《钢结构学习辅导》PPT课件.ppt

钢结构学习辅导,复习要点 例题、考题详解,第一章 绪 论 第二章 钢结构的材料 第三章 钢结构的连接 第四章 轴心受力构件（钢柱、钢压杆） 第五章 受弯构件（钢梁） 第六章 拉弯和压弯构件（钢柱、钢压杆） 第七章 单层厂房结构（钢桁架）设计,钢结构教学目录,4.了解杆件和板件稳定的基本理论，理解影响稳定性的主要因素及提高稳定性的措施；,3.掌握钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素，并能正确地选择钢材；,2.理解“钢结构”的计算方法；,1.了解钢结构的应用和发展概况,掌握钢结构的特点；,本课程的基本要求,5. 掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件(梁、柱和屋架)的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法。,6.理解构件间的连接方法、力的传递方式和过程以及构造原则；,教学参考书及规范:,1.钢结构（第三版） 戴国欣 主编 武汉理工大学出版社,2.钢结构疑难释议附解题指导 刘声扬主编 建筑工业出版社,3.钢结构自学辅导 钟善桐主编 武汉大学出版社,4.钢结构设计规范 （GB50017-2003),5.钢结构工程施工质量验收规范 （GB50205-2001),7.掌握钢桁架结构的设计方法,第一章 绪 论,大纲要求,1. 掌握钢结构的特点和钢结构的应用范围。,2理解钢结构按极限状态的设计方法，掌握其设 计表达式的应用。,3了解钢结构在我国的发展趋势。,第1章绪论,钢结构的特点 （1）材料强度高，塑、韧性好、钢材质量轻（相对） （2）材质均匀 钢材内部组织较接近于匀质和各向同性体，实际受力和根据力学情况计算的结果相吻合。 （3）制造简便，工期短,（4）可焊性、密封性好,缺点： （1）耐腐蚀性差-在潮湿和有腐蚀性介质的环境中，纲结构容易锈蚀，要选用耐大气腐蚀的耐侯钢材，注意油漆防护，增加了维护费用。 （2）耐热不耐高温-当钢材受热温度在200以内时。其主要性能变化很小，具有较好的耐热性能。但是，当温度在600以上时，其承载力几乎完全丧失。必须有隔热或采用防火涂料等防护措施 （3）低温脆断 -要高度重视 （4）变形较大（不利安装）,钢结构的应用,大跨钢结构 大跨度钢屋架 网架、网壳结构 、悬索结构、拱架结构、桥梁结构 结构跨度越大，自重在荷载中所占的比例就越大，减轻结构的自重会带来明显的经济效益。 高层建筑 高耸建筑 轻型钢结构 容器和其他构筑物,概率极限状态设计法,概率极限状态设计法 （一）传统容许应力法（安全系数法57年以前） （二）多系数半概率法（74年旧规范） （三）一次二阶矩概率极限状态设计法（分项系数法） （四）全概率极限状态设计法（发展方向） 结构设计准则-结构由各种荷载所产生的效应（内力和变形）不大于结构（包括连接）由材料性能和几何因素等所决定的抗力或规定限值。,作用效应-作用效应（S）：结构上的作用引起的结构或其构件的内力和变形。 结构抗力-结构抗力（R）：结构或构件承受内力和变形的能力。 极限状态方程：ZRS0 功能函数：Zg(R,S)RS,承载力极限状态（第一极限状态）-结构或构件达到最大承载力（如强度、稳定、疲劳）或达到不适于继续承载的变形（如塑性变形）时的极限状态。 正常使用极限状态（第二极限状态）-结构或构件达到正常使用的某项规定限值时的极限状态。 荷载标准值-建筑结构在设计基准期内在正常情况下有可能出现的最大荷载值。 