钢结构设计原理-总复习

1、钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure题型题型1 1、单选题（、单选题（2424题，题，3636分）分）2 2、填空题（、填空题（1414分）分）3 3、简答题（、简答题（3 3题，题，1515分）分）4 4、计算题（、计算题（4 4题，题，3535分）分）钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of S

2、teel Structure1 1、强度高、重量轻、强度高、重量轻1 1、钢结构的特点、钢结构的特点第一章第一章 绪绪 论论Chapter 1 Preface to Steel Structure2 2、材质均匀、可靠性高、材质均匀、可靠性高3 3、钢材的塑性和韧性好、钢材的塑性和韧性好4 4、工业化程度高、工业化程度高5 5、良好的加工性能和焊接性能、良好的加工性能和焊接性能6 6、耐热性较好，、耐热性较好，耐火性差耐火性差7 7、耐腐蚀性差、耐腐蚀性差8 8、低温冷脆倾向、低温冷脆倾向钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结

3、构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第一章第一章 绪绪 论论Chapter 1 Preface to Steel Structure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 结构或构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形，包括结构或构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形，包括以下几个方面：以下几个方面：1. 1. 结构的极限状态结构的极限状态2 2、钢结构的设计方法、钢结构的设计方法整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆倾覆等）；

4、等）；结构构件或连接因超过材料结构构件或连接因超过材料强度而破坏强度而破坏；结构构件或连接在循环荷载作用下发生的结构构件或连接在循环荷载作用下发生的疲劳破坏疲劳破坏；结构构件或连接因结构构件或连接因过度塑性变形过度塑性变形而不适于继续承载；而不适于继续承载；结构转变为结构转变为机动体系机动体系； 结构或构件结构或构件丧失稳定丧失稳定（如压屈等）。（如压屈等）。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第一章第一章 绪绪 论论Chapt

5、er 1 Preface to Steel Structure（2 2）正常使用极限状态）正常使用极限状态 结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定值：结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定值：影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；影响正常使用的振动；影响正常使用的振动；影响正常使用的其它特定状态。影响正常使用的其它特定状态。承载力极限状态与正常使用极限状态相比，前者可能导致人身伤亡承载力极限状态与正常使用极限状态相比，前者可能导致人身伤亡和大量的财产损失，而后者对生命的危害则较小，

6、主要是引起人们和大量的财产损失，而后者对生命的危害则较小，主要是引起人们的不适，所以也应该给予足够的重视。的不适，所以也应该给予足够的重视。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第一章第一章 绪绪 论论Chapter 1 Preface to Steel Structure 在荷载效应的基本组合条件下，式（在荷载效应的基本组合条件下，式（.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，

7、并以应力形式表达的极以基本变量标准值、分项系数和组合系数，并以应力形式表达的极限状态公式。限状态公式。 1012()1.3.12nGkQ kQikGQcidiQif （）1()(1.3.13)nGkQikoGQicidif 可变荷载起控制作用时：可变荷载起控制作用时：永久荷载永久荷载起控制作用时：起控制作用时：1 1）承载能力极限状态分项系数表达式）承载能力极限状态分项系数表达式 对于一般排架和框架结构：对于一般排架和框架结构：01()nGGkQiQikif （1.3.14）钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构设计原理钢结

8、构设计原理 Design Principles of Steel Structure第一章第一章 绪绪 论论Chapter 1 Preface to Steel Structure（2 2）可变荷载的分项系数）可变荷载的分项系数 （ Q Q） -一般情况下应取一般情况下应取1.41.4； -对标准值大于对标准值大于4kN/m4kN/m2 2的工业房屋楼面结构的的工业房屋楼面结构的 活荷载标准值应取活荷载标准值应取1.31.3。（1 1）永久荷载分项系数）永久荷载分项系数 （ G）当其效应对结构不利时当其效应对结构不利时 -对可变荷载效应控制的组合，应取对可变荷载效应控制的组合，应取1.2;1.

