土木《钢结构基本原理》教案

1、课题名称（含教材章节）第一章绪论教学目的和要求：掌握钢结构设计方法，理解钢结构特点、应用及组成原理， 了解钢结构的发展。教学内容（包括基本内容、重点、难点）：钢结构的特点和应用一一重点钢结构的建造过程和内在缺陷钢结构的组成原理钢结构的极限状态和概率极限状态一一难点 钢结构的发展第一节 钢结构的特点及应用一、钢结构的特点1、强度高、强重比大；塑性、韧性好；2、材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高；3、工厂化生产，工业化程度高，施工速度快；4、钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。二、钢结构的应用1、重型结构及大跨度建筑结构；2、多层、高层及超高层建筑结构；3、轻钢结构；4、塔桅等高耸结构；5、钢混

2、凝土组合结构。第二节 钢结构的设计原理与方法结构设计首层规范建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068）规定：结构的可靠度应采用以概率论为基础的极限状态设计方法分析确定。钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统一标准”要求，采用的也是以概率论为基础， 用分项系数表达的极限状态设 j 计方法。极限状态设计方法，在前序课程（如钢混结构、地基与基础等），对此以作详细介绍，此课就不再讲述，认真进行复习。通过复习应掌握以下概念：结构的极限状态；结构的基本功能要求；结构的可靠度； 失效概率；荷载及强度的标准值与设计值。第三节 钢结构的发展我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与

3、发达国家相比，已有相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。97 年新发布的中国建筑技术政策中强调要重点发展建筑钢结构，国家相关部门也 多次发布文件，要求扩大钢结构住宅的市场占有率。96 年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用”变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业的发展，已成为建筑业发展的重要任务。第四节 钢结构课程的学习方法根据教学大纲要求，课程只讲钢结构的基本构件部分；本课程的特点是：大家对钢结构的感性认识少，结构构造复杂，理论性强（特别是稳定理论）

4、；受课时限制，不能过多的详解例题，一定要记好笔记，从机理理解一些理论问题，加强课前预习与课后复习；多作习题与思考题，避免眼高手低。课题名称 （含教材章节） 第二章 钢结构的材料教学目的和要求：掌握对钢结构用材的要求，理解钢材的主要性能及影响钢材性能的因素，了解钢材性能的鉴定掌握钢材的类别及钢材的选用，理解钢材的延性破坏和非延性破坏，教学内容了解循环加载和快速加载效应包括基本内容、重点、难点） ：对钢结构用材的要求重点钢材的主要性能及其鉴定难点影响钢材性能的因素难点钢材的延性破坏和非延性破坏、循环加载和快速加载效应建筑钢材的类别及钢材的选用 重点第一节 建筑结构用钢的基本要求钢材种类繁多，规格、

5、用途也不相同，对建筑结构用钢来说，主要有三方面的要求。1、较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻；2、较好的塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载；3、良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯性能以及耐腐性能；据上要求 , 钢结构设计规范 GB50017-2003 推荐承重结构用钢宜采用：炭素结构钢中的 Q235钢及低合金高强结构钢中的Q345 Q390和Q420钢四种钢材。第二节 钢材的主要机械性能一、单向拉伸试验曲线根据钢材单向拉伸性能曲线， 工程应用中， 钢材的性能按理想弹塑性体考虑， fy 定为钢 材拉、压强度标准值。二、钢材的主要机械性能1.

6、强度： fy 强度设计标准值，设计依据； fu 钢材的最大承载强度，安全储备。2. 塑性- 5 ( 10),钢材产生塑变时而不发生脆性断裂的能力，便于内力重分布，吸收能量，重要指标。3. 冷弯性能90o、1800,在冷加工过程中产生塑性变形时，对产生裂纹的敏 感性，是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标。4. 韧性-冲击韧性 k,钢材在一定温度下塑变及断裂过程中吸收能量的能力， 用于表征钢材承受动力荷载的能力(动力指标) ,按常温( 200)、零温( 00) 、负温(-20 °C、-40 0C)区分。5. 可焊性表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的能力不产生裂纹,焊缝影响区材性满足有关要

7、求。第三节 建筑钢材的两种破坏形式1、延性破坏2、脆性破坏第四节 影响钢材性能的主要因素1、化学成份的影响基本成份为Fe,炭钢中含量占99%, C Si、Mn为杂质元素，S、P、N O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。C含c使强度塑性、韧性、可焊性J,应控制在 0.22%,焊接结构应控制在0.20%。Si :含Si适量使强度其它影响不大，有益，应控制0.10.3%Mn含Si适量使强度降低S、O的热脆影响，改善热加工性能，对其它性能影响不大,有益。S:含量使强度塑性、韧性、性能冷弯、可焊性高温时使钢材变脆热脆现象。P:低温时使钢材变脆-冷脆现象；其它同SO N: O同S; N同P,控制含量 0.0

