一級注冊結(jié)構(gòu)工程師資格考試培訓(xùn)

1、級注冊結(jié)構(gòu)工程師資格考試培訓(xùn)班鋼結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)講稿第一節(jié)考試大綱及授課安排1.1鋼結(jié)構(gòu)考試大綱1掌握鋼結(jié)構(gòu)體系的布置原則和主要構(gòu)造。2掌握受彎構(gòu)件的強(qiáng)度及其整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定計算；掌握軸心受力構(gòu)件和拉彎、壓彎 構(gòu)件的計算。3掌握構(gòu)件的連接計算、構(gòu)造要求及其連接材料的選用。4熟悉鋼與混凝土組合梁、鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計原理。5掌握鋼結(jié)構(gòu)疲勞計算及其構(gòu)造要求。6熟悉塑性設(shè)計的適用范圍和計算方法。7熟悉鋼結(jié)構(gòu)的防銹、隔熱和防火措施。8 了解對鋼結(jié)構(gòu)制作、焊接、運(yùn)輸和安裝方面的要求。1.2授課安排1 .考試大綱要求分三個層次要求最高的第一層次為掌握，包括鋼結(jié)構(gòu)體系的布置原則和主要構(gòu)造、 基本構(gòu)件的

2、計算、 連接和疲勞構(gòu)造和計算；要求次之的第二層次為熟悉，包括鋼與混凝土組合梁的計算、塑性設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)的防銹、 隔熱和防火措施；要求最低的第三層次為了解，主要包括鋼結(jié)構(gòu)制作、焊接、運(yùn)輸和安裝方面的要求。2.授課安排在這一天半的時間里，著重講解第一層次要求掌握的內(nèi)容，其中主要是鋼結(jié)構(gòu)材料、基 本構(gòu)件的計算、連接和疲勞構(gòu)造和計算的部分，鋼結(jié)構(gòu)體系的布置原則和主要構(gòu)造則不專列 介紹，而是融合到前述的內(nèi)容里起介紹。第二層次的內(nèi)容則作一般介紹，側(cè)重于鋼與混凝土組合梁的計算、塑性設(shè)計，簡單介紹 鋼結(jié)構(gòu)的防銹、隔熱和防火措施。第三層次的鋼結(jié)構(gòu)制作、焊接、運(yùn)輸和安裝方面的要求只作簡單介紹。第二節(jié) 鋼材2.1鋼材

3、的破壞形式所謂塑性材料是指由于材料原始性能以及在常溫、靜載并一次加荷的工作條件之下能在 破壞前發(fā)生較大塑性變形的材料。但鋼材的塑性變形能力不僅取決于鋼材的化學(xué)成份，熔煉 與軋制過程，也取決于所處的工作條件。即使原來塑性表現(xiàn)極好的鋼材，在很低的溫度之下 受沖擊作用等情況下，也完全可能呈現(xiàn)脆性破壞。所以，不宜把鋼材劃分為塑性和彈性材料, 而應(yīng)該區(qū)分材料可能發(fā)生的塑性破壞與脆性破壞。1.塑性破壞（也稱為延性破壞）破壞前有很大的塑性變形和“縮頸”現(xiàn)象，破壞的斷口常為杯形（有與受力方向成45和垂直的兩部分組成），45斷面呈纖維狀，破壞前有明顯預(yù)兆。2.脆性破壞沒有塑性變形或只有很小塑性變形即發(fā)生的破壞，

4、斷口平直，斷面呈晶粒狀。由于變形 極小易造成突然破壞。2.2基本性能及指標(biāo)1.強(qiáng)度：鋼材在外力作用下，抵抗過大（塑性）變形和斷裂的能力。應(yīng)力所能達(dá)到的某些 最大值，也是材料本構(gòu)關(guān)系曲線上的某些應(yīng)力特征點(diǎn)。指標(biāo)：屈服點(diǎn)fy（S）極限強(qiáng)度fu（db）彈性：鋼材在外力作用下產(chǎn)生變形，在外力取消后恢復(fù)原狀的性能。指標(biāo)：比例極限fp,彈性極限fe,彈性模量Eo fy理想的塑性體：變形大且不可恢復(fù)，也沒有強(qiáng)度儲備所以一般可將鋼材視為理想的彈塑性材料。通常取屈服點(diǎn)作為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，而且取受拉和受壓的屈服點(diǎn)相同。一則極限強(qiáng)度與屈服點(diǎn)之間的強(qiáng)度差作為儲備，留有強(qiáng)度余地；二則 屈服點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)變（宏觀為變形）很小，可

5、以滿足正常使用的要求，而極限強(qiáng)度對應(yīng)的應(yīng)變（變形）很要大近20倍左右，無法滿足正常使用的要求。2.塑性：鋼材受力斷裂過程中發(fā)生不能恢復(fù)的殘余變形的能力。指標(biāo)：伸長率 一上10 100%10說明：因標(biāo)距不同，有 足（lo=5d）和io（lo=1Od），但后一種已基本上不再采用，一則 兩者共存容易產(chǎn)生混淆，二則可節(jié)省試件鋼材。斷面收縮率 ：二人一人100%Ao后者與標(biāo)距無關(guān)，表征塑性較前者更好，但測量誤差較大。塑性越好，越不容易發(fā)生脆 性斷裂，受力過程中，應(yīng)力和內(nèi)力重分布就越充分，設(shè)計就越安全，破壞前的預(yù)兆越明顯。Z向（厚度方向性能）鋼板就是采用厚度方向拉伸的斷面收縮率作為性能級別的劃分依據(jù)。3.

6、冷彎性能：常溫下鋼材承受彎曲加工變形的能力。將試件冷彎180而不出現(xiàn)裂紋或分層。定性指標(biāo)：合格或不合格。冷彎性能合格的鋼材才具有良好的常溫加工工藝性能。4.韌性：鋼材在沖擊荷載作用下，變形和斷裂過程中吸收機(jī)械能的能力。綜合反映鋼材的內(nèi)在質(zhì)量及力學(xué)性能， 是強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo)（廠&曲線和坐標(biāo)軸圍成 的面積）。是衡量鋼材抵抗因低溫、應(yīng)力集中、沖擊荷載等作用而脆性斷裂的能力。指標(biāo)：沖擊功Akv原為梅氏（Mesnager）U形缺口試件，現(xiàn)采用夏比（Charpy） V形缺口試件。5.可焊性：反映鋼材焊接的可行性及焊縫的受力性能。包含施工工藝和受力性能兩個方面的可焊性。指標(biāo)：碳當(dāng)量。建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)

7、程JGJ 81-2002 J 218-2002的.0.1 :建筑鋼結(jié)構(gòu)工程焊接難 度可分為一般、較難和難三種情況。施工單位在承擔(dān)鋼結(jié)構(gòu)焊接工程時應(yīng)具備與焊接難度相 適應(yīng)的技術(shù)條件。建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的焊接難度可按下表區(qū)分。表2.0.1建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的焊接難度區(qū)分原則、焊接難度影響因素 焊接難度節(jié)點(diǎn)復(fù)雜程 度和拘束度板厚(mm)(mm)受力狀態(tài)鋼材碳當(dāng)量C Ceq(%)(%)一般簡單對接、角接， 焊縫能自由收縮t tv 3030一般靜載拉、壓v 0.380.38較難復(fù)雜節(jié)點(diǎn)或已施加 限制收縮變形的措施3030 w t t w 8080靜載且板厚方向 受拉或間接動載0.380.38 0.450.45難