荷载设计值-标准值乘以荷载分项系数。 极限状态设计法公式（简单荷载情况）,大纲要求:,1.了解钢结构的两种破坏形式；,2.掌握结构用钢材的主要性能及其机械性能指 标；,3.掌握影响钢材性能的主要因素特别是导致钢材变脆的主要因素；,4.了解结构用钢材的种类、牌号、规格；,5.了解钢材选择的依据，做到正确选择钢材；,6.掌握钢材疲劳的概念和疲劳计算方法。,第2章 钢结构的材料,钢材的力学性能 一、强度 屈服强度fy设计标准值（设计时可达的最大应力）； 抗拉强度fu钢材的最大应力强度，fu/fy为钢材的强度 安全储备系数。 理想弹塑性工程设计时将钢材的力学性能，假定为 一理想弹塑性体 二、塑性材料发生塑性变形而不断裂的性质 重要指标好坏决定结构安全可靠度，内力重分布，保证塑性破坏，避免脆性破坏。 用伸长率衡量,三、韧性钢材在断裂或塑变时吸收能量的能力，用于表 征钢材抗冲击荷载及动力荷载的能力，动力指 标，是强度与塑性的综合表现。 用冲击韧性衡量，分常温与负温要求。 四、冷弯性能钢材发生塑变时对产生裂纹的抵抗能力。 是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标。 五、可焊性钢材在焊接过程中对产生裂纹或发生断裂的 抵抗能力，以及焊接后具备良好性能的指 标。通过焊接工艺试验进行评定,钢结构的破坏形式 塑性破坏与脆性破坏 影响因素化学成分、冶金质量、温度、冷作硬化、时效、应力集中、复杂应力。,钢材性能的影响因素 一、化学成分C、S、P、Mn、Si 二、冶金与轧制 三、时效 四、温度正温与负温，热塑现象、冷脆现象 五、冷作硬化 六、应力集中与残余应力残余应力的概念以及它的影响。 七、复杂应力状态强度理论，同号应力，异号应力。,钢材的品种、牌号与选择 品种炭素钢Q235；低合金钢Q345、Q390、Q420 牌号的表示方法Q、屈服强度值、质量等级（碳素钢AD，低合金钢AE）,冶金脱氧方法（F、b、Z、TZ） 影响选择的因素 结构的重要性（结构的安全等级分一级（重要），二级（一般），三级（次要）、荷载情况（动、静荷载）、连接方法（Q235A不能用于焊接结构）、环境温度。,大纲要求,1.了解钢结构连接的种类及各自的特点； 2.了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算方法及构造要求； 3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构工作的影响； 4.了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算和构造要求。,第3章 钢结构的连接, 本章重点 1、焊透的对接焊缝和直角焊缝的构造要求和计算方法。 2、螺栓连接的构造要求，工作性能及其计算方法。 本章难点 1、难点是施焊过程中，由于不均匀分布的高温作用，在焊件中将产生热应力和热变形，冷却后则产生焊接残余应力和焊接残余变形，此部分是本章的难点。 2、本章习题较多，公式也较多，学生平时应多动笔，多思考，亲自动手计算一下。有些基本公式要多加记忆。要弄清公式中各符号的具体含义和量纲,第1节 钢结构的连接方法与特点 焊接连接对接焊缝，角焊缝 螺栓连接普通螺栓，高强螺栓 铆钉连接已基本被高强螺栓代替。,第2节 焊缝连接 1、焊接方法电弧焊（手工，自动埋弧以及气体保护焊）、电阻焊和气焊。 2、特点省材、方便、适用强；热影响区变脆，残余应力与变形，质量变动大。 3、焊缝缺陷裂纹、气孔、未焊透、夹渣、烧穿等。 