钢结构完整版__成都理工大学工程技术学院.doc

第一章 绪论1. 钢结构的特点：钢结构的优点钢材的强度高，塑性、韧性好材质均匀、工作可靠性高钢结构制造简便、施工周期短、具有良好的装配性钢材具有可焊性钢材具有不渗漏性，便于做成密闭结构钢结构建筑是绿色建筑，具备可持续发展的特性钢材的缺点钢材耐腐蚀性差钢材耐热但不耐火2. 钢结构的适用范围：单层厂房结构大跨度结构多层、高层结构塔栀结构桥梁结构移动结构轻型钢结构3. 疲劳断裂：是微观裂缝在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。（过程分为三个阶段，即裂纹的形成、裂纹缓慢扩展、最后迅速断裂）4. 疲劳破坏属于脆性破坏，塑性变形极小，是一种没有明显变形的突然破坏，危险性极大。第二章 钢结构的材料1. 应力-应变过程：线弹性阶段（OP段）应力与应变呈直线关系，弹性模量E=/保持常值2.06105N/mm2,P点应力称作比例极限，用fp表示。弹塑性阶段（AB段）应力超过fp后，-表现为上升的趋势至曲线高点，然后曲线略有下降并保持到B点。塑性阶段（BC段）当应力增大到屈服点fy时，应力保持不变而变形持续发展，形成塑性流动现象。强化阶段（CD段）屈服平台结束以后，钢材又恢复了承载能力，继续加载后，-曲线开始缓慢上升至最高点D点，此阶段称为应变硬化阶段。2. 比例极限fp: fp对应于-保持直线关系的上限，它受残余应力的影响很大。3. 屈服强度fy：fy是衡量结构的承载能力和确定强度设计值的重要指标。4. 抗拉强度fu：是衡量钢材抵抗拉断的性能指标。5. 伸长率：是衡量钢材塑性性能的指标，钢材的塑性是在外力作用下产生永久变形时抵抗断裂的能力。6. 钢材冲击韧性：是衡量钢材在断裂是所做功的指标，其值随金属组织和结晶状态的改变而急剧变化。7. 冷弯试验：钢材的冷弯试验是塑性指标之一，同时也是衡量钢材质量的一个综合指标。8. 可焊性：在一定的焊接工艺条件下，钢材能经受住焊接时产生的高温热循环作用，焊缝金属和近焊缝区的钢材不产生裂纹，焊接后焊缝的主要力学性能不低于焊接钢材的力学性能。9. 钢材的破坏形式：塑性破坏-结构或构件在破坏前产生较大的、明显可见的塑性变形，而且仅在材料或结构构件中的应力达到抗拉强度fu以后才发生断裂。脆性破坏-结构或构件破坏前没有明显的塑性变形，平均应力低于抗拉强度fu，甚至低于屈服点fy，破坏系突然发生，没有明显预兆，危险性极大。10. 影响钢材性能的主要因素：结构用钢必须同时具有较高的强度、塑性、韧性、冷弯性能，还必须具有良好的加工性能，如可焊性等。影响钢材上述性能的因素很多，主要有化学成分、钢材的冶金和轧制工艺、硬化。温度和应力集中等11. 钢材的种类、选择及规格：种类：碳素结构钢、低合金结构钢选择原则：a.结构的重要性b.荷载的性质c.连接方法d.工作环境规格：热轧钢板、热轧型钢、薄壁型钢12. 偏析：钢材中化学元素分布不均匀称为偏析13. 夹杂：钢材中含有硫化物和氧化物等非金属杂质，他们对钢材性能的影响极为不利14. 蓝脆现象：在250左右，钢材的抗拉强度反而回升到高于常温下的值，塑性和冲击韧性下降，脆性增加，钢材的表面氧化膜呈蓝色15. HK3502006.08.0高度宽度腹板厚度翼缘厚度的毫米数表示第三章 钢结构的连接1. 钢结构连接方法及特点：焊缝连接（特点：不削弱构件截面，节省钢材，焊件间可直接焊接，构造简单，加工简便，连接密封性好，刚度大，宜采用自动化生产。但在焊缝的热影响区内钢材的力学性能发生变化，材质变脆，焊接结构不可避免地产生残余应力和残余变形，对结构的工作有不利影响，对裂纹很敏感尤其在低温下易发生脆裂。）铆钉连接（特点：传力可靠，韧性和塑性较好，质量易于检查，但费钢费工，现在很少采用。）锚栓连接（特点：分普通和高强度螺栓连接。其施工工艺简单、安装方便，但对构件截面有一定削弱，用料大，构造较繁。）2. 焊缝的分类：焊接方法：有电弧焊（质量比较可靠）、电阻焊（利用电流通过焊件接触点表面产生的热量来融化金属，再通过压力使其焊合）、气焊（利用乙炔在氧气中燃烧而形成的火焰来熔化焊条形成焊缝）焊缝的连接形式：按相对位置分为平接、搭接和顶接按构造分为对接和角焊缝按施焊位置分为俯焊、立焊、横焊和仰焊3. 