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钢梁概念

用钢材制造的梁。厂房中的吊车梁和工作平台梁、多层建筑中的楼面梁、屋顶结构中的檩条等,都可以采用钢梁。

分类

型钢梁

用热轧成型的工字钢或槽钢等制成(见热轧型钢),檩条等轻型梁还可以采用冷弯成型的Z型钢和槽钢(见冷弯型钢)。型钢梁加工简单、造价较廉,但型钢截面尺寸受到一定规格的限制。当荷载和跨度较大,采用型钢截面不能满足强度、刚度或稳定要求时,则采用组合梁。

组合梁

由钢板或型钢焊接或铆接而成。由于铆接费工费料,常以焊接为主。常用的焊接组合梁为由上、下翼缘板和腹板组成的工形截面和箱形截面,后者较费料,且制作工序较繁,但具有较大的抗弯刚度和抗扭刚度,适用于有侧向荷载和抗扭要求较高或梁高受到限制等情况。图1是一种特殊型式的组合梁,由轧制工字钢经火焰切割后再错位焊接,焊接后梁高大于原工字钢(增加六角形孔高的一半),从而提高了梁的承载能力和抗弯刚度;由于腹板上有形似蜂窝的六角形孔,故名蜂窝梁。 钢梁

设计计算

钢梁截面的大小都须经计算确定,并满足强度、整体稳定和刚度三个主要要求。前两个保证钢梁在使用中的安全,后者保证不会产生过大的变形以利正常使用。组合梁的截面尺寸除满足上述三项要求外,还必须满足各组成件的局部稳定要求。热轧型钢截面的厚度较大,局部稳定一般可以得到保证。

强度

钢梁的强度包括抵抗弯曲、剪切以及竖向局部承压的能力。抗弯能力可由材料力学中的弯曲应力公式求得(见梁的基本理论)。当按弹性阶段设计时,取计算截面的边缘纤维应力达到钢材的屈服点作为极限状态。边缘纤维应力达到屈服点后,梁实际上还可继续承受荷载。随着荷载的继续加大,最大弯矩所在截面上的塑性变形沿截面从边缘向中央不断发展和扩大,最后在该截面处形成塑性铰。梁上出现使梁成为可动机构的一定数量的塑性铰后,梁即到达抗弯的极限状态而破坏。当按塑性设计时,考虑梁上形成塑性铰及由此引起的内力重分布。采用塑性设计的钢梁,与按弹性阶段设计的梁相比较,可减小截面尺寸,节省钢材,但一般只适用于受静力荷载的热轧型钢梁和等截面焊接组合梁,同时组合梁板件的宽厚比应有较严格的限制,以免板件局部失稳而降低梁的承载能力。

钢梁的抗剪能力

钢梁的抗剪能力,也可按材料力学中的有关公式计算。为了简化,通常假定剪力完全由腹板的计算截面平均承受。型钢的腹板较厚,抗剪强度一般都能满足设计要求。当梁的抗弯强度按塑性阶段设计时,剪力的存在会加速塑性铰的形成;因此,对最大弯矩截面上的剪应力,应有比较严格的限制。
钢梁上承受固定集中荷载处(包括梁的支座处),当荷载作用在翼缘上时,该处翼缘与腹板交界部位的腹板水平截面,应具有足够的抗竖向局部压力的能力。承受竖向局部压力的腹板水平截面的面积,为该竖向压力在所验算水平截面上的假定分布长度与腹板厚度的乘积,并假定竖向压应力在该水平截面上为均匀分布。若计算截面的抗竖向局部承压能力不足,可放大支承竖向荷载垫板的长度,或在该处设置腹板的加劲肋。

