實(shí)腹式受彎構(gòu)件—梁

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,物流工程學(xué)院 WHUT,*,第五章 實(shí)腹式受彎構(gòu)件,梁,5,1,梁的種類和截面式,52,，型鋼梁的設(shè)計(jì),53,組合梁設(shè)計(jì),54,變截面組合梁,55,，梁的整體穩(wěn)定性,56,，組合梁的局部穩(wěn)定性,57,組合梁的構(gòu)造設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì),9/16/2024,1,物流工程學(xué)院 WHUT,梁,主要承受橫向彎曲的突腹構(gòu)件,梁在起重機(jī)中的應(yīng)用舉例：,橋式起重機(jī)的主端梁,門式起重機(jī)的橋架主梁,門坐起重機(jī)的轉(zhuǎn)臺梁，平衡梁,9/16/2024,2,物流工程學(xué)院 WHUT,9/16/2024,3,物流工程學(xué)院 WHUT,51,梁的種

2、類和截面式,一 種類：（,1,）型鋼梁,（,2,）結(jié)合梁：,型鋼,型鋼,型鋼,鋼板,鋼板,鋼板,型鋼梁：,優(yōu)點(diǎn),制造簡單，周期短，成本低,缺點(diǎn),截面尺寸受限，厚度大，自重 大，不經(jīng)濟(jì)。,9/16/2024,4,物流工程學(xué)院 WHUT,結(jié)合梁：優(yōu)點(diǎn),尺寸可以任選，易達(dá)到設(shè)計(jì)要求,缺點(diǎn),制造費(fèi)工，成本較高,一，梁的截面形式,詳見,P118,常用截面形式,工字形,用于單向受彎,箱 形,用語雙向受彎,9/16/2024,5,物流工程學(xué)院 WHUT,52,，型鋼梁的設(shè)計(jì),一，型鋼安全正常工作條件,:,二，設(shè)計(jì)步驟（以兩端簡支，受一集中力的,梁為例）,與軸心受力構(gòu)件設(shè)計(jì)不同，軸心受力構(gòu)件,=N/A,j,

3、,或,=A/A,中，,9/16/2024,6,物流工程學(xué)院 WHUT,求,A,需,，以及從,=l/r,中求,r,需,，根據(jù),A,，,r,需,（,h,需,）選型鋼，而梁從,=M/W,中求,W,需,，和從,y=PL3/(48EI)(,兩端鉸支梁,),中求,I,需,，然后依據(jù),W,需,，,I,需,查表選型鋼,9/16/2024,7,物流工程學(xué)院 WHUT,1,，由強(qiáng)度條件確定,W,需,.,W,需,M/,（按組合,計(jì)算內(nèi)力）,M,最大彎矩,材料的許用應(yīng)力,2,，由剛度條件確定,I,需,.,9/16/2024,8,物流工程學(xué)院 WHUT,yL,許用饒度，查,P56,，表,215.,說明：兩個(gè)集中力的情況

4、,.,9/16/2024,9,物流工程學(xué)院 WHUT,.,由需，需查型鋼表選型鋼。,.,驗(yàn)算,1,）強(qiáng)度：,（）正應(yīng)力：,/,單向 彎曲,.,x,/,jx,+,y,/,jy, ,雙向彎曲,x,y,同一截面內(nèi)力,jx,，,jy,同一點(diǎn)的值,9/16/2024,10,物流工程學(xué)院 WHUT,梁的最大剪力,梁截面的最大面積矩,腹板厚度,（,3,）局部壓應(yīng)力：,跨中由集中載產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力（對腹板而言）,9/16/2024,11,物流工程學(xué)院 WHUT,其中,c,集中力分布長度,c=a+2hy,跨端支座處：,9/16/2024,12,物流工程學(xué)院 WHUT,c=,a+h,y,9/16/2024,13,

5、物流工程學(xué)院 WHUT,1,m,應(yīng)帶各自的正負(fù)號,1.1,考慮驗(yàn)算點(diǎn)處材料強(qiáng)度為最低的概率較小而提高許用應(yīng)力的倍數(shù)。,9/16/2024,14,物流工程學(xué)院 WHUT,（,5,）當(dāng)集中輪壓,P,作用于工字鋼下板時(shí)，還 應(yīng)考慮由輪壓引起的局部彎曲應(yīng)力，驗(yàn)算由整體彎曲和局部彎曲產(chǎn)生的總應(yīng)力（詳見,p224-225,）,.,2,）剛度,:,靜剛度：,y=PL,3,/(48EI)y,L,或：,y= PL,3,/(48EI)y,L,動(dòng)剛度：（用戶有要求時(shí)）,式中符號意義詳見,P120,121,3,）整體穩(wěn)定性：,9/16/2024,15,物流工程學(xué)院 WHUT,在,55,中討論,53,組合梁設(shè)計(jì),一，組

