北京交通大学钢结构设计原理复习重点

1、。第一章导言钢结构的特点：1.重量轻、强度高、承载力大2、钢材材质好，可靠性高3.高度工业化4.良好的抗震性能5、气密水密性好6、易生锈7.耐热性好，耐火性差8、环保无污染钢结构的适用范围：1、承受大荷载、动荷载的结构2.跨度或高度大的结构3、组装好的结构或需要移动的结构4.密封要求高的结构5.轻型结构6.其他复杂的建模结构钢结构的主要形式：1.大跨度结构2.重型结构3.高层结构4.多层和高层结构5.密封结构6.活动结构7.轻型结构钢结构设计的目的是在充分满足功能要求的基础上，保证整个结构和结构构件安全可靠地工作。功能要求：1.安全：承受影响，保持稳定，不倒塌2.适用性：工作性能良好，满足使用

2、要求3.耐用性：随着时间的推移，它仍然能够满足使用要求可靠性：结构在规定的时间和条件下完成预定功能的概率。规定时间是指结构的设计使用寿命；规定条件是指正常设计、正常施工、正常使用和维护的条件。功能极限状态：当结构或结构的一部分超过一定的特定状态后，就不能满足一定的特定功能要求，这种特定状态称为功能极限状态承载力极限状态(状态1):结构或构件达到最大承载力或达到不适合连续承载的变形极限状态。例如强度、稳定性、疲劳失效正常使用极限状态(状态2):结构或部件达到正常使用或耐久性(刚性、腐蚀等)的特定极限的状态。)。包括标准组合、频率组合或准永久组合第二章钢结构材料钢的机械性能：强度、塑性、韧性、冷弯

3、性能和耐久性五项指标：抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯试验、常温(低温)冲击韧性影响钢的机械性能的因素：化学成分、冶金缺陷和轧制工艺、钢的硬化、温度影响、应力状态和加载速度两种类型的钢材损坏：1.塑性失效：失效前，构件应力达到，变形大，持续时间长。特征：断裂表面不均匀且颜色较深，因为晶体在剪切作用下相互滑动形成纤维。2.失效前变形小，无明显失效症状。部件的失效应力小于，这是由应力集中引起的。特征：断口均匀，晶粒通常在一面破碎，呈光滑晶粒。疲劳失效的定义：钢裂纹的形成和扩展导致在重复循环下断裂失效的现象称为钢的疲劳或疲劳失效。疲劳失效的发生条件：1.在重复负载下2.拉伸应力存在3.高应力集中。疲劳

4、破坏的三个阶段：裂纹形成、缓慢裂纹发展和最终快速断裂。影响疲劳失效的因素；1.压力类型2、应力循环特征和应力幅值3.循环时间(疲劳寿命)4.应力集中疲劳强度：对于轧制钢或非焊接结构，疲劳强度与最大应力、应力比、循环次数和缺口效应有关。对于焊接结构，疲劳强度与应力幅值、循环次数和缺口效应有关。应力幅度：一个循环中最大应力和最小应力之间的差异钢的静强度对疲劳性能没有显著影响。钢材的选择原则：1.结构或组件的重要性2、负荷情况(静态负荷、动态负荷)3、连接方法(焊接连接、螺栓连接)4.结构的工作条件(环境温度、腐蚀等。)5.钢的厚度第三章钢结构连接连接按连接方式分类：焊接连接、铆钉连接和螺栓连接连接

5、按功能分类：受力连接、链接连接、支持连接不同连接的使用范围：焊接：适用于静态结构，对焊适用于永久结构轴承摩擦型高强度螺栓：永久结构，内力大，直接承受动载荷。承压型高强度螺栓：内力大的永久性结构和间接承受动载荷的结构不同连接的刚度：焊接摩擦型铆钉压力型普通螺栓连接形式：根据连接部位的相互几何位置，分为对接、搭接和顶接(丁字和角接)焊接类型：对接焊缝和角焊缝焊缝类型和连接形式是不同的概念。相同类型的接头可以通过两种类型的焊接实现。焊接质量等级：第三级：目视检查，即焊缝的实际尺寸是否符合设计要求；是否有可见的裂纹、咬边等缺陷。焊缝设计强度是母材的0.85倍。第二级：无损检测被添加到外观中。20%焊缝

