DUT
第五章
受弯构件 - 梁
钢结构（土木工程）
授课教师：黄才良 王骞
建设工程学部 土木水利学院
5. 受弯构件-梁
5.1
概 述
5.2 梁的强度
5.3
梁的刚度
主要内容
5.4 梁的整体稳定
5.5 梁的局部稳定和腹板加劲肋设计
5.6 焊接钢板梁翼缘焊缝的计算
5.1 概述
(1) 梁的定义 承受横向荷载受弯的实腹钢构 件。 (2) 梁的分类 按计算简图分：简支梁、连续梁 悬臂梁等。 按截面形式分：型钢梁、组合梁 (3) 梁的作用 承受横向荷载与扭转。
5.1 概述
(4) 截面形式
5.1 概述
(5) 应用
a
5. 受弯构件-梁
5.1
概 述
5.2 梁的强度
5.3
梁的刚度
主要内容
5.4 梁的整体稳定
5.5 梁的局部稳定和腹板加劲肋设计
5.6 焊接钢板梁翼缘焊缝的计算
5.2 梁的强度
包括正应力、剪应力、局部压应力、折算应力的计算 5.2.1 正应力 桥梁钢结构规范：
Mx 单向弯曲： σ w = ≤ [σ w ] Wnx
双向弯曲：
σw =
Mx W nx + My W ny ≤ C [σ w ]
σ w1 C = 1 + 0.3 ≤ 1.15 σ w2 σ w1,σ w 2： 验算截面上应力绝对值的最小值和最大值
5.2 梁的强度 国标钢结构规范： 单向弯曲
Mx σ= ≤ f γ xWnx
Mx、My ——梁截面内绕x、y轴的 最大计算弯矩 Wnx、Wny ——截面对x、y轴的净截面 抵抗矩 γx、γy ——截面对x、y轴的塑性 发展系数 f ——钢材抗弯设计强度
双向弯曲
My Mx σ= + ≤f γ xWnx γ yWny
5.2 梁的强度
5.2.2 抗剪强度(剪应力)
桥梁钢结构规范： 主要发生在实腹梁的腹板 上。按弹性设计，以最大剪应力 达到钢材抗剪屈服剪应力为极限 VS 状态。
τ max =
I xt w
≤ Cτ [τ ]
式中
S —中性轴以上毛截面对中性轴的面积矩 I—毛截面惯性矩 tw—腹板厚度
[τ ] —钢材的容许剪应力
Cτ —剪应力分布不均匀容许应力增大系数
5.2 梁的强度
剪应力分布不均匀容许应力增大系数的确定：
5.2 梁的强度
5.2.2 抗剪强度(剪应力)
国标钢结构规范：
τ max
VS = ≤ fv I xtw
V — 计算截面沿腹板平面作用的剪力 I x — 毛截面惯性矩
S — 计算剪应力处以上或以下毛截面对中和轴的面积矩 tw — 腹板厚度 f v — 钢材的抗剪设计强度
5.2 梁的强度 5.2.3 局部压应力
国标钢结构规范：
hy--梁顶面至腹板计 算高度边缘距离 hR—轨道高度
梁在承受固定集中荷 载处不设置加劲肋时， 如图a,b，或承受移动 荷载作用时，如图c， 荷载通过翼缘传至腹 板，使之受压。
lz
— 压应力分布长度 a,c截面
lz = a + 5hy + 2hR lz = a + 2.5hy
b截面
5.2 梁的强度 5.2.3 局部压应力
国标钢结构规范： 在腹板计算高度边缘处的局部压应力验算公式为： ψF σc = ≤ f t wl z
ψ
F
— 集中荷载，对动力荷载应考虑动力系数 — 集中荷载增大系数，重级工作制吊车梁取1.35，其他梁取1.0
f — 钢材抗压设计强度 lz — 压应力分布长度
桥梁钢结构参照国标钢结构规范计算，验算公式：
σc =
ψF
t wl z
≤ [σ ]
5.2 梁的强度 5.2.4 折算应力
桥梁钢结构规范：
《规范》规定，在钢板 梁的腹板计算高度处，同时 受有较大的正应力σ和较大 的剪应力τ时，应对折算应力 进行验算。其强度验算式 为： 2 2
