review鋼結(jié)構(gòu)基本原理復(fù)習(xí)實用教案

1、Design Principles of Steel Structure1 SummarizeKey 1: What are the features of steel structure?(1) High strength of steel, light weight of structure（鋼材(gngci)強度高，結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕）(2) Isotropic material, high reliability（材質(zhì)均勻，可靠度高）(3) Convenient fabrication, quick erection（制作方便，施工快速）(4) Good leakproofness（密閉性好）

2、(5) Heat-resistant but not refractory（耐熱不耐火）(6) Be corroded easily , maintained costly（易腐蝕，維修費用大）第1頁/共38頁第一頁，共39頁。The structural limit stateKey 2: The Design Method of Steel Structurea. The ultimate limit states: The basic combination of load effects shall be considered and, if necessary, the accide

3、ntal combination of load effects shall also be considered. b. The serviceability limit state:The load standard combination of steel structure design is only considered.Design Principles of Steel Structure1 Summarize第2頁/共38頁第二頁，共39頁。(1) Higher fy and fu（有較高的fy 和 fu）(2) Good Plasticity and impact toug

4、hness（有良（有良好好(lingho)的塑性和沖擊韌性）的塑性和沖擊韌性）(3) Good machinability（有良好的加工（有良好的加工(ji gng)性能）性能）(4) Good adaptability to working circumstance（對（對環(huán)境環(huán)境(hunjng)良好的適應(yīng)能力）良好的適應(yīng)能力） Design Principles of Steel Structure2 steel materialKey 1: The requirements of steel structure material第3頁/共38頁第三頁，共39頁。Key 2: Failur

5、e modes of steel structure material(1) Plastic failure (塑性破壞)There is obvious deformation or collapse omen before failure.(2) Brittle failure (脆性破壞)There is little deformation or no warning before failure.(3) 影響(yngxing)脆性破壞的因素化學(xué)成分、冶金質(zhì)量、溫度（低溫）、冷作硬化、時效、應(yīng)力集中、復(fù)雜應(yīng)力。Design Principles of Steel Structure2

6、steel material第4頁/共38頁第四頁，共39頁。Design Principles of Steel Structure2 steel materialKey 3: The main mechanical properties of steel(1) Strength fu, fy fu, fy , f(2) Plasticity 材料發(fā)生塑性變形而不斷裂的性質(zhì)(3) Cold bending performance鋼材發(fā)生塑變時對產(chǎn)生(chnshng)裂紋的抵抗能力，是判別鋼材塑性及冶金質(zhì)量的綜合指標。(4) Impact toughness動力指標，鋼材在斷裂或塑變時吸收能量

7、的能力，是強度與塑性的綜合表現(xiàn)。(5) Weldability(6) Durability注：承重結(jié)構(gòu)的鋼材(gngci)至少應(yīng)保證fu, fy , d三項指標滿足要求。 第5頁/共38頁第五頁，共39頁。Key 4: (1) The influence of chemical composition(化學(xué)成分)C, Mn, Si, S (hot shortness), P (Cold shortness).(2) The influence of steel-making (鋼材(gngci)生產(chǎn)過程)(3) Temperature influence (溫度)High and low Te

8、mperature(4) Hardening influence (硬化) f, d , Akv (5) The influence of stress concentration (應(yīng)力集中) Design Principles of Steel Structure2 steel material第6頁/共38頁第六頁，共39頁。Key 5: Design Principles of Steel Structure2 steel material(1) 疲勞破壞(phui)的特征： 脆性破壞(phui)(2) 影響因素：構(gòu)件和連接的構(gòu)造類型循環(huán)次數(shù)循環(huán)應(yīng)力比應(yīng)力幅殘余應(yīng)力第7頁/共38頁第七

9、頁，共39頁。Key 6: (1) (1) 碳素結(jié)構(gòu)鋼：代表(dibio)Q235(dibio)Q235(2) (2) 低合金高強度鋼：代表(dibio)Q345(dibio)Q345、Q390Q390和Q420Q420(3) (3) 鋼材的牌號：例如：Q235AQ235A、Q235BQ235B和Q235CQ235C 有何區(qū)別(4) (4) 型鋼(profiled steel): I-, H-, L-, T-, -(profiled steel): I-, H-, L-, T-, -shape.shape.Design Principles of Steel Structure2 steel

10、material第8頁/共38頁第八頁，共39頁。Key 1: The main types of connections (1) welded connections (焊縫連接) 手工(shugng)電弧焊、焊條與鋼材適應(yīng)(2) bolt connections (螺栓連接) Common Bolts (refined bolts and crude bolt)High-strength Bolts (friction-type and pressure-type)(3) rivet connections (鉚釘連接) Design Principles of Steel Structu