8、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)或局部返 修條件而使焊縫不能 自由收縮t t 8080直接動載、抗震設(shè) 防烈度大于8 8度 0.450.45、丄亠、旨八亠Mn Cr+Mo+VCu+Ni ,注：按國際焊接學(xué)會 (IIW)計算公式，ceq(%)=c+(%)q6515( (適用于非調(diào)質(zhì)鋼) )6.耐久性：鋼材在長期使用后的力學(xué)性能。耐腐蝕性耐老化(時效硬化)耐長期咼溫耐疲勞普通鋼材供應(yīng)提供的材性保證：三項保證：屈服點(diǎn)fy($)、極限強(qiáng)度fu( Cb)、伸長率：5四項保證：屈服點(diǎn)fy(CB)、極限強(qiáng)度fu( C)、伸長率：5、180冷彎五項保證：屈服點(diǎn)fy(ds)、極限強(qiáng)度fu( C)、伸長率：.5、180冷彎、沖擊功 A提

9、供保證的材性越多，鋼材的價格也越貴。2.3影響鋼材力學(xué)性能的主要因素決定鋼材機(jī)械和加工工藝等性能的主要因素是鋼材的化學(xué)成分及其微觀組織結(jié)構(gòu)，與鋼 材的冶煉、澆注、軋制等生產(chǎn)工藝過程也有密切的關(guān)系。此外，鋼結(jié)構(gòu)的加工、構(gòu)造、尺寸、 受力狀態(tài)、及其所處的環(huán)境溫度等對其鋼材的機(jī)械性能也有重要的影響。1.化學(xué)成分鋼的主要化學(xué)成分是鐵(Fe,在普通碳素鋼中約占99%)和少量的碳(C)。此外有錳(Mn)、 硅(Si)等有利元素，以及熔煉中很難除盡或混入的硫 (S)、磷(P)、氧(O)、氮(N)、氫(H)等有害 雜質(zhì)元素。在合金鋼中還有特意添加以改善鋼材性能的某些合金元素，如錳、釩(V)等。碳、錳、硅和雜質(zhì)

10、元素以及合金元素的含量雖少，但對鋼材性能有很大的影響。碳含量對鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性和焊接性有決定性的影響。隨著碳含量的增加，鋼材的 抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度提高；但其塑性、冷彎性能和沖擊韌性、特別是低溫沖擊韌性降低，可 焊接性也變壞。結(jié)構(gòu)鋼材的碳含量不能過高，通常不超過 0.22%。錳在碳素鋼中多是煉鋼時作為脫氧劑加入鋼液的元素，通常含量為0.30.8%;在低合金錳鋼中是作為合金元素。鋼的錳含量不太多時，能顯著改善鋼材的冷脆性能，并提高其屈服 強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，而又不過多地降低塑性和沖擊韌性； 錳對脫除鋼中有害元素氧的含量有益； 錳還能與鋼中的硫在高溫下化合成熔點(diǎn)很高 (約1600C )的硫化錳(Mn

11、S)，使鋼材熱加工時因硫 而產(chǎn)生裂紋的“熱脆”現(xiàn)象減少。但是過量的錳含量會使鋼材塑性降低。硅與鋼液中的氧有較強(qiáng)的化合作用，且能使鋼中純鐵體晶粒細(xì)小和散布均勻，是熔煉有 較好性能的鎮(zhèn)靜鋼的一種常用的脫氧劑(適量的硅可提高鋼材的強(qiáng)度，而對其塑性、冷彎性能、 沖擊韌性和焊接性無顯著的不良影響。過量的硅將降低鋼材的塑性和沖擊韌性，惡化其抗銹蝕能力和焊接性。結(jié)構(gòu)鋼中硅含量一段不超過0.3%（Q235鋼）或0.6%（Q345鋼）。釩是熔煉錳釩低合金鋼時特意添加的一種合金元素，可提高鋼材強(qiáng)度和細(xì)化鋼的晶粒； 釩的化合物具有高溫穩(wěn)定性，使鋼的高溫硬度提高。硫是鋼中一種十分有害的元素。硫與鐵化合生成硫化鐵（Fe

12、S），散布在純鐵體的間層中，當(dāng)溫度在8001200E時熔化而使鋼材出現(xiàn)裂紋，稱為“熱脆”現(xiàn)象，使鋼的熱軋性能和可 焊性變壞；硫還將降低鋼材的塑性和沖擊韌性。因此，應(yīng)嚴(yán)格限制結(jié)構(gòu)尤其是焊接結(jié)構(gòu)鋼材 的硫含量，一般要求不超過 0.0350.050%。磷也是一種有害的元素，其有害作用主要是使鋼在低溫時韌性降低并容易產(chǎn)生脆性破壞， 稱為“冷脆”現(xiàn)象；在高溫時也使塑性變差。因此，結(jié)構(gòu)鋼材中也應(yīng)嚴(yán)格限制磷含量，一般 要求不超過0.0350.045%。氧、氮、氫通常是在鋼熔融時從空氣或水分子分解等進(jìn)入鋼液，在冷卻后余留下來的極 其有害的元素。氧的有害作用同硫且更甚，增加鋼的脆性；氮的作用類似于磷，能顯著降低

13、 鋼材的塑性、沖擊韌性并增大其“冷脆”性；氫在低溫時易使鋼呈脆性破壞，產(chǎn)生所謂“氫 脆”破壞現(xiàn)象。因此，較重要的鋼結(jié)構(gòu)，尤其是在低溫下承受動力荷載的鋼結(jié)構(gòu)用鋼的上述 元素含量也常要求加以限制。2.冶煉、澆注、軋制過程目前鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要是由氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉而成的。電爐鋼質(zhì)量精良，但成本高、電耗大， 鋼結(jié)構(gòu)中一般也不米用。鋼冶煉后因澆注方法（脫氧程度或方法）的不同而分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊 鎮(zhèn)靜鋼。沸騰鋼是在爐中和盛鋼桶中的熔煉鋼液中僅用弱脫氧劑錳鐵進(jìn)行脫氧。當(dāng)鋼液鑄錠時， 鋼液中仍保留有相當(dāng)多的氧化鐵，與其中的碳等化合生成一氧化碳（CO）等氣體大量逸出，致使鋼液劇烈“沸騰”，故稱沸騰鋼。這

14、種鋼鑄錠后冷卻速度快，溶于鋼液中的氣體不能全部 逸出，且易形成氣泡包在鋼錠內(nèi)；還使硫、磷雜質(zhì)分布不勻，出現(xiàn)其局部富集的所謂“偏析” 現(xiàn)象。不但使鋼材質(zhì)量不均勻，而且常使軋制鋼材產(chǎn)生分層，降低鋼材、特別是厚鋼板的抗 層狀撕裂（即鋼板在厚度方向受拉而分層破壞）的能力。但是，沸騰鋼生產(chǎn)工藝簡單價格便宜， 質(zhì)量能滿足一般次要承重鋼結(jié)構(gòu)的要求，因而還在繼續(xù)應(yīng)用。鎮(zhèn)靜鋼是在熔煉鋼液中加入適量的強(qiáng)脫氧劑硅 （或鋁）和錳等，進(jìn)行較徹底脫氧，因而鋼 液鑄錠時不再發(fā)生沸騰現(xiàn)象而在錠模內(nèi)平靜地逐漸冷卻，故稱鎮(zhèn)靜鋼。由于鋼液不沸騰、冷 卻速度較慢，殘留氣體較易逸出，因而質(zhì)量優(yōu)良且均勻，組織致密，雜質(zhì)少，偏析小。與沸

15、騰鋼相比，其沖擊韌性和焊接性較好。冷脆和時效敏感性較小，強(qiáng)度和塑性也略高。但鎮(zhèn)靜 鋼需要一定量的強(qiáng)脫氧劑，鑄錠時需要適當(dāng)保溫，因而工藝過程較復(fù)雜，冷卻后鋼錠頭部縮 凹而需要切除的部分較多，致使收得率低（約80%），因而價格較高。半鎮(zhèn)靜鋼是在熔煉鋼液中加入少量強(qiáng)脫氧劑硅 （或鋁），脫氧程度、質(zhì)量和價格介于沸騰 鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間。特殊鎮(zhèn)靜鋼的脫氧要求比鎮(zhèn)靜鋼更高，一般并應(yīng)含有足夠的形成細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)的元素如鋁 等，通常是用硅脫氧后再用鋁補(bǔ)充脫氧。我國碳素結(jié)構(gòu)鋼中的Q235-D鋼，以及橋梁用鋼如Q345q鋼等屬特殊鎮(zhèn)靜鋼。由鑄錠軋制鋼材，是把鋼錠再加熱至 12001300r的高溫后進(jìn)行的。這時鋼具有較好的