9、2; - -对永久荷载效应控制的组合，应取对永久荷载效应控制的组合，应取1.35;1.35;当其效应对结构有利时当其效应对结构有利时 -一般情况下应取一般情况下应取1.01.0； -对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.90.9。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第一章第一章 绪绪 论论Chapter 1 Preface to Steel Structurefd 或或f钢材或连接材料强度钢材或

10、连接材料强度设计值设计值。kdRfRfAfk钢材或连接材料强度钢材或连接材料强度标准值标准值。 R钢材或连接材料抗力分项系数，对于钢材或连接材料抗力分项系数，对于Q235钢钢 R =1.087;Q345、Q390、Q420钢钢 R=1.111 。第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure1、钢材的生产、钢材的生产钢材的生产分为钢材的生产分为炼铁炼铁、炼钢炼钢和和轧制轧制三道工序。三道工序。 炼钢有三种形式：炼钢有三种形式：

11、转炉转炉、平炉平炉和和电炉电炉。浇注是指把熔炼好的钢液做成钢锭或钢坯浇注是指把熔炼好的钢液做成钢锭或钢坯-连续铸造法连续铸造法按照钢液脱氧的方法和程度不同，碳素结构钢可分为按照钢液脱氧的方法和程度不同，碳素结构钢可分为沸沸腾钢腾钢、半镇静钢半镇静钢、镇静钢镇静钢和和特殊镇静钢特殊镇静钢。 加工：加工：热加工、热处理热加工、热处理和和冷加工冷加工第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure、钢材的主要性能、钢材的主要性能钢材的

12、破坏形式：钢材的破坏形式：塑性破坏塑性破坏和和脆性破坏脆性破坏钢材的机械性能指标：钢材的机械性能指标：屈服点屈服点fy、抗拉强度抗拉强度fu、伸长率伸长率、断面收缩率断面收缩率 、冷弯性能冷弯性能和和冲击韧性冲击韧性Cv在复杂应力作用下，钢材由弹性状态转变为塑性状态的在复杂应力作用下，钢材由弹性状态转变为塑性状态的条件，用折算应力和钢材在单向应力时的屈服点相比较条件，用折算应力和钢材在单向应力时的屈服点相比较来判断。来判断。当当时钢材处于弹性阶段，时钢材处于弹性阶段，时钢材处于塑性阶段。时钢材处于塑性阶段。yeqfyeqf第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Materi

13、al of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure3、各种因素对钢材的影响、各种因素对钢材的影响外因外因 钢材在构造和加工工程中引起的钢材在构造和加工工程中引起的应力集中应力集中、温度影响温度影响、动力荷载的作用动力荷载的作用、冷作硬化冷作硬化和和时效硬化时效硬化等等 内因内因 钢材的钢材的化学成分化学成分、组织构造组织构造和和缺陷缺陷等等原则：原则：合理设计、正确制造、合理使用合理设计、正确制造、合理使用第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel

14、Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure4、钢材的疲劳、钢材的疲劳定义定义：钢材在循环荷载作用下，应力虽然低于极限强度，甚至钢材在循环荷载作用下，应力虽然低于极限强度，甚至低于屈服强度，但仍然会发生断裂破坏。低于屈服强度，但仍然会发生断裂破坏。破坏过程破坏过程：裂纹的形成：裂纹的形成-裂纹的扩展裂纹的扩展-最后的迅速断裂而最后的迅速断裂而破坏破坏破坏的类型破坏的类型：常幅疲劳和变幅疲劳：常幅疲劳和变幅疲劳非焊接结构的疲劳强度与非焊接结构的疲劳强度与循环应力比循环应力比r r有关；有关；焊接结构疲劳寿焊接结构疲劳寿命

