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摘 要:随着建筑事业的不断发展进步,建筑工程的质量也受到强烈的重视,受弯构件的稳定程度对于钢结构建筑有着很大的影响。现本文就对钢结构建筑中的受弯构件的稳定设计进行探究,仅供交流借鉴。
关键词:钢结构建筑;受弯构件;稳定设计
钢结构建筑在我国建筑中比比皆是,它的稳定程度受建筑中的受弯构件的限制,一旦发生超过构件承载能力的问题,就会造成受弯构件的弯曲和位移,是构建的承载能力丧失,是钢结构出现不稳定现象。因此,在钢结构建筑中要做好受弯构件稳定的设计,是建筑工程只稳定程度提升,从而进一步提高建筑工程的使用寿命。
1 受弯构件的定义和类型
在钢结构建筑中,受弯构件是指承受一定的载重压力作用后产生弯矩和剪力的构件,当存在弯矩的状况,就会造成构件的正截面发生弯曲现象,还会有不同程度的破坏。在弯矩和剪力两种共同作用下,也会出现构件发生斜截的问题。受弯构件的类型有很多种,包括民用建筑中的楼盖和屋盖梁、板,还有楼梯、门窗的过梁等,还包括工业建筑中受弯屋面大梁、连系梁和吊车梁等。受弯构件不管在民用建筑和工业建筑工程中都广泛的存在,影响着工程的质量,在工程的建筑过程中要做好受弯构件的稳定设计,保证工程的质量。钢梁在建筑中承受的重力和压力的程度是不一样的,因此会根据受荷载程度的不同,可将钢梁分为单向弯曲梁和双向弯曲梁两种,单向弯曲梁受弯在一个平面内,而双向弯曲梁的受弯则是在两个平面内。单向弯曲梁结构的钢梁多出现在工程的结构中。工业建筑中的吊车梁和墙梁的双向弯曲梁,是在两个平面内受弯,吊车梁的和墙梁的坡度较大,屋盖上钢结构的檩条的主轴与地面的处于不垂直的状态,类似这种情况的梁都会采取双向弯曲梁结构。按照支撑条件的不同,可以将钢梁分为不同的类型,主要有简支梁、固端梁、连续梁和悬臂梁等四种类型。简支梁的钢使用量与连续梁的钢使用量相比会比较多,但是简支梁的操作较为简便易行,支座沉陷和温度变换对其内力的影响较小,所以被广泛的运用在工程建设中。强度、整体稳定程度、钢度和局部稳定程度都应该是钢梁的计算内容,其中属于承载能力极限状态的计算内容是强度。整体稳定程度和局部稳定程度,而属于正常的使用极限状态的计算内容则是钢度,一般热轧型钢梁的梁板的厚度值较小,对局部稳定程度的承载能力极限的计算内容是忽略的。而对于有些直接承受重复荷载作用的吊车梁,设计基准期内应力循环次数船≥5×104时候应验算疲劳值。
2 受弯构件的失稳现象
理想弹性构件在平面内承受弯矩作用的刚度是最大值时,当其侧面没有足够的支撑力来支撑,就会造成钢结构构件因为没有阻力而发生位移现象,还会扭转绕墙面剪心纵轴,造成侧向钢梁的钢都不是很高时,钢结构中的构件就会发展不稳定的现象,呈现失稳的状态,承受等端弯矩Μx作用。构件的弯矩作用只有在Μx较小时才会在平面内发生弯曲现象,Μx作用是不断变化的,弯曲程度也会随Μx逐渐增加的过程中发生变化,当达到某一固定值时就会使构件在一瞬间发生侧向弯曲和扭转,影响构件承载能力的发挥,严重的话会使构件的承载能力丧失。这种状态下发生的弯曲和扭转称为构件整体稳定的丧失或弯扭屈曲,此时的弯矩为临界弯矩M0,与理想轴心受压构件的弯曲屈曲是一样的,理想受弯构件的弯扭屈曲属于整天稳定程度的失稳。