钢结构1_第5章 受 弯 构 件
钢结构设计原理第五章.ppt
抗弯强度的计算
抗弯强度的计算
根据局部稳定要求，当梁受压翼缘的自由外伸宽度与
其厚度之比大于
但不超过
时，塑性
发展对翼缘局部稳定会有不利影响，应取 x ＝1.0。
对于需要计算疲劳的梁，因为有塑性区深入的截面，
塑性区钢材易发生硬化，促使疲劳断裂提前发生，宜取 x= y =1.0。
控制梁的刚度通过对标准荷载下的最大挠度加以限制实现。根据公
式：
w≤[w]
（5-13）
w——标准荷载下梁的最大挠度；
[w]——受弯构件的挠度限值，按表5-3规定采用。
梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。
均布荷载下等 截面简支梁 集中荷载下等 截面简支梁
w 5qL4 5 MxL2 38E4xI 48ExI
w PL3 MxL2 4梁8整E体Ix稳定的1概2E念 Ix
式中， IMx—x———跨跨中中毛截截面面弯惯矩性矩
梁整体稳定的概念
梁整体稳定的概念
梁整体稳定的概念
梁可以看做是受拉构件和受压构件的组合体。 1 Y 1
受压翼缘其弱轴为1 -1轴，但由于有腹板作连 X X
续支承，（下翼缘和腹板下部均受拉，可以提
变形等）； 按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
受弯构件设计内容
受弯构件设计内容
强度
整体稳定 受
（承载能力极限状态）
弯
局部稳定
构
件
刚度 （正常使用极限状态）
应用
应用
梁在钢结构中是应用较广泛的一种基本构件。例如房屋建 筑中的楼盖梁、墙梁、檩条、吊车梁和工作平台梁，水工 钢闸门中的梁和采油平台梁等。
钢结构设计原理复习思考题
第1章 绪论1. 钢结构具有哪些特点？（材料、结构形式、施工、工艺性、耐久性等）（P1）2. 钢结构的典型结构形式？分别利用了钢结构的什么特点？（P2~P5）3. 可靠度指标β的数学表达和物理意义分别是什么？（重点理解极限状态法的设计表达式）。
为什么脆性破坏结构的可靠度指标要求比延性破坏结构更高？构的可靠度指标要求比延性破坏结构更高？（（PPT58）4. 结构设计为什么要引入概率论与统计学理论。
结构设计为什么要引入概率论与统计学理论。
（（P7）5. 结构功能函数和设计组合控制方程的关系是什么？结构功能函数和设计组合控制方程的关系是什么？（（P7~P8）6. 正常使用极限状态、承载力极限状态两者的荷载组合存在什么差异？（P8）7. 设计基准期和结构设计使用年限的区别和关系是什么？设计基准期和结构设计使用年限的区别和关系是什么？（（PPT65）8. 荷载标准值、设计值、组合值、准永久值、频遇值的关系是什么？荷载标准值、设计值、组合值、准永久值、频遇值的关系是什么？（（PPT67~69）9. 钢结构连接的极限状态属于哪一种？其可靠性指标与构件相比谁高谁低？（P8）10. 正确区分工程结构遭遇的特定状态属于哪一种极限状态（P7、P9）第2章 钢结构材料1. 钢材拉伸试件的应力和强度这两个概念是否同一？2. 伸长率是如何定义的？3. 为什么对钢材有塑性的要求？（P13）4. 钢材的“三脆”分别指什么？（P25\P26）5. 钢材强度和塑性的评价指标主要有哪些？6. 如何理解“钢材的塑性指标比钢材的强度指标更重要”？ （P13、P21）7. 钢材的塑性和韧性有何差别？（P20~21）8. 若某一批钢材牌号为Q235时，是否钢材的屈服点就是235MPa ？（P36）9. 检验钢材质量可以采取哪些手段？其中有哪些基本试验方法？检验钢材质量可以采取哪些手段？其中有哪些基本试验方法？（第三节）（第三节）10. 钢材“怕冷”“怕热”的大致范围？高温和低温下可否使用钢结构？钢材“怕冷”“怕热”的大致范围？高温和低温下可否使用钢结构？（（P2、P28）11. 一块平板，经过冷加工成为圆管，再用一条焊缝将其焊起来，在焊接之前钢材经历了什么变化？在焊接之后钢材又经历了什么变化？（P27、39）12. 哪些因素对钢材性能有影响？分别有哪些影响？哪些因素对钢材性能有影响？分别有哪些影响？（（P24~P29）13. 你认为对钢材进行疲劳计算时，材料的抗力应采用什么指标？（P32~P34）14. 应力幅方法和应力比方法的适用范围及特点是什么？两者的荷载组合方式有什么特点？应力幅方法和应力比方法的适用范围及特点是什么？两者的荷载组合方式有什么特点？（（P32~P34） 15. 用应力幅方法进行疲劳设计时，焊接结构和非焊接结构有什么区别？用应力幅方法进行疲劳设计时，焊接结构和非焊接结构有什么区别？（（P34）16. 钢材的应力应变关系为什么可以简化为理想弹塑性？其关系曲线如何表达？若要考虑材料的强化特征，其关系曲线又该如何处理？曲线又该如何处理？（（P34）17. 请比较同种试件在单轴应力状态、复合异号应力、复合同号应力状态下的屈服强度大小，并给出证明（P30+PPT16） 18. 钢材质量等级的划分标准主要考虑什么因素影响？具体怎么划分？钢材质量等级的划分标准主要考虑什么因素影响？具体怎么划分？（（P36）19. 钢材硬化有哪些方式，其利弊如何？钢材硬化有哪些方式，其利弊如何？（（P27）20. 构件受压区的母材或者焊缝是否有必要进行疲劳验算？为什么？（P32）21. 