钢结构小结PPT学习教案

1、会计学1钢结构小结钢结构小结三、钢结构连接l 了解连接方法及其特点；了解连接方法及其特点；l 了解焊接方法和形式；了解焊接方法和形式；l 掌握对接焊缝的构造和计算；掌握对接焊缝的构造和计算；l 掌握角焊缝的构造和计算；掌握角焊缝的构造和计算；l 了解焊接残余应力的产生、分布和减少残余变形了解焊接残余应力的产生、分布和减少残余变形的方法；的方法；l 掌握普通螺栓连接的受力特点、构造和计算；掌握普通螺栓连接的受力特点、构造和计算；l 掌握摩擦型高强螺栓连接的受力特点和计算方法掌握摩擦型高强螺栓连接的受力特点和计算方法；l 掌握承压型高强螺栓连接的受力特点和计算方法掌握承压型高强螺栓连接的受力特点和

2、计算方法。第1页/共77页五、轴心受力构件u 掌握轴心受力构件强度、刚度的计算；掌握轴心受力构件强度、刚度的计算；u 理解轴心受压构件的整体稳定概念及影响因素；理解轴心受压构件的整体稳定概念及影响因素；u 理解组合式工字型截面局部稳定概念；理解组合式工字型截面局部稳定概念；u 理解实腹式截面和格构式截面的确定方法；理解实腹式截面和格构式截面的确定方法；u 掌握实腹式和格构式轴心受压构件的计算。掌握实腹式和格构式轴心受压构件的计算。四、梁（受弯构件）n掌握受弯构件强度、刚度的计算；掌握受弯构件强度、刚度的计算；n理解整体稳定概念及影响因素；理解整体稳定概念及影响因素；n理解局部稳定概念及影响因素

3、，了解加劲肋的分类作理解局部稳定概念及影响因素，了解加劲肋的分类作用以及设计方法；用以及设计方法；n掌握实腹式受弯构件的设计步骤与方法。掌握实腹式受弯构件的设计步骤与方法。第2页/共77页六、拉弯、压弯构件p 掌握拉（压）弯构件强度及刚度的计算；掌握拉（压）弯构件强度及刚度的计算；p 理解压弯构件的整体稳定概念，理解实腹式压弯构件局部理解压弯构件的整体稳定概念，理解实腹式压弯构件局部稳定概念；稳定概念；p 掌握实腹式压弯构件的设计，了解格构式压弯构件的计算掌握实腹式压弯构件的设计，了解格构式压弯构件的计算。七、钢屋架设计第3页/共77页1.1 1.1 钢结构的特点及应钢结构的特点及应用用特点特

4、点 轻质高强、材质均匀、塑性韧性好、良好的加工性能、密封性轻质高强、材质均匀、塑性韧性好、良好的加工性能、密封性好、耐热不耐火、耐腐蚀性差、低温冷脆倾向。好、耐热不耐火、耐腐蚀性差、低温冷脆倾向。应用范围应用范围 大跨度结构、工业厂房结构、多层和高层建筑、高耸结构、受大跨度结构、工业厂房结构、多层和高层建筑、高耸结构、受动力荷载影响的结构、轻型钢结构、可拆卸结构、容器和其他构动力荷载影响的结构、轻型钢结构、可拆卸结构、容器和其他构筑物筑物。1 1 绪论绪论第4页/共77页 采用以概率论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的采用以概率论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。设

5、计表达式进行计算。 两种极限状态：两种极限状态：承载能力极限和正常使用极限状态承载能力极限和正常使用极限状态。承载能力极限状态承载能力极限状态结构和构件达到最大承载能力或出现不结构和构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失适于继续承载的变形，包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定，结构变为机动体系或出现过度的变形。稳定，结构变为机动体系或出现过度的变形。正常使用极限状态正常使用极限状态结构和构件达到正常使用或耐久性能的结构和构件达到正常使用或耐久性能的某些规定限值，包括出现影响正常使用或外观的变形、振动和某些规定限值，包括出现影响正常使用或外观的变形、

6、振动和局部破坏等。局部破坏等。1.2 1.2 设计方法设计方法1 1 绪论绪论 钢结构设计的目的是应保证结构和结构构件在充分满足功钢结构设计的目的是应保证结构和结构构件在充分满足功能要求的基础上安全可靠的工作。即在施工和规定的设计使用能要求的基础上安全可靠的工作。即在施工和规定的设计使用年限内能满足预期的安全性、适用性和耐久性要求，并做到技年限内能满足预期的安全性、适用性和耐久性要求，并做到技术先进、经济合理。术先进、经济合理。第5页/共77页可靠度可靠度结构在规定的时间内（设计基准期分结构在规定的时间内（设计基准期分5 5、2525、5050以及以及100100年），规定的条件（正常设计、施

7、工、使用、维护）完成预年），规定的条件（正常设计、施工、使用、维护）完成预定功能的概率。定功能的概率。失效概率失效概率结构不能完成预定功能的概率。结构不能完成预定功能的概率。可靠度的控制即可靠度的控制即控制失效概率小到一定水平。控制失效概率小到一定水平。1 1 绪论绪论 值越大，值越大，P Pf f 就越小。就越小。 可以作为衡量结构可以作为衡量结构可靠度可靠度的的一个数量指一个数量指 标标。 可靠度指标可靠度指标失效概率失效概率Pf与可靠指标与可靠指标 ZZ第6页/共77页 GB50068-2001GB50068-2001建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准规定结构构规定结构

8、构件的极限状态设计表达式，采用件的极限状态设计表达式，采用基本变量标准值基本变量标准值（荷载代表值、材（荷载代表值、材料性能标准值、几何参数标准值）以及料性能标准值、几何参数标准值）以及各种分项系数各种分项系数等表达。等表达。按荷载效应的按荷载效应的基本组合基本组合或或简化组合简化组合，采用下列极限状态设计表达式：，采用下列极限状态设计表达式：1 1）承载能力极限设计状态表达）承载能力极限设计状态表达式式0SR 按荷载效应的按荷载效应的标准组合、频遇组合、准永久组合标准组合、频遇组合、准永久组合，采用下列，采用下列极限状态设计表达式：极限状态设计表达式：2) 2) 正常使用极限状态设计表达正常

