受弯构件设计.ppt
合集下载
钢结构5-受弯构件
根据分析结果，调整构件尺寸和连接方式。
施工图绘制
完成图纸绘制，准备施工。
优化方法与实例
尺寸优化
调整梁、柱等构件的截面尺寸，以实 现最优承载能力。
形状优化
改变构件的形状，如采用H形、箱形 等，提高稳定性。
优化方法与实例
• 拓扑优化：确定结构中最佳的材料分布，以满足性能要求。
优化方法与实例
大跨度桥梁
05
受弯构件的设计与优化
设计原则与流程
确保结构安全
满足承载力、稳定性和疲劳强度要求。
经济性
优化材料用量，降低成本。
设计原则与流程
• 可持续性：考虑环境影响，选择环保材料和工艺。
设计原则与流程
需求分析
明确结构用途、载荷和约束条件。
初步设计
确定梁、柱等主要构件的尺寸和布局。
设计原则与流程
详细设计
未来发展方向与挑战
高性能材料研发
满足更高强度、韧性和耐久性要求。
跨学科合作
加强结构工程、材料科学、计算机科学等多学科交叉融合。
THANKS
感谢观看
有限元法
利用计算机模拟技术，对钢结构进 行详细的数值分析，可以更准确地 预测其稳定性。
提高稳定性的措施
1 2
加强支撑
增加侧向支撑和加强筋，提高钢梁的侧向刚度和 稳定性。
选择合适的截面形状和尺寸
根据受力要求和稳定性要求，选择合适的截面形 状和尺寸。
3
预应力处理
通过施加预应力来提高钢结构的稳定性，防止失 稳的发生。
钢结构5-受弯构件
目录
• 受弯构件概述 • 受弯构件的受力分析 • 受弯构件的承载能力 • 受弯构件的稳定性分析 • 受弯构件的设计与优化
施工图绘制
完成图纸绘制，准备施工。
优化方法与实例
尺寸优化
调整梁、柱等构件的截面尺寸，以实 现最优承载能力。
形状优化
改变构件的形状，如采用H形、箱形 等，提高稳定性。
优化方法与实例
• 拓扑优化：确定结构中最佳的材料分布，以满足性能要求。
优化方法与实例
大跨度桥梁
05
受弯构件的设计与优化
设计原则与流程
确保结构安全
满足承载力、稳定性和疲劳强度要求。
经济性
优化材料用量，降低成本。
设计原则与流程
• 可持续性：考虑环境影响，选择环保材料和工艺。
设计原则与流程
需求分析
明确结构用途、载荷和约束条件。
初步设计
确定梁、柱等主要构件的尺寸和布局。
设计原则与流程
详细设计
未来发展方向与挑战
高性能材料研发
满足更高强度、韧性和耐久性要求。
跨学科合作
加强结构工程、材料科学、计算机科学等多学科交叉融合。
THANKS
感谢观看
有限元法
利用计算机模拟技术，对钢结构进 行详细的数值分析，可以更准确地 预测其稳定性。
提高稳定性的措施
1 2
加强支撑
增加侧向支撑和加强筋，提高钢梁的侧向刚度和 稳定性。
选择合适的截面形状和尺寸
根据受力要求和稳定性要求，选择合适的截面形 状和尺寸。
3
预应力处理
通过施加预应力来提高钢结构的稳定性，防止失 稳的发生。
钢结构5-受弯构件
目录
• 受弯构件概述 • 受弯构件的受力分析 • 受弯构件的承载能力 • 受弯构件的稳定性分析 • 受弯构件的设计与优化
第四章受弯构件的弯扭失稳 钢结构课件(共24张PPT)
此法的重要缺点是很难具体分析剩余应 力对压弯构件承载力的影响。
第十二页，共24页。
数值积分法：
把杆件沿轴线方向分成足够多的小段，并以每段的 中点曲率代表该段的曲率。在确定每小段的截面应 力时将剩余应力的影响计入在内。对于杆件分的段 数愈多，计算精度愈高，同时计算量也愈大。
此法比没有考虑剩余应力的近似(jìn sì)法精确，并 且还具有可以考虑初始弯曲和能够用于不同荷载条 件与不同支承条件的优点，但推导的计算公式太繁 琐，不适合实际应用。
些因素后，式4-90将更复杂，而不满足 (mǎnzú)实际设计需要。
第十六页，共24页。
实用(shíyòng)计算公式：
1. 将压弯构件分解成两种受力情况：纯弯曲和轴压
2. 采用(cǎiyòng)相关公式：
3. 4.