8、08%2、冶金与轧制的影响冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用Mn为脱氧剂，时间快，价格低，质量差；镇静钢用Si 为脱氧剂,时间慢,价格高,质量好。反复的轧制可以改善钢材的塑性,同时可以使钢材中的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合,使 金属晶体组织密实,晶粒细化,消除纤维组织缺陷,使钢材的力学性能提高。3、冷作硬化与时效硬化由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等） ，钢材发生塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为 冷作硬化。钢材中的C N,随着时间的增长和温度的变化，而形成碳化物和氮化物， 使钢材变脆的“老化”现象称之为时效硬化。

9、4、复杂应力与应力集中的影响 钢材在多向同号应力场作用下,一向的变形受到另一向的限制,而使钢材强度增加,塑性、韧性下降,异号应力场时则相反。钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而使构件内产生应力集中,应力集中 实际为：局部应力增大并多为同号应力场。5、残余应力的影响钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自相平衡的内力（P26,图2.10）,残余应力虽对构件的强度无影响, 但对构件的变形 （刚度）、疲劳以及稳定承载力产生不利影响 （后 续章节中将详细介绍） 。6、温度的影响温度的影响,一般可分正温与负温影响两部分。正温影响 总体影响规律为温度上升,钢材的强度降低,塑性、韧性提高

10、,这一现象称之为热塑现象, 温度达 600o 左右时,钢材的强度几乎降至为零,而塑性、韧性极大,易于进行热加工,此温 度称之为热煅温度。需要说明：钢材在 300 oC左右时，强度提高，塑性、韧性下降，钢材表面呈蓝色，这一反 覆现象称之为蓝脆现象。钢材在 300 oC 以上时应采取隔热措施。负温影响随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆性增大，称之为低温冷脆，当温度 降至某一特定温度时钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度。第五节 用钢的种类与选择一、钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类钢材牌号由：“ Q屈服点值、质量等级、脱氧方法”四部分组成。Q:表示“屈”字拼音首位字母，意为“屈服

11、强度”；质量等级：分AE五级(字序越高质量越好)；脱氧方法：F沸腾钢；Z镇静钢(一般省略);b 半镇静钢；TZ特殊镇静钢。注：炭素结构钢分： A、 B、 C、 D 四级，含所有脱氧方法；低合金结构钢分： A、 B、 C、 D、 E五级，只有镇静钢和特殊镇静钢。 如前所述建筑结构用钢， 宜选炭素结构钢中的 Q235及低合 金钢中的 Q345 Q390 Q420四种钢材。二、建筑结构用钢的选择1. 钢材的质量和性能，由钢材力学性能中的抗拉强度fu、屈服强度fy、伸长率 5 (10)、冷弯180o及冲击韧性Akv成分C S、P等的极限含量，以及冶炼脱氧方法来衡量。选材 时应根据结构的重要性、荷载性质

12、(静、动) 、连接方法、工作温度等因素来综合考虑以选择 适宜钢材。2. 一般承重结构应有 fu、fy、3 5以及C( 0.22%)、S、P的极限含量合格保证；焊 接及重要的非焊接承重结构还应具备冷弯 180o 合格保证( C 0.2%) ；承受动力荷载需要验算 结构疲劳强度时 , 还应根据具体情况增加对 k 的不同要求。课题名称（含教材章节）第三章钢结构可能破坏形式教学目的和要求:掌握掌握钢结构的可能破坏形态,理解钢结构稳定的基本理论,熟悉防止钢结构各种破坏的方法。教学内容 （包括基本内容、重点、难点） ：钢结构的整体失稳破坏重点钢结构构件的局部失稳钢结构的塑性破坏、脆性破坏钢结构的疲劳破坏难

13、点第一节 结构的整体失稳破坏一 稳定的基本概念所谓的稳定是指结构或构件受载变形后，所处平衡状态的属性。如图 4.4 ，稳定分稳定平衡、随遇平衡、不稳定平衡。结构或构件失稳实际上为从稳定平衡状态经过临界平衡状态，进入不稳定状态，临界状态的荷载即为结构或构件的稳定极限荷载，构件必须工作在临界荷载之、八前。稳定问题为钢结构的重点问题，所有钢结构构件均件均存在稳定问题，稳定问题分构件的整体稳定和局部稳定。二 失稳的类别1) 欧拉屈曲2) 极值型失稳3) 屈曲后极值型失稳4) 有限干扰型屈曲5) 跳跃型失稳三 结构稳定分析的原则1) 必须考虑几何非线性的影响2) 必须考虑材料的非线性的影响3) 必须考虑

14、结构和构件的初始缺陷四 钢构件的整体稳定主要影响条件是： 不同截面形式及受力状态如： 对于轴心受压构件可以有弯曲失稳、 扭转失稳、弯扭失稳等；对于常驻受弯构件主要有弯扭失稳；对于截面对称的士单轴压弯构件，在弯矩作用平面内为弯曲失稳，在弯矩作用平面外为弯扭失稳；等等。在以后的章节中有详细的阐述。第二节 结构和构件的局部失稳、截面分类一 局部失稳的基本概念所谓的局部失稳是指结构或构件在保持整体稳定的条件下， 结构中的局部构件或构件中的板件已不能承受外荷载的作用而失去稳定。可能出现的部位：局部与整体相关的稳定三种不同的观点：三截面的分类按截面的板件的宽厚比不同将截面分为四类，参考教材。第三节结构的塑