9、使用极限状态设计表达式式式中式中: C 结构构件达到正常使用要求所规定的变形、裂缝宽度、应力等的限值。结构构件达到正常使用要求所规定的变形、裂缝宽度、应力等的限值。SC实用设计表达式实用设计表达式第7页/共77页钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 在荷载效应的在荷载效应的基本组合基本组合条件下，式（条件下，式（1.3.111.3.11）可转化为等效的）可转化为等效的以基本变量标准值、分项系数和组合系数，并以以基本变量标准值、分项系数和组合系数，并以应力形式应力形式表达的表达的极限状态公式。极限状态公式。 可变荷载效应起控制作用

10、时：可变荷载效应起控制作用时：永久荷载效应永久荷载效应起控制作用时：起控制作用时：1 1）承载能力极限状态设计表达式）承载能力极限状态设计表达式对于一般排架和框架结构可变荷载效应控制时，可简化对于一般排架和框架结构可变荷载效应控制时，可简化：1012()1.3.12nGkQ kQikGQciiQif （）1()(1.3.13)nGkQikoGQiciif 01()nGGkQiQikif （1.3.14）第8页/共77页 对于正常使用极限状态，钢结构只考虑荷载的对于正常使用极限状态，钢结构只考虑荷载的标准组合标准组合, ,主主要考虑使变形等设计值不超过相应的规定限值。设计公式为：要考虑使变形等设

11、计值不超过相应的规定限值。设计公式为： Gk 永久荷载标准值永久荷载标准值在结构或构件中产生的变形值；在结构或构件中产生的变形值； Q1k起控制作用的起控制作用的第第1 1个个可变荷载的标准值可变荷载的标准值在结构或结构构件在结构或结构构件中产生的变形值（该值使计算结果为最大）；中产生的变形值（该值使计算结果为最大）；2 2）正常使用极限状态设计表达）正常使用极限状态设计表达式式 Qik其他第其他第i个可变荷载标准值在结构或构件中产生的变形值个可变荷载标准值在结构或构件中产生的变形值。 结构或结构构件的容许变形值。结构或结构构件的容许变形值。(P384-5(P384-5页，附录页，附录2)2)

12、 12nGkQ kciQiKi (1.3.15)第9页/共77页2 2 钢结构的材料钢结构的材料2.1 2.1 钢材的破坏形式钢材的破坏形式 钢材是钢结构的主材，其性能对钢构件的工作特性有着内在钢材是钢结构的主材，其性能对钢构件的工作特性有着内在影响，关系到钢结构的计算理论，同时对钢结构的制造、安装、影响，关系到钢结构的计算理论，同时对钢结构的制造、安装、经济合理，以及保证安全应用均有直接联系。经济合理，以及保证安全应用均有直接联系。 钢结构对材料的要求：钢结构对材料的要求：较高的强度、足够的变形能力，良好较高的强度、足够的变形能力，良好的加工性能、价格便宜。的加工性能、价格便宜。塑性破坏塑性

13、破坏破坏前产生较大的塑性变形，构件中的应力达到破坏前产生较大的塑性变形，构件中的应力达到抗拉强度，断口呈纤维状，色泽发暗。破坏前有预兆，可补救抗拉强度，断口呈纤维状，色泽发暗。破坏前有预兆，可补救，不至发生严重后果。，不至发生严重后果。脆性破坏脆性破坏破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形，而破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形，而突然迅速断裂。破坏后断口平直，呈有光泽的晶粒状或有人字突然迅速断裂。破坏后断口平直，呈有光泽的晶粒状或有人字纹。破坏无预兆，破坏速度极快，无法察觉和补救，后果非常纹。破坏无预兆，破坏速度极快，无法察觉和补救，后果非常严重。严重。第10页/共77页2.2 2.2 钢

14、材的主要性能钢材的主要性能屈服强度屈服强度fy设计标准值（设计时可达的最大应力）。设计标准值（设计时可达的最大应力）。抗拉强度抗拉强度fu钢材的最大应力强度，钢材的最大应力强度，fu/fy为钢材的强度安全储备为钢材的强度安全储备系数。系数。伸长率伸长率 5（ 10）钢材断裂前塑性变形能力的指标。钢材断裂前塑性变形能力的指标。冷弯性能冷弯性能钢材发生塑变时对产生裂纹的抵抗能力。是判别钢钢材发生塑变时对产生裂纹的抵抗能力。是判别钢材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。冲击韧性冲击韧性度量钢材断裂时吸收机械能的能力。表征钢材抗冲度量钢材断裂时吸收机械能的能力。表征钢

15、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。分常温与负温冲击韧性分常温与负温冲击韧性。可焊性可焊性采用一般工艺就可以完成合格焊缝的性质。采用一般工艺就可以完成合格焊缝的性质。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。后具备良好性能的指标。2 2 钢结构的材料钢结构的材料fvy=0.58fy第11页/共77页2 2 钢结构的材料钢结构的材料2.3 2.3 影响钢材性能的因素影响钢材性能的因素化学成分的影响化学成分的影响 碳元素含量

16、提高，则强度提高，但塑性、韧性、冷弯性能碳元素含量提高，则强度提高，但塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降。钢结构用钢含碳量、可焊性及抗锈蚀能力下降。钢结构用钢含碳量0.22% ，焊接，焊接结构严格控制在结构严格控制在0.2%以内。以内。 锰锰Mn 、硅、硅Si、钒、钒V铌铌Nb、钛、钛Ti、铝、铝Al、铬、铬Cr和镍和镍Ni基本上属基本上属于有益元素。于有益元素。硫硫S、磷、磷P、氧、氧O、氮、氮N属于有害元素，一般都使钢材的韧性降低属于有害元素，一般都使钢材的韧性降低。硫和氧易导致。硫和氧易导致热脆热脆，磷和氮则易导致，磷和氮则易导致冷脆冷脆。成材过程的影响成材过程的影响钢材的硬化