引入等效弯矩系数N和截 面M影响1 系数 式4-96为实用计算N公Ey式 Mcr
第十七页，共24页。
第十四页，共24页。
压弯构件在弯矩作用(zuòyòng) 平面外的稳定计算
1. 失稳现象：弯扭屈曲 2. 临界力的推导：将压弯构件分解成两种受力情
况：纯弯曲(wānqū)和轴压 3. 纯弯曲(wānqū)构件发生弯扭失稳时的平衡微分
方程：式4-44、45 4. 此时将轴力对侧向弯曲(wānqū)和扭转的影响加
第三页，共24页。
整体(zhěngtǐ)稳定系数的近似 计算
常用截面形式： 计算公式使用的前提条件： 由于采用近似计算公式，其中已考虑非
弹性屈曲的问题，所以不用修正。 此向内容(nèiróng)常用于压弯构件的稳
定计算。
第四页，共24页。
梁的整体(zhěngtǐ)稳定计算方 法
单向受弯构件：式4-58 双向受弯构件：式4-68 满足一定(yīdìng)条件可不进行梁的整体
第十二页，共24页。
数值积分法：
把杆件沿轴线方向分成足够多的小段，并以每段的 中点曲率代表该段的曲率。在确定每小段的截面应 力时将剩余应力的影响计入在内。对于杆件分的段 数愈多，计算精度愈高，同时计算量也愈大。
此法比没有考虑剩余应力的近似(jìn sì)法精确，并 且还具有可以考虑初始弯曲和能够用于不同荷载条 件与不同支承条件的优点，但推导的计算公式太繁 琐，不适合实际应用。
些因素后，式4-90将更复杂，而不满足 (mǎnzú)实际设计需要。
第十六页，共24页。
实用(shíyòng)计算公式：
1. 将压弯构件分解成两种受力情况：纯弯曲和轴压
2. 采用(cǎiyòng)相关公式：
3. 4.
引入等效弯矩系数N和截 面M影响1 系数 式4-96为实用计算N公Ey式 Mcr
第十七页，共24页。
第十四页，共24页。
压弯构件在弯矩作用(zuòyòng) 平面外的稳定计算
1. 失稳现象：弯扭屈曲 2. 临界力的推导：将压弯构件分解成两种受力情
况：纯弯曲(wānqū)和轴压 3. 纯弯曲(wānqū)构件发生弯扭失稳时的平衡微分
方程：式4-44、45 4. 此时将轴力对侧向弯曲(wānqū)和扭转的影响加
第三页，共24页。
整体(zhěngtǐ)稳定系数的近似 计算
常用截面形式： 计算公式使用的前提条件： 由于采用近似计算公式，其中已考虑非
弹性屈曲的问题，所以不用修正。 此向内容(nèiróng)常用于压弯构件的稳
定计算。
第四页，共24页。
梁的整体(zhěngtǐ)稳定计算方 法
单向受弯构件：式4-58 双向受弯构件：式4-68 满足一定(yīdìng)条件可不进行梁的整体
受弯构件计算原理_图文_图文
§4-2 强度和刚度
开口薄壁截面如有对称轴，则剪切中心必位于对称轴上； 双轴对称截面的剪切中心必与该截面的形心重合(见图 (a)； 单轴对称工字形截面的剪切中心不与其形心重合，但必 位于对称轴上接近于较大翼缘一侧，具体位置需经计算确定( 见图(b))；
§4-2 强度和刚度
十字形截面、角形截面和T形截面，由于组成其截面的狭 长短形截面中心线的交点只有一点，该交点就是它们的剪切 中心(见图(c)~图(e))；
受弯构件计算原理_图文_图文.ppt
§5-1 概述
承受横向荷载和弯矩的构件叫受弯构件或梁 1. 按荷载作用： 在一个主平面内受弯，称为单向受弯构件 在两个主平面内同时受弯，称为双向受弯构件 2. 按功能分：楼盖梁、平台梁、檩条、吊车梁等 3. 按制作方法：型钢梁（薄壁型钢）、组合梁、蜂窝梁 4. 按支承条件：实腹式、桁架
