钢结构第三版

1、会计学1钢结构第三版钢结构第三版第1页/共443页钢结构设计原理第2页/共443页1.1 钢结构的特点1.2 钢结构的设计方法1.3 钢结构的应用和发展钢结构设计原理第3页/共443页第一章 绪论1.1 钢结构的特点1.1 钢结构的特点1. 轻质高强2. 塑性、韧性好3. 材质均匀、性能稳定4. 制作简便，施工工期短5. 密闭性好6. 耐腐蚀性差7. 耐热不耐火第4页/共443页第一章 绪论1.2 钢结构的设计方法1.2 钢结构的设计方法u 设计方法：以概率理论为基础的极限状态设计方法 u 计算疲劳仍采用容许应力幅法u 计算强度、稳定、连接用荷载设计值u 计算疲劳、变形用荷载标准值u 对于直接

2、承受动力荷载的结构： 在计算强度和稳定时，动力荷载设计值应乘动力系数 在计算疲劳和变形时，动力荷载标准值不应乘动力系数第5页/共443页第一章 绪论1.3 钢结构的应用与发展1.3 钢结构的应用与发展1. 钢结构的应用（1）重：重工业厂房（2）大：大跨度结构（3）高：高层建筑、高耸结构（4）动：受动荷载作用的厂房（5）轻：荷载较小的轻钢结构（6）小：小型、可拆装的结构第6页/共443页第一章 绪论1.3 钢结构的应用与发展2. 钢结构的发展（1）高性能钢材的研究与应用（2）设计方法的改进（3）稳定理论的进一步发展（4）预应力钢结构的研究与应用（5）空间钢结构与高层钢结构的研究与应用（6）组合结

3、构的研究与应用第7页/共443页轻质材料的质量密度与强度的比值 小Q235钢C30混凝土附1：轻质高强Q235钢 密度：7850kg/m3 强度：235N/mm2 C30混凝土 密度：2450kg/m3 强度：20N/mm2 第8页/共443页钢结构设计原理第二章.钢结构的材料2.1 钢结构对材料的要求2.2 钢材的破坏形式2.3 钢材的主要性能2.4 各种因素对钢材主要性能的影响2.5 复杂应力作用下钢材的屈服条件2.6 钢材的疲劳2.7 钢的种类和钢材规格第9页/共443页第二章 钢结构的材料2.1 钢结构对材料的要求u 较高的强度2.1 钢结构对材料的要求u 足够的变形能力。即塑性、韧性

4、好。u 良好的加工性能（包括冷加工、热加工和可焊性）钢结构设计规范GB50017-2003规定：承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温或负温冲击韧性的合格保证。对需要验算疲劳的非焊接结构的钢材应具有常温冲击韧性的合格保证。第10页/共443页第二章 钢结构的材料2.2 钢材的破坏形式u 塑性破坏：破坏前有明显的变形，破坏历时时 间长，可以采取补救措施。2.2 钢材的破坏形式u 脆性破坏：破坏前没有明显的变形，破坏发

5、生 突然，没有机会补救。l脆性破坏的原因：钢材内部缺陷，焊接缺陷、构造 不合理、使用不当等。 应尽量发挥材料的塑性 避免一切脆性破坏的可能性 第11页/共443页第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性能一、强度2.3 钢材的主要性能强度指标是由钢材的单向均匀受拉试验测得的强度指标：比例极限 ；屈服强度 ；极限强度yfuf 试验条件：标准试件在常温（20）下缓慢加载， 一次完成第12页/共443页第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性能 钢材在单向均匀受拉时工作性能表现为四个阶段1. 弹性阶段: 应力最高点对应比例极限 弹性模量 应力pf251006. 2mmNE E2. 弹塑性阶段: 应力

6、介于 和 之间 弹塑性模量 是变数yfpftE3. 塑性阶段: 应力达到屈服强度yf%5 . 2%15. 0:, 0tEuf4. 强化颈缩阶段: 应力最高点对应抗拉极限第13页/共443页第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性能 钢材的工作性能可以看作理想弹性塑性体1. 计算简便2. 与 相差不大yfpf3. 虽然 ，但 对应 的应变非常大（不满足正 常使用极限状态）yfufuf4. 以 作为设计强度的依据，具有较大的强度储备， 若出现偶然因素，使人们有机会补救yfl 屈强比 ：Q235钢为0.57，Q345钢为0.67uyff /第14页/共443页第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性

7、能 简化计算, 采用理想弹塑性模型 作为钢结构设计的最大应力yf 作为钢材实际破坏强度uf第15页/共443页第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性能二、塑性性能塑性：在静力荷载作用下，钢材吸收变形能的能力衡量塑性性能的指标：伸长率表示以时表示以时5001000010001,5,10试件中间部分的直径试件拉断后的标距长度试件原标距长度%100dldldlllll第16页/共443页第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性能三、冲击韧性冲击韧性：在动力荷载作用下，材料吸收能量的能力衡量冲击韧性的指标：冲击功 韧性是钢材强度和塑性的综合指标 梅氏U型缺口试件:冲击试验的标准试件型式： 夏比V型缺

