6.2 受弯构件的整体稳定
6.2.1 钢梁整体失去稳定性时,梁将发生较大的侧向弯曲和扭转变形,因此为了提高梁的稳定承载能力,任何钢梁在其端部支承处都应采取构造措施,以防止其端部截面的扭转。当有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连,能阻止受压翼缘的侧向位移时,梁就不会丧失整体稳定,因此也不必计算梁的整体稳定性。
6.2.3 在两个主平面内受弯的构件,其整体稳定性计算很复杂,本条所列公式(6.2.3)是一个经验公式。1978年国内曾进行过少数几根双向受弯梁的荷载试验,分三组共7根,包括热轧工字钢Ⅰ18和Ⅰ24a与一组单轴对称加强上翼缘的焊接工字梁。每组梁中1根为单向受弯,其余1根或2根为双向受弯(最大刚度平面内受纯弯和跨度中点上翼缘处受一水平集中力)以资对比。试验结果表明,双向受弯梁的破坏荷载都比单向低,三组梁破坏荷载的比值各为0.91、0.90和0.88。双向受弯梁跨度中点上翼缘的水平位移和跨度中点截面扭转角也都远大于单向受弯梁。
用上述少数试验结果验证本条公式(6.2.3),证明是可行的。公式左边第二项分母中引进绕弱轴的截面塑性发展系数γy,并不意味绕弱轴弯曲出现塑性,而是适当降低第二项的影响,并使公式与本章式(6.1.1)和式(6.2.2)形式上相协调。
6.2.4 对箱形截面简支梁,本条直接给出了其应满足的最大h/b0和l1/b0比值。满足了这些比值,梁的整体稳定性就得到保证。由于箱形截面的抗侧向弯曲刚度和抗扭转刚度远远大于工字形截面,整体稳定性很强,本条规定的h/b0和l1/b0值很容易得到满足。
6.2.5 梁端支座,弯曲铰支容易理解也容易达成,扭转铰支却往往被疏忽,因此本条特别规定。对仅腹板连接的钢梁,因为钢梁腹板容易变形,抗扭刚度小,并不能保证梁端截面不发生扭转,因此在稳定性计算时,计算长度应放大。
6.2.6 减小梁侧向计算长度的支撑,应设置在受压翼缘,此时对支撑的设计可以参照本标准第7.5.1条用于减小压杆计算长度的侧向支撑。
6.2.7 本条针对框架主梁的负弯矩区的稳定性计算提出,负弯矩区下翼缘受压,上翼缘受拉,且上翼缘有楼板起侧向支撑和提供扭转约束,因此负弯矩区的失稳是畸变失稳。
将下翼缘作为压杆,腹板作为对下翼缘提供侧向弹性支撑的部件,上翼缘看成固定,则可以求出纯弯简支梁下翼缘发生畸变屈曲的临界应力,考虑到支座条件接近嵌固,弯矩快速下降变成正弯矩等有利因素,以及实际结构腹板高厚比的限值,腹板对翼缘能够提供强大的侧向约束,因此框架梁负弯矩区的畸变屈曲并不是一个需要特别加以精确计算的问题,因此本条提出了很简单的畸变屈曲临界应力公式(6.2.7-4)。
正则化长细比小于或等于0.45时,弹塑性畸变屈曲应力基本达到钢材的屈服强度,此时截面尺寸刚好满足式(6.2.7-1)。对于抗震设计,要求应更加严格。
不满足式(6.2.7-1),则设置加劲肋能够为下翼缘提供更加刚强的约束,并带动楼板对框架梁提供扭转约束。设置加劲肋后,刚度很大,一般不再需要计算整体稳定和畸变屈曲。