对接焊缝的特点：按焊缝金属充满母材的程度分为焊透的对接焊缝和未焊透的对接焊缝。未焊透的对接焊缝受力很小，而且有严重的应力集中。焊透的对接焊缝简称对接焊缝。为了便于施工，保证施工质量，保证对接焊缝充满母材缝隙，根据钢板厚度采取不同的坡口形式.当间隙过大（36mm）时，可在V形缝及单边V形缝、I形缝下面设一块垫板（引弧板），防止熔化的金属流淌，并使根部焊透。为保证焊接质量，防止焊缝两端凹槽，减少应力集中对动荷载的影响，焊缝成型后，若不影响其使用，两端可留在焊件上，否则焊接完成后应切去。4. 角焊缝的特点：连接板件板边不必精加工，板件无缝隙，焊缝金属直接填充在两焊件形成的直角或斜角的区域内。直角焊缝中直角边的尺寸称为焊脚尺寸,其中较小边的尺寸用hf表示。为保证焊缝质量，宜选择合适的焊角尺寸。如果焊脚尺寸过小，则焊不牢，特别是焊件过厚，易产生裂纹；如果焊脚尺寸过大，特别是焊件过薄时，易烧伤穿透，另外当贴边焊时，易产生咬边现象。5. 残余应力：构件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响；当这些因素消失之后，若构件所受到的上述作用与影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响称为残余应力。6. 焊接应力：受热膨胀，不均匀，变形小的区域阻碍变形大的区域形成的应力。7. 产生残余应力的因素：一、机械加工引起的残余应力；二、温度不均匀引起的残余应力8. 残余应力对构件的影响：1、对结构刚度的影响 当外载产生的应力与结构中某区域的残余应力叠加之和达到屈服点时，这一区域的材料就会产生局部塑性变形，丧失了进一步承受外载的能力，造成结构的有效截面积减小，结构的刚度也随之降低。 2、对受压杆件稳定性的影响 当外载引起的压应力与残余应力中的压应力叠加之和达到屈服点口。，这一部分截面就丧失进一步承受外载的能力。这就削弱了构件的有效截面积，并改变了有效截面积的分布，降低了受压杆件的稳定性。 3、对静载强度的影响 没有严重应力集中的焊接结构，只要材料具有一定的塑性变形能力，残余应力不影响结构的静载强度。反之，如材料处于脆性状态，则拉伸残余应力和外载应力叠加有可能使局部区域的应力首先达到断裂强度，导致结构早期破坏。 4、对疲劳强度的影响 残余应力的存在使变载荷的应力循环发生偏移。这种偏移，只改变其平均值，不改变其幅值。结构的疲劳强度与应力循环的特征有关，当应力循环的平均值增加时，其极限幅值就降低，反之则提高。因此，如应力集中处存在着拉伸残余应力，疲劳强度将降低。 5、对焊件加工精度和尺寸稳定性的影响 机械加工把一部分材料从焊件上切除时，此处的残余应力也被释放。残余应力原来的平衡状态被破坏，焊件发生变形，加工精度受影响。 6、对应力腐蚀开裂的影响 应力腐蚀开裂是拉伸残余应力和化学腐蚀共同作用下产生裂纹的现象，在一定材料和介质的组合下发生。应力腐蚀开裂所需的时间与残余应力大小有关，拉伸残余应力越大，应力腐蚀开裂的时间越短。9. 螺栓排列要求：受力要求构造要求施工要求10. 螺栓连接破坏的形式: 主要是两种，一种是采用铰制孔用螺栓连接，会受到剪切和挤压；另一种是接合面间的摩擦力产生的横向载荷11. Nbv=nv(d2)/4fbv(受剪承载力设计值) Nbc=dtfbc(承压承载力设计值) Nbt=(de2)/4 fbt(一个受拉螺栓的承载力设计值) nv：螺栓受剪面数d：螺栓杆直径t：在同一方向承压构件的较小总厚度 fbv、fbc：普通螺栓的抗剪、承压强度设计值de：普通螺栓或锚栓螺纹处的有效直径 fbt：普通螺栓或锚栓的抗拉强度设计值12. 高强度螺栓的分类及破坏形式：分类：摩擦型、承压型、承拉型破坏形式：剪断、孔壁挤压、板被拉断、钢板剪断、螺栓杆弯曲13. 预拉力的施加方法：采用扭矩法、转角法、或扭掉螺栓尾部梅花卡头法控制预拉力。第四章 轴心受拉构件1. 