8、口试件:我国采用夏比V型缺口试件2/cmJk JCV 冲击韧性受温度的影响冲击韧性由冲击韧性试验获得第17页/共443页第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性能四、冷弯性能 冷弯性能是检验钢材适应冷加工（常温下加工） 的能力和显示钢材内部缺陷状况的一项指标 冷弯性能是考察钢材在复杂应力状态下发展塑性 变形能力的指标 冷弯性能由冷弯试验确定第18页/共443页第二章 钢结构的材料2.3 钢材的主要性能 钢材物理性能指标l 弹性模量l 泊松比l 剪变模量l 线膨胀系数l 质量密度2310206mmNE3 . 023107912mmNEGC06/101237850mkg第19页/共443页附2：拉

9、伸试件第20页/共443页附3：冲击韧性试验第21页/共443页附4：冷弯试验第22页/共443页第二章 钢结构的材料2.4 各种因素对钢材主要性能的影响一、化学成分2.4 各种因素对钢材主要性能的影响普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1%普通低合金钢中有5%的合金元素碳（C）：钢材强度的主要来源，但是随其含量增加，强度增 加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。一般 控制在0.120.2%，在0.2以下时，可焊性良好硫（S）：热脆性，不得超过0.05%磷（P）：冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。 不得超过0.045%第23页/共443页第二章 钢结构的材料2.4 各种因素对钢材主

10、要性能的影响锰（Mn）：合金元素。弱脱氧剂。与S形成MnS，熔点为 1600，可以消除一部分S的有害作用。硅（Si）：合金元素。强脱氧剂。氧（O）：有害杂质，效果同S。氮（N）：有害杂质，效果同P。第24页/共443页第二章 钢结构的材料2.4 各种因素对钢材主要性能的影响二、冶金缺陷常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹等。偏析化学成分分布的不均匀程度。三、加荷速度 1材性试验要求缓慢加载 2要考虑动荷载对结构的不利影响加荷速度高，钢材屈服点提高，呈脆性。因此，第25页/共443页第二章 钢结构的材料2.4 各种因素对钢材主要性能的影响四、钢材硬化时效硬化20yf f p冷加工及时效冷

11、加工及时效后的塑性区冷作硬化后的塑性区40冷作硬化13yf 冷作硬化当加载超过材料比例极限卸载后，出现残余变形，再次加载则屈服点提高，塑性和韧性降低的现象，也称“应变硬化”应变时效钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此也称“人工时效”。 时效硬化随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使材料硬化的现象。第26页/共443页第二章 钢结构的材料2.4 各种因素对钢材主要性能的影响五、温度的影响1. 正温范围 100以内 对钢材性能无影响； 100以上 随温度升高，总的趋势是强度、弹性模量降低， 塑性增大 250左右 抗拉强度略有提高，塑性和韧性降低，脆

12、性增 加蓝脆现象。该温度区段称为“蓝脆区”。 260320 在应力不变的情况下，钢材以很缓慢的速度继续 变形徐变现象。 600左右 弹性模量趋于零 ，承载能力几乎完全丧失。第27页/共443页低温对钢材冲击韧性的影响1T C t / T cT 2（有兼坏破种两坏破性脆冲击功区度温变转）坏破性塑第二章 钢结构的材料2.4 各种因素对钢材主要性能的影响2. 负温范围 当温度低于常温时，钢材的脆 性倾向随温度降低而增加。T1 T2 之间温度转变脆性区，冲击功急剧下降。而且不同的钢材其脆性转变区温度不同，必须通过试验确定。使用温度必须高于T1 ，但不一定高于T2第28页/共443页第二章 钢结构的材料

13、2.4 各种因素对钢材主要性能的影响六、应力集中的影响构造缺陷：构件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变等应力集中：由于构造缺陷，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处 有高峰应力。应力集中的危害：塑性降低，脆性增加 构造设计时应避免截面突变和尖锐角的情况七、厚度的影响随着厚度的增加，钢材的抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度均下降第29页/共443页第二章 钢结构的材料2.5 复杂应力作用下钢材的屈服条件2.5 复杂应力作用下钢材的屈服条件假定：1. 材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单位体积 中积聚的能量来表达； 2. 当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形能 时，钢材即由弹性转入塑性。)(3)(2zx

14、2yz2xyxzzyyx2z2y2xredyredf弹性状态yredf塑性状态平面应力状态2xyyx2y2x3red梁的应力状态纯剪应力状态223red3red第30页/共443页第二章 钢结构的材料2.6 钢材的疲劳2.6 钢材的疲劳一、钢材疲劳破坏的特征1. 概念 钢材的疲劳钢材在连续循环荷载作用下，当循环次数达 到某一值n时钢材的破坏 循环荷载结构或构件承受的随时间变化的荷载 应力循环次数n结构或构件破坏时所经历的应力变化次数 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。直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化的循环次

