受拉区）焊缝及腹板近缝区基本金属7/25/202429物流工程学院 WHUT2）刚度：3）整体稳定性（在55中讨论）4）局部稳定性（在56中讨论）7/25/202430物流工程学院 WHUT54变截面组合梁一，设计目的：G，适用于大跨度梁。二，设计依据：等强度条件 任一截面处。三，设计方法：1.改变翼板宽7/25/202431物流工程学院 WHUT2.改变翼板厚（不常用）3.改变腹板高（常用）h1=0.5h l1=(1/41/8)L 注意：应使截面平缓过渡 突变部位应验算zs 绕度计算与等截面不同，按p130131式（533），（534）计算7/25/202432物流工程学院 WHUT55，梁的整体稳定性一.概念梁在横向载荷P作用下，当P增大到临界值Pcr时，梁就会发生侧向弯曲且伴随扭转变形而丧失承载能力称为梁整体失稳。失稳时的临界载荷：Pcr失稳时的临界弯矩：Mcr失稳时的临界应力：cr7/25/202433物流工程学院 WHUT二，整体稳定性计算是式：7/25/202434物流工程学院 WHUT k屈服系数，与载荷情况，种类，作用位置和支撑条件有关 EIy对截面弱轴y的抗弯刚度 GIn截面抗扭刚度 Lc梁的设计长度3.几种典型常见截面梁计算或取值。1）组合工字形截面简支梁 （1）双轴对称7/25/202435物流工程学院 WHUT7/25/202436物流工程学院 WHUT Lc梁的计算长度（受压翼板的自由度）（2）单轴对称 w按式计算，但应以b1,t1代替式中的b,t,k1的取值按以下规定：y27/25/202437物流工程学院 WHUT7/25/202438物流工程学院 WHUT2）组合工字形截面悬臂梁.双轴对称：w按式计算，但取k1=1 k2,k3查p135，表54 Lc悬臂长3）轧制工字钢梁 简支：w由p374375,附表11，12查取 悬臂：w按式计算按4）轧制槽钢梁 7/25/202439物流工程学院 WHUT5）箱形截面组合梁 通常设计时，由构造条件保证 不必验算整体稳定性 4.进刀塑性阶段后 w是修正7/25/202440物流工程学院 WHUT已经成表，P375，附表13 小结：当计算或查表（附表13）得出 7/25/202441物流工程学院 WHUT不必验算整体稳定性 三,不需要验算整体稳定性的条件1.箱形梁 时2.两端铰支工字形截面梁端是p138表5-5的最大Lc/b时7/25/202442物流工程学院 WHUT3.有刚性辅板,走台与受压翼板牢固相连时 四,提高梁整体稳定性的措施 7/25/202443物流工程学院 WHUT整体稳定性计算小结：7/25/202444物流工程学院 WHUT失稳模式：产生纵向波，波峰在对称线上加强措施：对称线上加纵筋二.局部失稳模式与加强局部稳定性措施 1.（压）作用下 1).四边简支，两边均匀受压7/25/202446物流工程学院 WHUT产生纵向波，波峰在受压区措施：受压区加纵筋2).四边简支，两边非均匀受压7/25/202447物流工程学院 WHUT产生纵向半波，波峰在自由边加强措施：增大板厚t3).三边简支，一边自由，两边均匀受压7/25/202448物流工程学院 WHUT2.作用下 1）四边简支正方形板，产生450方向斜菱形波 2）四边简支长板 产生弱550方向的斜菱形波 理论加强措施加斜筋 实际加强措施加横筋 7/25/202449物流工程学院 WHUT 3.作用下 四边简支板 产生横向扁平半波 措施：加横筋 4.，联合作用 下：波形复杂 7/25/202450物流工程学院 WHUT,三.板的局部稳定性临界应力1.在弹性范围内1)（压）单独作用下：2)单独作用下：3)单独作用下：式中：x板边弹性嵌固系数：x=11.26(见P140)板的屈服系数，由表5-6计算查取7/25/202451物流工程学院 WHUT欧拉应力：7/25/202452物流工程学院 WHUT几种特殊情况下的 (前提：=-1)当2.