17、钢材的硬化应力集中的影响应力集中的影响温度的影响温度的影响荷载类型的影响荷载类型的影响化学成分的影响化学成分的影响第12页/共77页成材过程的影响成材过程的影响2 2 钢结构的材料钢结构的材料 冶炼过程决定了钢的化学成分和金相组织结构，因而决定冶炼过程决定了钢的化学成分和金相组织结构，因而决定了钢种和钢材牌号。产生的冶金缺陷（如偏析、非金属夹杂、了钢种和钢材牌号。产生的冶金缺陷（如偏析、非金属夹杂、气孔和裂纹等）均将影响钢材的力学性能。气孔和裂纹等）均将影响钢材的力学性能。 轧制过程在使钢材晶粒变细和改善钢材性能的同时，亦使轧制过程在使钢材晶粒变细和改善钢材性能的同时，亦使其产生明显的各项异性

18、。其产生明显的各项异性。 热处理包括退火、正火、淬火和回火，是改善钢材性能的热处理包括退火、正火、淬火和回火，是改善钢材性能的一种加工工艺。一种加工工艺。钢材的硬化钢材的硬化 冷作硬化、时效硬化和应变时效硬化。冷作硬化、时效硬化和应变时效硬化。应力集中的影响应力集中的影响 应力集中现象：钢结构构件中不可避免的存在着孔洞、槽口应力集中现象：钢结构构件中不可避免的存在着孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度变化、形状变化、内部缺陷等，使截面中的、凹角、裂缝、厚度变化、形状变化、内部缺陷等，使截面中的应力分布不再保持均匀，主力线在孔口等缺陷处发生转弯，产生应力分布不再保持均匀，主力线在孔口等缺陷处发生转弯，产

19、生局部高峰应力，或产生双向、三向应力的现象。局部高峰应力，或产生双向、三向应力的现象。第13页/共77页2 2 钢结构的材料钢结构的材料温度的影响温度的影响 在正温范围，随着温度的升高，钢材强度降低，变形增大。在正温范围，随着温度的升高，钢材强度降低，变形增大。但在但在200以内，性能变化较小。以内，性能变化较小。结构表面长期受结构表面长期受150以上辐射热时，应采取隔热防护措施；以上辐射热时，应采取隔热防护措施； 250附近呈兰脆现象（强度提高而冲击韧性下降）；附近呈兰脆现象（强度提高而冲击韧性下降）； 250320内产生徐变现象；内产生徐变现象；600 以上几乎丧失承载力。以上几乎丧失承载

20、力。 在负温范围，钢材表现为屈服点和强度均提高，而塑性韧性在负温范围，钢材表现为屈服点和强度均提高，而塑性韧性降低，对冲击韧性的影响尤其突出。低温冷脆现象。降低，对冲击韧性的影响尤其突出。低温冷脆现象。荷载类型的影响荷载类型的影响 加荷速度的影响，循环荷载的影响。加荷速度的影响，循环荷载的影响。第14页/共77页2.4 2.4 钢材的疲钢材的疲劳劳2 2 钢结构的材料钢结构的材料疲劳破坏疲劳破坏钢材在连续反复荷载作用下，会逐渐产生累积损钢材在连续反复荷载作用下，会逐渐产生累积损伤，产生裂纹及裂纹逐渐扩展，虽然应力还低于极限强度，甚伤，产生裂纹及裂纹逐渐扩展，虽然应力还低于极限强度，甚至应力还低

21、于屈服点，而发生的断裂破坏。至应力还低于屈服点，而发生的断裂破坏。影响焊接结构疲劳强度的主要因素：影响焊接结构疲劳强度的主要因素：构件和连接的构造构件和连接的构造类型、应力幅类型、应力幅和应力循环次数和应力循环次数n。设计规范设计规范规定：规定：应力（拉应力）循环次数应力（拉应力）循环次数5104时时应作疲劳验算应作疲劳验算。第15页/共77页其中其中计算部位计算部位标准荷载下标准荷载下的设计应力幅；的设计应力幅；对于焊接部位对于焊接部位: = max- min ； 对于其他部位：对于其他部位：= max- min 常幅疲劳的容许应力幅，常幅疲劳的容许应力幅，N/mm2， max每次应力循环中

22、，计算部位的最大拉应力（取正值）每次应力循环中，计算部位的最大拉应力（取正值） min每次应力循环中，计算部位的最小拉应力或压应力每次应力循环中，计算部位的最小拉应力或压应力 （拉应力正值，压应力取负值）；拉应力正值，压应力取负值）； 疲劳计算用容许应力幅法，采用荷载标准值，按弹性状态计疲劳计算用容许应力幅法，采用荷载标准值，按弹性状态计算应力进行计算，计算只适用于无高温（算应力进行计算，计算只适用于无高温（t150）、无严重腐蚀）、无严重腐蚀环境中的高周低应变的疲劳计算（应力循环次数环境中的高周低应变的疲劳计算（应力循环次数n5104）。）。常幅疲劳的计算公式常幅疲劳的计算公式（2.5.7）

23、第16页/共77页钢材的品种、牌号钢材的品种、牌号品种品种碳素结构钢碳素结构钢Q235；低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢Q345、Q390、Q420牌号牌号的表示方法：代表屈服点的字母的表示方法：代表屈服点的字母Q、屈服点的数值、质量屈服点的数值、质量等级（碳素钢等级（碳素钢AD，低合金钢，低合金钢AE）,冶金脱氧方法（冶金脱氧方法（F、b、Z、TZ）2 2 钢结构的材料钢结构的材料2.5 2.5 建筑钢材的类别及选用建筑钢材的类别及选用钢材的选择钢材的选择 对于重要结构、直接承受动载的结构，处于低温条件下的对于重要结构、直接承受动载的结构，处于低温条件下的结构及焊接结构，一般应选用质量较

