《钢结构》考前辅导》PPT课件.ppt

钢结构考前辅导,复习要点 例题、考题详解,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 （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。 安全性-结构应能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载、外加变形等的作用，在偶然事件发生后，能保证整体稳定性，不致倒塌。 适用性-结构在正常使用荷载下，应具有良好的工作性能。如不发生影响结构正常使用的过大的变形等。 耐久性-结构在正常维护下，随时间变化仍能满足预定功能要求，如锈蚀而影响寿命等。 安全度-度量安全性的指标。 可靠性-指结构在规定时间（设计基准期，一般50年）内、规定条件（正常设计、正常施工、正常使用和正常维护）下，完成预定功能的能力。 可靠度-可靠度（）：结构在预定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率，是度量结构可靠性的指标。 可靠概率-可靠概率（Ps ）：结构能够完成预定功能的概率。 失效概率-失效概率（Pf）：结构不能完成预定功能的概率。 可靠概率与失效概率的关系：Ps + Pf =1,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）,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,第2章 材料,第一节 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 第二节 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。,第3节 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。,第五节 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。,第3章 钢结构的连接,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 一、焊接特性 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 对接焊缝的构造与计算 一、构造 破口形式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4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,第7节 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,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。,第5节 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,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。 第二节 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）,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,6.2.4,6.2.5,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：,6.2.8,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,梁的刚度控制挠跨比 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 梁的支座问题 梁的侧向支承的受力 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。 第五节 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,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。,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：,6.3.5,二、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。 加劲肋的布置p169表5.10 加劲肋的构造p169表5.10注及p172 支承加劲肋加强的横向肋，除满足横向肋的构造要求外，还应满足受力要求。 支承肋分平板式与凸缘式凸缘式应控制凸缘长度2t,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。,第6节 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。,第8章 单层厂房结构,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成的空间体系 一、柱网布置,温度伸缩缝的布置,8.2 横向框架的结构,柱间支撑,屋盖的支撑,作用： (1)保证屋盖形成空间几何不变结构体系，增大其空间刚度。 (2)承受屋盖各种纵向、横向水平荷载（如风载、吊车制动力、地震力等），并将其传至屋架支座。 (3)为上、下弦杆提供侧向支撑点，减小弦杆在屋架平面外的计算长度，提高其侧向刚度和稳定性。 (4)保证屋盖结构安装时的便利和稳定。,简支屋架设计,屋架的荷载计算与荷载组合 杆件的截面设计,桁架的节点设计,钢桁架施工图,(1) 桁架施工图一般按运输单元绘制。 当桁架对称时，可仅绘制半榀桁架。施工图上应包括桁架正面图、上弦和下弦平面图、剖面图左右端视图及必要的剖面图和特殊的零件图。这是屋架施工详图的主体。,(2) 图纸的布置。 图纸的左上角用适当比例绘制桁架简图（单线图），左半跨注明桁架杆件的几何轴线尺寸，右半跨注明杆件的内力设计值，并注明桁架中央的起拱高度（桁架图上不必表示）。图纸正中为桁架正面和上、下弦平面图。右上角是材料表，把所有杆件和零部件的编号、规格、长度、数量（正反）及重量等均填于表中，以备配料和计算用钢量，并可供配备起重和运输设备时参考。 (3) 桁架施工图通常采用两比例尺绘制。 桁架杆件的轴线一般用120130，而节点尺寸和杆件截面尺寸用110115的比例尺绘制。对重要节点和特殊零部件还可加大些。以清楚地表达节点的细部尺寸。,(4) 尺寸标注。施工图上应注明各零部件的型号和主要几何尺寸，包括加工尺寸（宜取5mm的倍数）、定位尺寸、孔洞位置以及对工厂制造和工地安装的要求。 定位尺寸主要有：节点中心至各杆件端和至节点板边缘（上、下和左、右）的距离、轴线至角钢背的距离等。螺栓孔位置要符合螺栓排列的要求。 工厂制造的工地安装要求包括；零部件切角、切肢、削棱、孔洞直径和焊缝尺寸等均应在施工图中注明。工地安装焊缝和螺栓应标注其符号，以适应运输单元划分的拼接。 (5) 编制材料表。对所有零件应进行详细编号，编号应按零件的主次、上下，左右一定顺序逐一进行。完全相同的零件用同一编号，当两个形状，尺寸相同只是栓孔位置成镜面对称时，可编同一号，但在材料表上注明正和反。材料表中需列出制造图中所示屋架的各个零件的规格、数量(正、反)和重量，常位于图纸的右上方。由于在材料表中标明了杆件的规格和板件的厚度，就可大大简化图面上的标注。,吊车梁的设计特点,吊车在吊车梁上运动产生三个方向的动力荷载：竖向荷载、横向水平荷载和沿吊车梁纵向的水平荷载。,吊车梁的强度、稳定承载力验算,（2）局部稳定验算 对于焊接组合梁，应按进行局部稳定设计及验算 （3）整体稳定验算,4、吊车梁疲劳验算 吊车梁直接承受动力荷载，对重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架可作为常幅疲劳，按公式验算疲劳强度。验算的部位一般包括：受拉翼缘与腹板连接处的主体金属、受拉区加劲肋的端部和受拉翼缘与支撑的连接等处的主体金属以及角焊缝连接处。 5、吊车梁刚度验算 按一台最大吊车的横向水平荷载（按建筑结构荷载规范/GB50009取值）产生的挠度不宜超过制动结构跨度的1/2200。,6、吊车梁的合理构造设计,1 说明钢屋盖横向水平支撑的作用。 2 说明钢屋架横向水平支撑的布置方法。 3 普通梯形钢屋架中腹杆的计算长度是如何确定的？ 4 什么是有檩屋盖和无檩屋盖？各自的特点如何？ 5 屋盖支撑有哪几种？ 6 支撑体系在屋盖结构中的作用？ 7 实腹式檩条应进行哪些验算？ 8. 无节间荷载的上弦杆的合理截面形式如何？为什么？,考题 一、单项选择题：（每小题2分，共20分） 1.对于碳素结构钢来讲其含碳越高，则（ ）。 A.强度越高 B.变形能力越好 C.焊接性能好 D.疲劳强度提高 2.在抗剪连接中，强度等级、直径和数量相同的承压型高强度 螺栓连接比摩擦型高强度螺栓连接( ) A.承载力低,变形大 B.承载力高,变形大 C.承载力低,变形小 D.承载力高,变形小,3. 图示工字形截面杆件，当受纯弯时，其截面最大压应力为，腹板的局部稳定刚好满足；若受偏心压力时，其截面最大压应力也为，则其腹板的局部稳定（ ）。 A.一定满足 B.一定不满足 C.也刚好满足 D.无法判断 题3图 4.在计算工字形截面两端铰支轴心受压构件腹板的 临界应力时,其支承条件为( ) A.四边简支 B.三边简支,一边自由 C.两边简支,两边自由 D.悬臂,5.设计焊接工字形截面梁时,腹板布置横向加劲肋的主要目的是提高梁的( ) A.抗弯刚度 B.抗弯强度 C.整体稳定性 D.局部稳定性 6.进行疲劳验算时，计算部位的设计应力幅应采用（ ）计算。 A.荷载标准值 B.荷载设计值 C.考虑动力系数的荷载标准值 D.考虑动力系数的荷载设计值 7.格构式轴心受压柱整体稳定计算时，用换算长细比代替长细比，这是考虑( )。 A.格构柱弯曲变形的影响 B.格构柱剪