钢结构(完美背诵版)

山东科技大学岩土工程 2011 级复习资料 完美背诵版之 钢结构 1 钢结构钢结构 复习资料复习资料 第一部分第一部分 简答题简答题 1 钢材的破坏形式有哪些 为什么要防止脆性破坏 如何防止脆性破坏 答 钢材的破坏形式有塑性破坏和脆性破坏 防止原因 脆性破坏没有明显的预兆 无法及时察觉和采取补救措施 而且个别 构件的断裂常常引起整个结构塌毁 危及生命和财产安全 后果严重 防止措施 合理设计 构造力求合理 使其能均匀 连续地传递应力 避免构 件截面的剧烈变化 正确制造 尽量避免材料出现应变硬化 正确选择焊接工艺 保证焊缝质量 正确使用 不任意超负荷使用结构 及时油漆防腐 冬季停产检修 时应注意保暖 2 钢结构对材料有什么要求 答 1 较高的抗拉强度 fu和屈服点 fy fu是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能 力 直接反映钢材内部组织的优劣 fu提高可以增加结构的安全保障 fy是衡量结构承 载能力的指标 fy高可以减轻结构自重 节省造价 2 较高的塑性和韧性 塑性和韧性好可以使结构在静荷载和动荷载作用下有足 够的应变能力 可以减轻结构脆性破坏的倾向 可以通过较大的塑性变形可以调整局 部应力 同时还具有较好的抵抗重复荷载作用的能力 3 良好的工艺性能 包括冷加工 热加工和焊接性能 这有利于将钢材加工成 各种形式的结构 并不致因加工而对结构的强度 塑性 韧性等造成较大的不利影响 4 具有适应低温 高温的能力以及在腐蚀性环境中工作的能力 3 普通螺栓可以分为哪几类 何为抗剪螺栓 抗剪螺栓有哪几种破坏形式 破坏原因 是什么 如何预防 答 普通螺栓可以分为只受剪力 只受拉力以及同时受剪力和拉力三种形式 抗剪螺栓是指在力的作用下 连接的板件有相对滑移的运动趋势 且螺栓承受垂 直螺栓杆的力的螺栓 破坏形式破坏原因解决方法 螺栓杆被剪坏螺栓杆直径较小 板件较厚 计算单栓抗剪承载力 b vv b v f d nN 4 2 孔壁挤压破坏螺栓杆直径较大 板件较薄计算单栓承压承载力 b c b c ftdN 板件被拉断板件净截面被螺栓孔削弱太多 净截面验算 f A N n 板件端部被剪坏端距太小螺栓间距不小于 2d0 螺栓杆弯曲破坏螺栓杆过长螺栓间距不大于 5d 4 影响梁整体稳定性的因素有哪些 如何提高梁的整体稳定性 答 影响因素 梁的侧向抗弯刚度 EIy和抗扭刚度 GIt 梁的支座情况 荷 载作用种类 荷载作用位置 受压翼缘的自由长度 l1 提高措施 增加受压翼缘的宽度 增大 Iy 在受压翼缘设置侧向支撑 减小 山东科技大学岩土工程 2011 级复习资料 完美背诵版之 钢结构 2 l1 5 轴心受压实腹柱设计 答 1 截面设计 假定柱的长细比 50 100 计算长度小时取小值 反之取大值 查得稳定 系数 求出需要的截面面积 A f N A 求出两个主轴所需要的回转半径 ox x l i oy y l i 由截面面积和回转半径初步确定截面尺寸 43 0 x i h 24 0 y i b 2 截面验算 强度验算 仅截面有削弱时验算 f A N n 整体稳定性验算 f A N 局部稳定性验算 限制板间的宽厚比 热轧型钢截面可不进行验算 刚度验算 限制构件的长细比 max 6 轴心受压格构柱设计 答 1 选择构件的截面形式和缀材形式 根据使用要求 计算长度和轴心压力 大小确定截面形式 中小型柱采用缀板柱 大型柱采用缀条柱 2 按对实轴 y y 轴 的整体稳定性选择柱的截面 假定柱的长细比 y y 50 100 计算长度小时取小值 反之取大值 查得稳 定系数 y求出需要的截面面积 A f N A y 求出回转半径 y oy y l i 