考虑加劲肋构造的简支钢梁整体稳定性

考虑加劲肋构造的简支钢梁整体稳定性

摘要：受弯构件的整体失稳是弯扭失稳，因此保证受弯构件的整体稳定显得特别重要。在板件局部稳定不满足情况下，采用加劲肋支承能保证结构的局部稳定，但在计算整体稳定时没有考虑加劲肋的作用，或者说，在整体稳定系数公式中，没法考虑加劲肋的作用。加劲肋与钢梁组成的组合截面，很难用公式来反映，因此本文通过建立有限元模型，用数值计算方法来考虑加劲肋在整体稳定计算中的作用。

关键词：受弯构件；整体稳定；加劲肋

Abstract: the flexural overall instability is bending and twisting instability, thus ensure the flexural overall stability is very important. In the local stability of the panel does not meet the conditions, the stiffening rib support can ensure structural local stability, but in overall stability calculation when the role of no account of the stiffening rib, or, in the overall stability coefficient formula, can’t consider the role of stiffening rib. Stiffening rib and steel beam combination of section, it is difficult to use the equation to reflect, so this paper, a finite element model by use of numerical method to consider in the overall stability calculation of stiffening rib in the role.

Keywords: flexural members; The overall stability; Stiffening rib

引言

只有弯矩作用或受弯与剪力共同作用的构件称为受弯构件。实际工程中，以受弯受剪为主但作用着很小的轴力的构件，也常称为受弯构件。结构中的受弯构件主要以梁的形式出现。单向受弯构件在荷载作用下，虽然最不利截面上的弯矩或者弯矩与其他内力的组合效应还低于截面的承载强度，但构件可能突然偏离原来的弯曲变形平面，发生侧向扰曲和扭转，称为受弯构件的整体失稳。失稳时构件的材料都处于弹性阶段，称为弹性失稳，不然则称为弹塑性失稳[1]、[2]。

加劲肋对简支钢梁整体稳定的影响

现有《钢结构设计规范》对简支钢梁的整体稳定计算，对设置加劲肋的梁，没有考虑加劲肋对钢梁整体稳定的作用，因此有必要分析加劲肋对梁整体稳定的影响。本文以梁截面为550x200x6x8，跨度6000mm简支钢梁为计算模型，分别按普通简支钢梁和考虑加劲肋效应的简支钢梁计算稳定承载力。

普通简支钢梁的整体稳定：

均布荷载作用下受弯构件的临界弯矩值的计算，根据《钢结构稳定理论与设计》[3]得知，简支受弯构件的弹性临界弯矩为

其中，a为荷载作用点位于剪心之上的距离，为不对称截面系数，为截面扭转惯性矩，为截面扇形惯性矩。

由临界弯矩，得到临界均布荷载值为

经公式（2）计算得到临界均布荷载值为27.7663N/mm。

横向加劲肋简支钢梁的整体稳定分析

加劲肋截面按《钢结构设计规范》要求设计，对带加劲肋的简支钢梁以sap2000建立有限元模型计算稳定承载力，经计算得到表1，以及图1。

表1 不同条件下的简支钢梁整体稳定临界均布荷载值

图1 不同条件下临界荷载值关系图

从表1可以看出相同间距条件下，加劲肋截面变化对梁的整体稳定影响

不大，在同一加劲肋截面下，不同加劲肋间距对整体稳定影响较大。取加劲肋间距b与ho的比值为x，稳定提高系数为y，本文对加劲肋提高梁整体稳定取加劲肋截面为94*534*7的那组数据。经matlab软件拟合分析得到[4]梁整体稳定提高公式为（3）、（4）所示，两者关系图如图2所示。

按线性回归得到公式

Y=-0.0275x+1.1477（3）

按多项式回归得到公式

Y=0.0088x -0.0606x+1.1735 (4)

从而得到在进行简支钢梁整体稳定承载力计算时，考虑横向加劲肋钢梁整体稳定的计算公式（5）：

(5)

其中，为简支钢梁平面内最大弯矩；

y为简支钢梁整体稳定提高系数；

为不考虑加劲肋的简支钢梁整体稳定系数；

W为简支钢梁的毛截面边缘抵抗矩；

为钢材强度设计值。

图2 加劲肋间距、截面与整体稳定提高系数的关系图

工程设计中，当腹板局部稳定不满足时，需要设置加劲肋，一般取间距为ho~2ho，从图2看出，在加劲肋间距与ho比值2.0以内，简支钢梁的整体稳定提高系数在1.08以上，即加劲肋的设置使得梁整体稳定可以提高8.0%以上。

分析加劲肋间距与加劲肋截面对简支钢梁的稳定性敏感程度，见表2所示。

表2 加劲肋间距、截面与整体稳定提高系数的关系表

从表2可以看出，加劲肋间距对简支钢梁整体稳定提高比加劲肋截面更加敏感，设计中可以采用减小加劲肋间距的方式，达到提高钢梁整体稳定性的目的。

小结

本文考虑了简支钢梁的横向加劲肋对整体稳定计算的有利作用，而且根据不同间距，不同加劲肋截面，得到了考虑加劲肋作用下的梁整体稳定计算公式（5），引入了整体稳定提高系数y，并通过数据对比得出了加劲肋截面和间距对提高钢梁整体稳定的敏感性；在工程设计中，可供设计人员参考。

【参考文献】：

[1] 沈祖炎等.钢结构基本原理[M],中国建筑工业出版社，2005.1

[2] 刘华峰,曹平周.加劲肋对简支钢梁整体稳定性影响分析[J],常州工学院学报，2005.12

[3] 陈骥.钢结构稳定理论与设计[M],科学出版社，2011.4

[4] Holly Moore. Matlab实用教程[M]，电子工业出版社，2011.7。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。