【文章內(nèi)容簡介】 支腿）；5） 作用在腹板上緣的載荷（如集中輪壓等）產(chǎn)生壓應(yīng)力（如偏軌橋式和門式起重機(jī)），這時，腹板會因擠壓應(yīng)力在豎向失去穩(wěn)定（圖和圖）。金屬結(jié)構(gòu)也可能在以上幾種應(yīng)力共同作用在梁的腹板上時喪失局部穩(wěn)定。這時，腹板隨著作用于其上的載荷性質(zhì)不同翹曲各種曲面（圖）。 圖 腹板局部穩(wěn)定的計算 。為了保證梁的腹板的局部穩(wěn)定性，通常用加勁板或加勁桿來加固腹板，這樣要比增加腹板的厚度經(jīng)濟(jì)些。加固的方式如下：1） 在箱形截面梁整個高度上設(shè)置橫向加勁板（圖）；2） 對于正軌箱形結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)，除設(shè)置橫向加勁板外，在箱形截面腹板受壓區(qū)域設(shè)置短橫向加勁板（圖）；3） 在跨度較大的橋式和門式起重機(jī)中。梁的高度比較大，這時，除設(shè)置橫向加勁板外，常常在腹板的受壓區(qū)設(shè)置一條縱向加勁線，如果需要，例如從工藝方面限制腹板旁彎和波浪形，在腹板受壓區(qū)也設(shè)置縱向加勁桿（圖）。1． 12箱形截面梁腹板加勁的設(shè)計原則：1） 通常沿腹板全高設(shè)置橫向加勁板（圖和）加固腹板。當(dāng)時，橫向加勁板之間的距離不應(yīng)大于2h或3m；當(dāng)時。在跨度較大時橫向加勁板的間距，在支座附近較小些，而在跨中較大些?？紤]到實際生產(chǎn)中，為了限制腹板波浪度，一般取間距m。2）如果腹板僅在剪應(yīng)力作用下；當(dāng)（對于低碳鋼）或（對于低合金鋼）時，可不必設(shè)置橫向加勁板，但是為了增加截面的扭轉(zhuǎn)剛度，提高梁的整體穩(wěn)定性，一般仍設(shè)置橫向加勁板。3）如果腹板僅在正應(yīng)力作用下，當(dāng)（對于低碳鋼）或（對于低合金鋼）時，可不必加固。4） 對于高度較大的梁，必須在腹板受壓區(qū)設(shè)置縱向加勁條（圖的3），且設(shè)置在離受壓翼緣板（~）h處（圖 ）；當(dāng)（對于低碳鋼）或（對于低合金鋼）時，一般只加一根縱向加勁條，如果因梁高很大，而必須用兩根縱向加勁條來加固腹板時，則第一根縱向加勁條離受壓邊緣距離為（~）h ，第二根離受壓邊緣距離為（~）h?？v向加勁條截面必須的慣性矩見表36。 圖 箱形主梁加勁板的設(shè)置 5）若腹板僅僅只用橫向勁板加固時，對于箱形截面梁，橫向勁板寬度取為等于兩腹板間距b，若梁寬B較大，橫向加勁板中部可開孔，但應(yīng)保證mm，加勁板厚度不應(yīng)小于。6） 在有縱向加勁條的情況下，橫向勁板的慣性矩為： =3=縱向加勁條所需的慣性矩根據(jù)比值確定7） 當(dāng)梁的上翼緣作用有集中載荷（例如正軌箱形結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)）時，一般在腹板上須設(shè)置短橫向加勁板（圖 ），其高度或。如果腹板上有縱向加勁條，則短橫向加勁板應(yīng)與縱向加勁條相連，短橫向加勁板的間距。 2．13腹板局部穩(wěn)定性的校核驗算： 對于正軌箱形梁，腹板同時受彎曲正應(yīng)力，剪應(yīng)力和集中輪壓作用在腹板上緣產(chǎn)生的壓應(yīng)力。 根據(jù)板的彈性穩(wěn)定理論，結(jié)合工程實際，可將工字型截面的腹板看作是由上下翼緣板支承著的彈性嵌固板，但有水平位移的可能。彈性嵌固起提高腹板屈曲系數(shù)的作用，能水平位移，有降低抗屈曲能力的作用，所以可以偏安全地認(rèn)為腹板的上下支承是只能轉(zhuǎn)動的簡支支承，不考慮其嵌固影響。在有較強(qiáng)翼緣板的情況下，工字型截面的腹板彈性嵌固支承影響系數(shù)可以取x=。薄板在各種載荷情況和各種支承情況下的局部穩(wěn)定的臨界屈曲應(yīng)力公式可寫成如下通式： 、 式中 、——分別為x方向正應(yīng)力、剪切應(yīng)力和y方向局部壓應(yīng)力作用下的臨界屈曲應(yīng)力； x——板邊支承情況影響系數(shù)，也稱嵌固系數(shù)，兩非承載邊簡支支承時取1，~，詳見表 ； 、——分別為簡支支承板在受x方向正應(yīng)力、剪應(yīng)力和y方向局部應(yīng)力時的屈曲系數(shù)，其值參見表 ； ——板屈曲的歐拉應(yīng)力，可按下式計算： = 式中 D=——板的單位寬度彎曲剛度； ——板厚； ____垂直于正應(yīng)力方向的板寬，驗算腹板時為腹板的計算高度； a____垂直于局部壓應(yīng)力方向的板長，驗算腹板時為橫向加勁板間的距離； E——彈性模數(shù)； —波桑比。