式中：
γ——塑性发展系数，查表获 得。
按截面形成塑性铰进行设计 ，省钢材，但变形比较大，会影 响正常使用。
规定可通过限制塑性发展区 有限制的利用塑性，一般限制a在 h/8~h/4之间。
§4-2 强度和刚度
截面塑性发展系数γx 、γy值
§4-2 强度和刚度
截面塑性发展系数γx 、γy值
§4-2 强度和刚度
§4-2 强度和刚度
——荷载放大系数；对重级工作制吊车梁，
它梁
；在所有梁支座处
；
；其
——集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度， 按下式计算：
跨中集中荷载：
梁端支反力处：
——支承长度，对钢轨上的轮压取50mm； ——自梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离； ——轨道的高度，对梁顶无轨道的梁 =0; b:支座边缘到支承边缘的距离
开口薄壁截面如有对称轴，则剪切中心必位于对称轴上； 双轴对称截面的剪切中心必与该截面的形心重合(见图 (a)； 单轴对称工字形截面的剪切中心不与其形心重合，但必 位于对称轴上接近于较大翼缘一侧，具体位置需经计算确定( 见图(b))；
§4-2 强度和刚度
十字形截面、角形截面和T形截面，由于组成其截面的狭 长短形截面中心线的交点只有一点，该交点就是它们的剪切 中心(见图(c)~图(e))；
受弯构件计算原理_图文_图文.ppt
§5-1 概述
承受横向荷载和弯矩的构件叫受弯构件或梁 1. 按荷载作用： 在一个主平面内受弯，称为单向受弯构件 在两个主平面内同时受弯，称为双向受弯构件 2. 按功能分：楼盖梁、平台梁、檩条、吊车梁等 3. 按制作方法：型钢梁（薄壁型钢）、组合梁、蜂窝梁 4. 按支承条件：实腹式、桁架
式中：
γ——塑性发展系数，查表获 得。
按截面形成塑性铰进行设计 ，省钢材，但变形比较大，会影 响正常使用。
规定可通过限制塑性发展区 有限制的利用塑性，一般限制a在 h/8~h/4之间。
§4-2 强度和刚度
截面塑性发展系数γx 、γy值
§4-2 强度和刚度
截面塑性发展系数γx 、γy值
§4-2 强度和刚度
§4-2 强度和刚度
——荷载放大系数；对重级工作制吊车梁，
它梁
；在所有梁支座处
；
；其
——集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度， 按下式计算：
跨中集中荷载：
梁端支反力处：
——支承长度，对钢轨上的轮压取50mm； ——自梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离； ——轨道的高度，对梁顶无轨道的梁 =0; b:支座边缘到支承边缘的距离
钢筋混凝土受弯构件PPT课件
80%
应力分布
通过分析截面上的应力分布，了 解正应力和剪应力的变化规律， 有助于优化配筋设计。
承载能力
极限承载力
承载能力是指受弯构件在一定 条件下所能承受的最大弯矩， 极限承载力是衡量构件承载能 力的标准。
承载力计算
根据材料力学和结构力学的基 本原理，通过计算截面的几何 特性和混凝土、钢筋的强度指 标，评估承载能力。
承载力影响因素
影响承载能力的因素包括截面 尺寸、混凝土强度、配筋率等 ，需综合考虑以提高构件的承 载能力。
变形性能
挠度与曲率
受弯构件在承受弯矩作用时会产 生挠度，曲率则描述了梁弯曲的 程度，两者是衡量构件变形的重
