水工钢结构复习总结.pdf

水工钢结构水工钢结构 丁磊 第一章第一章 绪论绪论 1 钢结构的特点 优点 1 自重较轻 2 材质均匀 可靠性较高 3 强度高 具有良好的塑性和韧性 4 工业化程度高 5 制造 方便 施工周期短 6 密闭性好 7 拆迁方便 缺点 1 耐磨性差 2 残余应力和变形 3 耐火性差 4 低温冷脆 第二章第二章 钢结构的材料和计算方法钢结构的材料和计算方法 1 钢结构的破坏形式 塑性破坏和脆性破坏 2 钢材的主要机械性能 1 单项拉伸时的工作性能 2 塑性 3 韧性 4 冷弯性能 5 可焊性 6 耐久性 3 钢材的各主要衡量指标 1 屈服点 fy 2 抗拉强度 fu 3 比例极限 fp 4 伸长率 u 5 冷弯试验 6 冲击功 Akv 4 承重钢材必须满足的三项主要机械性能 刚才的抗拉强度 伸长率 屈服点 5 影响钢材的主要因素 1 化学成分的影响 2 钢的冶炼轧制 3 钢材缺陷 4 应力集中 5 时效硬化 冷作硬 化 6 温度 7 残余应力 8 反复荷载 9 复杂应力 6 钢材的可焊性及分类 可焊性 在给定条件的构造形式和焊接工艺条件下获得符合质量要求的焊缝连接性能 分类 施工上的可焊性 使用上的可焊性 7 主要化学成分对钢材性能的影响 有毒元素 1 碳 影响钢材强度 碳的含量增加 钢材强度增加 塑性 韧性下降 钢的含碳量小于 2 碳大于 2 则为铸铁 2 锰 弱脱氧剂 适量的锰可提高钢材强度 抵消热脆影响 不显著降低塑性韧性 3 硅 强脱氧剂 适量的硅提高钢材强度 而对塑性韧性 冷弯性能和可焊性无明显不良影响 4 铝 铬 镍 铝是强脱氧剂 补充脱氧 减少钢材中的有害氧化物 有毒元素 1 硫 降低塑性 韧性 可焊性 抗锈蚀性 高温时发生热脆 2 磷 低温时发生冷脆 高温时降低塑性 3 氧 氮 氧化物使钢材热脆 氮使其冷脆 8 钢材冶炼产生的缺陷有 偏析 非金属夹杂 裂纹 分层 9 钢材按浇筑方法分为 浇入铸模做成的钢锭 浇入连续浇铸机做成钢坯 按脱氧程度分 沸腾钢 半镇静钢 镇静钢 特殊镇静钢 10 冷作硬化 时效硬化及其影响 冷作硬化 钢在制造过程中如剪 冲 钻 刨 弯 锟等加工产生较大塑性变形引起钢的硬化现象 影 响 提高了钢的弹性范围 降低了塑性和冲击韧性 易出现脆性破坏 时效硬化 钢的性质随时间的增长逐渐变硬变脆的现象 影响 使钢材变硬变脆 11 温度对钢材性能的影响 兰脆 低温冷脆 1 温度在正温 0 度以上 到 150 度左右 钢材机械性能无明显变化 达到 250 度时有兰脆现象 即钢 材的 fu 有所提高 但是塑性韧性均下降 转向脆性 超过 400 度后强度 弹性模量都急剧下降 达 到 600 度后 钢材的承压力几乎完全丧失 2 温度在负温时 随温度的降低 其强度虽有提高 但塑性韧性降低 材料变脆 称为低温冷脆 12 应力集中的影响 应力集中 在钢构件缺陷或截面变化附近 主应力迹线曲断 密集 出现应力高峰的现象 影响 易出现同号平面应力场或同号立体应力场 使钢材变脆 并有脆断的危险 试件截面改变加剧 应力集中愈严重 伸长率急剧降低 钢材显然愈变愈脆 13 复杂应力作用对钢材性能的影响 1 同号平面应力状态下 钢的弹性阶段和极限强度比单向抗拉时有所提高 钢材转向硬化和变脆 在同 号立体应力状态下 钢材更加摧花 更容易发生脆性断裂 2 异号平面应力状态下 钢的弹性阶段和强度随异号主应力的 z的增大而减小 塑性变形则随之增加 异号立体应力则使钢材强度降低更多 14 疲劳的定义 钢材在连续循环荷载作用下 应力还低于抗拉强度 甚至低于屈服强度 当循环次数达到 某数值时 钢材会发生脆性断裂破坏 这种现象称为钢材的疲劳 影响焊接结构疲劳程度的主要因素 应力集中 应力幅 应力循环次数 15 复杂应力作用下进入塑性判断标准 折算应力 eq fy 时 塑性阶段 16 钢结构对用材的要求 1 较高的强度 2 足够的变性能力 3 良好的加工性能 4 适应低温 有害介质 侵蚀以及重复荷载作用等性质 5 容易生产 造价便宜 17 牌号 符号的含义 建筑钢的牌号是由屈服强度的汉语拼音字母 Q 屈服强度表示的 符号 沸腾钢 F 半镇静钢 b 镇静钢 Z 特殊镇静钢 TZ Z 和 TZ 在牌号中省略不写 碳素钢在同一屈服强度下分为 A B C D 四个等级 A 级最差 D 级最好 A B 级钢包括沸腾钢 半 镇静钢或镇静钢 