钢结构总复习

1、钢结构复习考试题型选择 （2x10）填空 （2x10） 简答（6x5）计算（15x2）教学内容： 一、钢结构材料 二、钢结构的设计方法 三、钢结构焊接、螺栓连接钢结构焊接、螺栓连接 四、 受弯构件（梁） 五、轴心受力构件（柱） 一、一、钢结构的主要钢结构的主要特点特点：1、材料强度高、结构重量轻 强度是混凝土强度的20倍以上，截面尺寸小，比如，钢屋架重量是钢筋混凝土屋架重量的1/31/4 。2、钢材材质均匀，各向同性。可简化为理想的弹塑性体。3、塑性性能好 破坏前产生显著的变形，有明显的预兆。抗震性能好。4、具有良好的韧性，适宜于承受动荷载5、良好的加工性能、焊接性能 专业化工厂加工制造，运至

2、现场安装。易于保证质量、缩短工期。6、密闭性好，适用于高压容器、管道、大型油罐等7、便于拆装 ，重复使用 如塔吊、挂篮、架桥机、拱架、钻井塔架。8、耐热性好，但耐火性差9、易锈蚀L od d 标准试件标准试件低碳钢在常温下的拉伸试验主要力学性能指标：主要力学性能指标：比例极限；比例极限；屈服点；屈服点；抗拉强度；抗拉强度；伸长率；伸长率；冷弯试验；冷弯试验；冲击韧性。冲击韧性。uOAEBCDAEy对无明显屈服点的钢材 设计时以卸载后试件中残余应变为设计时以卸载后试件中残余应变为0.20.2所对应的应力所对应的应力 作为屈服点作为屈服点“条件屈服点条件屈服点”或或“名义屈服点名义屈服点”fy=f

3、0.20.2%fup 无屈服点钢材的应力无屈服点钢材的应力- -应变曲线应变曲线没有明显屈服点的没有明显屈服点的钢钢材在拉伸过程中没有材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变形屈服阶段，塑性变形小，破坏突然。小，破坏突然。 1.化学成分影响钢材力学性能的主要因素2.冶金缺陷3.钢材硬化4.温度的影响5.复杂应力和应力集中的影响 6.荷载类型的影响7.残余应力 用轧钢机将钢锭轧成钢胚，再通过一系列不同形状和孔径的轧机，轧成所需形状和尺寸的钢材。 钢材的热轧成型，压密钢的晶粒，改善钢的材质。薄的钢材，辊轧次数多，压缩比大，因而屈服点及伸长率均大于厚板。 钢材的力学性能按板厚或直径分组。 钢材在连续交变荷

4、载作用下，会逐渐积累损伤、产生裂纹即裂纹逐渐扩展，当循环次数达到某定值时，发生突然破坏的现象，称为疲劳。（high-cycle fatigue low-cycle fatigue) 高周低应力疲劳：破坏前的应力循环次数n5104 ，疲劳破坏时的应力较低， 。 一般属于此类疲劳。 低周高应力疲劳：破坏前的应力循环次数n=1025104 ,疲劳破坏时的应力水平较高， 。应力比： 应力幅： 循环次数： n （要求n 5104时，应进行疲劳计算）maxminminmaxyfyf钢材的疲劳Fatigue钢材的选择钢材的选择钢材的选用应保证结构安全可靠和经济合理，选用时应考虑：结构的类型及重要性；结构所受

5、荷载性质（动载、静载）；连接的方法；焊接、螺栓连接；结构的工作温度和所处的环境，钢材厚度。钢材的规格钢材的规格第一章第一章 绪绪 论论二、二、概率极限状态设计法概率极限状态设计法（1 1）承载能力极限状态）承载能力极限状态 结构的极限状态结构的极限状态（2 2）正常使用极限状态）正常使用极限状态 对接焊缝连接的构造和计算Details &. Design of Groove Welds一、构造要求二、焊缝强度计算方法强度计算1、承担轴心力2、承担弯矩和剪力)(cwwtwcwtwfftlN或或wvwwwtwftIVSfWM在正应力和剪应力同时作用点处：wcwtff1.1 1.1322或1