15、与命与应力幅应力幅DD有关有关规范将不同构造和受力特点的钢构件和连接，按其疲劳性能的高规范将不同构造和受力特点的钢构件和连接，按其疲劳性能的高低归并划分为低归并划分为8 8个疲劳计算类别个疲劳计算类别，并对每个类别规定了相应的参，并对每个类别规定了相应的参数取值。数取值。第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料 Chapter 2 Material of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure5、钢材的种类、规格和选用、钢材的种类、规格和选用建筑用钢的种类：建筑用钢的种类：碳素结构钢（碳素结构钢（GB/

16、T 700GB/T 700）、低合金高强）、低合金高强度结构钢度结构钢(GB/T1591)(GB/T1591)、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢(GB/T699)(GB/T699)钢结构所用的钢材规格：钢结构所用的钢材规格：热轧成型的钢板和型钢热轧成型的钢板和型钢，以及，以及冷加冷加工成型的冷扎薄钢板工成型的冷扎薄钢板和和冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢。 钢材选择的原则：钢材选择的原则：安全可靠、经济合理安全可靠、经济合理为了保证承重结构的承载能力，防止出现脆性破坏，在选择为了保证承重结构的承载能力，防止出现脆性破坏，在选择钢材时应具体考虑以下因素：钢材时应具体考虑以下因素：结构或构件的重要性、荷载特

17、结构或构件的重要性、荷载特征、连接方式、工作环境、结构的应力状态、钢材的厚度。征、连接方式、工作环境、结构的应力状态、钢材的厚度。 第三章第三章 连连 接接Chapter 3 Connections 焊缝连接焊缝连接 螺栓连接螺栓连接钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接连接的方式连接的方式焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接焊缝连

18、接、铆钉连接和螺栓连接连接的原则连接的原则安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材 图图3.1.1 3.1.1 连接的方式连接的方式a)NNNNc)NNb)螺栓连接螺栓连接铆钉连接铆钉连接焊接连接焊接连接钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections（2 2）焊缝形式：分为）焊缝形式：分为对接焊缝对接焊缝和和角焊缝角焊缝。 对接焊缝按受力与焊缝方向分：对接焊缝按受力与焊缝方向分： 1 1）正对接焊缝）正对接焊缝( (

19、a a) )：作用力方向与焊缝方向正交。：作用力方向与焊缝方向正交。 2 2）斜对接焊缝）斜对接焊缝( (b b) )：作用力方向与焊缝方向斜交。：作用力方向与焊缝方向斜交。 角焊缝按受力与焊缝方向分：角焊缝按受力与焊缝方向分： 1 1）正面角焊缝）正面角焊缝( (c c) ) ：作用力方向与焊缝长度方向垂直。：作用力方向与焊缝长度方向垂直。 2 2）侧面角焊缝）侧面角焊缝( (c c) ) ：作用力方向与焊缝长度方向平行。：作用力方向与焊缝长度方向平行。 3 3）斜焊缝（）斜焊缝（c c）：作用力方向与焊缝方向斜交。）：作用力方向与焊缝方向斜交。图图3.1.5 3.1.5 焊缝形式焊缝形式钢

20、结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections2. 2. 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式（1 1）焊缝连接形式：分为）焊缝连接形式：分为对接、搭接、对接、搭接、T T形连接形连接和和角部连接角部连接。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections角焊缝沿长度方向的布置角焊缝沿长度方向的布置 1 1）连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝

21、形式）连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式。 2 2）间断角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中。）间断角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中。 平焊、立焊、横焊和仰焊。平焊、立焊、横焊和仰焊。 焊缝按施工位置分为：焊缝按施工位置分为： 图图3.1.6 3.1.6 施焊位置施焊位置a)焊条焊条平焊平焊d)仰焊仰焊b)立焊立焊c)横焊横焊钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算3.2.1 3.2.1 对接焊缝

22、的构造对接焊缝的构造1. 1. 对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。 图图3.2.1 对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式a a）直边缝：适合板厚）直边缝：适合板厚t t 10mm 10mm b b）单边）单边V V形、形、c c）双边）双边V V形：适合板厚形：适合板厚t t 101020mm 20mm d d）U U形、形、e e）K K形、形、f f）X X形：适合板厚形：适合板厚t t 20mm 20mm 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Pri

