钢结构总复习

1、1钢结构基本原理复习Design Principles of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第1 1章章 绪绪 论论知识点知识点1 1: :钢结构的特点钢结构的特点1 1、强度高、强度高、塑性、韧性好塑性、韧性好2 2、材质均匀其实际受力和力学计算假定较符合、材质均匀其实际受力和力学计算假定较符合3 3、重量轻、重量轻4 4、密闭性能好、密闭性能好5 5、钢结构制作简便，施工周期短、钢结构制作简便，施工周期短6 6、耐热但、耐热但不耐火不耐火7 7、耐腐蚀性差、耐腐蚀性差8 8、低温冷脆倾向

2、、低温冷脆倾向钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure1.1.概率极限状态设计法概率极限状态设计法知识点知识点2 2: :钢结构的设计方法钢结构的设计方法2.2.结构的极限状态结构的极限状态3.3.承载能力极限状态承载能力极限状态4.4.正常使用极限状态正常使用极限状态5.5.设计表达式设计表达式第第1 1章章 绪绪 论论钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure1.1.较高的抗拉强度和屈服点较高的抗拉强度和屈服点知识点知识点1 1: :建筑用钢的要求建筑用钢的要求2.2.

3、较高的塑性和韧性较高的塑性和韧性3.3.良好的工艺性能良好的工艺性能4.4.对环境良好的适应能力对环境良好的适应能力第第2 2章章 材材 料料钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure知识点知识点2 2: :钢材的破坏形式钢材的破坏形式第第2 2章章 材材 料料1 1、塑性破坏、塑性破坏破坏前有明显的破坏前有明显的塑性变形塑性变形，破坏过程长，断口发暗，可以采，破坏过程长，断口发暗，可以采取补救措施。取补救措施。2 2、脆性破坏、脆性破坏 破坏前没有明显的变形和征兆，破坏时的变形远比材料应有破坏前没有明显的变形和征兆，破坏时的变形远比

4、材料应有的变形能力小，破坏突然，断口平直、发亮呈晶粒状，无机会的变形能力小，破坏突然，断口平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。补救。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第2 2章章 材材 料料知识点知识点3 3: :钢材的主要性能钢材的主要性能1 1、强度：、强度：屈服强度、极限抗拉强度屈服强度、极限抗拉强度2 2、塑性：、塑性：伸长率伸长率 3 3、冷弯性能：、冷弯性能：判定钢材判定钢材塑性塑性和和质量质量的综合指标的综合指标4 4、冲击韧性、冲击韧性：判定钢材：判定钢材强度强度和和塑性塑性的综合指标的综合指标钢结构设计原理钢结

5、构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第2 2章章 材材 料料知识点知识点4 4: :碳素钢材应力应变曲线碳素钢材应力应变曲线钢材一次拉伸过程中可钢材一次拉伸过程中可分为以下分为以下四个阶段四个阶段：1.弹性阶段弹性阶段在曲线在曲线 OE 段，钢材表现为弹性，段，钢材表现为弹性，即应变随着应力的增加而增加，卸载即应变随着应力的增加而增加，卸载后应变为零。其中后应变为零。其中 OA 段是一条斜直段是一条斜直线线(A 点为比例极限点为比例极限)。当当 fp 时，应力和应变成正比。时，应力和应变成正比。当当 fp (即即 AE 段段)时，曲线弯曲，时，

6、曲线弯曲，应力应力应变呈非线性，但钢材仍具有应变呈非线性，但钢材仍具有弹性性质，弹性阶段终点弹性性质，弹性阶段终点 E 点为弹性点为弹性极限极限fe 。但由于残余应力的影响，但由于残余应力的影响， f p 和和 fe 非常接近，一般不加以区分。非常接近，一般不加以区分。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第2 2章章 材材 料料知识点知识点4 4: :碳素钢材应力应变曲线碳素钢材应力应变曲线钢材一次拉伸过程中可钢材一次拉伸过程中可分为以下分为以下四个阶段四个阶段：2. 弹塑性阶段弹塑性阶段自弹性极限自弹性极限fe到屈服点到屈服