4、焊接形式 按焊件相对位置平接（对接）、搭接以及垂直连接。 按施焊位置俯焊（平焊）、横焊、立焊以及仰焊。 按截面构造对接焊缝及角焊缝,第3节 角焊缝的构造与计算 一、构造,角焊缝分直角与斜角（锐角与钝角）两种截面。 直角型又分普通、平坡、深熔型（凹面型）； 板件厚度悬殊时角焊缝设计及边缘焊缝（P56，图3.21） 二、受力特性 正面焊缝应力状态复杂，但内力分布均匀，承载力高； 侧面焊缝应力状态简单，但内力分布不均，承载力低。 破坏为45o喉部截面，设计时忽略余高。 三、角焊缝的计算,第4节 对接焊缝的构造与计算 一、构造 坡口形式I型、单边V型、双边V型、U型、K型及X型。 引、落弧板 变厚度与变宽度的连接1：4斜面。 质量等级与强度一级综合性能与母材相同； 二级强度与母材相同； 三级折减强度 二、计算同构件。,第5节 普通螺栓连接 一、连接性能与构造 受剪连接的破坏形式板端冲剪、螺杆受弯、螺杆剪切、孔壁挤压、板件净截面（直线、折线）。构造满足前两种，（e2do；t5d）。 受剪连接受力方向螺栓受力不均，一定长度时需折减。 受拉连接以螺杆抗拉强度为承载力极限。 施工及受力要求，螺栓有排布距离要求（栓距、线距、边距、端距）。 分精制（A、B级）及粗制（C级，不能用于主要受力连接） 二、计算 1、单个连接承载力 受剪连接 抗剪与承压：, 受拉连接 拉剪共同作用 2、螺栓群连接计算 轴力或剪力作用 弯矩轴力共同作用 扭矩、轴力、剪力共同作用 其中：,第6节 高强度螺栓连接 一、高强螺栓的受力性能与构造 按计算原则分摩擦型与承压型两种。 摩擦型抗剪连接的最大承载力为最大摩擦力。 承压型抗剪连接的最大承载力同普通螺栓（Nbmin）。 注意当连接板件较小时承压型的承载力小于摩擦型。 受拉连接时两者无区别，都以0.8P为承载力。 板件净截面强度计算与普螺的区别为50的孔前传力。 受剪连接时，螺栓受力不均，同普螺应考虑折减系数。 由于承压型设计的变形较大，直接承受动荷不易采用。 设计认为摩擦力主要分布在螺栓周围3d0范围内。,二、计算 摩擦型螺栓连接计算 1、抗剪连接 2、抗拉连接 （抗弯时旋转中心在中排） 3、拉剪共同作用 承压型螺栓连接计算 计算方法同普通螺栓连接，应注意 抗拉承载力 拉剪共同作用 抗弯时旋转中心在中排,例题详解 例题1、某T型牛腿，角焊缝连接，F=250kN，Q235钢，E43型 焊条，静荷载，确定焊脚尺寸。 解：1、确定焊缝计算长度（两条L型焊缝) 竖焊缝：lw12005195mm， 水平焊缝： lw2（20016）/2-587mm,取lw285mm,2、求焊缝形心及惯性矩： 3、力向形心转移 4、受力控制点分项应力（下点）,5、焊缝强度结算： 6、焊脚尺寸确定： 取：,例题2、 图示摩擦型高强螺栓连接，M20，10.9级，喷砂生赤锈，验算连接强度。 已知：M=106k.m； N=384kN； V=450kN。 解：1、查取有关参数 预拉力： P=155kN; 摩擦系数：=0.45 2、确定控制点 经受力分析控制点为最 上排螺栓。,3、最上排螺栓分项受力 轴力N：各螺栓均匀受拉 弯矩M作用：最上排受最大拉力 其中 总拉力： 剪力V：各螺栓均匀受剪 4、承载力验算 5、结论：连接承载力满足要求,1、了解“轴心受力构件”的应用和截面形式； 2、掌握轴心受拉构件设计计算； 3、了解“轴心受压构件”稳定理论的基本概念和分析方法； 4、掌握现行规范关于“轴心受压构件”设计计算方法，重点及难点是构件的整体稳定和局部稳定； 5、掌握格构式轴心受压构件设计方法。