英语原文共 82 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
5.8抗剪强度
AISC规范“抗剪构件设计”第G章涵盖了梁的抗剪强度。热轧型钢和焊接组合型钢均涵盖在内。我们在本书的本章中讨论热轧形状，在第10章“板梁”中讨论组合形状，鞍钢热轧型材的规定见第G2.1节。在讨论AISC关于抗剪强度的规定之前，我们将首先回顾材料力学中的一些基本概念。参考图5.17中的简单梁。
图 5.17
在距左端和横截面中性轴x处，应力状态如图5.17d所示。由于该单元位于中性轴上，因此不受弯曲应力的影响。从材料的基本力学，剪应力为
(5.7)
v=节点的垂直和水平剪应力
V=截面处的垂直剪力
Q=横截面面积的第一力矩，对于中性轴在节点和横截面的顶部或底部之间
I=对于中性轴的转动惯量
b=节点处横截面的宽度
方程5.7基于应力在宽度b上是恒定的假设，因此它仅对b的较小值范围内是准确的。对于深度d和宽度b的矩形截面，d/b=2的误差约为3%。对于d/b=1，误差为12%，对于d/b=1/4，误差为100%（Higdon、Ohlsen和Stiles，1960）。因此，方程式5.7不能以与腹板相同的方式应用于W形翼缘。
图5.18显示了W形的剪应力分布。叠加的在实际分布上是腹板的平均应力，V/Aw两者没有区别很大程度上来自于最大的腹板压力。显然，腹板将在翼缘开始屈服之前完全屈服。正因为如此，腹板的屈服代表着剪切极限状态。以剪切屈服应力为拉伸屈服应力的60%，我们可以把失效时腹板的应力公式写成
Aw=腹板面积
与该极限状态对应的标称强度为
(5.8)
如果腹板不发生剪切屈曲，则为名义抗剪强度。这是否发生取决于腹板的宽厚比。如果这个比率太大，即如果腹板太细，无论是非弹性的还是弹性的，腹板可能会在剪切中屈曲。
图 5.18
AISC剪切规范要求
对于LRFD，所需强度和可用强度之间的关系为
Vu=基于系数荷载控制组合的最大剪力
phi;v=抗剪系数
对于ASD，关系是
Va=基于使用荷载控制组合的最大剪力
Omega;v=剪切安全系数
我们将看到，阻力系数和安全系数的值将取决于腹板宽厚比。
AISC规范第G2.1节包括两个带加劲腹板的梁和有未加肋腹板的梁。在大多数情况下，热轧梁没有加强筋，并且我们将把加固腹板的处理推迟到第10章。基本的强度方程是
(AISC Equation G2-1)
Aw=腹板面积asymp;dtw
d=梁的总深度
Cv=临界腹板应力与剪切屈服应力之比
Cv值取决于极限状态是否为腹板屈服、腹板非弹性屈曲，或腹板弹性屈曲的情况。
案例1：热轧工字钢
其极限状态是剪切屈服，并且
Cv = 1.0，fv = 1.00 ，Ωv = 1.50 (AISC Equation G2-2)
绝大多数W类型（Fy le;50ksi）属于这一类型（参见AISC G2.1[a]中的用户注释）。
案例2：对于所有其他双对称和单对称形状
phi;v =0.90，Ωv = 1.67
Cv由如下确定
由于 ，腹板不稳定，所以Cv = 1.0 (AISC Equation G2-3)
（这与剪切屈服的方程式5.8相对应。）
由于 ，可能发生非弹性腹板屈曲，
所以 (AISC Equation G2-4)
由于 ，极限状态为弹性腹板屈曲，
所以 (AISC Equation G2-5)
此时 kv=5
kv值适用于h/twlt;260的未加筋腹板。尽管第G2.1节规范未提到h/tw=260作为上限，但是当h/twge;260，kv值没有给出。此外，AISC F13.2的“工字形构件的配合比限值”声明未加筋梁中的htw不得超过260。
AISC方程G2-5基于弹性稳定理论，AISC方程G2-4是非弹性区域的经验方程，提供了腹板屈服极限状态和弹性腹板屈曲极限状态之间的过渡。
