戴国欣版钢结构基本原理课件ppt437

钢结结构构设设计计原原理理TheoryofSteelStructure1参考考资资料料1：《钢结结构构》，陈陈绍绍蕃蕃主主编编，，中中国国建建筑筑工工业业出出版版社社，，2003。2：《钢结结构构》，刘刘声声扬扬主主编编，，武武汉汉工工业业大大学学出出版版社社，，1992。3：《钢结结构构设设计计原原理理》，王王肇肇民民主主编编，，同同济济大大学学出出版版社社，，1991。4：《钢结结构构》，周周绥绥平平主主编编，，武武汉汉工工业业大大学学出出版版社社，，1997。5：《钢结结构构疑疑难难释释义义》，刘刘声声扬扬主主编编，，武武汉汉工工业业大大学学出出版版社社，，1993。6：《钢结结构构构构件件的的稳稳定定》，孙孙绍绍文文主主编编，，冶冶金金工工业业出出版版社社，，1993。7：《建筑筑钢钢结结构构设设计计》，王王肇肇民民主主编编，，同同济济大大学学出出版版社社，，2001。8：《钢结结构构设设计计规规范范理理解解与与应应用用》，崔崔佳佳等等编编著著，，中中国国建建筑筑工工业业出出版版社社，，2003。9：《钢结结构构设设计计规规范范》GB50017——2003。10：《冷弯弯薄薄壁壁型型钢钢结结构构技技术术规规程程》GB50018——2002。———————————————钢结结构构设设计计原原理理2主要要内内容容1：绪论论2：钢钢结结构构的的材材料料3：钢钢结结构构的的连连接接4：轴轴心心受受力力构构件件5：受受弯弯构构件件6：拉拉弯弯和和压压弯弯构构件件———————————————钢结结构构设设计计原原理理3第一一章章绪绪论论1.1钢结结构构的的特特点点1.2钢结结构构的的设设计计方方法法1.3钢结结构构的的应应用用和和发发展展———————————————————钢结结构构设设计计原原理理4第一一章章绪绪论论1.1钢结结构构的的特特点点1.1钢结结构构的的特特点点1.轻质质高高强强★2.塑性性、韧性性好好★3.材质质均均匀匀、性性能能稳稳定定4.制作简便便，施工工工期短短★5.密闭性好好6.耐腐蚀性性差7.耐热不耐火★5第一章绪绪论论1.2钢结构的的设计方方法1.2钢结构的的设计方方法设计方法法：以概率理理论为基基础的极限状态态设计方方法计算疲劳劳仍采用容许应力力幅法计算强度、稳稳定、连连接用荷载设计值计算疲劳、变变形用荷载标准值对于直接承受动力荷载载的结构：：在计算强度和稳稳定时，动力力荷载设设计值应乘动力系数数在计算疲劳和变变形时，动力力荷载标标准值不应乘动力系数数6第一章绪绪论论1.3钢结构的的应用与与发展1.3钢结构的的应用与与发展1.钢结构的的应用（1）重：重工业厂厂房★（2）大：大跨度结结构★（3）高：高层建筑筑、高耸耸结构★（4）动：受动荷载载作用的的厂房（5）轻：荷载较小小的轻钢钢结构★（6）小：小型、可可拆装的的结构7第一章绪绪论论1.3钢结构的的应用与与发展2.钢结构的的发展（1）高性能钢钢材的研究与与应用（2）设计方法法的改进（3）稳定理论论的进一步步发展（4）预应力钢钢结构的研究与与应用（5）空间钢结结构与高层钢结结构的研究与与应用（6）组合结构构的研究与与应用8轻质——材料的质量密度与强度的比值小Q235钢C30混凝土附1：轻质高高强Q235钢密度：7850kg/m3强度：235N/mm2C30混凝土密度：2450kg/m3强度：20N/mm29钢结构设设计原理理第二章.钢结构的的材料2.1钢结构对对材料的要求2.2钢材的破坏形式式2.3钢材的主要性能能2.4各种因素对钢材主主要性能能的影响响2.5复杂应力力作用下钢钢材的屈服条件件2.6钢材的疲劳2.7钢的种类和钢材规格10第二章钢钢结结构的材材料2.1钢结构对对材料的的要求较高的强强度2.1钢结构对对材料的的要求足够的变变形能力力。即塑塑性、韧韧性好。。良好的加加工性能能（包括括冷加工工、热加加工和可可焊性））《钢结构设设计规范范》GB50017-2003规定：承重结构构的钢材应应具有抗拉强度度、伸长率、屈服强度度和硫、磷含含量的合格保保证，对对焊接结构构尚应具有有碳含量量的合格格保证。。焊接承重重结构以以及重要要的非焊焊接承重重结构采采用的钢钢材还应具有有冷弯试验验的合格保保证。需需要验算算疲劳的焊接结构构的钢材，，应具有有常温或负负温冲击韧性性的合格保保证。对对需要验验算疲劳的非焊接结结构的钢材应应具有常温冲击韧性性的合格保保证。11第二章钢钢结结构的材材料2.2钢材的破破坏形式式塑性破坏坏：破坏前前有明显的变变形，破坏历历时时间长，可可以采取取补救措措施。2.2钢材的破破坏形式式脆性破坏坏：破坏前前没有明显的变变形，破坏发发生突然，没没有机会会补救。。脆性破坏坏的原因因：钢材内内部缺陷陷，焊接接缺陷、、构造不合理、、使用不不当等。。应尽量发发挥材料料的塑性性避免一切切脆性破破坏的可可能性12第二章钢钢结结构的材材料2.3钢材的主主要性能能一、强度度2.3钢材的主主要性能能强度指标标是由钢钢材的单向均匀匀受拉试验测得得的强度指标：比例极限；屈服强度；极限强度试验条件件：标准试件件在常温（（20℃）下缓慢慢加载，，一次完成成13第二章钢钢结结构的材材料2.3钢材的主主要性能能钢材在单单向均匀匀受拉时时工作性性能表现现为四个个阶段

弹性阶段:应力最高点对应比例极限弹性模量应力2.弹塑性阶段:应力介于和之间弹塑性模量是变数3.塑性阶段:应力达到屈服强度4.强化颈缩阶段:应力最高点对应抗拉极限14第二章钢钢结结构的材材料2.3钢材的主主要性能能钢材的工工作性能能可以看看作理想想弹性塑塑性体1.计算简便便2.与相差不大3.虽然＞，但对应的应变非常大（不满足正常使用极限状态）4.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