11、re3 Connections第9頁/共38頁第九頁，共39頁。Key 2: Types of Welds (1) Groove welds (對接焊縫)坡口形式；引、落弧板；變厚度與變寬度的連接標注方法(fngf)：(2) Fillet welds (角焊縫) 標注方法(fngf)：(3) Strength and quality inspection of welding line（焊縫質(zhì)量檢驗與焊縫強度）Design Principles of Steel Structure3 Connections第10頁/共38頁第十頁，共39頁。Key 3: Details of fillet w

12、elding lineDesign Principles of Steel Structure3 Connections部位項目構(gòu)造要求備注焊腳尺寸hfmaxmin焊縫計算長度lwmaxmin板端部與節(jié)點板僅用兩側(cè)面角焊縫長度距離搭接連接長度板件hft,t6mm邊緣(binyun)hft-(12)mm,t6mmhf1.2t1(鋼管構(gòu)件(gujin)除外)t1為較薄焊件厚度，t為板邊角(bin jio)焊縫的板件厚度 25 . 1thf；當t24，hf =t2t2為較厚焊件。自動焊可減1mm；單面T形焊應(yīng)加1mm 60flhmax 8,40flhmm若超出限值，則超出部分在計算中不考慮。內(nèi)力沿側(cè)

13、縫全長均勻分布者不限 wlbt1為較薄焊件厚度， lw為每條側(cè)面焊縫的長度， b為兩條側(cè)面焊縫之間的距離b16t1 ,當t112mmb190mm,t112mm1max 5 ,25Ltt1為較薄焊件厚度第11頁/共38頁第十一頁，共39頁。1 1、軸心、軸心(zhu xn)(zhu xn)力作用下力作用下Ne1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2)213(2)203(2322311 NNkNNNkN)193(33 wffefbhN Key 4: Calculations of Fillet weldsDesign Principles of Steel Structure3 Con

14、nections受力分析受力分析(fnx)(fnx)：第12頁/共38頁第十二頁，共39頁。Ne1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2)153()143(222111 wfewfwfewffhlNfhlN 校核校核(xio h):(xio h):1 1、軸心、軸心(zhu xn)(zhu xn)力作用下力作用下例題(lt)(lt)詳見作業(yè)。Key 4: Calculations of Fillet weldsDesign Principles of Steel Structure3 Connections第13頁/共38頁第十三頁，共39頁。2 2、N N、M M、V V共同共同

15、(gngtng)(gngtng)作用作用NeNx xNy y2wl2wlMANxNxM MNyNy 2,6weewxAflhMhlN ewyAfhlN , wfAffAff 2,2, h he eh he et tKey 4: Calculations of Fillet weldsDesign Principles of Steel Structure3 Connections第14頁/共38頁第十四頁，共39頁。(1) (1) 焊接應(yīng)力產(chǎn)生原因：不均勻加熱與冷卻焊接應(yīng)力產(chǎn)生原因：不均勻加熱與冷卻(2) (2) 焊接殘余應(yīng)力的類型焊接殘余應(yīng)力的類型(lixng)(lixng)：(3) (3)

16、 對結(jié)構(gòu)性能的影響：對結(jié)構(gòu)性能的影響： 靜力強度：無影響靜力強度：無影響 結(jié)構(gòu)剛度：降低結(jié)構(gòu)剛度：降低 穩(wěn)定承載力：降低穩(wěn)定承載力：降低 低溫工作：變脆低溫工作：變脆 疲勞強度：降低疲勞強度：降低(4) (4) 減小焊接殘余應(yīng)力、變形的設(shè)計和工藝措施減小焊接殘余應(yīng)力、變形的設(shè)計和工藝措施: :Key 5: The stress and deformation of weldsDesign Principles of Steel Structure3 Connections第15頁/共38頁第十五頁，共39頁。(1)(1)螺栓排列：并列、錯列螺栓排列：并列、錯列(2)(2)螺栓排列：需要考慮螺栓

17、排列：需要考慮(kol)(kol)受力、構(gòu)造和施工要受力、構(gòu)造和施工要求求(3)(3)端距要求：不應(yīng)小于端距要求：不應(yīng)小于2d02d0(4)(4)中距要求：最小中距中距要求：最小中距3d03d0(5)(5)排列要求：參見規(guī)范排列要求：參見規(guī)范Key 6: Details of bolts connecting Design Principles of Steel Structure3 Connections第16頁/共38頁第十六頁，共39頁。（1 1）螺栓桿被剪斷）螺栓桿被剪斷(jin dun)(jin dun)（2 2）孔壁的擠壓破壞）孔壁的擠壓破壞（3 3）板件被拉斷）板件被拉斷 以上破