16、 熱塑性和可鍛焊性。軋鋼機(jī)壓力的作用可使鋼錠中的小氣泡和質(zhì)地較疏松部分鍛焊密實起來， 消除鑄造顯微組織缺陷和細(xì)化鋼的晶粒。因此，軋制鋼材比同種類鑄鋼質(zhì)量好，而且壓縮比（鋼 坯與軋成鋼材厚度之比）愈大時其強(qiáng)度和沖擊韌性等也愈高。規(guī)范對各鋼種鋼材按厚度或直徑 進(jìn)行分組：厚度或直徑越小的鋼材，強(qiáng)度就越高。見表341-1。現(xiàn)在一般都采用連鑄連軋生產(chǎn)工藝，為保證質(zhì)量，鎮(zhèn)靜鋼的生產(chǎn)比重已經(jīng)越來越高。3.殘余應(yīng)力熱軋型鋼中的熱軋殘余應(yīng)力是因其熱軋后不均勻冷卻而產(chǎn)生的。型鋼熱軋終結(jié)時，其邊 緣、尖角及薄細(xì)部位因與空氣接觸表面多而冷固較快；先冷卻部位要阻止后冷卻部位的自由 收縮，從而使后冷卻部位受拉，在型鋼中產(chǎn)

17、生復(fù)雜的殘余應(yīng)力分布。此后鋼材的調(diào)直和加工（剪 切、氣割、焊接等）還將改變這種分布。鋼材或構(gòu)件經(jīng)退火或其它方法處理后，其殘余應(yīng)力可 部分乃至全部消除。焊接過程則會在鋼構(gòu)件或鋼結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生比軋制更嚴(yán)重的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的一般分布規(guī)律是未升溫或先冷卻的部位是殘余壓應(yīng)力，后冷卻的部位是殘余 拉應(yīng)力。殘余應(yīng)力是一種自相平衡（每個截面的內(nèi)力和力矩自相平衡）的應(yīng)力。殘余應(yīng)力不影響構(gòu) 件強(qiáng)度，但是殘余應(yīng)力將降低構(gòu)件的剛度，從而降低穩(wěn)定性；此外，殘余應(yīng)力尤其是焊接殘 余應(yīng)力與荷載應(yīng)力疊加后，常使鋼材處于二維或三維的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下受力，將降低其抗沖 擊斷裂和抗疲勞破壞的能力。4.溫度的影響鋼材的機(jī)械性能隨溫度的

18、不同而有變化，當(dāng)溫度升高時，鋼材的屈服強(qiáng)度fy、抗拉強(qiáng)度fu和彈性模量E的總趨勢是降低的，但在150C以下時變化不大。當(dāng)溫度在 250C左右時，鋼 材fu的反而有較大提高，但這時的相應(yīng)伸長率S較低、沖擊韌性變差，鋼材在此溫度范圍內(nèi)破壞時常呈脆性破壞特征，稱為“藍(lán)脆”。如在“藍(lán)脆”溫度范圍內(nèi)進(jìn)行鋼材的機(jī)械加工， 則易產(chǎn)生裂紋，故應(yīng)力求避免。當(dāng)溫度超過 300 E時，鋼材的fy、fu和E開始顯著下降，而S 開始顯著增大，鋼材產(chǎn)生徐變；當(dāng)溫度超過 400C時，強(qiáng)度和彈性模量都急劇降低；達(dá) 600C 時其承載能力幾乎完全喪失。鋼材的溫度由常溫下降特別是在負(fù)溫度范圍內(nèi)時，鋼材的強(qiáng)度（fy、fu）等雖有提

19、高，但塑性和韌性降低、脆性增加。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)防止脆性破壞，因而選用鋼材時應(yīng)使其脆性轉(zhuǎn)變 溫度區(qū)的下限溫度低于結(jié)構(gòu)所處的工作環(huán)境溫度，且鋼材在工作環(huán)境溫度下具有足夠的沖擊 韌性值。5.冷加工和時效硬化鋼材應(yīng)力超過彈性范圍將引起其屈服強(qiáng)度提高，塑性和伸長率降低。鋼材的這一性質(zhì)稱 為冷作硬化或應(yīng)變硬化。鋼材在冷拉、冷折、冷彎、沖孔、剪切等冷加工時都有很大的塑性 變形，因而產(chǎn)生冷作硬化。冷作硬化對鋼結(jié)構(gòu)特別是承受動力荷載的鋼結(jié)構(gòu)是不利的。因此， 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中一般不利用冷作硬化對鋼材屈服強(qiáng)度的提高，而且對直接承受較大動力荷載的 鋼結(jié)構(gòu)還應(yīng)設(shè)法免除冷作硬化的影響，例如刨去鋼板因剪切形成的冷作硬化邊緣金屬

20、等。鋼材隨時間進(jìn)展將使屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度提高、伸長率和沖擊韌性降低，稱為時效硬化。 這是由于鋼在高溫時溶于其純鐵體中極少量的氮等，隨著時間的延長從純鐵體中析出，并形 成自由氨化物而存在于純鐵體晶粒間的滑動面上，阻止了純鐵體晶粒間的滑移，因而約束了 塑性發(fā)展的緣故。不同種類鋼材的時效硬化過程的時間長短很不相同，可從幾小時到數(shù)十年。為加快測定鋼材時效后的機(jī)械性能，常先使鋼材產(chǎn)生約10%的塑性變形、再加熱到一定的溫度、然后冷卻到室溫進(jìn)行試驗，這樣可大大縮短鋼材的時效過程，這稱為人工時效。6.應(yīng)力集中實際鋼結(jié)構(gòu)中常有孔洞、缺口等，致使構(gòu)件截面突然改變。在荷載作用下，這些截面突 變處的某些部位（孔洞邊緣

21、或缺口尖端等處）將產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，其余部位應(yīng)力較低且分布 極不均勻，這種現(xiàn)象稱應(yīng)力集中。通常把截面高峰應(yīng)力與平均應(yīng)力（當(dāng)截面受軸心力作用時）的比值稱為應(yīng)力集中系數(shù)，其值可表明應(yīng)力集中程度的高低，它取決于構(gòu)件截面突然改變的 急劇程度。一般平面問題的圓孔邊應(yīng)力集中系數(shù)為3,槽孔尖端處的應(yīng)力集中程度比圓孔邊緣要高得多一：=1ab ,a和b分別為橢圓的長短半軸。在應(yīng)力集中的高峰應(yīng)力區(qū)內(nèi)，通常存在著同號的平面或立體 （三維）應(yīng)力狀態(tài)，這種應(yīng)力 狀態(tài)常使鋼材的變形發(fā)展困難而導(dǎo)致脆性狀態(tài)破壞。截面改變越急劇，應(yīng)力集中程度就越高，其抗拉強(qiáng)度越高，但塑性越差、脆性破壞的可能性就越大。應(yīng)力集中引起孔槽邊緣處局部