屈强比：Q235钢为0.57，Q345钢为0.6715第二章钢钢结结构的材材料2.3钢材的主主要性能能简化计算算,采用理想想弹塑性性模型作为钢结构设计的最大应力作为钢材实际破坏强度16第二章钢钢结结构的材材料2.3钢材的主主要性能能二、塑性性性能塑性：在静力荷载载作用下，，钢材吸吸收变形能的能力衡量塑性性能的指标：伸长率17第二章钢钢结结构的材材料2.3钢材的主主要性能能三、冲击击韧性冲击韧性性：在动力荷载载作用下，，材料吸吸收能量的能力衡量冲击击韧性的的指标：：冲击功韧性是钢钢材强度度和塑性性的综合合指标梅氏U型缺口试件:冲击试验的标准试件型式：夏比V型缺口试件:我国采用夏比V型缺口试件冲击韧性性受温度度的影响响冲击韧性性由冲击韧韧性试验验获得18第二章钢钢结结构的材材料2.3钢材的主主要性能能四、冷弯弯性能冷弯性能能是检验钢钢材适应应冷加工（常温下下加工））的能力和和显示钢材内部部缺陷状况的一一项指标标冷弯性能能是考察钢钢材在复杂应力力状态下发展塑性变形能力的指指标冷弯性能能由冷弯试验验确定19第二章钢钢结结构的材材料2.3钢材的主主要性能能钢材物理理性能指指标弹性模量泊松比剪变模量线膨胀系数质量密度20附2：拉伸试试件21附3：冲击韧韧性试验验22附4：冷弯试试验23第二章钢钢结结构的材材料2.4各种因素素对钢材材主要性性能的影影响一、化学学成分2.4各种因素素对钢材材主要性性能的影影响普通碳素素钢中Fe占99%，其他杂质元素素占1%普通低合合金钢中有＜5%的合金元元素碳（C）：钢材强度度的主要要来源，，但是随随其含量增加加，强度增加，塑性性降低，，可焊性性降低，，抗腐蚀蚀性降低低。一般控制在0.12％～0.2%，在0.2％以下时时，可焊焊性良好好硫（S）：热脆性，不得超超过0.05%磷（P）：冷脆性。抗腐蚀蚀能力略略有提高高，可焊焊性降低低。不得超过过0.045%24第二章钢钢结结构的材材料2.4各种因素素对钢材材主要性性能的影影响锰（Mn）：合金元素素。弱脱氧剂剂。与S形成MnS，熔点为1600℃，可以消消除一部部分S的有害作作用。硅（Si）：合金元素素。强脱氧剂剂。氧（O）：有害杂质质，效果果同S。氮（N）：有害杂质质，效果果同P。25第二章钢钢结结构的材材料2.4各种因素素对钢材材主要性性能的影影响二、冶金金缺陷常见的冶金缺陷陷有偏析、非金属夹夹杂、气孔、裂纹等。偏析——化学成分分分布的的不均匀匀程度。。三、加荷荷速度1．材性试试验要求求缓慢加载载2．要考虑虑动荷载对结构的的不利影响响加荷速度度高，钢材屈屈服点提提高，呈呈脆性。因此，，26第二章钢钢结结构的材材料2.4各种因素素对钢材材主要性性能的影影响四、钢材材硬化冷作硬化化—当加载超超过材料料比例极限限卸载后，，出现残余变形形，再次加加载则屈服点提提高，塑塑性和韧韧性降低低的现象，，也称““应变硬硬化”应变时效效——钢材产生生塑性变变形时，，碳、氮氮化合物物更易析析出。即即冷作硬化化的同时时可以加加速时效效硬化，因此也也称“人人工时效效”。时效硬化化——随时间的的增长，碳和氮的的化合物物从晶体中中析出，，使材料料硬化的的现象。。27第二章钢钢结结构的材材料2.4各种因素素对钢材材主要性性能的影影响五、温度度的影响响1.正温范围围100℃℃以内对钢材性性能无影响；100℃℃以上随温度升升高，总总的趋势势是强度、弹弹性模量量降低，塑性增大大250℃℃左右抗拉强度度略有提提高，塑塑性和韧韧性降低低，脆性性增加——蓝脆现象象。该温度度区段称称为“蓝蓝脆区””。260～320℃℃在应力不不变的情情况下，，钢材以以很缓慢慢的速度度继续变形——徐变现象象。600℃℃左右弹性模量量趋于零零，承载能能力几乎乎完全丧丧失。28第二章钢钢结结构的材材料2.4各种因素素对钢材材主要性性能的影影响2.负温范围围当温度低于常温温时，钢材材的脆性倾向随随温度降降低而增增加。T1～T2之间温度转变变脆性区区，冲击功功急剧下下降。而而且不同同的钢材材其脆性性转变区区温度不不同，必必须通过过试验确确定。使使用温度必须须高于T1，但不一定定高于T229第二章钢钢结结构的材材料2.4各种因素素对钢材材主要性性能的影影响六、应力力集中的的影响构造缺陷陷：构件表表面不平平整，有有刻槽、、缺口，，厚度突突变等应力集中中：由于构构造缺陷陷，应力力不均匀匀，力线线变曲折折，缺陷处有高峰应应力。应力集中中的危害害：塑性性降低，，脆性增增加构造设计计时应避免截面面突变和和尖锐角角的情况七、厚度度的影响响随着厚度度的增加加，钢材材的抗拉、抗抗压、抗抗弯、抗抗剪强度度均下降30第二章钢钢结结构的材材料2.5复杂应力力作用下下钢材的的屈服条条件2.5复杂应力力作用下下钢材的的屈服条条件假定：1.材料由弹弹性转入入塑性的的强度指指标用变变形时单单位体积积中积聚的的能量来来表达；；2.当复杂应应力状态态下变形形能等于于单轴受受力时的的变形能能时，钢材材即由弹弹性转入入塑性。。弹性状态态塑性状态态平面应力力状态梁的应力力状态纯剪应力力状态31第二章钢钢结结构的材材料2.6钢材的疲疲劳2.6钢材的疲疲劳一、钢材材疲劳破破坏的特特征1.概念钢材的疲疲劳——钢材在连续循环环荷载作用下，，当循环次数数达到某一值n时钢材的的破坏循环荷载载——结构或构构件承受受的随时间变变化的荷载应力循环环次数n——结构或构构件破坏坏时所经经历的应应力变化化次数应力幅——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。直接承受动力荷载载重复作用用的钢结构构构件及及其连接，当当应力变变化的循环次数数n≥5××104时，应进行疲疲劳计算算。32第二章钢钢结结构的材材料2.6钢材的疲疲劳同号应力循环: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）常幅疲劳劳荷载——所有应力力循环中中，应力力幅保持持常量。。变幅疲劳劳荷载——在应力循循环过程程中，应应力幅是是变量。。33第二章钢钢结结构的材材料2.6钢材的疲疲劳2.疲劳破坏坏的特点点（1）疲劳破破坏时，，应力小于材料静力强度度；（2）疲劳破破坏属于于突然的脆性破坏坏。3.疲劳破坏坏的过程程缺陷微观裂纹宏观裂纹断裂4.影响疲劳劳强度的的主要因因素（1）应力幅（2）应力循环环次数n材料内部缺陷（3）缺陷