要指标。
变形计算
通过计算挠度和曲率，了解构件在 受力过程中的变形规律，有助于评 估结构的正常使用性能。
THANK YOU
感谢聆听
力筋等。
工业厂房中的受弯构件
工业厂房的特点
01
工业厂房通常需要承受较大的工业设备重量和生产过程中的动
荷载。
受弯构件的形式
02
在工业厂房中，受弯构件通常采用大型的箱形梁或工字梁等截
面形式，以提高构件的承载能力和稳定性。
配筋与构造措施
03
工业厂房的受弯构件需要配置适量的纵向和横向钢筋，并采取
相应的构造措施，如加劲肋和预应力筋等。
桥梁的跨度与结构形式
大型桥梁的跨度较大，通常采用连续梁或拱桥结构，需要承受较 大的弯矩和剪力。
受弯构件的形式
在桥梁中，受弯构件通常采用箱形梁或工字梁等截面形式，以提高 构件的承载能力和稳定性。
配筋与构造措施
为了满足桥梁的承载要求，受弯构件需要配置适量的纵向和横向钢 筋，并采取相应的构造措施，如加劲肋和预应力筋等。
第五章梁(受弯构件)
选定高度：hmin≤h≤hmax；h≈he，并认为h0≈he
3、确定腹板厚度（假定剪力全部由腹板承受），则有：
max
VS I xtw
1.2 V h0tw
fV
或按经验公式： tw h0 3.5
tw
1.2
V h0 fV
3、确定翼缘宽度 确定了腹板厚度后，可按抗弯要求确定翼缘板面积Af，已
工字型截面为例：
V1
ctw
T
lztw
tw
T
lz
( T1 2 0.7hf
)2
(
f
V1 2 0.7hf
)2
f
w f
1
hf
1.4
f
w f
T12
( V1
f
)2
第六章 拉弯与压弯构建
第一节 概述 第二节 拉弯与压弯构件的强度与刚度 第三节 实腹式压弯构件的整体稳定 第四节 实腹式压弯构件的局部稳定 第五节 实腹式压弯构件的截面设计 第六节 格构式压弯构件
根据验算结果调整截面，再进行验算，直至满足。
二、组合梁的截面设计
1、根据受力情况确定所需的截面抵抗矩
WT
M max
x f
2、截面高度的确定
最小高度：hmin由梁刚度确定；
最大高度：hmax由建筑设计要求确定；
经济高度：he由最小耗钢量确定；
he 25 WT2 2WT0.4
he 23 W T 30mm
W
2I h
2
twh03
h 12
2
Af
h0 2
t
2
WT
Af
WT h0
h0tw 6
有了Af ，只要选定b、t中的其一，就可以确定另一值。 4、截面验算
钢结构基本原理课件第六章受弯构件
连接方便，同时蜂窝孔便于管线设施穿过，还能起到调整空间 韵律变化的作用，在国内外都得到了比较广泛的研究和应用。
腹板错位焊接 按锯齿形切开
(a)
蜂窝梁（a）切割线； （b）蜂窝梁
(b)
6.1.3 空腹式受弯构件
另一类型的空腹式受弯构件，工程上称之为桁架，与梁相 比，其特点是以弦杆代替翼缘、以腹杆代替腹板，而在各 节点将腹杆与弦杆连接。这样，桁架整体受弯时，弯矩表 现为上、下弦杆的轴心压力和拉力，剪力则表现为各腹杆
的轴心压力或拉力。
(a)
梁式桁架形式
(d)
(b)
(e)
6.1.3 空腹式受弯构件
(a)
(d)
(b)
梁式桁架形式
(e)
(c)
(f)
钢桁架可以根据不同使用要求制成所需的外形，对跨度和 高度较大的构件，其钢材用量比实腹梁有所减少，而刚度
却有所增加。只是桁架的杆件和节点较多，构造较复杂，
制造较为费工。
6.2 受弯构件的设计
本节目录
6.2.1 概述 6.2.2 梁的强度 6.2.3 梁的刚度 6.2.4 梁的整体稳定性 6.2.5 梁的局部稳定性 6.2.6 型钢梁的截面设计