实际钢机构建筑中的受弯构件会存在不同程度的缺陷,而且的避免不了的,如杆件初弯曲和荷载初偏心等缺陷的存在,构件一旦在平面内发生弯曲和扭转现象,就会降低构件的承载能力下载,造成钢结构的不稳定。但实际钢机构建筑中的钢构件都具有弹性的,构件的负载变形曲线是C,曲线C分为两个段,即上升段和下降段。在上升段部分,构件的变形会随着外弯矩的增加而增加,当弯矩达到Me时,就会造成构件截面边缘的纤维呈现屈状态,进入到弹塑性阶段。当构件截面的弹性超过一定的数值后,就会造成构件的弯曲和位移,是构建的承载能力完全丧失。为了维持构件承载能力的平衡,促使作用在构件截面上的压力要不断减少,这就是C曲线的下降段。有一个极值点在C曲线上,属于极值点失稳,简单来说就是荷载能力超过或不足这个极值点的时候,钢构结构就会出现不稳定的状态。
3 钢结构建筑中受弯构件稳定设计
3.1 整体稳定设计
从节省钢材和抵抗较大荷载弯矩角度讲,能会在偶然的很小的横向干扰力下突然向刚度较小的侧向发生弯曲,同时伴随发生扭转,从而使钢梁失去承载能力,即钢梁丧失整体稳定。使钢梁丧失整体稳定的截面最大弯矩和最大弯曲压应力分别称为梁的临界弯矩Mcr,和临界应力氏σcr。当钢梁的侧向刚度较差,即受压翼缘宽度b较小而其侧向支承点间的自由长度II较大时,σcr常小于钢材屈服强度fy,比值φb=σcr/fy称为钢梁的整体稳定系数。具体设计时,将屈服强度f换成设计强度f可按下式计算:σ=M/φbW≤f钢梁丧失整体稳定在概念上与轴心受压构件丧失整体稳定相同,都是由于构件内存在纵向压应力对刚度较小方向的偶然微小侧向变形会引起附加侧向弯矩,从而进一步加大侧向变形,反过来又增大附加侧向弯矩。所不同的是,钢梁截面部分受拉部分受压,受压部分使侧向变形加大,受拉部分试图将侧向变形拉直。所以,钢梁失稳时受压翼缘侧向变形大,受拉翼缘侧向变形小。梁截面上有这样一个点S,当梁所受横向荷载的作用线或梁所受的力矩作用面通过该点时,梁只产生弯曲变形,而不发生扭转变形;否则,构件在发生弯曲变形的同时,也发生扭转变形。这个点称为剪力中心,也称为剪切中心。
3.2 局部稳定设计
由于钢材的轻质高强,在进行受弯构件截面设计时,为了节省材料,提高抗弯承载能力、整体稳定性和刚度,常选择宽而薄的截面。然而,如果板件过于宽薄,构件中的部分薄板会在构件发生强度破坏或丧失整体稳定之前,由于板中压应力或剪应力达到某一数值(即板的临界应力)后,受压翼缘或腹板可能突然偏离其原来的平面位置而发生显著的波形屈曲,这种现象称为构件丧失局部稳定性。钢梁一般由翼缘、腹板等板件组成。和构件可能失稳一样,组成构件的板件也可能失稳。虽然组成构件的某一板件失稳(局部失稳)不一定使整个构件丧失承载能力,但仍然应尽量避免局部失稳的发生。保证钢梁局部稳定的方法和保证轴心受压构件局部稳定的方法一样有两种:限制板件的宽厚比和设置加劲肋。
结论
本文通过对钢结构建筑中受弯构件的失稳现象进行分析,并对其稳定性进行设计,为钢结构建筑设计的安全性和可靠性提供一定的参考。
参考文献
[1]丁泉顺,陈艾荣,项海帆.空间杆系结构实用几何非线性分析[J].力学季刊,2001(3).