σ zs = σ + 3τ ≤ 1.1[σ w ] or 1.1[σ ]
N M ≥ A W 取[σ ] 否则取[σ w ]
5.2 梁的强度 5.2.4 折算应力
国标钢结构规范：
σ1 梁在受弯的同时经常会受剪，当一个截面上弯矩和剪力都
较大时，需要考虑它们的组合效应。其折算应力验算公式为：
σ zs = σ 2 + 3τ 2 ≤ 1.1 f
当还有对腹板边缘产生局部压力 σ c的集中荷载时，折算应力 公式扩展为：
σ zs = σ 2 + σ c 2 ? σσ c + 3τ 2 ≤ β1 f
β1 = 1.2 当σ 和 σ c异号时， β1 = 1.1 当σ 和 σ c同号或 σ c = 0 时，
桥规取1.1[σ] Or 1.1[σw]
5. 受弯构件-梁
5.1
概 述
5.2 梁的强度
5.3
梁的刚度
主要内容
5.4 梁的整体稳定
5.5 梁的局部稳定和腹板加劲肋设计
5.6 焊接钢板梁翼缘焊缝的计算
5.3 梁的刚度
桥梁钢结构规范：
计算梁的刚度是为了保证正常使用，属 于正常使用极限状态。控制梁的刚度通过对 汽车荷载下的最大挠度加以限制来实现的。
w ≤ [w]
w
[w]
— 汽车荷载（不计冲击）下的最大挠度
— 受弯构件（梁）的容许挠度
5.3 梁的刚度 《桥规》规定：
5.3 梁的刚度
第5章 受弯构件的斜截面承载力 5.1选择题 1．对于无腹筋梁，当31<<λ时，常发生什么破坏（ B ）。 A ． 斜压破坏； B ． 剪压破坏； C ． 斜拉破坏； D ． 弯曲破坏； 2．对于无腹筋梁，当1<λ时，常发生什么破坏（ A ）。 A ． 斜压破坏； B ． 剪压破坏； C ． 斜拉破坏； D ． 弯曲破坏； 3．对于无腹筋梁，当3>λ时，常发生什么破坏（ C ）。 A ． 斜压破坏； B ． 剪压破坏； C ． 斜拉破坏； D ． 弯曲破坏； 4．受弯构件斜截面承载力计算公式的建立是依据（ B ）破坏形态建立的。 A ． 斜压破坏； B ． 剪压破坏； C ． 斜拉破坏； D ． 弯曲破坏； 5．为了避免斜压破坏，在受弯构件斜截面承载力计算中，通过规定下面哪个条件来限制（ C ）。 A ． 规定最小配筋率； B ． 规定最大配筋率； C ． 规定最小截面尺寸限制； D ． 规定最小配箍率； 6．为了避免斜拉破坏，在受弯构件斜截面承载力计算中，通过规定下面哪个条件来限制（ D ）。 A ． 规定最小配筋率； B ． 规定最大配筋率； C ． 规定最小截面尺寸限制； D ． 规定最小配箍率； 7．R M 图必须包住M 图，才能保证梁的（ A ）。 A ． 正截面抗弯承载力； B ． 斜截面抗弯承载力； C ． 斜截面抗剪承载力； 8．《混凝土结构设计规范》规定，纵向钢筋弯起点的位置与按计算充分利用该钢筋截面之间的距离，不应小于（ C ）。 A ．0.30h
h B．0.4 h C．0.5 h D．0.6 9．《混凝土结构设计规范》规定，位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率，对于梁、板类构件，不宜大于（ A ）。 A．25%； B．50%； C．75%； D．100%； 10．《混凝土结构设计规范》规定，位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率，对于柱类构件，不宜大于（ B ）。 A．25%； B．50%； C．