15、数n5104时，应进行疲劳计算。第31页/共443页第二章 钢结构的材料2.6 钢材的疲劳 同号应力循环: 应力比 应力循环的形式 异号应力循环: 应力比 （拉应力取正号，压应力取负号）0maxmin0maxmin 常幅疲劳荷载所有应力循环中，应力幅保持常量。 变幅疲劳荷载在应力循环过程中，应力幅是变量。时，疲劳强度最小1时，为静荷载1第32页/共443页第二章 钢结构的材料2.6 钢材的疲劳2. 疲劳破坏的特点（1）疲劳破坏时，应力小于材料静力强度； （2）疲劳破坏属于突然的脆性破坏。3. 疲劳破坏的过程缺陷 微观裂纹 宏观裂纹 断裂4. 影响疲劳强度的主要因素（1）应力幅（2）应力循环次数

16、 n 材料内部缺陷（3）缺陷 构造缺陷（应力集中） 残余应力第33页/共443页第二章 钢结构的材料2.6 钢材的疲劳二、常幅疲劳计算采用页，表类，按类别分为参数，根据构件和连接，应力循环次数，（常幅疲劳的容许应力幅力取负值）（拉应力取正值，压应力中的最小拉应力或压应计算部位每次应力循环值）中的最大拉应力（取正计算部位每次应力循环，力对焊接部位为应力幅，2 . 2188)/7 . 0幅对非焊接部位为折算应/12minmaxminmaxminmaxCnnCmmN第34页/共443页第二章 钢结构的材料2.6 钢材的疲劳三、变幅疲劳计算6102f欠载效应的等效系数力幅时的常幅疲劳的容许应循环次数f

17、n61021026重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架的疲劳可作为常幅疲劳，按下式计算：吊车类别重级工作制硬钩吊车（如均热炉车间夹钳吊车）1.0重级工作制软钩吊车0.8中级工作制吊车0.5吊车梁和吊车桁架欠载效应的等效系数f第35页/共443页第二章 钢结构的材料2.6 钢材的疲劳 疲劳计算时应注意的问题1. 直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应 力变化的循环次数n5104时，应进行疲劳计算。2. 疲劳计算采用容许应力幅法，荷载采用标准值。 3. 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。4. 在应力循环中不出现拉应力的部位可不计算疲劳。 第36页/共443页

18、第二章 钢结构的材料2.7 钢的种类和钢材规格2.7 钢的种类和钢材规格一、钢的种类1. 化学成分普通碳素钢 Q235普通低合金钢 Q345、Q390、Q420平炉 成本高，质量好（6小时100t左右）氧气顶吹转炉 成本低，质量也可（15分钟150t）2. 炉种3. 脱氧程度沸腾钢（F） 脱氧较差镇静钢（Z） 脱氧充分半镇静钢（b） 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间特殊镇静钢（TZ）第37页/共443页第二章 钢结构的材料2.7 钢的种类和钢材规格4. 质量等级A级：保证抗拉强度、屈服点和伸长率及硫、磷含量B、C、D级：保证抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击 韧性（分别为20、0 、-20）及

19、碳、硅、 锰、硫、磷含量E级： 除满足D级的要求外，还要求-40时的冲击韧性5. 钢材编号碳素钢： Q质量等级（AD）脱氧程度（F，b）低合金钢： Q质量等级（AE）如Q235-AF、Q345-C第38页/共443页第二章 钢结构的材料2.7 钢的种类和钢材规格6. 钢材的选择（1）结构或构件的重要性；（2）荷载的种类（静荷载或动荷载）；（3）连接方法（焊接或非焊接）；（4）工作条件（温度，腐蚀等）钢结构设计规范（GB50017-2003）规定：承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢

20、材还应具有冷弯试验的合格保证。需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温或负温冲击韧性的合格保证。对需要验算疲劳的非焊接结构的钢材应具有常温冲击韧性的合格保证。第39页/共443页第二章 钢结构的材料2.7 钢的种类和钢材规格二、钢材的规格1. 热轧钢板（1）工字钢 普通工字钢 20a H型钢 HW3003001015 T型钢 TW1503001015（2）槽钢 32b（3）角钢 L12510 L1258010（4）钢管 40062. 热轧型钢（P321，附录7 型钢表）120020400，如板长厚宽第40页/共443页3. 冷弯薄壁型钢壁厚1.55mm第二章 钢结构的材料2.7 钢的种类和钢材

21、规格第41页/共443页 钢结构设计原理第三章.钢结构的连接3.1 钢结构的连接方法3.2 焊接方法和焊缝连接形式3.3 角焊缝的构造与计算3.4 对接焊缝的构造与计算3.5 焊接应力和焊接变形3.6 螺栓连接的构造3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算3.8 高强度螺栓连接的工作性能和计算第42页/共443页第三章 钢结构的连接3.1 钢结构的连接方法3.1 钢结构的连接方法焊缝连接铆钉连接螺栓连接 焊接连接 应用最广泛 优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大，密闭性好；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感，疲劳性能差。 螺栓连接 应用较广泛优点：装拆方便，高强螺栓摩擦型连接的动力、疲劳性

