工字钢也称为钢梁(英文名称 Universal Beam),是截面为工字形状的长条钢材。工字钢分普通工字钢和轻型工字钢。是截面形状为工字型的型钢。 中文名 工字钢 外文名 Universal Beam 别 称钢梁 解 释 截面为工字形状的钢材 执行标准 GB/T 706-2008 学 科 冶金工程 工字钢主要分为普通工字钢、轻型工字钢和宽翼缘工字钢。按翼缘与腹板高度 比又分为宽幅、中幅、窄幅宽翼缘工字钢。者生产的规格为10—60号,即 相应的高度为10 cm—60 cm。在相同高度下,轻型工字钢翼缘窄、腹板薄、重 量轻。宽翼缘工字钢又称H型钢,断面特点是两腿平行,且腿内侧没有斜度。 它属于经济断面型钢,是在四辊轧机上轧制的,所以又称“工字钢”。普通工字钢、轻型工字钢已经形成国家标准。 工字钢的规格是用腰宽的厘米值来表示的,如10号工字钢,其腰宽为10cm。工字钢的种类有热轧普通工字钢、轻型工字钢和宽平行腿工字钢(H型钢)。我国热轧普通工字钢的腰宽为100~630,表示为0~No.63,腿内侧壁斜度为1:6。轧制工字钢的孔型系统有直轧孔型系统、斜轧孔型系统和混合孔型系统。此外,工字钢还可以采用轧法。 (1)直轧孔型系统。直轧孔型系统是指工字钢孔型的两个开口腿同时处于轧辊轴线的同一侧,腰与轧辊轴线平行的孔型系统。 其优点是轧辊轴向力小,轴向窜动小,不
工字钢主要分为普通工字钢、轻型工字钢、低合金轻型工字钢三种。 普通工字钢、轻型工字钢翼缘是变截面靠腹板部厚,外部薄; H型钢:HW HM HN HEA HEB HEM 等工字钢的翼缘是等截面 普通工字钢、轻型工字钢已经形成国家标准,普通10#工字钢相当于国际上的I100(也比如10#槽钢相当于槽钢U100)(因为各国执行的标准不同,造成它们的规格有细微的差别) H型工字钢亦叫宽翼缘工字钢,HW HM HN 源于欧洲标准,HEB是德国标准的工字钢,其中HW、HN工字钢已广泛在我国使用和生产。HEA HEB HEM 在许多德国设计图上会看到,在上还很难购买到。在国内钢结构工程中,如果量少则可以使用等规格的钢板进行焊接拼接而成。而量大的话,通常考虑使用力学性能与之相当的HW 、HN型钢代替。
由钢板或型钢焊接或铆接而成。由于铆接费工费料,常以焊接为主。常用的焊接组合梁为由上、下翼缘板和腹板组成的工形截面和箱形截面,后者较费料,且制作工序较繁,但具有较大的抗弯刚度和抗扭刚度,适用于有侧向荷载和抗扭要求较高或梁高受到限制等情况。
图2是一种型式的组合梁,由轧制工字钢经火焰切割后再错位焊接,焊接后梁高大于原工字钢(增加六角形孔高的一半),从而提高了梁的承载能力和抗弯刚度;由于腹板上有形似蜂窝的六角形孔,故名蜂窝梁。钢梁截面的大小都须经计算确定,并满足强度、整体稳定和刚度三个主要要求。前两个钢梁在使用中的安全,后者不会产生过大的变形以利正常使用。组合梁的截面尺寸除满足上述三项要求外,还满足各组成件的局部稳定要求。热轧型钢截面的厚度较大,局部稳定一般可以得到。
工字钢 截面宽度 B 腹板厚度 Tw 翼缘厚度 Tf 交接圆弧半径 Rw RA=RB=P/2 Mc=Mmax=Pl/4 fc=fmax=Pl^3/48EI θA=θB=Pl^2/16EI 符号意义及单位 P -- 集中载荷,N; q -- 均布载荷,N; R -- 支座反力,作用方向向上者为正,N; M -- 弯矩,使截面上部受压,下部受拉者为正,Nm; Q -- 剪力,对邻近截面所产生的力矩沿顺时针方向者为正,N; f -- 挠度,向下变位者为正,; θ -- 转角,顺时针方向旋转者为正,°; E -- 弹性模量,Gpa; I -- 截面的轴惯性矩,m^4; ξ=x/l,ζ=x'/l,α=a/l,β=b/l,γ=c/l 从两方面考虑: ,从梁的剪切应力考虑 第二,从弯曲正应力考虑。 从型钢表中可以查到它的可用剪切强度T Tmax=Q/Ib[BH^2/8-<(B-b)h^2>/8] 式中: Tmax为剪切强度。把可用剪切强度T代进去,可算出梁的承受载荷。 Q为均布载荷 I为工字钢的截面惯矩可在型钢表中查得(cm^4). B为工字钢截面的宽度。
钢梁的强度包括抵抗弯曲、剪切以及竖向局部承压的能力。抗弯能力可由材料力学中的弯曲应力公式求得(见梁的基本理论)。当按弹性阶段设计时,取计算截面的边缘纤维应力达到钢材的屈服点作为极限状态。边缘纤维应力达到屈服点后,梁实际上还可继续承受荷载。随着荷载的继续加大,弯矩所在截面上的塑性变形沿截面从边缘向不断发展和扩大,后在该截面处形成塑性铰。梁上出现使梁成为可动机构的一定数量的塑性铰后,梁即到达抗弯的极限状态而破坏。当按塑性设计时,考虑梁上形成塑性铰及由此引起的内力重分布。采用塑性设计的钢梁,与按弹性阶段设计的梁相比较,可减小截面尺寸,节省钢材,但一般只适用于受静力荷载的热轧型钢梁和等截面焊接组合梁,同时组合梁板件的宽厚比应有较严格的限制,以免板件局部失稳而降低梁的承载能力。
钢梁的抗剪能力
在竖向荷载作用下,钢梁一般只产生竖向位移(即挠度),但对侧向刚度较差的工字形截面或槽形截面钢梁,当梁的自由长度(侧向无支承长度)较大时,荷载加大到一定程度,常会迅速产生较大的侧向位移和扭转变形,使梁随即丧失承载能力的现象称为丧失整体稳定或侧扭屈曲。当梁的自由长度较大和受压翼缘宽度较小时,使梁丧失整体稳定的临界荷载常小于强度破坏的荷载,因此,对梁的截面除应计算抗弯强度外,还验算整体稳定性。影响该临界荷载大小的因素很多,如截面的形状和尺寸,荷载的类型和其在截面上作用点的高度,自由长度的大小和梁端部的支承方式等。增加整体稳定性的有效办法是在跨中设置侧向支承和加大受压翼缘板的宽度。此外,在任何钢梁的支座处都应采取构造措施,使该处截面不能产生侧向位移和绕梁轴的转动(见结构稳定)。30#a热轧工字钢48.084kg/m,30#b热轧工字钢 52.794kg/m。