焊条的牌号怎么解读？选用时有什么注意事项？焊条的牌号怎么解读？选用时有什么注意事项？（（P43）22. 什么是应力集中系数？比较下面几种开孔板件，在孔边附近哪一种的应力集中程度最大？应力集中和什么因素相关？相关？（（P28）23. 什么条件下设计计算需要考虑应力集中？什么条件下可不考虑?（P29）24. 钢材的疲劳破坏与哪些因素有关?（P32）第3章 钢结构连接1. 对接焊缝和角焊缝相比，在施工上各自有何特点？（3点）2. 焊缝中可能存在哪些缺陷？各自的影响体现在什么地方？焊缝中可能存在哪些缺陷？各自的影响体现在什么地方？（（P50）3. 弯剪作用下H 型钢梁柱连接时假定剪力由腹板承受的原因是什么？型钢梁柱连接时假定剪力由腹板承受的原因是什么？（（P57 图3.13）4. 异种钢焊接的焊条选用方法是什么，原因是什么？异种钢焊接的焊条选用方法是什么，原因是什么？（（P48）5. 引弧板对焊接及焊缝计算的影响分别是什么？（P55）6. 对接焊缝什么条件下不需要进行强度验算？Ⅰ级对接焊缝的强度指标与Ⅱ级、Ⅲ级有什么差异。
钢结构第五章-受弯构件
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第五章 受弯构件
腹板边缘处的局部承强度的计算公式为：
要保证局部承压处的局 部承压应力不超过材料 的抗压强度设计值。
c
F
tw lz
f
F—集中荷载，动力荷载作用时需考虑动力系数 ，重级工作 制吊车梁为1.1，其它梁为1.05；
均布荷载下等截面简支梁eiql1048集中荷载下等截面简支梁eipl1248跨中截面弯矩第五章受弯构件钢结构设计原理designprinciplessteelstructure53梁的整体稳定531梁整体稳定的概念梁受横向荷载p作用当p增加到某一数值时梁将在截面承载力尚未充分发挥之前突然偏离原来的弯曲变形平面发生侧向挠曲和扭转使梁丧失继续承载的能力这种现象称为梁的整体失稳也称弯扭失稳或侧向失稳
《规范》规定，在组合梁的腹板计算高度边缘处，若同时受有 较大的正应力、剪应力和局部压应力c，应对折算应力进行验 算。其强度验算式为：
2 c2 c 3 2 1 f
My1
In
——弯曲正应力
y
y
τ
σc
σ
c——局部压应力
x
、c 拉应力为正，
压应力为负。
—集中荷载放大系数（考虑吊车轮压分配不均匀），重级
工作制吊梁=1.35，其它梁及所有梁支座处=1.0； tw—腹板厚度 lz—集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度，可按下式 计算：
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第五章 受弯构件 跨中集中荷载： lz = a+5hy +2hR 梁端支座反力： lz = a+2.5hy +b
国开大学土木工程钢结构单元小测答案
国开大学土木工程钢结构单元小测答案第一章绪论1.1钢结构的发展概况1．世界第一座铸铁拱桥是（）正确答案是：雪纹桥2．在公元前60年前后，我国就修建了（）正确答案是：铁链桥1．最早的钢结构由铁结构发展而来。
（）正确答案是“对”。
2．钢结构的广泛应用源自于钢材的优异性能、制作安装的高度工业化、结构形式的丰富多样以及对复杂结构的良好适应等特点。
（）正确答案是“对”。
1.2钢结构的特点与应用范围1．下面关于钢结构特点说法有误的一项是（）正确答案是：耐热性差、耐火性好2．相比较来讲，最适合强震区的结构类型是（）正确答案是：钢结构3．相比较来讲，钢结构最大的弱点是（）正确答案是：易于锈蚀4．相比较来讲，当承受大荷载、动荷载或移动荷载时，宜选用的结构类型是（）正确答案是：钢结构5．下列均为大跨度结构体系的一组是（）正确答案是：网壳、悬索、索膜6．通常情况下，输电线塔和发射桅杆的结构形式属于（）正确答案是：高耸结构1．钢材在冶炼和轧制过程中质量随可得到严格控制，但材质波动范围非常大。
（）正确答案是“错”。
2．钢材质地均匀、各向同性，弹性模量大，具有良好的塑性和韧性，可近似看作理想弹塑性体。
（）正确答案是“对”。
3．结构钢具有良好的冷、热加工性能，不适合在专业化工厂进行生产和机械加工。
（）正确答案是“错”。
4．钢结构在其使用周期内易因温度等作用出现裂缝，耐久性较差。
（）正确答案是“错”。
5．钢材是一种高强度高效能的材料，可以100%回收再利用，而且没有资源损失，具有很高的再循环价值。
（）正确答案是“对”。
6．钢材轻质高强的特性使钢结构在跨度、高度大时体现出良好的综合效益。
（）正确答案是“对”。
1.3钢结构设计方法1．结构在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的能力，称为结构的（）正确答案是：可靠性2．结构可靠性主要包括（）正确答案是：安全性、适用性和耐久性3．下列均为承载能力极限状态范畴的一组是（）正确答案是：构件或连接的强度破坏、疲劳破坏、脆性断裂1．钢结构设计的目的是保证结构和结构构件在充分满足功能要求的基础上安全可靠地工作。
《钢结构》第五章 受弯构件
第五章 受弯构件
5.4.1 梁受压翼缘的局部稳定