24、高的钢材。结构及焊接结构，一般应选用质量较高的钢材。 Q235A不能不能用于焊接结构（除非有相应保证）。用于焊接结构（除非有相应保证）。第17页/共77页1.1.了解连接方法及其特点；了解连接方法及其特点；2.2.理解对接焊缝的构造和计算；理解对接焊缝的构造和计算；3.3.掌握角焊缝的构造和计算；掌握角焊缝的构造和计算；4.4.了解焊接残余应力和变形的成因、对结构工作性能影响了解焊接残余应力和变形的成因、对结构工作性能影响和减少焊接应力和变形的方法；和减少焊接应力和变形的方法；5. 5. 掌握普通螺栓连接的构造和计算；掌握普通螺栓连接的构造和计算；6. 6. 掌握摩擦型高强螺栓连接的受力特点和

25、计算方法；掌握摩擦型高强螺栓连接的受力特点和计算方法；7. 7. 掌握承压型高强螺栓连接的受力特点和计算方法。掌握承压型高强螺栓连接的受力特点和计算方法。3 3 连接连接 钢结构对连接的要求：连接部位应有足够的强度、刚度和延钢结构对连接的要求：连接部位应有足够的强度、刚度和延性。进行连接设计时应遵循安全可靠、传力明确、构造简单、制性。进行连接设计时应遵循安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。造方便和节约钢材的原则。第18页/共77页3 3 连接连接3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接方法分为：钢结构的连接方法分为：焊接连接、铆钉连接和螺栓连接。焊接连接、铆钉连

26、接和螺栓连接。 塑性和韧性好，传力可靠、质量易于检查，但构造及施塑性和韧性好，传力可靠、质量易于检查，但构造及施工复杂，用钢量较多。工复杂，用钢量较多。焊接特点焊接特点 构造简单、不削弱构件截面、加工方便、连接密封性好、刚构造简单、不削弱构件截面、加工方便、连接密封性好、刚度大，易于采用自动化操作。但焊接结构存在残余应力和残余变度大，易于采用自动化操作。但焊接结构存在残余应力和残余变形，存在低温冷脆问题，以及裂缝易于通过焊缝展开。形，存在低温冷脆问题，以及裂缝易于通过焊缝展开。铆钉连接特点铆钉连接特点 施工简单，拆装方便，但用钢量较大。施工简单，拆装方便，但用钢量较大。普通螺栓连接特点普通螺栓

27、连接特点 连接紧密、受力良好、耐疲劳、可拆换、安装简单。但用连接紧密、受力良好、耐疲劳、可拆换、安装简单。但用钢量也较大。钢量也较大。高强度螺栓连接特点高强度螺栓连接特点第19页/共77页焊缝连接焊缝连接1）焊接方法）焊接方法电弧焊（手工，自动埋弧气体保护焊）、电弧焊（手工，自动埋弧气体保护焊）、气体保护焊、电阻焊和电渣焊。气体保护焊、电阻焊和电渣焊。不同钢种钢材相焊接时，宜采用与低强度钢相适应的焊条。不同钢种钢材相焊接时，宜采用与低强度钢相适应的焊条。2）焊接形式）焊接形式 按焊件相对位置：平接（对接）、搭接、按焊件相对位置：平接（对接）、搭接、T形连接和角接形连接和角接 按施焊位置：俯焊（

28、平焊）、横焊、立焊以及仰焊。按施焊位置：俯焊（平焊）、横焊、立焊以及仰焊。 按焊缝形式：按焊缝形式：对接焊缝对接焊缝（直对接焊缝、斜对接焊缝）（直对接焊缝、斜对接焊缝） 角焊缝角焊缝(正面角焊缝、侧面角焊缝、斜角正面角焊缝、侧面角焊缝、斜角焊缝焊缝)3）焊缝缺陷）焊缝缺陷裂纹、气孔、未焊透、夹渣、烧穿等。裂纹、气孔、未焊透、夹渣、烧穿等。4）焊缝质量检验）焊缝质量检验：一级、二级、三级。：一级、二级、三级。3 3 连接连接第20页/共77页3.2 3.2 对接焊缝的构造与计对接焊缝的构造与计算算1）构造）构造n坡口形式坡口形式I型、单边型、单边V型、双边型、双边V型、型、U型、型、K型及型及X

29、型型。n加引弧板加引弧板n变厚度与变宽度的连接：变厚度与变宽度的连接：1:2.5（1:4）斜面。）斜面。n质量等级与强度质量等级与强度一级综合性能与母材相同；二级强一级综合性能与母材相同；二级强度与母材相同；度与母材相同； 三级抗拉强度折减三级抗拉强度折减152）计算）计算同构件。同构件。wcwtwfftlN或（3.2.1）wt21211 . 13f（3.2.6）第21页/共77页1 1）构造）构造3.3 3.3 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算60hf第22页/共77页n角焊缝分直角与斜角（锐角与钝角）两种截面；角焊缝分直角与斜角（锐角与钝角）两种截面；n直角型又分普通、平坡、深熔型（凹

30、面型）。直角型又分普通、平坡、深熔型（凹面型）。2 2）受力特性）受力特性n 正面焊缝应力状态复杂，但内力分布均匀，承载力高；正面焊缝应力状态复杂，但内力分布均匀，承载力高；n 侧面焊缝应力状态简单，但内力分布不均侧面焊缝应力状态简单，但内力分布不均(两头大，中间小两头大，中间小)，承载力低。，承载力低。n 破坏为破坏为45o喉部截面，设计时忽略余高。喉部截面，设计时忽略余高。3.3 3.3 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算第23页/共77页22wfffffwfff2fw0.7Nfhlwff2fw0.7Nfhl3 3）角焊缝的计算）角焊缝的计算在通过角焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下在通过