构造缺陷（应力集中）

残余应力34第二章钢钢结结构的材材料2.6钢材的疲疲劳二、常幅幅疲劳计计算35第二章钢钢结结构的材材料2.6钢材的疲疲劳三、变幅幅疲劳计计算重级工作作制吊车车梁和重重级、中中级工作作制吊车车桁架的疲劳可可作为常幅疲劳劳，按下式式计算：：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吊车梁和和吊车桁桁架欠载载效应的的等效系系数36第二章钢钢结结构的材材料2.6钢材的疲疲劳疲劳计算算时应注注意的问问题1.直接承受动力荷载重复作用的钢结构构构件及其连连接，当应应力变化的循环次数n≥5×104时，应进行行疲劳计算算。2.疲劳计算采采用容许应力幅幅法，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.在应力循环环中不出现拉应应力的部位可不不计算疲劳劳。37第二章钢钢结构的的材料2.7钢的种类和和钢材规格格2.7钢的种类和和钢材规格格一、钢的种类1.化学成分普通碳素钢钢Q235普通低合金金钢Q345、Q390、Q420平炉成成本高，，质量好（（6小时100t左右）氧气顶吹转转炉成成本低低，质量也也可（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）脱氧程度介介于沸腾钢钢和镇静钢钢之间特殊镇静钢钢（TZ）38第二章钢钢结构的的材料2.7钢的种类和和钢材规格格4.质量等级A级：保证抗抗拉强度、、屈服点和和伸长率及及硫、磷含含量B、C、D级：保证抗抗拉强度、、屈服点、、伸长率、、冷弯和冲冲击韧性（分别别为20℃、0℃、-20℃）及碳、硅硅、锰、硫、磷磷含量E级：除满满足D级的要求外外，还要求求-40℃时的冲击韧韧性5.钢材编号碳素钢：Q×××质量等级（（A～D）脱氧程度（（F，b）低合金钢：：Q×××质量等级（（A～E）如Q235-A·F、Q345-C39第二章钢钢结构的的材料2.7钢的种类和和钢材规格格6.钢材的选择择（1）结构或构构件的重要要性；（2）荷载的种种类（静荷荷载或动荷荷载）；（3）连接方法法（焊接或或非焊接））；（4）工作条件件（温度，，腐蚀等））《钢结构设计计规范》（GB50017-2003）规定：承重结构的钢材应具具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量量的合格保证证，对焊接结构尚应具有碳碳含量的合合格保证。。焊接承重结结构以及重重要的非焊焊接承重结结构采用的的钢材还应具有冷弯试验的合格保证证。需要验验算疲劳的焊接结构的钢材，应应具有常温或负温温冲击韧性的合格保证证。对需要要验算疲劳的非焊接结构构的钢材应具具有常温冲击韧性的合格保证证。40第二章钢钢结构的的材料2.7钢的种类和和钢材规格格二、钢材的的规格1.热轧钢板（1）工字钢普通工字钢钢Ⅰ20aH型钢HW300×300×10××15T型钢TW150×300×10××15（2）槽钢[32b（3）角钢L125××10L125××80×10（4）钢管φ400××62.热轧型钢（P321，附录7型钢表）413.冷弯薄壁型型钢壁厚1.5～5mm第二章钢钢结构的的材料2.7钢的种类和和钢材规格格42钢结构设计计原理第三章.钢结构的连连接3.1钢结构的连连接方法3.2焊接方法和和焊缝连接接形式3.3角焊缝的构构造与计算算3.4对接焊缝的的构造与计计算3.5焊接应力和和焊接变形形3.6螺栓连接的的构造3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算3.8高强度螺栓栓连接的工工作性能和和计算43第三章钢钢结构的的连接3.1钢结构的连连接方法3.1钢结构的连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泛优点：不削弱截面面，方便施施工，连接接刚度大，，密闭性好好；缺点：材质易脆，，存在残余余应力，对对裂纹敏感感，疲劳性性能差。螺栓连接应用较广泛泛优点：装拆方便，，高强螺栓栓摩擦型连连接的动力力、疲劳性性能较好。。缺点：削弱了截面面。铆钉连接已基本淘汰汰优点：传力可靠，，塑性、韧韧性好，动动力性能好好。缺点：施工不便，，费工费料料。44第三章钢钢结构的的连接3.2焊接方法和和焊缝连接接形式3.2焊接方法和和焊缝连接接形式电弧焊一、焊接方法电弧焊、电电阻焊、气气焊手工电弧焊优点：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45

焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧46第三章钢钢结构的的连接3.2焊接方法和和焊缝连接接形式2.自动（半自自动）埋弧弧电弧焊优点：质量量好，效率率高；缺点：需要要专用设备备。3.气体保护焊焊优点：质量量好；缺点：对环环境要求高高。47第三章钢钢结构的的连接3.2焊接方法和和焊缝连接接形式二、焊缝连接形形式及焊缝缝形式1.焊缝连接形形式对接连接（（用盖板的的对接）、、搭接连接接、T形连接、角角部连接48附5：对接49附6：搭接50附7：T型连接51第三章钢钢结构的的连接3.2焊接方法和和焊缝连接接形式2.焊缝形式焊缝：对接接焊缝、角角焊缝

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划分52第三章钢钢结构的的连接3.2焊接方法和和焊缝连接接形式按沿长度方向的的布置划分分角焊缝：连连续角焊缝缝、间断角角焊缝按施焊位置置划分平焊、横焊焊、立焊、、仰焊平焊立焊横焊仰焊53第三章钢钢结构的的连接3.2焊接方法和和焊缝连接接形式三、焊缝缺陷和和焊缝质量量检验1.焊缝缺陷裂纹、焊瘤瘤、烧穿、、弧坑、气孔等2.焊缝质量检检验一级：外观观检查、超超声波检验验、X射线检查二级：外观检查、、超声波检检验三级：外观观检查5455第三章钢钢结构的的连接3.2焊接方法和和焊缝连接接形式四、焊缝的标注方法56第三章钢钢结构的的连接3.3角焊缝的构构造与计算算一、角焊缝的形形式和强度度3.3角焊缝的构构造与计算算按截面形式式划分直角角焊缝角焊缝

斜角角焊缝——角焊缝的焊脚尺寸——角焊缝的计算厚度（有效厚度），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）57第三章钢钢结构的的连接3.3角焊缝的构构造与计算算按受力方向向划分正面角焊缝：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58B.正面角焊缝缝的破坏形形式59第三章钢钢结构的的连接3.3角焊缝的构构造与计算算2.侧面角焊缝缝：焊缝轴线平行于力线1）主要受剪剪，剪应力力分布不均均匀，两端端大，中间间小，焊缝缝越长剪应力分布布越不均匀匀2）剪断面常常在45o斜截面上3）强度低，，但塑性好好正面角焊缝缝的强度是是侧面角焊焊缝强度的的1.35～1.55倍3.斜角角焊缝缝：焊缝轴线倾斜于力线60第三章钢钢结构的的连接3.3角焊缝的构构造与计算算二、角焊缝的构构造要求1.最小焊脚尺尺寸注：对埋弧自动焊焊，最小焊脚脚尺寸可减小1mm；对T形连接的单面角焊缝缝，应增加1mm。当焊件厚度≤4mm时，最小焊焊脚尺寸应应与焊件厚度度相同。焊脚尺寸过过小，会在在焊缝金属属中由于冷冷却速度快快而产生淬硬组织。。2.最大焊脚尺尺寸焊脚尺寸过过大，易使使母材形成成“过烧””现象，使使构件产生生翘曲、变变形和较大大的焊接应应力。61第三章钢钢结构的的连接3.3角焊缝的构构造与计算算对于贴边焊焊3.角焊缝的最最小计算长长度焊缝焊脚尺尺寸大而长长度较小时时，焊件局局部加热严严重且起落落弧的弧坑相距太太近，以及及可能产生生的缺陷，，使焊缝不不够可靠。。此外，焊焊缝集中在在一很短距距离，焊件件的应力集集中也较大大。62第三章钢钢结构的的连接3.3角焊缝的构构造与计算算4.侧面角焊缝缝的最大计计算长度侧面角焊缝缝沿长度方方向受力不不均匀，两两端大中间间小，所以以一般均规定其最最大计算长长度。注：若内力力沿角焊缝缝全长分布，则计算长长度不受此限注意：焊脚尺寸寸和焊缝计计算长度取mm的整数，小小数点以后后都进为1。63第三章钢钢结构的的连接3.3角焊缝的构构造与计算算5.搭接连接的的构造要求求为了避免应应力传递的的过分弯折折而使构件中中应力不均均匀仅有两条侧侧面角焊缝缝时为了避免焊焊缝横向收收缩时引起起板件的拱拱曲太大64第三章钢钢结构的的连接3.3角焊缝的构构造与计算算2）仅有正面面角焊缝时时为了减少收收缩应力以以及因偏心心在钢板与与连接件中中产生的次次应力3）围焊的转角处必须连续施焊。

非围焊时，可在构件转角处作长度为的绕角焊65第三章钢钢结构的的连接3.3角焊缝的构构造与计算算焊缝实际长度取为5mm的倍数，如192mm取为195mm，196mm取为200mm。66第三章钢钢结构的的连接3.3角焊缝的构构造与计算算三、直角角角焊缝强度度计算的基基本公式有效截面：作用在焊缝缝有效截面面上的应力力：角焊缝的通用计算公公式67第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算角焊焊缝缝的的基本本计计算算公公式式———角焊焊缝缝的的基基本本计计算算公公式式68第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算计算算步步骤骤（4）区分分正面面角角焊焊缝缝受力力和和侧面面角角焊焊缝缝受力力，，视视荷载种种类类(静荷荷或或动动荷荷））代代入入角角焊焊缝缝的的基基本本计计算算公公式进进行行计计算算。。（1）求求出出同一一平平面面焊缝缝群群的的形心心（2）将将荷荷载载向向形心心简化化，，找找出出最不不利利位位置置（3）分分别别求求出出各荷荷载载分分量量在最最不不利利位位置置产产生生的的应力力69第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算四、、各各种种受受力力状状态态下下直直角角角角焊焊缝缝连连接接的的计计算算1.承受受轴轴心心力力作作用用(1)用盖盖板板的的对对接接连连接接70第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算例3-1双盖盖板板对对接接连连接接的的角角焊焊缝缝计计算算条件件：：已已知知钢钢板板截截面面为为－－250××14，盖板板截截面面为为2——190××10，承受受轴心心静静力力荷荷载载设设计计值值700kN，钢材材为为Q235，焊条条为为E43型，，手工工焊焊。。