钢结构总复习

第一章一、钢结构的特点1.轻质高强;由于钢材强度高，结构需要的构件截面小,结构自重轻。构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保证；韧性——承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。韧性好，说明材料具有良好的动力工作3.材质均匀、各向同性，接近理想的弹塑性体，与力学假定符合较好;.制作、安装简便，工期短，符合工业化要求，环保5、密闭性好，不渗漏;二、钢结构的应用范围(1)大：大跨度结构(2)重：重工业厂房(3)高：高层建筑、高耸结构(4)动：受动荷载作用的结构(5)轻：荷载较小的轻钢结构(6)小：小型、可拆装的结构极限状态：当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要根据应用概率分析的程度不同，可分为三种水准：半概率极限状态设计方法;近似概率极限状态设计方法;全概率极限状态设计方法。结构可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率RRSRRS第二章:1、良好的力学性能：较高的强度，结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻；塑性0二钢材的主要性能一)、单向拉伸时的性能有屈服点钢材σ--ε曲线可以分为五个阶段(1)弹性阶段材料处于纯弹性(2)弹塑性阶段该段很短,表现出钢材的非弹性性质(3)塑性阶段该段σ基本保持不变(水平),ε急剧增大,称为屈服台阶或流幅段,变形模量E=0(4)强化阶段随荷载的增加σ缓慢增大,但ε增加较快(5)颈缩阶段B.对无明显屈服点的钢材该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变形小，破坏突然。二)、冷弯性能衡量钢材塑性性能和质量优劣的综合指标。击)荷载、复杂应力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸收的总能量(冲击韧性值)四)、可焊性可焊性受化学成分的影响比较大五)、耐久性能影响结构使用寿命因素：易锈蚀“时效”高温，长期荷载疲劳现象力线变曲折，缺陷处有高峰应力—应力集中)残余应力复杂应力板厚、直径的变形的情况下断裂，这是材料的塑性破坏。当没有塑性变形或只有很小塑性变形时即发生的破坏，是材料的脆性破坏编(=(一0.7(，应力以拉为正，压为负。maxminGB50017规范定一般钢结构都是按照以概率为基础的极限状态原则进行验算的。方法的符号如F或b沸腾钢(F)—脱氧较差镇静钢(Z)—脱氧充分半镇静钢(b)—脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间特殊镇静钢(TZ)钢材的疲劳：在循环荷载(连续反复荷载)作用下，经过有限次循环，钢材截面的应力低于钢材的抗拉强度fu，甚至低于fy时发生破坏的现象，称之为疲劳。疲劳破坏的机理：疲劳破坏是积累损伤的结果。微观裂纹(缺陷)→宏观裂纹→突然断裂疲劳破坏的特征：属于脆性破坏，截面平均应力小于屈服点。冷作硬化——当荷载超过材料屈服点卸载后，出现残余变形，再次加载则屈服强度(或屈时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使材料硬化的现象。碳、硫、磷对刚才的影响：1.碳(C)：钢材强度的主要来源，随其含量增加，强度增加，%N强度计算(承载能力极限状态包括：强度、整体稳定、局部稳定)=fN—轴心拉An刚度计算入=l0[入]i=I截面的回转半径；xixiA入=l0y[入]yiy塑性塑性发展系数是考虑构件截面再受力时截面有一定的塑性发展有一定塑性发展的截面弯矩与截面边缘达刚到屈服应力时的截面弯矩的比值，考虑到截面在受力时不能无限制的应用塑性所以规范规定对于一定的截面只利用一部分截面塑性规范对于给定的截面给出了截面yyyftxxyyxy展，即取y=y=1.0xy若承受静载，则M=WfW=S+SPpnypn1n2n还要小于15当梁承受翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比大于1还要小于15梁的强度计算的内容：抗弯强度、抗剪强度、局部压应力、折算应力抗弯强度计算：梁设计时只是有限制地利用截面的塑性，如工字形截面塑性发展深度取MMMa≤h/8。(1)单向弯曲梁xf(2)双向弯曲梁x+yMMMxnxxnxynyxyxyxyfy (二)抗剪强度TV.SfmaxI.tvw(三)局部压应力当梁的翼缘受有沿腹板平面作用的固定集中荷载且荷载处又未设置支承加劲肋时，或有移动的集中荷载时，应验算腹板高度边缘的局部承压强度。