由截面面积和回转半径查型钢表 确定截面尺寸 验算对实轴的整体稳定性 f A N y 3 由 等稳定性原则 0 x y 按对实轴 x x 轴 的整体稳定性确定肢间距 计算对虚轴的长细比 缀条柱 假定一个节间内两侧斜缀条的面积之和 A1 则 1 2 27 A A yx 缀板柱 假定 1 约为 5 y且小于 40 则 2 1 2 yx 山东科技大学岩土工程 2011 级复习资料 完美背诵版之 钢结构 3 计算对虚轴的回转半径 x ox x l i 计算缀材方向的宽度 44 0 x i b 验算对虚轴的稳定性 4 刚度验算 柱子整体 y ox 分肢稳定 缀条柱 1 0 7 max 缀板柱 1 0 5 max且不大于 40 5 缀材设计 横向剪力 23585 y f Af V 缀条设计 斜缀条轴心力 cos 1 1 n V N 缀板设计 剪力 弯矩 a lV T 11 2 11l V M 7 型钢梁设计 答 1 求解梁的内力 设计荷载下的 Mmax及 Vmax 不含自重 2 估算梁的截面模量 整体稳定有保证 整体稳定 f M W x x nx f M W b x x 没有保证 3 查型钢表 确定截面尺寸 4 截面验算 强度验算 抗弯强度 抗剪强度 型钢梁在f W M nxx x v w f tI SV max 剪力较大且截面有削弱时验算 局部承压强度 集中荷载未设支承加f lt F zw c 劲肋时验算 折算强度 f cc1 2 1 22 3 整体稳定性验算 f W M xb x 刚度验算 8 组合梁设计 答 1 截面选择 截面高度 由建筑高度确定容许最大高度 hmax 由刚度条件确定容许最小高度 hmin 由经济条件确定经济高度 hs 故梁高 maxmin hhhh s 山东科技大学岩土工程 2011 级复习资料 完美背诵版之 钢结构 4 腹板厚度 且为2mm 的倍数 5 3 w w h t 翼缘尺寸 翼缘面积 宽度且为10mm 倍数 厚度 ww w x f ht h W A 6 1 3 5 hh bf 且为2mm 倍数 f f b A t 2 截面验算 强度验算 抗弯强度 抗剪强度 局部承压f W M nxx x v w f tI SV max 强度 折算强度 f lt F zw c f cc1 2 1 22 3 整体稳定性验算 b 0 6时应进行一次折算 f W M xb x 局部稳定验算 受压翼缘 限制宽厚比 腹板 设置加劲肋 刚度验算 9 实腹式压弯构件的设计 答 1 截面选择 选定截面形式 根据构建承受的轴力 N 弯矩 M 和构件的计算长度初步确定截面尺寸 2 截面验算 强度验算 f W M A N nxx x n 无截面削弱且 N Wx的取值与整体稳定验算的取值相同而等效弯矩系数为1 0时 可不必进行强度验算 整体稳定性验算 弯矩作用平面内 f N W M A N Ex xx xmx x N 8 0 1 1 T 形截面还应验算 f N W M A N Ex xx xmx N 251 1 2 弯矩作用平面外 f W M A N xb xtx y 1 山东科技大学岩土工程 2011 级复习资料 完美背诵版之 钢结构 5 局部稳定性验算 限制构件翼缘和腹板的宽厚比 刚度验算 限制构件的长细比 max 10 格构式压弯构件设计 答 1 截面选择 选择构件的截面形式和缀材形式 根据使用要求 计算长度和轴心压力大小确 定截面形式 中小型柱采用缀板柱 大型柱采用缀条柱 根据构建承受的轴力 N 弯矩 M 和构件的计算长度初步确定截面尺寸及缀材尺 寸 2 截面验算 弯矩绕虚轴作用 强度验算 f W M A N nxx x n 整体稳定性验算 f N W M A N Ex x xmx x N 1 x1 分肢稳定性计算 分肢 