上海理工大学-环境与建筑学院-土木工程-钢结构基本原理-总复习.ppt

1、钢 结 构基本原理,第一章 绪 论 第二章 钢结构的材料 第三章 钢结构的可能破坏形式 第四章 钢结构的连接 第五章 轴心受力构件 第六章 受弯构件 第七章 拉弯和压弯构件,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,2,第一章 绪 论,第一节 钢结构的特点及应用 第二节 我国钢结构的发展现状及趋势 第三节 钢结构的主要结构形式及组成 杆件分类 第四节 钢结构的连接方法及分类,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,3,1、优点 材料力学性能好，重量轻 强度高 如： C20, fc=10N/mm2 ; 钢Q23

2、5 f=215N/mm2 塑性好 韧性好 30m 钢屋架重 4t5t ， 30m R.C屋架重 14t17t 材质均匀，可靠性高 工业化程度高，施工周期短 密封性好 抗震性能好 具有一定的耐热性,一、钢结构的特点,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,4,2、缺点 钢材价格相对较贵 综合考虑时，对于高层建筑，钢结构的造价与混凝土基本持平。 耐火性差 当钢表面的温度达300400以后，其强度，弹性模量显著下降，600时几乎为0。 耐锈蚀性差 需定期维护，增加了维护费用。,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USS

3、T,5,铆接连接 焊接连接 普通螺栓连接 高强螺栓连接 熔嘴电渣焊（高层建筑箱形柱内横隔板焊接） 电阻点焊 自攻螺钉和射钉 焊钉,一般钢结构用,轻型钢结构（冷弯薄壁钢结构）用,二、钢结构的连接方法及分类,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,6,三、钢结构计算方法,以概率论为基础的极限状态设计法,四、钢结构的设计指标,钢材和连接的强度设计值等于材料的标准值除以抗力分项系数，不同钢材厚度或直径取值不同。,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,7,第二章 钢结构的材料 一、钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类

4、*,钢材牌号由：“Q、屈服点值、质量等级、脱氧方法”四部分组成。 Q：表示“屈”字拼音首位字母，意为“屈服强度”； 质量等级：分AE五级（次序越高质量越好）； 脱氧方法：F沸腾钢； Z镇静钢； b半镇静钢；TZ特殊镇静钢。 Z 和TZ一般可以省略。 注：结构用钢主要有：普通碳素钢（低碳C 0.25 ） 低合金钢（低合金，合金元素5）,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,8,二、钢材机械性能,以强度（屈服点、抗拉强度）、塑性（伸长率）、冷弯性能、冲击韧性衡量。,三、钢材的选择,承重结构的钢材，宜选用Q235、Q345，Q390等 不宜使用Q235-

5、AF的结构：焊接结构中重级工作制结构，冬季温度低于-20的轻、中级工作制结构；非焊接结构中冬季温度低于-20的重级工作制结构,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,9,四、影响钢材力学性能的因素*,1、化学成分的影响； 2、冶金和轧制过程的影响； 3、时效硬化的影响； 4、冷作硬化的影响； 5、温度的影响； 6、应力集中和残余应力的影响； 7、复杂应力状态的影响。,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,10,1)、疲劳破坏的特点： a) 呈现脆性破坏特征 b) 破坏时，截面的应力低于钢材的抗拉强度，甚至

6、低于fy，破坏断口整齐。 2)、疲劳破坏：钢材在循环应力多次反复作用下裂纹生成、扩展以致断裂的破坏现象。疲劳破坏经历三个阶段：裂纹的形成，裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂。 3)、疲劳强度：构件在反复荷载作用下，经过一定次数的 循环后出现疲劳破坏时的最大应力。 4)、应力循环特征：连续重复荷载之下应力从最大到最小重复一周叫做一个循环。应力循环特征常用应力比来表示，拉应力取正值，压应力取负值。 5)、应力幅：应力幅表示应力变化的幅度，用 =max- min表示，应力幅总是正值。,五、钢材的疲劳和疲劳强度,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,11,4、疲

7、劳计算应注意的问题 1) 当应力变化的循环次数 次时才进行疲劳计算。 2) 由于疲劳计算采用的是容许应力幅法，计算时应取活载的标准值按弹性状态计算 ，吊车荷载不计动力系数。 3) 在应力循环中不出现拉应力的部位可不作疲劳计算。 4) 钢材的静力强度对大多数焊接连接类别的疲劳强度无显著影响。,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,12,3.1 钢结构的设计方法 3.1.1 钢结构设计方法的变迁 3.1.2 结构概率极限状态设计法 3.1.3 钢结构设计的基本规定 3.2 钢结构的可能破坏形式 3.2.1 结构的整体失稳破坏 3.2.2 结构和构件的局

8、部失稳与截面分类 3.2.3 结构的塑性破坏及应（内）力重分布 3.2.4 结构的疲劳破坏 3.2.5 结构的损伤累积破坏 3.2.6 结构的脆性断裂破坏 3.2.7 防止钢结构各种破坏的思路,第三章 钢结构的可能破坏形式,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,13,第1节 设计原理 以概率论为基础的极限状态设计方法；分项系数表达式。 两种极限状态正常使用与承载能力极限状态。 可靠性安全性、适用性、耐久性的通称 失效概率结构不能完成预定功能的概率。,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,14,第一节 钢