15、性破坏、应力塑性重分布一结构的塑性破坏钢结构构件强度破坏时会出现明显的变形，可认为是塑性破坏或称之为延性破坏。二应力塑性重分布应力由于钢材塑性而发生重新分布的现象。可通过实例加以说明。三内力塑性重分布由于塑性铰的出现使超静定结构内力发生重新分布的现象。可通过实例加以说明。第四节结构的疲劳破坏一、概念1、循环荷载结构或构件承受的随时间变化的荷载。（1）应力循环-构件截面应力随时间的变化。（2）应力循环特征一应力比Pmin 1max（3）应力幅：在循环荷载作用下，应力从最大到最小重复一次为一次循环，最大应力与最小 应力之差为应力幅maxmin常幅循环：为常量，如： （a） 完全对称循环、 （b）

16、脉冲循环、 （c） 不完全对称循环、 （d） 不完全对称循 环 变幅循环： 为变量2. 钢材的疲劳 在循环荷载（连续反复荷载）作用下，经过有限次循环，钢材发生破坏的现象，称之为疲劳。3. 疲劳破坏的机理疲劳破坏是积累损伤的结果。缺陷微观裂纹宏观裂纹。4. 疲劳破坏的特征属于脆性破坏，截面平均应力小于屈服点。5. 影响钢材疲劳的主要因素（1）构件和连接的分类材料内部缺陷 缺陷 构造缺陷 应力集中 残余应力（焊接，火焰 切割，轧制边）规范将构件和连接的种类分为 8 类，第 1 类为轧制的型钢（残余应力小）疲劳强度最高；第 8 类为角焊缝应力集中最严重疲劳强度最低。 详见钢结构设计规范“疲劳计算的构

17、件和连接分 类（附录 E）”。（2）应力幅（）和应力循环特征（应力比P）max和应力比P无关。应力幅对焊接结构的疲劳强度有很大影响，而与名义最大应力（3）应力循环次数N （疲劳寿命）应力幅越低，作用循环次数越多，疲劳寿命越高；应力幅相同，作用的循环次数越多，疲劳寿命越高。应力循环次数N<5× 104,不需要进行疲劳计算。由试验结果， 以及上述分析可知钢材的疲劳强度主要与构件和连接分类 （内部缺陷、 应力集中、残余应力）、应力循环次数和应力幅有关。焊接部位的疲劳强度与钢材的静力强度 （ 屈服点 fy） 基本无关。对于只有压应力的应力循环作用,由于钢材内部缺陷不易开展,则不会发生疲

18、劳破坏,不必进 行疲劳计算。二、疲劳强度计算由于现阶段对钢材发生疲劳破坏尚处于进一步研究阶段,按概率极限状态计算疲劳强度还不成熟,故采用容许应力幅的计算方法。（一）常幅疲劳1. 容许应力幅 根据试验数据可以绘出构件或连接的应力幅与相应的致损循环次数 N的关系曲线，按试验数据回归的 -N曲线为平均曲线，取对数坐标。IgN bilg（）即：N10b1C1式中： -直线对纵坐标的斜率；b1-直线在横轴坐标上的截距；N-循环次数。考虑试验数据的离散性，取平均值减去2倍IgN的标准差S作为疲劳强度下限，当Ig 为正态分布时,保证率为 97.7%。下限值的直线方程为：IgN bilg( ) 2s b2lg

19、()即：N10b2 C此时的即为容许应力幅:式中：系数3、c-根据钢结构设计规范“疲劳计算的构件和连接分类”查表得到。2.疲劳强度计算式中： -计算部位的应力幅；对于焊接部位 ： = max- min ；对于其他部位： = max-0.7 min（计算应力幅）。 max、b min-计算部位每次应力循环中的最大拉应力和最小拉应力或压应力（取负值）。说明：1 ）计算时用荷载的标准值；2）由于来源于试验，已考虑动力效应，计算时不再考虑动力系数;（二）变幅疲劳和吊车欠载效应系数对于吊车梁，按下式计算其疲劳强度：f n 2 106式中：n 2 106-循环次数N=2X106的容许应力幅。0.5。f 欠

20、载效应系数。重级工作制硬钩吊车1.0 ;重级工作制软钩吊车0.8 ；中级工作制吊车第五、六节介绍 损伤累积破坏和脆性断裂破坏目前仍处在研究阶段。第七节 思路通过相应的构造及计算加以有效的防止。课题名称（含教材章节）第四章受拉构件及索教学目的和要求：了解钢结构受拉构件及索的截面型式，掌握受拉构件设计计算方法，了解索的力学特性教学内容（包括基本内容、重点、难点）受拉构件的计算方法重点第一节轴心受拉构件、截面型式常有的截面型式参考教材、轴心受拉构件的强度Nfy An5三、受拉构件的刚度(y)l o( y)i(y)例题参见书第二节拉弯构件、拉弯构件的强度计算准则边缘纤维屈服准则全截面屈服准则部分发展塑