22、能较好。缺点：削弱了截面。 铆钉连接 已基本淘汰优点：传力可靠，塑性、韧性好，动力性能好。缺点：施工不便，费工费料。第43页/共443页第三章 钢结构的连接3.2 焊接方法和焊缝连接形式3.2 焊接方法和焊缝连接形式电弧焊一、焊接方法电弧焊、电阻焊、气焊1. 手工电弧焊 优点：方便，特别在高空和野外作业；缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。焊条：E43型适用于Q235钢 E50型适用于Q345钢 (P307，附表1.2） E55型适用于Q390钢，Q420钢其中43，50，55熔敷金属的最小抗拉强度，单位不同钢种的钢材相焊接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条2/mmkgf第4

23、4页/共443页 焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧第45页/共443页第三章 钢结构的连接3.2 焊接方法和焊缝连接形式2. 自动（半自动）埋弧电弧焊优点：质量好，效率高；缺点：需要专用设备。3. 气体保护焊优点：质量好；缺点：对环境要求高。第46页/共443页第三章 钢结构的连接3.2 焊接方法和焊缝连接形式二、焊缝连接形式及焊缝形式1. 焊缝连接形式对接连接（用盖板的对接）、搭接连接、T形连接、角部连接第47页/共443页附5：对接第48页/共443页附6：搭接第49页/共443页附7：T 型连接第50页/共443页第三章 钢结构的连接3.2 焊接方法和焊缝连接形式2. 焊缝形式焊缝：

24、对接焊缝、角焊缝 正对接焊缝：焊缝垂直于力线 对接焊缝 斜对接焊缝：焊缝倾斜于力线 正面角焊缝：焊缝垂直于力线 角焊缝 侧面角焊缝：焊缝平行于力线 斜角焊缝: 焊缝倾斜于力线按受力方向划分第51页/共443页第三章 钢结构的连接3.2 焊接方法和焊缝连接形式按沿长度方向的布置划分角焊缝：连续角焊缝、间断角焊缝为较薄焊件的厚度受拉：受压：ttltl3015按施焊位置划分平焊、横焊、立焊、仰焊平焊立焊横焊仰焊第52页/共443页第三章 钢结构的连接3.2 焊接方法和焊缝连接形式三、焊缝缺陷和焊缝质量检验1. 焊缝缺陷裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔等2. 焊缝质量检验一级：外观检查、超声波检验、X射线

25、检查二级：外观检查、超声波检验三级：外观检查第53页/共443页第54页/共443页第三章 钢结构的连接3.2 焊接方法和焊缝连接形式四、焊缝的标注方法hfhfhf-lhfhf2-l2hf1-l1hf-l接焊场现（）hf1hf2hf缝焊塞hf2hf1hf2hf2-l2第55页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算一、角焊缝的形式和强度3.3 角焊缝的构造与计算按截面形式划分 直角角焊缝角焊缝 斜角角焊缝fh角焊缝的焊脚尺寸eh角焊缝的计算厚度（有效厚度），fehh7 . 0角焊缝一般用直角角焊缝。夹角 的斜角角焊缝，不宜用作受力焊缝（钢管结构除外）0060135或第56页/

26、共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算按受力方向划分1. 正面角焊缝：焊缝轴线垂直于力线1）应力状态复杂，存在正应力和剪应力，应力分布很不均匀2）三种破坏情况，ab面剪断、ac面拉断、ao面开裂3）破坏强度高，塑性差第57页/共443页第58页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算2. 侧面角焊缝：焊缝轴线平行于力线1）主要受剪，剪应力分布不均匀，两端大，中间小，焊缝越长 剪应力分布越不均匀2）剪断面常在45o斜截面上3）强度低，但塑性好正面角焊缝的强度是侧面角焊缝强度的1.351.55倍 3. 斜角角焊缝：焊缝轴线倾斜于力线第59页/共443页第三章 钢

27、结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算二、角焊缝的构造要求1. 最小焊脚尺寸）较厚焊件的厚度（，mmtthfmaxmaxmin5 . 1注：对埋弧自动焊，最小焊脚尺寸可减小1mm；对T形连接的单面角焊缝，应增加1mm。当焊件厚度4mm时，最小焊脚尺寸应与焊件厚度相同。焊脚尺寸过小，会在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织。hfhft2t1t1t22. 最大焊脚尺寸焊脚尺寸过大，易使母材形成“过烧”现象，使构件产生翘曲、变形和较大的焊接应力。）较薄焊件的厚度（，mmtthfminminmax2 . 1第60页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算hfhft2t1t1t2对于贴

28、边焊 minmax1max11max12 . 12166thmmthmmtthmmtfff并且，时，当时，当maxminfffhhh要求：3. 角焊缝的最小计算长度焊缝焊脚尺寸大而长度较小时，焊件局部加热严重且起落弧的弧坑相距太近，以及可能产生的缺陷，使焊缝不够可靠。此外，焊缝集中在一很短距离，焊件的应力集中也较大。mmhlfw408min且不小于第61页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算4. 侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝沿长度方向受力不均匀，两端大中间小，所以一般均规定其最大计算长度。fwhl60max注：若内力沿角焊缝全长分布，则计算长度不受此限maxminw