22、的應(yīng)力高峰；當(dāng)結(jié)構(gòu)所受靜力荷載（軸心拉力為例）時，應(yīng)力集中一般不影響截面的靜力塑性承載力，但是較嚴(yán)重的應(yīng)力集中、特別是在動力荷載作用 下，加上殘余應(yīng)力和鋼材加工的冷作硬化等不利因素的影響，常是結(jié)構(gòu)、尤其在低溫環(huán)境下 工作的結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞的重要原因。所以設(shè)計時應(yīng)盡量減免構(gòu)件截面的急劇改變，以減小 應(yīng)力集中，從構(gòu)造上防止構(gòu)件的脆性破壞。例如：快餐面的湯料包的鋸齒形邊、消閑果的包裝袋的剪口、易拉罐的拉環(huán)開槽都是利 用應(yīng)力集中來輕易破壞包裝的。又如汽車擋風(fēng)玻璃有裂紋時，在裂紋尖端開圓孔以減小應(yīng)力 集中程度，以免裂紋繼續(xù)發(fā)展，還有船舶和飛機(jī)等的開孔都是圓孔，即使開形孔，也在四角 用圓孤過渡，并在四周加

23、強(qiáng)。規(guī)范824在對接焊縫的拼接處：當(dāng)焊件的寬度不同或厚度在一側(cè)相差 4mm以上時，應(yīng) 分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1:2.5的斜角；當(dāng)厚度不同時，焊縫坡口形式應(yīng)根據(jù)較薄焊件厚度取用。但注：直接 承受動力荷載且需要進(jìn)行疲勞計算 的結(jié)構(gòu)， 斜角坡度不應(yīng)大于1:4（保留88規(guī)范規(guī)定）。7.復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)鋼材的屈服強(qiáng)度fy可視為鋼材在單向拉伸（或壓縮、彎曲）下彈性與塑性工作的分界標(biāo)志: 亦即當(dāng)正應(yīng)力。C fy時則在塑性狀態(tài)下工作。在實際鋼結(jié)構(gòu)中，鋼材常是在雙向或三向的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下工作，這時鋼材的屈服與六 個應(yīng)力分量都有關(guān)。試驗表明，第四強(qiáng)度理論即形狀改變能密度理論給出的屈服條件能

24、夠較 好地闡明接近于理想彈塑性體的鋼材的彈-塑性工作狀況。外荷載做功使單元體發(fā)生應(yīng)變從而 引起體積和形狀改變，單元體內(nèi)相應(yīng)聚積體積改變和形狀改變兩種應(yīng)變能。形狀改變能量強(qiáng) 度理論認(rèn)為外荷載對單元體單位體積所做的形狀改變功或單元體單位體積內(nèi)所聚積的形狀改 變應(yīng)變能達(dá)到一定數(shù)量時就會引起鋼材的屈服。Jq 二.二 2 二: 二2 -二y 二 y 3爲(wèi)；或2 2 2 2 2 2_；y 亠y 一二 z 亠z 一二x3 xy yz zxq fy 材料進(jìn)入塑性工作狀態(tài)Ceq 為折算應(yīng)力fy 為鋼材單向拉伸（壓縮）的屈服點(diǎn)。由上式可見，鋼材的屈服僅取決于三向主應(yīng)力間差值平方和的大小，而不是三向主應(yīng)力 的自身值

25、。如果三向主應(yīng)力是彼此間相差很小的同號應(yīng)力、即01-02-（3時，則單元體的變形主要是各向均勻伸長或縮短引起的體積改變，而其形狀基本保持不變，故其形狀改變應(yīng)變能 密度很小，致使塑性變形遭到遏制。因而，即使各主應(yīng)力值很高，材料也很難轉(zhuǎn)入屈服和有 明顯的變形。但是，由于高應(yīng)力的作用，聚積在材料內(nèi)的體積改變應(yīng)變能很大，因而材料一 旦遭致破壞，便呈現(xiàn)出無明顯變形征兆的突然劇烈的脆性破壞特征。討論：（1）如果在六個應(yīng)力分量 ox、3、3、T、Tz、Tx中有的不存在，則計算時取其 0； 當(dāng) Ty= Tz= Tx=03= 3= 0=10 fy 或 3= 3= 3= 10 fy3q=0 fy鋼材進(jìn)入塑性工作狀

26、態(tài)說明，同號應(yīng)力場作用，鋼材的強(qiáng)度提高，但塑性下降；Z為厚度方向性能級別Z15、Z25和Z35的縮寫。質(zhì)量等級：C0c 沖擊功 Akv 34J異號應(yīng)力場作用，鋼材的強(qiáng)度下降，但塑性提高。 應(yīng)力集中不僅使應(yīng)力成倍地提高，而且產(chǎn)生的是同號應(yīng)力場，所以十分不利。（3）令單元體只承受一個切應(yīng)力，如Ty= T Tz= zx= CR= cy= （z=0貝U 二eq i 3. $ =、3.當(dāng)T不斷增大，一直到匚eq 3二fy 這時的T就是鋼材的剪切屈服點(diǎn)fvy,即、3fvy二fy1 fvyfy = 0.58 fy同樣考慮抗力分項系數(shù)后，得fv二0.58 f3.4.1中表341-1中鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計值即按該

27、式計算得到，對在結(jié)構(gòu)設(shè)計中用到不 銹鋼時，也可用該式計算抗剪強(qiáng)度設(shè)計值（抗力分項系數(shù)Y= 1.15）。8.重復(fù)荷載 在重復(fù)荷載作用下，鋼材容易產(chǎn)生疲勞破壞。2.4鋼材的品種、牌號及其選用1.品種和牌號（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235 A（B、C、D） F（Z、TZ）質(zhì)量等級：A沒有韌性（沖擊功）要求B 20 C沖擊功 Akv 27JC0C 沖擊功 Akv27JD 20 C 沖擊功 Akv 27J脫氧程度：F沸騰鋼Z鎮(zhèn)靜鋼，一般省略不標(biāo)，代表 A、B、C三級TZ 特殊鎮(zhèn)靜鋼，一般省略不標(biāo)，代表 D級（2）低合金（高強(qiáng)度）結(jié)構(gòu)鋼Q345（Q390、Q420）A（B、C、D、E）質(zhì)量等級：A沒有韌性（沖擊功

28、）要求B20 C沖擊功Akv 34JC0C沖擊功Akv 34JD20 C沖擊功Akv 34JE40 C沖擊功Akv 27J脫氧程度：A、B、C級都是鎮(zhèn)靜鋼 D、E都是特殊鎮(zhèn)靜鋼。 另外還有規(guī)范沒正式列入的 Q295、Q460。在受力大的承重鋼結(jié)構(gòu)中采用 Q345,可較Q235鋼節(jié)省鋼材1525%。 （3）高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板Q235GJ、（Q345 GJ、Q235GJZ、Q345 GJZ） C（D、E）D 20 C 沖擊功 Akv 34JE 40 C 沖擊功 Akv 34J并將增加兩個級別的Q390、Q420高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板。 寶鋼集團(tuán)新開發(fā)的 耐火耐候鋼，其耐候性為普通鋼的28倍，其耐火性能

29、為600E 時，鋼材的屈服點(diǎn)降低幅度不超過 30%，而價格只比普通鋼貴10%。有條件時，應(yīng)優(yōu)先采用 耐為耐候鋼，以提高結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。2鋼材選用（1）鋼材選用的基本原則（3.3.1,主要是防止脆性斷裂）1）結(jié)構(gòu)的重要性安全等級高者應(yīng)選用較好的鋼材。2）荷載特征結(jié)構(gòu)所受荷載可為靜力或動力的；經(jīng)常作用、有時作用或偶然出現(xiàn)（如地震）的；經(jīng)常滿載或不經(jīng)常滿載的等。應(yīng)根據(jù)荷載的上述特點(diǎn)選用適當(dāng)?shù)匿摬模⑻岢霰匾馁|(zhì)量保證項目 要求。對直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)選用質(zhì)量和韌性較好的鋼材；對承受靜力或間接動 力荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件可采用一般質(zhì)量的鋼材。3）結(jié)構(gòu)形式靜定結(jié)構(gòu)還是超靜定結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的跨度、傳力路

