承载构件的承载力在几乎所有情况下都受受压翼缘的屈曲所限制。只有在受压腿部各处应力均匀之后达到屈服极限时,才会出现这种情况。只有在强有力的侧向支撑条件下,所能承受的边缘应力才可提高到建筑钢材强化区。评定承载力时应考虑实际应力分布。若假定应力沿直线分布,则会低估承载力。必须特别研究失稳现象。
弯曲受载支承中的孔洞扣减
在受拉一侧,截面削弱的作用与受拉杆件相同(受拉翼缘在削弱截面处撕裂)。在这方面,对孔洞的抵抗要求与受拉杆件相同。
由于铆钉孔位于梁受压侧时,对应力和变形分布影响很小,而且承载力大多受受压翼缘的侧向屈曲限制,因此对于对称截面梁,截面削弱的大小对承载荷载影响并不显著。因此,早在 F. Hartmann 就提出疑问:对于对称梁,是否有必要考虑孔洞削弱。对于非对称截面(受压侧较强),受拉侧梁中的孔洞扣除可能会成为决定承载力的因素。在经常重复的荷载作用下,即使孔洞位于离边缘纤维较远的位置,也会产生显著影响。
如今,在计算截面抗弯承载力时采用总截面和净截面(以及其他相关破坏形式)。总截面破坏发生在未被孔洞削弱的截面部分。净截面破坏发生在被孔洞削弱的截面上,此时所考虑的面积为总面积减去所有孔洞面积。
颈部和头部铆钉
在弯曲时,除正应力外,还会出现剪应力;对于平行翼缘梁,这些剪应力与横向力 Q 成正比。对于复杂截面,连接各个轧制型材的铆钉在它们之间的接触面上传递剪应力。腹板中的剪力 T 分布为抛物线形,在翼缘中则几乎是直线分布。对于重翼缘梁,腹板中的 T 与平均值 Tm 相差不大,而该平均值通常足以作初步估算。

图 1
头部铆钉(见图 1b)合起来需要承受剪力 TK < TH。各个翼缘板层之间的剪力更小,在图 1c 的情况下可由更多铆钉分担。
支撑件延伸段
纵向接长竖向板材 在板材高度大于现有板材宽度时是必要的。从制造和运输角度看,它也可能是必要的。接长部分中的拉条和铆钉应承受与未接长板在纵向接缝中相同的力 TL。由于拉条上的孔削弱程度与竖向板中的孔相同,因此拉条厚度必须大于或等于腹板厚度。

图 2 - 竖向板的纵向延伸段
_受弯荷载作用的横向接头_可通过多种方式用夹板覆盖。图 3展示了多种_车间接头_方案,其中仅延续了竖向钢板。如果夹板只位于边角钢之间(图 3a),则边角钢下方的竖向钢板带状区域仍未被覆盖。这样,在竖向钢板接头区域,角钢和铆钉承受的荷载会明显更大,因此这类接头应限制用于受力较小、次要的连接。始终应优先采用完全覆盖的接头。设置在角钢竖向翼缘上的专用夹板承受该带状区域的纵向应力,但仅在很小程度上参与承受横向力。图 3c对此有一定改进。对于较大作用力,应尽量采用贯穿竖向钢板全高的夹板(图 3d),这意味着边角钢应中断。夹板的厚度取角钢翼缘厚度;当角钢厚度较大时,可采用找平垫块,以避免夹板厚度不必要地加大。

图 3 - 竖向板件的横向接缝(车间制作)
竖向板件在横向力作用下的接缝: 在接缝处,构件仅承受 Q 作用(M = 0)。对于铆钉间距相等的接缝(图 4),应假定铆钉中的力 NiQ 近似对应于接缝连接处相应的面积单元 e*t,即铆钉中的力沿构件高度的分布与剪应力相同,NiQ = e*t*τi = e*Ti。尽管如此,在尺寸设计时仍按均匀分配到全部 n 个铆钉计算,NiQ = Q/n。