75%； D．100%； 5.2判断题 1．梁侧边缘的纵向受拉钢筋是不可以弯起的。（∨） 2．梁剪弯段区段内，如果剪力的作用比较明显，将会出现弯剪斜裂缝。（×）3．截面尺寸对于无腹筋梁和有腹筋梁的影响都很大。（×） 4．在集中荷载作用下，连续梁的抗剪承载力略高于相同条件下简支梁的抗剪承载力。 （×） 5．钢筋混凝土梁中纵筋的截断位置，在钢筋的理论不需要点处截断。（×）5.3问答题 1．斜截面破坏形态有几类？分别采用什么方法加以控制？ 答：（1）斜截面破坏形态有三类：斜压破坏，剪压破坏，斜拉破坏 （2）斜压破坏通过限制最小截面尺寸来控制； 剪压破坏通过抗剪承载力计算来控制； 斜拉破坏通过限制最小配箍率来控制； 2．分析斜截面的受力和受力特点？ 答：（1）斜截面的受力分析： 斜截面的外部剪力基本上由混凝土剪压区承担的剪力、纵向钢筋的销栓力、骨料咬合力以及腹筋抵抗的剪力来组成。 （2）受力特点： 斜裂缝出现后，引起了截面的应力重分布。 3．简述无腹筋梁和有腹筋梁斜截面的破坏形态。
第五章：受弯构件的受剪性能 钢筋混凝土受弯构件，除了正截面破坏以外,还有可能在剪力和弯矩共同作用的区段内，会沿着斜向裂缝发生斜截面的破坏。这种破坏通常来得较为突然，具有脆性性质。因而，在钢筋混凝土受弯构件的设计中，如何保证构件的斜截面承载能力是非常重要的。 5.1 概述 受弯构件在荷载作用下，同时产生弯矩和剪力。在弯矩区段，产生正截面受弯破坏，而在剪力较大的区段，则会产生斜截面受剪破坏。 5.2 斜裂缝、剪跨比及斜截面破坏形态 箍筋布置与梁内主拉应力方向一致，可有效地限制斜裂缝的开展；但从施工考虑，倾斜的箍筋不便绑扎，与纵向筋难以形成牢固的钢筋骨架，故一般都采用竖直箍筋。 弯起钢筋则可利用正截面受弯的纵向钢筋直接弯起而成。弯起钢筋的方向可与主拉应力方向一致，能较好地起到提高斜截面承载力的作用，但因其传力较为集中，有可能引起弯起处混凝土的劈裂裂缝。首先选用竖直箍筋，然后再考虑采用弯起钢筋。选用的弯筋位置不宜在梁侧边缘，且直径不宜过粗。斜裂缝的出现和最终斜截面受剪破坏与正应力与剪应力的比值有关。 剪跨比： 我们把在中集中力到支座之间的距离a 称之为剪跨，剪跨a 与梁的有效高度h 0的比值则称为剪跨比。 5.2.3斜截面受剪破坏的三种主要形态 1、无腹筋梁的剪切破坏形态 斜裂缝出现后梁中受力状态的变化 斜裂缝出现前，剪力由整个截面承担，支座附近截面a-a 的钢筋应力s σ与该截面的弯矩Ma 成正比。斜裂缝出现后，受剪面积减小，受压区混凝土剪力增大(剪压区)，斜裂缝出现后，截面a-a 的钢筋应力s σ取决于临界斜裂缝顶点截面b-b 处的Mb ，即与Mb 成正比。因此，斜裂缝出现使支座附近的s σ与跨中截面的s σ相近，这对纵筋的锚固提出更高的要求。梁由原来的梁传力机制变成拉杆拱传力机制。同时，销栓作用Vd 使纵筋周围的混凝土产生撕裂裂缝，削弱混凝土对纵筋的锚固作用。 2、荷载传递机构 剪跨比λ较大，主压应力角度较小，拱作用较小。剪力主要依靠拉应力（梁作用）传