30、徑的多少。靜定結(jié)構(gòu)沒有內(nèi)力重分布， 應(yīng)選用較好的鋼材，而超靜定結(jié)構(gòu)可以利用塑性內(nèi)力重分布，可選用一般質(zhì)量鋼材?？缍却?的應(yīng)該選用好的鋼材。單路徑傳力應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)鋼材，而多路徑傳力時可選用普通鋼材。4）應(yīng)力狀態(tài)拉應(yīng)力容易使構(gòu)件斷裂，所以受拉和受彎的構(gòu)件應(yīng)選用較好的鋼材，而受壓或壓彎構(gòu)件 的鋼材可選用一般質(zhì)量鋼材。5）連接方法鋼結(jié)構(gòu)連接可為焊接或非焊接（螺栓或鉚釘）。對于焊接結(jié)構(gòu)，焊接使構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生很高的 焊接殘余應(yīng)力；焊接構(gòu)造和很難避免的焊接缺陷常使結(jié)構(gòu)存在類裂紋性損傷；焊接結(jié)構(gòu)的整 體連續(xù)性和剛性較好易使缺陷或裂紋互相貫穿擴(kuò)展；此外，碳和硫的含量過高會嚴(yán)重影響鋼 材的焊接性。因此，焊接結(jié)構(gòu)鋼材的質(zhì)

31、量要求應(yīng)高于同樣情況的非焊接結(jié)構(gòu)鋼材，碳、硫、 磷等有害元素的含量應(yīng)較低，塑性和韌性應(yīng)較好。6）鋼材厚度厚度大的鋼材由于軋制時壓縮比小，其強(qiáng)度、沖擊韌性和焊接性能都較差；且易產(chǎn)生三 向殘余應(yīng)力。因此，構(gòu)件厚度大的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)采用質(zhì)量好的鋼材。7）結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境溫度鋼材的塑性和韌性隨溫度的降低而降低，在低溫尤其是脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)時韌性急劇降低， 容易發(fā)生脆性斷裂。因此，對經(jīng)常處于或可能處于較低負(fù)溫下工作的鋼結(jié)構(gòu)、尤其是焊接結(jié) 構(gòu)，應(yīng)選用化學(xué)成分和機(jī)械性能質(zhì)量較好和脆性轉(zhuǎn)變溫度低于結(jié)構(gòu)工作環(huán)境溫度的鋼材。（3）鋼結(jié)構(gòu)的鋼材選用和保證項目要求1）3.3.2不應(yīng)采用Q235沸騰鋼的承重結(jié)構(gòu)和構(gòu)件；2） 3

32、.3.3強(qiáng)制性條文，明確 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、磷含量的合格保證，對焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。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)具有冷彎試驗的合格保證。3） 3.3.4對需要驗算疲勞的焊接和非焊接結(jié)構(gòu)分別提出了對韌性的要求。2.5常用鋼材的規(guī)格由工廠生產(chǎn)供應(yīng)的鋼板和型鋼等有成套的截面型式和一定的尺寸間隔，稱為鋼材規(guī)格。鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材主要是熱軋成型的鋼板和型鋼等，還有采用冷加工成型的冷彎薄壁型鋼，近年來還發(fā)展生產(chǎn)了冷壓或冷軋成型的壓型鋼板，用于屋面板、樓板和墻板等，常有很好的 效果。1鋼板鋼板分厚鋼板（厚度4mm）和薄鋼板（厚度w 4m

33、m）兩種，尺寸規(guī)格以鋼板符號和寬度 秒 度（mm）表示，如一200X8。鋼結(jié)構(gòu)中主要用熱軋厚鋼板。薄鋼板用于制作冷彎薄壁型鋼或輕 型結(jié)構(gòu)中受力較小零件；通常為熱軋，也可冷軋成型；可以平板狀態(tài)或卷狀（稱為鋼帶）交貨。扁鋼是寬度兩邊均為軋制邊的鋼板型式，寬度10200mm,厚度330mm。使用時寬度邊可不再切割加工，常用于組合截面梁、柱的翼緣板和等寬度的構(gòu)件連接板、節(jié)點(diǎn)板等。2.熱軋型鋼常用熱軋型鋼有角鋼、工字鋼、槽鋼等。供應(yīng)最大長度約19m。（1）角鋼分等邊和不等邊角鋼兩種，規(guī)格以角鋼符號L和邊寬X厚度（等邊角鋼）或長邊寬X短邊寬X 厚度（不等邊角鋼）（均為mm）表示，如L90X6和L125X8

34、0X8。我國生產(chǎn)的最大規(guī)格為L200X24 和 L200X125X18。（2）工字鋼和H H型鋼分普通、輕型和寬翼緣工字鋼三種，其中寬翼緣工字鋼常稱H型鋼。普通、輕型工字鋼截面的寬度比高度小得多，故寬度方向（即對弱軸）的截面慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑比高度方向（即對強(qiáng)軸）小得多。規(guī)格以工字鋼符號（輕型時前面加注“ Q”）和截面高度 （cm）表示，女口 I50a（普通）、QI50（輕型）。兩種工字鋼的高度相同時，其寬度大體相當(dāng)，而輕型 工字鋼的翼緣和腹板稍薄。我國生產(chǎn)的普通工字鋼規(guī)格有11063a； 20或32號以上時同一型號中又分為a、b上或a b、c規(guī)格，其中每級的腹板和相應(yīng)翼緣寬度遞增2mm。輕型I

35、字鋼規(guī)格有QI1070b; 1830號和70號另有翼緣寬度和厚度或腹板厚度略為增大的a或ab規(guī)格。H型鋼的翼緣較為寬展（寬度較大規(guī)格中可與高度相等）并為等厚度。因此H型鋼在寬度 方向（即對弱軸）的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑比前兩種工字鋼顯著增大，相應(yīng)的剛度和穩(wěn)定性也顯著 增大（但仍弱于高度方向）。我國H型鋼分寬翼緣H型鋼（HW）、中翼緣H型鋼（HM）和窄翼緣 H型鋼（HN），還有H型鋼樁（HP）。型號用截面公稱高度（mm）表示，也可用高度HX寬度BX 腹板厚度dXg緣厚度t（mm）表示。槽鋼截面寬度比高度小得多，故寬度方向的截面慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑比高度方向小得多。規(guī)格 以槽鋼符號和截面高度（cm）表示，如

36、20a，3鋼管鋼結(jié)構(gòu)中常用熱軋無縫鋼管和焊接鋼管，規(guī)格以外徑X壁厚（mm）表示，如102X。焊接鋼管由鋼帶彎曲焊成，價格相對較低。鋼管截面對稱并面積分布合理，各方向的慣性矩和回 轉(zhuǎn)半徑相同且較大，故受力性能尤其是軸心受壓時較好；同時其曲線外形使其對風(fēng)、浪、冰 的阻力較?。坏珒r格較貴且連接構(gòu)造常較復(fù)雜。4.熱軋圓鋼輕型鋼結(jié)構(gòu)中常用圓鋼，規(guī)格以直徑表示，如165.冷彎薄壁型鋼鋼結(jié)構(gòu)的冷彎薄壁型鋼由厚度 1.56mm熱軋鋼板或鋼帶經(jīng)冷加工成型，同一截面各部 分的厚度相同，截面各角頂處呈圓弧形。冷彎薄壁型鋼的截面型式和尺寸可按工程要求合理 設(shè)計；與相同截面積的熱軋型鋼相比，其截面輪廓尺寸相對較大而壁較