6、.1为考虑到最大折算应力只在局部出现，而将强度设计值适当提高系数。为考虑到最大折算应力只在局部出现，而将强度设计值适当提高系数。为什么焊脚尺寸不能过小？为什么焊脚尺寸不能过小？ 焊脚尺寸过小，在施焊过程中高温的焊缝热量很快被焊件吸收，焊缝冷却过快，焊缝易变脆。为什么焊脚尺寸也不能过大？为什么焊脚尺寸也不能过大？ 焊脚尺寸过大，可能造成焊件过烧或被烧穿； 焊脚尺寸过大，冷却时的收缩变形加大，增大焊接应力，焊件易产生翘曲变形。角焊缝的构造和计算Configuration &. Design of Fillet Weld 1. 最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸 hf min 手工焊： 自动焊： T形

7、连接单面焊缝： 当焊件厚度 式中 t 为较厚焊件的厚度（mm)2. 最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸 hf max t为较薄焊件的厚度。 板件厚度为t1的板件边缘焊缝尚应满足： (1) (2) )( 5 . 1mmthf)( 1-5 . 1mmthf)( 15 . 1mmthfthmmtf时，则取4thf2 . 1;611thmmtf时，当。时，当mmthmmtf)21 (6113. 焊缝的计算长度焊缝的计算长度 1). 角焊缝的计算长度不宜过小； 2). 侧面角焊缝不宜过长； (静载) (动载) lw若超出上述规定值，超长部分不予考虑。 侧面角焊缝沿长度方向受力不均匀，两端大而中间小，故规侧面角焊缝

8、沿长度方向受力不均匀，两端大而中间小，故规定有效长度。定有效长度。 若内力是沿侧面角焊缝全长分布时，其计算长度不受此限制。mmlhlwfw40,8且fwhl60 fwhl40 直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为：直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为：wf2f2fff角焊缝的计算角焊缝的计算1.1.轴心力（拉力、压力和剪力）作用时角焊缝的计算轴心力（拉力、压力和剪力）作用时角焊缝的计算(1(1）用盖板的对接连接）用盖板的对接连接NNl lw w角焊缝计算长度=l实-2hfB B、采用三面围焊连接、采用三面围焊连接NNl lw wl lw w（3 3）承受轴心力的角钢端部连接）承受轴

9、心力的角钢端部连接K1角钢肢背焊缝的内力分配系数角钢肢背焊缝的内力分配系数K2角钢肢尖焊缝的内力分配系数角钢肢尖焊缝的内力分配系数焊接残余应力及其影响 增大结构的变形，降低结构刚度，影响受压柱的稳定承载力，局部形成三向拉应力场。焊接应力和焊接变形Welding Stress & Welding Deformation1.对结构静力强度的影响2 2、对结构刚度的影响、对结构刚度的影响减少或消除焊接残余应力及残余变形的措施 1. 合理的焊缝设计和焊接工艺合理的焊缝设计和焊接工艺 2. 反变形反变形 3. 预热、后热等矫正方法预热、后热等矫正方法螺栓排列：1. 最小容许距离2. 最大容许距离

10、3. 排列方式 普通螺栓的构造和计算Bolted Connections剪力螺栓破坏的5种形式抗剪螺栓的单栓承载力设计值抗剪螺栓的单栓承载力设计值P P5454 由破坏形式知由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取决于抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单栓抗剪承载力由以下两式决定栓抗剪承载力由以下两式决定: :nv剪切面数目剪切面数目； d螺栓杆直径；螺栓杆直径；fvb、fcb螺栓抗剪和承压强度设计值；螺栓抗剪和承压强度设计值；tt连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。 )343(minmin bcbvbNNN，单栓

11、抗剪承载力：单栓抗剪承载力：)323(42 bvvbvfdnN 抗剪承载力抗剪承载力：)333(bcbc ftdN承压承载力承压承载力 ：d P P5555普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚应进行板件的拉断尚应进行板件的净截面验算净截面验算 。拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面截面: :NNbt tt t1 1b1A A、螺栓采用并列排列时、螺栓采用并列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面截面: :1122 主主板板厚厚度度。主主板板宽宽度度；危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度

