ganggouren
本文系中冶华天市政设计研究院（id:zyhtszsjyjy)授权转载
文/编辑 by 华天市政策划 byOnlyone
本期作者：姜德进
教授级高级工程师，享受国务院政府特殊津贴专家。1970年毕业于清华大学土木系，1983年西安建筑科技大学结构工程研究生毕业，获工学硕士学位。曾任职于马鞍山钢铁设计研究院、中冶华天工程技术有限公司。参与和主持了多项公共建筑和钢铁企业的厂房及特种构筑物的设计与研究工作。1991年、1997年被聘为全国贮藏构筑物标准技术委员会委员。1994年研制的布帘式密封贮气柜壳体获国家专利。先后在国内外刊物及会议上发表论文10余篇，并有多篇论文获奖。
本次文章给大家介绍的是一位老钢结构专家给员工的讲座内容。由于内容多，篇幅较长，计划分批给各位介绍。
四基本构件计算 4.受弯构件
4.1.受弯构件的强度计算
强度计算比较简单，但有一个术语要解释一下。
(4.1.1)式中为截面塑性发展系数，
净截面模量。根据材料力学，M/W为截面外边缘的应力，如果没有截面塑性发展系数，则式(4.1.1)表示受弯构件的截面外边缘的应力应小于材料的屈服应力。然而实际上当受弯构件的截面外边缘的应力达到屈服应力时，并不表明此构件已经达到了承载能力的极限状态，还可以继续加载，它的承载能力的极限状态是全截面屈服，形成塑性铰，但此时构件的变形已达到无法使用的地步，显然，有限制的让截面扩大一些塑性范围是合理的，经济的做法。用比1大的截面塑性发展系数去除实际应力可以实现这一目的。截面塑性发展系数的具体数据和限制条件在规范中已明确的给出。计算类似吊车梁的构件，要考虑局部压应力，新规范给出的局部压应力的扩散范围要比88规范要大一些。
4.2受弯构件的整体稳定计算
在前言中已指出受弯构件发生侧向转动失稳的原因是受压的翼缘在没有侧向支撑的情况下,会象柱子一样发生向刚度较小的方向侧向弯曲，而受拉翼缘又要保持原状态，因此就会发生伴随着转动的侧向失稳，即弯扭屈曲。如图3所示。为了避免这种情况发生，最有效的办法是在梁的侧面设置支撑，平台板，走道板，制动板，次梁都可以，只要能阻止受压的翼缘侧向位移即可。还有一种办法就是增加上翼缘的侧向刚度，也就是增加上翼缘的宽度。规范的表4.2.1给出了H型钢和等截面工字形简支梁不需要计算整体稳定的最大的梁跨度与梁宽的比值，运用此式时要注意梁的宽度不能无限制，应该满足b<30t的条件。
如果满足不了上述的条件，则应该计算梁的整体稳定，规范给出了：
4.2.2) WX梁的毛截面模量，梁的整体稳定系数，在规范的附录B中，有很大的篇幅给出了
4.1) 式中弹性模量和剪切模量，
梁截面的扇性惯性矩和扭转惯性矩。从公式中可以看出，临界弯矩不仅和侧向刚度有关，也与约束扭转刚度及自由扭转刚度GJ有关，反映出弯扭屈曲的特点。附录B中的公式就是根据式(4.1),结合不同的截面特性，不同的荷载形式，进行不同的简化而得到不同的计算公式。附录B中的公式已经没有
这样计算复杂的常数，因此总体来说，计算还是简单的。当计算出的
(B.1-2)
这不是理论公式，只是数值计算所得曲线的拟合方程。比老规范更准确一点。用附录B.5中近似公式计算时，如算得的>0.6时，不必修正。
(注：文中公式的编号为便于查对，采用与规范GB50017同样的编号，以下不再说明)
4.3受弯构件的局部稳定
有关局部稳定是本次新规范修订最多的地方,基本上等于从新编写，它反映了这几年钢结构研究的成果，其计算公式和表达方式也与国际上通用的表达方式趋与一致。老规范假定腹板为理想平直和无限弹性，计算方法是根据内力直接求出加劲肋的间距;而新规范考虑了腹板中初始缺陷的影响和非弹性工作时的修正，而且计算方法是试定出加劲肋的间距，然后求出单项临界应力，再用相关公式来判断配置的加劲肋是否满足局部稳定的要求。这一点有很大的差别。
在设计梁时，主要是考虑它承受弯矩，对于工字形截面，一般靠加大梁高和增加翼缘厚度来提高其抵抗弯矩的能力。腹板通常做得高而薄，这样才经济合理。但腹板高而薄，就可能产生屈曲。然而板的屈曲与柱不一样，柱一旦屈曲，就意味承载力已经达到极限状态，板在屈曲后，只要边部有约束，则荷载还可以继续增加，而且可以增加很多，这就是所谓板的屈曲后强度。本次规范新增加的4.4节就是考虑了利用板的屈曲后强度，给出了强度计算公式，但为了慎重起见，考虑利用板的屈曲后强度仅用于非直接承受动力荷载的组合梁。考虑利用板的屈曲后强度的梁一般不考虑纵向加劲肋，而且通常也不设置横向加劲肋，而是仅在支座处设置加劲肋。
对于不考虑利用板的屈曲后强度的组合梁及吊车梁，通过设置加劲肋的方法来解决腹板的局部稳定问题。规范第4.3.2条对加劲肋做了明确的规定。
对于，有局部压应力的梁，应按构造配置加劲肋;但无局部压应力的，可不配置加劲肋。也就是说，如果不是吊车梁的话，在满足这一条件时可以不设置加劲肋。从另一个角度也可以认为当
，应配置横向加劲肋，这里再一次提醒，这一要求是针对承受动力荷载的梁而言，并非所有
梁都要配置横向加劲肋。对于受压翼缘扭转受到约束的或受压翼缘扭转没有约束)时，应在弯曲应力较大区格的受压区增配纵向加劲肋。 在任何情况下
仅配置横向加劲肋的腹板的某一个区格的局部稳定的相关公式为：
式中分别为区格内的平均弯曲压应力和平均剪应力,腹板边缘的局部压应力。这些用材料力学的方法可以求出来。则分别为弯曲临界应力，剪切临界应力，局部压应力的临界应力。这些临界应力是根据梁的截面及横向加劲肋配置的形式(加劲肋的具体要求要满足规范4.3.6条)分别逐步求出。如图4所示：
首先求梁腹板受弯计算时的通用高厚比如果上翼缘扭转受到约束，则有：
如果上翼缘扭转未受到约束，则有：
,hc是腹板弯曲受压区高度，对于双轴对称截面2hc=h0
:当
上面三个式子中的范围分别表示腹板在塑性，弹塑性，弹性状态的屈曲。注意两点，一是单项弯曲临界应力只与有关，与加劲肋配置无关，二是在塑性，弹塑性范围内弯曲临界应力以设计度为上限。
规范的4.4节组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算中第4.4.2条写道：当仅配置支承加劲肋不能满足公式(4.4.1-1)的要求时，应在两侧成对配置中间横向加劲肋。其实际的意思就是通过配置中间横向加劲肋提高梁的抗剪承载力设计值。
至于求局部压应力的临界应力以及有纵向加劲肋和短的横向加劲肋的情况，其方法是一样的。在这里限于时间就不再叙述了。