6、合梁合理梁高的確定,觀察：強(qiáng)度：,9/16/2024,16,物流工程學(xué)院 WHUT,剛度：,結(jié)論：梁高,h,是設(shè) 計(jì)的關(guān)鍵尺寸,9/16/2024,17,物流工程學(xué)院 WHUT,1,，由強(qiáng)度條件確定的經(jīng)濟(jì)梁高,h,梁自重,=,+,腹,思路：設(shè)法將,表為梁高,h,的函數(shù)：,=,f(h,),I=wh/2,又,9/16/2024,18,物流工程學(xué)院 WHUT,9/16/2024,19,物流工程學(xué)院 WHUT,式中：,w=M/,腹板總厚，參考表,51,選取,k,系數(shù)，與構(gòu)造有關(guān)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)由,p124,中的統(tǒng)計(jì)值選取。,1.,由剛度條件確定的,經(jīng)濟(jì)梁高：,h,9/16/2024,20,物流工程學(xué)院 WH

7、UT,9/16/2024,21,物流工程學(xué)院 WHUT,.,同時(shí)滿足強(qiáng)度，剛度條件的特征梁高,h,a,滿足強(qiáng)度條件所需的,I,=hw/2,令,I,=I,s,，即：,hw/2=I,s,，得,h,d,=2I,s,/W,由圖可見：當(dāng),h,h,d,時(shí)，,h,由（強(qiáng)度條件）,控制；當(dāng),h,h,d,時(shí)，,h,由,I,s,(,剛度條件,),控,制。,.,合理梁高,h,的確定：,9/16/2024,22,物流工程學(xué)院 WHUT,情形：（,a,）,h,h,d,h,s,h,d,合理梁高,h,(,由強(qiáng)度控制,),情形：（,b,）,h,h,d,h,s,h,d,合理梁高,h,s,(,由剛度控制,),情形：（,c,）,h

8、,h,d,h,s,h,d,合理梁高,h,d,結(jié)論：對有效曲線（圖中紅線）最小值對應(yīng)的高,h,即為合理的梁高，設(shè)計(jì)時(shí)，先分別計(jì)算出,h,，,h,d,，,h,s,進(jìn)行比較，確定合理的梁高,9/16/2024,23,物流工程學(xué)院 WHUT,一， 組合梁的截面設(shè)計(jì)：,.,腹板尺寸：,h,o,確定,取,h,o,=h,是園整數(shù)（,10mm,的倍數(shù)）,：對工字形,=6+2h/1000,（,mm,）,箱形 ：,=4+2h/1000,（,mm,） （單塊）,通常：,=6,16mm,中選取，且以,2mm,為間隔 。,9/16/2024,24,物流工程學(xué)院 WHUT,.,翼板尺寸,b(b,o,),t,確定：,9/1

9、6/2024,25,物流工程學(xué)院 WHUT,綜合考慮整體穩(wěn)定性，局部穩(wěn)定性等等條件確定,b, t,的分配,b,0,:,由整體穩(wěn)定性條件：,工字形：,b=(1/2,1/6)h,箱形：,b,0,h/3,由水平剛度條件：,箱形：,b,0,L/60(,或,h/3.5),由工藝條件：箱形：,b,0,300mm,當(dāng),h,0,650,時(shí),b,0,9/16/2024,26,物流工程學(xué)院 WHUT,t:,由局部穩(wěn)定性條件：,由工藝條件：,注：截面尺寸往往參考同類產(chǎn)品類比初定，然后驗(yàn),算，調(diào)整,常用方法,3.,驗(yàn)算：,1,）強(qiáng)度：,9/16/2024,27,物流工程學(xué)院 WHUT,當(dāng)集中輪壓在正軌箱形梁或半偏軌箱