,大纲要求,第4章 轴心受力构件,第1节 概述 钢结构各种构件应满足正常使用及承载能力两种极限状态的要求。 正常使用极限状态：刚度要求控制长细比 承载能力极限状态：受拉强度； 受压强度、整体稳定、局部稳定。 截面形式：分实腹式与格构式 第2节 强度与刚度 净截面强度轴压构件如无截面消弱，整稳控制可不验算强度。 刚度注意计算长度。,第3节 轴压构件的整体稳定 典型的失稳形式弯曲失稳、扭转失稳及弯扭失稳； 理想构件的弹性弯曲稳定欧拉公式； 弹塑性弯曲失稳切线模量理论； 实际构件的初始缺陷初弯曲、初偏心、残余应力； 初始缺陷的影响； 肢宽壁薄的概念； 格构式截面缀条式与缀板式； 格构式轴压构件换算长细比的概念与计算； 格构轴压构件两轴等稳的概念（实腹式同）； 单肢稳定性的概念。 掌握整体稳定的计算公式与方法；,第4节 实腹式截面局部稳定 局部稳定的概念板件的屈曲，局部失稳并不意味构件失效，但是局部的失稳会导致整体失稳提前发生；局部稳定承载力与支承条件、受力形式与状态及板件尺寸有关。 局部稳定的保证原则保证整体失稳之前不发生局部失稳 等稳原则局部稳定承载力等于整体稳定承载力。 等强原则局部稳定承载力等于某一整体稳定达不到的强度值。 局部稳定的控制方法限制板件的宽（高）厚比。 掌握工字形截面局部稳定的计算公式与方法。,例题详解 例题1 右图示轴心受压构件， Q235钢，截面无消弱， 翼缘为轧制边。 问：1、此柱的最大承载力设计值N？ 2、此柱绕y轴失稳的形式？ 3、局部稳定是否满足要求？,解： 1、整体稳定承载力计算 对x轴： 翼缘轧制边，对x轴为b类截面，查表有： 对x轴： 翼缘轧制边，对y轴为c类截面，查表有： 由于无截面消弱，强度承载力高于稳定承载力，故构件的 最大承载力为： 2、绕y轴为弯扭失稳,3、局部稳定验算 较大翼缘的局部稳定 结论：满足要求 腹板的局部稳定 结论：满足要求,大纲要求:,1.了解受弯构件的种类及应用；,2.了解受弯构件整体稳定和局部稳定的计算原 理（难点），掌握梁的计算方法；,3.掌握组合梁设计的方法及其主要的构造要求；,4.掌握梁的拼接和连接主要方法和要求。,第5章 受弯构件（梁）,第1节 概述 正常使用极限状态：控制梁的变形 承载能力极限状态：强度、整体稳定、局部稳定 梁的截面：型钢梁与组合梁 梁格布置：简单梁格、普通梁格、复杂梁格。 第2节 梁的强度与刚度 梁的工作状态 弹性阶段边缘屈服 塑性铰全截面屈服 考虑部分发展塑性，塑性发展系数 不考虑塑性发展的情况p142（动力荷载、翼缘宽厚比） 掌握工字型截面的塑性发展系数 梁的强度抗弯、抗剪、局部承压及折算应力（掌握计算方法系数的取用、验算部位） 梁的刚度控制挠跨比,4.梁的计算内容,正常使用极限状态 刚度,2.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ah/8。,(1)单向弯曲梁,(2)双向弯曲梁,式中：,-截面塑性发展系数，对于工字形截面梁:,其他截面见表6.1。,当翼缘外伸宽度b与其厚度t之比满足:,需要计算疲劳强度的梁：,折算应力：,异号时，,同号时或,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设计强度,抗剪强度,局部压应力,第3节 梁的整体稳定 失稳机理重点掌握 梁的失稳形式弯扭失稳（侧向弯扭失稳） 提高梁整体稳定的措施,梁的整体稳定计算,1.