9、结构的连接方法 第二节 焊接结构特性 第三节 对接焊缝的构造和计算* 第四节 角焊缝的构造计算* 第五节 焊接应力和焊接变形 第六节 普通螺栓连接的构造和计算* 第七节 高强度螺栓连接的构造与计算*,第四章 钢结构的连接,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,15,第4章 钢结构的连接,第1节 钢结构的连接方法与特点 焊接连接对接焊缝，角焊缝 螺栓连接普通螺栓，高强螺栓 铆钉连接已基本被高强螺栓代替。 第2节 焊缝连接 一、焊接特性 1、焊接方法电弧焊（手工，自动埋弧以及气体保护焊）、电阻焊和气焊。 2、特点省材、方便、适用强；热影响区变脆，残余应

10、力与变形，质量变动大。 3、焊缝缺陷裂纹、气孔、未焊透、夹渣、烧穿等。,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,16,4、焊接形式 按焊件相对位置平接（对接）、搭接以及垂直连接。 按施焊位置俯焊（平焊）、横焊、立焊以及仰焊。 按截面构造对接焊缝及角焊缝 第3节 对接焊缝的构造与计算 一、构造 破口形式I型、单边V型、双边V型、U型、K型及X型。 引、落弧板 变厚度与变宽度的连接1：4斜面。 质量等级与强度一级综合性能与母材相同； 二级强度与母材相同； 三级折减强度 二、计算同构件。,2020/8/10,Dept.of Civil Engineerin

11、g, USST,17,第4节 角焊缝的构造与计算 一、构造,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,18,角焊缝分直角与斜角（锐角与钝角）两种截面。 直角型又分普通、平坡、深熔型（凹面型）； 板件厚度悬殊时角焊缝设计及边缘焊缝（P56，图3.21） 二、受力特性 正面焊缝应力状态复杂，但内力分布均匀，承载力高； 侧面焊缝应力状态简单，但内力分布不均，承载力低。 破坏为45o喉部截面，设计时忽略余高。 三、角焊缝的计算,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,19,第6节 普通螺栓连接 一、连接性能与构造 受

12、剪连接的破坏形式板端冲剪、螺杆受弯、螺杆剪切、孔壁挤压、板件净截面（直线、折线）。构造满足前两种，（e2do；t5d）。 受剪连接受力方向螺栓受力不均，一定长度时需折减。 受拉连接以螺杆抗拉强度为承载力极限。 施工及受力要求，螺栓有排布距离要求（栓距、线距、边距、端距）。 分精制（A、B级）及粗制（C级，不能用于主要受力连接） 二、计算 1、单个连接承载力 、受剪连接 抗剪与承压：,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,20,、受拉连接 、拉剪共同作用 2、螺栓群连接计算 、轴力或剪力作用 、弯矩轴力共同作用 、扭矩、轴力、剪力共同作用 其中：,2

13、020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,21,第7节 高强度螺栓连接 一、高强螺栓的受力性能与构造 按计算原则分摩擦型与承压型两种。 摩擦型抗剪连接的最大承载力为最大摩擦力。 承压型抗剪连接的对答承载力同普通螺栓（Nbmin）。 注意当连接板件较小时承压型的承载力小于摩擦型。 受拉连接时两者无区别，都以0.8P为承载力。 板件净截面强度计算与普螺的区别为50的孔前传力。 受剪连接时，螺栓受力不均，同普螺应考虑折减系数。 由于承压型设计的变形较大，直接承受动荷不易采用。 设计认为摩擦力主要分布在螺栓周围3d0范围内。,2020/8/10,Dept.of

14、Civil Engineering, USST,22,二、计算 、摩擦型螺栓连接计算 1、抗剪连接 2、抗拉连接 （抗弯时旋转中心在中排） 3、拉剪共同作用 、承压型螺栓连接计算 计算方法同普通螺栓连接，应注意 抗拉承载力 拉剪共同作用 抗弯时旋转中心在中排,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,23,4.1 焊接连接,一、焊接方法,焊缝的形式与构造 对接焊缝 角焊缝,杆件与节点板连接方式有两面侧焊、三面围焊、L型围焊,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,24,二、焊缝的计算,对接焊缝计算,1. N作

15、用,2. M、V共同作用,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,25,角焊缝计算,1. 正面角焊缝：外力方向与焊缝长度方向垂直的焊缝,2. 侧面角焊缝：外力方向与焊缝长度方向平行的焊缝,角钢连接,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,26,4.2 螺栓连接,抗剪螺栓计算 螺栓杆剪断螺栓抗剪强度计算 板件挤压破坏螺栓抗压强度计算 板件削弱处拉断净截面计算计算 板件端部剪坏构造保证：控制端部最小距离2d0 栓杆弯曲变形破坏构造保证：杆长与杆径之比5,等级表示：如4.6级指最低抗拉强度为400N/mm2,屈强