1 分肢 2 N2 N N1 a M a y NN 2 1 缀条柱应按轴心压杆进行计算 分肢的计算长度 在缀材平面内取缀条体系的节 间长度 在缀条平面外取整个构件两侧向支撑点间的距离 缀板柱除考虑轴心力外 还应考虑由剪力作用引起的局部弯矩 并按实腹式压弯构件验算单肢稳定性 缀材计算 应取构件实际剪力和中的较大值进行计算 23585 y f Af V 局部稳定验算 限制板件的宽厚比和高厚比 只有组合结构才进行验算 刚度验算 限制构件的长细比 max 第二部分第二部分 知识点梳理知识点梳理 1 结构设计的准则 结构由各种荷载产生的效应不大于结构的抗力或规定限制 2 极限状态 结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功 能要求 结构的极限状态可以分为承载能力极限状态 设计值 和正常使用极限状态 标准值 3 结构的功能函数 抗力 荷载效应 4 结构可靠度 结构在规定时间内 在规定条件下 完成预定功能的概率 5 我国现用的钢结构设计方法 以概率论为基础的极限状态设计方法 6 结构重要性系数 一级 1 1 二级 1 0 三级 0 9 永久荷载分项系数 对结构 承载能力不利时取 1 2 对结构承载能力有利取 1 0 可变荷载分项系数 对结构承载 能力不利时取 1 4 楼面活载大于 4KN m2时取 1 3 对结构承载能力有利取 0 偶然 荷载作用的代表值不乘分项系数 7 钢材抗剪强度 抗压强度 0 58 抗拉强度 8 钢材受拉五阶段 弹性阶段 弹塑性阶段 塑性阶段 强化阶段 颈缩阶段 9 钢材塑性性能由伸长率表示 且 5大于 10 10 冷弯性能是鉴定钢材在弯曲状态下塑性应变能力和钢材质量的综合性指标 山东科技大学岩土工程 2011 级复习资料 完美背诵版之 钢结构 6 11 韧性是钢材抵抗冲击荷载能力 钢材强度提高 韧性降低代表钢材趋于脆性 12 建筑用钢含碳量不应超过 0 22 焊接结构钢中不应超过 0 20 13 钢材按浇注方式可分为 沸腾钢 镇静钢 半镇静钢和特殊镇静钢 14 钢材在循环荷载作用下最小应力与最大应力之比用应力比 标示 0 为脉 冲循环 1 为完全对称循环 在 0 和 1 之间为不完全对称循环 最大应力与最小 应力之差为应力幅 15 钢结构的连接方式有焊缝连接 螺栓连接和铆钉链接 16 螺栓分为普通螺栓和高强螺栓 普通螺栓分为 A 级 B 级 精制螺栓 5 6 和 8 8 级 螺栓孔径比螺栓直径大 0 3 0 5mm 和 C 级 粗制螺栓 5 6 级和 8 8 级 螺栓孔径比螺栓直径大 1 5 3mm 高强螺栓分为摩擦型 承受动载 螺栓孔径比螺栓 直径大 1 5 2mm 和承压型 承受静载和间接承受动载 螺栓孔径比螺栓直径大 1 1 5mm 分为 8 8 级和 10 9 级 以 4 6 级为例 4 表示螺栓抗拉强度小于 400N mm2 6 标示屈强比 屈服强度与抗拉强度之比 为 0 6 17 焊条与焊件应保证强度相等 若不相等 以较低者为准 Q235 E43 Q345 E50 Q390 E55 Q400 E55 18 焊缝形式可分为 对接焊缝 正对接 斜对接 T 形对接 和角焊缝 正面 对接 侧面对接 斜对接 19 焊缝检查分为外观检查和内部缺陷检查 20 焊缝符号由基本符号与指引线 横线和带箭头的斜线 组成 21 侧面角焊缝 焊缝长度与力的方向平行 主要承受剪应力 应力沿焊缝长度 方向呈两端大中间小的状态 且焊缝越长 应力分布越不均匀 22 正面角焊缝 焊缝长度与力的方向垂直 同时承受正应力和剪应力 焊根处 容易产生应力集中 23 焊脚尺寸 肢尖 肢尖 肢背 薄 mmtt mmtt t hf 62 1 6 2 1 max 