23、nciples of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections2.2.对接焊缝的优缺点对接焊缝的优缺点优点：优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。利于承受动力荷载。缺点：缺点：需剖口，焊件长度要求精确。需剖口，焊件长度要求精确。 3.3.对接焊缝的构造处理对接焊缝的构造处理垫板垫板垫板垫板垫板垫板图图3.2.2 3.2.2 根部加垫板根部加垫板图图3.2.3 3.2.3 对接焊缝的引弧板对接焊缝的引弧板引弧板引弧板钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principle

24、s of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections1 1）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。2 2）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。弧板和引出板，焊后将它们割除。3 3）在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差）在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm4mm以上以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧

25、做成坡度不大于1:2.51:2.5的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。图图3.2.4 不同厚度或宽度的钢板拼接不同厚度或宽度的钢板拼接a) 改变厚度改变厚度b) 改变宽度改变宽度1:2.51:2.5钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections4. 4. 对接焊缝的强度对接焊缝的强度 1 1）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。 2 2）三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗）三级检验的焊

26、缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的拉强度为母材强度的85%85%。 3 3）一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材）一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。强度相等。对接焊缝计算步骤对接焊缝计算步骤1. 确定荷载；确定荷载；2. 进行截面应力状态分析；进行截面应力状态分析；3. 计算截面几何特征值；计算截面几何特征值；4. 强度验算。强度验算。确定最不利位置；确定最不利位置；第三章 钢结构的连接3.2.2 对接焊缝计算wVwwwftIVS max wteqf11322. wcwtwwNorffANtlN wcwtwwMorffIyMWM maxmax, wcwtworf

27、ftlN 1. N1. N作用作用 maxtwlNNl矩形、工字形截面max 1 max 1 VVMM1wteqf1 . 132121 2. M,V2. M,V作用作用hh0max1 wwwtISV 11wtwfWM maxwVwwftIVS max第三章 钢结构的连接3.2.2 对接焊缝计算N,M,VN,M,V作用小结作用小结M max wVwwftIVS max矩形截面VVMMNNN wcwtMNorff maxwcwtwworffWMAN wtNeqf1 . 132max2 N N M VVMMNN工字形（T形）截面第三章 钢结构的连接3.2.2 对接焊缝计算M 1M max 1 1wt

28、MNeqf11321211.)( N N N wVwwwftIVS maxwcwtMNorff maxwtNeqf113222.max hhMM01 wwwtISV 11第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝计算3.3 角焊缝计算 焊缝形式焊缝形式焊缝焊缝夹角夹角 直角焊缝，斜角焊缝直角焊缝，斜角焊缝凸型，凹型，等边，不等边凸型，凹型，等边，不等边截面形式截面形式钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles o

29、f Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections （2 2）正面角焊缝：）正面角焊缝：焊缝垂直于受力方向焊缝垂直于受力方向，受力后应力状态较复杂。焊缝截面各面，受力后应力状态较复杂。焊缝截面各面都有正应力和剪应力，应力集中严重，焊都有正应力和剪应力，应力集中严重，焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。破坏强缝根部形成高峰应力，易于开裂。破坏强度要高一些，但塑性差，弹性模量大。度要高一些，但塑性差，弹性模量大。 （1 1）侧面角焊缝）侧面角焊缝：焊缝长度方向与受焊缝长度方向与受力方向平行，应力分布简单。力方向平行，应力分布简单。主要承受主要承受剪应

30、力剪应力，强度低，弹性模量低，但塑性，强度低，弹性模量低，但塑性较好。弹性阶段分布并不均匀，剪应力较好。弹性阶段分布并不均匀，剪应力两端大，中间小。两端大，中间小。 角焊缝的工作性能角焊缝的工作性能图图3.3.3 3.3.3 角焊缝的应力分布角焊缝的应力分布钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections2