板在壓應(yīng)力剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力共同作用時的等效臨界復(fù)合應(yīng)力可按下式、 =式中，為板邊兩端應(yīng)力之比，為板邊最大應(yīng)力，、各帶自己的正負(fù)符號；其它符號同前。 ，按式（ ）求得折減臨界復(fù)合應(yīng)力： 式中 ——材料的屈服點(diǎn)。 表 示出局部區(qū)格板的屈曲系數(shù)。 薄板局部穩(wěn)定性的驗算是以屈曲臨界應(yīng)力為極限應(yīng)力的。只要作用在板上的載荷應(yīng)力（在非均布應(yīng)力時取最大的應(yīng)力值）小于極限應(yīng)力（或許用應(yīng)力），板是穩(wěn)定的，其驗算公式如下： 或= 或= 或式中 n——安全系數(shù)，其值與強(qiáng)度安全系數(shù)一致，； 和——分別為正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力作用下的許用屈曲臨界應(yīng)力。 當(dāng)板受壓應(yīng)力，剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力同時作用的等效復(fù)合應(yīng)力按式（ ）計算時，板的屈曲安全系數(shù)可以取得小一些，一般可以減小百分之十。 2．14加肋板的穩(wěn)定性校核計算： 在工程設(shè)計中，為了滿足公式（ ），有時不得不增加板厚，這常常要增加鋼材用量。而在板的受壓部位加上幾根加勁條或加強(qiáng)肋則可以提高板的抗屈曲能力，而且相比之下要經(jīng)濟(jì)些。剛性的加強(qiáng)肋（加勁條）能起到支承作用，將板分割為若干區(qū)格，改變了板在計算穩(wěn)定性時的寬度b和a的值。而且，區(qū)格板的屈服系數(shù)與 有關(guān)，屈曲臨界應(yīng)力與寬（b）平方成反比。但要注意的是剛性加強(qiáng)肋要有足夠的彎曲剛度，要能起到支承板的作用。加強(qiáng)肋的剛度以 的乘積表示。 是加強(qiáng)肋繞被加強(qiáng)板板厚中心線的面積慣性矩。加強(qiáng)肋的彎曲剛度和該板的彎曲剛度比稱為加強(qiáng)肋的剛度比，常以 表示，即 = 式中 b, 為板的寬度和厚度。對于剛性加強(qiáng)肋而言，有最小剛度比 ，亦即當(dāng)剛性加強(qiáng)肋使區(qū)格板的屈曲臨界應(yīng)力小于（最多是等于）這塊加肋整板的屈曲臨界應(yīng)力時，此加強(qiáng)肋的剛度比即為最小剛度比。這時，板的屈曲只能限于區(qū)格板內(nèi)，也就是說區(qū)格板的屈曲將先于整板。當(dāng)加強(qiáng)板剛度不夠時，加肋板仍以整板屈曲模態(tài)失穩(wěn)。此時的加強(qiáng)肋稱為柔性加強(qiáng)肋。帶柔性肋板的屈曲系數(shù)可按公式計算。 在求得剛性肋的最小剛度后，即可計算剛性肋的面積慣性矩。所有剛性肋的面積慣性矩（）必須大于此值。 當(dāng)橋式類型起重機(jī)主梁腹板被縱向肋分格為上，下兩區(qū)格，并受有y 方向的局部壓力時，則上區(qū)格板（圖 ）的局壓屈曲系數(shù) 按表 計算 ，而下區(qū)格板則按或。此時上區(qū)格板的驗算公式應(yīng)為改寫的式（ ），即 下區(qū)格板的局部驗算公式則為： 式中， 和分別為上區(qū)格板和下區(qū)格板的屈曲臨界應(yīng)力。 對于普通橋式起重機(jī)，由于梁的受壓翼緣板屬于均勻受壓情況，只要合理選取板寬B和厚度 的比值（表 ），則勿需用縱向加勁條加固梁的受壓翼緣。根據(jù)滿足局部穩(wěn)定性條件，圖311列出了受壓翼緣尺寸比例關(guān)系。對于偏軌寬翼緣橋式類型起重機(jī)，其主梁截面較寬，而翼緣板厚 相對較?。╞兩腹板間距； 上翼緣板厚度），因此受壓翼緣板必須根據(jù)局部穩(wěn)定性布置縱向加勁條。當(dāng)60（50） 時（括號內(nèi)數(shù)字用于低合金鋼），應(yīng)設(shè)置一條縱向加勁條，縱向加勁條的慣性矩： 式中 系數(shù)，按表311選用。