C 级均为镇静钢 D 级均为特殊镇静钢 18 钢材的选用应考虑那些因素 结构的重要性 荷载性质 连接方法 结构所处的温度和环境 钢材的厚 度 19 常用型钢的表示方法 常用型钢 角钢 工字钢 H 型钢 槽钢 1 角钢的符号是以肢宽和壁厚的毫米数表示 如 L90X10 为等肢角钢 L75X8 为不等肢角钢 2 工字钢的号数是以其界面高度的厘米数表示 20 号以上的工字钢还附以区别腹板厚度的字母 如 32c 即表示高度为 32cm 腹板较厚的 C 类 3 H 型钢的型号采用高度高度 X 宽度的毫米数表示 如 HW400X400 HM500X300 4 槽钢型号用截面高度的厘米数表示 如 5 40 第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 1 常用的连接有哪几类 焊接连接 铆钉连接 螺栓连接 2 了解电弧焊的工作原理 采用低电压 大电流引燃电弧 使焊条和焊件之间产生很大热量和强烈的弧光 利用电弧热来融化焊件 的接头和焊条进行焊接 3 焊缝的质量检验 焊缝质量检验应根据结构类型和重要性 按国家标准规定为三级 其中 级检验只要求做外观检查 级检验是在外观检验的基础上再做精确方法检验即超声波检验 级检验要做超声波及 X 射线检验 4 焊缝的连接形式 焊缝按其构造分哪两类 焊缝连接形式 对接 搭接 顶接 按构造分 对接焊缝 角焊缝 5 角焊缝按其长度方向与外力方向不同分为三类 侧焊缝 端焊缝 正面焊缝 围焊缝 6 角焊缝的焊脚尺寸为什么要规定最大和最小 1 最大焊脚尺寸是避免近焊缝区主体金属 过烧 减小主体金属的翘曲和焊接应力 2 最小焊脚尺寸是避免焊缝 hf 过小 而焊件过厚时 焊缝冷却过快 焊缝金属易产生碎硬组织 降低 塑性 7 角焊缝连接计算的基本公式 静载与动载的区别 基本公式 f f 2 f 2 ffw 1 对于承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构 采用上式 令 f 1 22 2 对于直接承受动力荷载的结构 规定 f 1 0 8 容许应力法角焊缝的计算公式 N 0 7hflw f w 9 减少和消除焊接应力和残余变形的措施 1 合理的焊缝设计 1 焊接位置要合理 尽量对称 使其变形相反而抵消 2 焊缝尺寸要适当 3 焊缝不宜过分集中 4 应尽量避免三向焊缝交叉 2 采取正确的制造方法和合理的工艺措施 1 采取适当的焊接方法合理的装配和施焊次序 2 焊件焊前预热和焊后热处理 10 摩擦型高强螺栓的工作原理 通过特制扳手拧紧螺母 使螺杆产生很大的预拉力 该预拉力通过螺母将被连接构件压紧 只靠连接板 件间的摩擦力来传递内力 11 承压型高强螺栓与摩擦型的区别 承压型靠连接板件间的摩擦力和栓杆的剪切 承压共同传力 而摩擦 型只靠连接板件的摩擦力传力 12 普通抗剪螺栓破坏形式有哪几种 那些需要计算 破坏形式 螺栓杆剪断 孔壁压坏板被拉断 螺栓杆弯曲 前三种需要计算 13 单个抗剪抗拉螺栓的承载力 1 每个螺栓的抗剪承载力设计值 Nv b nv d2 4 fv b 每个螺栓的承压承载力设计值 Nc b d tfcb 2 每个螺杆螺纹根部有效截面抗拉承载力设计值 Nc b de 2 4 ftb 14 单个高强螺栓承载力计算 一个螺栓抗剪承载力设计值 Nv b 0 9nf P 单个螺栓抗拉承载力设计值 Nt b 0 8P 第四章第四章 钢梁钢梁 1 静载作用下 钢梁的弯曲大致可分为弹性工作阶段 弹塑性工作阶段 塑性工作阶段 应变硬化阶段 形状系数 梁的塑性弯矩 Mp 与边缘屈服弯矩 Me 之比 F Mp Me Wp W 主要跟梁的截面形状有关 故 称之为形状系数 2 焊接组合梁的设计步骤 首先根据求得的最大弯矩与最大剪力以及强度 刚度 稳定与节省钢材等要求 选择合理的截面尺寸 有时可在弯矩较小处减小梁截面 计算梁的翼缘和腹板连接焊缝 验算组合梁的局部稳定性和设计腹板 的加劲肋 设计组合梁各部件的拼接以及设计梁的支座和梁格的连接 最后绘制施工详图 3 钢梁的强度计算公式 钢梁强度一般包括弯应力 剪应力和折算应力的验算 弯应力强度的验算公式 单向弯曲 MX xWnx f 双向弯曲 MX xWnx My yWny f 剪应力验算公式 VS Itw fv 折算应力验算 2 2 6 c 3 2 f 4 