[2]张文元,张耀春.空间受力钢柱的双重非线性分析[J].哈尔滨建筑大学学报,2000(6).
关键词:钢结构建筑;受弯构件;稳定设计
钢结构建筑在我国建筑中比比皆是,它的稳定程度受建筑中的受弯构件的限制,一旦发生超过构件承载能力的问题,就会造成受弯构件的弯曲和位移,是构建的承载能力丧失,是钢结构出现不稳定现象。因此,在钢结构建筑中要做好受弯构件稳定的设计,是建筑工程只稳定程度提升,从而进一步提高建筑工程的使用寿命。
1 受弯构件的定义和类型
在钢结构建筑中,受弯构件是指承受一定的载重压力作用后产生弯矩和剪力的构件,当存在弯矩的状况,就会造成构件的正截面发生弯曲现象,还会有不同程度的破坏。在弯矩和剪力两种共同作用下,也会出现构件发生斜截的问题。受弯构件的类型有很多种,包括民用建筑中的楼盖和屋盖梁、板,还有楼梯、门窗的过梁等,还包括工业建筑中受弯屋面大梁、连系梁和吊车梁等。受弯构件不管在民用建筑和工业建筑工程中都广泛的存在,影响着工程的质量,在工程的建筑过程中要做好受弯构件的稳定设计,保证工程的质量。钢梁在建筑中承受的重力和压力的程度是不一样的,因此会根据受荷载程度的不同,可将钢梁分为单向弯曲梁和双向弯曲梁两种,单向弯曲梁受弯在一个平面内,而双向弯曲梁的受弯则是在两个平面内。单向弯曲梁结构的钢梁多出现在工程的结构中。工业建筑中的吊车梁和墙梁的双向弯曲梁,是在两个平面内受弯,吊车梁的和墙梁的坡度较大,屋盖上钢结构的檩条的主轴与地面的处于不垂直的状态,类似这种情况的梁都会采取双向弯曲梁结构。按照支撑条件的不同,可以将钢梁分为不同的类型,主要有简支梁、固端梁、连续梁和悬臂梁等四种类型。简支梁的钢使用量与连续梁的钢使用量相比会比较多,但是简支梁的操作较为简便易行,支座沉陷和温度变换对其内力的影响较小,所以被广泛的运用在工程建设中。强度、整体稳定程度、钢度和局部稳定程度都应该是钢梁的计算内容,其中属于承载能力极限状态的计算内容是强度。整体稳定程度和局部稳定程度,而属于正常的使用极限状态的计算内容则是钢度,一般热轧型钢梁的梁板的厚度值较小,对局部稳定程度的承载能力极限的计算内容是忽略的。而对于有些直接承受重复荷载作用的吊车梁,设计基准期内应力循环次数船≥5×104时候应验算疲劳值。
2 受弯构件的失稳现象
理想弹性构件在平面内承受弯矩作用的刚度是最大值时,当其侧面没有足够的支撑力来支撑,就会造成钢结构构件因为没有阻力而发生位移现象,还会扭转绕墙面剪心纵轴,造成侧向钢梁的钢都不是很高时,钢结构中的构件就会发展不稳定的现象,呈现失稳的状态,承受等端弯矩Μx作用。构件的弯矩作用只有在Μx较小时才会在平面内发生弯曲现象,Μx作用是不断变化的,弯曲程度也会随Μx逐渐增加的过程中发生变化,当达到某一固定值时就会使构件在一瞬间发生侧向弯曲和扭转,影响构件承载能力的发挥,严重的话会使构件的承载能力丧失。这种状态下发生的弯曲和扭转称为构件整体稳定的丧失或弯扭屈曲,此时的弯矩为临界弯矩M0,与理想轴心受压构件的弯曲屈曲是一样的,理想受弯构件的弯扭屈曲属于整天稳定程度的失稳。