7、点 fy，钢材，钢材进入弹塑性阶段，即曲线进入弹塑性阶段，即曲线 EC 段。段。此阶段应力此阶段应力应变呈曲线关系，应变呈曲线关系，弹性模量逐渐降到零。弹性模量逐渐降到零。 fe ，变形包括弹性变形和塑，变形包括弹性变形和塑性变形两个部分，塑性变形不会因荷性变形两个部分，塑性变形不会因荷载消失而消失，故又称为残余变形或载消失而消失，故又称为残余变形或永久变形。永久变形。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第2 2章章 材材 料料知识点知识点4 4: :碳素钢材应力应变曲线碳素钢材应力应变曲线钢材一次拉伸过程中可钢材一次拉伸过程

8、中可分为以下分为以下四个阶段四个阶段：3. 塑性阶段塑性阶段随着变形的加快，曲线出现锯齿随着变形的加快，曲线出现锯齿形波动，直到出现应力保持不变而应形波动，直到出现应力保持不变而应变仍持续增大的现象，这就是塑性阶变仍持续增大的现象，这就是塑性阶段，即曲线段，即曲线CF段。段。相应的应力称为屈服点相应的应力称为屈服点fy ，此时，此时钢材的内部组织纯铁体晶粒产生滑移，钢材的内部组织纯铁体晶粒产生滑移，钢材表现为暂时失去承载能力。钢材表现为暂时失去承载能力。在开始进入塑性流动阶段时，曲在开始进入塑性流动阶段时，曲线的波动较大，即出现上屈服点和下线的波动较大，即出现上屈服点和下屈服点。上屈服点和试验

9、条件有关，屈服点。上屈服点和试验条件有关，而下屈服点则对此不太敏感，因而以而下屈服点则对此不太敏感，因而以下屈服点作为屈服点。下屈服点作为屈服点。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第2 2章章 材材 料料知识点知识点4 4: :碳素钢材应力应变曲线碳素钢材应力应变曲线钢材一次拉伸过程中可钢材一次拉伸过程中可分为以下分为以下四个阶段四个阶段：4. 强化阶段强化阶段屈服阶段后，钢材内部晶粒重新屈服阶段后，钢材内部晶粒重新排列，又恢复了承载能力，曲线有所排列，又恢复了承载能力，曲线有所上升，即曲线上升，即曲线 FB 段。此阶段以塑

10、性段。此阶段以塑性变形为主，曲线最高点变形为主，曲线最高点 B 点对应的强点对应的强度即为抗拉强度度即为抗拉强度fu ，这就是强化阶段，这就是强化阶段，或称为应变硬化阶段。或称为应变硬化阶段。随后，在试件材料质量较差的地随后，在试件材料质量较差的地方，截面出现横向收缩变形即方，截面出现横向收缩变形即“颈颈缩缩”，截面面积开始显著缩小，塑性，截面面积开始显著缩小，塑性变形迅速增大，此时应力不断降低，变形迅速增大，此时应力不断降低，应变却延续发展，直至试件断裂，此应变却延续发展，直至试件断裂，此阶段对应的曲线为阶段对应的曲线为 BD 段。段。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Princi

11、ples of Steel Structure第第2 2章章 材材 料料知识点知识点5 5: :影响钢材性能的因素影响钢材性能的因素1 1、化学成分：、化学成分：硫（热脆）、磷（热脆）硫（热脆）、磷（热脆）2 2、钢材硬化：、钢材硬化：强度提高、塑性降低强度提高、塑性降低 3 3、温度影响：、温度影响：正温和负温影响趋势正温和负温影响趋势4 4、应力集中、应力集中：钢材变脆钢材变脆5 5、反复荷载、反复荷载：疲劳破坏（脆性断裂）疲劳破坏（脆性断裂）钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第2 2章章 材材 料料知识点知识点6 6:

