钢混组合结构.doc

第18章 钢结构的基本概念1. 钢结构的特点：优点1）材质均匀，可靠性高；2）强度高质量轻；3）塑性和韧性好；4）制造与安装方便；5）具有可焊性和密封性。缺点1）耐火性差；2）耐腐蚀性差。2. 钢结构设计原则：技术先进，经济合理，便于加工，方便运输安装和检查养护，以确保质量。3. 钢结构设计的基本要求：一 钢结构在运输 安装和使用过程中，你需具有足够的承载能力 刚度和稳定性，整个结构必须安全可靠。二 要从工程实际出发，合理选用材料 结构设计方案和构造措施，要符合桥梁结构的使用要求，要具有良好的耐久性。三 尽可能地节约钢材，减轻钢结构重量。四 尽可能缩短制造 安装时间，缩短工期。五 所选结构要便于运输，构造设计要便于检查与维护。4. 钢结构计算方法：1）总安全系数容许应力法；2）三个系数（荷载，匀质，工作条件）的极限状态计算法；3）多系数分析后用单一安全系数的容许应力法；4）以概率论为基础的极限状态设计法。第19章 钢结构的材料1. 钢材的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。塑性破坏是由于变形过大，超过了钢材的应变能力而产生的，而且仅在钢材的应力超过屈服强度，并达到了刚才的极限抗拉强度fu后才发生。特征是破坏前构件有明显塑性变形，破坏后断口呈纤维状，色泽发暗。 脆性破坏特点是钢材破坏前的塑性变形很小，甚至没有。平均应力一般低于钢材的屈服强度，破坏从应力集中处开始。断口平直，呈光泽晶粒状。2. 钢材的主要力学性能：均匀拉伸，冷弯，冲击。 1）均匀拉伸：弹性阶段，弹塑性阶段，屈服阶段，强化阶段，颈缩阶段。 伸长率，屈服强度，抗拉强度是钢材的三项主要力学性能指标。 屈强比越大，强度储备越小，反之越大，但过小时钢材强度利用率过低，不经济。 2）冷弯性能：是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对裂纹出现的抵抗能力的一项指标。取决于质量和弯心直径对厚度的比值。一方面检验钢材能否适应制作过程中的冷加工工艺过程，另一方面暴露钢材的内部冶金和扎制缺陷。 3）冲击韧性：指钢材在冲击荷载作用下吸收机械能的一种能力，是衡量钢材抵抗可能因低温、应力集中、冲击作用而导致脆性断裂的一项力学性能指标。低温降低，越厚越差。 4）可焊性：指一定的工艺和结构条件下，钢材经过焊接后能获得良好的焊接接头性能。3. 钢材主要化学成分：铁，碳，有益（硅、锰、钒），有害（硫、磷、氧、氮）4. 钢材冶炼方法：碱性平炉炼钢法、顶吹氧气转炉炼钢法、碱性侧吹转炉炼钢法。5. 脱氧程度不同（由低到高）：沸腾钢（锰）、半沸腾钢、镇静钢（硅）、特殊镇静钢。6. 轧制：是在高温（1200至1300度）和压力作用下将钢锭热轧成钢板和型钢的生产工艺。作用：改变形状，消除小气泡、裂纹、疏松等缺陷，改善钢材力学性能。7. 冷加工硬化：钢材在超出弹性范围重复加载将改变钢材的性能，主要表现在钢材的屈服强度提高，弹性范围增加、塑性和伸长率降低的性质称之。8. 时效硬化：钢材随时间的进展是屈服强度和抗拉强度提高，伸长率和冲击韧性降低的现象称之。9. 低温冷脆：当温度降低到某一数值（冷脆临界温度）时，钢材的冲击韧性急剧下降，钢材的破坏特征明显的由塑性破坏变为脆性破坏的现象称之。韧性好，临界温度低。10. 蓝脆：温度升高，钢材屈强，拉强，弹模都降低，但当温度升高到250左右时，钢材的抗拉强度反而有较大提高，但伸长率和冲击韧性变差，钢材在此温度范围内呈脆性破坏特征的现象称之。11. 应力集中：在钢结构构件中不可避免的存在孔洞、槽口、裂缝、厚度变化以及内部缺陷等，致使构件截面突然改变，在荷载作用下，这些截面突变的某些部位将产生局部峰值应力，其余部位的应力较低且分布极不均匀，这种现象为应力集中。