要求求：：设设计计此此盖盖板板。。解：：确确定定角角焊焊缝缝的的焊焊脚脚尺尺寸寸19025251071第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算1）采采用用侧侧面面角角焊焊缝缝190252510用双双盖盖板板，，接接头头一一侧侧共共有有四四条条角角焊焊缝缝，，每条条焊焊缝缝所所需需的的计计算算长长度度为为：：72第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算2）采采用用三三面面围围焊焊正面面角角焊焊缝缝所所能能承承受受的的内内力力为为：：19025251073第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算(2)承受受斜向向轴心心力力74第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算(3)承受受轴轴心心力力的的角钢钢角角焊焊缝缝计算算1）三三面面围围焊焊75第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算2）两两面面侧侧焊焊:76第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算3）L形围围焊焊:77附8：角角钢钢与与节节点点板板的的连连接接78140第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算例3.2如图所示，双角钢2L140×90×10和节点板用直角角焊缝连接，钢材为Q345钢，焊条E50型，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？7980第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算81第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算82第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算83第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算2.承受受弯弯矩矩、、轴轴心心力力和和剪剪力力联联合合作作用用的的角角焊焊缝缝连连接接计计算算AB84第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算AB85第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算88第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算3.围焊焊缝缝承承受受剪剪力力和和扭扭矩矩作作用用时时的的计计算算假定定：（（1）构构件件是是完完全全刚刚性性的的，，角角焊焊缝缝处处于于弹弹性性状状态态；；（2）角角焊焊缝缝群群上上任任意意一一点点的的应应力力方方向向垂垂直直于于该该点点与与形形心心的连连线线，，且且应应力力大大小小与与连连线线长长度度r成正正比比。。89第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算90第三三章章钢钢结结构构的的连连接接3.3角焊焊缝缝的的构构造造与与计计算算91第三章章钢钢结结构的的连接接3.3角焊缝缝的构构造与与计算算92第三章章钢钢结结构的的连接接3.3角焊缝缝的构构造与与计算算40080－200×20－100×2010截面特特性计计算截面积积：上、下下翼缘缘及腹腹板截截面积积之和和中和轴轴（形形心））位置置：按全截截面对对某轴轴的面面积矩等于于各块块板分分别对对该轴轴的面面积矩矩之和和求得得。惯性矩矩：各板块块自身身惯性性矩再再加上上各板板块面面积乘乘以板板块中中心至至中和轴轴距离离的平平方。。93第三章章钢钢结结构的的连接接3.3角焊缝缝的构构造与与计算算40080－200×20－100×2010各点抵抵抗矩矩：惯性矩矩除以以该点点至中中和轴轴的距距离。。各点面面积矩矩：该点以以上（（或以以下））的截截面积积对中中和轴轴的面面积矩矩。如按b点以下下面积积矩计计算，，中和轴轴以上上部分分取负负值，，以下下部分分取正正值94第三章章钢钢结结构的的连接接3.3角焊缝缝的构构造与与计算算3002002005.63005.65.620095第三章章钢钢结结构的的连接接3.3角焊缝缝的构构造与与计算算3002002005.63005.65.620096第三章章钢钢结结构的的连接接3.3角焊缝缝的构构造与与计算算3002002005.63005.65.620097第三章章钢钢结结构的的连接接3.3角焊缝缝的构构造与与计算算问题：：图1中应验验算点的角角焊缝缝强度度？图2中应验验算点的角角焊缝缝强度度？98第三章章钢钢结结构的的连接接3.4对接焊焊缝的的构造造与计计算3.4对接焊焊缝的的构造造与计计算一、对对接焊焊缝的的构造造用引弧板焊接对接焊缝的坡口形式钢板的拼接>4mm99附10：带引引弧板板的对对接焊焊缝连连接100第三章章钢钢结结构的的连接接3.4对接焊焊缝的的构造造与计计算二、焊焊透的的对接接焊缝缝的计计算对接焊焊缝是是焊件件截面面的组组成部部分，，焊缝缝中的的应力力分布布情况况与焊焊件的的情况况相同同，其其计算算方法法与构构件的的强度度计算算一样样。