37、薄，使截面慣性矩和 回轉(zhuǎn)半徑較大，因而受力性能較好并節(jié)省鋼材。但因壁較薄，對銹蝕影響較為敏感。冷彎薄壁型鋼的規(guī)格用字母“ B” （薄）、形狀符號和“長邊寬（或高度）X短邊寬（或?qū)挾龋 卷邊寬度X厚度”（長短邊寬相等時只注一個邊寬，卷邊寬度只用于卷邊型鋼）。如等邊角鋼BL60X2，正方鋼管B 口 602，圓鋼管 60X,不等邊角鋼B L60 4025，長方鋼管B 口 80冷02，槽鋼BC120X40X2.5;卷邊等邊角鋼BL60X20X2，卷邊不等邊角鋼 BL60X40X20X2, 卷邊槽鋼 B C120X50X20X2.5，卷邊 Z 形鋼 BZ120X50X20X2.5。6.壓型鋼板由熱軋薄

38、鋼板經(jīng)冷壓或冷軋成型，具有較大寬度，其曲折外形大大增加了鋼板在其平面 外的慣性矩、剛度和抗彎能力，應(yīng)用日漸廣泛。主要用于屋面板、墻板、樓板（常在其上另澆混凝土或鋼筋混凝土疊合面層成為組合樓板，用于多層及高層房屋結(jié)構(gòu)）等。它具有重量輕、強(qiáng)度和剛度大、施工簡便和美觀等優(yōu)點(diǎn)。壓型鋼板表面可以涂漆、鍍鋅、涂有機(jī)層（亦稱彩色鋼板）;有保溫要求時尚可與保溫材料結(jié)合制成組合板也稱復(fù)合板或夾心板）。壓型鋼板通?？蓧夯蜍埑蒝形、肋形、加勁的肋形、波形或其它需要的外形。板厚對屋面板和墻板通常用 0.41.6mm,對樓板可達(dá)23mm以上；波高一般為10200mm；由承重和使用要求確定。2.6基本設(shè)計規(guī)定1.設(shè)計原則

39、（兩個極限狀態(tài)）：承載能力的極限狀態(tài)：強(qiáng)度和穩(wěn)定（采用荷載設(shè)計值計算）、疲勞（卻仍然采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值 計算）；正常使用的極限狀態(tài)：變形（采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算）2.荷載和荷載效應(yīng)計算（1）3.2.1強(qiáng)制性條文，規(guī)定設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)時，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值、荷載分項系數(shù)、荷載組合值系數(shù)、動力荷載的動力系數(shù)等。對設(shè)計 使用年限為25年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù) Y不應(yīng)小于0.95。注：對支承輕屋面的構(gòu) 件或結(jié)構(gòu)（檁條、屋架、框架等），當(dāng)僅有一個可變荷載且受荷水平投影面積超過60m2時屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)取為0.3kN/m2。（2）3.2.2新增計算重級工作制吊車梁（或吊車桁

40、架）及其制動結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及 連接（吊車梁或吊車桁架、制動結(jié)構(gòu)、柱相互間的連接 ）的強(qiáng)度時，應(yīng)考慮由吊車擺動引起的 橫向水平力（此水平力不與荷載規(guī)范規(guī)定的橫向水平荷載同時考慮 ）注：現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)起重機(jī)設(shè)計規(guī)范 GB/ T3811將吊車工作級別劃分為 AlA8級。 在一般情況下本規(guī)范中的輕級工作制相當(dāng)于 AlA3級；中級工作制相當(dāng)于 A4、A5級； 重級工作制相當(dāng)于A6A8級，其中A8屬于特重級。3.2.4計算冶煉車間或其他類似車間的工作平臺結(jié)構(gòu)時，由檢修材料所產(chǎn)生的荷載，可 乘以下列折減系數(shù)：主梁：0.85;柱（包括基礎(chǔ)）：0.75。3.2.5結(jié)構(gòu)的計算模型和基本假定應(yīng)盡量與構(gòu)件連接的實

41、際性能相符合。3.2.6建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力一般按結(jié)構(gòu)靜力學(xué)方法進(jìn)行彈性分析，符合本規(guī)范第9章的超靜定結(jié)構(gòu)，可采用塑性分析。采用彈性分析的結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件截面允許有塑性變形發(fā)展。3.2.7框架結(jié)構(gòu)中，梁與柱的剛性連接應(yīng)符合受力過程中梁柱間交角不變的假定，同時 連接應(yīng)具有充分的強(qiáng)度承受交匯構(gòu)件端部傳遞的所有最不利內(nèi)力。梁與柱鉸接時，應(yīng)使連接 具有充分的轉(zhuǎn)動能力，且能有效地傳遞橫向剪力與軸心力。梁與柱的半剛性連接只具有有限 的轉(zhuǎn)動剛度，在承受彎矩的同時會產(chǎn)生相應(yīng)的交角變化，在內(nèi)力分析時，必須預(yù)先確定連接 的彎矩-轉(zhuǎn)角特性曲線，以便考慮連接變形的影響。但該條實行起來比較困難，國家鳥巢體育館就已經(jīng)做了相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)

42、性能試驗。3.2.8框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析宜符合下列規(guī)定：1）框架結(jié)構(gòu)可采用一階彈性分析。h 十也=Mo 1+H.H h. H2）對 w a的框架結(jié)構(gòu)宜采用二階彈性分析此時應(yīng)在每層柱頂附加考慮由公 式（328-1）計算的假想水平力Hni。說明：1當(dāng)按公式（328-3）計算的a21,33時，即晉025,說明框架側(cè)向剛度太小, 二階效應(yīng)太大，宜增大框架結(jié)構(gòu)的剛度。一階彎矩：M1 =H h二階彎矩：M2二N u （常說的P-A效應(yīng)）二階彎矩可等效為一假想水平力 H產(chǎn)生H h 二 N u一階和二階總彎矩:3.強(qiáng)度設(shè)計值折減系數(shù)3.4.2單面連接的單角鋼、無墊板的單面施焊對接焊縫、高空安裝焊縫進(jìn)行強(qiáng)度折減。4

43、.結(jié)構(gòu)變形的規(guī)定第3.5節(jié)的.3,總的是把變形規(guī)定放松，并給設(shè)計人員以更大的決定權(quán)5.一般構(gòu)造規(guī)定第8.1節(jié)的.4,規(guī)定鋼板的最小厚度為4mm（原規(guī)定5mm），鋼管的最小厚度 為3mm,角鋼兩邊之和不宜小于 90mm，最小厚度為4mm（焊接結(jié)構(gòu)）和5mm（螺栓連接）。8.1.4是強(qiáng)制性條文。6.溫度區(qū)段的規(guī)定8.1.5單層房屋和露天結(jié)構(gòu)的溫度區(qū)段長度（伸縮縫的間距），當(dāng)不超過表8.1.5的數(shù)值 時，一般情況可不考慮溫度應(yīng)力和溫度變形的影響。第三節(jié)鋼材的疲勞和疲勞計算3.1影響鋼材的疲勞強(qiáng)度的主要因素鋼材在循環(huán)應(yīng)力多次反復(fù)作用下裂紋生成、擴(kuò)展以致斷裂破壞的現(xiàn)象稱為

44、鋼材的疲勞或 疲勞破壞。疲勞破壞時，截面上的應(yīng)力低于鋼材的抗拉強(qiáng)度，甚至低于其屈服強(qiáng)度；破壞斷 口較整齊，其表面有較清楚的疲勞紋理，該紋理顯示以某點(diǎn)為中心向外呈半橢圓狀放射型的 海濱沙灘痕跡般的現(xiàn)象；通常沒有明顯的變形，呈現(xiàn)出突然的脆性破壞特征。鋼材的疲勞破壞除了與鋼材質(zhì)量、構(gòu)件幾何尺寸和缺陷等因素有關(guān)外，主要因素有：1.應(yīng)力集中程度（包括殘余應(yīng)力）2.應(yīng)力幅Ad（焊接部位：薩非焊接部位為折算應(yīng)力幅 : 5X106時的疲勞強(qiáng)度變化已趨很小，實用上常取相應(yīng)于 n=5X106次的疲勞強(qiáng)度作為鋼材的耐久疲勞強(qiáng)度；相應(yīng)于其 它循環(huán)次數(shù)的疲勞強(qiáng)度cmax稱條件疲勞強(qiáng)度。在鋼材軋制和結(jié)構(gòu)制造過程中，構(gòu)件內(nèi)

