来源: 结构漫谭,版权归原作者所有,如有侵权请联系删除 点击课程咨询了解: 钢结构设计实战全程班(入门 提高 录播 答疑),课程学习咨询点这儿~ 钢结构属于轻质高强材料。钢结构很少出现强度破坏。相较于强度,由于钢结构失稳而发生的事故比比皆是。因此钢结构的稳定问题是非常重要的内容。 钢结构的稳定性验算可分为整体稳定性验算(或构造要求,如常见的构件长细比要求)和局部稳定性验算(或构造要求,如常见的板件宽厚比要求)。 今天我们简单介绍一下钢梁的整体稳定性问题。 钢框架结构失稳事故比比皆是,论钢梁的整体稳定性问题 稳定问题主要由构件受压引起。对于梁类构件而言,整体稳定性问题并不是特别突出。因为梁还是以受弯为主。 而对于轴心受压构件以及压弯构件来讲整体稳定问题是比较突出的,即支撑构件以及柱类构件。这个我们将在后面介绍。 钢梁整体稳定 钢梁的整体失稳主要因为钢梁翼缘受压继而引起钢梁发生侧向弯曲和扭转变形所致。因此,只要能够阻止受压翼缘的侧向位移,钢梁就不会丧失整体稳定。 钢框架结构失稳事故比比皆是,论钢梁的整体稳定性问题 当铺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,可不计算梁的整体稳定性。因此当钢梁上方铺有钢筋混凝土楼板或有密铺钢板、檩条等构件并与钢梁有可靠连接时,钢梁可不计算其整体稳定性。 当不满足上述要求时,在最大刚度主平面内受弯的构件,其整体稳定性应按下式验算: 钢框架结构失稳事故比比皆是,论钢梁的整体稳定性问题
Mx ——绕强轴作用的最大弯矩设计值; Wx ——按受压最大纤维确定的梁毛截面模量; 需要强调一点,截面模量是按受压最大纤维确定的。 对于双轴对称截面按受压翼缘和受拉翼缘确定的截面模量相同。但当上下翼缘尺寸不同时,首先需要判断哪一侧翼缘受压。并按受压翼缘确定截面模量。 如下图所示。上翼缘受压时Wx=Ix/Ymax2,下翼缘受压时Wx=Ix/Ymax1。 钢框架结构失稳事故比比皆是,论钢梁的整体稳定性问题 ψb —— 梁的整体稳定性系数; 对于钢框架结构,当钢梁上无楼板、密铺檩条(如相邻楼梯间之间的梁、相邻洞口之间的梁、无密铺檩条的天窗钢梁[尤其是大跨]等)时,存在整体稳定问题。且最大稳定应力通常出现在梁的跨中。因为梁跨中上翼缘受压,下翼缘受拉,而在上翼缘处又没有楼板或密铺檩条,无法约束其侧向变形。 特别的,对于框架梁,无论钢梁上是否有楼板,根据弯矩图可知,由于在其支座处下翼缘受压,此处下翼缘始终存在整体稳定问题。 但试验表明,当钢梁上有楼板时,由于支座处受压区较短,该处稳定问题并不突出,通常不必进行验算(当有楼板时盈建科和PKPM确实也不进行验算)。此时采取构造措施即可,如在梁端设置隅撑。 《抗规》8.3.3条条文说明指出,固端梁下翼缘在梁端0.15倍梁跨附近宜设置隅撑。当无法设置时亦可在该处设置横向加劲肋。同时指出,当支座处受压区长细比λy(λy等于支座处受压区长度除以钢梁平面外回转半径  iy)满足λy≤60(235/fy)^0.5时可不设置侧向约束。 但当框架梁上方无楼板时,由于其支座处下翼缘受压区域较长,稳定问题较为突出。此时应进行重点验算(盈建科、PKPM等软件会自动验算)。 钢框架结构失稳事故比比皆是,论钢梁的整体稳定性问题 由上式可知,当外力确定的情况下,钢梁的整体稳定应力与按受压最大纤维确定的毛截面模量Wx和梁的整体稳定系数ψb的乘积Wx·ψb成反比。 首先看一下钢梁整体稳定系数ψb,《钢结构设计标准》附录C给出了梁整体稳定系数计算公式。 以等截面焊接工字型和轧制H型钢简支梁为例: 钢框架结构失稳事故比比皆是,论钢梁的整体稳定性问题 是不是很惊喜?不过不必慌张。 首先 εk=(235/fy)^0.5 ,对于双轴对称截面ηb=0; 因此ψb与下式正相关。 钢框架结构失稳事故比比皆是,论钢梁的整体稳定性问题 因钢梁的稳定应力与ψb·Wx成反比,将上式带入ψb·Wx,可知稳定应力与下式成反比。 钢框架结构失稳事故比比皆是,论钢梁的整体稳定性问题 本质上,其实还是与平面外长细比λy相关。λy越小,ψb·Wx越大,稳定应力越小。 λy=l1/iy l1——梁受压翼缘侧向支承点之间的距离。无侧向支撑点的简支梁l1即为其计算长度。 iy——梁毛截面对y轴的回转半径(iy=(Iy/A)^0.5) 可见减小长细比可通过以下方式完成: (1)通过设置受压翼缘侧向支撑,减小梁受压翼缘侧向支撑点之间的距离l1; (2)增大梁毛截面对y轴的回转半径iy;对于y轴回转半径而言,梁腹板贡献很小,具体可通过增大梁翼缘宽度实现,亦可通过增大梁翼缘厚度实现。
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