翼缘板受力较为简单，按限制板件宽厚比的方法来保证局 部稳定性。 箱形截面翼缘的中间部分相当于四边简支板，β＝4.0，翼缘 的临界力不低于钢材的屈服点：
c r 1 8 .6
b0 t 或 h0 tw
100t fy b
第五章 受弯构件
§5-3 梁的整体稳定和支撑 5.3.1 梁整体稳定的概念
图5.11所示的梁在弯矩作用下上翼缘受 压，下翼缘受拉，使梁犹如受压构件和受拉 构件的组合体。对于受压的上翼缘可沿刚度 较小的翼缘板平面外方向屈曲，但腹板和稳 定的受拉下翼缘对其提供了此方向连续的抗 弯和抗剪约束，使它不可能在这个方向上发 生屈曲。
第五章 受弯构件
轧制槽钢b计算公式：
b
570bt 235 l1 h fy
h、b、t分别为槽钢截面的高度、翼缘宽度和其平均厚度 当算得的b>0.6时，考虑初弯曲、加荷偏心及残余应力等缺 陷的影响，此时材料已进入弹塑性阶段，整体稳定临界力显 著降低，必须以’b代替进行修正。
第五章 受弯构件
梁格按主次梁排列情况可分成三种形式：
(1)单向（简单）梁格(图5-3a)——只有主梁，适 用于主梁跨度较小或面板长度较大的情况。 (2)双向（普通）梁格(图5-3b)——在主梁间另设 次梁，次梁上再支承面板，适用于大多数 梁格尺 寸和情况，应用最广。 (3)复式梁格(图5-3c)——在主梁间设纵向次梁， 次梁间再设横向次梁；荷载传递层次多，构造复杂， 只用在主梁跨度大和荷载重时。
40 235 / fy
2
（5. 22） （5. 26）
第五章 受弯构件
由
cr f y
b t 235 fy
钢结构第五章受弯构件
适用于可拆卸的结构和临时性连接，具有施工方便、质量易于保证等优 点；但用钢量较大，且需要定期紧固。
03
铆钉连接
适用于承受动力荷载的结构，具有传力可靠、韧性和塑性好等优点；但
铆接工艺复杂、劳动强度高、用钢量也较大。
节点类型及其适用范围
刚接节点
能传递弯矩和剪力，适用 于固定支座和连续梁等需 要传递弯矩的结构。
03
受弯构件截面设计与优化
截面形状选择原则
01
02
03
符合受力要求
根据受弯构件所受荷载类 型、大小及分布情况，选 择能够有效承受弯矩和剪 力的截面形状。
便于加工制作
考虑现有加工设备和技术 水平，选择易于加工成型 的截面形状。
经济性
在满足受力要求和加工制 作的前提下，尽量选择材 料用量少、成本低的截面 形状。
连接固定
采用合适的连接方式将构件与基础或相邻构 件连接固定，确保稳定性和安全性。
验收标准和方法
验收标准
构件的尺寸偏差、形位公差、表面质量等应符合相关标准和 设计要求。
验收方法
采用测量工具对构件的尺寸、形位等进行测量，目视检查表 面质量，查阅相关质量证明文件等。对于不合格的构件，应 及时进行整改或返工处理，直至符合要求为止。
节点法
对于超静定结构，通过选取节点建立平衡方程，进 而求解内力的方法。
力矩分配法
适用于连续梁和无侧移刚架等结构，通过力矩分配 系数求解内力的方法。
剪力、弯矩图绘制
80%
剪力图的绘制
根据截面法或节点法求得的剪力 值，在构件上按比例绘制剪力图 。
100%
弯矩图的绘制
根据截面法或节点法求得的弯矩 值，在构件上按比例绘制弯矩图 。
钢结构要点及练习题
《钢结构要点及练习题》第一章到第二章钢结构的材料及性能的要点一、钢材的力学性能主要有：强度、塑性（延伸率）、冷弯性能、韧性、。
1. 强度：y f决定材料的承载力，结构用钢的主要指标有屈服点y f 和抗拉强度u f 。
下屈服点y f 为设计时可达到的最大应力值，称为设计强度标准值。
抗拉强度u f 是钢材破坏时达到的最大应力值。
钢材达到u f 时，已产生很大的塑性变形而失去使用功能，但钢材的u f 高可以增加结构的安全保障，故y u f f 的值可看作钢材的强度储备系数。
2. 塑性：钢材的塑性为应力超过屈服点后，试件产生明显的残余塑性变形而不断裂的性质。
塑性的好坏可通过静力拉伸试验的伸长率δ表示。
材料塑性的好坏往往决定了结构是否安全可靠，因此钢材的塑性指标比强度指标更重要。
3. 韧性：韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，也是钢材抵抗冲击荷载的能力，它是强度和塑性的综合表现。
钢结构设计规范对钢材的冲击韧性k α（或kv A ）有常温和负温要求的规定。
选用钢材时，根据结构的使用情况和要求提出相应温度的冲击韧性的要求。
4. 冷弯性能：冷弯性能是钢材在冷加工（常温下）产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。
冷弯性能的好坏。
通过使钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形后，检查试件弯曲部分的表面不出现裂纹和分层为合格。
二、影响钢材性能的主要因素有：1. 化学成分：钢的基本元素为铁，约占99%。
此外，还有C 、Si 、Mn （有益）；有害S 、P 、O 、N 等，这些元素中含量约1%，但对力学性能有很大影响。
2. 成材影响（冶练、浇筑、扎制及热处理）：（1）冶练及浇筑结构用钢主要有三种冶炼方法，即碱性平炉炼钢法、顶吹氧气转炉炼钢法、碱性侧吹转炉炼钢法。
平炉钢和顶吹氧气转炉钢力学性能指标较接近；而碱性侧吹转炉钢的冲击韧性、可焊性、冷脆性、抗锈蚀性等都较差，故这种炼钢法已被淘汰。