21、性准则：、单向拉弯构件的强度（按部分发展塑性准则）NMXAnXWX双向拉弯构件的强度MXAnXWXyWy四、拉弯构件的稳定问题当轴拉力很小时应考虑构件的整体稳定性的问题，而对于轴力较大时可不考虑。关于局部 稳定的问题可参考后面相关内容。五、拉弯构件的刚度同轴心受拉构件的要求。第二节索的力学性质和分析方法简介、截面型式课题名称（含教材章节）第五章轴心受压构件教学目的和要求：（分掌握、理解、了解三个层次）：掌握轴心受压构件的强度计算并会根据要求设计截面掌握稳定问题的分类和特点了解大变形和小变形分析理解影响轴心受压构件承载力的因素了解实腹柱的截面设计掌握格构柱的计算原则和方法及设计原则掌握轴心受压构

22、件构件板件稳定的设计方法教学内容 ( 包括基本内容、重点、难点 )：轴心受力构件的强度及截面选择轴心受压构件的强度重点 索的受力性能和强度计算稳定问题的一般特点、分类难点 轴心受压构件的整体稳定性 影响轴心受压构件的因素重点1) 残余应力2) 初始弯曲3) 稳定计算方法 实腹柱和格构柱的截面选择计算 实腹柱的截面设计重点 格构柱稳定计算难点 缀材计算难点第一节 可能的破坏形式轴心受力构件分轴心受拉及受压两类构件，作为一种受力构件，就应满足承载能力与正常使用两种极限状态的要求。正常使用极限状态的要求用构件的长细比来控制；承载能力极限状态包括强度、整体稳定、 局部稳定三方面的要求。稳定问题是钢构件

23、的重点问题， 所有钢构件都涉及到稳定问题， 是钢构件设计的重点与难点。 本章将简单讲述钢结构的钢结构稳定理论的一般概念，为下序章节打基础。轴心受力构件的截面分：实腹式与格构式两类（见书图）实腹式又分型钢截面（包括普通型钢与薄壁型钢），组合截面（钢板组合与型钢组合截面）格构式截面又分缀条式截面与缀板式截面柱的作用：把荷载由上部结构传给基础或下部结构，柱有柱头、柱身、柱脚。压杆一个结构中的部份构件柱整个结构中比较独立的受压构件按受力情况分：轴心和偏心受压柱按构造型式分：实腹式缀条柱格构式受力合理,用料经济缀板柱第二节轴心受压构件的强度与刚度一、轴心受压构件的强度以净截面的平均应力强度为准则：即N

24、fy fTAnr二、轴心受压构件的刚度以构件的长细比来控制，即(y)lo(y)i(y)第三节实腹式轴心受压构件的整体稳定一、稳定问题的概述所谓的稳定是指结构或构件受载变形后，所处平衡状态的属性。如图4.4 ,稳定分稳定平衡、随遇平衡、不稳定平衡。结构或构件失稳实际上为从稳定平衡状态经过临界平衡状态，进入不稳定状态，临界状态的荷载即为结构或构件的稳定极限荷载，构件必须工作在临界荷载之 刖。稳定问题为钢结构的重点问题，所有钢结构构件均件均存在稳定问题，稳定问题分构件的 整体稳定和局部稳定。二、理想轴心受压构件的整体失稳1 、理想条件：绝对直杆、材料均质、无荷载偏心、无初始应力、完全弹性。2、典型失

25、稳形式（见书图）弯曲失稳一只有弯曲变形；扭转失稳-只有扭转变形。弯扭失稳一弯曲变形的同时伴随有扭转变形。单对称截面绕对称轴（或不对称截面）弯曲失稳时，由于截面的形心（内力作用点）与剪 心（截面的扭转中心）不重合，截面内的内力分量相对于剪心产生偏心产生扭矩，从而产生扭 转变形。失稳承载力低于弯曲失稳承载力。只有类似于十字型截面扭转失稳承载力小于弯曲失稳承载力，其他截面一般来说弯曲稳定 承载力均大于扭转失稳承载力。3、理想构件的弹性弯曲失稳根据见书图列平衡方程EldXy Ny 0dx2解平衡方程：得4、理想构件的弹塑性弯曲失稳NCrcr2EINCr2E2构件失稳时如果截面应力超出弹性极限，则构件进

26、入弹塑性工作阶段，这时应按切线模量理论进行分析NCr2EA三、实际构件的整体稳定实际构件与理想构件间存在着初始缺陷，缺陷主要有：初始弯曲、残余应力、初始偏心。 1初始弯曲的影响2、初始偏心的影响1、残余应力的影响2Ek2Ek3CCrXCCryXIe前面已讲：钢构件在轧制、焊接、剪切等过程中，会在钢构件中产生内部自相平衡的残余 应力，残余应力对构件的强度无影响，但会对构件的稳定承载力产生不利影响。注：残余应力对弱轴的影响大于对强轴的影响四、实际轴压构件的工程计算方法初始弯曲与初始偏心的影响规律相同，按概率理论两者同时取最大值的几率很小，工程中把初弯曲考虑为最大（杆长的千分之一）以兼并考虑初弯曲的

