型钢梁也称为轧成梁,是利用现有的热轧型钢来承受横向荷载的作用,其中应用最广泛的是热轧工字钢和H型钢。型钢梁的设计较为简单,仅需要根据计算所得的梁承受的最大弯矩,计算所需要的截面抵抗矩,然后从型钢表中选择所需要的截面,并验算截面强度、整体稳定性和刚度。由于受轧制条件的限制,型钢梁的翼缘和腹板均较厚,一般可以不验算截面的局部稳定性,并根据具体情况验算抗剪强度。

型钢梁的设计步骤:

①计算内力。根据已知的梁设计荷载、跨度及支承条件,计算梁的最大弯矩设计值和剪力设计值。

②计算所需的截面抵抗矩。根据梁所承受的最大弯矩设计值,按抗弯强度要求计算所需的截面抵抗矩Wnx=Mx/(γxf),按整体稳定性要求计算所需的截面抵抗矩W=Mx/(φbf),取两者中的较大值。

③当在最大弯矩截面处,有螺栓孔削弱截面时,将计算所得的Wnx增大10%～15%后,从型钢表中选择适当的型钢,并从型钢表中查出所需的截面特性。

④抗弯强度验算:按式(4.4)、式(4.5)验算梁的抗弯强度,按式(4.20)或式(4.21)验算梁的整体稳定性,此时的弯矩应包括型钢梁实际自重所产生的弯矩。如果不满足应重新选择截面。

⑤抗剪强度验算:按式(4.6)验算梁的抗剪强度,此时的剪力应包括型钢梁实际自重所产生的剪力。

⑥局部承压强度验算:当梁承受集中力作用时,尚应按式(4.7)验算腹板计算高度上边缘的局部承压强度。

⑦折算应力验算:按式(4.10)进行。

⑧挠度验算:按照《钢结构设计标准》(GB50017—2017)的规定,根据荷载标准值,按结构力学的方法计算构件的挠度值不大于表4.2及附表2.1规定的挠度限值。

表4.2　钢梁的挠度限值

注:l为计算跨经;l1为悬臂长度。(www.daowen.com)

路桥钢结构型钢梁的计算步骤同上,只需将以上公式换成路桥相应的计算公式。

【例4.2】　设计图4.11中的工作平台次梁。次梁跨度为6m,间距2.5m,预制钢筋混凝土铺板焊于次梁上翼缘。平台永久荷载(不包括次梁自重)为8.5kN/m2,荷载分项系数为1.2,活荷载为20kN/m2,荷载分项系数为1.4,钢材用Q235。(若考虑次梁叠接在主梁上,其支承长度a=15cm,[v]=)。

图4.11　例4.2图

【解】　设计数据:f=215N/mm2,fv=125N/mm2。

1)次梁的荷载及内力

均布荷载设计值:

g=(1.2×8.5+1.4×20)×2.5kN/m=95.5kN/m

(3)支座处腹板局部压应力

次梁承受均布荷载作用,其上翼缘没有局部集中荷载作用,可不验算局部压应力,但考虑次梁叠接在主梁上,应验算支座处腹板局部压应力。支座反力F=R=290.15kN,集中荷载增大系数ψ=1.0,设支承长度a=15cm。支承面至腹板边缘的垂直距离:hy=r+t=(14+20)mm=34mm,hR=0。