ctl=FfF——集中力,对动力荷载应考虑动力系数；——ctlwzctl=Fflz--集中荷载在腹板计算高度边缘的假定分布长度：ctlwzzyRzy1l=a+5h+2h梁端支座反力：l=a+zyRzy1ho点间距;2．焊接组合截面，为腹板高度;3．铆接时为铆钉间最近距离。y(a)y(a)(四)折算应力(2+(2一((+3T2共bf其中：(=cc1Inx (,(应带各自符号，c拉为正。b—计算折算应力的设计值增大系数。(,(异号时，b=1.2;(,(同号时或1c1c (=0,b=1.1原因：1．只有局部某点达到塑性2．异号力场有利于塑性发展——提高c1设计强度失稳的类别：分支点失稳、极值点失稳理想压杆与实际压杆相比，存在哪些缺陷：理想的轴心受压构件(杆件挺直、荷载无偏心、无初始应力、截面均匀等)塑性变形。实际轴心受压构件的柱子曲线：我国规范给定的临界应力σcr，是考虑初弯曲和残余应力两个缺陷，按二阶弹塑性分析采用最大强度准则，并通过数值分析确定的。由于各种缺 (陷对不同截面、不同对称轴的影响不同，纵坐标是柱的截面平均应力u与屈服强度f的y比值。所以σcr-λ曲线(柱子曲线)，呈相当宽的带状分布，为减小误差以及简化计算， (规范在试验的基础上，给出了四条曲线(四类截面)，并引入了稳定系数。Q=crfy实际轴心受压构件的整体稳定计算 RyR构件长细比的确定xoxxyoyyyybtbbbb等ybby边截边截面ybb2肢相并的不等(C)边角y钢b1b截面，yb12112yyzyy 轴心受压构件的屈曲形态：弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲tttfy2.腹板：tfwybttwh格构式轴心受压构件设计(不考计算)截面选取原则：尽可能做到等稳定性要求。.缀材的形式：缀条和缀板两种.折算原因：当绕虚轴发生弯曲失稳时，因为剪力要由比较柔弱的缀材负担或是参与负担，剪切变形较大，导致构件产生较大的附加侧向变形，它对构件临界力的降低是不能汇率的，经理论分析，用换算长细比入来代替对x轴的长细比入，就可以确定考虑剪切变形影响的0xx结构式轴心压杆的临界力。因此，换算长细比的实质是反映构件弯曲刚度的弱化。0xxA111maxmax0xy10xx11maxmax0xy压翼缘侧向支承点间距);3．荷载作用种类；4．荷载作用位置；5．梁的支座情况。 (=xW (=xWyfybRyR当截面仅作用Mx时：(1)不满足以上条件时，按下式计算梁的整体稳定性：M (M ((fbbcry(2)稳定系数的计算MxRA、轧制H型钢或焊接等截面工字形简支梁bby1y1b双轴对称时n=0单轴对称截面n取值见规范。bbbbbbQbMM当截面同当截面同时作用Mx、xbxy能超过规定时当荷载达到某一值时，梁的腹板和受压翼缘将不能保持平衡状态，发生出平面波形鼓曲，称为梁的局部失稳b：h0共(25+0.5入)235tfytwfyb235局部失稳的板件宽厚比：强度计算考虑截面塑性发展时：共13tfy强度计算不考虑截面塑性发展(γx=1.0)时共15tfyb235值应满足：0共40tfy提高临界应力的有效办法：设纵向加劲肋。，twfy，t当装丰0时，按构造配置加劲肋；c横向加劲肋的间当装=0时，可不配置加劲肋；c00h算配置横向加劲肋，其中：tfwyJwy|Jtfwy(4)梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋。htw在确定是否型钢梁的设计一、设计原则：强度、整体稳定、刚度要求、局压承载力局部稳定一般均满影响轴心受压的稳定系数Q：1)截面分类2)长细比3)钢材品种就是按这种思路进行设计的max0max手工电弧焊：原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。A应。B、焊条的表示方法：E—焊条(Electrode)，第1、2位数字为熔融金属的最小抗拉强度 低强度钢材相适应的焊条。C、优、缺点：优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。《钢结构工程施工及验收规范》规定：焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级标准。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；对接焊缝的坡口形式:(1)当:t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)时可不做坡口,采用直边缝;X形坡口。