31、角焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下正面角焊缝（作用力垂直于焊缝长度方向）正面角焊缝（作用力垂直于焊缝长度方向）侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）在各种力综合作用下在各种力综合作用下3.3 3.3 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算第24页/共77页（1 1）在轴力）在轴力N作用下作用下fNAN（2 2）在剪力）在剪力V作用下作用下ffAV（3 3）在弯矩）在弯矩M作用下作用下eMWM承受轴力、弯矩、剪力的联合作用时承受轴力、弯矩、剪力的联合作用时(T(T形连接形连接) )wf2f2fMNf3.3 3.3 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算第25页/

32、共77页要求：要求：注意计算时需判断应力最大点！注意计算时需判断应力最大点！ wf2T2fFff受偏心力受偏心力F F作用下搭接连接作用下搭接连接( (三面围焊三面围焊) )的角焊缝计算的角焊缝计算: :FeT 在扭矩在扭矩T作用下作用下yIITrITrxyPyTyIITrITrxxPxTweflhF在轴心力在轴心力F F作用下作用下3.3 3.3 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算第26页/共77页保证焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。保证焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。NKNbeN121NKNbeN212两侧面角焊缝两侧面角焊缝角钢连接角钢连接wfw3f3f

33、37 . 0flhN三围角焊缝三围角焊缝31121NNKN32221NNKNwf2f22w7 . 02fhNlwf1f11w7 . 02fhNl第27页/共77页L围角焊缝围角焊缝L形围焊角焊缝形围焊角焊缝计算公式为：计算公式为：NKN23231NNNwff3w33f7 . 02flNh若求出得若求出得hf3大于大于hfmax ,则不能采用则不能采用L形围焊。形围焊。令令N20，第28页/共77页3.4 3.4 焊接残余应力和焊接变形焊接残余应力和焊接变形第29页/共77页1）连接性能与构造）连接性能与构造根据螺栓传力方式分为：根据螺栓传力方式分为：靠拴杆受剪和孔壁承压传力的靠拴杆受剪和孔壁承

34、压传力的受剪螺受剪螺栓连接栓连接、靠沿螺拴杆轴方向受拉传力的、靠沿螺拴杆轴方向受拉传力的受拉螺栓受拉螺栓连接和同时上述连接和同时上述两种传力方式的两种传力方式的拉剪螺栓连接拉剪螺栓连接。n受剪连接的破坏形式受剪连接的破坏形式：螺杆剪切、孔壁挤压、板件净截面（螺杆剪切、孔壁挤压、板件净截面（直线、折线）直线、折线） 、板端冲剪、螺杆受弯、板端冲剪、螺杆受弯 。构造满足后两种，（。构造满足后两种，（e2do；t5d）。）。n受剪连接受力方向螺栓受力不均，一定长度时需折减。受剪连接受力方向螺栓受力不均，一定长度时需折减。n受拉连接以螺杆抗拉强度为承载力极限。受拉连接以螺杆抗拉强度为承载力极限。n施工

35、及受力要求，螺栓有排布距离要求（边距、端距、中心距施工及受力要求，螺栓有排布距离要求（边距、端距、中心距）。构造要求螺栓的中心距不宜过大，保持构件紧密接触，以免）。构造要求螺栓的中心距不宜过大，保持构件紧密接触，以免潮气易于侵入缝隙发生锈蚀。（潮气易于侵入缝隙发生锈蚀。（P86表表3.5.1）n分精制（分精制（A、B级）及粗制（级）及粗制（C级，不能用于主要受剪连接）级，不能用于主要受剪连接）3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算第30页/共77页e)Aa)ABb)BAc)Ad)35352d0A第31页/共77页承压承载力设计值承压承载力设计值：2bbvvv4dNnf

36、bbccNdtfbbbminvcmin,NNN2 2）计）计算算单个螺栓受剪连接单个螺栓受剪连接受剪承载力设计值：受剪承载力设计值：2bbett4dNf22vtbbvt1NNNNbvcNN单个螺栓受拉连接单个螺栓受拉连接 拉剪共同作用拉剪共同作用3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算第32页/共77页l115d0l115d07 . 01501 . 10 . 101dl螺栓群连接计算螺栓群连接计算 轴心受剪需要的螺栓数：轴心受剪需要的螺栓数：bminVnN 弯矩作用弯矩作用中和轴在位于受压最下排螺栓处，受力最大的最外排螺栓中和轴在位于受压最下排螺栓处，受力最大的最外排螺

37、栓1 1的拉力的拉力bt211NyMyNi3.5 3.5 普通螺栓连接普通螺栓连接轴心受拉需要的螺栓数：轴心受拉需要的螺栓数：btNnN3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算第33页/共77页22b11Tx1F1TY1VyvNNNNNN 扭矩、轴力、剪力共同作用扭矩、轴力、剪力共同作用1111vy1T1Ty2222;NxxiiiiTyTxNVNNNNnnxyxy 其中：其中：021miniyMynNNb1maxt2iMyNNNny 弯矩轴力共同作用弯矩轴力共同作用小偏心受拉小偏心受拉，中和轴取，中和轴取螺栓群的形螺栓群的形心心O O大偏心受拉，大偏心受拉，中和轴取弯矩

38、中和轴取弯矩指向一侧最外指向一侧最外一排螺栓轴线一排螺栓轴线O O处处021miniyMynNNbt211NyyMNi3.5 3.5 普通螺栓连接普通螺栓连接3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算第34页/共77页轴心受力构件轴心受力构件fANntdnAA01n当螺栓并列布置时当螺栓并列布置时取取II、IIII净截面的较小者来验算钢板净截面强度净截面的较小者来验算钢板净截面强度。 当螺栓错列布置时当螺栓错列布置时，构件，构件有可能沿有可能沿II或或IIII截面截面破坏。破坏。IIII截面的净截面截面的净截面积可近似地取为积可近似地取为:tdneaneA) 1(2022

