钢结构考前辅导.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：=0.452、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0 x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。,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。,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.格构柱剪切变形的影响C.缀材弯曲变形的影响D.缀材剪切变形的影响,9.轴心受压柱的柱脚底板厚度是根据下列哪种工作状态确定的？（）A.底板抗压工作B.底板抗弯工作C.底板抗剪工作D.底板抗弯及抗压工作10.常温条件下，残余应力的存在将使构件（钢材的变