习题1 一工作平台的梁格布置如图所示。平台所受荷载标准值为：恒荷载3.5kN/m 2（平台铺板和面层），活载8kN/m 2 。次梁简支于主梁侧面，钢材为Q235。设次梁采用热轧工字钢I 32a ，平台铺板与次梁可靠焊接，试验算次梁的强度和刚度。 解：（1）强度验算 I 32a 截面特性，4311080,692,x x I cm W cm ==自重52.7/0.52/kg m kN m = 次梁承受的线荷载标准值为： (3.530.52)8311.022435.02/35.02/k q kN m N mm =×++×=+== 荷载设计值为（按可变荷载效应控制的组合：恒荷载分项系数1.2，活荷载分项系数1.3）： 11.02 1.224 1.344.42/q kN m =×+×= 最大弯矩设计值为： 2211 44.425138.888 x M ql kN m ==××=? 截面跨中无孔眼削弱，因此3692nx x W W cm ==。由于型钢腹板较厚，一般不必验算抗剪强度，所以只需验算梁的抗弯强度。 梁的抗弯强度为： 6 223 138.810191/215/1.0569210 x nx M N mm N mm r W ×==<×× 满足强度要求。 （2）刚度验算 验算挠度：在全部荷载标准值作用下： 3334 5535.02500011 []384384206101108010400250k T T x q l v v l EI l ×=?=?=<=××× 在可变荷载标准值作用下：由全部荷载挠度验算结果可知，在可变荷载作用下的挠度 亦可满足设计要求。
所以梁刚度可满足要求。 习题3 若习题1中的次梁没与平台铺板连牢，试重新选择次梁的截面以满足设计要求。 解：若次梁没与平台铺板连牢，则需要计算其整体稳定。 假设次梁自重为0.7/kN m ，按整体稳定要求试截面。均布荷载作用在上翼缘，假设 b ?=0.73，已大于0.6，故b 1.070.282/0.730.68?′=?=。需要的截面模量为： (3.530.7)8311.22435.2/k q kN m =×++×=+= 11.2 1.224 1.344.64/q kN m =×+×= 2211 44.645139.588 x M ql kN m ==××=?6 33b 139.510954100.68215x x M W mm f ?×===×′× 选用I40a ，31086,x W cm =自重67.6/0.66/kg m kN m =，略小于假设自重，不必重新计算。 验算整体稳定： 6 223 b x 139.510176/215/0.73108610x M N mm f N mm W ?×==<=′×× 满足整体稳定要求。 根据习题1，易知其满足强度和刚度要求。 习题4 下图所示一焊接形工字形简支梁，材料为Q345-B 钢，梁两端设有侧向支撑；跨中作用集中静荷载由两部分组成，其中恒荷载标准值为150kN ，活荷载标准值为300kN ，试验算该梁的强度、刚度和整体稳定承载力。 解：1）求截面形心位置 上翼缘：2 1420208400A mm =×= 110c y mm =? 腹板： 22900109000A mm =×= 2470c y mm =? x x 1
第五章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算 一、填空题： 1、钢筋混凝土受弯构件，随配筋率的变化，可能出现 、 和 等三种沿正截面的破坏形态。 2、受弯构件梁的最小配筋率应取 和 较大者。 3、钢筋混凝土矩形截面梁截面受弯承载力复核时，混凝土相对受压区高度b ξξφ，说明 。 4．受弯构件min ρρ≥是为了____ _______________；max ρρ≤是为了___ _。 5．第一种T 形截面梁的适用条件及第二种T 形截面梁的试用条件中，不必验算的条件分别是_______及_________。 6．T 形截面连续梁，跨中按 截面，而支座边按 截面计算。 