10、形梁的上翼,板時(shí)，還應(yīng)考慮集中輪壓引起的局部彎曲應(yīng)力，驗(yàn),算由整體彎曲和局部彎曲產(chǎn)生的總應(yīng)力，詳見,p234,p238,9/16/2024,28,物流工程學(xué)院 WHUT,疲勞驗(yàn)算（,A6,以上） 部位：,a),受拉翼板的對接焊縫及近縫區(qū)基本金屬,b),橫隔板下端（腹板受拉區(qū)）焊縫及腹板近,縫區(qū)基本金屬,9/16/2024,29,物流工程學(xué)院 WHUT,2,）剛度：,3,）整體穩(wěn)定性（在,55,中討論）,4,）局部穩(wěn)定性（在,56,中討論）,9/16/2024,30,物流工程學(xué)院 WHUT,54,變截面組合梁,一，設(shè)計(jì)目的：,G,，,適用于大跨度梁。,二，設(shè)計(jì)依據(jù)：等強(qiáng)度條件,任一截面處 。,三

11、，設(shè)計(jì)方法：,1.,改變翼板寬,9/16/2024,31,物流工程學(xué)院 WHUT,2.,改變翼板厚（不常用）,3.,改變腹板高（常用）,h,1,=0.5h l,1,=(1/4,1/8)L,注意：應(yīng)使截面平緩過渡,突變部位應(yīng)驗(yàn)算,zs,繞度計(jì)算與等截面不同，,按,p130,131,式（,533,），,（,534,）計(jì)算,9/16/2024,32,物流工程學(xué)院 WHUT,55,，梁的整體穩(wěn)定性,一,.,概念,梁在橫向載荷,P,作用下，當(dāng),P,增大到臨界值,P,cr,時(shí)，梁就會發(fā)生側(cè)向彎曲且伴隨扭轉(zhuǎn)變形而喪失承載能力,稱為梁整體失穩(wěn)。,失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷：,P,cr,失穩(wěn)時(shí)的臨界彎矩：,M,cr,失穩(wěn)

12、時(shí)的臨界應(yīng)力：,cr,9/16/2024,33,物流工程學(xué)院 WHUT,二，整體穩(wěn)定性計(jì)算是式：,9/16/2024,34,物流工程學(xué)院 WHUT,k,屈服系數(shù)，與載荷情況，種類，作用位置和支撐條件有關(guān),E,Iy,對截面弱軸,y,的抗彎剛度,G,In,截面抗扭剛度,Lc,梁的設(shè)計(jì)長度,3.,幾種典型常見截面梁計(jì)算或取值。,1,）組合工字形截面簡支梁,（,1,）雙軸對稱,9/16/2024,35,物流工程學(xué)院 WHUT,9/16/2024,36,物流工程學(xué)院 WHUT,Lc,梁的計(jì)算長度（受壓翼板的自由度）,（,2,）單軸對稱,w,按式計(jì)算，但應(yīng)以,b,1,t,1,代替式中的,b,t,k,1,的

13、取值按以下規(guī)定：,y2,9/16/2024,37,物流工程學(xué)院 WHUT,9/16/2024,38,物流工程學(xué)院 WHUT,2,）組合工字形截面懸臂梁,.,雙軸對稱：,w,按式計(jì)算，但取,k,1,=1,k,2,k,3,查,p135,，表,54,Lc,懸臂長,3,）軋制工字鋼梁,簡支：,w,由,p374,375,附表,11,，,12,查取,懸臂：,w,按式計(jì)算按,4,）軋制槽鋼梁,9/16/2024,39,物流工程學(xué)院 WHUT,5,）箱形截面組合梁,通常設(shè)計(jì)時(shí)，由構(gòu)造條件保證,不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定性,4.,進(jìn)刀塑性階段后,w,是修正,9/16/2024,40,物流工程學(xué)院 WHUT,已經(jīng)成表，,P

14、375,， 附表,13,小結(jié)：當(dāng)計(jì)算或查表（附表,13,）得出,9/16/2024,41,物流工程學(xué)院 WHUT,不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定性,三,不需要驗(yàn)算整體穩(wěn)定性的條件,1.,箱形梁,時(shí),2.,兩端鉸支工字形截面梁端是,p138,表,5-5,的最大,L,c,/b,時(shí),9/16/2024,42,物流工程學(xué)院 WHUT,3.,有剛性輔板,走臺與受壓翼板牢固相連時(shí),四,提高梁整體穩(wěn)定性的措施,9/16/2024,43,物流工程學(xué)院 WHUT,整體穩(wěn)定性計(jì)算小結(jié)：,9/16/2024,44,物流工程學(xué)院 WHUT,56,，組合梁的局部穩(wěn)定性,局部穩(wěn)定性的概念,受壓應(yīng)力 ，剪應(yīng)力,，,局部壓應(yīng)力 的作用,下