轴心受力构件：通常假设节点为铰接连接，当无节间荷载作用时，只受轴向力的作用，称为轴心受力构件。（分为轴心受拉和轴心受压构件）2. 轴心受拉构件的设计内容：根据结构用途、构件受力大小和材料供应情况选用合理的截面形式外，还要对所选截面进行强度和刚度计算，使之符合要求。3. 轴心受压构件的设计内容：使所选截面满足强度和刚度要求外，并满足构件整体稳定性和局部稳定性的要求。4. 轴心受压构件的整体失稳：概念：是由于构件内存在较大的纵向压应力，在刚度较小方向发生侧向变形，产生附加侧向弯矩并加剧侧向变形。但梁截面存在弯曲压应力和弯曲拉应力两个区域，梁侧向屈曲是从受压翼缘开始的，受拉部分截面不仅不是压屈，而且对受压翼缘的侧向变形有潜质和约束作用。因此，梁整体失稳总是表现为弯扭屈曲。由此可以看出：增强梁受压翼缘的侧向稳定性是提高梁整体稳定性的有效方法。分类：弯曲失稳、扭转失稳5. 欧拉公式6. 理想受压构件与实际受压构件的区别：7. 局部失稳的概念及措施：概念：指在钢结构中，受压、受弯、受剪或在复杂应力下的板件由于宽厚比过大，板件发生屈曲的现象。措施：在进行钢结构设计时，应严格控制板件的宽厚比。由于轧制型钢板件的宽厚比不大，一般不会发生局部失稳。对于组合构件，在构造要求不允许改变宽厚比时，可考虑在板件上如受力较大处设置加劲肋以改善构件的局部稳定性。8. 格构式构件的构成：通常由两个、三个或四个肢件组成，肢件为槽钢或工字型钢，用缀材把它们连成整体，用于较重型结构的截面形式。9. 柱头、柱脚:柱头是梁置于柱子顶部，在柱顶和梁之间设计一套连接构造系统，把梁的反力传给柱子。柱脚是柱子的下端。10. 柱头、柱脚的作用：11. 柱与梁的连接形式：是将梁直接放在柱顶上，谓之顶面连接；是将梁连接于侧面，谓之侧面连接第五章 受弯构件1. 受弯构件概念：凡承受横向荷载的构件的构件都称受弯构件。2. 受弯构件的内容：即实腹式受弯构件也常称梁，梁分为型钢梁和组合梁两类3. 受弯构件的失稳形式：弯曲失稳弯扭失稳纯扭失稳4. 梁的拼装和连接方式：拼装：分为工厂拼接和工地拼接连接方式：1是将梁直接放在柱顶上，谓之顶面连接；2是将梁连接于侧面，谓之侧面连接第六章 拉弯构件和压弯构件1. 拉弯构件：同时承受轴向拉力和弯矩作用的构件2. 压弯构件：同时承受轴向压力和弯矩作用的构件3. 拉弯构件设计内容：拉弯构件一般只需要计算其强度和刚度，但当构件以承受弯矩为主、近乎于受弯构件时，也需计算构件的整体稳定及受压板件或分肢的局部稳定。4. 压弯构件设计内容：压弯构件，则需要计算强度、整体稳定（在单向弯矩作用时，应计算弯矩作用平面稳定和弯矩作用平面外的稳定）、局部稳定和刚度5. 各种构件的强度设计依据：6. 实腹式压弯构件的形式：单轴对称截面、双轴对称截面7. 弯矩作用平面内失稳判断准则：边缘屈服准则、极限承载能力准则8. 局部稳定控制方法：在进行钢结构设计时，应严格控制板件的宽厚比。由于轧制型钢板件的宽厚比不大，一般不会发生局部失稳。对于组合构件，在构造要求不允许改变宽厚比时，可考虑在板件上如受力较大处设置加劲肋以改善构件的局部稳定性。第七章 钢屋盖结构设计1. 钢屋盖结构体系：通常由平行等间距放置的钢屋架（平行钢桁架）。檩条屋面材料、托架和天窗等构件组成。2. 有檩屋盖：常用于轻型屋面材料的情况，如压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦楞铁等，间距和跨度比较灵活，不受屋面材料的限制，比较经济的屋架间距4-6M3. 无檩屋盖：无檩屋盖：一般用于预应力混凝土大型屋面板等重型屋面，将屋面板直接放在屋架或天窗上，屋面荷载通过大型屋面板直接传给屋架，跨度一般取3M的倍数。4. 桁架的形状：三角形桁架、梯形桁架、矩形桁架、拱弧形桁架。,5. 胶杆的分类：6. 钢屋盖支撑体系的构成：a.上弦横向水平支撑b.下弦横向水平支撑c.下弦纵向水平支撑d.垂直支撑e.系杆：能承受拉力也能承受压力的系杆，按压杆设计，截面可以大一些，叫刚性系杆；只能承受拉力时，截面可以小一些，叫柔性系杆7. 钢屋盖支撑体系的作用：a保证屋盖结构的几何稳定性b.