抗剪强度与腹板宽厚比之间的关系类似于抗弯强度与宽厚比之间的关系（对于FLB）以及抗弯强度与无支撑长度之间的关系（对于LTB）。这种关系如图5.19所示。
图5.19
许用应力公式
容许强度关系 ,也可以用压力来表示
此时，=外加剪应力，=许用切应力
对于最常见的热轧I型钢 ，
在轧制的钢梁中，剪力过少是一个问题；通常的做法是设计一个弯曲的梁，然后检查它的剪力。
本手册第3部分的几个表中给出了fvn和VnOmega;v的值，包括Zx表，因此热轧型材不需要计算抗剪强度。
块体剪切
在某些类型的梁连接中，可能会出现块体剪力，这种剪力先前与受拉构件连接一起考虑。为便于梁与其他梁的连接，使顶部翼缘处于同一高度，可将其中一根梁的顶部翼缘的短长度剪断或覆盖。如图5.20所示，如果用螺栓连接一根受弯梁，ABC段将倾向于断裂。
在这种情况下，施加的荷载将是垂直梁反作用力，因此沿着AB线将发生剪切，沿着BC线将产生张力。因此，块体抗剪强度将是反应的极限值。
我们在第三章讨论了块体抗剪强度的计算，但我们将在这里复习。假定破坏发生在剪切区（受上限限制）上的破裂（断裂）和拉伸区上的破裂。AISC J4.3，“砌块抗剪强度”给出了砌块抗剪强度的以下公式：
(AISC Equation J4-5)
=剪切总面积（在图5.20中，长度AB乘以腹板厚度）
=沿剪切面或表面的净面积
=沿张力表面的净面积（图5.20中，沿BC）
=1.0(对于大多数受弯梁,拉应力均匀时）
=0.5（当拉应力不均匀时,两条螺栓线或螺栓到梁端的距离不标准的焊后梁）
对于LRFD，f=0.75。对于ASD，Omega;=2.00。
5.9偏转
除了安全之外，结构还必须是可使用的。可使用的结构是指性能令人满意的结构，不会对结构的居住者或使用者造成任何不适或感觉不安全。对于梁而言，正常使用通常意味着变形（主要是垂直凹陷或挠度）必须受到限制。过大的挠度通常表示梁非常灵活，这可能导致振动问题。如果附着在梁上的构件可能因小的变形而损坏，则挠度本身会引起问题。此外，结构的使用者可能会消极地看待大挠度，错误地认为结构是不安全的。
对于简支梁、均布荷载梁（如图5.22所示）的常见情况，最大垂直挠度为
各种梁和荷载条件的挠度公式可在手册第3部分“受弯构件的设计”中找到。对于更不常见的情况，可以使用标准的分析方法，如虚功法。挠度是正常使用极限状态，而不是强度极限状态，因此挠度应始终使用使用荷载计算。
最大挠度的适当极限取决于梁的功能和挠度导致损坏的可能性。除了在第一章“适用性设计”中说明挠度不应过大外，AISC规范几乎没有提供任何指导。然而，在第1章的评注中有更详细的讨论。挠度的适当限值通常可以从适用的建筑规范中找到，表示为跨度长度L的一部分，如L360。有时一个数字限制，比如1英寸，是合适的。国际建筑规范（ICC，2009）中给出的限制是典型的。表5.4显示了该规范给出的一些挠度限值。
表5.4
|
构件类型 |
最大活载偏差 |
最大恒载 活载偏差 |
最大雪或风荷载偏差 |
|
屋顶梁 |
|||
|
支撑灰泥天花板 |
L/360 |
L/240 |
L/360 |
|
支撑非塑天花板 |
L/240 |
L/180 |
L/240 |
|
不支撑天花板 |
L/180 |
L/120 |
L/180 |
|
地梁 |
|||
|
L/360 |
L/240 |
- |
|
积水是影响结构安全的一个挠度问题。对于能够收集雨水的平屋顶系统来说，这是一个潜在的危险。如果在暴风雨期间排水管堵塞，水的重量将导致屋顶偏转，从而为更多的水提供水库。如果这个过程继续下去，就会发生崩溃。AISC规范要求屋顶系统具有足够的刚度以防止积水，并在附录2“积水设计”中规定了刚度参数的限值
5.10设计
梁的设计需要选择一个横截面形状，该形状将具有足够的强度，并将满足可用性要求。就强度而言，弯曲几乎总是比剪切更为关键，因此通常的做法是先设计弯曲，然后检查剪切。设计过程概述如下：