型连接单面角焊缝 埋弧自动焊 手工焊 厚 厚 厚 mmtt t t t hf 4 T15 1 1 5 1 5 1 min 24 焊缝长度 动载 静载或间接动载 40 60 2 max f f fw h h hll mmhl fw 408 min 和 25 焊缝搭接要求 焊脚尺寸不应小于两焊缝间的距离 两侧面角焊缝的距离不 应大于 16 倍较薄焊件的厚度或 190mm 不满足时应加正面角焊缝或加槽焊或电焊灯 角焊缝端部在构件转角处时 应做长度为 2hf的绕角焊 且转角处必须施焊 26 当焊件的宽度不同或厚度在一侧相差 4mm 以上时 应设置坡度不大于 1 2 5 山东科技大学岩土工程 2011 级复习资料 完美背诵版之 钢结构 7 的斜角 直接承受动载时 不大于 1 4 27 较薄焊件的厚度小于 6mm 手工焊 或 10mm 埋弧焊 可不采用坡口 采 用直边缝 28 斜对接焊缝 tan 1 5 时 可不进行焊缝验算 29 焊接应力是一种无荷载作用下的内应力 会在焊件内自相平衡 但会在焊件 稍远区段产生压应力 30 横向焊接应力是由焊缝纵向收缩 中间拉两端压 以及先焊焊缝对后焊焊缝 的变形影响引起的 纵向焊接应力是由焊缝纵向收缩引起的 近焊缝拉远离焊缝压 厚钢板中 还存在沿厚度方向的焊接应力 31 焊接应力不影响结构的静力强度 但会降低结构的强度 增大结构的低温冷 脆趋势 对结构的疲劳强度有明显的不利影响 32 焊接变形种类 纵向收缩 横向收缩 角变形 弯曲变形和扭曲变形等 33 减小焊接应力及焊缝变形的措施 设计上 合理安排焊接位置 焊缝尺寸要 适当 焊缝数量宜少且不宜过分集中 避免焊缝垂直交叉 避免在母材方向产生收缩 应力 工艺上 采用合理的施焊次序 采用反变形 小焊件应焊前预热焊后回火处理 34 钢材防腐蚀的措施 改变金属结构组成 金属镀层保护 涂非金属层 水下 地下采用阴极保护 35 螺栓的排列方式有并列和错列两种 中心间距不小于 3d0 36 抗剪螺栓工作阶段 摩擦传力的弹性阶段 滑移阶段 栓杆传力的弹性阶段 弹塑性阶段 37 螺栓的撬力与连接件的刚度 螺栓的直径 螺栓位置有关 可以通过设置加 劲肋减小其影响 38 摩擦型高强螺栓弹性工作阶段较长 最大承载力取板件产生相对滑动的起始 点 承压型高强螺栓最大抗剪承载力取曲线的最高点 39 柱由柱头 柱身和柱脚组成 40 轴心受力构件承载能力极限状态 受拉构件以强度控制 受压构件以强度和 稳定性控制 正常使用极限状态以刚度保证 限制长细比 41 屈曲形式 弯曲屈曲 扭转屈曲 弯扭屈曲 42 边缘屈服准则 边缘应力达到屈服点即达到杆件稳定性 最大强度准则 塑 性可深入截面 43 梁与轴心压柱只能铰接 格构柱为保证传力均匀 应在两柱肢间设横向隔板 44 铰接柱脚不承受弯矩 只承受轴向压力和剪力 剪力由地板与基础表面摩擦 力传递 若不足 应设置抗剪键 柱脚一般用预埋在基础中的锚栓固定位置 45 柱脚传力 柱身 靴梁 肋板 底板 基础 连接焊缝 底板 基础 46 强度 净截面 设计值 刚度 标准值 整体稳定 毛截面 设计值 47 压弯构件中 W1n中的 y0取值 congx 轴到压力较大分肢轴线距离或腹板边缘 距离 取二者中较大值 48 设置横向加劲肋可防止运输中的扭曲变形 局部稳定性不满足可设置纵向加 劲肋 49 框架柱中梁与柱的节点刚接 50 单栓抗压承载力设计值 单栓抗剪承载力设计值 单栓抗拉承 b c N b v N b t N 山东科技大学岩土工程 2011 级复习资料 完美背诵版之 钢结构 8 载力设计值 角焊缝强度设计值 对接焊缝抗压强度设计值 对接焊缝 w f f w t f w v f 抗剪强度设计值 钢材屈服点 正面角焊缝的强度设计值增的系数 截面 