钢在冶炼及浇铸过程中会不可避免地产生冶金缺陷。
钢结构第五章
悬臂梁受均布荷载或自由端受集中荷载作用时，自由端最大 挠度分别为
17
v 1 pkl3 l 8 EIx
v 1 pkl2 l 3 EIx
式中
v —— 梁的最大挠度。 qk —— 均布荷载标准值。 pk —— 各个集中荷载标准值之和。 l —— 梁的跨度。 E —— 钢材的弹性模量(E 2.06105 N m2 )。 Ix —— 梁的毛截面惯性矩。
第5章 受 弯 构 件
1
5.1 受弯构件的可能破坏形式和影响因素
在荷载作用下，受弯构件可能发生多种形式的破坏，主要 有强度破坏、刚度破坏、整体失稳破坏及局部失稳破坏四 种。所以，钢结构受弯构件除要保证截面的抗弯强度、抗 剪强度外还要保证构件的整体稳定性和受压翼缘板件的局 部稳定要求。对不利用腹板屈曲后强度的构件还要满足腹 板局部稳定要求。这些都属于构件设计的第一极限状态问 题，即承载力极限状态问题。此外受弯构件还要有足够的 刚度，以保证构件的变形不影响正常的使用要求，这属于 构件设计的第二极限状态问题，即正常使用极限状态问题。
22
自由扭转的特点是：
(1)
沿杆件全长扭矩
MZ 相等，单位长度的扭转角
d dz
相等，
并在各截面内引起相同的扭转切应力分布。
(2) 纵向纤维扭转后成为略为倾斜的螺旋线， 较小时近似于 直线，其长度没有改变，因而截面上不产生正应力。
(3) 对一般的截面(圆形、圆管形截面和某些特殊截面例外) 情况，截面将发生翘曲，即原为平面的横截面不再保持平 面而成为凹凸不平的截面。
(4) 与纵向纤维长度不变相适应，沿杆件全长各截面将有不 完全相同的翘曲情况。
23
2. 约束扭转
当受扭构件不满足自由扭转的两个条件时，将会产生约束扭 转。以下图所示工字形截面的悬臂构件为例加以说明。
钢结构设计原理 第五章 受弯构件
钢结构设计原理第五章受弯构件1、第五章受弯构件51概述1、定义主要承受横向荷载作用的构件，即通常所讲的梁。
2、类型按使用功能，可分为工作平台梁、吊车梁、楼盖梁、墙梁及檩条等；按支承状况，可分为简支梁、连续梁、伸臂梁和框架梁等；按荷载作用状况，可分为单向弯曲梁和双向弯曲梁；按截面形式有型钢梁和组合梁；实腹式和格构式。
图51受弯构件的截面形式3、受弯构件梁的内力一般，仅考虑其弯矩和剪力；对于框架梁，需同时考虑M、V和N作用。
※关键词受弯构件MEMBERINBENDING梁BEAM单向受弯构件ONEWAYMEMBERINBENDING双向受弯构件TWOWAYMEMBERINBENDING52受弯构件的强度一、2、抗弯强度1、梁在弯矩作用下，当M渐渐增加时，截面弯曲应力的进展可分为三个阶段，见图52所示。
〔1〕弹性工作阶段弯矩较小时，梁截面受拉边缘?＜YF，梁处于弹性工作阶段，弯曲应力呈三角形分布。
弹性极限弯矩为NEW??截面受拉边缘的?YF。
〔2〕弹塑性工作阶段弯矩继续增大，截面边缘部分进入塑性，中间部分仍处于弹性工作状态。
〔3〕塑性工作阶段当弯矩再继续增加，截面的塑性区进展至全截面，形成塑性铰，梁产生相对转动，变形大量增加。
此时为梁的塑性工作阶段的极限状态，对应的塑性极限弯矩为PNYPWFM??。
图52梁受弯时各阶段的应力分布状况问取那个阶段作为设计或计算的模型答规范中按弹性阶3、段或弹塑性阶段设计或计算。
塑性进展深度，通过塑性进展系数?来衡量。
截面样子系数NPEFWM??2、抗弯强度?单向受弯FNX????双向受弯FWNYNX???其中X?、Y截面塑性进展系数，一般状况按表61取值；?若YFTB2351＞时，取X?Y10；?若直接承受动力荷载作用时，取10。
※抗弯强度不够时，可以调整截面尺寸增大NW，但以增大截面高度H最有效。
二、抗剪强度梁的抗剪强度按弹性设计，以截面的剪应力到达钢材的抗剪强度设计值作为抗剪承载力的极限状态。
钢结构原理 第五章 受弯构件解析
xp
pnx
M W F
x
nx
(5 3)
只取决于截面几何形状而与材料的性质无关
F
的形状系数。
X
Y
A1
X Aw
Y 对X轴 F 1.07 ( A1 Aw )
对Y轴 F 1.5
钢结构设计原理
第五章 受弯构件
2.抗弯强度计算 《规范》对于承受静荷载或间接动荷载的梁，梁设 计时只是有限制地利用截面的塑性，如工字形截面 塑性发展深度取a≤h/8。
b
满足:
t
Y
13 235 b 15 235
fy t
fy
时， x 1.0
XX Y
需要计算疲劳强度的梁:
x y 1.0
钢结构设计原理
第五章 受弯构件
（二）抗剪强度
Vmax Mmax
xx
t max
t VS
max
I tw
fv
(5 6)
钢结构设计原理
第五章 受弯构件
（三）局部压应力 当梁的翼缘受有沿腹板平面作用的固定集中荷载且
钢结构设计原理
第五章 受弯构件
4.梁的计算内容
承载能力极限状态
强度
抗弯强度 抗剪强度 局部压应力 折算应力
整体稳定
局部稳定
正常使用极限状态 刚度
钢结构设计原理
第五章 受弯构件
5.1.1 截面强度破坏
◎ 抗弯强度 ◎ 抗剪强度 ◎ 局部压应力 ◎ 折算应力
5.1.2 整体失稳