一般不影响截面的静力极限承载力，尽量使截面变化平缓。12. 疲劳破坏：钢材在连续反复荷载作用下，其应力虽然没有达到抗拉强度，甚至还低于屈服强度，也可能发生突然破坏，这种现象称为疲劳破坏。属于脆性破坏。钢材的疲劳破坏的破坏过程可分为三个阶段：裂纹形成 裂纹缓慢扩展，最后迅速断裂而破坏。13. 常幅疲劳：重复的荷载值不随时间变化，在所有应力循环内的应力幅将保持常量。14. 影响钢材疲劳强度的因素：1）应力集中强度；2）应力循环特征值；3）应力循环次数15. 应力循环特征值：循环中绝对值最小的峰值应力与绝对值最大的峰值应力之比。拉正压负。（等于1静力，大于0同号，等于1对称，等于0脉冲） 轧制钢和非焊接结构的特征值越小疲劳强度越低，但焊接结构与应力幅有关。16. 钢材按用途分结构钢、工具钢和特殊用途钢；按化学成分分为碳素结构钢和低合金高强度钢。桥梁常用：碳素结构钢、低合金高强度结构钢、优质碳素结构钢。17. 钢结构常用的钢材主要为热轧成型的钢板和型钢（角钢、工字钢、槽钢、H型或T型钢、钢管）。18. 钢材选用因素：1）结构的重要性；2）荷载性质；3)连接方法;4)工作环境;5)钢材的厚度第20章 钢结构的连接1. 钢结构的连接方式可分为焊接连接 螺栓连接和铆钉连接。2. 焊缝连接是以手工弧焊或自动 半自动埋弧焊接作为连接手段并用金属焊条或焊丝作为材料将钢构件和部件连接成整体的方法。它的优点是不需要在钢材上开孔，截面不会受到削弱，构造简单，施工方便，节省钢材，易于采用自动化操作，生产效率高。缺点是在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织和力学性能会发生变化，使材料局部变脆，焊接过程中钢材受到不均匀的高温和冷却，会产生焊接残余应力和残余变形，对结构的承载能力有不利影响。焊接结构对裂纹很敏感，低温冷脆问题突出，受操作人员水平影响大。（手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊）3. 焊缝对接形式：对接、搭接、T形连接、角部连接。 焊缝缺陷：焊接接头产生不符合设计或工艺要求的现象。 .焊缝质量检查的方法一般可采用外观检查和无损检查。4. 对接焊缝是在两焊件坡口面之间或一焊件表面之间焊接的焊缝。 角焊缝是指两焊件形成一定角度相交面上的焊缝。 直角焊缝（普通焊缝、平坡焊缝、深熔焊缝）5. 钢结构在焊接过程中，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，高温部分的钢材膨胀收到邻近钢材的约束，从而在焊件内部引起较高的温度应力和变形，称为焊接应力和焊接变形。焊接应力较高的部位产生塑性变形，冷却后将残存于构件内部，称为焊接残余应力和焊接残余变形。（包括纵向焊接残余应力、横向焊接残余应力和厚度方向的焊接残余应力） 减少焊接残余应力和焊接残余变形的措施：一 构造措施 二 焊接工艺措施 19. 29.普通螺栓连接是用螺栓将构件 部件连成整体的连接方式。与焊接相比较，螺栓连接的缺点是需要在构件上开孔，使构件截面削弱，并增加了制造工作量。20. 30.普通螺栓按受力情况分为受剪螺栓连接 受拉螺栓连接 受剪与手拉螺栓连接。21. 31.受剪螺栓连接五种破坏形式：一 当螺栓直径减小而板件相对较厚时可能发生螺栓剪断破坏 二 当螺栓直径较大而板件相对较薄时可能发生孔壁挤压破坏 三 当板件因螺栓孔削弱太多，可能沿开孔截面发生钢板拉断破坏 四 当沿受力方向的端距过小时可能发生端部钢板剪切破坏 五 当螺栓过长时可能发生螺栓破坏。22. 32.高强度螺栓连接是高强度螺栓将构件，构件或板件连成整体的连接方式。高强度螺栓连接按传力特征分为摩擦型高强度螺栓连接和承压型高强度螺栓连接。