6.2.1 概述
梁设计中应满足的两种极限状态
内容 极限状态 需要满足 需要满足 抗弯强度 强度承载力 抗剪强度 局部承压强度 复杂应力状态下强度 稳定承载力 正常使用极限状态 梁的变形极限状态 整体稳定
3m 3 m
3m 3m
3m 3 m
3m 3m
q
6m
解：①荷载及内力计算
梁上的荷载标准值为： qk 3 4.5 7.5kN / m 2 荷载设计值为： qd 1.2 3 1.3 4.5 9.45kN / m 2
腹板错位焊接 按锯齿形切开
(a)
蜂窝梁（a）切割线； （b）蜂窝梁
(b)
6.1.3 空腹式受弯构件
另一类型的空腹式受弯构件，工程上称之为桁架，与梁相 比，其特点是以弦杆代替翼缘、以腹杆代替腹板，而在各 节点将腹杆与弦杆连接。这样，桁架整体受弯时，弯矩表 现为上、下弦杆的轴心压力和拉力，剪力则表现为各腹杆
的轴心压力或拉力。
(a)
梁式桁架形式
(d)
(b)
(e)
6.1.3 空腹式受弯构件
(a)
(d)
(b)
梁式桁架形式
(e)
(c)
(f)
钢桁架可以根据不同使用要求制成所需的外形，对跨度和 高度较大的构件，其钢材用量比实腹梁有所减少，而刚度
却有所增加。只是桁架的杆件和节点较多，构造较复杂，
制造较为费工。
6.2 受弯构件的设计
本节目录
6.2.1 概述 6.2.2 梁的强度 6.2.3 梁的刚度 6.2.4 梁的整体稳定性 6.2.5 梁的局部稳定性 6.2.6 型钢梁的截面设计
6.2.1 概述
梁设计中应满足的两种极限状态
内容 极限状态 需要满足 需要满足 抗弯强度 强度承载力 抗剪强度 局部承压强度 复杂应力状态下强度 稳定承载力 正常使用极限状态 梁的变形极限状态 整体稳定
3m 3 m
3m 3m
3m 3 m
3m 3m
q
6m
解：①荷载及内力计算
梁上的荷载标准值为： qk 3 4.5 7.5kN / m 2 荷载设计值为： qd 1.2 3 1.3 4.5 9.45kN / m 2
第四章第二节钢筋混凝土受弯构件
（3）解二次联立方程式，求 As （4）验算适用条件：1） b ，若 b ，说明是超筋梁，改用双筋 梁或增大截面尺寸或提高混凝土强度等级重新计算 h （5）以实际采用钢筋面积验算条件（2）即 min ，如不满足，则纵 h0 向受拉钢筋应按 A bh 配置。 s min
前期为直线，后期 为有上升段的直线， 应力峰值不在受拉区 边缘 直线
受压区高度减小， 混凝土 压应力图形为上升段的曲 线， 应力峰值在受压区边缘
凝土压应力图形为较丰满的曲 线，后期为有上升段和下降段 的曲线，应力峰值不在受压区 边缘而在边缘的内侧
受 拉 区
大部分退出工作
绝大部分退出工作
纵向受拉钢筋应力 在设计计算中的作 用
简支板可取h = (1/25 ~ 1/35)L0
纵向钢筋
梁常用HRB400级、HRB335级钢筋，板常用HPB235级、HRB335 级和HRB400级钢筋；
as 的确定
d as c 2
梁受拉钢筋为一排时 梁受拉钢筋为两排时 平板
as 35mm
as 60mm as 20mm
单筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算
一、受弯构件的正截面受力特性
第二节 钢筋混凝土受弯构件
正截面受弯的三种破坏形态
(1)少筋破坏形态( min
h h0
)
构件一裂就坏，无征兆，为“脆性 破坏”。（混凝土的抗压强度未得到发挥）