y f f x 塑性发展系数 等效弯矩系数 梁的整体稳定型系数 mx b 第三部分第三部分 计算题计算题 题型一题型一 角焊缝计算角焊缝计算 1 轴心力 N 作用 f为正面角焊缝的强度设计值增大系数 直接动载取 1 0 间接动载和直接静载取 1 22 A 两面侧焊 NN 3 2 1 NN 3 1 2 fe hh7 0 fwf hll2 校核 设计 w f ew f w f ew f f hl N f hl N 22 11 2 1 肢尖 肢背 2 1 1 2 2 1 e w f w e w f w hf N l hf N l 肢尖 肢背 B 三面围焊 w fff fbhN 3 7 0 331 2 1 3 2 NNN 32 2 1 3 1 NNN 校核 设计 w f ew f w f ew f f hl N f hl N 22 11 2 1 肢尖 肢背 2 1 1 2 2 1 e w f w e w f w hf N l hf N l 肢尖 肢背 C L 型围焊 NN 3 1 1 0 2 NNN 3 2 3 设计 3 3 1 1 3 1 w w ff f e w f w lf N h hf N l 2 轴心力 N 弯矩 M 和剪力 V 共同作用 1 普通节点 ewew x f hl M hl N x 2 6 ew y f hl N y w ff f f f y x 2 2 2 短构件与柱子连接 山东科技大学岩土工程 2011 级复习资料 完美背诵版之 钢结构 9 2 2 h I M w M fx 22 ew V hl V y f w f V f f M f f y x 2 2 3 扭矩 T 和剪力共同作用 p y T I Tr x p x T I Tr y we V lh V y w fT f VT f x yy 2 2 题型二题型二 对接焊缝计算对接焊缝计算 1 轴心力 N 作用 w c w t w ff tl N 或 薄 2 弯矩 M 和剪力 V 共同作用 板件对接 w c w t ff tl M w 或 2 max 6 w V w f tl V 2 3 max 工字型截面 A w c w t ff tl M w 或 2 max 6 w V w f tl V 2 3 max B 翼缘与腹板交接点 w c w tZS ff 或1 13 2 1 2 1 3 轴心力 N 弯矩 M 和剪力 V 共同作用 w c w t w ff tl N tl M w 或 2 max 6 w V w f tl V 2 3 max w c w tZS ff 或1 13 2 1 2 1 4 短构件与柱子连接 w c w t ww ff A N W M 或 max w V w f A V max w c w tZS ff 或1 13 2 1 2 1 题型三题型三 普通螺栓连接计算普通螺栓连接计算 1 螺栓受剪 1 轴心受剪 f A N n 2 偏心受剪 b vv b v f d nN 4 2 b c b c ftdN b c b v b NNN min min 22 1 1 ii T yx Ty N x 22 1 1 ii T yx Tx N y n F N F 1 b FTT NNNN yx min 2 11 2 1 当 y 3x 时 取 x 0 当 x 3y 时 取 y 0 则 山东科技大学岩土工程 2011 级复习资料 完美背诵版之 钢结构 10 2 1 1 i T y Ty N x b FT NNN x min 2 1 2 1 2 螺栓抗拉 b te b t fAN 1 轴心受拉 b t N N n 2 弯矩受拉 b t i N y My N 2 1 1 3 偏心受拉 小偏心 叠加后全部螺栓受拉 b t i N y Ney n