1、轴心心受力力的对对接焊焊缝计计算（1）正对对接焊焊缝通过一一、二二级检检验的的对接接焊缝缝的强强度可可以认认为与与母材材等强强度，，连接接不必必验算算101第三章章钢钢结结构的的连接接3.4对接焊焊缝的的构造造与计计算（2）斜对对接焊焊缝如果用用正对对接焊焊缝不不能满满足强强度要要求，，可采用用斜对对接焊焊缝。。102第三章章钢钢结结构的的连接接3.4对接焊焊缝的的构造造与计计算2.承受弯弯矩和和剪力力共同同作用用的对对接焊焊缝分别验验算最大正正应力力和最大剪剪应力力，对于于同时时受有有较大大正应应力和和较大剪剪应力力处，，还应应验算算折算应应力。103第三章章钢钢结结构的的连接接3.4对接焊焊缝的的构造造与计计算104第三章章钢钢结结构的的连接接3.4对接焊焊缝的的构造造与计计算105第三章章钢钢结结构的的连接接3.4对接焊焊缝的的构造造与计计算106第三章章钢钢结结构的的连接接3.4对接焊焊缝的的构造造与计计算107第三章章钢钢结结构的的连接接3.4对接焊焊缝的的构造造与计计算问题：：图1图2图1、图2所示的的对接接焊缝缝截面面，强强度验验算应应分别别验算算哪些些点？？最大正正应力力验算算：图图1点，图图2点。最大剪剪应力力验算算：图图1点，图图2点。折算应应力验验算：：图图1点，图图2点。108第三章章钢钢结结构的的连接接3.5焊接应应力和和焊接接变形形3.5焊接应应力和和焊接接变形形2.特点：：焊接应应力是是自相平平衡的。一、焊焊接应应力产产生的的原因因和特特点原因：：焊接过过程中中存在在不均匀匀的温度度场和和局部部高温温，焊焊缝和和焊缝附附近的的钢材材不能自自由地地膨胀胀和收收缩，受到到约束束而产生焊焊接应应力。。109第三章章钢钢结结构的的连接接3.5焊接应应力和和焊接接变形形2.降低构构件的的刚度度二、焊焊接应应力对对结构构性能能的影影响对强度度无影影响：：+--110第三章章钢钢结结构的的连接接3.5焊接应应力和和焊接接变形形4.降低构构件的的疲劳劳强度度3.降低构构件的的稳定定承载载力5.加剧低低温冷冷脆1．构件件不平平整，，安装装困难难2．变轴轴心受受力构构件为为偏心心受力力构件件三、焊焊接变变形对对构件件工作作性能能的影影响111第三章章钢钢结结构的的连接接3.5焊接应应力和和焊接接变形形1．设计计方面面四、减减少焊焊接应应力和和焊接接变形形的措措施（1）对称称布置置焊缝缝，减减小变变形（2）焊缝缝不宜宜过于于集中中，不要出出现三三向交交叉焊焊缝（3）注意意施焊焊方便便，以以保证证焊接接质量量2．制造造方面面（1）焊前预热热（2）焊后热处处理（3）焊后机械械校正（4）合理施焊焊顺序（5）焊前反变变形112第三章钢钢结构的的连接3.6螺栓连接的的构造3.6螺栓连接的的构造3.施工要求：螺栓间距距不能太近近，满足净净空要求，，便于安装装2.构造要求：螺栓间距距不能太大大，避免压压不紧潮气气进入导致致腐蚀1.受力要求螺栓或铆钉钉的最大、最小小容许距离离见P52，表3.4~3.7螺栓及其孔孔眼图例见见P29，表3.3113第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算普通螺栓按按加工精度度可分为：：1.粗制螺栓（（C级）优点：安装简单单，便于拆拆装缺点：螺杆与钢钢板孔壁不不够紧密，，传递剪力力时，连接接变形较大大。宜用于承受拉力的连接中，，或用于次要结构和可拆卸结构构的受剪连接及安装装时的临时固定。2.精制螺栓（（A、B级）优点：受力性能能好缺点：安装费时时费工，且且费用较高高。目前建筑结结构中已较较少使用。。114第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓杆垂直于力线按受力情况分为拉力螺栓（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——板件之间有有相互错动的趋势抗拉连接——板件之间有有相互脱开的趋势115第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算一、普通螺栓的的抗剪连接接（1）单个螺栓栓的受剪工工作性能4）弹塑性阶段段（3～4）：连接的剪切切变形迅速速增大，直直至破坏。。1.抗剪连接的的工作性能能1）弹性阶段（0～1）：板件间相互互挤压，靠靠摩擦阻力力传力；2）滑移阶段（1～2）：摩擦阻力被被克服后，，板件间产产生滑移，，栓杆与孔孔壁相接触触，滑移量取决决于栓杆与与孔的间距距；3）栓杆直接传传力的弹性性阶段（2～3）：螺栓杆既受受剪又受弯弯，孔壁受受到挤压；；116第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算（2）受剪螺栓栓的破坏形形式1）栓杆被剪剪断2）钢板被挤挤压破坏（（螺栓承压压破坏）3）钢板被拉拉断4）钢板被剪剪坏5）杆身弯曲曲破坏117第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算（3）针对以上上破坏形式式，应采取取以下措施施1）通过计算保证螺栓抗剪2）通过计算保证螺栓抗挤压

3）通过计算保证板件有足够的拉压强度