31、.2.构造要求构造要求 角焊缝构造包括三个方面：角焊缝构造包括三个方面：焊脚尺寸、焊缝长度和减小焊脚尺寸、焊缝长度和减小焊缝应力集中的措施焊缝应力集中的措施。角焊缝的焊脚尺寸是指焊缝根脚至焊缝外边的尺寸角焊缝的焊脚尺寸是指焊缝根脚至焊缝外边的尺寸-hf（1 1）焊脚尺寸）焊脚尺寸为了保证焊缝的最小承载能力以及防止焊缝由于冷却速度为了保证焊缝的最小承载能力以及防止焊缝由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，快而产生淬硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求应满足以下要求: : a) a) 最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸( (hf,min) )钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Pr

32、inciples of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections自动焊自动焊（温度高而均匀）（温度高而均匀）：thf5 .1min手工焊角焊缝：手工焊角焊缝：t较厚焊件的厚度。较厚焊件的厚度。15 . 1minfth15 . 1minfth焊件厚度焊件厚度t4mm时：取时：取hfmin= tT形连接单面角焊缝形连接单面角焊缝（冷却快）（冷却快）：钢结构设计原理钢结构设计

33、原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connectionshfmax 1.2t t较薄焊件的板厚。较薄焊件的板厚。 b) b) 最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸(hfmax) 对板件（厚度对板件（厚度t t ）边缘的角焊缝（贴边焊）边缘的角焊缝（贴边焊）当当t6mm时，时，hfmaxt ；当当t6mm时，时，hfmaxt - (12)mm 。 为了

34、避免焊缝局部过热，烧穿较薄的焊件，减小焊接为了避免焊缝局部过热，烧穿较薄的焊件，减小焊接残余应力和残余变形，残余应力和残余变形，hf,max应满足以下要求应满足以下要求: : 直接焊接钢管结构的尺寸不宜大于支管壁厚的直接焊接钢管结构的尺寸不宜大于支管壁厚的2 2倍。倍。对于圆孔或槽孔内的角焊缝尺寸不宜大于圆孔直径对于圆孔或槽孔内的角焊缝尺寸不宜大于圆孔直径或槽孔短径的或槽孔短径的1/31/3。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 De

35、sign Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections（2 2）角焊缝计算长度）角焊缝计算长度角焊缝计算长度（角焊缝计算长度（lw）取值）取值lwminlw lwmax 焊脚尺寸的取值焊脚尺寸的取值hfmin hf hfmaxa)a) 最小计算长度最小计算长度（lwmin） 为了使焊缝能有一定的承载能力，根据使用经验，侧面角焊为了使焊缝能有一定的承载能力，根据使用经验，侧面角焊缝和正面角焊缝的计算长度均不得小于：缝和正面角焊缝的计算长度均不得小于：lwmin8hf 和和40mm lwmax60hf 若实际长度超过

36、以上数值，则超过部分不纳入计算长度中。若实际长度超过以上数值，则超过部分不纳入计算长度中。若内力沿侧焊缝全长分布时，计算长度不受此限制。若内力沿侧焊缝全长分布时，计算长度不受此限制。 b) b) 侧焊缝最大计算长度侧焊缝最大计算长度（lwmax）钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections正面角焊缝正面

37、角焊缝 f0，力力N与焊缝长度方向垂直。与焊缝长度方向垂直。侧面角焊缝侧面角焊缝 f0，力力N与焊缝长度方向平行。与焊缝长度方向平行。wffwefflhN（3.3.7）wfwefflhN（3.3.8）以上各式中：以上各式中： he=0.7hf； lw角焊缝计算长度，考虑起灭弧角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去2hf。【复习】wfffff 22 wffflhN70.）（ 焊角尺寸、有效厚度、计算长度焊角尺寸、有效厚度、计算长度NzNxNy侧面焊缝侧面焊缝正面焊缝正面焊缝两向综合两向综合wffff wfwffflhN 70. 三向围焊三向围焊