39、221n净截面面积的计算净截面面积的计算构件开孔截面应满足强度条件构件开孔截面应满足强度条件3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算NNbtt1b1NNtt1bee1a1111第35页/共77页3.6 3.6 高强度螺栓连接的构造和计算高强度螺栓连接的构造和计算1 1）高强度螺栓的受力性能与构造）高强度螺栓的受力性能与构造n 按计算原则分摩擦型与承压型两种。按计算原则分摩擦型与承压型两种。n 摩擦型抗剪连接以克服板叠间的摩擦阻力作为连接承摩擦型抗剪连接以克服板叠间的摩擦阻力作为连接承载力的极限状态。载力的极限状态。n 承压型抗剪连接的最大承载力同普通螺栓（承压型抗剪连接

40、的最大承载力同普通螺栓（Nbmin）。）。n 注意当连接板件较小时承压型的承载力小于摩擦型。注意当连接板件较小时承压型的承载力小于摩擦型。n 摩擦型连接板件净截面强度计算与普螺的区别为摩擦型连接板件净截面强度计算与普螺的区别为50的孔前传力。的孔前传力。n 受剪连接时，螺栓受力不均，同普螺应考虑折减系数受剪连接时，螺栓受力不均，同普螺应考虑折减系数 。n 由于承压型设计的变形较大，直接承受动荷不宜采用由于承压型设计的变形较大，直接承受动荷不宜采用。第36页/共77页2 2）高强度螺栓摩擦型连接）高强度螺栓摩擦型连接受剪承载力受剪承载力:PnNfbv9 . 0受拉承载力受拉承载力:PN8 .0b

41、t剪拉承载力剪拉承载力:1bttbvvNNNN单个螺栓单个螺栓3.6 3.6 高强度螺栓连接的构造和计算高强度螺栓连接的构造和计算所需螺栓数目所需螺栓数目： bminNNn螺栓群轴心受剪螺栓群轴心受剪高强度螺栓摩擦型连接的构件净截面强度计算高强度螺栓摩擦型连接的构件净截面强度计算fANfANnnn1/5 . 01同时还应满足同时还应满足：受剪连接中，高强度螺栓摩擦型连接开孔对构件截面削弱的影响较小受剪连接中，高强度螺栓摩擦型连接开孔对构件截面削弱的影响较小第37页/共77页螺栓群受拉螺栓群受拉轴心受轴心受拉拉btNNn 所需螺栓数目所需螺栓数目： bt2i11NyMyN受弯矩作用受弯矩作用偏心

42、受拉偏心受拉 bt2i11NyMynNN3.6 3.6 高强度螺栓连接的构造和计算高强度螺栓连接的构造和计算被连接构件的接触面保持紧密贴合，中和轴在螺栓群形心被连接构件的接触面保持紧密贴合，中和轴在螺栓群形心处处PN8 .0bt22b11Tx1F1TY1VyvNNNNNN扭矩、轴力、剪力共同作用扭矩、轴力、剪力共同作用第38页/共77页PNNi8 . 00btttfv25. 19 . 0NPnN摩擦型螺栓群受拉力、弯矩和剪力的共同作用摩擦型螺栓群受拉力、弯矩和剪力的共同作用: :1bttbvvNNNN在弯矩和拉力作用下螺栓群中的拉力各不相同在弯矩和拉力作用下螺栓群中的拉力各不相同：或或2ity

43、MynNNii剪力的验算应满足剪力的验算应满足3.6 3.6 高强度螺栓连接的构造和计算高强度螺栓连接的构造和计算niNPnV1tif25. 19 . 0bvt1f1v25. 19 . 0NNPnNnVNv1或或第39页/共77页3 3）高强度螺栓承压型连接）高强度螺栓承压型连接12btt2bvvNNNN2 . 1bcvNN 剪拉承载力剪拉承载力: 受剪承载力、受拉承载力与普通螺栓计算相同，只受剪承载力、受拉承载力与普通螺栓计算相同，只是设计强度取值不同。受剪计算时注意受剪面是否在螺是设计强度取值不同。受剪计算时注意受剪面是否在螺纹处纹处第40页/共77页4 受弯构件受弯构件第41页/共77页

44、4.1 4.1 受弯构件强度受弯构件强度fWMnxxx抗弯强度计算公式抗弯强度计算公式：vwfItVS抗剪强度计算公式抗剪强度计算公式局部承强度计算公式局部承强度计算公式fltFzwc222z13ccf折算应力强度验算式折算应力强度验算式第42页/共77页4.2 4.2 受弯构件的刚度受弯构件的刚度 计算梁的刚度是为了保证正常使用，属于正常使用极限状态计算梁的刚度是为了保证正常使用，属于正常使用极限状态。控制梁的刚度通过对标准荷载下的最大挠度加以限制实现。有。控制梁的刚度通过对标准荷载下的最大挠度加以限制实现。有公式：公式： （4.2.12） 标准荷载下梁的最大挠度标准荷载下梁的最大挠度 受弯

45、构件的挠度限值，按附表受弯构件的挠度限值，按附表2.1规定采用。规定采用。一般说来，梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算一般说来，梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。或或简化计算公式：简化计算公式：2xx10M lEI式中，式中，Ix跨中毛截面惯性矩跨中毛截面惯性矩Mx跨中截面弯矩跨中截面弯矩第43页/共77页n失稳机理失稳机理n梁的失稳形式梁的失稳形式弯扭失稳弯扭失稳（侧向弯扭失稳）（侧向弯扭失稳）n影响梁整体稳定的因素及增强梁整体稳定的措施影响梁整体稳定的因素及增强梁整体稳定的措施n梁的整体稳定实用算法梁的整体稳定实用算法n不需要验算整体稳定的情况不需要验算整体稳定的情况4.