高强度螺栓连接与普通螺栓的主要区别：普通螺栓连接在抗剪时依靠杆身承压和螺栓抗剪来传递剪力，在扭紧螺帽时螺栓产生的预拉力很小，其影响忽略；而高强度螺栓连接除了材料强度高之外，还要求在扭紧螺帽时给螺栓施加很大的预拉力，使被连接构件的接触面之间产生挤压力，从而沿接触面上产生很大的摩擦力，这种摩擦力对外力的传递有很大的影响。23. 33.高强度螺栓分两种，头部六角形的高强度螺栓 扭坚型高强度螺栓。拧紧大六角头高强度螺栓的常用方法有扭矩法 转角法 张拉法。24. 34.钢桁架梁桥是由主桁架 联结系 桥面系等组成的空间结构。其中桥面系由纵梁 横梁 桥面板及纵梁之间的联结系组成，桥面系的作用是提供行车的桥面，并将桥面荷载传递给主桁架。25. 35。上弦或下弦纵向联结的作用主要是承受作用于钢桁架梁桥的横向水平荷载，包括作用于主桁架 桥面系和车辆上的横向风力 车辆的摇摆离和曲线梁桥的离心力。纵向联结的另一种作用是在横向支撑弦杆，减小弦杆在主桁架平面外的计算长度。纵向连接系的结构形式有：三角形体系 菱形体系 交叉式体系和k形体系。26. 36.轴心受力构件是指承受通过构件截面型心轴线的轴向力作用的构件，包括轴心受拉构件和轴心受压构件。若构件在轴心受拉或受压的同时，还承受横向力产生的弯矩或端弯矩作用，称为拉弯或压弯构件。27. 37.确定轴心受压构件整体稳定承载力的理论方法：一 压屈曲理论 二 边缘纤维屈服理论 三 压溃理论 28. 38.选择实腹式轴心受压构件的截面时，应考虑的原则：一 等稳定性 二 宽肢薄壁 三 连接方便 四 制造省工29. 39.单项压弯构件的整体失稳分为弯矩作用平面内失稳和弯矩作用平面外失稳。30. 40.轻型桁架的特点是杆件内力不大，杆件常采用T形截面或角钢组合截面，每个节点用一块节点板传力即可。重型桁架的特点是杆件内力较大，杆件常采用H形或工字形截面，每个节点在两个竖直平面内用两块节点板传力。31. 41.常用的实腹式钢梁有轧制型钢梁和钢板梁。32. 42.钢板桥梁的主要承重结构是多片工字形截面的钢板梁。33. 43.梁的整体失稳：当弯矩增大到某一数值时，梁会偶然的侧向干扰作用下，突然发生较大的侧向弯曲和扭转，这种现象叫做梁的整体失稳。34. 44.提高梁整体稳定性最有效的措施就是在梁的跨中增设受压翼缘的侧向支承点，以缩短其自由长度，或者增加受压翼缘的宽度以提高其侧向抗弯刚度，或者是采用箱型截面 设置横隔 横联等以增加其抗扭刚度。35. 45.为防止钢板梁局部失稳，采用以下措施：一 限制翼缘和腹板的宽厚比 二 在垂直于钢板平面的方向，设置具有一定刚度的加筋肋。36. 46.与梁跨度方向垂直的称为竖向加劲梁，沿着梁的跨度方向设置的称为水平加劲梁。37. 47.防止腹板剪切诗文的有效措施是设置竖向加劲肋，防止腹板弯曲失稳的有效措施是设置水平加劲梁。38. 48.支承加劲肋指承受集中荷载或者支座反力的竖向加劲肋，并且应在腹板两侧成对设置，其宽度宜与梁的翼缘板平齐。39. 49.组合构件是指两种或多种不同材料结合成整体而共同工作的构件。其优点是具有承载能力高 刚度大 延性好 节约钢材 降低造价 施工方便等优点。40. 50.钢混凝土组合梁是值钢梁和所支撑的钢筋混凝土板合成一个整体而共同抗弯的构件，其受力的合理性就在于钢筋混凝土板承受压应力，钢主梁承受拉应力，充分发挥了材料各自的特性。41. 51.无承托组合梁：组合梁截面采用钢筋混凝土板直接放置在钢梁上，称为无承托组合梁。42. 承托：混凝土翼缘与钢梁上翼缘之间的混凝土局部过渡部分称为承托。 钢筋混凝土板设置承托的优点：加大了梁高，从而节省了钢材；减小了钢梁高度，使钢梁的上翼缘更接近中和轴，从而减小钢梁压应力或使其完全受拉，发挥了钢材的性能也避免局部失稳；当板厚较小时，承托为设置抗剪连接件提供了空间。43. 52.