◆当弯矩不大时，梁的弯曲平衡状态是稳定的。 ◆当弯矩增大到某一数值后，梁会突然出现很大的侧向弯曲 并伴随扭转，失去继续承载能力。 ◆只要外荷载稍微增加些，梁的变形就急剧增加并导致破 坏．这种现象称为梁的侧向弯扭屈曲或梁整体失稳。
武汉科技大学《钢结构》常见问题解答第五章受弯构件
第五章受弯构件1．什么是受弯构件？何谓梁？其分类如何？各有何截面形式和应用？答：承受横向荷载的构件称为受弯构件，实腹式的受弯构件通常称为梁。
按制作方法钢梁可分为型钢梁和组合梁两种。
型钢梁加工简单，成本较低，因而应优先采用。
型钢梁通常采用热轧工字钢、热轧H型钢和槽钢三种，其中以H型钢的截面分布最合理，翼缘内外边缘平行，与其他构件连接较方便。
用于梁的H型钢宜为窄翼缘型（HN型）。
图5-1 梁的截面形式在荷载或跨度较大时，由于型钢受到截面尺寸的限制，必须采用组合梁。
组合梁是由钢板或型钢用焊接或螺栓连接而成，最常用的是焊接工字形截面，或由T形钢中间加板的焊接截面。
当焊接组合梁翼缘的厚度很厚时，可采用两层翼缘板的截面。
荷载很大而高度受到限制或梁的抗扭要求较高时，可采用箱形截面。
组合梁截面组成灵活，材料分布合理，节省钢材。
2．钢梁的承载力极限状态和正常使用极限状分别包括哪些方面的内容？：钢梁的承载力极限状态包括强度、整体稳定和局部稳定三个方面。
正常使用极限状态主要指钢梁的刚度，设计时要求在荷载标准值作用下，梁的最大挠度不大于《规范》规定的容许挠度3．梁的强度包括哪些？梁的刚度验算有和要求？答：梁的强度包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算应力，设计时要求在荷载设计值作用下，均不超过《规范》规定的相应的强度设计值。
梁的刚度验算即为梁的挠度验算。
设计时要求在荷载标准值作用下，梁的最大挠度不大于《规范》规定的容许挠度4．作用在梁上的荷载不断增加时正应力的发展过程可分为哪三个阶段？其应力有何特点？要计算疲劳的梁，按哪一阶段进行计算？答：作用在梁上的荷载不断增加时正应力的发展过程可分为三个阶段，以双轴对称工字形截面为例说明如下：图5-2 梁正应力的分布1）弹性工作阶段 荷载较小时，截面上各点的弯曲应力均小于屈服点y f ，荷载继续增加，直至边缘纤维应力达到y f （图5-2b ）。
2）弹塑性工作阶段 荷载继续增加，截面上、下各有一个高度为a 的区域，其应力σ为屈服应力y f 。
钢结构讲义5
也可直接查表 b 0.6 成为弹性与非弹性整体稳定的分界点。 普通轧制工字钢简支梁：υb 直接查表 当 φb > 0.6 ，用 φb' 代替。 轧制槽钢简支梁： 当横向荷载不通过剪切中心时， 梁将发生弯曲和扭转，故临界荷载很难精确计算。 « 规范» 按纯弯曲导出简化计算公式：
b
570b t l1h 235 fy
p y
Mp
M
v 6
矩形截面： ρ
Mp My
W pn截面的几何性质有关，而与材料强度无关。 不同截面ρ不同； 一. 弯曲正应力 弹 性 设 计： 仅边缘屈服，材料的强度性能未 充分发挥； 梁的设计 弹塑性设计：即允许截面有一定的塑性发展， 引入截面塑性发展系数γx、γy 塑 性 设 计： 出现塑性铰，导致变形过大。
如图，轴压杆绕 x 轴弯曲。 受压翼缘视为压杆，应绕其弱轴即厚度 N 较小方向1－1轴弯曲， 但腹板对其提供连续 y 的支持作用，使此弯曲不能发生，当压力增加到一定数 值时，受压翼缘只能绕本身的强轴即 y 轴产生弯曲，带 动整个截面发生侧移并伴有扭转。 1 二. 临界弯矩和临界应力 Mx x 受纯弯双轴对称工字形截面简支梁经推导得
ν max ν
：由荷载标准值产生的最大挠度； ν ：容许挠度值（查表）； 11 计算时，不考虑动力系数，不考虑栓孔对截面的削弱。
max
ν
§5.3 梁的整体稳定 一. 基本概念 z “叉形”简支座， 不能绕 z 轴转动。 x y 若梁的承载力仅取决于强度， 梁就会经弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段形成塑性铰 M 而破坏。如曲线 a 。 Mp a 若梁的侧向抗弯刚度 x b x´ c 和抗扭刚度不足，梁就会 y y´ v 在形成塑性铰以前（曲线 z b），甚至在弹性阶段（曲 x 线c），可能突然发生绕弱轴y轴的侧向弯曲，且同时伴 有扭转变形而破坏，称之为梁的弯扭屈曲或梁丧失整体 稳定，此时荷载称为临界荷载。 12 分析失稳原因：
钢结构第5章 受 弯构件
eq2c 2c3 21f
式中：σ ﹑τ ﹑σc—腹板计算高度h0 边缘同一点上同时产生的正应力﹑剪应力和局部压应力，σ和σc 以拉应力为正，压应力为负。
β1 — 计算折算应力的强度设计值增大系数:当σ与σc异号时,取β1=1.2；当σ与σc同号时或σc=0时,取 β1=1.1。
lz a5hy
当集中荷载作用在梁端部时，为
lz a2.5hy
式中a为集中荷载沿梁跨度方向的承压长度,在轮压作用下,可取a=5cm。hy为自梁顶面(或底面)或自吊车 梁轨顶至腹板计算高度边缘的距离。腹板的计算高度h0对于型钢梁为腹板与翼缘相接处两内圆弧起点间的距 离,对于组合梁则为腹板高度。
设钢计结原构 理
第五章 受弯构件
局部压应力验算公式为:
c
F
twlz
f
式中：F—集中荷载; ψ—系数,对于重级工作制吊车梁取ψ=1.35,其它梁 ψ =1.0。
设钢计结原构 理