16、比为0.6的螺栓 连接方式：C级粗制螺栓和A、B级精制螺栓,抗拉螺栓计算 螺栓杆拉断螺栓抗拉强度计算,一、普通螺栓连接,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,27,二、高强螺栓连接 计算原理* 摩擦型高强度螺栓连接的板件间无相对滑移，靠板件接触面间的摩擦力来传递剪力； 承压型高强螺栓允许被连接板件间产生滑移，其抗剪连接通过螺栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力（与普通螺栓相同），所以承压型高强度螺栓比摩擦型高强度螺栓抗剪承载力大，但变形也大； 高强螺栓不论是受剪连接、受拉连接还是拉剪连接中，其受力性能主要是基于螺栓对板件产生的压力，即紧固的预拉力，即使是承

17、压型的连接，也是部分利用这一性能，因此，控制预拉力是保证高强螺栓连接质量的一个关键性因素。,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,28,第五七章 钢结构构件的计算与设计,一. 轴心受力构件,包括轴心受拉构件和轴心受压构件,强度,刚度（长细比）,整体稳定性,D. 局部稳定性：用宽厚比、高厚比限定,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,29,第5章 轴心受力构件,第1节 概述 钢结构各种构件应满足正常使用及承载能力两种极限状态的要求。 正常使用极限状态：刚度要求控制长细比 承载能力极限状态：受拉强度； 受压

18、强度、整体稳定、局部稳定。 截面形式：分实腹式与格构式 第2节 强度与刚度 净截面强度轴压构件如无截面消弱，整稳控制可不验算强度。 刚度注意计算长度。,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,30,第3节 轴压构件的整体稳定 典型的失稳形式弯曲失稳、扭转失稳及弯扭失稳； 理想构件的弹性弯曲稳定欧拉公式； 弹塑性弯曲失稳切线模量理论； 实际构件的初始缺陷初弯曲、初偏心、残余应力； 初始缺陷的影响； 肢宽壁薄的概念； 格构式截面缀条式与缀板式； 格构式轴压构件换算长细比的概念与计算； 格构轴压构件两轴等稳的概念（实腹式同）； 单肢稳定性的概念。 掌握整体

19、稳定的计算公式与方法；,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,31,第4节 实腹式截面局部稳定 局部稳定的概念板件的屈曲，局部失稳并不意味构件失效，但是局部的失稳会导致整体失稳提前发生；局部稳定承载力与支承条件、受力形式与状态及板件尺寸有关。 局部稳定的保证原则保证整体失稳之前不发生局部失稳 等稳原则局部稳定承载力等于整体稳定承载力。 等强原则局部稳定承载力等于某一整体稳定达不到的强度值。 局部稳定的控制方法限制板件的宽（高）厚比。 掌握工字形截面局部稳定的计算公式与方法。,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering,

20、USST,32,二. 受弯构件,抗弯强度,抗剪强度,整体稳定性,刚度,局部稳定性：用高厚比限定,为提高构件局部稳定性，可按规定设置加劲肋，包括横向加劲肋和纵向加劲肋。,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,33,第6章 受弯构件（梁）,第1节 概述 正常使用极限状态：控制梁的变形 承载能力极限状态：强度、整体稳定、局部稳定 梁的截面：型钢梁与组合梁 梁格布置：简单梁格、普通梁格、复杂梁格。 第二节 梁的强度与刚度 梁的工作状态 弹性阶段边缘屈服 塑性铰全截面屈服 考虑部分发展塑性，塑性发展系数 不考虑塑性发展的情况p142（动力荷载、翼缘宽厚比）

21、掌握工字型截面的塑性发展系数 梁的强度抗弯、抗剪、局部承压及折算应力（掌握计算方法系数的取用、验算部位） 梁的刚度控制挠跨比,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,34,第3节 梁的整体稳定 失稳机理重点掌握 梁的失稳形式弯扭失稳（侧向弯扭失稳） 提高梁整体稳定的措施 梁的支座问题 梁的侧向支承的受力 第4节 梁的截面设计 梁高度的确定最小高度、最大高度及经济高度。 第五节 梁的局部稳定与加劲肋 一、翼缘的局部稳定 保证原则等强原则,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,35,二、腹板加劲肋 腹板局部稳定的设计原则 限制高厚比不经济，不采用 允许局部失稳考虑屈曲后强度（轻钢结构采用） 用加劲肋减小腹板支承尺寸提高局稳承载力（普钢） 加劲肋的种类横向、纵向及短加劲肋。 加劲肋的布置 加劲肋的构造 支承加劲肋加强的横向肋，除满足横向肋的构造要求外，还应满足受力要求。 支承肋分平板式与凸缘式凸缘式应控制凸缘长度2t,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,36,三. 拉弯、压弯构件,2020/8/10,Dept.of Civil Engineering, USST,37,第7章 拉弯与压弯构件,第1节 概述 拉弯、压弯构件实际为轴力构件与受弯的组合