7、混凝土受弯构件的受力过程可分三个阶段，承载力计算以 阶段为依据，抗裂计算以 阶段为依据，变形和裂缝计算以 阶段为依据。 二、判断题： 1、界限相对受压区高度b ξ由钢筋的强度等级决定。（ ） 2、混凝土保护层的厚度是从受力纵筋外侧算起的。（ ） 3、在适筋梁中增大梁的截面高度h 对提高受弯构件正截面承载力的作用很大。（ ） 4、在适筋梁中，其他条件不变的情况下，ρ越大，受弯构件正截面的承载力越大。（ ） 5．f h x '≤的T 形截面梁，因为其正截面抗弯强度相当于宽度为f b '的矩形截面，所以配筋率ρ也用f b '来表示，即0/h b A f s '=ρ（ ） 6．在适筋范围内的钢筋混凝土受弯构件中，提高混凝土标号对于提高正截面抗弯强度的作用不是很明显的（ ） 三、选择题： 1、受弯构件正截面承载力计算采用等效矩形应力图形，其确定原则为（ ）。 A 保证压应力合力的大小和作用点位置不变 B 矩形面积等于曲线围成的面积 C 由平截面假定确定08.0x x = D 两种应力图形的重心重合 2、钢筋混凝土受弯构件纵向受拉钢筋屈服与受压混凝土边缘达到极限压应变同时发生的破坏属于（ ）。 A 适筋破坏 B 超筋破坏 C 界限破坏 D 少筋破坏 3、正截面承载力计算中，不考虑受拉混凝土作用是因为（ ）。 A 中和轴以下混凝土全部开裂 B 混凝土抗拉强度低 C 中和轴附近部分受拉混凝土范围小且产生的力矩很小 D 混凝土退出工作 4、钢筋混凝土矩形截面梁截面受弯承载力复核时，混凝土相对受压区高度b ξξφ，说明（ ）。
第5章 受弯构件的斜截面承载力 选择题 1．对于无腹筋梁，当31<<λ时，常发生什么破坏（ B ）。 A ． 斜压破坏； B ． 剪压破坏； C ． 斜拉破坏； D ． 弯曲破坏； 2．对于无腹筋梁，当1<λ时，常发生什么破坏（ A ）。 A ． 斜压破坏； B ． 剪压破坏； C ． 斜拉破坏； D ． 弯曲破坏； 3．对于无腹筋梁，当3>λ时，常发生什么破坏（ C ）。 A ． 斜压破坏； B ． 剪压破坏； C ． 斜拉破坏； D ． 弯曲破坏； 4．受弯构件斜截面承载力计算公式的建立是依据（ B ）破坏形态建立的。 A ． 斜压破坏； B ． 剪压破坏； C ． 斜拉破坏； D ． 弯曲破坏； 5．为了避免斜压破坏，在受弯构件斜截面承载力计算中，通过规定下面哪个条件来限制（ C ）。 A ． 规定最小配筋率； B ． 规定最大配筋率；
C．规定最小截面尺寸限制； D．规定最小配箍率； 6．为了避免斜拉破坏，在受弯构件斜截面承载力计算中，通过规定下面哪个条件来限制（ D ）。 A．规定最小配筋率； B．规定最大配筋率； C．规定最小截面尺寸限制； D．规定最小配箍率； M图必须包住M图，才能保证梁的（ A ）。 7． R A．正截面抗弯承载力； B．斜截面抗弯承载力； C．斜截面抗剪承载力； 8．《混凝土结构设计规范》规定，纵向钢筋弯起点的位置与按计算充分利用该钢筋截面之间的距离，不应小于（ C ）。 h A． h B． h C． h D． 9．《混凝土结构设计规范》规定，位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率，对于梁、板类构件，不宜大于（ A ）。 A．25%； B．50%； C．75%； D．100%； 10．《混凝土结构设计规范》规定，位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率，对于柱类构件，不宜大于（ B ）。