45、將產(chǎn)生殘余應(yīng)力。尤其在焊接結(jié)構(gòu)中，焊接部位 常有數(shù)值很高的焊接殘余應(yīng)力，特別是殘余拉應(yīng)力的峰值?？山咏蜻_(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度fy。因此，結(jié)構(gòu)承受荷載時，截面上實際應(yīng)力將是荷載引起的應(yīng)力與其殘余應(yīng)力的疊加。在殘余 拉應(yīng)力為fy或接近fy的區(qū)域，實際應(yīng)力的變化大致是由fy開始向下變動一個應(yīng)力幅?？紤]fy 是常數(shù)，所以只有應(yīng)力幅是變量。因此，對焊接結(jié)構(gòu)采用應(yīng)力幅 Ac來計算疲勞強(qiáng)度比采用名 義應(yīng)力比p的應(yīng)力和最大應(yīng)力 cax更為合理，試驗和分析研究都證實了這一點(diǎn)。3.2疲勞計算1.常幅循環(huán)應(yīng)力A cW A（C焊接部位為應(yīng)力幅Ac= cax Omin非焊接部位為折算應(yīng)力幅AO= cmax 0.7 cni

46、n（C 理Ua=|C In丿C和n與構(gòu)件和連接的連接類別有關(guān)，根據(jù)規(guī)范附錄E確定，再按表6.2.1采用說明：Ac是廣義應(yīng)力幅，不僅代表正應(yīng)力幅，還代表剪應(yīng)力幅，具體根據(jù)計算部位確定是 正應(yīng)力還是剪應(yīng)力。 根據(jù).1.5的規(guī)定，計算疲勞時，應(yīng)采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，是因為實質(zhì)上還在沿用容許 應(yīng)力設(shè)計法（容許應(yīng)力幅，是現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的一大缺點(diǎn) ）;3.1.6的規(guī)定，計算疲勞時， 動力荷載標(biāo)準(zhǔn)值不乘動力系數(shù)，動力影響已經(jīng)包含以試驗為基礎(chǔ)的疲勞計算公式和參數(shù)中； 計算吊車梁或吊車桁架及其制動結(jié)構(gòu)的疲勞和撓度時，吊車荷載應(yīng)按作用在跨間內(nèi)荷載效應(yīng)最大的一臺吊車確定。 根據(jù).1.1的規(guī)定，只有當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n5

47、X04次以上時，才需要計算構(gòu)件或連接 的疲勞；當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n5X106次以后，一般不會再發(fā)生疲勞破壞，所以計算疲勞的最大 循環(huán)次數(shù)可取5X06。容許應(yīng)力幅與鋼材品種和強(qiáng)度無關(guān)，所以如果尺寸和構(gòu)造完全一樣，則采用高強(qiáng)度鋼(622-1)(622-2)1.焊接：對接焊縫、角焊縫優(yōu)點(diǎn)：(1)(2)(3)缺點(diǎn)：(1)(2)材并不能提高其疲勞強(qiáng)度。 附錄E中，構(gòu)件和連接計算部位的應(yīng)力集中越嚴(yán)重， 殘余應(yīng)力越大，疲勞類別就越高, 疲勞強(qiáng)度就越低，故應(yīng)在構(gòu)造和形狀等方面盡量減少應(yīng)力集中程度 根據(jù).1.3的規(guī)定，在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位可不計算疲勞，原因是壓應(yīng)力 一般不會引起微裂縫的發(fā)展2.變幅循環(huán)應(yīng)力

48、(1) 2.2對變幅(應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅隨機(jī)變化)疲勞，若能預(yù)測結(jié)構(gòu)在使用壽命期間各 種荷載的頻率分布、應(yīng)力幅水平以及頻次分布總和所構(gòu)成的設(shè)計應(yīng)力譜，則可將其折算為等 效常幅疲勞，按下式進(jìn)行計算：V 式中 *e變幅疲勞的等效應(yīng)力幅，按下式確定：B 1 送 rii(g )Dii以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的結(jié)構(gòu)預(yù)期使用壽命； ni預(yù)期壽命內(nèi)應(yīng)力幅水平達(dá)到厶ci的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。實際上，由于ni較難確定，故難以用(6.2.2-2)計算也o-e，實際工程設(shè)計一般采用下列近 似方法計算。(2)2.3重級工作制吊車梁和重級、中級工作制吊車桁架的疲勞可作為常幅疲勞， 按下式計算：I* .2 106:f -欠載效應(yīng)的等

49、效系數(shù)，按表6.2.3-1采用；g 循環(huán)次數(shù)n為2X106次的容許應(yīng)力幅，按表6.2.3-2采用。3.3構(gòu)造要求規(guī)范第8.5節(jié)的.12。3.4減小疲勞破壞的措施1.合理設(shè)計：選材，截面，焊接，形式。2.合理制造：減小焊接應(yīng)力，刨邊，嚴(yán)格檢查。3.合理使用：受拉部位不焊接掛物。第四節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的連接4.1常用連接方法及其優(yōu)缺點(diǎn)不需要打孔，省工省時，不削弱構(gòu)件截面；構(gòu)造簡單，適應(yīng)性強(qiáng)；(對接焊縫傳力平順，動力性能好，但施工較煩) 密封性好，剛度大 熱影響區(qū)材質(zhì)變脆； 焊接殘余應(yīng)力使鋼材易脆性破壞，降低結(jié)構(gòu)和構(gòu)件和剛度及穩(wěn)定性；焊接殘(7.1.2-I)對接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計值。焊縫

50、質(zhì)量要求:7.1.1。余變形需進(jìn)行矯正；（3）裂縫易擴(kuò)展，易低溫脆斷。2.螺栓連接普通螺栓：有A級、B級和C級，其中A、B級為精制螺栓，C級為粗制螺栓。實際工 程中主要采用C級普通螺栓，其優(yōu)點(diǎn)是施工方便，便于拆遷，但剪切變形大；高強(qiáng)度螺栓：受拉連接，變形小，強(qiáng)度高。受剪連接：摩擦型連接，受力性能好，變形小，剛度大，動力性能好；承壓型連接，承載力高，但變形大。4.2對接焊縫的構(gòu)造和計算1.構(gòu)造坡口：不同厚度的鋼板應(yīng)采用不同的坡口形式和尺寸（823）。不等寬和不等厚的對接，采用不大于 125（承受動力荷載并需要計算疲勞的構(gòu)件 1:4） 的坡度過渡，但厚度差不大于 4mm時可采用焊縫找坡（824）。

51、焊接材料的選用原則，熔敷（即焊縫）金屬的強(qiáng)度不低于母材的強(qiáng)度。手工焊：Q235:采用E43XX系列型焊條；Q345:采用E50XX系列型焊條； Q390、Q420:采用E55XX系列型焊條。自動焊：Q235: A、B、C 級 F4A0-H08AQ 級 F4A2-H08A ；Q345: F50 4 F50X-H08A、H08MnA、H10Mn2 ；Q390: F50 X- H08MnA、H10Mn2、H08MnMoA ；Q420: F60 X- H10Mn2、H08MnMoA。2.計算7.1.2對接焊縫或?qū)优c角接組合焊縫的強(qiáng)度計算。（1）在對接接頭和T形接頭中，垂直于軸心拉力或軸心壓力的對接焊