12、度设设计计值值 tbmdftdmbAfANnn001 ,1 ,; 拼拼接接板板厚厚度度。危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；拼拼接接板板宽宽度度；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值 1101012,2,;5 . 0tmbdftdmbAfANnn 高强螺栓 高强螺栓，通过拧紧螺母，在螺杆中施加很大的预拉力，此预拉力将连接件夹紧，使接触面间产生很大摩擦阻力，抵消外荷载产生的剪力。承压型高强螺栓承压型高强螺栓 剪力超过摩阻力时，构件之间产生相对滑动，螺杆和孔壁接触，由摩阻力、螺杆剪力、承压力共同传力。以螺栓剪坏或孔壁承压破坏为承载力极限状态。类似于普通螺栓的受力性能。摩擦型高强螺栓

13、摩擦型高强螺栓 完全依靠被连接件间的摩阻力传力，当剪力等于最大摩擦力时即为承载能力极限状态。使用于动载结构。预拉力控制方法：扭矩法、扭剪法、转角法。摩擦型高强螺栓单个螺栓抗剪承载力单个螺栓抗拉承载力PnPnNfRfbv9 . 0PNbt8 . 0 R=1.111高强螺栓群连接的计算高强螺栓群连接的计算( (习题习题) )（1 1）轴心受剪）轴心受剪设一侧的螺栓数为设一侧的螺栓数为n，平均受，平均受剪，承受外力剪，承受外力N。轴力通过螺。轴力通过螺栓群的形心，所需螺栓数目：栓群的形心，所需螺栓数目： 分析方法和计算公式与普通螺栓同。分析方法和计算公式与普通螺栓同。高强度螺栓群受剪高强度螺栓群受剪

14、对于摩擦型连接：对于摩擦型连接：bvNNn（2 2）高强度螺栓群非轴心受剪）高强度螺栓群非轴心受剪在扭矩或扭矩和剪力共同作用时的抗剪计算方法与普通螺栓群在扭矩或扭矩和剪力共同作用时的抗剪计算方法与普通螺栓群相同，但应该采用高强度螺栓承载力设计值进行计算。相同，但应该采用高强度螺栓承载力设计值进行计算。1n (1-0.5)nnNfA构件净截面，毛截面计算高强度螺栓群受拉高强度螺栓群受拉（1 1）轴心受拉）轴心受拉对于摩擦型连接：对于摩擦型连接：PN8 . 0btbtNNn 高强度螺栓连接所需的螺栓数目：高强度螺栓连接所需的螺栓数目：（2 2）高强度螺栓群受弯矩作用）高强度螺栓群受弯矩作用由于高强

15、度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力P P，故在弯矩作用，故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密接触状态，弹性性能较好，可认下，连接板件接触面始终处于紧密接触状态，弹性性能较好，可认为是一个整体为是一个整体, ,所以所以假定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合假定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧，最外侧螺栓受力最大。螺栓受力最大。梁的类型梁的类型按制作方式分：型钢梁和组合梁 型钢梁型钢梁截面：热轧工字钢、热轧截面：热轧工字钢、热轧H型钢、槽钢型钢、槽钢腹板较厚，用钢量大。腹板较厚，用钢量大。 冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢经济，但防腐要求高经济，但防腐

16、要求高特点：构造简单，制造省工，成本较低，优先选用。特点：构造简单，制造省工，成本较低，优先选用。组合梁组合梁当荷载较大或跨度较大时，由于轧制条件的限制，型钢当荷载较大或跨度较大时，由于轧制条件的限制，型钢的尺寸、规格不能满足梁承载能力和刚度的要求，就必须采用组的尺寸、规格不能满足梁承载能力和刚度的要求，就必须采用组合梁。合梁。截面：工字型、箱型截面：工字型、箱型优点；截面组成灵活、材料分布合理，节省钢材。优点；截面组成灵活、材料分布合理，节省钢材。fWMWMnyyynxxxx ， y 塑性发展系数，我国规范按弹塑性阶段进行设计。受弯构件的强度和刚度Strength and Stiffness