1、计算所需的力矩强度（即，LRFD的计算荷载力矩Mu或ASD的计算荷载力矩Ma）。梁的重量是恒载的一部分，但此时未知。选择形状后，可以假设并验证一个值，也可以在选择形状后最初忽略并检查权重。由于梁的重量通常是总荷载的一小部分，如果在设计问题开始时忽略它，则在重新计算力矩时，所选形状通常是令人满意的。
2、选择满足此强度要求的形状。这可以通过两种方法之一来完成。
a. 假设一个形状，计算可用强度，并将其与
所需强度。必要时修改。在有限的情况下（如例5.10），可以很容易地选择试验形状。
b. 使用手册第3部分中的光束设计图。最好采用这种方法，我们按照例子5.10来解释。
3、检查剪切强度。
4、检查挠度。
在例5.10中，首先假设将使用紧凑形状，然后验证该假设。但是，如果搜索是基于可用强度（fbMp或MpOmega;b）而不是截面模量进行的，则形状是紧凑还是非紧凑无关紧要。这是因为对于非压缩形状，fbMp和MpOmega;b的表列值是基于翼缘局部屈曲而不是塑性力矩（见第5.6节）。这意味着，对于横向支撑梁，Zx表可用于设计，而不考虑形状是紧凑的还是非紧凑的。
光束设计图
许多图形、图表和表格可供执业工程师使用，这些辅助工具可以大大简化设计过程。为了提高效率，它们被广泛应用于设计办公室，但是你应该谨慎使用它们，不要让基本原则变得模糊。我们的目的不是在本书中详细描述所有可用的设计辅助工具，但有些是值得注意的，特别是手册第3部分中给出的力矩强度与无支撑长度的曲线。
这些曲线将参考图5.25进行描述，图中显示了特定紧凑形状的标称力矩强度与无支撑长度Lb的函数关系图。通过使用适当的力矩强度方程，可以为任意横截面形状和Fy和Cb的特定值构建这样的图。
本手册中的设计图表包含一系列类似于图5.25所示的图表。有两组曲线可用，一组用于Fy=50ksi的W形，另一组用于Fy=36ksi的C形和MC形。每个图表都给出了标准热轧形状的弯曲强度。然而，不是给出标称强度Mn，而是给出了容许力矩强度MnOmega;b和设计力矩强度fbMn。垂直轴上显示了两个刻度，一个用于MnOmega;b，另一个用于fbMn。所有曲线均以Cb=1.0生成。对于Cb的其他值，只需将图表中的力矩乘以Cb即可。但是，强度永远不能超过图形左侧水平线表示的值。对于紧凑形状，这表示与屈服对应的强度（达到塑性力矩Mp）。如果曲线为非压缩形状，则水平线表示翼缘局部屈曲强度。
图5.25 图5.26
图表的使用如图5.26所示，其中显示了两条这样的曲线。此图上的任何点（如两条虚线的交点）表示可用的弯矩强度和无支撑长度。如果力矩是所需的力矩承载力，则点上方的任何曲线都对应于具有较大力矩承载力的梁。任何向右的曲线都适用于具有所需弯矩承载力的梁，尽管适用于较大的无支撑长度。因此，在设计问题中，如果输入的图表具有给定的无支撑长度和所需的强度，则该点上方和右侧的曲线对应于可接受的梁。如果遇到曲线的虚线部分，则较浅形状的曲线位于虚线曲线的上方或右侧。与Lp相对应的曲线上的点用实心圆表示；Lr用开放圆表示。
在实施例5.10的LRFD解决方案中，要求的设计强度为810.0 ft kips，并且有连续的横向支撑。对于连续横向支撑，Lb可以取零。从图表上看，810.0 ft kip标记上方的第一条实心曲线适用于W24times;84，与示例5.10中选择的相同。虽然Lb=0不在这个特殊的图表上，但是对于该页上的所有形状，所示Lb的最小值小于Lp
图5.25所示的梁曲线适用于紧凑形状，因此，对于足够小的Lb值，Mn值为Mp。如第5.6节所述，如果形状不
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[239046]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