46、3 4.3 梁的整体稳梁的整体稳定定影响梁整体稳定的因素影响梁整体稳定的因素 梁的截面形式和其尺寸比例；梁的截面形式和其尺寸比例；梁的侧向抗弯刚度梁的侧向抗弯刚度EIy，自由，自由扭转刚度扭转刚度GIt和翘曲刚度和翘曲刚度EI 越大，临界弯矩越大。越大，临界弯矩越大。荷载类型及沿荷载类型及沿梁跨分布情况；梁跨分布情况；弯矩图越饱满的构件，临界弯矩越低。弯矩图越饱满的构件，临界弯矩越低。荷载作用荷载作用点在截面上的位置；点在截面上的位置；横向荷载作用在上翼缘，梁发生扭转时会加横向荷载作用在上翼缘，梁发生扭转时会加剧扭转，助长屈曲降低临界弯矩，反之，横向荷载作用在下翼缘剧扭转，助长屈曲降低临界弯矩

47、，反之，横向荷载作用在下翼缘时，则会减缓扭转提高临界弯矩。时，则会减缓扭转提高临界弯矩。梁受压翼缘侧向支承点间的距梁受压翼缘侧向支承点间的距离；离；距离越小临界弯矩越大。距离越小临界弯矩越大。端部支承条件。端部支承条件。约束程度越高临界约束程度越高临界弯矩越高。弯矩越高。第44页/共77页增强两整体稳定的措施增强两整体稳定的措施4.3 4.3 梁的整体稳梁的整体稳定定1）增大受压翼缘的宽度；）增大受压翼缘的宽度；2）在受压翼缘设置侧向支承；）在受压翼缘设置侧向支承；3）当梁跨内无法增设侧向支撑时，宜采取闭合箱形截面；）当梁跨内无法增设侧向支撑时，宜采取闭合箱形截面；4）增加梁两端的约束提高其稳

48、定承载力。采取措施使梁端不能发）增加梁两端的约束提高其稳定承载力。采取措施使梁端不能发 生扭转。生扭转。fANb梁的整体稳定实用算法梁的整体稳定实用算法不需要验算整体稳定的情况不需要验算整体稳定的情况(P122)第45页/共77页1 1）翼缘的局部稳定）翼缘的局部稳定n保证原则等强原则保证原则等强原则4.4 4.4 梁板件的局部稳定与加劲梁板件的局部稳定与加劲肋肋13 235/15 235/yyfb tfy0/23540/ftb 箱形截面梁受压翼缘板在两腹板之间部分，相当于四边简箱形截面梁受压翼缘板在两腹板之间部分，相当于四边简支均匀受压板宽度支均匀受压板宽度b0与厚度与厚度t之比应满足：之比

49、应满足：/13 235/yb tf弹性设计时：弹性设计时：弹塑性设计时：弹塑性设计时：工字形截面工字形截面第46页/共77页2 2）腹板加劲肋）腹板加劲肋n腹板局部稳定的设计原则腹板局部稳定的设计原则靠增大腹板厚限制高厚比不经济。靠增大腹板厚限制高厚比不经济。允许局部失稳允许局部失稳考虑屈曲后强度考虑屈曲后强度用加劲肋减小腹板支承尺寸提高局稳承载力（直接承受用加劲肋减小腹板支承尺寸提高局稳承载力（直接承受动力荷载的普钢）动力荷载的普钢）n加劲肋的种类加劲肋的种类横向加劲肋、纵向加劲肋及短加劲肋横向加劲肋、纵向加劲肋及短加劲肋。n加劲肋的布置原则（加劲肋的布置原则（P132P132）n加劲肋的设

50、计加劲肋的设计n支承加劲肋加强的横向肋，除满足横向肋的构造要求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。外，还应满足受力要求。第47页/共77页 梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋，并应计算支承加劲肋的稳定性。承加劲肋，并应计算支承加劲肋的稳定性。 0wy/80 235/htf c0不需配置加劲肋不需配置加劲肋 c0宜按构造配置横向加劲肋。宜按构造配置横向加劲肋。当当0wy/170 235/htf 应配置应配置横向加劲肋横向加劲肋受压区受压区纵向加劲肋纵向加劲肋，必要时，必要时短短加劲肋加劲肋。

51、位置、间距由计算确定。位置、间距由计算确定。 当当 0wy/150 235/htfy0wy80 235/170 235/fhtf 应配置横向加劲肋，并计算横向加劲肋的间距或计算腹板应配置横向加劲肋，并计算横向加劲肋的间距或计算腹板的局部稳定性。的局部稳定性。当当0wy/150 235/htf第48页/共77页第49页/共77页1.强度验算：强度验算：正应力、剪应力、局部压应力、组合梁腹板与翼正应力、剪应力、局部压应力、组合梁腹板与翼 缘交界处的折算应力缘交界处的折算应力； 2.刚度验算；刚度验算；3.整体稳定验算；附录整体稳定验算；附录34.局部稳定验算。局部稳定验算。1) 型钢梁的局部稳定已

52、满足不必验算；型钢梁的局部稳定已满足不必验算；2) 翼缘通过限制板件宽厚比来保证；翼缘通过限制板件宽厚比来保证；3) 腹板通过设置加劲肋来保证或是利用屈曲后承载力。腹板通过设置加劲肋来保证或是利用屈曲后承载力。4.5 4.5 梁的设计梁的设计梁的验算梁的验算1. 型钢梁型钢梁 根据梁中最大弯矩，预估所需的净截面模量，查型钢表根据梁中最大弯矩，预估所需的净截面模量，查型钢表选择接近的作为试选截面；选择接近的作为试选截面； 2.组合梁截面的选择包括估算梁高、腹板厚度和翼缘尺寸组合梁截面的选择包括估算梁高、腹板厚度和翼缘尺寸第50页/共77页5 轴心受力构件轴心受力构件第51页/共77页5.1 5.