29、wwlll要求：注意：焊脚尺寸和焊缝计算长度取mm的整数，小数点以后都进为1。第62页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算5. 搭接连接的构造要求为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均匀bl 1) 仅有两条侧面角焊缝时为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲太大为较薄板件的厚度时，当时，当tmmbmmttbmmt190121612第63页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算为较薄板件的厚度搭接长度tmmt 25,5max2）仅有正面角焊缝时为了减少收缩应力以及因偏心在钢板与连接件中产生的次应力3）围焊的转角处必须连续施焊。 非围焊时，可在构件转角处

30、作 长度为 的绕角焊fh2第64页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算:的关系和实际长度角焊缝的计算长度llwfwwhllll侧面角焊缝正面角焊缝三面围焊：. 1fwhll2. 2侧面角焊缝两面侧焊：fwfwhllhllL侧面角焊缝正面角焊缝形围焊：. 3不在内）（绕角的侧面角焊缝绕角焊：fwhll2. 4NNllNNllNNllNNfh2ll焊缝实际长度 取为5mm的倍数，如192mm取为195mm，196mm取为200mm。l第65页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算三、直角角焊缝强度计算的基本公式 有效截面：welh 作用在焊缝有效截面上的应

31、力：剪应力平行于焊缝长度方向的剪应力剪应力垂直于焊缝长度方向的剪应力垂直于焊缝有效截面正应力 角焊缝的通用计算公式wff332222 . 1131，附表角焊缝强度设计值，查Pfwf第66页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算 角焊缝的基本计算公式weyflhN2fwexflhN得：代入，将wff33222（直接动荷）（静荷或间接动荷）系数，正面角焊缝的强度增大0 . 122. 1fffwfffff22角焊缝的基本计算公式的合应力）和，引起：垂直于焊缝长度方向，引起：平行于焊缝长度方向分解为(fyfxNNNf045045yNxNNfhehwlff第67页/共443页第三章

32、钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算 计算步骤（4）区分正面角焊缝受力和侧面角焊缝受力，视荷 载种类(静荷或动荷）代入角焊缝的基本计算公 式进行计算。（1）求出同一平面焊缝群的形心（2）将荷载向形心简化，找出最不利位置（3）分别求出各荷载分量在最不利位置产生的应力第68页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算四、各种受力状态下直角角焊缝连接的计算1. 承受轴心力作用(1) 用盖板的对接连接wffwefflhN:只有正面角焊缝角焊缝计算长度的总和侧面连接一侧正面计算侧面角焊缝的强度正面角焊缝承担的内力三面围焊)(:wwfwefwewfflflhNNlhfNwfffff22w

33、fwefflhN:只有侧面角焊缝第69页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算例3-1 双盖板对接连接的角焊缝计算条件：已知钢板截面为25014，盖板截面为219010，承受轴心静力荷载设计值700kN，钢材为Q235，焊条为E43型，手工焊。要求：设计此盖板。解：确定角焊缝的焊脚尺寸mmthf6145 . 15 . 1maxminmmthf12102 . 12 . 1minmaxmmmmmmthmmtf982110216max，贴边焊：mmhf8取2/160mmNfwf查得角焊缝强度设计值190252510第70页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算

34、1）采用侧面角焊缝mmfhNlwfew19616087 . 041070043mmmmhlmmhlfwfw406488848086060minmax构造要求，焊缝的计算长度满足maxminwwwlllmmhllfw212821962一条焊缝的实际长度：190252510用双盖板，接头一侧共有四条角焊缝，每条焊缝所需的计算长度为：mml215取mm440102152盖板的总长度为：第71页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算2）采用三面围焊mmfhNNlwfew8016087 . 04104 .41510700433计算长度为：接头一侧所需侧焊缝的构造要求，焊缝的计算长度满

35、足maxminwwwlllmmhllfw88880一条焊缝的实际长度：正面角焊缝所能承受的内力为：mml90取mm19010902盖板的总长度为：190252510wffweflhNkN4 .41516022. 1190287 . 0第72页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算(2) 承受斜向轴心力：平行于焊缝长度方向：垂直于焊缝长度方向分解为cossinNNNNNyxweweyfwewexflhNlhNlhNlhNcossin验算角焊缝的强度代入公式和将wfffffff22第73页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算(3) 承受轴心力的角钢角焊缝计

36、算1N2NNeb3N33Nhf轴心力求出正面角焊缝承担的，尺寸选定正面角焊缝的焊脚wffffbhN337 . 02双角钢：ebNebNeNMNNNNN200321321平衡条件：（肢尖）肢背）联合求解：323231312121(2121NNNNbeNNNNNbebN31322121，取内力分配系数，角钢肢背和肢尖焊缝的、1） 三面围焊第74页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算 2）两面侧焊:03N（肢尖）肢背）NNNN2211(wffwwffwfhNlfhNl2221117 . 027 . 02肢尖的焊缝计算长度：肢背的焊缝计算长度：得：（肢尖）肢背）由32323131