15、的易板和腹板當(dāng)以上,壓應(yīng)力達(dá)到一定值,后產(chǎn)生波形屈曲的現(xiàn)象喪失平面穩(wěn)定平衡狀態(tài)，稱梁的局部失穩(wěn)。,局部失穩(wěn)后，失穩(wěn)區(qū)部分退出工作，削弱了梁的截面，使梁變形增大，強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性承載能力下降，以致使梁整體破壞。引起梁局部失穩(wěn)的應(yīng)力： （壓），,，,9/16/2024,45,物流工程學(xué)院 WHUT,失穩(wěn)模式：產(chǎn)生縱向波，波峰在對稱線上,加強(qiáng)措施：對稱線上加縱筋,二,.,局部失穩(wěn)模式與加強(qiáng)局部穩(wěn)定性措施,1.,（壓）作用下,1).,四邊簡支，兩邊均勻受壓,9/16/2024,46,物流工程學(xué)院 WHUT,產(chǎn)生縱向波，波峰在受壓區(qū),措施：受壓區(qū)加縱筋,2).,四邊簡支，兩邊非均勻受壓,9/16/202

16、4,47,物流工程學(xué)院 WHUT,產(chǎn)生縱向半波，波峰在自由邊,加強(qiáng)措施：增大板厚,t,3).,三邊簡支，一邊自由，兩邊均勻受壓,9/16/2024,48,物流工程學(xué)院 WHUT,2.,作用下,1,）四邊簡支正方形板，,產(chǎn)生,450,方向斜菱形波,2,）四邊簡支長板,產(chǎn)生弱,550,方向的斜菱形波,理論加強(qiáng)措施,加斜筋,實(shí)際加強(qiáng)措施,加橫筋,9/16/2024,49,物流工程學(xué)院 WHUT,3.,作用下,四邊簡支板,產(chǎn)生橫向扁平半波,措施：加橫筋,4.,，,， 聯(lián)合作用,下：波形復(fù)雜,9/16/2024,50,物流工程學(xué)院 WHUT,三,.,板的局部穩(wěn)定性臨界應(yīng)力,1.,在彈性范圍內(nèi),1),（壓

17、）單獨(dú)作用下：,2) ,單獨(dú)作用下：,3),單獨(dú)作用下：,式中：,x,板邊彈性嵌固系數(shù)：,x=1,1.26(,見,P140),板的屈服系數(shù)，由表,5-6,計(jì)算查取,9/16/2024,51,物流工程學(xué)院 WHUT,歐拉應(yīng)力：,9/16/2024,52,物流工程學(xué)院 WHUT,幾種特殊情況下的,(,前提：,= - 1),當(dāng),2.,彈塑性范圍內(nèi)：,9/16/2024,53,物流工程學(xué)院 WHUT,四,.,翼板不失穩(wěn)的條件和提高局部穩(wěn)定性措施,1.,工字形截面受有壓翼板,三邊簡支，一邊自由，,兩邊均勻受壓板,（梁強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：,(,s,）,邊緣纖維屈服準(zhǔn)則,9/16/2024,54,物流工程學(xué)院 W

18、HUT,若不滿足，采取,9/16/2024,55,物流工程學(xué)院 WHUT,2.,箱形截面受壓翼板,四邊簡支，兩邊均勻受壓板,取,得,，,取,若不滿足，采取加縱向筋,9/16/2024,56,物流工程學(xué)院 WHUT,五,.,腹板的加筋布置與局部穩(wěn)定性驗(yàn)算,腹板受力復(fù)雜，難以導(dǎo)出不失穩(wěn)的條件，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先布置筋板，然后分區(qū)驗(yàn)算,加筋：剛性筋,須滿足一定的剛度條件,柔性筋,起重機(jī)中一般不用,1.,筋板布置：,9/16/2024,57,物流工程學(xué)院 WHUT,1),當(dāng),時(shí)，沿梁全長布置橫筋（工藝筋）,，,且,2,）當(dāng),時(shí)，沿全長布置橫筋,取,9/16/2024,58,物流工程學(xué)院 WHUT,3,）當(dāng)

