2010年一級注冊建筑師鋼結構輔導精選(26)


( 2 )整體穩定
1 )基本概念
鋼梁最常用的截面是工字形(含 H 形),工字形截面的一個顯著特點是兩個主軸慣性矩相差極大,即 Ix ≥Iy (設 x 軸為其強軸如圖 6-33 示, y 軸為其弱軸)。因此,當跨度中間無側向支承的梁在其最大剛度平面內受荷載作用時,當荷載還不大,梁基本上在其最大剛度平面內彎曲,但當荷載大到一定數值后,梁將同時產生較大的側向彎曲和扭轉變形,最后很快地使梁喪失繼續承載的能力。出現這種現象時,就稱為梁喪失了整體穩定性,或稱發生側扭屈曲。對于跨中無側向支承的中等或較大跨度的梁,其喪失整體穩定性時的承載能力往往低于按其抗彎強度確定的承載能力。因此,這些梁的截面大小也就往往由整體穩定性所控制。但是,符合下列情況之一時,可不計算梁的整體穩定性:
( a )有鋪板(鋼筋混凝土板和鋼板)密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固相連,能阻止梁受壓翼緣的側向位移。
( b ) H 型鋼或工字形等截面簡支梁受壓翼緣的自由長度 l1 與其寬度 b ,之比不超過表 6 -6 所規定的數值。L1是梁受壓翼緣側向支承點間的距離(梁的支座處視為有側向支承) , 當無中間側向支承點時,l1為梁的跨度。 b1是梁受壓翼緣的寬度。
(c)箱形截面(見圖 6-36 )簡支梁,其截面尺寸滿足:h / b0 ≤ 6 ,且l1/b0≤95(235/fy)。(實際工程上通常都能滿足這兩個要求,因而規范中沒有給出箱形截面簡支梁整體穩定系數的計算方法)。
不符合以上條件之一的梁,必須按下列規定計算其整體穩定性。
2 )計算公式
在最大剛度主平面內受彎的構件,其整體穩定性應按式( 6-35 )計算:
式中 Mx ? 繞截面強軸( x 軸)作用的最大彎矩設計值;
Wx? 按受壓纖維確定的梁毛截面模量;
ψb? 梁的整體穩定系數(下角標 b 是 beam 的縮寫),應按規范附錄 B 確定。
3 )主要影響因素
梁的整體穩定性主要與以下五方面因素有關:
( a )梁受壓翼緣側向支承點間的距離l1。 l1愈小,則整體穩定性能愈好。
( b )梁截面的尺寸,包括各種慣性矩。慣性矩Iy、 It ,和Iω愈大,則梁的整體穩定性能就好,特別是受壓翼緣寬度 b1的加大,可大大提高梁的整體穩定性能。
( c )梁端支座對截面的約束大,整體穩定性能好。
( d )梁所受荷載類型。對三種典型荷載,即純彎曲、滿跨均布荷載和跨度中點一個集中荷載,在最大彎矩相等情況下,跨度中點一個集中荷載時的整體穩定性能最好,滿跨均布荷載次之,純彎曲則最差。
( e )沿梁截面高度方向的荷載作用點位置。如圖 6-37 所示,當荷載作用在梁的上翼緣時,荷載對梁截面的轉動有加大作用因而降低梁的穩定性能;反之,則提高梁的穩定性能。
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