表310 受壓翼緣板的寬厚比 板的長邊支承特性 不大于 鋼 低合金鋼一邊簡支，一邊自由 15 12一邊嵌固，一邊自由 30 25 兩邊簡支 60 50 兩邊嵌固 70 60 當(dāng)時，應(yīng)設(shè)置兩條縱向加勁條，縱向加勁條的慣性矩： 式中 ——系數(shù)； b——兩腹板間距。圖 受局部壓力的區(qū)格板 圖 受壓翼緣的尺寸比例2．15受扭構(gòu)件的校核計算1）自由扭轉(zhuǎn)和約束扭轉(zhuǎn)的概念起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中的梁為非圓截面直桿，而且是開口薄壁（工字形截面等）后閉口薄壁（箱形截面）結(jié)構(gòu)。非圓截面直桿受扭時，其橫截面不再保持平面而產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象。如果所有的截面都自由翹曲，則在截面上不會產(chǎn)生正應(yīng)力，這稱為自由扭轉(zhuǎn)，這時，桿件所有截面的翹曲量相同。因此，在橫截面內(nèi)只產(chǎn)生與外扭轉(zhuǎn)相平衡的剪力。這種情況只有當(dāng)?shù)冉孛嬷睏U的兩端作用大小相等而方向相反的力偶，且無任何約束時才會產(chǎn)生。 圖 a為工字形截面桿件兩自由端受兩個力偶作用而產(chǎn)生自由扭轉(zhuǎn)，圖 a為變形后的情況，平行于桿軸的縱向直線（例如翼緣）仍保持直線，截面ABCD已有翹曲不再成平面，由于各截面均能自由翹曲，且翹曲量相同，故縱向纖維長度不改變，截面上就不會產(chǎn)生正應(yīng)力。 表 系數(shù) 值 注：，式中a——箱形梁橫向加勁板間距；b——兩腹板間距。 ，一般可先取試算，式中——一條縱向加勁條的面積. 表 系數(shù) 值 注：集中和的意義同前表。圖312 桿件的自由扭轉(zhuǎn)如果桿件受扭時截面不能自由翹曲，也即由于支座的阻礙或其它原因的限制，這稱為約束扭轉(zhuǎn)。 當(dāng)桿件產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)時，由于各截面的凹凸不相同，因此桿件的縱向纖維將產(chǎn)生拉伸活壓縮變形，桿件單位長度的扭角也沿桿長變化。由于縱向纖維的軸向應(yīng)變，就使得截面上不僅存在著扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，還存在發(fā)向應(yīng)力，又因為各縱向纖維的法向應(yīng)力不一定相同，就導(dǎo)致桿件產(chǎn)生彎曲（圖 ） ，所以約束扭轉(zhuǎn)也常稱為彎曲扭轉(zhuǎn)。 另一方面由于桿件彎曲必將產(chǎn)生彎曲剪應(yīng)力，這一系列情況，就使得桿件的約束扭轉(zhuǎn)問題比自由扭轉(zhuǎn)問題復(fù)雜得多。 如圖 中的工字梁右端剛性固定，左端自由，并作用著扭轉(zhuǎn)，于是也將產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)。工字梁的翼緣不保持直線而產(chǎn)生彎曲，而且這種彎曲是在其自身平面內(nèi)作相反方向的彎曲。因此在翼緣上產(chǎn)生了正應(yīng)力（如圖 a ），同時由于彎曲變形，又產(chǎn)生了附加剪應(yīng)力 （如圖 b ），這種附加剪應(yīng)力 只能平衡一部門外扭轉(zhuǎn)，剩下的外扭轉(zhuǎn)將由純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 （圖 c）來達(dá)到平衡。由此可知，開口薄壁截面受扭轉(zhuǎn)時，截面上將產(chǎn)生三種應(yīng)力，即約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力 ，約束扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 和純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 。由 合成內(nèi)扭矩記為 ，稱為約束扭轉(zhuǎn)力矩；由 合成的內(nèi)扭矩記為 ，稱為自由扭轉(zhuǎn)力矩。根據(jù)靜力平衡條件得：圖 桿件的約束扭轉(zhuǎn) 圖 約束扭轉(zhuǎn)的截面應(yīng)力