鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理(遼工大)

1、遼工大鋼結(jié)構(gòu)王維維課上所畫加以整理1、鋼結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：鋼材強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)重量輕（鋼屋架的重量僅為鋼筋混凝土屋架的1/31/4）材質(zhì)均勻，且塑性韌性好良好的加工性能和焊接性能密封性好鋼材的可重復(fù)使用性鋼材耐熱不耐火（耐火性差需要做防火設(shè)計(jì)）耐腐蝕性差鋼結(jié)構(gòu)的低溫冷脆傾向。2、大跨結(jié)構(gòu)：（剛度）共振（動(dòng)荷載）、延性、穩(wěn)定，采用的結(jié)構(gòu)形式有空間桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼等。3、目前我國鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法主要以概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法為主。（疲勞驗(yàn)算等以經(jīng)驗(yàn)為主）4、概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原理：作用效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R，結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)可表示為Z=R-S0 結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)=0 結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)0 結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài) 5、我國

2、規(guī)范具體推薦碳素結(jié)構(gòu)鋼中的Q235和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼中的Q345、Q390和Q420等牌號的鋼材作為承重鋼結(jié)構(gòu)用鋼。6、鋼的冶金缺陷，如偏析、非金屬夾雜、氣孔、縮孔和裂紋等。7、冷加工包括冷軋、冷彎、冷拔等延伸性加工，也包括剪、沖、鉆、刨等切削性加工。8、鋼材的主要性能：力學(xué)、物理、化學(xué)性能。9、鋼材的破壞形式有：塑性破壞、脆性破壞。10、鋼材拉伸的四階段：比例、屈服、強(qiáng)化、頸縮階段。11、鋼材的三個(gè)重要力學(xué)指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度fu、伸長率和屈服點(diǎn)fy。（伸長率和斷面收縮率，塑性）12、鋼材的其他性能：冷彎性能、沖擊韌性。（沖擊功用Akv表示韌性抗動(dòng)荷載能力）13、隨著碳含量的提高，鋼的強(qiáng)度逐漸增

3、高，而塑性和韌性下降，冷彎性能、焊接性能和抗銹蝕性能等也變劣。14、我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ81-2002建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程推薦使用碳當(dāng)量來衡量低合金鋼的可焊性。15、鋼材的硬化有三種情況：時(shí)效硬化、冷作硬化和應(yīng)變時(shí)效硬化。人工時(shí)效是據(jù)應(yīng)變時(shí)效硬化提出來的。16、應(yīng)力集中會導(dǎo)致材料難以做到“材盡其用”。17、P31應(yīng)力集中對鋼材性能的影響應(yīng)力應(yīng)變曲線圖(-)：凹凸明顯的，脆性強(qiáng)，越易出現(xiàn)三向拉應(yīng)力。18、P32不同應(yīng)變速率下鋼材斷裂吸收能量隨溫度的變化圖（溫度T-沖擊功Akv）：加荷速度越快，溫度轉(zhuǎn)變越高19、當(dāng)溫度低于常溫時(shí)，隨著溫度的降低，鋼材的強(qiáng)度提高，而塑性和韌性降低，逐漸變脆，稱為鋼材

4、的低溫冷脆。（注意工作溫度（質(zhì)量等級ABCDE，A不要求，B常溫，C 0，D -20，E -40）20、P34沖擊韌性（Akv）與工作溫度(T)的關(guān)系圖：溫度T1也稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度，溫度T2也稱為全塑性轉(zhuǎn)變溫度，T0為轉(zhuǎn)變溫度（拐點(diǎn)）。（TT1脆性，T1TT2半塑半脆，TT2塑性）T1TT2 TAkvTT1或TT2 T對Akv沒啥影響。21、防止脆性斷裂的方法：合理設(shè)計(jì)、正確制造、合理使用。22、我國的建筑用鋼主要為碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、建筑結(jié)構(gòu)用鋼板。23、鋼材根據(jù)化學(xué)成分和沖擊韌性的不同劃分為A、B、C、D共4個(gè)質(zhì)量等級，按字母順序由A到D，表示質(zhì)量等級由低到高。“F”沸騰鋼“Z

