6.4 焊接截面梁腹板考虑屈曲后强度的计算

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6.4.1 腹板仅配置支承加劲肋且较大荷载处尚有中间横向加劲肋，同时考虑屈曲后强度的工字形焊接截面梁[图6.3.2(a)]，应按下列公式验算受弯和受剪承载能力：[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200717/10-200GF94910450.png[/img][/align]
          梁受弯承载力设计值Meu应按下列公式计算：
[align=right]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200717/10-200GF95000M8.png[/img][/align]
          梁受剪承载力设计值Vu应按下列公式计算：
[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200717/10-200GF95035203.png[/img][/align]
  式中：M、V——所计算同一截面上梁的弯矩设计值(N·mm)和剪力设计值(N)；计算时，当V＜0.5Vu，取V＝0.5Vu；当M＜Mf，取M＝Mf；
      Mf——梁两翼缘所能承担的弯矩设计值(N·mm)；
      Af1、hm1——较大翼缘的截面积(mm2)及其形心至梁中和轴的距离(mm)；
      Af2、hm2——较小翼缘的截面积(mm2)及其形心至梁中和轴的距离(mm)；
      αe——梁截面模量考虑腹板有效高度的折减系数；
      Wx——按受拉或受压最大纤维确定的梁毛截面模量(mm3)；
      Ix——按梁截面全部有效算得的绕x轴的惯性矩(mm4)；
      hc——按梁截面全部有效算得的腹板受压区高度(mm)；
      γx——梁截面塑性发展系数；
      ρ——腹板受压区有效高度系数；
      λn,b——用于腹板受弯计算时的正则化宽厚比，按本标准式(6.3.3-6)、式(6.3.3-7)计算；
     λn,s——用于腹板受剪计算时的正则化宽厚比，按本标准式(6.3.3-11)、式(6.3.3-12)计算，当焊接截面梁仅配置支座加劲肋时，取本标准式(6.3.3-12)中的h0／a＝0。
6.4.2 加劲肋的设计应符合下列规定：
1 当仅配置支座加劲肋不能满足本标准式(6.4.1-1)的要求时，应在两侧成对配置中间横向加劲肋。中间横向加劲肋和上端受有集中压力的中间支承加劲肋，其截面尺寸除应满足本标准式(6.3.6-1)和式(6.3.6-2)的要求外，尚应按轴心受压构件计算其在腹板平面外的稳定性，轴心压力应按下式计算：[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200630/1455525201-1.jpg[/img][/align]
式中：Vu——按本标准式(6.4.1-8)～式(6.4.1-10)计算(N)；
     hw——腹板高度(mm)；
     τcr——按本标准式(6.3.3-8)～式(6.3.3-10)计算(N／mm2)；
      F——作用于中间支承加劲肋上端的集中压力(N)。
2 当腹板在支座旁的区格λn,s＞0.8时，支座加劲肋除承受梁的支座反力外，尚应承受拉力场的水平分力H，应按压弯构件计算其强度和在腹板平面外的稳定，支座加劲肋截面和计算长度应符合本标准第6.3.6条的规定，H的作用点在距腹板计算高度上边缘h0／4处，其值应按下式计算：[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200630/145552F32-2.jpg[/img][/align]
  式中：a——对设中间横向加劲肋的梁，取支座端区格的加劲肋间距；对不设中间加劲肋的腹板，取梁支座至跨内剪力为零点的距离(mm)。
3 当支座加劲肋采用图6.4.2的构造形式时，可按下述简化方法进行计算：加劲肋1作为承受支座反力R的轴心压杆计算，封头肋板2的截面积不应小于按下式计算的数值：[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200630/1455522361-3.jpg[/img][/align]
4 考虑腹板屈曲后强度的梁，腹板高厚比不应大于250，可按构造需要设置中间横向加劲肋。a＞2.5h0和不设中间横向加劲肋的腹板，当满足本标准式(6.3.3-1)时，可取水平分力H＝0。
[size=11pt][align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200630/14555240b-4.jpg[/img][/size][/align]
[align=center][size=11pt]        图6.4.2 设置封头肋板的梁端构造[/size][/align]
[align=center][size=11pt]        1-加劲肋；2-封头肋板[/size][/align]
[align=center][size=11pt]        [b]条文说明[/b][/size][/align]
          本节条款暂不适用于吊车梁，原因是多次反复屈曲可能导致腹板边缘出现疲劳裂纹。有关资料还不充分。
         利用腹板屈曲后强度，一般不再考虑纵向加劲肋。对Q235钢，受压翼缘扭转受到约束的梁，当腹板高厚比达到200时(或受压翼缘扭转不受约束的梁，当腹板高厚比达到175时)，受弯承载力与按全截面有效的梁相比，仅下降5％以内。
        6.4.1 工字形截面梁考虑腹板屈曲后强度，包括单纯受弯、单纯受剪和弯剪共同作用三种情况。就腹板强度而言，当边缘正应力达到屈服点时，还可承受剪力0.6Vu。弯剪联合作用下的屈曲后强度与此有些类似，剪力不超过0.5Vu时，腹板受弯屈曲后强度不下降。相关公式和欧洲钢结构设计规范EC3：Design of steel structures相同。
         梁腹板受弯屈曲后强度的计算是利用有效截面的概念。腹板受压区有效高度系数ρ和局部稳定计算一样以正则化宽厚比作为参数。ρ值也分为三个区段，分界点和局部稳定计算相同。梁截面模量的折减系数αe的计算公式是按截面塑性发展系数γx＝1得出的偏安全的近似公式，也可用于γx＝1.05的情况。如图5所示，忽略腹板受压屈曲后梁中和轴的变动，并把受压区的有效高度ρ、hc等分在两边，同时在受拉区也和受压区一样扣去(1—ρ)hctw，在计算腹板有效截面的惯性矩时不计扣除截面绕自身形心轴的惯性矩。算得梁的有效截面惯性矩为：
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        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200630/145552KJ-6.jpg[/img][/align]
          此式虽由双轴对称工字形截面得出，也可用于单轴对称工字形截面。
[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200630/1455522962-7.jpg[/img][/align]
[align=center]        图5 梁截面模量折减系数简化计算简图[/align]
  梁腹板受剪屈曲后强度计算是利用拉力场概念。腹板的极限剪力大于屈曲剪力。精确确定拉力场剪力值需要算出拉力场宽度，比较复杂。为简化计算，条文采用相当于下限的近似公式。极限剪力计算也以相应的正则化宽厚比λn,s为参数。计算λn,s时保留了原来采用的嵌固系数1.23。拉力场剪力值参考了欧盟规范的“简单屈曲后方法”。但是，由于拉力带还有弯曲应力，因此把欧盟规范的拉力场乘以0.8。欧盟规范不计嵌固系数，极限剪应力并不比我们采用的高。
6.4.2 当利用腹板受剪屈曲后强度时，拉力场对横向加劲肋的作用可以分成竖向和水平两个分力。对中间加劲肋来说，可以认为两相邻区格的水平力由翼缘承受。因此这类加劲肋只按轴心压力计算其在腹板平面外的稳定。
对于支座加劲肋，当和它相邻的区格利用屈曲后强度时，则必须考虑拉力场水平分力的影响，按压弯构件计算其在腹板平面外的稳定。本条除给出支座反力的计算公式和作用部位外，还给出多加一块封头板时的近似计算公式。