17、 of the Flexural Members 二. 抗剪强度三. 同时存在弯曲应力和剪应力时vwfItVSfeq1 . 1322四. 局部压应力局部压力在轨道高度范围内以45o角扩散，在梁体内以1:2.5坡度角扩散。)25( RyzzwchhalfltF 集中荷载增大系数，重级工作制吊车梁 =1.35，其他梁 =1.0 五. 正应力、剪应力、局部压应力同时作用（习题）1 . 12 . 1 31111222同号时，和当异号时，和当ccwcnxccItFyIMf六. 受弯构件的刚度vv V 荷载标准值引起的梁中最大挠度v容许挠度钢梁的整体稳定Lateral Buckling of Beams一

18、、整体稳定的概念 一般情况下，钢梁截面高而窄，侧向支撑较弱。 当荷载增大到某一数值时后，梁在向下弯曲的同时，会突然发生侧向弯曲和扭转变形的破坏，这种现象称之为梁的整体失稳，或称弯扭屈曲。 梁维持其稳定状态所承担的最大荷载（或弯矩）称为临界荷载（或临界弯矩）1）荷载的类型；荷载的类型； 2）荷载的作用位置；荷载的作用位置； 3）梁的侧向刚度梁的侧向刚度EIy、扭转刚度扭转刚度GIt 、翘曲刚度翘曲刚度EI；4）受压翼缘的自由长度受压翼缘的自由长度l1 ；5）梁的支座约束程度。梁的支座约束程度。 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 提高梁受压翼缘的

19、侧向稳定性是提高梁整体稳定的有效方法。较经济合理的方法是设置侧向支撑，减少梁受压翼缘的自由长度。1.1.影响梁整体稳定的因素影响梁整体稳定的因素2.2.增强梁整体稳定的措施增强梁整体稳定的措施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撑在受压翼缘设置侧向支撑；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。二、梁整体稳定性的验算（习题）单向弯矩Mx ： 双向弯矩Mx、My ： 工字形截面对弱轴

20、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， 为梁整体稳定系数fWMxbxfWMWMyyyxbxb（边缘屈服弯矩）临界弯矩）ycrycrbMMf(不需验算梁的整体稳定的情况不需验算梁的整体稳定的情况 （2） H型钢或工字形截面简支梁受压翼缘自由长度型钢或工字形截面简支梁受压翼缘自由长度l1与其与其宽度宽度b1之比不超过下表所列数值时之比不超过下表所列数值时。H型钢或工字形截面简支梁不需验算整体稳定性的最大型钢或工字形截面简支梁不需验算整体稳定性的最大l1/b1值值 跨中无侧向支承点的梁钢 号荷载作用在上翼缘荷载作用在下翼缘跨中受压翼缘有侧向支

21、承点的梁，不论荷载作用于何处Q23513.020.016.0Q34510.516.513.0Q39010.015.512.5Q4209.515.012.0 （1 1）有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连接，能）有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连接，能阻止梁受压翼缘侧向位移（截面扭转）时。阻止梁受压翼缘侧向位移（截面扭转）时。梁板件的局部稳定Local Buckling of Thin Plate 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

22、位置而发生波形鼓曲波形鼓曲，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。梁腹板受力复杂，厚度较小，主要承受剪力，采用加大板厚的方法梁腹板受力复杂，厚度较小，主要承受剪力，采用加大板厚的方法来保证腹板的局部稳定不经济，也不合理。一般采用加劲肋的方法来保证腹板的局部稳定不经济，也不合理。一般采用加劲肋的方法来减小板件尺寸，防止腹板屈曲。从而提高局部稳定承载力。来减小板件尺寸，防止腹板屈曲。从而提高局部稳定承载力。横向加劲肋横向加劲肋主要防止剪应力和局部压应力作用下的腹板失稳；主要防止剪应力和局部压应力作用下的腹板失稳；纵向加劲肋纵向