12、 :钢的钢的疲劳破坏疲劳破坏1 1、疲劳破坏疲劳破坏：钢材在连续反复荷载作用下，虽然应力还低于极限抗钢材在连续反复荷载作用下，虽然应力还低于极限抗拉强度，甚至低于屈服强度，仍会发生突然的脆性断裂。拉强度，甚至低于屈服强度，仍会发生突然的脆性断裂。2 2、三个阶段三个阶段：裂纹形成、裂纹缓慢扩展、迅速断裂裂纹形成、裂纹缓慢扩展、迅速断裂3 3、影响疲劳破坏的因素影响疲劳破坏的因素：应力种类、应力循环特征和应力幅、循环次数、应力集中应力种类、应力循环特征和应力幅、循环次数、应力集中决定疲劳强度决定疲劳强度反复荷载作用反复荷载作用存在拉应力存在拉应力有初始缺陷或存在应力集中有初始缺陷或存在应力集中发

13、生前提发生前提钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第2 2章章 材材 料料知识点知识点7 7: :钢的种类和规格钢的种类和规格1 1、碳素结构钢：、碳素结构钢：代表代表Q235Q2352 2、低合金高强度钢：、低合金高强度钢：代表代表Q345Q345、Q390Q390和和Q420Q4203 3、钢材的牌号：、钢材的牌号：例如：例如：Q235-AQ235-A、Q235-BQ235-B和和Q235-CQ235-C 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第3 3章章

14、连连 接接知识点知识点1 1: :焊缝形式焊缝形式1 1、焊接连接：、焊接连接：手工电弧焊、焊条与钢材适应手工电弧焊、焊条与钢材适应2 2、焊缝形式、焊缝形式：对接焊缝、角焊缝对接焊缝、角焊缝3 3、焊缝等级、焊缝等级：一级、二级和三级焊缝一级、二级和三级焊缝钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第3 3章章 连连 接接知识点知识点2 2: :角焊缝的构造角焊缝的构造1 1、最大焊脚尺寸：、最大焊脚尺寸：避免金属过热而产生较大的残余应力和残余变形避免金属过热而产生较大的残余应力和残余变形2 2、最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸：避免金属

15、冷却过快，产生淬硬组织，母材开裂避免金属冷却过快，产生淬硬组织，母材开裂3 3、侧面角焊缝最大计算长度：、侧面角焊缝最大计算长度：60hf(60hf(静）、静）、40hf(40hf(动）动）4 4、侧面角焊缝最大计算长度：、侧面角焊缝最大计算长度： 不小于不小于8hf8hf和和40mm40mm焊缝较小焊缝较小：焊件局部加热严重，起灭弧所引焊件局部加热严重，起灭弧所引 起的缺陷相差太近，削弱焊缝质量。起的缺陷相差太近，削弱焊缝质量。焊缝过长焊缝过长：会有较大的应力集中。会有较大的应力集中。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure知识点

16、知识点4 4: :抗剪型螺栓工作性能抗剪型螺栓工作性能第第3 3章章 连连 接接(1)(1)摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(0(01 1 段段) )(2)(2)滑移阶段滑移阶段(1(12 2 段段) )(3)(3)栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段(2(23 3 段段) )(4)(4)弹塑性阶段弹塑性阶段(3(34 4 段段) )钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure知识点知识点5 5: :普通螺栓抗剪连接破坏形式普通螺栓抗剪连接破坏形式第第3 3章章 连连 接接（1 1）螺栓杆被剪断）螺栓杆被剪断（2 2）孔壁的挤压破坏

17、）孔壁的挤压破坏（3 3）板件被拉断）板件被拉断 以上破坏形式予以以上破坏形式予以计算计算解决解决钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure知识点知识点5 5: :普通螺栓抗剪连接破坏形式普通螺栓抗剪连接破坏形式第第3 3章章 连连 接接（4 4）板件端部被剪断）板件端部被剪断（拉豁拉豁) )（5 5）栓杆弯曲破坏）栓杆弯曲破坏这这两两种种破破坏坏构构造造解解决决202edt5d钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure知识点知识点6 6: :普通螺栓与高强螺栓普通螺栓与高强