4）螺栓端距≥——避免钢板被拉豁118第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算2.抗剪连接的的计算（1）单个普通通螺栓的抗抗剪承载力力在普通螺栓栓受剪的连连接中，单单个普通螺螺栓的承载载力设计值值应取抗剪剪承载力和和承压承载载力设计值值中的较小值。单个普通螺螺栓的抗剪承载力设计计值单个普通螺螺栓的承压承载力设计计值119第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算（2）普通螺栓栓群的抗剪剪连接计算算1）普通螺栓栓群轴心受剪120第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算普通螺栓群群轴心受剪的计算流程程121第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算340122第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算1201205050340123第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算2）普通螺栓栓群偏心受剪124第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算125第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算126第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算127第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算普通螺栓群群偏心受剪的计算流程程128第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算5050100100129第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算5050100100130第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算131第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算二、普通螺螺栓的抗拉拉连接抗拉连接的的工作性能能抗拉螺栓的的工作特点点杠杆效应——由于被连接接件的刚度度不够，在在螺栓中产产生附加应应力。规范中考虑虑杠杆效应应，降低了了螺栓的抗抗拉强度，，同时要求求设计中应应采取构造造措施以减减少不利影影响。抗拉螺栓连连接中，外外力使被连连接件的接触面互相相脱离而使使螺栓受拉拉，最后螺栓杆被拉拉断而破坏坏。132第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算2.抗拉连接的的计算（1）单个普通通螺栓的抗抗拉承载力力133第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算（2）普通螺栓栓群的抗拉拉连接计算算1）普通螺栓栓群轴心受拉134第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算假定：①在弯矩作用用下，板件件绕最边缘的螺栓旋转转；②每个螺栓受受力大小与与其到旋转转中心的距距离成正比比。2）普通螺栓栓群弯矩受拉135第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算3）普通螺栓栓群偏心受拉136第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算137第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算三、既受剪剪又受拉的的普通螺栓栓连接138第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算2001001001001005050139第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算2001001001001005050140第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算2001001001001005050141第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算2001001001001005050142第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算5×80=400143第三章钢钢结构的的连接3.7普通螺栓连连接的工作作性能和计计算5×80=400144第三章钢钢结构的的连接3.8高强度螺栓栓连接的工工作性能和和计算3.8高强度螺栓栓连接的工工作性能和和计算一、高强螺螺栓的构造造优质碳素钢：8.8级8.8S材料合金结构钢：10.9级（韧性差，只用一次）10.9S在摩擦阻力力被克服后后继续靠栓栓杆承受荷荷载，承载载力高，连连接变形比摩擦型的的大。仅用于承受受静力荷载载和间接承承受动力荷荷载结构中中的连接。采用高强度度钢材制作作的螺栓称称为高强螺螺栓。高强度螺栓栓的连接形式分为两种：：只靠挤压力力产生的摩摩擦阻力传传递剪力，，摩擦阻阻力被克服服即为破坏坏。1.摩擦型连接接2.承压型连接接145第三章钢钢结构的的连接3.8高强度螺栓栓连接的工工作性能和和计算高强螺栓的的设计准则则：以荷载设计计值引起的的剪力不超超过摩擦阻力力为设计准准则1.