27、影响；按弯曲失稳理论计算，考虑 弯扭失稳的影响，同时考虑残余应力的影响， 根据各类影响因素的不同将构件截面类型分为a、b、C及d四类（详见教材）。a类为残余应力影响较小，C类为残余应力影响较大，并有弯扭失稳影响,a、C类之间为b类，d类厚板工字钢绕弱轴。规范计算公式按计算NNSLNCr fyAArRAfyrRNCrAfycrf(y)OX(Oy)(y)i(y)1(y)A第四节 实腹式轴心受压构件的局部稳定受压翼缘或腹板的宽厚比较大时，在构件整体失稳之前，可能发生翼缘或腹板出平面波浪式凸凹变形，此为局部失稳。对于局部屈曲问题，通常有两种考虑方法：一是不允许板件屈曲先于构件整体屈曲，目前一般钢结构的

28、规定就是不允许局部屈曲先于整体屈曲来限制板件宽厚比。另一种做法是允许板件先于整体屈曲，采用有效截面的概念来考虑局部屈曲对构件承载力的不利影响，冷弯薄壁型钢结构，轻型门式刚架结构的腹板就是这样考虑的。这里板件宽厚比的规定是基于局部屈曲不先于整体屈曲考虑的， 根据板件的临界应力和构件的临界应力相等的原则即可确定板件的宽厚比。经分析并简化可得到工形截面和H形截面的板件的宽厚比：、单向均匀受压薄板的弹性屈曲:CrNCr2DbEt312(1 2)(丄)212(1) b介绍几个影响因素：边界条件；尺寸条件等。二、轴心受压构件局部稳定的计算方法采用限制构件截面板件宽厚比的办法来实现,即限制板件宽度与厚度之比

29、不要过大，否则临界应力 Cr很低，会过早发生局部屈曲。确定板件宽（高）厚比限值的准则:使构件整体屈曲前其板件不发生局部屈曲，即局部屈曲临界应力大于或等于整体临界应力（或极限应力），称作等稳定性准则。工字形截面翼缘:工字形截面腹板：b'/t (10 0.1 )；235/fyh°tw (25 0.5 235fy为两个方向的长细比的较大值。（与整体稳定一致，长细比较大的方向临界应力低）箱形截面：bo/t 或 ho/tw 40.235/fy圆管截面：D/t 100(235/ fy)三、加强局部稳定的措施1所选截面如不满足规定，应调整板件厚度或宽度。2对工形和箱形截面的腹板也可采用设置

30、纵向加劲肋的方法予以加强，以缩减腹板计算高度，纵向加劲肋宜在腹板两侧成对配置，其一侧外伸宽度不应小于10t WO3.轧制型钢的板件较厚，一般不需要局部稳定计算。第五节实腹式轴心受压构件的截面设计、截面型式1、截面型式图 4-22、设计截面要求：尽量大； X y （等稳定）；制造，连接方便3、各种截面的特点。、选择截面尺寸1.假定长细比，=50100 o根据钢材级别、截面类别、查表得整体稳定系数,计算面积:ANf2 .计算回转半径l 0X0yIXly根据近似关系ih,iy2b计算b、h（如焊接工型截面I0.43,20.24)3 .确定截面尺寸 b、t、h、tw由A、b、h并考虑局部稳定及构造要求

31、，初选截面尺寸。4强度及稳定性验算若不满足整体稳定要求时，可修改截面尺寸，或重新假定 ，重复上述步骤。三、构造要求翼缘与腹板的连接焊缝，一般按构造要求选用，hf=68mm当腹板高厚比较大时，可设置横向加劲肋、纵向加劲肋。第六节 格构式轴心受压构件一、格构式轴心受压构件组成格构式压杆是由肢件和缀材两种组成的。缀材有两种：一种是缀板，它把肢件连接成多层 刚架的形式（图 4-25 ）称为缀板柱，适于承受较小的荷载，另一种是缀条，它把肢件连接成桁 架的形式（图 4-25）称为缀条柱，受各种荷载。缀板和缀条的作用在于保证被缀材连接的两个肢的共同作用。在截面上贯穿两个肢件的轴称为实轴（y y）（图P124

32、图4-25），与缀（板）平面垂直的轴 X X为虚轴。二、格构式轴心受压构件的整体稳定性实腹式轴心压杆在确定丧失稳定的临界力时，仅考虑了由于弯矩作用而产生的变形，因剪 力所产生的变形很小，所以没有考虑。对于格构式压杆，当绕虚轴失稳时则情况有所不同。由 于剪力靠缀材承担，且缀材比较单薄，杆件的剪切变形较大，剪力所造成的附加挠曲变形就不 能忽视。因此格构式轴心压杆的稳定计算，就是要解决杆件对虚轴的稳定计算方法。同时也要 对缀条（板）进行计算。1 对实轴的整体稳定性格构式轴心受压构件绕实轴的弯曲屈曲情况与实腹式轴面受压构件没有区别，因此稳定计 算也相同。按 b 类截面进行计算。N / yA f2.对虚

