工字梁
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工字梁,也稱為 H 型梁(用于通用柱,UC)、W 型梁(用于寬翼緣)、通用梁 (UB)、軋制鋼托梁 (RSJ) 或雙 T(尤其是波蘭語, 保加利亞語、西班牙語、意大利語和德語),是具有 I 形或 H 形橫截面的梁。 I 的水平元素是法蘭,垂直元素是腹板。 工字梁通常由結構鋼制成,用于建筑和土木工程。
腹板抵抗剪切力,而翼緣抵抗梁經歷的大部分彎矩。 歐拉-伯努利梁方程表明,I 形截面是一種非常有效的形式,可以在腹板平面上承載彎曲和剪切載荷。 另一方面,截面在橫向方向上的承載能力降低,并且在承載扭矩方面也很低效,因此通常優選空心結構截面。
歷史
編輯1849 年,Forges de la Providence 公司的 Alphonse Halbou 獲得了從單塊鍛鐵軋制而成的生產工字梁的方法的專利。
伯利恒鋼鐵公司是 20 世紀中葉美國橋梁和摩天大樓工程中各種橫截面軋制結構鋼的xxx供應商。 如今,在此類工作中,軋制橫截面已部分被制造橫截面取代。
概覽
編輯工字梁有兩種標準形式:
工字梁通常由結構鋼制成,但也可以由鋁或其他材料制成。 一種常見的工字梁是軋制鋼托梁 (RSJ)——有時會錯誤地呈現為鋼筋鋼托梁。 英國和歐洲標準還規定了通用梁 (UB) 和通用柱 (UC)。 這些部分具有平行法蘭,與現在很少在英國軋制的不同厚度的 RSJ 法蘭相反。 平行法蘭更容易連接并且不需要錐形墊圈。 UC 具有相等或接近相等的寬度和深度,更適合垂直定向以承受軸向載荷,例如多層建筑中的柱子,而 UB 的深度明顯大于寬度,更適合承受彎曲載荷,例如梁 地板中的元素。
I 型托梁——用纖維板和/或層壓單板木材制成的工字梁——在建筑中也越來越受歡迎,尤其是住宅,因為它們比實木托梁更輕且不易翹曲。 然而,有人擔心如果沒有保護,它們在火災中會迅速失去強度。
設計
編輯工字梁廣泛用于建筑行業,有多種標準尺寸可供選擇。 可提供表格,以便為給定的應用負載輕松選擇合適的鋼字梁尺寸。 工字梁既可以用作梁也可以用作柱。
工字梁可以單獨使用,也可以與另一種材料(通常是混凝土)復合使用。 設計可能受以下任何標準約束:
- 偏轉:將選擇工字梁的剛度以盡量減少變形
- 振動:剛度和質量的選擇是為了防止不可接受的振動,特別是在對振動敏感的環境中,例如辦公室和圖書館
- 屈服彎曲失效:橫截面的應力超過屈服應力
- 橫向扭轉屈曲彎曲失效:受壓的法蘭傾向于向側面屈曲或整個橫截面扭轉屈曲
- 局部屈曲彎曲失效:翼緣或腹板太細以至于局部屈曲
- 局部屈服:由集中載荷引起,例如在梁的支撐點
- 剪切失敗:網絡失敗的地方。 在稱為張力場作用的現象中,細長的腹板會因屈曲和波紋而失效,但法蘭的剛度也能抵抗剪切失效
- 組件的屈曲或屈服:例如,用于為工字梁的腹板提供穩定性的加勁肋。
彎曲設計
彎曲的梁沿著離中性軸最遠的軸向纖維承受高應力。 為防止失效,梁中的大部分材料必須位于這些區域。 靠近中性軸的區域需要相對較少的材料。 這個觀察是工字梁橫截面的基礎; 中性軸沿著腹板的中心延伸,腹板可能相對較薄,并且大部分材料可以集中在法蘭上。
理想的梁是實現給定截面模量所需的橫截面積最小(因此需要最少的材料)的梁。
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