钢结构_第五章.ppt

MSE 120 - 1999 格构式受弯构件-桁架 受力特点 结构类型 1.简支梁式 2.刚架横梁式 3.连续式 4.伸臂式 5.悬臂式 应用范围 截面上的最大剪应力发生在腹板中和轴处。因此，在主平面受弯的实腹构件，其抗剪强度应按下式计算： §5.5 考虑腹板的屈曲后强度的梁设计 §5.5.1 薄板的屈曲后强度 板的荷载与挠度关系曲线 上节小变形假设，忽略薄膜力。 采用大挠度理论，单向均匀受压四边简支板，Nx与w关系如图。 无缺陷薄板，失稳后仍可承担荷载，直到进入弹塑性的极限荷载。 考虑缺陷影响后极限承载力与A点的荷载也非常接近。 因此可把无缺陷板边纤维达屈服时的荷载作为板的极限承载力，称为薄板的屈曲后强度。 板件屈曲后的应力分布形式 板屈曲前纵向应力σx是均匀分布的，σy基本为0。 板屈曲后产生横向应力σy，每个波节的两端是压应力，中部是拉应力。 由于拉应力牵制了板纵向变形的发展，使板屈曲后有继续承载的潜能，同时σx的分布也不再均匀，呈两端大中间小的马鞍形。 板件的有效宽度 根据合力不变原则将截面应力分布等效成如图所示的形式。中间无应力部分认为无效，在计算时从截面中扣除；两端应力为fy的部分认为有效，两部分宽度之和即为板的有效宽度。 当非均匀受压时，板件两边的有效宽度不相等。 有效宽度概念广泛用于冷弯薄壁型钢构件设计中。 梁中屈曲后强度的应用 钢组合梁的腹板一般较薄，只要梁翼缘和横向加劲肋没有破坏，既使梁腹板失去了局部稳定，钢梁仍可继续承载。 梁腹板受压屈曲后和受剪屈曲后的承载机理不同，本节将重点介绍这两种屈曲后强度的计算问题。 考虑到多次反复屈曲可能导致腹板边缘出现疲劳裂纹，因此对直接承受动力荷载的梁暂不考虑腹板屈曲后强度。 进行塑性设计时也不能利用屈曲后强度，因为板件局部屈曲将使构件塑性不能充分发展。 在组合梁的设计中，不考虑翼缘屈曲后承载力的提高，因为对工字形截面来说翼缘属三边简支，一边自由板件，屈曲后继续承载的潜能不是很大。 利用腹板屈曲后强度的梁，一般不再考虑设置纵向加劲肋。 实际临界应力与腹板通用高厚比λs的关系为： 上式仅在弹性阶段失稳时（即λs较大时）才适用，如图中的曲线形式。当λs较小时，将发生弹塑性失稳。 弹性失稳与弹塑性失稳分界点的确定方法： 钢材剪切比例极限等于0.8fvy，再考虑0.9的几何缺陷影响系数，令τcr=0.9×0.8fvy，代入上式，可得到满足弹性失稳的通用高厚比界限为： 当λs≤0.8时，规范认为临界剪应力会进入塑性，当0.8λs≤1.2时，处于弹塑性状态。 因此规范使用了下述公式来计算不同状态下失稳时的实际临界剪应力： 可见规范将fv=fvy/γR作为临界剪应力的最大值 梁腹板不设横向加劲肋的条件： 此时a/h0→∞，若要求τcr=fv，则λs≤0.8，由此可得： 考虑到梁腹板中的平均剪应力一般低于fv，故规范规定仅受剪应力作用的腹板，其不会发生剪切失稳的高厚比限值为： 腹板的纯弯屈曲 腹板纯弯屈曲形式 腹板可认为是四边支承板件。 在弯曲压应力作用下腹板会发生屈曲，形成多波失稳。沿横向（腹板高度方向）为一个半波，波峰在压力作用区偏上的位置。沿纵向形成的屈曲波数取决于板长。 屈曲系数k 屈曲系数k的大小取决于板的边长比。 k与a/h0的关系如图所示，a/h0超过0.7后k值变化不大，对于四边简支板kmin=23.9，只有小于0.7后k才显著变化，可见横向加劲肋配置的相当密才能显著提高腹板的临界应力，否则意义不大。 防止腹板纯弯屈曲的有效措施 宜在腹板受压区中部偏上的部位设置纵向加劲肋，加劲肋距受压边的距离为h1=(1/5~1/4)h0，以便有效阻止腹板的屈曲。 纵向加劲肋只需设在梁弯曲应力较大的区段。 腹板纯弯屈曲的临界承载力 如不考虑上、下翼缘对腹板的转动约束作用，将kmin=23.9和b=h0代入前面公式中可得腹板简支于翼缘的临界应力公式： 实际受拉翼缘刚度很大，能完全嵌固住腹板连接边的转动；受压翼缘对腹板的约束除与本身刚度有关外，还和限制其转动的构造有关。 例如当受压翼缘连有刚性铺板或焊有钢轨时，很难发生扭转，因此腹板的上边缘也相当于完全嵌固，此时嵌固系数χ可取为1.66；当无构造限制其转动时，腹板上部的约束介于简支和嵌固之间，可取χ为1.23。 限制转动时： 否则： 腹板不发生纯弯屈曲时高厚比的限值 取σ