钢结构基本知识总结2

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受弯构件
一、思考题：
1、梁的截面塑性发展系数的意义是什么？在什么情况下可以采用此系数？什么情况下不能采用？
2、工字形截面组合梁在跨中有一集中荷载作用时，是否需要验算折算应力强度？折算应力验算公式中的各项如何计算？
3、影响梁整体稳定性的主要因素有哪些？如何提高梁的整体稳定性？
4、组合梁翼缘板为什么可能局部失稳？腹板沿长度方向的各个部位为什么可能局部失稳？试从板的受力分析说明。
5、试说明型钢梁的设计及验算的内容、方法。
6、试说明焊接组合梁验算的内容、方法。
7、根据腹板高厚比的大小，说明如何配置腹板的加劲肋？
二、归纳总结：
受弯构件是钢结构中主要的基本构件之一，在实际工程中经常采用的钢梁就是受弯构件。对这种基本构件的受力情况、计算原理、计算方法及构造要求，必须概念明确，计算熟练，对一般的钢梁能够应用公式及附表进行设计，并绘出施工图。
（一）、钢梁的强度计算
按承载能力极限状态要求，对钢梁应首先进行强度计算。强度计算的内容包括：抗弯强度计算；抗剪强度计算；当梁上承受集中荷载作用时，还应进行局部承压强度计算；此外，有时还应进行折算应力验算。
1、抗弯强度计算（最重要的基本计算）
对等截面梁，应对最大弯矩所在截面进行计算。根据最大弯矩计算值及该截面的净截面抵抗计算。此时，应注意：对承受静力荷载或间接承受动力荷载的梁，可考虑截面有一定的塑性发展，即考虑截面塑性发展系数γx，γy；对直接承受动力荷载的梁，则不考虑塑性发展。
对变截面梁的抗弯强度计算，除按最大弯矩所在截面计算外，尚应验算截面改变处的抗弯强度。
2、抗剪强度计算
抗剪强度计算取用材料力学中的基本公式，应理解公式中每个符号代表的意义，并能够正确计算。
对型钢梁，一般可不作抗剪强度计算；对焊接组合梁，如按抗剪计算要求，计算出的腹板厚度，一般都较小，而为满足腹板局部稳定和构造要求，确定腹板厚度时，梁的剪应力较小，一般也不作抗剪强度验算。但对变截面梁，由于靠近梁支座附近剪力最大，截面减小，则应验算抗剪强度。
3、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力，且该集中力处梁未设置支承加劲肋时，或梁上有移动集中荷载作用时，进行局部承压强度计算。例如：梁的上翼缘有集中荷载作用或梁的支座处有集中的支座反力作用，以及吊车梁上有移动的轮压等。
4、折算应力计算
对组合梁中同时受有较大弯曲应力σ和剪应力τ时，有时还有局部压应力σc的截面应进行折算应力验算。注意，此时对钢材强度可以适当提高，即考虑增大系数β1。
（二）、钢梁的整体稳定计算
按承载能力极限状态设计要求，还应考虑保证钢梁的稳定性。这是钢结构与其他结构不同点之一。因为，钢结构材料强度高，截面尺寸小，厚度薄，容易发生失稳现象，应进行稳定计算。
影响钢梁整体稳定性的主要因素有：梁受压翼缘侧向支持点间的距离；梁的截面的侧向抗弯刚度EIy、抗扭刚度GIt等的大小；梁上荷载的类型、分布情况以及作用点的位置等情况；此外，梁本身有无初始变形、荷载作用偏心等初始缺陷等。
在梁的设计中，首先应尽可能采取保证整体稳定性的措施，以保证梁的整体稳定，免去对整体稳定的验算，并减少钢材用量。
当需要验算整体稳定性时，应特别注意整体稳定性系数ψb的计算：对焊接工字形等截面简支梁，按相应公式计算得出；对轧制普通工字钢简支梁，可由附表直接查出ψb值。当ψb＞0.6时，梁已进入弹塑性工作阶段，ψb值应降低，按ψb'计算。
（三）、钢梁的刚度计算
按正常使用极限状态设计要求，对钢梁进行刚度计算，保证梁的正常使用，不产生过大变形。
（四）、钢梁的局部稳定问题
组合梁的局部稳定问题包括翼缘的局部稳定和腹板的局部稳定两个方面。
翼缘板宽厚比或腹板的高厚比过大时，在各种应力的组合作用下可能发生局部失稳的措施及相应的计算。
为保证翼缘的局部稳定，及翼缘截面部分发展塑性，其宽厚比应满足相应要求；为保证腹板的局部稳定，其宽厚比也应满足相应要求。