弹塑性范围内：7/25/202453物流工程学院 WHUT四.翼板不失稳的条件和提高局部稳定性措施 1.工字形截面受有压翼板 三边简支，一边自由，两边均匀受压板 （梁强度设计准则：(s）边缘纤维屈服准则7/25/202454物流工程学院 WHUT若不满足，采取 7/25/202455物流工程学院 WHUT2.箱形截面受压翼板 四边简支，两边均匀受压板 取 得 ，取 若不满足，采取加纵向筋7/25/202456物流工程学院 WHUT五.腹板的加筋布置与局部稳定性验算腹板受力复杂，难以导出不失稳的条件，通常根据经验先布置筋板，然后分区验算 加筋：刚性筋须满足一定的刚度条件 柔性筋起重机中一般不用 1.筋板布置：7/25/202457物流工程学院 WHUT1)当 时，沿梁全长布置横筋（工艺筋），且2）当 时，沿全长布置横筋取7/25/202458物流工程学院 WHUT3）当 时 沿全长布置横筋及受压区一道纵筋 4）当 时，a同2），此外：有集中力作用处应力加支撑横筋；a取值同2），7/25/202459物流工程学院 WHUT 有集中移动载荷作用的工字形截面腹板及正轨箱形截面梁，应加短筋，通常3.分区验算局部稳定性 验算区段板边折算应力7/25/202460物流工程学院 WHUT，取值规定见P149板的稳定性需用应力 其中：见前面 式 见前面 式7/25/202461物流工程学院 WHUT2）支撑筋作用传递支反力或固定集中力57组合梁的构造设计和工艺设计一、加强筋构造设计筋板种类：7/25/202462物流工程学院 WHUT3）构造筋 作用控制制造 变形2.设计要求：间隔筋：要求（1）具有足够的刚度 横筋板宽be，原e及惯性矩Ie应分别满足式（562a，62b，式563）要求纵筋：腹板纵筋应满足表5-8要求板纵筋应满足式（5-64）要求支撑筋：要求：保证有效地传力，具体详见p152构造筋：无特殊要求，见p153筋板的合理构造要求详见p1531547/25/202463物流工程学院 WHUT二、梁的拼凑，梁与其它构件的连接。（自学）1.引起梁下绕的原因：1）移动载2）自重载 3）焊接变形三、梁的上拱设计2.下绕后果：增加小车爬坡阻力或产生淄车现象7/25/202464物流工程学院 WHUT3.上拱曲线方程：通常 梁的计算举例：已知：q=24kN/m作用于上翼板，材料Q235，=176MPa,=100Mpa,=1/700工作级别A6，试校验梁的强度、刚度、稳定性。7/25/202465物流工程学院 WHUT解：1.计算内力 2.计算有关载荷几何特性参数 7/25/202466物流工程学院 WHUT3.强度验算 跨中截面：跨端截面：强度够。4.刚度验算：7/25/202467物流工程学院 WHUT5.整体稳定性验算：允许最大计算：（查表P138，表5-5）由 不需验算的 实际，应验算计算，（双轴对称工字型截面）7/25/202468物流工程学院 WHUT整体稳定性不够。采取中间加一侧向支承的措施，使=12000。7/25/202469物流工程学院 WHUT计算由附表13查得整体稳定性够。7/25/202470物流工程学院 WHUT6.局部稳定性验算：1）翼板：2）腹板：，应加横筋。由工艺条件取a=2000，其间距布置：7/25/202471物流工程学院 WHUT区：7/25/202472物流工程学院 WHUT （进入弹塑性范围），（见P145）7/25/202473物流工程学院 WHUT取n=1.33(类载荷组合)区局部稳定性够区：7/25/202474物流工程学院 WHUT取x=1.26，由 查表5-6，局部稳定性足够。7/25/202475物流工程学院 WHUT