37、2121(2121NNNNbeNNNNNbebN1N2NNeb21ffhh 和肢尖的焊脚尺寸假定肢背的焊脚尺寸第75页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算得：（肢尖）由32322121NNNNbeN 3）L形围焊:02N31232NNNNNwffwfwfhNlhbl111337 . 02肢背的焊缝计算长度：正面角焊缝的计算长度1N3NNeb第76页/共443页附8：角钢与节点板的连接 第77页/共443页12tNNl140第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算l 例3.2 如图所示，双角钢2L1409010和节点板用直角角焊缝连接，钢材为Q345钢，焊条E50型，

38、手工焊，采用两面侧焊缝连接，肢背、肢尖的焊缝长度 均为300mm，焊脚尺寸 为8mm，试问在轴心力设计值N = 1200KN作用下，此连接焊缝是否能满足强度要求？若不能则应采用什么措施，且如何验算？fh第78页/共443页验算肢背焊缝的强度解 :角焊缝的强度设计值2200mmNfwf肢背角焊缝的计算长度mmhllfw284823002111第79页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算肢背角焊缝承担的轴力kNNN800120032112231111/200/25228487 . 02108007 . 02mmNfmmNlhNwfwff不满足强度要求第80页/共443页第三章

39、 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算:. 1 增加肢背焊缝长度mmflNhwfwf102002847 . 02108007 . 0231111minmax12102 . 12 . 1ffhmmth:应采取以下措施mmfhNlwffw35720087 . 02108007 . 023111mmhlmmhfwf480606481mmlmmhllfw375373823572111，取寸增加肢背焊缝的焊脚尺. 2第81页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算改用三面围焊. 3kNNNN6093832112003221:311肢背角焊缝承担的轴力wffwffflhNmmh3333

40、7 . 02,8力则正面角焊缝承担的轴取kN38320022. 114087 . 022231111/200/19128487 . 02106097 . 02mmNfmmNlhNwfwff满足强度要求第82页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算2. 承受弯矩、轴心力和剪力联合作用的角焊缝连接计算AB第83页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算VeNMNF剪力弯矩轴心力向形心处简化将力weNflhNAN2wlehNfMfVf226weMflhMWM6221222223wewwewlhllhlIWweVflhVAV2VffNfMffwfffffff22代

41、入公式和将AB第84页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算否满足。要求：验算焊缝强度是。间的夹角之和，载作用，受静力荷，焊脚尺寸手工焊，型，焊条钢，钢材为焊缝连接，用直角角如图所示为板与柱翼缘例05315025010432353 . 3FPkNPkNFmmhEQffhFP150150100AB值解：角焊缝的强度设计2160mmNfwf一条角焊缝的计算长度mmhllfw2801023002mmhlmmhfwf60060808第85页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算向形心简化得将斜向力PmkNePMkNPPkNPPyyx121 . 012012053

42、sin150sin9053cos150cos00点的应力计算各力作用下 AfhFP150150100AB23232262/6 .30280107 . 02101202/7 .86280107 . 0210250902/6 .65280107 . 021012626mmNlhPmmNlhFPmmNlhMWMweyVfwexNfweMf第86页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算22/6 .30/3 .1527 .866 .65mmNmmNVffNfMff得：代入公式和将wfffffff222222/160/5 .1286 .3022. 13 .152mmNfmmNwf满足强

43、度要求第87页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算3. 围焊缝承受剪力和扭矩作用时的计算1l2lrrTVFTA0 x1e2exxxxyyyyxryroofh7 . 0fh7 . 0rrAVfTfTfT假定：（1）构件是完全刚性的，角焊缝处于弹性状态； （2）角焊缝群上任意一点的应力方向垂直于该点与形心 的连线，且应力大小与连线长度r成正比。BB第88页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算1l2lrrTVFTA0 x1e2exxxxyyyyxryroofh7 . 0fh7 . 0rrAVfTfTfT21eeVTVF扭矩剪力向形心处简化将力yxpTIIr

44、TIrTAT点的应力为作用下，在扭矩第89页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算1l2lrrTVFTA0 x1e2exxxxyyyyxryroofh7 . 0fh7 . 0rrAVfTfTfTpyypTTfpxxpTTfTIrTrrIrTIrTrrIrTyxsincos轴分解：轴和沿将第90页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算1l2lrrTVFTA0 x1e2exxxxyyyyxryroofh7 . 0fh7 . 0rrAVfTfTfT212llhVlhVAVeweVf点的应力为作用下，在剪力TffTfVff，wfffffff22代入公式和将第91

45、页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算y40080 xxy1yb200201002010 截面特性计算截面积：上、下翼缘及腹板截面积之和296136210220cmA中和轴（形心）位置：按全截面对某轴的面积矩等于各块板分别对该轴的面积矩之和求得。cmy04.1696392102013612201惯性矩：各板块自身惯性矩再加上各板块面积乘以板块中心至中和轴距离的平方。42323232406423.1054367. 654.564388806.904833.13104.164021021012104.162013636112104mIx第92页/共4