第五章 受弯构件
5.2.2.4 复杂应力作用下强度 在组合梁腹板的计算高度处，当同时有较大的正应力σ、较大的剪应力τ和局部压应力σc作用，或同时
作用在
上翼缘 下翼缘
1.15 1.40
1.75
对 称截面、
上翼缘加
1.20 1.40
强及下翼 缘加强的 界面
10
侧向支承点间无横向荷载
1.75-1.05(M1/M2)+0.3 (M1/M2)2 但≤2.3
注：1、l1、t1和b1分别是受压翼缘的自由长度、厚度和宽度； 2、 M1和M2一梁的端弯矩，使梁发生单曲率时二者取同号，产生双曲率时取异号，| M1 |≥| M2 |； 3、项次3、4、7指少数几个集中荷载位于跨中附近，梁的弯矩图接近等腰三角形的情况；其他情况的
钢结构设计原理复习题-答案
钢结构设计原理复习题第1章 绪论一、选择题1、在结构设计中，失效概率P f 与可靠指标β的关系为（ B ）。
A 、P f 越大，β越大，结构可靠性越差B 、P f 越大，β越小，结构可靠性越差C 、P f 越大，β越小，结构越可靠D 、P f 越大，β越大，结构越可靠2、钢结构的主要缺点是（ C ）。
A 、结构的重量大B 、造价高C 、易腐蚀、不耐火D 、施工困难多3、大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（ B ）A.密封性好B.自重轻C.制造工厂化D.便于拆装4、当结构所受荷载的标准值为：永久荷载k G q ，且只有一个可变荷载k Q q ，则荷载的设计值为（ D ）。
A ．k G q ＋k Q qB ．1.2（k G q ＋k Q q ）C ．1.4（k G q ＋k Q q ）D ．1.2k G q ＋1.4k Q q二、填空题1、结构的可靠度是指结构在 规定的时间 内，在 规定的条件 下，完成预定功能的概率。
三、简答题1、两种极限状态指的是什么？其内容有哪些？答：两种极限状态指的是承载能力极限状态和正常使用极限状态。
承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或是出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系或出现过度的塑性变形等。
正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，包括出现影响正常使用或影响外观的变形，出现影响正常使用或耐久性能的局部损坏以及影响正常使用的振动等。
第2章 钢结构材料一、选择题1、钢材应力应变关系的理想弹塑性模型是（ A ）。
2、在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是（ B ）的典型特征。
(A)脆性破坏 (B)塑性破坏 (C)强度破坏 (D)失稳破坏3、钢材的设计强度是根据（ C ）确定的。
(A)比例极限 (B)弹性极限 (C)屈服点 (D)极限强度4、结构工程中使用钢材的塑性指标，目前最主要用（ D ）表示。
受弯构件
hy
a tw lz=a+2.5hy a 主梁 lz=a+5hy
hy
R
受弯构件局部承压强度
若受弯构件局部承压强度不能满足要求时， 若受弯构件局部承压强度不能满足要求时，通常 设置支承加劲肋，此时局部承压强度可不验算。 设置支承加劲肋，此时局部承压强度可不验算。
受弯构件折算应力 规定： 规定：
在组合梁腹板计算高度处， 在组合梁腹板计算高度处，同时 腹板计算高度处 有较大的正应力σ 较大剪应力τ 有较大的正应力σ1、较大剪应力τ1和 局部压应力σ 局部压应力σc，应对其折算应力进行 验算。其强度验算式为： 验算。其强度验算式为：
受弯构件发生局部失稳后，截面中应力进行重分布， 受弯构件发生局部失稳后，截面中应力进行重分布，故不致引起 受弯构件立刻破坏， 会引起强度、整体稳定和刚度下降， 受弯构件立刻破坏，但会引起强度、整体稳定和刚度下降，故在钢结构 采取构造措施防止局部失稳发生。 中采取构造措施防止局部失稳发生。
受弯构件局部稳定
强度破坏 主要破坏形式 整体失稳 局部失稳 刚度破坏
截面应力分布
整体失稳
局部失稳
受弯构件抗弯强度
受弯构件强度包括：抗弯强度、抗剪强度、 受弯构件强度包括：抗弯强度、抗剪强度、 局部承压强度、折算应力。 局部承压强度、折算应力。
抗弯强度
弯曲应力 三个工作阶段 弹性阶段 弹塑性阶段 塑性阶段
受弯构件抗弯强度
f v——钢材抗剪设计强度 钢材抗剪设计强度
受弯构件局部承压强度
主要用于集中力处（ 主要用于集中力处（如：受支座反力R，集中力 处， 受支座反力 ，集中力F 吊车梁吊车轮压等） 吊车梁吊车轮压等） 无竖向加劲肋时 当翼缘竖向集中力作用处无竖向加劲肋 当翼缘竖向集中力作用处无竖向加劲肋时，腹板边缘 存在沿高度方向的局部压应力。 存在沿高度方向的局部压应力。
第5章受弯构件-梁
进行验算，主要需验算组合梁中的翼缘和腹板局部稳定
§5.4 型钢梁的设计
型钢梁受力计算的基本要求
型钢梁的设计计算方法
型钢梁的设计实例
一、型钢梁受力计算的基本要求
强度、刚度、整体稳定
正应力 剪应力 局部压应力
二、型钢梁的设计计算方法
经验
内力计算 Mmax 1、初选截面 确定净截面模量
