常用鋼結(jié)鋼梁有兩個正交的形心主軸,其中繞一個主軸的慣'性矩和截面模量最大,稱為強軸,通常用z軸表示,與之正交的軸稱為弱軸,通常用y軸表示,如圖5-2所呆。在橫向荷載作用下,鋼梁的截面上將產(chǎn)生彎矩和剪力。鋼梁的強度計算主要包括抗彎強度、抗剪強度和局部承壓強度計算。
1.梁的抗彎強度
(1)梁截面上的正應力
假設(shè)鋼結(jié)構(gòu)是理想彈塑性體,純彎梁的應力一應變曲線如圖5-3所示。根據(jù)材料力學中的平截面假定,梁截面上的應變呈線性變化,正應力隨著彎矩的不斷增大而產(chǎn)生四個不同工作階段,分別為:彈性工作階段、彈塑性工作階段、塑性工作階段和應變硬化階段。
1)彈性工作階段
鋼結(jié)構(gòu)鋼梁在純彎的情況下,當承受荷載較小時,邊緣纖維應力小于材料的屈服點,如圖5-4 (α)所示,梁截面處于彈性工作階段。
2)彈塑性工作階段
如果荷載繼續(xù)增加,鋼梁的邊緣纖維將開始屈服,井逐漸在梁橫截面上部和下部形成塑性區(qū),在此高度內(nèi)正應力均等于兒,在梁中和軸附近的截面仍處于彈性階段
2.鋼結(jié)構(gòu)梁的抗剪強度
承受橫向荷載的梁會在截面內(nèi)產(chǎn)生剪力,對于工字形或槽形等薄壁開口截面構(gòu)件,截面剪應力分布可用剪力流理論來解釋,即剪應'力沿壁厚方向大小不變,方向與板壁中心線相一致,如圖5-5所示。從圖中可以看出,在截面的自由端剪應力為零;在腹板中和軸處剪應力最大。
3.鋼結(jié)構(gòu)梁的局部承壓強度
梁在支座處或在吊車輪壓的作用下承受集中荷載,如圖5-6所示,荷載通過翼緣傳給腹板,腹板在壓力作用點處的邊緣承受的局壓應力最大,并沿縱向向兩邊傳遞。實際上壓力在鋼梁縱向上的分布并不均勻,但在設(shè)計中為了簡化計算,假定局部壓力均勻分布在一段較小的長度范圍內(nèi)。
當梁上翼緣受有沿腹板平面作用的集中荷載,且在該荷載處又未設(shè)置支承加勁肋時,
關(guān)于腹板的計算高度ho,對軋制型鋼梁,為腹板與上、下翼緣相接處兩內(nèi)弧起點間的距離;對焊接組合梁,為腹板高度;對胡接(或高強度螺栓連接)組合梁,為上、下翼緣與腹板連接的例釘(或高強度螺栓)線間最近距離。
4.折算應力
鋼結(jié)構(gòu)梁在承受橫向荷載時,經(jīng)常會同時受彎和受剪,有時還會有局部壓應力。如在連續(xù)梁中部支座處或梁的翼緣截面改變處,會同時受有較大的正應力、剪應力和局部壓應力,雖然這些應力并不是最大,但它們的組合作用可能會影響鋼梁的安全。