38、第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝计算2. 2. 角钢连接计算角钢连接计算a. a. 两面侧焊两面侧焊K K1 1、K K2 2 焊缝内力分配系数；焊缝内力分配系数；N N1 1、N N2 2 分别为角钢肢背和肢尖传递的内力。分别为角钢肢背和肢尖传递的内力。 NKNbeNNKNbeN21212112Ne1e2blw1lw2N1N2wffwfhNl22270. wffwfhNl11170. Ne1e2blw1lw2第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝计算b.b.三面围焊三面围焊侧面角焊缝内力为：侧面角焊缝内力为：wffffbhN 7023. 3223112121NNKNNNKN端部正面角焊缝内力为

39、：端部正面角焊缝内力为：N1N2N3wffwfhNl22270. wffwfhNl11170. 第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝计算c.“Lc.“L”型焊缝型焊缝 由由 N2 = 0： Ne1e2blw1N1N3021322 NNKNNKN232 NKKN）（211 31121NNKN wffwfhNl33370. wffwfhNl11170. 第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝计算3. M3. M、V V、N N共同作用下角焊缝计算共同作用下角焊缝计算 M M作用下，作用下，x方向应力：方向应力：V V作用下，作用下，y y方向应力：方向应力：N N作用下作用下x x方向应力：方向应力：折

40、算应力：折算应力：37026wfwMfxlhMWM. wfwVflhVAV702. wfwNfxlhNAN702. wfffff 22 NfxMfxf Vff 第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝计算4. 4. 牛腿在牛腿在M M、V V同作用下计算同作用下计算 假定：全部剪力由竖向焊缝承受；弯矩由翼缘与腹板焊缝共同承受。假定：全部剪力由竖向焊缝承受；弯矩由翼缘与腹板焊缝共同承受。1 1点：点：2 2点：点：3 3点：点： wfVffMff 222 wfMff 1 wfVffMff 223 最危险点：最危险点：第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝计算5. T5. T、V V、N N共同作用下计算共

41、同作用下计算 T T作用下各点应力计算：作用下各点应力计算：折算应力：折算应力：N N作用下应力计算：作用下应力计算：V V作用下应力计算：作用下应力计算：wfffff 22 VfyTfyf NfxTfxf wfNfxlhN70. yxxTfyyxyTfxIIrTIIrT , wfVfylhV70. 【小结】2. 2. 角钢连接计算角钢连接计算1. 1. 轴力作用下计算轴力作用下计算3. M3. M、V V、N N共同作用下角焊缝计算共同作用下角焊缝计算 4. 4. 牛腿在牛腿在M M、V V同作用下计算同作用下计算 5. T5. T、V V、N N共同作用下计算共同作用下计算 NKNbeNN

42、KNbeN212121wMfWM wfwVflhVAV70. wfwNflhNAN70. wfffff 22 yxxTfyyxyTfxIIrTIIrT ,钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections（1 1）对结构静力强度的影响）对结构静力强度的影响+-b bf fy y+-b bf fy yNyNy因

43、焊接残余应力自相平衡，故：因焊接残余应力自相平衡，故： yytyftBftbBNN 当板件全截面达到当板件全截面达到fy，即即N=Ny时：时：结论：结论：焊接残余应力焊接残余应力不会不会影响影响结构结构的静力强度的静力强度+-f fy yb bB Bt ttbBNftbN)(cyt3.4.2 3.4.2 焊接应力和变形对结构工作性能的影响焊接应力和变形对结构工作性能的影响1.1.焊接残余应力的影响焊接残余应力的影响钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原