33、轴的整体稳定性格构式轴心受压构件绕虚轴（X-X ）弯曲屈曲时，由于两个分肢不是实体相连，连接两分肢的缀件的抗剪刚度比实腹式构件腹板弱，除弯曲变形外，还需要考虑剪切变形的影响（在实腹 式构件弯曲屈曲时，剪切变形影响很小，一般忽略不计），因此稳定承载力有所降低。若格构式轴心受压构件绕虚轴的长细比为 X贝U其临界力将低于长细比相同的实腹式轴心受压构件，而仅相当于长细比为 OX的实腹式构件。放大的等效长细比 OX称为格构式构件绕虚轴的换算长细比。以代替原始长细比 X,则格构式轴心受压构件绕虚轴稳定性计算与实腹式构件相同。1. 缀条式格构构件（双肢）： 2OxX 12. 缀板式格构构件：2 27 Aox

34、、X27AX为整个构件对虚轴 X的长细比， 1为分肢对其自身最小刚度轴的长细比，A为整个构件的毛截面面积，A1为同一横截面中各斜缀条毛截面面积之和。对分肢的要求：10-7 max缀条柱：105 maxI 40（当max50 时，取 max 50)maxma)Ox , y 计算 1时，其计算长度取值：焊接时，为相邻两缀板的净距离螺栓连接时，为相邻两缀板边缘螺栓的距离缀条、缀板设计（略）课题名称（含教材章节）第六章受弯构件教学目的和要求：（分掌握、理解、了解三个层次）：掌握梁构件的强度计算（主要是梁的弯曲、剪切强度）；理解梁的工作特点；了解梁构件的应用范围。掌握梁的局部压应力和组合应力的计算公式，

35、理解设计梁截面的方法,了解通过构造保证梁局部压应力的方法。掌握受弯构件板件稳定的设计方法梁腹板加劲肋的设计方法；理解各种板件在各种受力状态下稳定荷载的计算及其方法教学内容（包括基本内容、重点、难点）：梁的类型和强度梁的弯曲、剪切强度一一重点梁的扭转一一难点缀材计算一一难点梁的局部压应力和组合应力一一重点梁的局部压应力的概念及计算公式多种应力组合效应按强度条件选择梁截面难点梁截面验算梁截面沿长度的变化受弯构件板件稳定的设计方法重点梁腹板方法加劲肋的布置及设计难点第一节 受弯构件的类型与截面、类型轧成梁 工字型，槽型，当跨度 和荷载都较小时 按截面分组合梁 跨度较大又受扭时简支 构造简单施工方便且

36、对 支座沉陷不敏感 , 坏了便于辛卜圭、/口 Zk替换但费钢,它M大按支承情况分连续悬臂双向受弯、应用第二节钢梁的弯曲强度及其计算、弯曲应力及弯曲强度弹性阶段：边缘应力小于或等于屈服应力弹塑性阶段：h范围进入塑性塑性阶段：全截面进入塑性屈服弯矩：My= f yWx全塑性弯矩：MP= f yWp =f y WX称为截面形状系数=1.5（矩形）1.1117（工字形）弹塑性弯矩M= fyW截面塑性发展系数：10<<二、规范钢梁的抗弯强度计算M XM yfXWnXynyX， y塑性发展系数，我国规范按弹塑性阶段进行设计。一般要求h h/8。在超静定梁中可以采用塑性设计，形成可以转动的塑性铰

37、，考虑塑性内力重分布。取值要点：（1）对截面有平翼缘板的一侧=1.05;（2）对截面无平翼缘板的一侧=1.20;（3）对圆管边缘 =1.15。特殊情况X= y = 1 .0 :(1) 直接承受动荷载的梁;(2) 工字形截面受压翼缘板的自由外伸宽度与其厚度之比大于13 235/ fy时。抗剪强度VSItW同时存在弯曲应力和剪应力时eq .23 21.1 f第三节 钢梁的整体稳定性一、整体稳定性的概念及其主要影响因素当梁截面的侧向抗弯刚度和抗扭刚度不足(尤其是高而窄的工字形截面)，梁将发生平面外的侧向弯曲和扭转破坏，梁的承载力低于按强度计算的承载力。称此类破坏为梁的侧向弯扭 屈曲，即梁丧失整体稳定

38、。影响梁临界弯矩(整体稳定性)的主要因素：(1) 梁的侧向抗弯刚度 EIy ,抗扭刚度GIt、抗翘曲刚度 EIWO EIy 、Git、EIW愈大, 临界弯矩愈大，箱形截面、工字形截面较为有利，槽形、T形截面次之，避免选用 L形截面。 加强梁的受压翼缘，增加其对 y轴的惯性矩，能有效地提高临界弯矩；(2) 梁受压翼缘侧向支承点间的距离11。梁侧向支承点间距愈小，临界弯矩愈大；(3) 荷载类型和弯矩图形状。弯矩图愈接近矩形，临界弯矩愈小；临界（4）荷载作用于截面的不同位置。荷载作用于梁的上翼缘，促使梁截面扭转加剧 弯矩愈小。作用于下翼缘，阻碍梁截面扭转，临界弯矩愈大;（5）端部支承条件；（6）初始

