实腹式受弯构件—梁

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,物流工程学院 WHUT,*,第五章 实腹式受弯构件,梁,5,1,梁的种类和截面式,52,，型钢梁的设计,53,组合梁设计,54,变截面组合梁,55,，梁的整体稳定性,56,，组合梁的局部稳定性,57,组合梁的构造设计和工艺设计,9/16/2024,1,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,9/16/2024,2,物流工程学院 WHUT,9/16/2024,3,物流工程学院 WHUT,51,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。,9/16/2024,4,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,9/16/2024,5,物流工程学院 WHUT,52,，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/A,j, ,或,=A/A,中，,9/16/2024,6,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,9/16/2024,7,物流工程学院 WHUT,1,，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,.,9/16/2024,8,物流工程学院 WHUT,yL,许用饶度，查,P56,，表,215.,说明：两个集中力的情况,.,9/16/2024,9,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,9/16/2024,10,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）,9/16/2024,11,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：,9/16/2024,12,物流工程学院 WHUT,c=,a+h,y,9/16/2024,13,物流工程学院 WHUT,1,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。,9/16/2024,14,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=PL,3,/(48EI)y,L,或：,y= PL,3,/(48EI)y,L,动刚度：（用户有要求时）,式中符号意义详见,P120,121,3,）整体稳定性：,9/16/2024,15,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：,9/16/2024,16,物流工程学院 WHUT,刚度：,结论：梁高,h,是设 计的关键尺寸,9/16/2024,17,物流工程学院 WHUT,1,，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,9/16/2024,18,物流工程学院 WHUT,9/16/2024,19,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：,h,9/16/2024,20,物流工程学院 WHUT,9/16/2024,21,物流工程学院 WHUT,.,同时满足强度，刚度条件的特征梁高,h,a,满足强度条件所需的,I,=hw/2,令,I,=I,s,，即：,hw/2=I,s,，得,h,d,=2I,s,/W,由图可见：当,h,h,d,时，,h,由（强度条件）,控制；当,h,h,d,时，,h,由,I,s,(,刚度条件,),控,制。,.,合理梁高,h,的确定：,9/16/2024,22,物流工程学院 WHUT,情形：（,a,）,h,h,d,h,s,h,d,合理梁高,h,(,由强度控制,),情形：（,b,）,h,h,d,h,s,h,d,合理梁高,h,s,(,由刚度控制,),情形：（,c,）,h,h,d,h,s,h,d,合理梁高,h,d,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,，,h,d,，,h,s,进行比较，确定合理的梁高,9/16/2024,23,物流工程学院 WHUT,一， 组合梁的截面设计：,.,腹板尺寸：,h,o,确定,取,h,o,=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：,=6,16mm,中选取，且以,2mm,为间隔 。,9/16/2024,24,物流工程学院 WHUT,.,翼板尺寸,b(b,o,),t,确定：,9/16/2024,25,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,b,0,:,由整体稳定性条件：,工字形：,b=(1/2,1/6)h,箱形：,b,0,h/3,由水平刚度条件：,箱形：,b,0,L/60(,或,h/3.5),由工艺条件：箱形：,b,0,300mm,当,h,0,650,时,b,0,9/16/2024,26,物流工程学院 WHUT,t:,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：,9/16/2024,27,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,p234,p238,9/16/2024,28,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,9/16/2024,29,物流工程学院 WHUT,2,）刚度：,3,）整体稳定性（在,55,中讨论）,4,）局部稳定性（在,56,中讨论）,9/16/2024,30,物流工程学院 WHUT,54,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,9/16/2024,31,物流工程学院 WHUT,2.,改变翼板厚（不常用）,3.,改变腹板高（常用）,h,1,=0.5h l,1,=(1/4,1/8)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,p130,131,式（,533,），,（,534,）计算,9/16/2024,32,物流工程学院 WHUT,55,，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,P,cr,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：,P,cr,失稳时的临界弯矩：,M,cr,失稳时的临界应力：,cr,9/16/2024,33,物流工程学院 WHUT,二，整体稳定性计算是式：,9/16/2024,34,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,E,Iy,对截面弱轴,y,的抗弯刚度,G,In,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,9/16/2024,35,物流工程学院 WHUT,9/16/2024,36,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,b,1,t,1,代替式中的,b,t,k,1,的取值按以下规定：,y2,9/16/2024,37,物流工程学院 WHUT,9/16/2024,38,物流工程学院 WHUT,2,）组合工字形截面悬臂梁,.,双轴对称：,w,按式计算，但取,k,1,=1,k,2,k,3,查,p135,，表,54,Lc,悬臂长,3,）轧制工字钢梁,简支：,w,由,p374,375,附表,11,，,12,查取,悬臂：,w,按式计算按,4,）轧制槽钢梁,9/16/2024,39,物流工程学院 WHUT,5,）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,9/16/2024,40,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,9/16/2024,41,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,L,c,/b,时,9/16/2024,42,物流工程学院 WHUT,3.,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,9/16/2024,43,物流工程学院 WHUT,整体稳定性计算小结：,9/16/2024,44,物流工程学院 WHUT,56,，组合梁的局部稳定性,局部稳定性的概念,受压应力 ，剪应力,，,局部压应力 的作用,下的易板和腹板当以上,压应力达到一定值,后产生波形屈曲的现象丧失平面稳定平衡状态，称梁的局部失稳。,局部失稳后，失稳区部分退出工作，削弱了梁的截面，使梁变形增大，强度和整体稳定性承载能力下降，以致使梁整体破坏。引起梁局部失稳的应力： （压），,，,9/16/2024,45,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,9/16/2024,46,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,9/16/2024,47,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,t,3).,三边简支，一边自由，两边均匀受压,9/16/2024,48,物流工程学院 WHUT,2.,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,9/16/2024,49,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,9/16/2024,50,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=1,1.26(,见,P140),板的屈服系数，由表,5-6,计算查取,9/16/2024,51,物流工程学院 WHUT,欧拉应力：,9/16/2024,52,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：,9/16/2024,53,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,9/16/2024,54,物流工程学院 WHUT,若不满足，采取,9/16/2024,55,物流工程学院 WHUT,2.,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,9/16/2024,56,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：,9/16/2024,57,物流工程学院 WHUT,1),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,9/16/2024,58,物流工程学院 WHUT,3,）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,），,9/16/2024,59,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,9/16/2024,60,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,9/16/2024,61,物流工程学院 WHUT,2,）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：,9/16/2024,62,物流工程学院 WHUT,3,）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,p153,154,9/16/2024,63,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,9/16/2024,64,物流工程学院 WHUT,3.,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。,9/16/2024,65,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,9/16/2024,66,物流工程学院 WHUT,3.,强度验算,跨中截面：,跨端截面：,强度够。,4.,刚度验算：,9/16/2024,67,物流工程学院 WHUT,5.,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）,9/16/2024,68,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,。,9/16/2024,69,物流工程学院 WHUT,计算,由附表,13,查得,整体稳定性够。,9/16/2024,70,物流工程学院 WHUT,6.,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：,9/16/2024,71,物流工程学院 WHUT,区：,9/16/2024,72,物流工程学院 WHUT,（进入弹塑性范围）,，（见,P145,）,9/16/2024,73,物流工程学院 WHUT,取,n=1.33 (,类载荷组合,),区局部稳定性够,区：,9/16/2024,74,物流工程学院 WHUT,取,x=1.26,，由,查表,5-6,，,局部稳定性足够。,9/16/2024,75,物流工程学院 WHUT,