五
梁 的 设 计
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锅炉构架设计
1 梁的形式
梁主要用以承受横向载荷，其截面必须具有较大的抗弯刚度。锅炉构架中常用的有轧制型钢梁,型钢与钢板组合梁和钢板组合梁(板梁).轧制型钢由于条件限制,腹板厚度较大,用钢量较多,但结构简单,制造省工,载荷较小时应优先选用.板梁有工字形和箱形两种,工字形梁较省材料,但抗扭刚度小. 2 梁的计算内容
梁的计算内容较多.首先是截面强度,构件整体稳定,局部稳定和刚度(挠度).通过这些计算可以肯定所选截面是否可靠和适用.其次还有翼缘和腹板的连接计算,腹板加劲肋设计,梁与梁的连接和支座等.其中刚度属正常使用极限状态,应采用荷载标准值计算,其余均属承载能力极限状态,应采用荷载设计值. 3 截面强度计算
在主平面受弯的梁,其强度计算包括抗弯、抗剪、局部承压、强度和折算应力的计算。 3.1 抗弯强度
锅炉构架中的梁,受压翼缘的外伸宽度与其厚度之比,一般都控制在13235/fy和15之间.所以不考虑截面塑性发展,其抗弯强度按下式计算:
MxMy ??f
WnxWny 式中Mx、My—同一截面处绕x轴和y轴的弯矩,对工字形截面x轴为强轴
Wnx、Wny—对x轴和y轴的静截面模量
f —钢材的抗弯强度计算值,对Q235钢: f=fy/1.087; 对Q345、Q394、Q420钢: f=fy/1.111
3.2 抗剪强度
??VS?fV ItW式中 V——沿腹板平面内的剪力；
S——计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩； I——毛截面惯性矩；
tW——腹板厚度；
fV——钢材抗剪强度设计值，根据能量强度理论：fV?f?0.58f。 33.3 局部承压强度
当梁上翼缘有沿腹板平面作用的荷载，且该处又未设置支承加劲肋时，应按下式计算腹板计算高度边缘的局部承压强度。
?C? 式中 F——集中荷载；
F?f tWlZ2
lZ——集中荷载在腹板计算高度边缘的分布长度，lZ?a?5hy；
a——集中荷载沿梁跨度方向的支承长度；
hy——梁翼缘外表面至腹板计算高度边缘的距离，对焊接梁为翼缘厚度；对型钢
梁为外表面至内圆角趾的距离。
3.4 折算应力
在梁的腹板计算高度边缘处，若同时受有较大的正应力、剪应力或有局部压应力时，应计算折算应力。
?2??c2????c?3?2??1f
式中
?——腹板计算高度边缘的正应力； ?——与?同一处的剪应力； ?c——竖直方向的局部压应力；
?1——强度设计值的 增大系数，?与?c异号时取1.2；与?与?c同号或?c=0时
取1.1。 4 刚度
刚度计算是梁在荷载标准值作用下的最大挠度不超过容许值。一般情况下，跨度小的梁由抗弯强度控制，跨度较小的梁则由抗剪强度或剪切变形控制，而跨度较大的梁往往由刚度控制。
锅炉构架中，梁的刚度通常采用相对挠度表示。即：
v?v??? i??l?式中 v——梁的跨中挠度； l ——梁的跨度；
?v?——梁的容许挠度，对顶板主梁为1/850； ???l? 顶板次梁和预热器支承梁为1/750；
顶板小梁及构架主平面层柱间梁为1/500；平台梁1/250。
5 整体稳定
梁最常用的截面为工字形，它绕截面两轴的惯性矩相差很大。跨中无侧向支承或侧向支承距离较大的梁，在最大刚度平面内承受横向荷载或力矩作用时，上翼缘类似轴心受压杆，当荷载达到一定数值时，可能产生侧向位移和扭转，导致梁在强度破坏之前丧失承载能力，这种现象的侧扭屈曲或丧失整体稳定。 5.1 计算公式
单向弯曲梁整体稳定计算：
MX?f
?bWX两个平面内受弯的工字形截面梁的整体稳定计算：
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