6、长度的超声波检查第一级：对每个焊缝的整个长度进行超声波检查，以揭示焊缝的内部缺陷。对接焊缝的计算：1.承受轴向力：当有引弧板时，焊缝的计算长度应作为几何长度，当没有引弧板时，几何长度减去焊缝的影响。2、在剪切力的作用下：3.弯矩作用下：4、弯矩、剪力和轴力同时作用：当法向应力和剪应力都很大时，应使用减小的应力。侧焊缝：平行于应力方向的焊缝称为侧焊缝。应力特性：在剪应力的作用下，它们具有良好的塑性和低强度，约为端焊缝强度的75%。剪应力沿焊缝长度不均匀分布，两端大，中间小。焊缝越长，分布越不均匀。端部焊接：垂直于应力方向的焊接称为端部焊接，应力属性：应力状态相对复杂，即既不是剪应力也不是正应力，

7、而是介于两者之间的应力有效截面(计算截面):直角角焊缝的实际失效面非常不规则。该计算假设沿45喉道截面的失效，该截面称为焊缝的有效截面。脚尺寸：指从焊脚到焊趾的尺寸。该值不应过大或过小：过小的角焊缝将导致缺陷，如收缩裂缝等，因为焊缝冷却过快；过度组装将导致焊缝烧穿较薄的焊件，增加翘曲和主要金属的焊接残余应力。较厚焊件的厚度较薄焊件的厚度，但边缘焊接需要角焊缝(2)何时焊缝长度不应太小或太大：角焊缝的计算长度不得小于和。如果长度过小，焊接部位会局部受热严重，引弧和引弧坑靠得太近，会产生缺陷，使焊缝不可靠。侧角焊缝的计算长度不应太长。静态载荷下侧角焊缝的计算长度不应大于动态载荷下的计算长度，因为在

8、弹性工作阶段，侧角焊缝的应力沿长度方向不均匀，两端大中间小。焊接长度越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不太大，在焊缝端部达到屈服强度并继续加载后，应力将逐渐变得均匀。当焊缝长度达到一定长度时，可能的损坏首先发生在焊缝的两端。(当实际长度大于上述值时，不考虑计算；当内力沿侧焊缝的全长分布时，它不受上述公式的限制)当仅使用两个侧焊缝时：1、为了避免应力传递过度弯曲和构件中应力不均匀，规范规定2、为了避免焊缝横向收缩造成的板规范中规定的拱形曲线太大(焊缝厚度较薄)角焊缝的计算：(静态负载、动态负载)详情请看这本书。产生残余应力的原因：焊接过程中，局部高温导致加热不均匀，部分区域出现塑性压缩。在冷却

9、过程中，焊缝附近的钢不能自由收缩，从而产生残余应力残余应力的三个因素：1.钢本身具有热膨胀和冷收缩特性，屈服强度随温度的升高而降低。2.不均匀加热ex5、降低材料的疲劳强度焊接应力和变形控制：1.采用合理的焊接顺序：跳焊和间歇焊2、焊缝均匀对称3、焊后矫直或给构件一个与焊接变形相反的预变形4.焊前预热和焊后热处理规范禁止3个相互垂直的焊缝相交。为什么？由于焊缝中三维应力的存在，阻碍了塑性变形，低温下容易产生和发展裂纹，加速了构件的脆性破坏。螺栓间距要求：1.应力要求：垂直应力方向：为防止螺栓的应力集中相互影响，并因截面弱化过大而降低承载力，螺栓的边缘和端部距离不应过小。正向力作用方向：为防止钢

10、板被拉断或剪切，端部距离不应过小受压构件：为防止连接板屈曲，中心距不宜过大。2.结构要求：螺栓的边缘和中间距离不能太大，以免钢板粘得太紧，水分侵入和腐蚀钢材。剪切连接的失效模式：1.螺栓杆被切断了2、孔壁挤压损坏3、盘子坏了4.板的端部被切掉(拉出):端部距离不小于2d05.螺栓杆弯曲失效：板叠厚度不超过5d前三个通过计算避免，而后两个通过构造解决。单个螺栓的抗剪能力：螺杆抗剪承载力设计值：承载力设计值：单螺栓承载力：-相同应力方向上承压构件的厚度较小降低普通螺栓组的单个螺栓的抗剪能力；在(孔径)的情况下，应进行折减，因为螺栓组在轴向力作用下的剪切连接，每个螺栓在螺栓组长度方向上的应力不均匀，

11、两端大，中间小。当时，这种不均匀性是不能考虑的。此时，即使内力重新分布，连接进入弹塑性工作状态后，各螺栓的内力也难以均匀，因此应进行折减。将螺栓承载力乘以折减系数：扭矩作用下的计算假设：1.连接板是绝对刚性的，螺栓是弹性的。性感的身体2.扭矩使连接板绕螺栓组质心转动。每个螺栓上的剪切力与螺栓到质心的距离成正比，其方向垂直于螺栓到质心的连线。在拉力和剪切力的共同作用下：检查螺栓强度：防止孔壁破碎：三种螺栓抗剪连接的传力机理；普通螺栓依靠螺栓抗剪强度和孔壁承载来传递外力；摩擦型依靠被夹持的板束接触面的摩擦力传递力，并以摩擦力克服和连接件各部件的相对滑动作为损伤的极限状态；承压型依靠螺栓剪切和孔壁承

