6.1 受弯构件的强度

6.1.1 在主平面内受弯的实腹式构件，其受弯强度应按下式计算：

式中：M_x、M_y——同一截面处绕x轴和y轴的弯矩设计值(N·mm)；
          W_nx、W_ny——对x轴和y轴的净截面模量，当截面板件宽厚比等级为S1级、S2级、S3级或S4级时，应取全截面模量，当截面板件宽厚比等级为S5级时，应取有效截面模量，均匀受压翼缘有效外伸宽度可取15ε_k，腹板有效截面可按本标准第8.4.2条的规定采用(mm³)；
          γ_x、γ_y——对主轴x、y的截面塑性发展系数，应按本标准第6.1.2条的规定取值；
          f——钢材的抗弯强度设计值(N／mm²)。
6.1.2 截面塑性发展系数应按下列规定取值：
    1 对工字形和箱形截面，当截面板件宽厚比等级为S4或S5级时，截面塑性发展系数应取为1.0，当截面板件宽厚比等级为S1级、S2级及S3级时，截面塑性发展系数应按下列规定取值：
    1) 工字形截面(x轴为强轴，y轴为弱轴)：γ_x＝1.05，γ_y＝1.20；
    2) 箱形截面：γ_x＝γ_y＝1.05。
    2 其他截面的塑性发展系数可按本标准表8.1.1采用。
    3 对需要计算疲劳的梁，宜取γ_x＝γ_y＝1.0。
6.1.3 在主平面内受弯的实腹式构件，除考虑腹板屈曲后强度者外，其受剪强度应按下式计算：

  式中：V——计算截面沿腹板平面作用的剪力设计值(N)；
            S——计算剪应力处以上(或以下)毛截面对中和轴的面积矩(mm³)；
            I——构件的毛截面惯性矩(mm⁴)；
            t_w——构件的腹板厚度(mm)；
            f_v——钢材的抗剪强度设计值(N／mm²)。
6.1.4 当梁受集中荷载且该荷载处又未设置支承加劲肋时，其计算应符合下列规定：
    1 当梁上翼缘受有沿腹板平面作用的集中荷载且该荷载处又未设置支承加劲肋时，腹板计算高度上边缘的局部承压强度应按下列公式计算：

  式中：F——集中荷载设计值，对动力荷载应考虑动力系数(N)；
           ψ——集中荷载的增大系数；对重级工作制吊车梁，ψ＝1.35；对其他梁，ψ＝1.0；
            l_z——集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度，宜按式(6.1.4-2)计算，也可采用简化式(6.1.4-3)计算(mm)；
           I_R——轨道绕自身形心轴的惯性矩(mm⁴)；
           I_f——梁上翼缘绕翼缘中面的惯性矩(mm⁴)；
           a——集中荷载沿梁跨度方向的支承长度(mm)，对钢轨上的轮压可取50mm；
           h_y——自梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离；对焊接梁为上翼缘厚度，对轧制工字形截面梁，是梁顶面到腹板过渡完成点的距离(mm)；
           h_R——轨道的高度，对梁顶无轨道的梁取值为0(mm)；
           f——钢材的抗压强度设计值(N／mm²)。
    2 在梁的支座处，当不设置支承加劲肋时，也应按式(6.1.4-1)计算腹板计算高度下边缘的局部压应力，但ψ取1.0。支座集中反力的假定分布长度，应根据支座具体尺寸按式(6.1.4-3)计算。
6.1.5 在梁的腹板计算高度边缘处，若同时承受较大的正应力、剪应力和局部压应力，或同时承受较大的正应力和剪应力时，其折算应力应按下列公式计算：

    式中：σ、τ、——腹板计算高度边缘同一点上同时产生的正应力、剪应力和局部压应力，τ和σc应按本标准式(6.1.3)和式(6.1.4-1)计算，σ应按式(6.1.5-2)计算，σ和σ_c以拉应力为正值，压应力为负值(N／mm²)；
              I_n——梁净截面惯性矩(mm⁴)；
             y₁——所计算点至梁中和轴的距离(mm)；
             β₁——强度增大系数；当σ与σc异号时，取β₁＝1.2；当σ与σ_c同号或σ_c＝0时，取β₁＝1.1。

条文说明

6.1.1 计算梁的抗弯强度时，考虑截面部分发展塑性变形，因此在计算公式(6.1.1)中引进了截面塑性发展系数γ_x和γ_y。γ_x和γ_y的取值原则是：使截面的塑性发展深度不致过大；与本标准第8章压弯构件的计算规定表8.1.1相衔接。当考虑截面部分发展塑性时，为了保证翼缘不丧失局部稳定，受压翼缘自由外伸宽度与其厚度之比应不大于13ε_k。
    直接承受动力荷载的梁也可以考虑塑性发展，但为了可靠，对需要计算疲劳的梁还是以不考虑截面塑性发展为宜。
    考虑腹板屈曲后强度时，腹板弯曲受压区已部分退出工作，本条采用有效截面模量考虑其影响，本标准第6.4节采用另外的方法计算其抗弯强度。
6.1.2 本条为新增条文。截面板件宽厚比等级可按本标准表3.5.1根据各板件受压区域应力状态确定。
    条文中箱形截面的塑性发展系数偏低，箱形截面的塑性发展系数应该介于1.05～1.2之间，参见表10。

表10 箱形截面的塑性发展系数

6.1.3 考虑腹板屈曲后强度的梁，其受剪承载力有较大的提高，不必受公式(6.1.3)的抗剪强度计算控制。
6.1.4 计算腹板计算高度边缘的局部承压强度时，集中荷载的分布长度lz，早在20世纪40年代中期，苏联的科学家已经利用半无限空间上的弹性地基梁上模型的级数解，获得了地基梁下反力分布的近似解析解，并被英国、欧洲、美国和苏联钢结构设计规范用于轨道下的等效分布长度计算。最新的数值分析表明，基于弹性地基梁的模型得到的承压长度[式(6.1.4-2)中的系数改为3.25就是苏联、英国、欧洲、日本、ISO等采用的公式]偏大，应改为2.83；随后进行的理论上更加严密的解析分析表明，弹性地基梁的变形集中在荷载作用点附近很短的一段，应考虑轨道梁的剪切变形，因此改用半无限空间上的Timoshenko梁的模型，这样得到的承压长度的解析公式的系数从3.25下降到2.17，在梁模型中承压应力的计算应计入荷载作用高度的影响，考虑到轮压作用在轨道上表面，承压应力的扩散更宽，系数可增加到2.83，经综合考虑条文式(6.1.4-2)中系数取3.25，相当于利用塑性发展系数是1.1484。
    集中荷载的分布长度lz的简化计算方法，为原规范计算公式，也与式(6.1.4-2)直接计算的结果颇为接近。因此该式中的50mm应该被理解为为了拟合式(6.1.4-2)而引进的，不宜被理解为轮子和轨道的接触面的长度。真正的接触面长度应在20mm～30mm之间。

表11 式(6.1.4-2)和式(6.1.4-3)计算的承压长度对比