18、螺栓第第3 3章章 连连 接接1 1、普通普通螺栓：螺栓：靠螺栓杆自身的抗剪能力来抵抗外荷载靠螺栓杆自身的抗剪能力来抵抗外荷载2 2、高强高强螺栓：螺栓：通过预压力所产生的摩擦力来抵抗外荷载通过预压力所产生的摩擦力来抵抗外荷载摩擦型高强螺栓：摩擦型高强螺栓：摩擦力被克服摩擦力被克服，被连接的构件发生，被连接的构件发生相对滑移相对滑移承压型高强螺栓：承压型高强螺栓：螺栓杆受剪破坏螺栓杆受剪破坏 或或 孔壁挤压破坏孔壁挤压破坏极限状态极限状态钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第4 4章章 轴轴 压压 知识点知识点1 1: :轴心

19、受力构件的强度和刚度轴心受力构件的强度和刚度对于承载能力极限状态，轴心受拉构件只有对于承载能力极限状态，轴心受拉构件只有强度问题强度问题，而轴心受压，而轴心受压构件同时有构件同时有强度强度和和稳定问题稳定问题。对于正常使用极限状态，两种构件都有刚。对于正常使用极限状态，两种构件都有刚度方面的要求，一般是通过限制其度方面的要求，一般是通过限制其长细比长细比来达到的。来达到的。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第4 4章章 轴轴 压压 知识点知识点2 2: :轴心受压构件的整体稳定轴心受压构件的整体稳定对于构件或结构，随着荷载的

20、增加，变形逐步增加，这样构件就有对于构件或结构，随着荷载的增加，变形逐步增加，这样构件就有可能从稳定的可能从稳定的平衡状态平衡状态，经过，经过临界平衡状态临界平衡状态，进入，进入不稳定的平衡状态不稳定的平衡状态，此时轻微的扰动将使结构或构件产生很大的变形而最后丧失承载能力，此时轻微的扰动将使结构或构件产生很大的变形而最后丧失承载能力，这种现象称为这种现象称为结构或构件失去稳定性结构或构件失去稳定性。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第4 4章章 轴轴 压压 知识点知识点3 3: :轴压构件的屈曲形式轴压构件的屈曲形式1 1、

21、弯曲屈曲：、弯曲屈曲：双轴对称工字型截面双轴对称工字型截面2 2、扭转屈曲：、扭转屈曲：双轴对称十字型截面双轴对称十字型截面3 3、弯扭屈曲：、弯扭屈曲：单轴对称单轴对称T T型截面型截面钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第4 4章章 轴轴 压压 知识点知识点4 4: :实际实际轴压构件的轴压构件的临界应力临界应力实际轴压构件的临界应力：实际轴压构件的临界应力：理想轴心压杆的弹性弯曲稳定临界力：理想轴心压杆的弹性弯曲稳定临界力：欧拉公式欧拉公式钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel

22、 Structure第第4 4章章 轴轴 压压 知识点知识点5 5: :实际实际轴压构件的轴压构件的临界应力临界应力工程中实际的轴心压杆与理想的弹性直杆有很大区别，杆件不可避免地工程中实际的轴心压杆与理想的弹性直杆有很大区别，杆件不可避免地存在诸如存在诸如初弯曲初弯曲、初偏心初偏心、残余应力残余应力以及以及材质不均匀材质不均匀等等初始缺陷初始缺陷，导致杆件，导致杆件的稳定性与理想压杆有很大的区别。的稳定性与理想压杆有很大的区别。其中初弯曲、初偏心称为几何缺陷，材质不均匀导致的截面各部分屈服其中初弯曲、初偏心称为几何缺陷，材质不均匀导致的截面各部分屈服强度不一致和残余应力为力学缺陷，其中影响承载