选பைடு நூலகம்钢材 品种 f
My Mx f xWxn yWyn
截面塑性发展 系数（1，η）
注： 当梁受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比大于 13
235 / f y 且不超过15 235 / f y 时，γ ＝1.0； x
需要计算疲劳的梁，宜取γx=γy＝1.0
2.抗剪强度 梁同时承受弯矩和剪力共同作用。工字形和槽形截面梁腹板上 的剪应力分布如图所示。 截面上的最大剪应力发生在腹板中和轴处。在主平面受弯的实 腹构件，其抗剪强度应按下式计算：
或
Mx f bW x
常截面焊接工字形钢梁b的简化公式：
y t1 2 4320 Ah 235 b b 2 [ 1 ( ) b ] 4.4h fy y Wx
当为双向受弯时，梁整体稳定性计算公式为
My Mx f bWx yW y
上式是按照弹性工作阶段导出的。可取比例极限fp=0.6fy，当 cr>0.6 fy时，即b>0.6时，梁已进入了弹塑性工作阶段应采用 b’来代替公式中的b值。
假定集中荷载从作用处以 1：2.5(hy高度范围)和1：1(hR高度范 围)扩散，均匀分布于腹板计算高度边缘。梁的局部承压强度可 按下式计算：
c
F
t wl z
f
钢结构第五章受弯构件
钢结构第五章受弯构件水工钢结构课件第五章水工钢结构课件5.1 受弯构件的型式和应用 5.2 梁的强度和刚度 5.3 梁的整体稳定 5.4 梁的局部稳定和腹板加劲肋的设计 5.5 型钢梁的设计 5.6 组合梁的设计 5.7 梁拼接和连接 5.8 其它类型梁简介水工钢结构课件大纲要求:1.了解受弯构件的种类及应用； 2.了解受弯构件整体稳定和局部稳定的计算原理(难点),掌握梁的计算方法；3.掌握组合梁设计的方法及其主要的构造要求；4.掌握梁的拼接和连接主要方法和要求。
水工钢结构课件5.1受弯构件的形式和应用实腹式受弯构件――梁格构式受弯梁――桁架水工钢结构课件5.1受弯构件的形式和应用实腹式受弯构件――梁格构式受弯梁――桁架水工钢结构课件5.1梁格布置受弯构件的形式和应用水工钢结构课件梁的计算内容强度承载能力极限状态抗弯强度抗剪强度局部压应力折算应力整体稳定局部稳定正常使用极限状态刚度水工钢结构课件5.25.2.1抗弯强度梁的强度和刚度水工钢结构课件5.25.2.1抗弯强度截面形状系数实用抗弯计算公式: 在弯矩Mx作用下:梁的强度和刚度Mx f xWnxMy Mx f xWnx yWny在弯矩Mx My作用下：水工钢结构课件5.25.2.1抗弯强度截面塑性发展系数梁的强度和刚度水工钢结构课件5.25.2.1抗弯强度截面塑性发展系数梁的强度和刚度水工钢结构课件5.2梁的强度和刚度x x5.2.2 抗剪强度tmaxVmaxMmaxtmaxV S fv I tw水工钢结构课件5.25.2.3局部压应力梁的强度和刚度当梁的翼缘受有沿腹板平面作用的固定集中荷载且荷载处又未设置支承加劲肋时，或有移动的集中荷载时，应验算腹板高度边缘的局部承压强度。
水工钢结构课件cFt w lzfF ――集中力,对动力荷载应考虑动力系数；――集中荷载增大系数，重级工作制吊车为1.35,其他为1.0;水工钢结构课件cFtw lzflz --集中荷载在腹板计算高度边缘的假定分布长度：跨中集中荷载：梁端支座反力：l z a 5hy 2hR l z a 2.5hy a1a--集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，对吊车轮压可取为50mm; hy--自梁承载边缘到腹板计算高度边缘的距离；hr--轨道的高度，计算处无轨道时取0; a1 --梁端到支座板外边缘的距离，按实际取，但不得大于2.5hy。
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之比不超过表5-4所规定的数值时。
表5-4 H形、I
/
5.3 梁的整体稳定
2.梁的支座处，应采取构造措施以防止梁端截面的扭转。 3.对跨中无侧向支承点的梁，l1为其跨度；对有侧向支点的梁，l1为 支点间距离。
5.4 梁的局部稳定
图5-5 梁的局部失稳现象 a)翼缘的失稳 b)腹板在正应力作用下的失稳 c)腹板在切应力作用下的失稳 d)腹板在轮压下的失稳
5.4 梁的局部稳定
图5-6 加劲肋的布置
(1) 当h0/tw≤80时，对有局部压应力(σc≠0)的梁，宜按构造配置横向加 劲肋；但对无局部压应力(σc=0)的梁可不配置加劲肋。 (2) 当80＜h0/tw≤170时，应配置横向加劲肋，并按照《钢结构设计规 范》第4.3.3条计算。
5.4 梁的局部稳定
5.3 梁的整体稳定
表5-2 整体稳定系数φ
(3) 轧制槽钢简支梁的不论荷载类型和作用位置均按下式计算：
5.3 梁的整体稳定
表5-3 轧制普通I
5.3 梁的整体稳定
表5-3 轧制普通I
2.荷载作用于上翼缘，系指作用点在翼缘表面，方向指向截面形心； 作用于下翼缘，则背向截面形心。
5.3 梁的整体稳定
图5-3 局部承压腹板边缘压应力分布 a)固定集中荷载作用在无支承加劲肋处 b)移动集中荷载作用在无支承加劲肋处
5.1 梁的强度计算