12、载传递外力，以螺栓剪切失效或孔壁承载失效为极限承载状态摩擦螺栓承载能力：剪切能力：拉伸能力：抗剪和抗拉承载力：承压螺栓的承载力：剪切能力：、拉伸能力：抗剪和抗拉承载力：同时防止孔壁受压损坏：*当用承压高强度螺栓连接轴向拉杆时，它们能直接承受动载荷吗？不能直接承受动载荷，承重型高强度螺栓允许连接件之间滑动，并且滑动后，剪力由螺栓杆的抗剪强度和承重直径传递。他允许的外力可能大于摩擦力，导致相对滑动。在动载荷作用下，存在循环应力，可能存在疲劳损伤。*摩擦型高强度螺栓本身不存在疲劳损伤问题，为什么？因为高强度摩擦螺栓通过摩擦力传递内力，所以失效标准是克服摩擦力，摩擦力大于螺栓承受的外力。螺栓不会滑动，

13、因此不会有循环应力和疲劳失效。一旦发生滑动，高强度摩擦螺栓将被破坏。四个格构压杆的换算长细比：当构件绕虚轴弯曲且不稳定时，由于剪力由较弱的板条承受，剪切变形较大，导致构件的附加侧向变形较大，这对于构件临界力的减小是不可忽略的，因此计算被增加的长细比(换算长细比)代替。实际轴向压杆和理想轴向压杆之间有什么区别？1)材料为弹塑性材料，材料不均匀。2)有残余应力、初始弯曲、初始偏心等缺陷。轴心受压构件的失稳模式；弯曲失稳：仅发生弯曲变形，截面仅绕一个主轴旋转，杆的纵轴由直线变为曲线，这是双轴对称截面常见的失稳形式。扭转不稳定性：除了构件的支撑端，所有截面在不稳定性期间都围绕纵轴扭转，这是一些双轴对称

14、截面可能的不稳定性形式。弯曲和扭转不稳定性：当单个轴对称截面绕对称轴弯曲时，构件的弯曲变形必须伴随扭转。理想轴压构件的基本假设；1、截面几何中心(形心)和物理中心(形心)总是重合的2.杆的轴线(截面形心的连接线)是直的3、轴向力作用线与杆件轴线始终重合临界力求解步骤：1、使结构偏离初始平衡位置，产生可能的变形2、分析受力情况，作为隔离体受力图3.稳定性分析的特征方程由平衡条件建立4.用特征方程求解临界载荷欧拉临界应力：实际轴向受压构件：不可避免地存在一些初始缺陷，如初始弯曲、初始偏心、残余应力和材料不均匀等，导致压杆的稳定性与理想轴压压杆相差很大。其中，初始弯曲和初始偏心被称为几何缺陷，不均匀

15、材料和残余应力被称为机械缺陷。残余应力的影响：残余应力降低了临界载荷，其影响程度与构件的截面形状和尺寸、残余应力的分布和尺寸以及屈曲过程中构件的弯曲方向有关。残余应力对弱轴的影响较大。边缘纤维的屈服准则；边缘屈服准则以初始偏心和初始弯曲的压杆为模型，以达到屈服点的截面边缘应力为极限承载力状态。该方法应用于薄壁构件的稳定性计算，由于薄壁构件的厚度很小，不适合考虑截面的塑性发展，残余应力的影响相对较小。此外，对于虚轴上网格压杆的稳定性计算，由于塑性不能进一步发展，计算也按边屈服准则进行。最大强度标准(压碎标准):基于有初始缺陷的压杆，考虑塑性深度截面，将构件最终失效时所能达到的最大压力作为压杆的承载力极限。最大强度准则通常用于计算实际钢压杆的整体稳定承载力。为什么轴心受压构件的稳定系数要根据截面形式和相应的轴线分为四类？对于两个质心，同一个截面是否有相同的截面类别？由于各种缺陷对不同截面和不同对称轴的不同影响，曲线(柱曲线)分布在相当宽的频带内。为了减少误差和简化计算，规范是基于试验，根据截面形式，失稳方向给出了确定方向、板厚和制造方法的四条曲线(四种截面)，满足可靠性和经济性的要求。不一定相同实际轴压构件整体稳定性的实用计算方法；1、根据断面形状和加工方法确定断面分类2、计算横截面特征，3、根据计算的长度计算长细比，4.符合它与构件的长度、边界条件、外