与钢板梁相比，钢混凝土组合梁的优点:一 受力合理 二 抗弯承载力高 三 梁的刚度大 四 整体稳定性和局部稳定性好 五 施工方便 六 组合梁在活荷载作用下比全钢梁桥的噪声小，在城市中采用组合梁桥更为合适。44. 53.钢混凝土组合梁按弹性理论法时，的假定：一 钢材与混凝土均为理想的弹性体 二 钢筋混凝土板与钢梁之间有可靠的连接，相对滑移小，可以忽略不计，弯曲变形后截面仍保持平面 三 钢筋混凝土板按计算宽度内全部面积计算，可不扣除其中受拉开裂部分 四忽略钢筋混凝土板中钢筋和承托的作用45. 54.组合梁截面盐酸包括应力验算 变形验算和稳定性验算。46. 55.抗剪连接件是保证钢梁和混凝土翼板形成组合作用共同工作的关键元件。抗剪连接件的主要作用是承受钢筋混凝土板与钢梁接触面之间的纵向剪力，抵抗二者之间的相对滑移，同时还可防止钢筋混凝土板与钢梁之间由于刚度不同而产生的掀起效应。47. 56.组合梁的抗剪连接件常用类型有栓钉 型钢和弯起钢筋等机械组合的抗剪连接件。栓钉和型钢连接件属于刚性连接件，弯筋连接件属于柔性连接件。48. 57.无论采用柔性连接件还是刚性连接件，都用满足的构造要求：一 连接件抗掀起端头的地面应比混凝土板下部的纵向钢筋高出30mm以上 二 连接件的外侧边与钢梁翼缘边缘之间的距离应不小于20mm，与混凝土翼缘边之间的距离应不小于100mm 三 连接件顶面的混凝土保护层厚度不得不小于20mm。49. 58.钢管混凝土构件的特点：一 承载力高 二 塑性与韧性好 三 施工方便 四 经济效益好 五 耐锈性能与耐火性能比钢结构好50. 59.弓弦效应：就是一薄片形的直杆经压弯后，沿其弓弧的应变总是小于沿弦长方向的应变。51. 60.影响钢管混凝土受拉构件极限承载力的主要因素有：一 长细比 二 柱端的约束条件 52. 三 偏心率 四 沿猪肾的弯矩变化，即柱两端较小弯矩M1与较大弯矩M2的方向及其比值53. 61.钢骨混凝土结构是指在港股周围配置钢筋，并浇筑混凝土的结构。54. 62.钢管混凝土是在钢管填充混凝土而形成的组合结构材料。 55. 63.钢管混凝土按截面形式不同，分为圆钢管混凝土 方钢管混凝土和多边形混凝土。56. 64.开口箱型梁的优点是节省钢材，缺点是在施工阶段抗扭刚度小；57. 65.蜂窝型钢梁的优点是利用钢梁腹板的开孔可以方便地布置设备及电器管道等。58. 66.组合梁按截面形式分为外包混凝土组合梁和T形组合梁;T形钢混凝土组合梁按照混凝土翼板的构造不同可以分为现浇混凝土翼板组合梁 预制混凝土翼缘组合梁 叠合板翼缘组合梁以及压型钢板混凝土翼缘组合梁。现浇混凝土翼缘板组合梁优点是混凝土翼板整体性好，缺点是需要现场支模，湿作业工作量大，施工速度慢。预制混凝土翼板组合梁的特点是混凝土翼板预制，现场仅需要在预留槽口处浇筑混凝土，可以减小现场湿作业量，施工速度快。59. 67.组合梁优点是截面高度小 自重轻 延性好等优点。60. 68.钢混凝土组合结构具有承载力高，刚度大，抗震性能和动力性能好，构件截面尺寸小，施工快速方便等优点，同钢筋混凝土结构想比，组合结构可以减小构件截面尺寸，减轻自重，减小的证作用，增加有效使用空间，降低基础造价，方便安装，缩短施工周期，增加构件和结构的延性；同钢结构相比，可以减小用钢量，增大刚度，增加稳定性和整体性，提高结构的抗火性和耐久性。61. 69.钢钢混凝土组合柱包括钢管混凝土柱和钢骨混凝土柱。62. 70.钢骨混凝土构件在各种结构形式中的采用：一 钢骨混凝土纯框架或带支撑的框架结构 二 钢骨混凝土框架-钢骨或钢筋混凝土剪力墙结构 三 地下室或底部若干层采用钢骨混凝结构，上部采用钢结构或钢筋混凝土结构。 四 框架柱采用钢骨混凝土，梁采用钢或钢筋混凝土63. 71.混凝土抗拉强度试验方法主要有轴心受拉试验 劈裂实验和混凝土抗折试验。