5.1.4 梁的折算应力计算 在组合梁的腹板计算高度边缘处，若同时受有较大的正应力、切应 力和局部压应力，或同时受有较大的正应力和切应力，如连续梁支 座处或梁的翼缘截面改变处，其折算应力应按下式计算：
5.4 梁的局部稳定
(4) 短加劲肋可提高纵向、横向加劲肋的作用，当有较大移动集中荷 载时具有减小局部轮压导致的腹板局部失稳的作用。 4. 加劲肋的构造要求 (1) 加劲肋的布置要求 加劲肋宜在腹板两侧成对配置，除支承加劲 肋和重级工作制起重机梁加劲肋外也可单独配置；横向加劲肋的间 距a应满足下列要求：0.5h0≤a≤2.0h0，对无局部压应力的梁，当h0/tw≤ 100时，可采用2.5h0；纵向加劲肋至腹板计算高度受压边缘距离应在 hc/2.5～hc/2范围内。 (2) 加劲肋的刚度要求 对成对配置在腹板两侧的横向加劲肋，截面 外伸宽度bs和厚度ts应符合下列要求： (3) 短加劲肋的最小间距a=0.75h1；短加劲肋的外伸宽度bs′应取横向 加劲肋外伸宽度bs的0.7～1.0倍，厚度取tw′≥bs′/15。
5.2 梁的刚度计算
5.3 梁的整体稳定
图5-4 定计算
5.3 梁的整体稳定
梁在丧失整体稳定时的荷载称临界荷载或临界力，梁受压翼缘相应 的最大应力叫临界应力。 5.3.2 梁的整体稳定系数 理论分析表明，影响梁整体稳定承载力的因素很多，主要有：梁的 侧向抗弯刚度EIy，梁的跨度或受压翼缘侧向自由长度，荷载的种类 和荷载的作用位置以及梁的支座约束和梁的截面形式等。 (1) 对于均匀弯曲的双轴对称工字形截面受弯构件，当λy≤120时，其 整体稳定系数可按下列近似公式计算： (2) 对于轧制普通I字钢简支梁的可由型钢型号和受压翼缘侧向支承点 的间距等参数按表5-2和表5-3直接查出，当＞0.6时，应按表5-2中的 φ′b代替，φ′b为考虑塑性影响时梁整体稳定系数，φb′=1.07-(0.282/φb)≤ 1.0。
3.表中的适用于Q235钢。
5.3.3 保证梁整体稳定性的构造措施
提高钢梁整体稳定性的最有效措施是加大受压翼缘宽度b1和增加受 压翼缘的侧向支承点，以减小其侧向自由长度l1。 (1) 有铺板(各种钢筋混凝土板和钢板)密铺在梁的受压翼缘上并与其
牢固相连、能阻止梁受压翼缘的侧向位移时。
(2) 等截面H形或工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度l1与其宽度b1
图5-2 梁的应力分布
(2) 弹塑性工作阶段 弯矩继续增加，截面边缘区域出现塑性变形， 但中间部分仍保持弹性工作状态(图5-2d)。
5.1 梁的强度计算
(3) 塑性工作阶段 弯矩再继续增加，截面塑性变形向深处发展，直 至弹性核心消失，截面全部进入塑性状态，形成塑性铰区(图5-2e)。 2.梁的抗弯强度计算公式
第5章 受 弯 构 件
5.1 梁的强度计算 5.2 梁的刚度计算 5.3 梁的整体稳定 5.4 梁的局部稳定 5.5 梁的拼接与连接 5.6 型钢梁的设计 5.7 组合钢梁的设计 1.2——系数，考虑腹板加劲肋增加20%后的截面积系数； 5.8 钢与混凝土组合梁
第5章 受 弯 构 件
图5-1 梁的截面形式 a)、b)型钢梁 c)、d)、e)组合梁 f)铆接组合梁
表5-1
5.1.2 梁的抗剪强度计算
5.1 梁的强度计算
在主平面内受弯的实腹梁，其抗剪强度应按下式计算： 5.1.3 梁的局部承压强度计算 当梁的翼缘受有沿腹板平面作用的集中荷载，且该荷载处又未设置 支承加劲肋，一般认为集中荷载从作用处以45°角扩散，均匀分布于 腹板边缘局部范围内(图5⁃3)，腹板计算高度上边缘局部承压强度应 按下式计算：
g)、h)、i)薄壁型钢檩条 j)、k)起重机梁
5.1 梁的强度计算
5.1.1 梁的抗弯强度计算 1.梁在弯矩作用下 截面上正应力发展的三个阶段。 (1) 弹性工作阶段 弯矩较小时，梁截面应力为直线分布，最外边缘 正应力σ不超过屈服点fy，其弹性极限弯矩为：Me=Wn×fy，Wn为净截 面弹性抵抗矩(图5-2b、c)。
(3) 当h0/tw＞17(受压翼缘扭转受到约束，如连接刚性铺板、制动板或 焊有钢轨时)或h0/tw＞150(受压翼缘扭转未受到约束)或按计算需要时， 应在弯曲应力较大区格的受压区增加配置纵向加劲肋。 (4) 梁的支座处和上翼缘受较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋， 并应满足稳定性的计算要求。 (5) 任何情况下，h0/tw均不应超过250。 3. 加劲肋的作用 加劲肋有如下作用。 (1) 在集中荷载较大处设置的支承加劲肋的作用是将集中荷载逐步均 匀地传递到腹板上。 (2) 横向加劲肋主要作用是抵抗因切应力引起的腹板局部失稳；横向 加劲肋不应布置在腹板屈曲的两波峰或波谷之间。 (3) 纵向加劲肋主要作用是抵抗因弯曲正应力导致的腹板局部失稳。
5.4 梁的局部稳定
5.4.1 保证梁局部稳定的措施 保证梁局部稳定的主要措施有： 1.受压翼缘局部稳定 (1) I形截面受压翼缘自由外伸宽度b1与其厚度t之比，应符合下式要 求： (2) 箱形截面受压翼缘板与腹板间无支承，宽度b0与其厚度t之比，应 满足： 2. 设置腹板加劲肋，以保证腹板局部稳定性 加劲肋的布置如图5-6 所示。