保证屋盖的刚度和空间整体性c.为受压弦杆提供侧向支承点d.承担并传递水平荷载e.保证结构在安装和施工过程中的稳定性8. 桁架杆件截面确定原则：为了便于订货和下料，在同一榀屋架中角钢规格不宜过多，一般不宜超过56种。为了防止杆件在运输和安装过程中产生弯曲和损坏，角钢的尺寸不宜小于45x4或56x36x4应选用肢宽而壁薄的角钢，使回转半径大些，这对压杆更为重要。屋架弦杆一般采用等截面，但对跨度大于30m的梯形屋架和跨度大于24m的三角形屋架，可根据材料长度和运输条件在节点处或节点附近设置接头，并按内力变化改变弦杆截面，但在半跨内只能改一次。9. 轻型钢屋架：轻型钢屋架主要是指由小角钢、圆钢和薄壁钢制成的屋架。轻型钢屋架有三角形屋架、三角拱屋架和梯形屋架等形式第九章 钢结构的制造及防护1. 钢结构制造：从钢材进厂到成品出厂，一般要经过生产准备、零件加工、装配和涂装、成品检验、装运等一系列工序2. 钢结构的防护：包括防腐防护和防火防护3. 钢结构防火目的：将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围。防止钢结构在火灾中迅速升温发生形变塌落，其措施是多种多样的，关键是要根据不同情况采取不同方法，如采用绝热、耐火材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量传递的速度推迟钢结构温升、强度变弱的时间等4. 号料：利用样板或样杆在材料上划线，以确定材料切割线和孔眼的位置，这一工序叫号料5. 钢结构加工的程序：蓝图是由设计院设计的，它是跟据国家设计规范设计的，如果你要拆图的话，可以参照国标图纸，下料班要给下料单，装配图给装配班，布置图给按装人员用，钢结构流程也就是先拍版，一次在下料，点装，焊接，较正，打磨，除绣，喷漆，6. 钢结构的矫正：由于钢材购运至结构制造厂的过程中，或在场内存放不当，会因受外力作用可能产生较大变形，影响其精度，因此，凡是变形超过技术要求，在加工前必须矫正。通常用滚板机校正，槽钢和工字钢采用型钢矫正机或水平直弯机矫正。7. 钢结构腐蚀程度表示方法：一种是以腐蚀重量变化来表示，即在单位时间内，单位面积上刚重量的变化。K=W/(ST)另一种是以腐蚀深度表示，即在单位时间内，钢材腐蚀的深度。K=K24365/100d8. 防腐方法：钢结构常用喷锌或喷铝，加重腐蚀涂料构成长效防腐结构，或者用配套重防腐涂料涂装防护。金属锌、铝具有很大的耐大气腐蚀的特性。9. 防火方法：喷涂层保护外包层保护法、水冷却法、屏障保护法、砌筑火材保护法1. 补充：结构的可靠定义度定义：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2. =max-min称为应力幅 应力幅值大，表示抗疲劳性能好3. 永久荷载所产生应力为不变值，没用应力幅。应力幅只有重复作用的可变荷载产生，所以疲劳研三按可变荷载标准值进行4. 对于没用明显屈服点的钢材取残余应力为0.2%时对应的应力为名义屈服点，记为f0.25. 强度储配的大小常用fy/fu表示，称为屈强比6. 钢材在一般情况下是弹塑性材料，但特殊条件下可以转变为脆性材料7. 气孔和裂纹：钢材在浇筑后的冷凝过程中冷却过快时，内部气体不能及时排出，便形成气孔；由于冷脆、热脆不均与收缩等原因，钢材中可能存在微观或宏观裂纹8. 分层：钢材的分层主要发生在厚板中，钢材轧制时在厚度方向形成分层，单各层之间仍互相连接，并不脱离9. 焊缝的质量检查标准分为一、二、三级（判断）10. 柱由柱头、柱身和柱脚三部分组成11. 轴心受压构件常用的截面形式可分为实腹式构件和格构式两大类12. 轴心受力构件的刚度通常用长细比来衡量13. 轴心受压柱的柱脚一般设计成铰接，通常由地板、靴梁、肋板和锚栓等组成14. 柱端通过竖焊缝将压力传递给靴梁，靴梁通过底部焊缝将压力传给底板15. 钢梁的设计应满足强度、刚度、整体稳定和局部稳定四个方面的要求16. 制孔分为冲孔和钻孔17. 钢结构的优点：a.刚才的强度高。塑性、韧性好；b.材质