(2)适筋破坏形态( min h b) 0
受拉钢筋先屈服，受压区混凝土后 压坏，破坏前有明显预兆——裂缝、变 形急剧发展，为“延性破坏”。（钢筋
的抗拉强度和混凝土的抗压强度都得到发挥）
h
(3)超筋破坏形态（ b ）
受弯构件 钢结构设计原理 教学课件教材课程
b、充分保证受弯构件不发生整体失稳。 c、为保证受压翼缘不发生局部失稳，
本章学习要求和指导
受弯构件同轴心受拉、受压构件一样，是钢结构常用的 构件形式，主要承受横向荷载，也称梁。但受弯构件不同于 轴心受力构件，它承受弯矩、剪力和局部范围内的集中荷载， 故其强度计算比较复杂，同时当梁受压翼缘侧向支撑点间的 距离较大时，还须考虑受弯构件整体稳定，对组合板件则应 计算局部稳定，同时根据规定配置不同加劲肋，以及在集中 荷载处设置支撑加劲肋等，除此之外还须验算正常使用极限 状态下刚度，使其挠度不超过规定值。所以受弯构件的计算 内容比较多，其受力性能和计算方法比较复杂。
受弯构件类型与截面形式
按截面沿长度变化分：等截面和变截面。
受弯构件类型与截面形式
楼（屋）面梁（主梁、次梁） 按使用功能分 工作平台梁
吊车梁 檩条或墙梁
受弯构件类型与截面形式
二、截面形式
在选择截面时，应遵循以下原则： 1、满足抗弯 2、防止侧扭 3、宽肢壁薄 4、制造省工 5、连接方便
受弯构件主要破坏形式
公式: Me Wenfy
W en — 净截面弹性抵抗矩（净截面弹性模量） f y — 屈服应力
（2）弹塑性阶段 —有限塑性准则
特点： 截面外缘部分进入塑性状态，中央部分仍保持弹性。
受弯构件抗弯强度
（3）塑性阶段 —完全塑性准则
特点： 截面全部进入塑性状态，形成塑性铰； 梁的刚度降低，变形大。
公式:
受弯构件类型与截面形式
2、受弯构件分类 按制作方法分
型钢截面 实腹式
组合截面
空腹式（蜂窝梁）
热轧 冷弯薄壁 焊接或铆接 钢与混凝土
热轧型钢截面 组合截面
空腹式截面
冷弯薄壁型钢截面
本章学习要求和指导
受弯构件同轴心受拉、受压构件一样，是钢结构常用的 构件形式，主要承受横向荷载，也称梁。但受弯构件不同于 轴心受力构件，它承受弯矩、剪力和局部范围内的集中荷载， 故其强度计算比较复杂，同时当梁受压翼缘侧向支撑点间的 距离较大时，还须考虑受弯构件整体稳定，对组合板件则应 计算局部稳定，同时根据规定配置不同加劲肋，以及在集中 荷载处设置支撑加劲肋等，除此之外还须验算正常使用极限 状态下刚度，使其挠度不超过规定值。所以受弯构件的计算 内容比较多，其受力性能和计算方法比较复杂。
受弯构件类型与截面形式
按截面沿长度变化分：等截面和变截面。
受弯构件类型与截面形式
楼（屋）面梁（主梁、次梁） 按使用功能分 工作平台梁
吊车梁 檩条或墙梁
受弯构件类型与截面形式
二、截面形式
在选择截面时，应遵循以下原则： 1、满足抗弯 2、防止侧扭 3、宽肢壁薄 4、制造省工 5、连接方便
受弯构件主要破坏形式
公式: Me Wenfy
W en — 净截面弹性抵抗矩（净截面弹性模量） f y — 屈服应力
（2）弹塑性阶段 —有限塑性准则
特点： 截面外缘部分进入塑性状态，中央部分仍保持弹性。
受弯构件抗弯强度
（3）塑性阶段 —完全塑性准则
特点： 截面全部进入塑性状态，形成塑性铰； 梁的刚度降低，变形大。
公式:
受弯构件类型与截面形式
2、受弯构件分类 按制作方法分
型钢截面 实腹式
组合截面
空腹式（蜂窝梁）
热轧 冷弯薄壁 焊接或铆接 钢与混凝土
热轧型钢截面 组合截面
空腹式截面
冷弯薄壁型钢截面