鋼結構梁的整體失穩現象
在一個主平面(強軸)內受彎的梁,最常用的是工字形截面,截面經常設計得又高又窄,兩個主軸的慣性矩相差很大。因此,若鋼梁在主平面內承受橫向荷載作用,荷載較小時,梁在主平面內彎曲,但當荷載逐漸增大到一定數值時,梁突然產生側向彎曲和扭轉變形,使梁喪失了繼續承載的能力,這種現象就稱為梁的整體失穩或梁的彎扭屈曲(圖5-13)。
梁的整體失穩必然是側向彎扭屈曲。梁承受橫向荷載時,上翼緣受壓,可以看成是一根軸心壓桿,隨著荷載的增大,上翼緣的壓力也不斷增大,壓桿的剛度將下降,當壓力達到一定程度時,壓桿將會發生屈曲,由于在主平面內腹板的約束,壓桿只能發生平面外屈曲。又由于梁的受拉部分對其側向屈曲產生牽制,導致截面發生扭轉變形。因此,梁的整體失穩必然伴隨著側向彎曲和扭轉變形。
由于梁的整體失穩是由于梁的受壓部分屈曲引起的,所以理想梁的彎扭屈曲與理想軸心壓桿的屈曲一樣,是平衡分岔的失穩問題。如圖5-14所示,當彎矩小于臨界彎矩Mer時,梁只在豎向平面內彎曲而無側向彎曲和扭轉。
保證鋼結構梁整體穩定性的方法
1.影響鋼結構鋼梁整體穩定性的主要因素
(1)截面側向抗彎剛度Ely、扭轉剛度GIl和翹曲剛度EIω愈大,臨界彎矩愈大,整體穩定性愈好。
(2)梁的跨度(受壓翼緣側向支承點的間距) 11愈小,則整體穩定性愈好。
(3)梁所受荷載類型對整體穩定也有影響,囪受彎構件彎扭失穩的機理可知,彎矩分 布圖形越飽滿,受壓翼緣的應力分布越均勻,相鄰截面之間相互支持作用就越小。因此,在最大彎矩相同的情況下,彎矩分布圖形越飽滿,對梁的整體穩定性越不利。
(4)梁端支座對截面的約束,尤其是對 截面y軸的轉動約束程度越大,梁的整體穩定性越好。
(5)橫向荷載沿梁截面高度方向的作用 點位置對臨界荷載也有影響,當荷載作用在上翼緣時,如圖5-17 (α)所示j在梁產生微小側向彎曲和扭轉時,荷載對梁截面的轉動有促進作用,加速梁的整體失穩;反之,當荷載作用在下翼緣時,如圖5-17 (b)所示,荷載對梁截面的轉動有阻礙作用,延緩梁的整體失穩。
(6) By值愈大則臨界彎矩愈大。加強受壓翼緣的工字形截面By值為正,加強受拉翼 緣的工字形截面By值為負,因此前者的穩定性好于后者。
2.梁整體穩定性計算的基本公式
在最大剛度主平面內受彎的構件,