39、变形、初始偏心、残余应力等初始缺陷。二、整体稳定性的验算方法单向弯矩MX :MXbW双向弯矩MX My :工字形截面对弱轴 y弯曲时，不会有稳定问题，只需要验算抗弯强度,把对X轴的稳定和对y轴的强度两个验算公式相加，得:MXWXMyyWyb为梁整体稳定系数bM Cr （临界弯矩）My（边缘屈服弯矩）三、理论分析纯弯曲时双轴对称工字形截面简支梁的临界弯矩Cr2EIy2112Glt2EIw公式中包含三种刚度EIy、GIt、EIW及梁的侧向支承点间距I 1。提高梁整体稳定的有效措 施：1）加宽受压翼缘板，增大Iy、It、Iw ；2）减少梁受压翼缘的自由长度I 1;3）加强抗扭转约束。四、规范 b计算

40、公式（见书）五、不进行整体稳定验算的条件1. 当梁上有铺板（钢筋混凝土板或钢板）密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时，可不计算梁的整体稳定性；2. 当I1b1 lb时，可不计算梁的整体稳定性。lb见教材第四节型钢梁的设计主要步骤：（单向受弯）1.计算弯矩和剪力;2.按强度条件计算WX3.查型钢表，选择适当的型钢;4.验算强度，验算整体稳定性;5.验算挠度。Mxkl2EIXw均布荷载53844qk5 MJX48 EIX跨中集中荷载Pkl348 EIX1 MJX12 EIX均布荷载+集中荷载W1 Mxkl2W -10 EIX第五节焊接组合梁的截面设计一、主要步骤：1.

41、确定梁高、腹板高度；2. 确定腹板厚度；3. 确定翼缘板尺寸；4. 强度验算、整体稳定验算、挠度验算。二、梁高、腹板高梁高根据最大高度 hmax、最小高度hmin、经济高度he确定。1. 最大咼度hmax由建筑设计、工艺设计净空要求或通航净空要求等确定。2. 最小咼度hmin按刚度条件确定。参照教材3. 经济高度he使梁腹板和翼缘板的总用钢量最小。参照教材式 5-25、5-26设计时，通常取hw= (0.8-0.9)h e,宜为50mm的倍数。hmi n<h<hmax估算梁高h,使:三、腹板厚度按抗剪强度条件：VSXfv ,得 tw般情况，抗剪强度不控制梁截面尺寸，腹板厚度采用经验

42、公式估算:tWtW117 0(mm)L003hw (mm)t W6mm并取2mm的倍数。四、翼缘板尺寸单个翼缘板的截面面积WX1AfXtwhwbft1hw6翼缘局部稳定要求翼缘外伸宽厚比：b1“ 23515 -tIfy翼缘宽度与梁高的关系hIhbf62.5翼缘板宽度一般取10Omm勺倍数，厚度取2mm勺倍数。第六节组合梁的局部稳定与加劲肋设计为了提高焊接组合梁的强度和刚度，腹板宜选得高一些，而为了提高梁的整体稳定性，翼缘宜选得宽一些。由于板件过宽而薄，常会在梁发生强度破坏或丧失整体稳定性之前，梁的部分板面会偏离原来的平面位置而发生波形鼓曲，称此现象为局部失稳，或称板屈曲。，局部失稳后，就有可能

43、导致梁的过早破坏。热轧型钢梁，一般不需进行局部稳定计算。、受压翼缘板的局部稳定1)受压翼缘板三边简支一边自由，应限制其悬伸宽厚比:bit1152352)箱形截面，两腹板间得翼缘宽厚比限制:bot1402353)当梁强度按弹塑性设计时bit113fy5235170二、腹板的局部稳定1、腹板的纯弯屈曲腹板弯曲临界应力Cr715(10OtW)2ho'要求受弯屈曲不先于屈服强度破坏，令Cr f y 得:ho不会发生弯曲屈曲破坏2、腹板的纯剪屈曲hotW不会发生剪切屈曲破坏三、加劲肋布置原则（教材表）四、加劲肋的构造和截面尺寸教材课题名称（含教材章节） 第七章 压弯构件教学目的和要求： （分掌握

44、、理解、了解三个层次）理解压弯构件的工作性能 ;掌握压弯构件的强度计算方法 ;了解压弯构件的应用 ;掌握压弯构件板件稳定的设计方法教学内容 （包括基本内容、重点、难点） ：压弯构件的应用和强度计算 压弯构件的应用 压弯构件的强度计算重点 压弯构件板件稳定的设计方法难点第一节 概 述、概念压弯构件是指同时承受轴心压力N以及弯矩M的构件。也常称为偏心受压构件。截面形式及尺寸拉弯和压弯构件的截面通常做成在弯矩作用方向具有较大的截面尺寸。（参见教材）三、计算内容与轴心受压构件和受弯构件相仿，压弯构件的设计应考虑强度、刚度、整体稳定和局部稳 定等四个方面。第二节压弯构件的破坏形式主要有强度破坏、整体失稳