46、43页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算y40080 xxy1yb2002010020104333150367.166333.1333102121136121202121cmIy各点抵抗矩：惯性矩除以该点至中和轴的距离。ac3331299304. 8240643 .150101503150004.1624064cmWcmWcmyIWbxayxax；各点面积矩：该点以上（或以下）的截面积对中和轴的面积矩。36683204.161604.15220cmSbx如按b点以下面积矩计算，中和轴以上部分取负值，以下部分取正值366802. 4104. 898.10196.2196.22210c

47、mSbx第93页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算。承载力。确定焊缝连接的最大作用受静力荷载，尺寸，焊脚焊，手工型，焊条钢，为钢材柱翼缘板用搭接连接，如图所示为牛腿板与例FmmhmmNfEQfwf8/160432354 . 32焊缝截面的惯性矩：计算角焊缝群的形心和解:cmx71. 5302028 . 07 . 010208 . 07 . 02423630015208 . 07 . 02308 . 07 . 0121cmIx4232170771. 51020220121271. 5308 . 07 . 0cmIy4800717076300cmIIIyxp2l1lfhF1

48、2txxA300200200 xAyy5.63005.65.6ox200第94页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算)(9 .342) 1 .57200200()(mmkNFFTkNFVF向焊缝群形心简化：将力点的各应力分量计算A23243243/26. 0300200287 . 010/64. 0108007150109 .342/61. 01080071 .57200109 .342mmNFFlhVmmNFFIrTmmNFFIrTweVfpyTfpxTffhF12txxA300200200 xAyy5.63005.65.6ox200第95页/共443页第三章 钢结构的

49、连接3.3 角焊缝的构造与计算22/64. 0/87. 061. 026. 0mmNFmmNFFFTffVfTfffhF12txxA300200200kNkNFFFfwffffff16716716064. 022. 187. 02222为焊缝连接的最大承载力解得：得：代入和将力xAyy5.63005.65.6ox200第96页/共443页第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造与计算1l2lTVFA1e2exxo1l2lTVFA1e2exxoBB问题：图1中应验算 点的角焊缝强度？图2中应验算 点的角焊缝强度？第97页/共443页第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝的构造与计算3.4 对接焊缝

50、的构造与计算一、对接焊缝的构造用引弧板焊接mmta10)(直边坡口mmtVb2010)(形坡口单边mmtVc2010)(形坡口mmtUd20)(形坡口mmtKe20)(形坡口mmtXf20)(形坡口对接焊缝的坡口形式5. 2: 15. 2: 15. 2: 1钢板的拼接4mm第98页/共443页附10：带引弧板的对接焊缝连接第99页/共443页第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝的构造与计算二、焊透的对接焊缝的计算对接焊缝是焊件截面的组成部分，焊缝中的应力分布情况与焊件的情况相同，其计算方法与构件的强度计算一样。1、轴心受力的对接焊缝计算wcwtwfftlN或（1）正对接焊缝强度设计值对接焊缝的

51、抗拉、抗压、形接头中为腹板厚度较小厚度，在在对接接头中连接件的用引弧板时，取焊缝的计算长度，未采轴心拉力或压力wcwtfwwffTttlllN2通过一、二级检验的对接焊缝的强度可以认为与母材等强度，连接不必验算 第100页/共443页第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝的构造与计算（2）斜对接焊缝强度验算时，可不进行斜焊缝的当5 . 1tg如果用正对接焊缝不能满足强度要求，可采用斜对接焊缝。wvwwtwftlNftlNcossin因此不需验算。缝的强度设计值，相当于一、二级对接焊时，当，时，当sin83. 0sinsin83. 0sin3 .565 . 10wtwtwfftlNtg第101页/

52、共443页第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝的构造与计算2. 承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝max111max分别验算最大正应力和最大剪应力，对于同时受有较大正应力和较大剪应力处，还应验算折算应力。第102页/共443页第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝的构造与计算max111maxwtwvwwwwtwfftIVSfWM1 . 132121maxmax高的系数而将强度设计值适当提在局部出现，考虑到最大折算应力只和剪应力验算点处的焊缝正应力、焊缝截面的惯性矩轴的面积矩的焊缝计算截面对中和或以下计算剪应力处以上焊缝截面的抵抗矩1 . 1)(11wwwISW第103页/共443页第三章 钢结构

53、的连接3.4 对接焊缝的构造与计算：验算焊缝强度。施焊时加引弧板。要求质量为三级，型焊条，手工焊，焊缝钢，对接焊缝采用接。已知钢材为有翼缘和腹板的拼接连如图所示。在距支座处设计值）荷载（含梁自重在内的跨度的简支梁的截面和某例4323585 . 3EQmmkNq/150m4 . 2m81625010100016250 xx1max1max1处的内力计算：解：距支座m4 . 2mkNM10084 . 2150214 . 28150212kNV2404 . 2150815021第104页/共443页第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝的构造与计算mkNq/150m4 . 2m816250101000