整体稳定

在竖向荷载作用下,钢梁一般只产生竖向位移(即挠度),但对侧向刚度较差的工字形截面或槽形截面钢梁,当梁的自由长度(侧向无支承长度)较大时,荷载加大到一定程度,常会迅速产生较大的侧向位移和扭转变形,使梁随即丧失承载能力的现象称为丧失整体稳定或侧扭屈曲。当梁的自由长度较大和受压翼缘宽度较小时,使梁丧失整体稳定的临界荷载常小于强度破坏的荷载,因此,对梁的截面除应计算抗弯强度外,还必须验算整体稳定性。影响该临界荷载大小的因素很多,如截面的形状和尺寸,荷载的类型和其在截面上作用点的高度,自由长度的大小和梁端部的支承方式等。增加整体稳定性的最有效办法是在跨中设置侧向支承和加大受压翼缘板的宽度。此外,在任何钢梁的支座处都应采取构造措施,使该处截面不能产生侧向位移和绕梁轴的转动(见结构稳定)。

刚度

梁在正常使用条件下的最大竖向位移(挠度),不应超过设计规范中对各种不同用途的梁所规定的最大容许变形值。梁的挠度大小与梁截面的抗弯刚度(弹性模量和截面惯性矩的乘积)成反比,刚度愈大,挠度愈小。采用较高的截面,可提高梁的刚度。

局部稳定

当梁的腹板和翼缘厚度不足时,可能在全梁因强度破坏或丧失整体稳定之前,受压翼缘或腹板就已形成波状凹凸而失去其原来的平面形态的现象称局部屈曲或丧失局部稳定(图2)。局部屈曲将改变截面形状而恶化梁的工作状态,有可能促使梁提前丧失承载能力。为此,对受压翼缘板的宽厚比应有限制。对于腹板,当高厚比较大时,则须用横向加劲肋或纵、横向加劲肋予以加强,把整块腹板分成若干小区格。
钢梁加劲肋  焊在腹板两侧用以防止腹板丧失局部稳定的条形钢板。
①中间加劲肋。有横向和纵向两种。横向加劲肋主要用于增强腹板抵抗因受剪而局部屈曲的能力,间距由腹板高厚比和板中应力的大小经计算确定。纵向加劲肋主要用以增强腹板抵抗因弯曲压应力而屈曲的能力,设在腹板的受压区,位于离腹板受压边缘为腹板高度的1/4~1/5处,可沿梁的全长设置,也可只在弯曲压应力较大的区间内局部设置。加劲肋的截面应有足够的刚度。
② 支承加劲肋。设置于梁的支座处和固定集中荷载处,除有中间横向加劲肋的作用外,主要用以传递梁所受的集中力,改善腹板在竖向压力下的工作性能。设计时将支承加劲肋及其两侧的部分腹板看作一个轴心压杆,验算此压杆在支座集中反力或集中荷载作用下在腹板平面外的稳定性。此外,为了传递所受集中力,加劲肋的端部还应有足够的承压面积刨平抵紧于翼缘板上。

腹板屈曲后强度

腹板区格局部屈曲后将会产生平面外位移,但与此同时,由于该区格四周与翼缘板和加劲肋分别牢固相连,腹板内随即产生薄膜张力来阻止平面外位移的增大,使腹板屈曲后还可继续承受荷载的状态称腹板屈曲后强度。研究利用它,可节省钢材,具有一定经济意义;但一般只适用于受静力荷载的钢梁。

拼接

限于运输条件,在工厂将梁分段制成,运至工地再拼接成整体,称工地拼接。因钢材尺寸不足,在制造厂中把梁的各个组成部分接长或加宽而完成的拼接,称工厂拼接。在拼接处,应保证梁的强度不被削弱和变形的连续性。组合梁的工厂拼接应使翼缘板和腹板的接缝分散在不同截面处。为了便于运输,工地拼接中翼缘板和腹板的接缝可设在同一截面上,但宜设在受力较小的部位。拼接方法一般采用坡口对焊焊缝连接,可省工省料;但对重型梁的工地拼接,也可用拼接板高强螺栓连接,以提高拼接质量和改善梁的动力性能。
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- 来自原声例句
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