18、壞形式予以計算解決以上破壞形式予以計算解決Key 7: Strength failure of the shear boltDesign Principles of Steel Structure3 Connections第17頁/共38頁第十七頁，共39頁。（4 4）板件端部被剪斷）板件端部被剪斷(jin dun)(jin dun)（拉豁（拉豁) )（5 5）栓桿彎曲）栓桿彎曲(wnq)(wnq)破壞破壞這這兩兩種種破破壞壞構(gòu)構(gòu)造造解解決決Key 7: Strength failure of the shear boltDesign Principles of Steel Structure

19、3 Connections第18頁/共38頁第十八頁，共39頁。普通螺栓群軸心普通螺栓群軸心(zhu xn)力作用下抗剪計算力作用下抗剪計算FFN1F)373(1 nFNFbFNNmin1Key 8: Uniform shear of bolts groupDesign Principles of Steel Structure3 Connections第19頁/共38頁第十九頁，共39頁。普通螺栓普通螺栓(lushun)群軸心力作用下抗剪計算群軸心力作用下抗剪計算 )343(minmin bcbvbNNN，)323(42 bvvbvfdnN )333(bcbc ftdNKey 8: Unif

20、orm shear of bolts groupDesign Principles of Steel Structure3 Connections第20頁/共38頁第二十頁，共39頁。Key 9: The working performance of boltDesign Principles of Steel Structure3 Connections(1) 普通受剪螺栓： 從受力直至破壞經(jīng)歷四個階段，由于它允許接觸面滑動，以螺桿剪斷或孔壁受壓破壞的極限狀態(tài)作為設(shè)計準則(zhnz)(2) 普通受拉螺栓：以螺栓被拉斷作為承載力極限狀態(tài)(3) 高強度螺栓： 高強度螺栓在擰緊時，螺桿中產(chǎn)生了很大

21、的預(yù)拉力，而被連接板件間則產(chǎn)生很大的預(yù)壓力。連接受力后，由于接觸面上產(chǎn)生的摩擦力，能在相當大的荷載情況下阻止板件間的相對滑移。當外力超過了板間摩擦力后，板件間即產(chǎn)生相對滑動。高強度螺栓摩擦型連接是以板件間出現(xiàn)滑動為抗剪承載力極限狀態(tài)；而承壓型是允許板件產(chǎn)生相對滑移后螺栓受力，最后以螺栓被剪斷或擠壓破壞為抗剪承載力極限狀態(tài)。第21頁/共38頁第二十一頁，共39頁。(1) 彎曲屈曲：雙軸對稱工字型截面彎曲屈曲：雙軸對稱工字型截面(jimin)(2) 扭轉(zhuǎn)屈曲：雙軸對稱十字型截面扭轉(zhuǎn)屈曲：雙軸對稱十字型截面(jimin)(3) 彎扭屈曲：單軸對稱彎扭屈曲：單軸對稱T型截面型截面(jimin)Key

22、1: Buckling modes of strut Design Principles of Steel Structure4 Axial forced member第22頁/共38頁第二十二頁，共39頁。Key 2: Factors affecting column stability Design Principles of Steel Structure4 Axial forced member Effect of residual stress in member (焊接殘余應(yīng)力(yngl) Initial out-of-straightness (初彎矩) Accidental n

23、on-concentric loading (初偏心) Different End Conditions (端部約束不同)第23頁/共38頁第二十三頁，共39頁。Key 3: Checking of Axial forced memberDesign Principles of Steel Structure4 Axial forced member（1）強度(qingd)驗算nNfA（2 2）剛度）剛度(n d)(n d)驗算驗算 max0maxil第24頁/共38頁第二十四頁，共39頁。Key 3: Checking of Axial forced memberDesign Princip

24、les of Steel Structure4 Axial forced member（3 3）整體穩(wěn)定）整體穩(wěn)定(wndng)(wndng)驗算驗算fAN（4 4）局部穩(wěn)定）局部穩(wěn)定(wndng)(wndng)驗算驗算(100.1 )235 /ybft翼緣翼緣ywfth/235)5 .025(0腹板腹板第25頁/共38頁第二十五頁，共39頁。Key 3: Design principles of Axial forced memberDesign Principles of Steel Structure4 Axial forced member1）Equistability princip