5、”和“TZ”分別代表鎮(zhèn)靜鋼和特種鎮(zhèn)靜鋼。24、鋼材選用原則和建議（規(guī)范）：為了保證承重結(jié)構(gòu)的承載能力，防止在一定條件下出現(xiàn)脆性破壞，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、連接方法、工作環(huán)境、應(yīng)力狀態(tài)和鋼材厚度等因素綜合考慮，選用合適牌號和質(zhì)量等級的鋼材。（規(guī)范）承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格證，對焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有含碳量的合格保證。焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材，還應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證。25、鋼結(jié)構(gòu)的連接方法可分為焊接連接、鉚釘鏈接、螺栓連接（分為普通螺栓連接和高強(qiáng)螺栓連接（分為承壓型和摩擦型）和輕型鋼結(jié)構(gòu)用的緊固件連接等。26、焊接連接的優(yōu)點(diǎn)：

6、構(gòu)造簡單，用料經(jīng)濟(jì)，不削弱截面，制作加工方便可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大。缺點(diǎn)：熱影響區(qū)內(nèi)導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆，殘余應(yīng)力使構(gòu)件承載力降低。27、手工電弧焊所用焊條應(yīng)與焊件鋼材相適應(yīng)。對Q235鋼采用E43型焊條，E表示焊條，兩位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強(qiáng)度（單位為kgf/mm2 ，轉(zhuǎn)化成強(qiáng)度單位乘以9.8單位Mpa，如439.8Mpa）28、不同鋼種的鋼材相焊接時(shí)，宜采用低組配方案，即宜采用與低強(qiáng)度鋼相適應(yīng)的焊條。29、焊接的連接形式：對接、搭接、T形連接和角部連接。對接連接主要用于厚度相同或接近相同的兩構(gòu)件的相互連接。焊縫沿長度方向的布置分為連續(xù)角焊縫和間斷角焊縫，連續(xù)角焊縫的受

7、力性能好，為主要的角焊縫形式。30、焊縫按施焊位置分為平焊、橫焊、立焊和仰焊。平焊施焊方便（好），仰焊的操作條件最差。31、裂紋是焊縫連接中最危險(xiǎn)的缺陷。焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)一般可用外觀檢查及內(nèi)部無損檢驗(yàn)，前者檢查外觀缺陷和幾何尺寸，后者檢查內(nèi)部缺陷。內(nèi)部無損檢驗(yàn)?zāi)壳皬V泛采用超聲波檢驗(yàn)。32、P58（理解）GB50205-2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一級、二級和三級。三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合三級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)要求全焊透的一級、二級焊縫則除外觀檢查外，還要求用超聲波探傷進(jìn)行內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)，超聲波探傷不能對缺陷作出判斷時(shí)，應(yīng)采用射線探傷檢驗(yàn)，并應(yīng)符合

8、國家相應(yīng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。（理解）JGJ81-2002建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程規(guī)定，對設(shè)計(jì)要求全焊透的一級焊縫應(yīng)進(jìn)行100%的超聲波探傷檢驗(yàn)，對二級焊縫應(yīng)進(jìn)行抽檢，抽檢比例應(yīng)不少于20%。所有查出的不合格焊縫，均應(yīng)按有關(guān)規(guī)定予以補(bǔ)修至檢查合格為止。P58（3）焊縫質(zhì)量等級的規(guī)定自己看。33、鉚釘鏈接的制造有熱鉚和冷鉚。34、普通螺栓分為A、B、C三級，A級與B級為精制螺栓，C級為粗制螺栓。C級螺栓材料性能等級為4.6級和4.8級。小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字表示螺栓成品的抗拉強(qiáng)度不小于400N/mm2，小數(shù)點(diǎn)及小數(shù)點(diǎn)以后數(shù)字表示其屈強(qiáng)比為0.6或0.8。螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑打1.53mm。35、高強(qiáng)度螺栓