实际钢机构建筑中的受弯构件会存在不同程度的缺陷,而且的避免不了的,如杆件初弯曲和荷载初偏心等缺陷的存在,构件一旦在平面内发生弯曲和扭转现象,就会降低构件的承载能力下载,造成钢结构的不稳定。但实际钢机构建筑中的钢构件都具有弹性的,构件的负载变形曲线是C,曲线C分为两个段,即上升段和下降段。在上升段部分,构件的变形会随着外弯矩的增加而增加,当弯矩达到Me时,就会造成构件截面边缘的纤维呈现屈状态,进入到弹塑性阶段。当构件截面的弹性超过一定的数值后,就会造成构件的弯曲和位移,是构建的承载能力完全丧失。为了维持构件承载能力的平衡,促使作用在构件截面上的压力要不断减少,这就是C曲线的下降段。有一个极值点在C曲线上,属于极值点失稳,简单来说就是荷载能力超过或不足这个极值点的时候,钢构结构就会出现不稳定的状态。
3 钢结构建筑中受弯构件稳定设计
3.1 整体稳定设计
从节省钢材和抵抗较大荷载弯矩角度讲,能会在偶然的很小的横向干扰力下突然向刚度较小的侧向发生弯曲,同时伴随发生扭转,从而使钢梁失去承载能力,即钢梁丧失整体稳定。使钢梁丧失整体稳定的截面最大弯矩和最大弯曲压应力分别称为梁的临界弯矩Mcr,和临界应力氏σcr。当钢梁的侧向刚度较差,即受压翼缘宽度b较小而其侧向支承点间的自由长度II较大时,σcr常小于钢材屈服强度fy,比值φb=σcr/fy称为钢梁的整体稳定系数。具体设计时,将屈服强度f换成设计强度f可按下式计算:σ=M/φbW≤f钢梁丧失整体稳定在概念上与轴心受压构件丧失整体稳定相同,都是由于构件内存在纵向压应力对刚度较小方向的偶然微小侧向变形会引起附加侧向弯矩,从而进一步加大侧向变形,反过来又增大附加侧向弯矩。所不同的是,钢梁截面部分受拉部分受压,受压部分使侧向变形加大,受拉部分试图将侧向变形拉直。所以,钢梁失稳时受压翼缘侧向变形大,受拉翼缘侧向变形小。梁截面上有这样一个点S,当梁所受横向荷载的作用线或梁所受的力矩作用面通过该点时,梁只产生弯曲变形,而不发生扭转变形;否则,构件在发生弯曲变形的同时,也发生扭转变形。这个点称为剪力中心,也称为剪切中心。
3.2 局部稳定设计
由于钢材的轻质高强,在进行受弯构件截面设计时,为了节省材料,提高抗弯承载能力、整体稳定性和刚度,常选择宽而薄的截面。然而,如果板件过于宽薄,构件中的部分薄板会在构件发生强度破坏或丧失整体稳定之前,由于板中压应力或剪应力达到某一数值(即板的临界应力)后,受压翼缘或腹板可能突然偏离其原来的平面位置而发生显著的波形屈曲,这种现象称为构件丧失局部稳定性。钢梁一般由翼缘、腹板等板件组成。和构件可能失稳一样,组成构件的板件也可能失稳。虽然组成构件的某一板件失稳(局部失稳)不一定使整个构件丧失承载能力,但仍然应尽量避免局部失稳的发生。保证钢梁局部稳定的方法和保证轴心受压构件局部稳定的方法一样有两种:限制板件的宽厚比和设置加劲肋。
结论
本文通过对钢结构建筑中受弯构件的失稳现象进行分析,并对其稳定性进行设计,为钢结构建筑设计的安全性和可靠性提供一定的参考。
参考文献
[1]丁泉顺,陈艾荣,项海帆.空间杆系结构实用几何非线性分析[J].力学季刊,2001(3).
[2]张文元,张耀春.空间受力钢柱的双重非线性分析[J].哈尔滨建筑大学学报,2000(6).