图 4 - 带横向剪力分布的竖向板延伸段
图 5 显示了竖直板材的车间接长(加劲角钢和板条在另一处接长)。

图 5
受弯与轴力: 同时承受弯矩和轴力的构件,按相同原理并在应力线性分布的假设下进行设计。若两翼缘中的铆钉全部扣除,则有效截面和零线位置不取决于荷载情况,因此由 M 和 N 引起的应力可以简单相加。接头中铆钉的荷载通过部分荷载情况 M 和 N 所产生力的叠加得到。
支座与支撑件的连接
这里仅讨论众多方案中最常见的一种。在评估时,始终应考虑由于偏离或多或少理想化的强度计算而得到的附加力。
当可利用较大的建筑高度时,可以采用一根承载构件对另一建筑构件上翼缘的_简单支承_。常见情况是用铆钉或螺栓进行刚性连接。图 6显示了建筑中连续 I 形檩条的正常支承方式,这同样避免了在狭窄的 I 形翼缘上钻孔。在具体情况下,应使承载构件防止倾覆以及抵抗横向力(图 7 和 8)。在桥梁工程中,构件常常成对设置(图 9);纵向构件在横向构件上的固定支承(图 10)。当支承力较大时,应通过嵌配角钢或焊接型材加固构件(图 8 至 10)。对于组合构件,应将荷载传递到腹板中。

图 6 - 檩条固定

图 7 和 8

图 9 和 10
翼缘连接:见图 11 和 12,示出了用于建筑中的 I 型梁连接,作为常规连接使用。开孔处做成较大的圆角,以避免支座翼缘板开裂。翼缘连接处的弹性夹持会带来一定的承载力提高。所述变形在以静载为主时确实是无害的,例如老桥中就是如此。

图 11。- I 型梁与垂直端截面的标准连接

图 12 - 截断端部 I 型钢梁的标准连接
抗弯刚接连接 适用于需要无角度变化的连接(连续梁、刚性框架角部),或在交变荷载下存在疲劳破坏风险时,尤其是铁路桥梁。可采用连续板、抗弯连接、抗弯角部、框架角部。
- 连续连接板——如果需要连接位于同一平面的构件,则将两个上翼缘用_连接板_或_连续系杆_连接起来。这样,连接处的铆钉便免受拉力作用,并可避免较大的变形。

图 13 - 带连续板条的连接

图 14 - 纵向承梁连接 a)高速公路桥;b)铁路桥
- 抗弯刚接——这种连接形式常见于公路桥人行道实心悬臂构件。对于较小的弯矩,其竖向钢板仅在主梁加劲角钢之间采用双面连接。施加的弯矩通过加劲构件分配到主梁的整个高度,即以力偶的形式传入其翼缘。

图 15 和 16
- 弯曲刚性角——建筑中柱与横梁之间弯曲刚性角的设计应使角度保持不变,并且不产生任何局部应力超限。例如,按图 16 使用翼缘板时,或按图 100 将柱肢中的嵌固力矩作为力偶来承受时,都可形成可靠的角部连接。
- 框架角部——在多边形框架上,如果角度差较小,接头可在折点处制作;连接杆件以绑扎方式覆盖,类似受拉和受压杆件。转角力集中于折点处,必须由加劲件承受。见图 101,应注意接头覆盖与加劲的差别,这取决于弯矩和偏转力的方向。在力较大且角度差明显时,应避免接头位于框架弯曲很大的部位。设置在框架角部附近的接头可获得更好的构造形式并便于制作。图 102a 和图 102b 给出了在折点两侧带铆接通用接头的示例,其中角部由焊接部分构成。图 103显示了框架柱与连续横梁之间抗弯刚接的连接。

图 17a

图 17b
斜向连接:在前面讨论的连接中,腹板彼此成直角布置。然而,如果角度不是直角,则需扭转角钢(图 18),在非常锐的角度下使用楔形垫块。连续性连接板和支承件在必要时的使用方法与直角连接相同。弯折连接板(图 19)具有较大的偏心和显著的附加力。采用焊接连接板(图 20)可使斜向连接的制作更为简便。

图。 18

图。 19

图。 20