25、le 雙向等穩(wěn)2）Width limb and thin wall 寬肢薄壁3）Manufacture saving of labor 制造(zhzo)省工4） Connect convenient 連接(linji)方便第26頁/共38頁第二十六頁，共39頁。Key 1: Factor influencing Mcr Design Principles of Steel Structure5 Beams(1) EIy , GIt , EIw , Mcr.(2) Spacing of lateral supports in the compression flange of beam, l1,

26、 Mcr.(4) Loading position (a) on cross section: On top flange (a0), Mcr . (3) Loading pattern(5) The stronger restraint, Mcr . (6) Geometric parameter about asymmetric section (截面不截面不對對稱幾何稱幾何(j h)特性特性), By: enlarges the compression flange of beam, Mcr .第27頁/共38頁第二十七頁，共39頁。Key 2: Situations not be ne

27、eded to cal. O.S. of beams Design Principles of Steel Structure5 Beams（1 1）有剛性鋪板(pbn)(pbn)密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固連接，能阻止受壓翼緣側(cè)向位移（截面扭轉(zhuǎn)）時。（2 2）H H型鋼或工字形截面簡支梁受壓翼緣自由長度與其寬度之比l1/b1l1/b1不超過表5.35.3所列數(shù)值時。（3 3）箱形截面簡支梁的截面尺寸h/b06h/b06且l1/b095(235/fy)l1/b095(235/fy)時。第28頁/共38頁第二十八頁，共39頁。1.強度驗算(yn sun)：包括正應(yīng)力、剪應(yīng)力、局部壓應(yīng)力驗算(y

28、n sun)，對組合梁還要驗算(yn sun)翼緣與腹板交界處的折算應(yīng)力。(1) 正應(yīng)力(yngl)(2) 剪應(yīng)力剪應(yīng)力vxxyftISV(3) 局部(jb)壓應(yīng)力cw zFft l(4) 折算應(yīng)力折算應(yīng)力fcc12223ffWMRyxxxDesign Principles of Steel Structure5 BeamsKey 3: Checking of beams 第29頁/共38頁第二十九頁，共39頁。 2.剛度(n d)驗算：均布荷載下等均布荷載下等截面簡支梁截面簡支梁xxxxxEIlMEIlMEIql104853845224 標準(biozhn)荷載下梁的最大撓度 受彎構(gòu)件的撓度

29、限值，按表規(guī)定采用梁的最大撓度可用材料力學(xué)梁的最大撓度可用材料力學(xué)(ci lio l xu)(ci lio l xu)、結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計算。、結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計算。Design Principles of Steel Structure5 BeamsKey 3: Checking of beams 第30頁/共38頁第三十頁，共39頁。 3.整體(zhngt)穩(wěn)定驗算：(1) 判斷梁是否需要進行整體穩(wěn)定驗算。(2) 如需要則按照梁的截面類型選擇適當?shù)挠嬎愎接嬎阏w穩(wěn)定系數(shù)。(3) 不論(bln)哪種情況算得的穩(wěn)定系數(shù)大于0.6，都應(yīng)采用修正公式進行修正。bxxMfW(4) 采用公式驗算整體(zhn

30、gt)穩(wěn)定承載力是否滿足要求。0 .1282.007.1bbDesign Principles of Steel Structure5 BeamsKey 3: Checking of beams 第31頁/共38頁第三十一頁，共39頁。 4.局部(jb)穩(wěn)定驗算：) 對于焊接組合梁，翼緣可以通過限制板件寬厚比保證其不發(fā)生局部失穩(wěn)。) 腹板則較為復(fù)雜，一種方法是通過設(shè)置加勁肋的方法保證其不發(fā)生局部失穩(wěn)；另一種方法是允許(ynx)腹板發(fā)生局部失穩(wěn)，利用其屈曲后承載力。Design Principles of Steel Structure5 BeamsKey 3: Checking of beam

31、s 第32頁/共38頁第三十二頁，共39頁。(1) The GB code provision about Layout of stiffenersDesign Principles of Steel Structure5 BeamsKey 3: The local stability of web Longitudinal stiffeners:防止不均勻(jnyn)彎曲壓應(yīng)力作用下局部失穩(wěn)。Short stiffeners:防止防止(fngzh)單邊單邊橫向橫向壓應(yīng)壓應(yīng)力作用下局部力作用下局部失失穩(wěn)穩(wěn)。 。 Bearing stiffeners:支承支承(zh chn)和和傳遞傳遞集中集中力。力。 Transverse stiffeners: :提高腹板的臨界應(yīng)力并作為縱向加勁提高腹板的臨界應(yīng)力并作為縱向加勁肋的支承，防止剪應(yīng)力作用下局部失穩(wěn)。肋的支承，防止剪應(yīng)力作用下局部失穩(wěn)