9、連接，螺栓抗拉強(qiáng)度應(yīng)分別不低于800N/mm2和1000N/mm2，且屈強(qiáng)比分別為0.8和0.9，其性能等級分別稱為8.8級和10.9級。36、對接焊縫包括焊透的對接焊縫和T形對接與角接組合焊縫。坡口處理施焊空間，坡口形式:直、V、U、K、X37、引弧板與引出板減少缺陷，坡度處理（改變寬度、改變厚度）減小應(yīng)力集中。38、焊縫金屬的強(qiáng)度是高于母材的。由于三級檢驗(yàn)的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的85%，而一、二級檢驗(yàn)的焊縫的抗拉強(qiáng)度可認(rèn)為與母材強(qiáng)度相等。由于對接焊縫是焊件截面的組成部分，焊縫中的應(yīng)力分布情況基本上與焊件原來的情況相同，故計(jì)算方法與構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算一樣。39、一般加引

10、弧板施焊的情況下，所有受壓、受剪的對接焊縫以及受拉的一、二級焊縫，均與母材等強(qiáng)，不用計(jì)算，只有受拉的三級焊縫才需要進(jìn)行計(jì)算。40、計(jì)算證明，當(dāng)斜焊縫傾角56.3，即tan1.5時(shí)，可與母材等強(qiáng)，不用計(jì)算。41、角焊縫是最常用的焊縫。按其與作用力的關(guān)系分為側(cè)面角焊縫、正面角焊縫和斜向角焊縫；按其截面形式可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。42、大量試驗(yàn)結(jié)果表明，側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力。正面角焊縫受力較復(fù)雜，截面的各面均存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，焊根處有很大的應(yīng)力集中。43、P67角焊縫荷載與變形關(guān)系圖：延性一定時(shí)強(qiáng)度大小，正斜側(cè)；強(qiáng)度一定時(shí)延性大小，正斜側(cè)。44、P67角焊縫的構(gòu)造要求：自己看（計(jì)算常用）

11、。焊件和節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接形式：兩面?zhèn)群浮⑷鎳负蚅形圍焊。45、焊接殘余應(yīng)力（沿焊縫長度方向的縱向焊接應(yīng)力、垂直于焊縫長度方向的橫向焊接應(yīng)力和沿厚度方向的焊接應(yīng)力）和變形的成因是：不均勻溫度場。46、焊接應(yīng)力是一種無荷載作用下的內(nèi)應(yīng)力，因此會在焊件內(nèi)部自相平衡。47、焊接應(yīng)力的影響：焊接應(yīng)力不影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度，焊接應(yīng)力會降低結(jié)構(gòu)的剛度，焊接殘余應(yīng)力會加重低溫冷脆的影響，焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯不利影響。48、合理焊縫的設(shè)計(jì)：合理的選擇焊縫的尺寸和形式，在保證結(jié)構(gòu)的承載能力的條件下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量采用較小的焊縫尺寸盡可能減少不必要的焊縫合理地安排焊縫的位置盡量避免焊縫的過分集中和交

12、叉盡量避免在母材厚度方向的收縮應(yīng)力。49、螺栓在構(gòu)件上的排列應(yīng)滿足受力、構(gòu)造和施工要求。50、螺栓連接按受力情況分為三類：螺栓只承受剪力，螺栓只承受拉力，螺栓承受拉力和剪力的共同作用。51、P92螺栓連接試件作抗剪試驗(yàn)（四階段）圖：摩擦傳力階段、滑移階段、栓桿傳力階段、彈塑性階段。普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的極限狀態(tài)相似，均以螺栓或鋼板破壞為承載力的極限狀態(tài)，而高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接是以剪力達(dá)到摩擦力極限承載力為極限狀態(tài)。52、除高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接外，受剪螺栓連接達(dá)到極限承載力時(shí)，可能的破壞形式有：螺栓桿剪斷板件被擠壞，也叫做螺栓桿承壓破壞板件被栓桿沖剪破壞（45角）板件被拉斷螺栓桿發(fā)