哪些情况下可不验算钢梁整体稳定性 稳定性影响因素 增强稳定性的措施 以下情况不需验算 1 有刚性面板和梁的受压翼缘牢固相连 并能阻止梁的受压翼缘的侧向位移 2 工字 型截面简支梁受压翼缘的自由长度 L1 与其宽度 b1 之比不超过规定值 影响因素 1 梁受压翼缘的自由长度 L1 2 梁截面的侧向抗弯刚度 EIy 3 抗扭刚度 GJ 增加稳定性的措施 1 设置纵向支撑 以减小受压翼缘的自由长度 L1 2 适当增加受压翼缘宽度 b1 5 钢梁的最小梁高根据什么条件确定 依据刚度条件所确定 即应使梁的挠度满足正常使用极限状态的要求 6 确定梁高时应考虑哪些要求 1 最大梁高 hmax 2 最小梁高 hmin 3 经济梁高 he 4 建筑高度 一个抗剪螺栓的承载力设计值取两式的 较小值 Nb min 第五章第五章 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆 1 实腹柱与格构柱的区别 1 实腹柱通常有型钢或钢板组合而成 构造简单 制造省工 比较常用 2 格构柱通常采用两个槽钢或工字钢作为柱的单肢 用缀条或缀板连接单肢成柱 构造比较复杂 但两 肢间的距离可以调节 受力合理 用材经济 2 实轴与虚轴的判断 在截面上同单轴腹板相垂直的界面主轴为实轴 同缀板或缀条平面相垂直的截面主轴为虚轴 3 轴的压杆稳定系数计算公式 cr fy P131 4 轴压实腹杆截面的设计步骤 P134 1 假定柱子的长细比 求出所需要的截面面积 2 求出两个主轴所需的回转半径 ix iy 3 根据截面面积 A 和回转半径 ix iy 初选截面 优先选用轧制型钢 不满足时 采用组合截面 初定 轮廓尺寸 h 和 b 4 根据 A h b 并考虑构造要求和局部稳定 初拟截面尺寸 5 轴压实腹杆局部稳定验算公式 可能有计算 P132 5 13 5 15 对于翼缘b t 10 0 1 235 fy 对于腹板h0 t 25 0 5 235 fy 6 格构式构件对虚轴的稳定性是怎样考虑的 轴心受压构件屈曲时与梁的弯曲相同 会产生弯矩和剪力 对于实腹柱 由于剪切变形很小 一般都忽 略不计 但格柱式构件对虚轴 X 的稳定性就必须考虑剪力对临界力降低的影响 通常用加大长细比的办 法考虑 加大后的长细比 0 x称为换算长细比 求出 0 x后代替实腹式压杆采用的长细比 x 去查稳定系数 值 就可以按轴心实腹式构件的整体稳定性公式A N f计算 7 格构式构件对实轴的稳定性 同实腹式 是怎样考虑的 用对实轴长细比 y 查 8 两肢缀条及缀板换算长细比计算公式 P138 缀条式 ox x 2 A A1 缀板式 ox x 2 12 9 实腹式压弯构件整体失稳的两种情况 1 构件在弯矩作用平面内的弯曲失稳 2 构件在弯矩作用外的弯曲扭转失稳 第六章第六章 钢桁架钢桁架 1 轴心受拉杆件截面面积的计算 P172 A N f 2 抗弯构件的强度验算公式 对于承受静载或间接承受动载的桁架 N An Mx xWnx f 对于直接承受动载的桁架 N An Mx Wnx f 第七章第七章 平面钢闸门平面钢闸门 1 了解平面钢闸门的设计步骤及相关构造 答案略 构建两方向长细比较 100 取 100 计算题 计算题 50 分 分 1 对焊缝承受轴心力 公式 N lwt ftw或fc w P76 相关题目例题 3 1 P45 习题 3 1 p76 2 对接焊缝承受弯矩 剪力 轴心力 公式 max N M N lWt M Ww ftw max VSw Iwt fv w 对于工字梁截面 还应验算 1 处 N1 M1 2 3 1 2 1 1ft w 相关题目例题 3 2 P46 习题 3 2 p76 3 角焊缝拼接板受轴心力 剪力 拉力或压力 P52 角焊缝连接计算基本公式 f f 2 f2 ffw 1 对于正面焊缝 f N 0 7hf lw fffw 2 对于侧面焊缝 f N 0 7hf lw ffw 3 对于采用三面围焊的对称焊件 先计算正面焊缝承担内力N 0 7hf lw fffw剩余侧焊缝 N N P52 然后分别按 1 2 计算 4 当收到斜向轴心力时 会用到基本公式 P51 4 角钢与节点板焊缝计算 即采用侧焊缝连接不对称的焊件 P52 1 只有侧焊缝 肢背N1 k1N 肢尖N2 k2N 2 采用三面围焊缝 p53 先计算正面焊缝 所承受的内力 习题 3