23、力最大的是残余应力、初强度不一致和残余应力为力学缺陷，其中影响承载力最大的是残余应力、初弯曲和初偏心。弯曲和初偏心。按照设计原则，压杆所受的压力按照设计原则，压杆所受的压力N N不应超过压杆的极限承载力不应超过压杆的极限承载力N Nu u（即压溃荷（即压溃荷载）载）, ,或者压应力或者压应力u u不应超过压杆的整体稳定极限应力不应超过压杆的整体稳定极限应力, ,考虑分项系数考虑分项系数R R得：得：规范规范规定轴心压杆的整体稳定计算采用下式：规定轴心压杆的整体稳定计算采用下式：钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第4 4章章

24、轴轴 压压 知识点知识点5 5: :实际实际轴压构件的轴压构件的临界应力临界应力只需计算只需计算稳定系数稳定系数即可即可截面大小和形状截面大小和形状钢材种类钢材种类杆件长度杆件长度弯曲方向弯曲方向残余应力水平及分布残余应力水平及分布第第4 4章章 轴轴 压压 知识点知识点6 6: :柱子曲线柱子曲线工程上将压杆的工程上将压杆的整体稳定系数整体稳定系数与与长细比长细比之间的关系曲线称为之间的关系曲线称为柱子曲线柱子曲线规范规范采用最大强度采用最大强度准则的逆算单元长度法，取不同准则的逆算单元长度法，取不同的截面尺寸和残余应力模式，这的截面尺寸和残余应力模式，这四条曲线各代表一组截面，截面四条曲线

25、各代表一组截面，截面分类见表分类见表 4.4(a)4.4(a)表表 4.4(b)4.4(b)第第4 4章章 轴轴 压压 知识点知识点7 7: :计算长度计算长度1. 1. 对截面为双轴对称或极对称的构件：对截面为双轴对称或极对称的构件：2. 2. 对截面为单轴对称的构件，绕非对称主轴弯曲：对截面为单轴对称的构件，绕非对称主轴弯曲：钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第4 4章章 轴轴 压压 知识点知识点8 8: :计算长度计算长度第第4 4章章 轴轴 压压 知识点知识点9 9: :截面类型截面类型第第4 4章章 轴轴 压压 知

26、识点知识点1010: :换算长细比换算长细比格构式轴心受压构件的设计格构式轴心受压构件的设计当构件绕虚轴发生弯曲失稳时，因为剪力要由比较柔弱的缀材负担，剪当构件绕虚轴发生弯曲失稳时，因为剪力要由比较柔弱的缀材负担，剪切变形较大，导致构件产生较大的附加侧向变形，这对构件临界力的降低是切变形较大，导致构件产生较大的附加侧向变形，这对构件临界力的降低是不能忽略的。不能忽略的。经理论分析，用加大的长细比（称作经理论分析，用加大的长细比（称作换算长细比换算长细比）0 x 0 x 来代替对来代替对 x x 轴轴的长细比的长细比x x ，就可以计算出考虑剪切变形影响的格构式轴心压杆的临界力。，就可以计算出考

27、虑剪切变形影响的格构式轴心压杆的临界力。第第4 4章章 轴轴 压压 知识点知识点1111: :整体稳定与局部稳定整体稳定与局部稳定1 1、整体稳定整体稳定：当荷载增大到某一限值时，构件在当荷载增大到某一限值时，构件在弯曲的同时，将发生侧向弯曲和扭转变弯曲的同时，将发生侧向弯曲和扭转变形而破坏。形而破坏。2 2、局部稳定局部稳定：轴心受压杆件一般是由若干个板件轴心受压杆件一般是由若干个板件组成，且板件的厚度与宽度相比都比较组成，且板件的厚度与宽度相比都比较小，当杆件受压时，由于沿外力作用方小，当杆件受压时，由于沿外力作用方向受压应力作用，板件本身也有可能发向受压应力作用，板件本身也有可能发生翘曲变形而退出工作。生翘曲变形而退出工作。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第3 3章章 连连 接接计算计算1 1: :角焊缝连接计算角焊缝连接计算1 1、轴心力作用下、轴心力作用下2f1t1.2ht1.5焊脚尺寸焊脚尺寸：钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of St