13、生彎曲破壞。上述第種破壞形式由螺栓端距l(xiāng)12d0來保證；第種破壞通過構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算來保證；一般情況下，被連接板件總厚度小于5倍的螺栓直徑時(shí)，第種破壞形式可以避免；因此，螺栓的受剪連接滿足上述要求后，只需考慮、兩種破壞形式。53、外拉力基本只能使板層間壓力減小，而對螺桿預(yù)拉力沒有大的影響。每個(gè)摩擦型連接的高強(qiáng)度螺栓在其桿軸方向的外拉力不得大于0.8P（P為預(yù)拉力）。54、增強(qiáng)梁整體穩(wěn)定的措施：增大梁截面尺寸，其中增大受壓翼緣的寬度是最為有效的增加側(cè)向支撐系統(tǒng)，側(cè)向支撐應(yīng)設(shè)在受壓翼緣處當(dāng)梁跨內(nèi)無法增設(shè)側(cè)向支撐時(shí)，宜采用閉合箱型截面增加梁兩端的約束提高其穩(wěn)定承載力。55、為什么當(dāng)鋼梁整體穩(wěn)定系數(shù)b0

14、.6時(shí)，要用b來代替b？當(dāng)b0.6時(shí)梁已進(jìn)入彈塑性階段，此時(shí)規(guī)范規(guī)定要對b進(jìn)行修正，用b來代替b，考慮鋼材彈塑性對整體穩(wěn)定的影響。56、加勁肋設(shè)置原則：當(dāng)h0/tw80時(shí)，c=0腹板局部穩(wěn)定能夠保證，不必配置加勁肋 當(dāng)h0/tw80時(shí)，應(yīng)配置橫向加勁肋，170h0/tw80對應(yīng)剪應(yīng)力下的屈曲，配置橫向加勁肋（0.5h0-2h0）當(dāng)h0/tw170（剪切屈曲，配置橫向加勁肋），h0/tw150（剪切屈曲，配置縱向加勁肋）時(shí)，除配置橫向加勁肋外，還應(yīng)在彎矩較大的受壓區(qū)配置縱向加勁肋。局部壓應(yīng)力很大的梁，必要時(shí)尚應(yīng)在受壓區(qū)配置短加勁肋。在任何情況下h0/tw均不宜超過250梁的支座處和上翼緣受有較大

15、固定集中荷載處，宜設(shè)置支撐加勁肋。57、柱通常由柱頭、柱身和柱腳三部分組成，柱頭支承上部結(jié)構(gòu)并將其荷載傳給柱身，柱腳則把荷載傳給基礎(chǔ)。軸心受力構(gòu)件按其截面組成形式，分為實(shí)腹式構(gòu)件和格構(gòu)式構(gòu)件。58、軸心受力構(gòu)件的剛度通常用長細(xì)比來衡量，長細(xì)比越小，表示構(gòu)建剛度越大，反之越小。59、軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲臨界力隨抗彎剛度的增加和構(gòu)件長度的減小而增大。60、屈曲狀態(tài)有：彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲、彎扭屈曲61、力學(xué)缺陷對軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲的影響殘余應(yīng)力；構(gòu)件幾何缺陷對軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲的影響初彎曲和初偏心。62、為了獲得經(jīng)濟(jì)與合理的設(shè)計(jì)效果，選擇實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)原則：等穩(wěn)定性。使構(gòu)件兩個(gè)主軸方向的穩(wěn)定承載力相同，即使x=y寬肢薄壁連接方便制造省工。63、殘余應(yīng)力對軸壓桿整體穩(wěn)定性的影響取決于哪些因素？（構(gòu)件截面形狀尺寸、殘余應(yīng)力的分布和大小，構(gòu)件屈曲時(shí)彎曲方向）。64、壓彎構(gòu)件可能有哪幾種整體破壞形式？（強(qiáng)度、彎矩作