64. 72.收缩：混凝土在固化过程中失水并体积减小的现象称为收缩；徐变：混凝土在荷载长期作用下，变形随时间而增长的现象称为徐变。65. 73.组合结构所用的钢筋主要有两类：一 有物理屈服点的钢筋又称软钢；二 没有物理屈服点的钢筋（硬钢）。66. 74.屈强比：钢材的屈服强度与抗拉强度的比值称为屈强比，屈强比越大，强度储备越小，安全性降低。67. 75.脆性断裂：钢材或钢结构的脆性断裂是指低于名义应力情况发生下突然断裂的破坏。引起钢材脆性断裂的主要因素：一 钢材质量差，有害杂质元素含量过高，缺陷严重，韧性差等 二 结构构件构造不当产生的应力集中过于严重 三 构件的制造安装质量差，焊接缺陷严重，有较大的残余应力 三 构件的制造安装质量差，焊接缺陷严重，有较大的残余应力 四 结构受较大的动力荷载作用，或在较低的环境温度下工作68. 76.建筑结构必须满足的下列功能要求：一 安全性 二 适用性 三 耐久性69. 77.结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。70. 承载能力极限状态即结构或构件达到最大承载力或达到不适于继续承载的变形似的极限状态；正常使用极限状态即结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的极限状态。71. 78。结构出现下列状态之一时，称为超过了承载能力极限状态：一 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡 二 结构构件或连接因强度被超过而破坏，或因过度的塑性变形而不适于继续承载。72. 结构在出现下列状态使之一时，称为超过了正常使用极限状态：一 影响正常使用或外观的变形 二 影响正常使用的震动 三 影响正常使用或耐久性能的局部损坏 四 影响正常使用的其他特定状态73. 79.结构抗力是指结构或构件承受作用效应的能力。74. 80.梁的破坏形式：一 弯曲破坏 二 弯剪破坏 三 纵向剪切破坏 75. 81.梁弯曲破坏的特征是跨中钢梁截面首先屈服，最后混凝土翼板压碎，仅仅在荷载下降之后剪跨区域才出现细小纵向劈裂钢筋。76. 弯剪破坏主要是以跨中混凝土翼板压碎和剪跨区段混凝土翼板纵向剪切开裂为特征。77. 82.试验梁在受荷过程中具有的共同特征：钢梁与混凝土翼板能共同工作；混凝土翼板均出现弯曲裂缝，在达到极限承载力之前，钢梁已开始屈服或部分屈服，最后组合梁的破坏都以混凝土翼板顶面压碎 承载力下降为标志，并均未出现脆性破坏现象。78. 83.滑移是由连接件的本身变形和其周围混凝土的压缩变形所致。79. 84.根据抗剪连接程度的大小可以分为完全抗剪连接和部分抗剪连接。 完全抗剪连接是指在最大弯矩截面到零弯矩截面之间的全部抗剪连接件的抗剪力大于或等于由极限平衡条件确定的交界面剪力。80. 85.影响混凝土翼板有效宽度的主要因素：梁板与翼板宽度之比 荷载类型 沿梁长度方向的位置 翼板厚度 抗剪连接程度以及混凝土翼板和钢梁的刚度比等。81. 86.组合梁截面均指由钢梁和有效宽度范围内混凝土翼板组成的截面。82. 87.在组合梁截面的弹性分析中，采用的假设：一 钢和混凝土材料均为理想的线弹性体 二 钢梁与混凝土翼板之间连接可靠，滑移可以忽略不计，符合平截面变形假定 三 有效宽度范围内的混凝土翼板按实际面积计算，不扣除其中受拉开裂的部分；托面积忽略不计；对于压型钢板组合梁，压型钢板肋内的混凝土面积忽略不计 四 翼板内的钢筋忽略不计83. 88.截面的塑性承载力计算基于以下假定：一 在承载力极限状态，抗剪连接件能够有效传递钢梁和混凝土翼板之间的剪力 二 钢梁和混凝土之间没有滑移 三 截面应符合平截面假定 84. 89.抗剪连接件按照变形能力可分