(3)当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，应做坡度不大于1:2.5(静载)或N轴心力作用下的对接焊缝计算：(=共fw或fw式中：N—轴心拉力或压力；t—板件较lttcw当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接(=Nsin9共fw或fwT=Ncos9共fw另:lttcltvwwM、V共同作用下的对接焊缝计算M6M maxWl2ttwwmaxIt2ltVww(2)工字形截面梁对接连接计算A、对于焊缝的σmax和τmax应满足M6MfwwwVfwltVfwltVwmaxIt2wtxhf,max≤1.2t1(钢管结构除外)式中:t1---较薄焊件厚度。2、最小焊脚尺寸hf,min为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求:h1.5t(计算数值只进不舍！)式中:f,min2t2----较厚焊件厚度另:对于埋弧自动焊hf,min可减去1mm;对于T型连接单面角焊缝hf,min规范给定的角焊缝强度计算通用公式f2规范给定的角焊缝强度计算通用公式f2fwβf—正面角焊缝强度增大系数；fffrC、在V作用下，焊缝群上的应力均匀分布。各种受力状态下的直角角焊缝连接计算(1)轴心力作用下的盖板对接连接:(3)角钢角焊缝连接ff2fwlh即:wlh即:weNN由力及力矩平衡得:NkNN由力及力矩平衡得:NkNN3NkNN3222fwfBff1hke2k肢背焊缝内力分配系数e1ee1NN1kN12eNN1kN12eee2ee2对于校核问题:fNl1hw1e1ffwfNl2hw2e2ffw对于设计问题:lN1lN2w1hfww2hfwe1fe2fB、采用三面围焊Nlhfw3w3e3ffNbhfw3e3ffff,A2fwff,AfMfAIh1fMfAIh1fw2ff2ff2对于B点：Mh2fBI2wfBfVhl2VVhh2ABxB’σf1σf2xhh1τfyx0yAττVyxhPxyPA点垂直于焊缝长度方向的应力为:(=T+TfVAyTAyA点平行于焊缝长度方向的应力为:T=TfTAxPf减小焊接残余应力和焊接变形的措施(1)焊接位置的合理安排(2)焊缝尺寸要适当(3)焊缝数量要少，且不宜过分集中(4)应尽量避免两条以上的焊缝垂直交叉(5)应尽量避免母材在厚度方向的收缩应力2、加工工艺上的措施(1)采用合理的施焊顺序(2)采用反变形处理(3)小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理焊接残余应力对结构性能的影响接残余应力对结构的静力强度没有影响。2.焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低了结构的刚度。3.对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力，限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向。所以，降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要措施。4.在焊缝及其附近主体金属焊接残余拉应力通常达到钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响。焊接残余应力的分类A、纵向焊接残余应力—沿焊缝长度方向;B、横向焊接残余应力—垂直于焊缝长度方向;C、沿厚度方向的焊接残余应力螺栓排列的要求(1)受力要求:顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，端距不能太小；对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，中距不能太大。(2)构造要求；螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。(3)施工要求：为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。破坏形式：(1)螺栓杆被剪坏栓杆较细而板件较厚时(2)孔壁的挤压破坏栓杆较粗而板件较薄时(3)板件被拉断截面削弱过多时以上破坏形式予以计算解决。(4)板件端部被剪坏(拉豁)端矩过小时；端矩不应小于2dO(5)栓杆弯曲破坏螺栓杆过长；栓杆长度抗剪螺栓的单栓承载力设计值单栓抗剪承载力：抗剪承载力：Nb=nf单栓抗剪承载力：ccvvccNb=min{Nb，Nb}nv—剪切面数目；d—螺栓杆直径；fvb、fcb—螺栓抗剪和承压强度minvct普通螺栓群抗剪连接计算算d难以均匀，端部螺栓首先破坏,然后依次破坏。当15dl60d时：n=1.1l110