44、理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections（2 2）对结构刚度的影响）对结构刚度的影响当焊接残余应力存在时，因截面的当焊接残余应力存在时，因截面的bt部分拉应力已经达到部分拉应力已经达到fy ，故该故该部分刚度为零（屈服），这时在部分刚度为零（屈服），这时在N作用下应变增量为：作用下应变增量为： EtbBN DD1 +-b bf fy yNN+-f fy yNNb bB Bt t1 2EtBN DD2 当截面上没有焊接残余应力时，在当截面上没有焊接残余应力时，在N作用下应变增量为

45、：作用下应变增量为：结论：焊接残余结论：焊接残余应力使结构变形应力使结构变形增大，即增大，即降低了降低了结构的刚度结构的刚度。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections（3 3）对低温冷脆的影响）对低温冷脆的影响（4 4）对疲劳强度的影响）对疲劳强度的影响 对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力

46、，阻碍塑对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力，阻碍塑性的发展，使裂缝容易发生和发展，增加了钢材低温脆断倾向。性的发展，使裂缝容易发生和发展，增加了钢材低温脆断倾向。所以，所以，降低或消除焊接残余应力降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要是改善结构低温冷脆性能的重要措施。措施。 在焊缝及其附近主体金属焊接残余拉应力通常达到钢材的屈在焊缝及其附近主体金属焊接残余拉应力通常达到钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感区域。因此焊接残服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响不利影响。 对于轴

47、心受压构件，焊接残余应力使其挠曲刚度减小，对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠曲刚度减小，降低降低压压杆的稳定承载力。杆的稳定承载力。（5 5）对压杆稳定的影响）对压杆稳定的影响钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓种类普通螺栓种类C

48、级级-粗制螺栓粗制螺栓，性能等级为，性能等级为4.6或或4.8级；级；4表示表示f fu u400N/mm400N/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d) (d) 1 13mm3mm。A、B级级-精制螺栓精制螺栓，性能等级为，性能等级为5.6或或8.8级级; ;5或或8表示表示f fu u500500或或800800N/mmN/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)

49、-栓杆直径栓杆直径(d)(d)mm0.5mm。按其加工的精细程度和强度分为按其加工的精细程度和强度分为: :A、B、C三个级别。三个级别。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.5.1 3.5.1 螺栓的排列和构造要求螺栓的排列和构造要求 螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力

50、要求，构造合理螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理又便于安装。排列的方式有又便于安装。排列的方式有并列并列排列和排列和错列错列排列两种。排列两种。图图3.5.1 螺栓的排列方式螺栓的排列方式1.1.螺栓的排列螺栓的排列并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面的削弱较大；错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓空排列不截面的削弱较大；错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓空排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。如并列紧凑，连接板尺寸较大。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principle

51、s of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections(1)(1)受力要求（受力要求（P61P61表表3-53-5） 因此规范从受力的角度规定了最大和最小容许间距因此规范从受力的角度规定了最大和最小容许间距下限：下限：防止孔间板破裂防止孔间板破裂3d0上限：上限：防止板间张口和鼓曲防止板间张口和鼓曲。b）螺孔中心距限制螺孔中心距限制a）端距限制端距限制防止孔端钢板剪断防止孔

52、端钢板剪断，2d0 ；中心距太大中心距太大0 ，e 则表示所有则表示所有螺栓受拉，螺栓群绕形心轴螺栓受拉，螺栓群绕形心轴旋转。旋转。大偏心受拉大偏心受拉当当Nmin ，构件构件B绕绕A点点（底排螺栓）旋转趋势，偏于安全（底排螺栓）旋转趋势，偏于安全取中和轴位于最下排螺栓取中和轴位于最下排螺栓O处，受处，受拉力最大的螺栓要求满足：拉力最大的螺栓要求满足：b1t2iiNe yNNy （3.5.16）y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connect

53、ions钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.5.4 3.5.4 剪拉螺栓群的计算剪拉螺栓群的计算同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓有两种可能破坏形式：同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓有两种可能破坏形式：一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破坏。一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破坏。试验研究结果表明，兼受剪力和拉力的螺杆分别除以各自单试验研究结果表明，兼受剪力和拉力的螺杆分别除以各自单独作用的承载力，所得的相关关系近似为圆曲线。独作用的承载力，所得的相关关系