高强度螺栓栓摩擦型连接接（0~1）以连接达到到破坏的极极限状态为为设计准则2.高强度螺栓栓承压型连接接（0~4）高强度螺栓栓承压型连接接的的预拉力力P和连接处构构件接触面面的处理方方法应与高高强度螺栓栓摩擦型连接接相同。146第三章钢钢结构的的连接3.8高强度螺栓栓连接的工工作性能和和计算二、预拉力力的建立转角法：通过工艺艺试验，确确定满足预预拉力要求求所需角度度，在实际工程中中采用固定定转角，不不精确2.扭矩法：通过工艺艺试验，确确定满足预预拉力要求求所需扭矩矩，制做特殊扳手手，如机械械扳手，光光电扳手等等3.扭剪型高强强螺栓：一种特制制螺栓，用用特殊扳手手，拧断为为止——预拉力建立立完成147附11：扭剪型型高强度度螺栓148第三章钢钢结结构的连连接3.8高强度螺螺栓连接接的工作作性能和和计算三、高强强度螺栓栓的计算算高强度螺螺栓的抗抗剪计算算（1）高强度度螺栓摩擦型连连接149第三章钢钢结结构的连连接3.8高强度螺螺栓连接接的工作作性能和和计算（2）高强度度螺栓承压型连连接150第三章钢钢结结构的连连接3.8高强度螺螺栓连接接的工作作性能和和计算2.高强度螺螺栓的抗抗拉计算算（1）高强度度螺栓摩擦型连连接（2）高强度度螺栓承压型连连接151第三章钢钢结结构的连连接3.8高强度螺螺栓连接接的工作作性能和和计算3.同时承受受剪力和和拉力的的高强度度螺栓计计算（1）高强度度螺栓摩擦型连连接（2）高强度度螺栓承压型连连接152第三章钢钢结结构的连连接3.8高强度螺螺栓连接接的工作作性能和和计算1.高强螺栓栓群在弯弯矩作用用下的计计算2.高强螺栓栓群偏心心受拉的的计算四、高强强螺栓群群的计算算153第三章钢钢结结构的连连接3.8高强度螺螺栓连接接的工作作性能和和计算3.高强螺栓栓群在拉拉力、弯弯矩和剪剪力共同同作用下下的计算算（1）高强度度螺栓摩擦型连连接（2）高强度度螺栓承压型连连接154第三章钢钢结结构的连连接3.8高强度螺螺栓连接接的工作作性能和和计算5050100100155第三章钢钢结结构的连连接3.8高强度螺螺栓连接接的工作作性能和和计算5050100100156第三章钢钢结结构的连连接3.8高强度螺螺栓连接接的工作作性能和和计算157第三章钢钢结结构的连连接3.8高强度螺螺栓连接接的工作作性能和和计算80808080158第三章钢钢结结构的连连接3.8高强度螺螺栓连接接的工作作性能和和计算80808080159第三章钢钢结结构的连连接3.8高强度螺螺栓连接接的工作作性能和和计算80808080160第三章钢钢结结构的连连接3.8高强度螺螺栓连接接的工作作性能和和计算80808080作业：P69~70，习题3.1、3.2、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9161第4章轴轴心受力力构件4.轴心受力力构件4.1概述4.2轴心受力力构件的的强度和和刚度4.3轴心受压压构件的的稳定4.4轴心受压压柱的设设计4.5柱头和柱柱脚162第4章轴轴心受力力构件4.1概述4.1概述轴心受拉拉构件：桁架拉拉杆、网网架、塔塔架轴心受压压构件：桁架压压杆、工工作平台台柱、各各种结构构柱承载能力极限限状态：强强度、稳定定正常使用极限限状态：刚度度一、轴心受力力构件的特点点轴心受拉构件件：强度、刚度控制轴心受压构件件：强度、刚度、稳定必须同同时满足轴心受力构件件应满足两个个极限状态：：163第4章轴心受受力构件4.1概述实腹式构件：单个型钢截截面焊接组合截面面冷弯薄壁型钢钢二、轴心受力力构件的截面面形式格构式构件三、柱的组成成164165166167第4章轴心受受力构件4.2轴心受力构件件的强度和刚刚度4.2轴心受力构件件的强度和刚刚度一、强度计算算168第4章轴心受受力构件4.2轴心受力构件件的强度和刚刚度关于净截面面积169第4章轴心受受力构件4.2轴心受力构件件的强度和刚刚度用摩擦型连接接高强度螺栓栓连接的构件件的强度计算算构件净截面上上所受的力应应扣去已传走走的力同时还应验算算构件截面无无削弱处的强强度：孔前传力——由于摩擦型连连接高强度螺螺栓是靠摩擦擦力传力的，，每个螺栓所传传的力已由摩摩擦力在螺栓栓孔前传走。。用摩擦型连接接高强度螺栓栓连接的构件件，存在孔前传力170第4章轴心受受力构件4.2轴心受力构件件的强度和刚刚度ⅠⅠⅡⅡ171第4章轴心受受力构件4.2轴心受力构件件的强度和刚刚度ⅠⅠⅡⅡ172第4章轴心受受力构件4.2轴心受力构件件的强度和刚刚度二、刚度计算算受拉和受压构件的刚度是以保证其长细比限值来实现的173第4章轴心受受力构件4.3轴心受压构件件的稳定4.3轴心受压构件件的稳定第二类稳定——由于初始缺陷陷，压杆一开开始就是偏心心受力，没有平衡分枝现现象，变形从从小到大，直直到失稳破坏为止。计算方法：极极限平衡法稳定问题分为为两类：第一类稳定——由直杆平衡转转为微微弯曲曲的平衡，即即发生平衡形式的转移，，变形从无到到有，称为平平衡分枝现象，这种失稳稳通常称为屈屈曲。计算方法：欧欧拉临界力174第4章轴心受受力构件4.3轴心受压构件件的稳定两端铰接的等截面轴心心压杆的屈曲曲临界力为：：对于其它支承承情况：欧拉临界应力力欧拉（Euler）临界力——理想轴心压杆杆弯曲屈曲临临界力理想轴心压杆杆的稳定曲线线175第4章轴心受受力构件4.3轴心受压构件件的稳定一、轴心受压压构件的整体体稳定1.理想轴心受压压构件理想的轴心压压杆——等截面、无初初始变形、无无初偏心、无无残余应力、材质均均匀的轴心压压杆。由于截面形式式不同，轴心心受压构件丧丧失整体稳定定的形式有三三种:弯曲屈曲：双轴对称截面（工字钢）弯扭屈曲：单轴对称截面（槽钢，等边角钢）扭转屈曲：十字