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用熱軋成型的工字鋼或槽鋼等制成(見熱軋型鋼),檁條等輕型梁還可以采用冷彎成型的Z型鋼和槽鋼(見冷彎型鋼)。型鋼梁加工簡單、造價較廉,但型鋼截面尺寸受到一定規(guī)格的限制。當荷載和跨度較大,采用型鋼截面不能滿足強度、剛度或穩(wěn)定要求時,則采用組合梁。

組合梁

由鋼板或型鋼焊接或鉚接而成。由于鉚接費工費料,常以焊接為主。常用的焊接組合梁為由上、下翼緣板和腹板組成的工形截面和箱形截面,后者較費料,且制作工序較繁雜,但具有較大的抗彎剛度和抗扭剛度,適用于有側(cè)向荷載和抗扭要求較高或梁高受到限制等情況。

圖2是一種特殊型式的組合梁,由軋制工字鋼經(jīng)火焰切割后再錯位焊接,焊接后梁高大于原工字鋼(增加六角形孔高的一半),從而提高了梁的承載能力和抗彎剛度;由于腹板上有形似蜂窩的六角形孔,故名蜂窩梁。

強度

鋼梁的強度包括抵抗彎曲、剪切以及豎向局部承壓的能力�？箯澞芰�可由材料力學中的彎曲應力公式求得(見梁的基本理論)。當按彈性階段設計時,取計算截面的邊緣纖維應力達到鋼材的屈服點作為極限狀態(tài)。邊緣纖維應力達到屈服點后,梁實際上還可繼續(xù)承受荷載。隨著荷載的繼續(xù)加大,最大彎矩所在截面上的塑性變形沿截面從邊緣向中央不斷發(fā)展和擴大,最后在該截面處形成塑性鉸。梁上出現(xiàn)使梁成為可動機構的一定數(shù)量的塑性鉸后,梁即到達抗彎的極限狀態(tài)而破壞。當按塑性設計時,考慮梁上形成塑性鉸及由此引起的內(nèi)力重分布。采用塑性設計的鋼梁,與按彈性階段設計的梁相比較,可減小截面尺寸,節(jié)省鋼材,但一般只適用于受靜力荷載的熱軋型鋼梁和等截面焊接組合梁,同時組合梁板件的寬厚比應有較嚴格的限制,以免板件局部失穩(wěn)而降低梁的承載能力。

鋼梁的抗剪能力

鋼梁的抗剪能力,也可按材料力學中的有關公式計算。為了簡化,通常假定剪力完全由腹板的計算截面平均承受。型鋼的腹板較厚,抗剪強度一般都能滿足設計要求。當梁的抗彎強度按塑性階段設計時,剪力的存在會加速塑性鉸的形成;因此,對最大彎矩截面上的剪應力,應有比較嚴格的限制。

鋼梁上承受固定集中荷載處(包括梁的支座處),當荷載作用在翼緣上時,該處翼緣與腹板交界部位的腹板水平截面,應具有足夠的抗豎向局部壓力的能力。承受豎向局部壓力的腹板水平截面的面積,為該豎向壓力在所驗算水平截面上的假定分布長度與腹板厚度的乘積,并假定豎向壓應力在該水平截面上為均勻分布。若計算截面的抗豎向局部承壓能力不足,可放大支承豎向荷載墊板的長度,或在該處設置腹板的加勁肋。

整體穩(wěn)定

在豎向荷載作用下,鋼梁一般只產(chǎn)生豎向位移(即撓度),但對側(cè)向剛度較差的工字形截面或槽形截面鋼梁,當梁的自由長度(側(cè)向無支承長度)較大時,荷載加大到一定程度,常會迅速產(chǎn)生較大的側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)變形,使梁隨即喪失承載能力的現(xiàn)象稱為喪失整體穩(wěn)定或側(cè)扭屈曲。當梁的自由長度較大和受壓翼緣寬度較小時,使梁喪失整體穩(wěn)定的臨界荷載常小于強度破壞的荷載,因此,對梁的截面除應計算抗彎強度外,還必須驗算整體穩(wěn)定性。影響該臨界荷載大小的因素很多,如截面的形狀和尺寸,荷載的類型和其在截面上作用點的高度,自由長度的大小和梁端部的支承方式等。增加整體穩(wěn)定性的最有效辦法是在跨中設置側(cè)向支承和加大受壓翼緣板的寬度。此外,在任何鋼梁的支座處都應采取構造措施,使該處截面不能產(chǎn)生側(cè)向位移和繞梁軸的轉(zhuǎn)動(見結(jié)構穩(wěn)定)。

剛度

梁在正常使用條件下的最大豎向位移(撓度),不應超過設計規(guī)范中對各種不同用途的梁所規(guī)定的最大容許變形值。梁的撓度大小與梁截面的抗彎剛度(彈性模量和截面慣性矩的乘積)成反比,剛度愈大,撓度愈小。采用較高的截面,可提高梁的剛度。

局部穩(wěn)定

當梁的腹板和翼緣厚度不足時,可能在全梁因強度破壞或喪失整體穩(wěn)定之前,受壓翼緣或腹板就已形成波狀凹凸而失去其原來的平面形態(tài)的現(xiàn)象稱局部屈曲或喪失局部穩(wěn)定(圖2)。局部屈曲將改變截面形狀而惡化梁的工作狀態(tài),有可能促使梁提前喪失承載能力。為此,對受壓翼緣板的寬厚比應有限制。對于腹板,當高厚比較大時,則須用橫向加勁肋或縱、橫向加勁肋予以加強,把整塊腹板分成若干小區(qū)格。

鋼梁加勁肋 焊在腹板兩側(cè)用以防止腹板喪失局部穩(wěn)定的條形鋼板。

1、中間加勁肋。有橫向和縱向兩種。橫向加勁肋主要用于增強腹板抵抗因受剪而局部屈曲的能力,間距由腹板高厚比和板中應力的大小經(jīng)計算確定。縱向加勁肋主要用以增強腹板抵抗因彎曲壓應力而屈曲的能力,設在腹板的受壓區(qū),位于離腹板受壓邊緣為腹板高度的1/4~1/5處,可沿梁的全長設置,也可只在彎曲壓應力較大的區(qū)間內(nèi)局部設置。加勁肋的截面應有足夠的剛度。

2、支承加勁肋。設置于梁的支座處和固定集中荷載處,除有中間橫向加勁肋的作用外,主要用以傳遞梁所受的集中力,改善腹板在豎向壓力下的工作性能。設計時將支承加勁肋及其兩側(cè)的部分腹板看作一個軸心壓桿,驗算此壓桿在支座集中反力或集中荷載作用下在腹板平面外的穩(wěn)定性。此外,為了傳遞所受集中力,加勁肋的端部還應有足夠的承壓面積刨平抵緊于翼緣板上。

腹板屈曲后強度

腹板區(qū)格局部屈曲后將會產(chǎn)生平面外位移,但與此同時,由于該區(qū)格四周與翼緣板和加勁肋分別牢固相連,腹板內(nèi)隨即產(chǎn)生薄膜張力來阻止平面外位移的增大,使腹板屈曲后還可繼續(xù)承受荷載的狀態(tài)稱腹板屈曲后強度。研究利用它,可節(jié)省鋼材,具有一定經(jīng)濟意義;但一般只適用于受靜力荷載的鋼梁。