53、1 强度计算强度计算概念：净截面平均应概念：净截面平均应力不超过设计强度。力不超过设计强度。fANnfAN5.2 5.2 刚度计算刚度计算)(max0maxil对压杆较拉杆，设计规范控制更严。对压杆较拉杆，设计规范控制更严。第52页/共77页5.3 5.3 轴心受压构件的整体稳定轴心受压构件的整体稳定n 典型的失稳形式典型的失稳形式弯曲失稳、扭转失稳及弯扭失稳；弯曲失稳、扭转失稳及弯扭失稳；n 理想构件的弹性弯曲稳定欧拉公式（应用条件）；理想构件的弹性弯曲稳定欧拉公式（应用条件）；n 弹塑性弯曲失稳切线模量理论；弹塑性弯曲失稳切线模量理论；n 实际构件的初始缺陷初弯曲、初偏心、残余应力；实际构

54、件的初始缺陷初弯曲、初偏心、残余应力；n 实际轴压构件稳定承载力的计算实际轴压构件稳定承载力的计算n 肢宽壁薄的概念；肢宽壁薄的概念；n 格构式截面缀条式与缀板式；格构式截面缀条式与缀板式；n 格构式轴压构件换算长细比的概念与计算；格构式轴压构件换算长细比的概念与计算；n 格构轴压构件两轴等稳的概念；格构轴压构件两轴等稳的概念；n 单肢稳定性的概念。单肢稳定性的概念。n 掌握整体稳定的计算公式与方法。掌握整体稳定的计算公式与方法。第53页/共77页5.3 5.3 轴心受压构件的整体稳定轴心受压构件的整体稳定影响轴心受压构件稳定承载力的因素影响轴心受压构件稳定承载力的因素 初始缺陷（残余应力、初

55、弯曲、初偏心）；构件的几初始缺陷（残余应力、初弯曲、初偏心）；构件的几何形状与尺寸；杆端约束程度；钢材的强度何形状与尺寸；杆端约束程度；钢材的强度（在弹性范围（在弹性范围轴心压杆临界力的大小与钢材强度无关，强度较高钢材的轴心压杆临界力的大小与钢材强度无关，强度较高钢材的轴心受压构件在弹塑性范围的临界力亦较大）。轴心受压构件在弹塑性范围的临界力亦较大）。实腹轴心受压构件的整体稳定计算公式实腹轴心受压构件的整体稳定计算公式fAN实腹轴心受压构件长细比的计算实腹轴心受压构件长细比的计算 轴心受压构件的长细比应根据构件可能发生的失稳形轴心受压构件的长细比应根据构件可能发生的失稳形式采用绕主轴弯曲的长细

56、比或构件发生弯扭失稳时的换算式采用绕主轴弯曲的长细比或构件发生弯扭失稳时的换算长细比，取较大值计算长细比，取较大值计算。P193P195第54页/共77页5.3 5.3 轴心受压构件的局部稳定轴心受压构件的局部稳定第55页/共77页 准则：不允许构件的局部失稳先于整体失稳发生。即局部准则：不允许构件的局部失稳先于整体失稳发生。即局部失稳的临界应力失稳的临界应力整体失稳临界应力的设计准则。也称局部与整整体失稳临界应力的设计准则。也称局部与整体等稳定准则。体等稳定准则。通过限制限制板件宽厚比的方法来实现设计准则。工字形、工字形、T形截面的翼缘形截面的翼缘y2351 . 010ftbyw02355

57、. 025fth工字形截面的腹板工字形截面的腹板箱形截面的腹板箱形截面的腹板yw023540fth当当 30，取，取 30，当，当 100，取，取100， 为为 x y中的较大值。中的较大值。5.3 5.3 轴心受压构件的局部稳定轴心受压构件的局部稳定第56页/共77页5.4 5.4 实腹式轴心受压构件的截面设计实腹式轴心受压构件的截面设计 等稳定性；宽肢薄壁；制造省工；连接方便。等稳定性；宽肢薄壁；制造省工；连接方便。fNA 第57页/共77页0yyli 0 xxli 5.4 5.4 实腹式轴心受压构件的截面设计实腹式轴心受压构件的截面设计系数。、式中：2121;yxibih第58页/共77

58、页5.4 5.4 实腹式轴心受压构件的截面设计实腹式轴心受压构件的截面设计第59页/共77页 绕虚轴失稳时，剪力由较弱的缀材承担，剪切变形较大，绕虚轴失稳时，剪力由较弱的缀材承担，剪切变形较大，产生较大的附加变形，故绕虚轴屈曲时的稳定承载力比相同长产生较大的附加变形，故绕虚轴屈曲时的稳定承载力比相同长细比实腹式构件低。规范规定用换算长细比细比实腹式构件低。规范规定用换算长细比 0 x来代替来代替 x，来考来考虑剪切变形对临界力的影响。虑剪切变形对临界力的影响。 绕实轴失稳时，其整体稳定的计算方法实腹式轴心受压构绕实轴失稳时，其整体稳定的计算方法实腹式轴心受压构件相同。件相同。1x2x0 x27

59、AA缀条缀条212x0 x缀板缀板5.5 5.5 格构式轴心受压构件格构式轴心受压构件 格构式轴心受压构件的强度计算同实腹式轴压构件格构式轴心受压构件的强度计算同实腹式轴压构件。整体失稳的形式。整体失稳的形式弯曲失稳。弯曲失稳。第60页/共77页5.5 5.5 格构式轴心受压构件格构式轴心受压构件 应保证各分肢失稳不先于格构式构件整体失稳。为简化应保证各分肢失稳不先于格构式构件整体失稳。为简化起见，规范规定分肢的长细比满足下列条件时可不计算分肢起见，规范规定分肢的长细比满足下列条件时可不计算分肢的强度、刚度和稳定。的强度、刚度和稳定。max17.0（6.7.7）405.01max1且（6.7.

60、8）当当 max50时，取时，取 max=50。 分肢采用轧制型钢时一般都能满足局部稳定要求，采用分肢采用轧制型钢时一般都能满足局部稳定要求，采用焊接组合截面时，按实腹式构件验算。焊接组合截面时，按实腹式构件验算。第61页/共77页5.5 5.5 格构式轴心受压构件格构式轴心受压构件23585ymaxfAfV（6.7.9） 轴心受压构件由于弯曲变形而产生剪力。该剪力的大小轴心受压构件由于弯曲变形而产生剪力。该剪力的大小和变形有直接关系，以压杆弯曲至中央截面边缘纤维屈服和变形有直接关系，以压杆弯曲至中央截面边缘纤维屈服为条件，得到最大剪力和轴力的关系，规范经简化后得：为条件，得到最大剪力和轴力的