19、,時(shí),沿全長布置橫筋及受壓區(qū)一道縱筋,4,）當(dāng),時(shí)，,a,同,2,），,此外：有集中力作用處應(yīng)力加支撐橫筋；,a,取值同,2,），,9/16/2024,59,物流工程學(xué)院 WHUT,有集中移動(dòng)載荷作用的工字形,截面腹板及正軌箱形截面梁，應(yīng)加短筋,，通常,3.,分區(qū)驗(yàn)算局部穩(wěn)定性,驗(yàn)算區(qū)段板邊折算應(yīng)力,9/16/2024,60,物流工程學(xué)院 WHUT,，,，,取值規(guī)定見,P149,板的穩(wěn)定性需用應(yīng)力,其中：,見前面,式,見前面,式,9/16/2024,61,物流工程學(xué)院 WHUT,2,）支撐筋,作用,傳遞支反力或固定集中力,57,組合梁的構(gòu)造設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì),一、加強(qiáng)筋構(gòu)造設(shè)計(jì),筋板種類：,9/1

20、6/2024,62,物流工程學(xué)院 WHUT,3,）構(gòu)造筋,作用,控制制造 變形,2.,設(shè)計(jì)要求：,間隔筋：要求（,1,）具有足夠的剛度,橫筋板寬,be,，原,e,及慣性矩,Ie,應(yīng)分別滿足式,（,562a,，,62b,，式,563,）要求,縱筋：腹板縱筋應(yīng)滿足表,5-8,要求,板縱筋應(yīng)滿足式（,5-64,）要求,支撐筋：要求：保證有效地傳力，具體詳見,p152,構(gòu)造筋：無特殊要求，見,p153,筋板的合理構(gòu)造要求詳見,p153,154,9/16/2024,63,物流工程學(xué)院 WHUT,二、梁的拼湊，梁與其它構(gòu)件的連接。（自學(xué)）,1.,引起梁下繞的原因：,1,）移動(dòng)載,2,）自重載,3,）焊接變

21、形,三、梁的上拱設(shè)計(jì),2.,下繞后果：增加小車,爬坡阻力或產(chǎn)生淄車現(xiàn)象,9/16/2024,64,物流工程學(xué)院 WHUT,3.,上拱曲線方程：,通常,梁的計(jì)算舉例：,已知：,q=24kN/m,作用于上翼板，材料,Q235,，,=176MPa,=100Mpa, =1/700,工作級別,A6,，,試校驗(yàn)梁的強(qiáng)度、剛,度、穩(wěn)定性。,9/16/2024,65,物流工程學(xué)院 WHUT,解：,1.,計(jì)算內(nèi)力,2.,計(jì)算有關(guān)載荷幾何特性參數(shù),9/16/2024,66,物流工程學(xué)院 WHUT,3.,強(qiáng)度驗(yàn)算,跨中截面：,跨端截面：,強(qiáng)度夠。,4.,剛度驗(yàn)算：,9/16/2024,67,物流工程學(xué)院 WHUT,

22、5.,整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：,允許最大,計(jì)算：（查表,P138,，表,5-5,）,由,不需驗(yàn)算的,實(shí)際,，,應(yīng)驗(yàn)算,計(jì)算,，（雙軸對稱工字型截面）,9/16/2024,68,物流工程學(xué)院 WHUT,整體穩(wěn)定性不夠。,采取中間加一側(cè)向支承的措施，使,=12000,。,9/16/2024,69,物流工程學(xué)院 WHUT,計(jì)算,由附表,13,查得,整體穩(wěn)定性夠。,9/16/2024,70,物流工程學(xué)院 WHUT,6.,局部穩(wěn)定性驗(yàn)算：,1,）翼板：,2,）腹板：,，應(yīng)加橫筋。,由工藝條件取,a=2000,，其間距布置：,9/16/2024,71,物流工程學(xué)院 WHUT,區(qū)：,9/16/2024,72,物流工程學(xué)院 WHUT,（進(jìn)入彈塑性范圍）,，（見,P145,）,9/16/2024,73,物流工程學(xué)院 WHUT,取,n=1.33 (,類載荷組合,),區(qū)局部穩(wěn)定性夠,區(qū)：,9/16/2024,74,物流工程學(xué)院 WHUT,取,x=1.26,，由,查表,5-6,，,局部穩(wěn)定性足夠。,9/16/2024,75,物流工程學(xué)院 WHUT,