23、加劲肋主要防止弯曲压应力可能引起的腹板失稳；主要防止弯曲压应力可能引起的腹板失稳；短加劲肋短加劲肋主要防止局部压应力下的腹板失稳。主要防止局部压应力下的腹板失稳。纵向加劲肋纵向加劲肋横向加劲肋横向加劲肋短加劲肋短加劲肋横向加劲肋应贯通，纵向加劲肋应断开；集中荷载下应设横向加劲肋或短加劲肋。 加劲肋布置原则加劲肋布置原则1、当 时，可不配置横向加劲肋。有局部压应力时构造配置。2、当 时，按计算配置横向加劲肋 。3、当 （受压翼缘受到约束，如连有刚性铺板），同时配置横向加劲肋和纵向加劲肋。 当 （其他情况），同时配置横向加劲肋和纵向加劲肋。 任何情况下要求ywfth235800ywfth23580

24、0ywfth2351700ywfth2351500ywfth2352500加劲肋的间距0025 . 0hah型钢梁： (热轧）工字钢、槽钢、角钢 。 （冷弯）卷边槽钢、卷边Z形钢 组合钢梁： 钢板组焊 型钢组焊 钢板与形钢组焊 特殊形式： 异种钢梁 (翼缘低合金钢，腹板3号钢） 蜂窝梁 钢与混凝土组合梁 预应力钢梁梁的设计梁的类型和梁格布置 Beam types and Layouts型钢梁的设计、建筑容许最大梁高hmax 、刚度要求的最小梁高hmin、经济高度he组合梁的设计 异种钢梁根据工字型梁受弯时翼缘应力大、腹板应力小的特点，将焊接梁的翼缘采用强度较高的低合金钢，腹板采用强度较低的钢材

25、。 轴心受力构件的强度和刚度轴心受力构件的强度和刚度一、强度计算（承载能力极限状态）一、强度计算（承载能力极限状态）P94 N轴心拉力或压力设计值；轴心拉力或压力设计值； An n构件的净截面面积；构件的净截面面积； ff钢材的抗拉、抗压强度设计值钢材的抗拉、抗压强度设计值。)15(nfAN轴心受压轴心受压构件，当构件，当截面无削截面无削弱时，强弱时，强度不必计度不必计算。算。轴心受力构轴心受力构件件轴心受拉构件轴心受拉构件轴心受压构件轴心受压构件强度强度 （承载能力极限状态承载能力极限状态）刚度刚度 （正常使用极限状态正常使用极限状态）强度强度刚度刚度 （正常使用极限状态正常使用极限状态）稳

26、定稳定（承载能力极限状态承载能力极限状态）二、刚度计算（正常使用极限状态）二、刚度计算（正常使用极限状态）P P9595截截面面的的回回转转半半径径； AIi)25(0il构构件件的的计计算算长长度度； 0l 构件的容许长细比，其取值详见规范或教材P95。 保证构件在运输、安装、使用时不会产生过保证构件在运输、安装、使用时不会产生过大变形。大变形。 三三、整体稳定计算整体稳定计算P96 轴心受压构件不发生整体失稳的条件为，轴心受压构件不发生整体失稳的条件为，截面截面应力不大于临界应力应力不大于临界应力，并考虑抗力分项系数，并考虑抗力分项系数R R后，后，即为：即为：表得到。类和构件长细比查稳定

27、系数，可按截面分即：)245(fANfffANRyycrRcr公式使用说明：公式使用说明： （1）截面分类：规范附表）截面分类：规范附表C或教材附表或教材附表2四四、局部局部稳定计算稳定计算 1 1、翼缘板、翼缘板P9P99 9： A A、工字形、工字形、T T形、形、H H形截面翼缘板形截面翼缘板。时，取；当取时值，当构件两方向长细比较大式中：10010030,30)415(2351 . 010yftbB B、箱形截面翼缘板、箱形截面翼缘板023513(542)23540(543)yybtfbtf 2 2、腹板、腹板： A A、工字形、工字形、H H形截面腹板形截面腹板t tw wh h0 0h h0 0t tw w。时，取；当取时值，当构件两方向长细比较大式中：10010030,30