54、近似为圆曲线。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections规范规定：同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓，应分别规范规定：同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓，应分别符合下列公式的要求：符合下列公式的要求： 验算剪验算剪- -拉联合作用：拉联合作用：12btt2bvvNNNN（3.5.17）bvcVNN

55、n（3.5.18）验算孔壁承压：验算孔壁承压：NVb单个螺栓抗剪承载力设计值；单个螺栓抗剪承载力设计值；Ncb单个螺栓承压承载力设计值单个螺栓承压承载力设计值Ntb单个螺栓抗拉承载力设计值；单个螺栓抗拉承载力设计值；Nv 、Nt单个螺栓承受的最大剪力和拉力设计值。单个螺栓承受的最大剪力和拉力设计值。 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接

56、Chapter 3 Connections3.6 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材料材料 高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母、垫圈的合称。高高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母、垫圈的合称。高强度螺栓常用钢材有优质碳素钢中的强度螺栓常用钢材有优质碳素钢中的4545号钢，合金钢中的号钢，合金钢中的2020锰钛硼钢等。制成的螺栓有锰钛硼钢等。制成的螺栓有8.88.8级和级和10.910.9级。级。3.6.1 高强度螺栓的工作性能和构造要求高强度螺栓的工作性能和构造要求分类分类按受力特征的不同高强度螺栓分为两类，按受力特征的不同高强度螺栓分为两类，摩擦型高强摩擦型高强度螺栓度螺栓通过板件

57、间摩擦力传递内力，破坏准则为克服摩擦通过板件间摩擦力传递内力，破坏准则为克服摩擦力；力；承压型高强度螺栓承压型高强度螺栓受力特征与普通螺栓类似。在外力受力特征与普通螺栓类似。在外力的作用下螺栓承受剪力和拉力。的作用下螺栓承受剪力和拉力。高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，使螺杆产生预拉力而压紧构高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，使螺杆产生预拉力而压紧构件接触面，靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移，以达到件接触面，靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移，以达到传递外力的目的。传递外力的目的。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接

58、接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.6.2 3.6.2 高强度螺栓摩擦型连接计算高强度螺栓摩擦型连接计算1.受剪连接承载力受剪连接承载力 单个高强度螺栓抗剪承载力设计值单个高强度螺栓抗剪承载力设计值: :0.90.9抗力分项系数抗力分项系数 R R的倒数的倒数( ( R R=1.111);=1.111); nf f传力摩擦面数目传力摩擦面数目; ; 摩擦面抗滑移系数摩擦面抗滑移系数; ; P P预拉力设计值预拉力

59、设计值. .)4 . 6 . 3(9 . 0PnNfbv2.受拉连接承载力受拉连接承载力)5 . 6 . 3(8 . 0 PN bt 单个高强度螺栓抗拉承载力设计值单个高强度螺栓抗拉承载力设计值: :钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections)6 . 6 . 3(1bvvbttNNNN和和抗抗剪剪承承

60、载载力力设设计计值值。单单个个高高强强度度螺螺栓栓的的抗抗拉拉、；担担的的拉拉力力和和剪剪力力设设计计值值外外力力作作用用下下每每个个螺螺栓栓承承、 bvbtvtNNNN3.3.同时承受剪力和拉力连接的承载力同时承受剪力和拉力连接的承载力尽管当尽管当NtP 时，栓杆的预拉力变化不大，但由于时，栓杆的预拉力变化不大，但由于随随N Nt t的增的增大而减小，大而减小，且随且随Nt的增大板件间的挤压力减小，故连接的抗的增大板件间的挤压力减小，故连接的抗剪能力下降。剪能力下降。实验结果表明，外加剪力和拉力与高强螺栓的受拉、受剪承实验结果表明，外加剪力和拉力与高强螺栓的受拉、受剪承载力设计值之间为线性关