[钢结构][笔记] 钢梁的局部稳定与腹板加劲肋 (Local Stability of Steel Beam and Web Stiffeners)

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(1)对于轧制型钢梁,由于翼缘及腹板的厚度相对较大,一般没有局部稳定问题。焊接板梁则通常需要验算板件的局部稳定。

(2)工字钢翼缘的局部稳定通常通过宽厚比来保证,宽厚比的限值的取值一般根据以下两种方法来确定:a.(等稳定条件)板件的屈曲不早于构件的整体屈曲 b.板件的屈曲临界应力等于材料的屈服应力。

(3)腹板的局部稳定可通过高厚比来保证,当高厚比无法满足要求时或梁顶存在加大局部荷载时,通过设置加劲肋来保证梁的局部稳定性。从这个角度来说,腹板加劲肋是与梁腹板的曲屈相关的,这是腹板加劲肋的第1次出现,此处设置腹板加劲肋是防止腹板的屈曲。

(4)钢梁腹板加劲肋包括:横向加劲肋、纵向加劲肋、短加劲肋、支撑加劲肋。各类加劲肋的设置均有不同的功能及侧重点。横向加劲肋主要用于提高腹板的抗剪曲屈能力,纵向加劲肋主要用于提高腹板的抗弯曲屈能力,短加劲肋则主要用于防止腹板的局压曲屈。支撑加劲肋当然是用于处理存在较大集中荷载的位置,防止腹板出现类似柱的受压曲屈,如支座位置或者存在较大集中荷载的其他位置。

(5)规范中曲屈后强度利用指的是钢梁腹板的曲屈后强度的利用,不是别的其他位置的曲屈后强度利用。那么为何是考虑腹板的曲屈后强度,而不说考虑翼缘板的曲屈后强度利用?又为何钢梁存在考虑腹板屈曲后强度这一说,为何压杆件屈曲没有曲屈后强度利用一说?简单说是因为,四边支承的薄板的屈曲与普通压杆的屈曲特性不同,普通压杆屈曲就破坏了,屈曲荷载通常就是破坏荷载及峰值荷载,而四边支承的薄板屈曲出现了所谓的张力场,屈曲后依然可以继续承载,不至于立刻破坏,除非四边的支承破坏。

(6)考虑腹板曲屈后强度,钢梁的抗剪承载力可以提高,而抗弯承载力呢?而梁的抗弯承载力会有所减少(PS. 为何是这样,可以思考一下)。腹板曲屈后依然可以继续承受更大的荷载,因此,允许腹板屈曲可一定程度充分利用材料。我国钢结构设计规范规定,承受静力荷载和间接承受动力荷载的组合梁,宜考虑屈曲后强度进行设计,以节省材料。比如,让梁的翼缘尽量厚一点,充分提高抗弯能力,同时腹板尽量设计得薄一点(高厚比大一点),屈曲也没关系。

(7)对于考虑腹板曲屈后强度进行设计的钢梁,需对梁的各控制截面进行同时考虑抗弯、抗剪的基于屈服面的承载力设计(具体公式可看规范,比较复杂)。当无法满足的时候,需要设置腹板加劲肋,以提高腹板的曲屈后强度。这理腹板加劲肋是第2次出现,这里加劲肋与前面高厚比不满足时候设置加劲肋的概念不太相同。前者设置加劲肋是为了不让钢梁腹板曲屈,后者设置加劲肋是为了提高梁腹板曲屈后的强度,充分发挥腹板屈曲后的材料利用。

(8)对于考虑腹板曲屈后强度设计的梁,在腹板高厚比一定的情况下,设置横向加劲肋和减小横向加劲肋的间距,均可提高腹板的曲屈后抗剪承载能力。横向加劲肋对提高腹板的屈服后抗弯承载力没作用。

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