45、破坏、局部失稳破坏等。第三节压弯构件的强度与刚度、强度计算强度计算一般可考虑截面塑性变形的发展，对直接承受动力荷载的构件和格构式构件等则通常按弹性受力计算。截面有孔洞等削弱较多的或构件端部弯矩大于跨间弯矩的压弯构件，需要进行强度计算。21 计算准则（-N-M 1 ）NP M P边缘纤维屈服准则：疲劳构件，格构式构件全截面屈服准则部分发展塑性准则：一般构件公式：只在一个主平面有弯矩作用时:MXMXMy在两个主平面有弯矩作用时:XWXyWy动载时,例：某拉弯构件由45a构成，承受N 1200KN,M129KN /m静载，Q235A F ,截 面无削弱，验算该杆强度解：查A 102cm2WX 143

46、0cm3f21.5, X1.05NMX1200*10129117.65 85.91203.56AnXWX1021430*1.05例：某天窗侧腿承受风荷载设计值5721.89KN / m, 3.024KN /m 轴压力 N 500KN面选用部分T型钢TM 147 * 200, A 36.52, IX1 21 2解：风压力弯矩：M 丄ql2 丄* 3.024* 3.62 4.9KN / m8 8MXWX50036.524.9* 2.821.05* 572136.9 23159.9215M 5004.9* 14.72.82XWX36.521.2* 572136.9 84.8152.09215M风吸力

47、弯矩：1*1.89* 3.623.06KN /m8N对1点：A5003.06*2.8236.521.05*572MXWX136.9 14.38122.5215N对2点：A5003.06* 14.72.8236.521.2*572136.9 52.96189.9215第四节 压弯构件的整体稳定压弯构件在弯矩作用平面内的稳定性1面内失稳的现象：过程，极限承载力，塑性发展2弯矩作用平面内压弯构件的弹性性能平衡方程M Ny EIy杆件最大弯矩：Mmax当X 2时，方程的解Vsec-2NE 1sec-2NNE1°25NNENV 1 芽NN1 NN近似值：假定挠曲线为:（等效弯矩系数几种压弯构件

48、的计算结果见书m)若以截面边缘纤维开始屈服作为计算准则:截面最大应力:mM NeoW(1)EN NXAfy X NP X则eb(NP-XANX)(I叫）代回上式可得：NEmMXAWx(1薄壁构件y格构构件虚轴弯曲3. 实腹式压弯构件在弯矩作用平面内稳定计算的实用计算公式mx M XANXAXWIX(I0.8)NEXmx的取值框架柱及两端支撑构件无横向荷载有端弯矩mx 0.650.35M 2 Mi同向曲率取同号M1mx 0.65035Mmx 0.650.35Mi既有端弯矩，又有横向荷载,同向曲率mx 1.0反向曲率mx 0.85无端弯矩,有横向荷载时,mx 1.02 悬臂构件，分析内力未考虑二阶

49、效应得无支撑纯框架，弱支撑框架柱,mx1.0NAxW2x 1例一压弯构件,承受 N 38KN，q 3KN/m,Q235 BF,由长边相连2L80*50*5单轴对称截面压弯构件，当弯矩作用在对称轴平面内，且使翼缘受压时，上应按下式计算:mxMx1.25-NNEX组成，验算其强度，平面内稳定OXX IX3002.56116.7, X0.455,W1x42* 2肓3Wx42* 215.56解：1强度验算:A 6.37* 2, Ix442*2cm,Cx 26Ix 2.56cm, Iy2.24, M1.69 KN mNM X338*103.38* 26129.8399.6129.471 AXiVXI63

50、7* 21.05*42* 2NMX3.38* 80 262-29.8329.83181.07151.242152 Ax2Wx21.2* 42* 22 .稳定验算EX1.1EA2XZ2.06*1056.37*21.1*116.72173KNNmMx38*103恳XWlX（I 0.8 竺）0.455*637*2NE65.5 121.2 186.7 2151*3.38*1061.05*32.3*103 1 0.8昱17361* 3.38* 1031.2* 15.56*1011.2538173二压弯构件在弯矩作用平面外的稳定性1失稳现象：弯扭2实用计算公式NtMyAbW1截面影响系数tx 等效弯矩系数，按下式计算在弯矩作用平面外有支撑的构件，应根据相邻支撑点间构件段内的荷载和内力情况确定a构件段内无横向荷载作用时：tx 0.65 0.35MZ M 2 M1M Ib构件段内有横向荷载和端弯矩时，产生同向曲率时tx 1构件段内有横向荷载和端弯矩时，产生反 向曲率时tx 0.85C 构件段内无端弯矩，有横向荷载时tx悬臂构件tx计算199页平面外的稳定性课题名称（含教材章节）第八章 钢结构的连接教学目的和要求：了解钢结构对连接的要求及连接方法，掌握焊缝连接的特性和计算。掌握对接焊缝的构造和计算掌握角焊缝连接的特