当各种应力单独作用时的高厚比限值，且考虑可能同时有其他应力作用，配置加劲肋应符合相应四条规定。在规定中有的情况可不配置加劲肋；有的可按构造要求配置横向加劲肋，其间距按a≤2ho；有的情况则需要按计算配置横向加劲肋或同时配置横向及纵向两种加劲肋。
当需要按计算配置加劲肋时，对加劲肋间距a的计算可采用规范中公式直接计算。
对加劲肋应进行构造设计及必要计算，即满足各项构造要求及相应规范公式的要求。
（五）、梁的构造设计
对梁的设计应考虑到：梁的截面形式选择、截面沿梁长度方向是否改变、焊接组合梁翼缘与腹板的焊缝计算、梁的拼接以及次梁与主梁的连接等有关的构造问题及相应的计算。

轴心受力构件和拉弯、压弯构件
一、思考题：
1、轴心受拉构件按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计各包括哪些计算？
2、什么是第一类稳定问题，什么是第二类稳定问题？它们分别适用于哪类构件的失稳现象？
3、简述残余应力、初弯曲和初偏心对轴心压杆承载力的主要影响？
4、稳定性系数ψ与长细比λ有什么关系？与截面类别有什么关系？
5、简述在不改变截面面积和钢号的情况下，可以通过哪些途径提高实腹式轴心受压构件的整体稳定承载力？
6、什么是轴压柱对两个主轴的等稳定？对实腹柱使λx＝λy，对双肢格构式柱使λox＝λoy能否分别使他们做到等稳定？
7、试述工字形截面轴压柱翼缘板和腹板宽（高）厚比限值是根据什么原则确定的？如何提高翼缘板和腹板的稳定性？
8、为保证实腹式轴心受压构件的安全工作，应进行哪些验算？
9、格构式轴心受压构件对虚轴的稳定计算为什么要采用λox？如何保证单肢的稳定性？缀板应满足哪些刚度要求？
10、为保证轴心受压缀条柱和缀板柱的安全性，应进行哪些验算？
11、为保证实腹式压弯构件的安全应进行哪些验算？
二、归纳总结：
1、轴心受拉、轴心受压构件和拉弯、压弯构件的设计都必需同时满足两种极限状态的要求，每种构件按两种极限状态设计应包含构件截面设计的截面验算。
2、对轴心受力构件，《规范》以净截面平均应力达屈服强度作为强度承载力的极限，用相应公式进行强度计算。当截面无削弱时无需进行强度验算。
3、轴心受拉、轴心受压和拉弯、压弯构件都以长细比作为衡量刚度的指标，都用同一公式验算构件刚度。
4、轴心压杆丧失整体稳定与强度破坏是本质上不同的两种破坏。理想轴心压杆的屈曲，属于第一类稳定。工程中的轴心压杆都存在初弯曲、初偏心和残余应力等缺陷，其稳定承载力低于理想轴心压杆，属于第二类稳定。《规范》考虑上述缺陷的影响，用用压溃理论给出三条ψ曲线和整体稳定计算公式。ψ曲线有下述规律：ψa＞ψb＞ψc（下角标分别表示a、b、c三类截面）；ψ值随长细比增大而减小。由此可得到提高整体稳定性的措施，就一般情况来说，为做到两轴等稳定，应使ψx＝ψy。
5、根据板件屈曲临界应力与b类截面柱整体稳定临界应力相等的条件，来确定工字形截面等轴压柱板件的宽厚比限值。而压弯构件是按板件临界应力等于钢材屈服强度的原则，来确定腹板高厚比限值。
6、等稳定的概念在钢结构中很重要，它包括构件对两个主轴的等稳定，以及板件的局部稳定与构件整体稳定的等稳定。
7、轴压格构柱对虚轴的稳定验算采用λox。缀条和缀板的内力是分别按平行弦桁架和单跨多层刚架分析的，缀条按轴心压杆设计，缀板应注意满足构造要求。保证单肢不先于柱整体失稳应满足相应计算要求。
8、实腹式拉、压构件，以截面出现塑性铰达到静力强度承载力强度的极限，《规范》限制其截面的塑性发展。
9、实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定工作与有缺陷的轴压杆件相同。用相应公式验算；平面外为弯扭屈曲。公式中βmx、βtx要明白什么含义。
10、当压弯构件受压翼缘的自由外伸宽度与厚度之比为13√(235/fy)＜b1/t＜15√(235/fy)时，塑性发展系数γx取1.0。就一般情况而言，压弯构件即使截面无消弱且整体稳定满足要求，但强度不一定满足要求，这是与轴压构件不同的。
11、柱头、柱脚关键在于构造，清楚传力路径的分析方法，就可以很容易地沿着传力路径进行零部件的设计计算。