54、16250 xx1max1max1焊缝截面特性计算：4332898021001212122 .10325121cmIwxx356166 .51289802cmWw33282251508 .506 . 125cmSw3120328 .506 . 125cmSw第105页/共443页第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝的构造与计算1625010100016250 xx1max1max1焊缝强度计算：得焊缝的强度设计值为查附表 2 . 122/125/185mmNfmmNfwvwt，wtwfmmNWM236max/5 .179105616101008wvwwfmmNtIVS2433max/2 .27

55、10102898021032821024021/9 .1736 .51505 .179mmN21max1/8 .16328220322 .27mmNSSww22222121/5 .2031 . 1/3 .1768 .1639 .1733mmNfmmNwt第106页/共443页第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝的构造与计算问题：mkNq/150m4 . 2m81625010100016200 xx21AB1620010100016250 xx21ABoo图1图2 图1、图2所示的对接焊缝截面，强度验算应分别验算哪些点？最大正应力验算：图1 点， 图2 点。最大剪应力验算：图1 点， 图2 点。

56、折算应力验算： 图1 点， 图2 点。第107页/共443页第三章 钢结构的连接3.5 焊接应力和焊接变形3.5 焊接应力和焊接变形2. 特点：焊接应力是自相平衡的。一、焊接应力产生的原因和特点1. 原因：焊接过程中存在不均匀的温度场和局部高温，焊缝和焊缝附近的钢材不能自由地膨胀和收缩，受到约束而产生焊接应力。第108页/共443页第三章 钢结构的连接3.5 焊接应力和焊接变形2. 降低构件的刚度二、焊接应力对结构性能的影响1. 对强度无影响：+-tkbb112yf211kbtbtk得：由焊接应力自相平衡可yyyyybtfbtkkbtkbtfbtfkfkbtfbtkN1221111力为：截面所

57、能承受的轴心压kbtENbtkN11应变增量为面面积为作用下，进入塑性的截在轴心压力btENN2应变增量为性作用下，无截面进入塑压力若无残余应力，在轴心211 ，所以k第109页/共443页第三章 钢结构的连接3.5 焊接应力和焊接变形4. 降低构件的疲劳强度3. 降低构件的稳定承载力5. 加剧低温冷脆1构件不平整，安装困难2变轴心受力构件为偏心受力构件三、焊接变形对构件工作性能的影响第110页/共443页第三章 钢结构的连接3.5 焊接应力和焊接变形1设计方面四、减少焊接应力和焊接变形的措施（1）对称布置焊缝，减小变形 （2）焊缝不宜过于集中，不要出现三向交叉焊缝 （3）注意施焊方便，以保证

58、焊接质量 2制造方面（1）焊前预热（2）焊后热处理 （3）焊后机械校正（4）合理施焊顺序（5）焊前反变形第111页/共443页第三章 钢结构的连接3.6 螺栓连接的构造3.6 螺栓连接的构造3. 施工要求：螺栓间距不能太近，满足净空要求，便于安装 2. 构造要求：螺栓间距不能太大，避免压不紧潮气进入导致腐蚀1. 受力要求螺栓或铆钉的最大、最小容许距离见P52，表3.43.7螺栓及其孔眼图例见P29，表3.3第112页/共443页第三章 钢结构的连接3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算级、级8 . 4)6 . 0,/400(6 . 40 . 35 . 120u

59、yuffmmNfmmdd级、级6 . 5)8 . 0,/800(8 . 85 . 03 . 020uyuffmmNfmmdd螺杆直径螺孔直径dd0 普通螺栓按加工精度可分为：1. 粗制螺栓（C级）优点：安装简单，便于拆装缺点：螺杆与钢板孔壁不够紧密，传递剪力时，连接变形较大。宜用于承受拉力的连接中，或用于次要结构和可拆卸结构的受剪连接及安装时的临时固定。2. 精制螺栓（ A、B级）优点：受力性能好缺点：安装费时费工，且费用较高。目前建筑结构中已较少使用。第113页/共443页第三章 钢结构的连接3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算 剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓杆垂直于力线按受力情况分为 拉力螺栓

60、（抗拉螺栓）： 螺栓杆平行于力线 既受剪又受拉的螺栓抗剪连接板件之间有相互错动的趋势抗拉连接板件之间有相互脱开的趋势抗剪连接抗拉连接第114页/共443页第三章 钢结构的连接3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算一、 普通螺栓的抗剪连接（1）单个螺栓的受剪工作性能 4）弹塑性阶段（3 4）： 连接的剪切变形迅速增大，直至破坏。 1. 抗剪连接的工作性能N12213344高强螺栓普通螺栓1）弹性阶段（01）： 板件间相互挤压，靠摩擦阻力传力；2）滑移阶段（12）： 摩擦阻力被克服后，板件间产生滑移，栓杆与孔壁相接触， 滑移量取决于栓杆与孔的间距；3）栓杆直接传力的弹性阶段（23）： 螺栓杆既受剪又