52、縫或?qū)优c角接組 合焊縫，其強(qiáng)度應(yīng)按下式計算：NCT =lwt式中N軸心拉力或軸心壓力；l w焊縫長度；無引弧板和引出板施焊時，每條焊縫的長度計算時應(yīng)各減去2tt 在對接接頭中為連接件的較小厚度；在 T形接頭中為腹板的厚度;（2）在對接接頭和T形接頭中，承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫或?qū)优c角接組合焊縫，其正應(yīng)力和剪應(yīng)力應(yīng)分別進(jìn)行計算。但在同時受有較大正應(yīng)力和剪應(yīng)力處（例如梁腹板橫向?qū)雍缚p的端部），應(yīng)按下式計算折算應(yīng)力：Jcr2 +3子 1.1 ftw注：I I當(dāng)直縫強(qiáng)度不夠時，可改用斜焊縫對接，只要焊縫與作用力間的夾角B符合tantan9 1.51.5時，其強(qiáng)度可不計算。2 2當(dāng)對接焊縫

53、和T T形對接與角接組合焊縫無法采用引弧板和引出板施焊時，每條焊縫的長度計 算時應(yīng)各減去2t2t。4.3角焊縫的構(gòu)造和計算1.構(gòu)造 135或a6mm3）側(cè)面角焊縫的最大計算長度lwmax=60hf當(dāng)實際焊縫計算長度大于上述數(shù)值時，其超過部分在計算中不予考慮。若內(nèi)力沿側(cè)面角焊縫全長分分布時，其計算長度不受此限。4）側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的最小計算長度lwmin= 8hf 40mm。說明：上述四條構(gòu)造要求中，前三條與第（4）有兩點(diǎn)不一樣： 前3條是構(gòu)造限制，任何一條不滿足的焊縫就不能作為受力焊縫，只能按不受力的構(gòu)造焊縫處理，而第（4）僅是計算限制，實際焊縫可以任意長，只是計算時其長度只能取到lwm

54、ax ； 前3條對側(cè)面角焊縫或正面角焊縫或者兩者的混合都必須滿足，而第（4）僅對側(cè)面角焊縫限制（因正面角焊縫傳遞的內(nèi)力沿焊縫長度基本上分布均勻， 而側(cè)面角焊縫傳遞的剪力沿 焊縫長度分布不均勻，兩頭大，中間小。）5）角焊縫的兩焊腳尺寸一般為相等。當(dāng)焊件的厚度相差較大且等焊腳尺寸不能符合第1）、2）條的要求時，可采用不等焊腳尺寸，與較薄焊件接觸的焊腳邊應(yīng)符合hfmax的要求；與較厚焊件接觸的焊腳邊應(yīng)hfmin的要求。（3）角焊縫的其它構(gòu)造要求見.12。2.計算（1）角焊縫的基本計算公式（7.1.3）式中 d按焊縫有效截面（helw）計算，rf丄lw,但（T與he成45。，并非真正的

55、正應(yīng)力；T按焊縫有效截面計算，沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力，即Tlw，且T確是切應(yīng)力;ffw 角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值；按表3.4.1-3采用3正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值增大系數(shù)：對承受靜力荷載和間接承受動力荷載的結(jié) 構(gòu)，3=1.22；對直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，3=1.0。正面角焊縫（作用力垂直于焊縫長度方向，這時尸0）: J乞If ffw側(cè)面角焊縫（作用力平行于焊縫長度方向，這時（f=0）:下乞ffw說明角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值ffw是根據(jù)側(cè)面角焊縫確定的，正面角焊縫的強(qiáng)度要比側(cè)面角焊 縫高（3 1.0。（2） d和T計算helwNk1NNi11 _ 2 0.7hf ffw 2hfN22- 2hf2 0.7= f

56、fw三面圍焊N3 =2 0.7 -fhfbffwI2進(jìn)一法精確到10mm。進(jìn)一法精確到10mmNk1N -0.5N3NiN2 = k2N - 0.5N3 L形圍焊N3 =2k2N11 - 2 0.7hf ffN2I2hf_2 0.7hf ffw hf進(jìn)十法精確到10mm。進(jìn)十法精確到10mm。hf-2 0.7：lffw進(jìn)一法精確到4、5、6、8mmNk1N -0.5 2k2N=匕 k2 NI1 -2 0.7hf ffwhf進(jìn)十法精確到10mm口 x =TxTxlx IfTTrTyTyhlh? lhlw1）承受形心力作用（相對焊縫而言，構(gòu)件是軸力或剪力） 式中he角焊縫的計算厚度，對直角角焊縫

57、he=0.7hf, hf為焊腳尺寸；lw角焊縫的計算長度，對每條焊縫取其實際長度減去2 hf;鋼管構(gòu)件承受軸力，端焊縫按上式計算即可，而雙角鋼承受軸力則較復(fù)雜，具體計算如 下。兩側(cè)邊焊肢背一側(cè)承擔(dān)Ni力，肢尖一側(cè)承擔(dān)N2。內(nèi)力分配系數(shù)分別為ki和k2,見下表。角鋼組合k k1k k2等邊角鋼0.3不等邊角鋼，長邊相連0.650.650.350.35不等邊角鋼，短邊相連0.750.750.250.25N2 =k2N2）承受扭矩T和形心力N（橫向）、V（豎向）所謂扭矩是指其平面與計算平面平行的力矩h? l-fN3）承受彎矩M和形心力N（橫向）、V（豎向） 所謂彎矩是指其平面與計算

58、平面垂直的力矩。M MyMMIwWw 20.7hfiw6x2IINxTry1Ab_TV1Ty1Ty122Ab = x A.i y 九Ty1-fV2 ffwM12、M14、M16d0=d+1mmM18、M20、M24d0=d+1.5mmM27、M30d0=d+2mm4.6S、4.8S、5.6S、6.8S、8.8S4.4普通螺栓連接的構(gòu)造和計算1.構(gòu)造直徑：M12、M14、M16、M18、M20、M24、M27、M30 螺栓孔：2.計算（1）受剪連接1）破壞形式：螺栓桿被剪斷 螺栓孔承壓破壞 構(gòu)件端部被剪壞 構(gòu)件凈截面強(qiáng)度破壞其中和通過螺栓連接計算來防止，通過限制端距來防止，通過構(gòu)件凈截面強(qiáng)度計算

59、 防止。2）單個螺栓受剪承載力螺栓桿被剪斷的承載力設(shè)計值 螺栓孔承壓破壞的承載力設(shè)計值實際計算以兩者中的較小者控制：“補(bǔ)山二min（N：,Ncb）當(dāng)連接一側(cè)兩端排螺栓的距離lo較大時，與側(cè)面角焊縫的內(nèi)力分布相類似，也是兩頭大 中間小，所以也應(yīng)該進(jìn)行折減：當(dāng) 15dv I0 60d0時，折減系數(shù)=0.73）螺栓群受剪計算承受形心力N承受形心力N（橫向）和V（豎向）、扭矩T一般求所需要的螺栓數(shù)：nVN minNNvb min再按排列構(gòu)造要求布置螺栓N弋f可丿性能等級：排列考慮構(gòu)造要求、受力要求和施工要求。bv4N“ ； NjN： 2NV N； 2 N；in(2)受拉連接破壞形式：有螺紋的橫截面面積

60、最小，所以一般都會在該部位被拉斷。 單個螺栓受拉承載力設(shè)計值b 応2 bN： = e2 r4螺栓群受拉計算 承受形心力N N bNtNtn1)2)3)般按上式計算所需要的螺栓數(shù):minNn 一NtMNtNmax0.9 0.9 0.91.2再按排列構(gòu)造要求布置螺栓 承受形心拉力N和彎矩M(般C級普通螺栓不宜同時受拉受剪)NtNnM% AM%AAb2Ab2ix 、討 A x y當(dāng)Nmm二叫“ - NJ時，說明所有螺栓均受拉，按下式計算抗拉強(qiáng)度：Nmax 二 NN NM Nfb當(dāng)Nmin = NtN - NtM 0時，說明端板與柱翼緣之間存在壓力，而該壓力端板與柱翼緣 之間直接承