不需要计算整体稳定的条件,1)、有铺板(各种钢筋混凝土板和钢板)密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连、能阻止其发生侧向位移时；,2)H型钢或等截面工字形简支梁受压翼缘的自由长度l1与其宽度b1之比不超过下表规定时；,3）对于箱形截面简支梁，其截面尺寸满足： 可不计算整体稳定性。,稳定系数的计算,不大于1.0,6.3.4,当截面同时作用Mx 、 My时：,6.3.5,第4节 梁的截面设计 梁高度的确定最小高度、最大高度及经济高度。 第5节 梁的局部稳定与加劲肋 一、翼缘的局部稳定 保证原则等强原则,二、腹板加劲肋 腹板局部稳定的设计原则 限制高厚比不经济，不采用 允许局部失稳考虑屈曲后强度（轻钢结构采用） 用加劲肋减小腹板支承尺寸提高局稳承载力（普钢） 加劲肋的种类横向、纵向及短加劲肋。,梁腹板加劲肋设置如下：,直接承受动力荷载的实腹梁：,应在弯曲受压较大区格，加配纵向加劲肋。,以上公式中h0为腹板的计算高度，tw为腹板厚度；对于单轴对称截面梁，在确定是否配置纵向加劲肋时，h0取腹板受压区高度hc的2倍。,(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。,大纲要求:,1、了解拉弯和压弯构件的应用和截面形式；,2、了解压弯构件整体稳定的基本原理；掌握其计算方法；,5、掌握实腹式压弯构件设计方法及其主要的构造要求；,4、掌握拉弯和压弯的强度和刚度计算;,3、了解实腹式压弯构件局部稳定的基本原理；掌握其计 算方法；,6、掌握格构式压弯构件设计方法及其主要的构造要求；,第6章 拉弯与压弯构件,第1节 概述 拉弯、压弯构件实际为轴力构件与受弯的组合 三种典型的拉、压弯构件 正常使用极限状态控制构件的长细比 承载能力极限状态强度、整体稳定及局部稳定 截面形式实腹式、格构式（一般选用缀条式） 第2节 拉、压弯构件的强度与刚度 理解公式中的号意义与应用（单对称截面，弯矩作用在对称轴平面内，且使较大翼缘受压）。 注意塑性发展系数的取用（同梁） 刚度控制构件的长细比,第3节 压弯构件的整体稳定 整体稳定包括两方面弯矩作用平面内的弯曲失稳及弯矩 作用平面外的弯扭失稳。 整体稳定的计算 第4节 实腹式压弯构件的局部稳定 应力梯度的概念 梁： 轴力构件： 拉、压弯构件：,翼缘的局部稳定受力简单，同梁按等强原则 腹板的局部稳定受力复杂，影响因素多，等强原则。 腹板局部稳定的主要影响因素: 剪、正应力比： 正应力梯度： 塑性区发展深度 第5节 格构式截面压弯构件 一般宜采用缀条式，当弯矩较小时也可以采用缀板式。 一般弯矩绕虚轴作用，特殊情况弯矩也可绕实轴作用。 弯矩绕实轴作用时，整体稳定计算同实腹式截面，但平面外稳定计算时，稳定系数应按换算长细比0x计算，梁弯稳定系数b1.0。,弯矩绕实轴作用时： 弯矩作用平面内的整体稳定不考虑塑性发展 弯矩作用平面外的整体稳定不需验算，但需保证单肢 的两向稳定性。 单肢稳定分肢相同时验算较大分肢；分肢不同时应分 别验算两单肢。 缀材设计按实际剪力及 中较大值。 局部稳定：两肢件应按轴压构件控制局部稳定。,例题 验算下图示压弯构件的强度及平面内、外的整体稳定性。 已知：Q235钢，A=20cm2，Ix346.8cm4， Iy43.6cm4， y14.4cm， 翼缘侧向1/3跨处设置两个侧向支承。 解：1、参数计算,2、强度计算 结论：强度满足要求。 3、弯矩作用平面内的稳定性,结论：平面内整稳不满足。 4、平面外的整体稳定性 结论：平面外整稳满足。,单层厂房钢结构的组成及布置原则,单层厂房钢结构一般是由屋盖结构、柱、吊车梁、制动梁（或制动桁架）、各种支撑以及墙架等构件组