鋼結(jié)構(gòu)(第三版)由戴國欣主編

1、鋼結(jié)構(gòu) Page 2主要內(nèi)容1：緒論緒論2：鋼結(jié)構(gòu)的材料：鋼結(jié)構(gòu)的材料3：鋼結(jié)構(gòu)的連接：鋼結(jié)構(gòu)的連接4：軸心受力構(gòu)件：軸心受力構(gòu)件5：受彎構(gòu)件：受彎構(gòu)件6：拉彎和壓彎構(gòu)件：拉彎和壓彎構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理Page 3Page 4第一章 緒 論1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1.2 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法1.3 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理Page 5第一章 緒論1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1. 輕質(zhì)高強(qiáng)輕質(zhì)高強(qiáng)2. 塑性塑性、韌性好韌性好3. 材質(zhì)均勻材質(zhì)均勻、性能穩(wěn)定、性能穩(wěn)定4. 制作簡便，施工工期短制作簡便，施工工期短5. 密閉性好密閉性好6. 耐腐蝕性差耐腐蝕性差7. 耐熱耐熱不

2、耐火不耐火Page 6第一章 緒論1.2 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法1.2 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法u 設(shè)計(jì)方法：設(shè)計(jì)方法：以概率理論為基礎(chǔ)的以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 u 計(jì)算疲勞計(jì)算疲勞仍采用仍采用容許應(yīng)力幅法容許應(yīng)力幅法u 計(jì)算計(jì)算強(qiáng)度、穩(wěn)定、連接強(qiáng)度、穩(wěn)定、連接用用荷載荷載設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)值u 計(jì)算計(jì)算疲勞、變形疲勞、變形用用荷載荷載標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值u 對(duì)于對(duì)于直接直接承受承受動(dòng)力荷載動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)：的結(jié)構(gòu)： 在計(jì)算在計(jì)算強(qiáng)度和穩(wěn)定強(qiáng)度和穩(wěn)定時(shí)，動(dòng)力荷載設(shè)計(jì)值時(shí)，動(dòng)力荷載設(shè)計(jì)值應(yīng)應(yīng)乘乘動(dòng)力系數(shù)動(dòng)力系數(shù) 在計(jì)算在計(jì)算疲勞和變形疲勞和變形時(shí)，動(dòng)力荷載標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，動(dòng)力荷載標(biāo)準(zhǔn)值不應(yīng)

3、不應(yīng)乘乘動(dòng)力系數(shù)動(dòng)力系數(shù)Page 7第一章 緒論1.3 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展1.3 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展1. 鋼結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用應(yīng)用（1）重：重：重工業(yè)廠房重工業(yè)廠房（2）大：大：大跨度結(jié)構(gòu)大跨度結(jié)構(gòu)（3）高：高：高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)（4）動(dòng)：動(dòng)：受動(dòng)荷載作用的廠房受動(dòng)荷載作用的廠房（5）輕：輕：荷載較小的輕鋼結(jié)構(gòu)荷載較小的輕鋼結(jié)構(gòu)（6）?。盒。盒⌒?、可拆裝的結(jié)構(gòu)小型、可拆裝的結(jié)構(gòu)Page 8第一章 緒論1.3 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展2. 鋼結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展發(fā)展（1）高性能鋼材高性能鋼材的研究與應(yīng)用的研究與應(yīng)用（2）設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)的改進(jìn)（3）穩(wěn)定理論穩(wěn)定理

4、論的進(jìn)一步發(fā)展的進(jìn)一步發(fā)展（4）預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用的研究與應(yīng)用（5）空間鋼結(jié)構(gòu)空間鋼結(jié)構(gòu)與與高層鋼結(jié)構(gòu)高層鋼結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用的研究與應(yīng)用（6）組合結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用的研究與應(yīng)用Page 9輕質(zhì)輕質(zhì)材料的質(zhì)量密度與強(qiáng)度的比值材料的質(zhì)量密度與強(qiáng)度的比值 小小Q235鋼鋼C30混凝土混凝土fmf/107 . 37 . 14mf/10184附附1：輕質(zhì)高強(qiáng)：輕質(zhì)高強(qiáng)Q235鋼鋼 密度密度：7850kg/m3 強(qiáng)度強(qiáng)度：235N/mm2 C30混凝土混凝土 密度密度：2450kg/m3 強(qiáng)度強(qiáng)度：20N/mm2 Page 10鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第二章.鋼結(jié)構(gòu)的材料2.1 鋼結(jié)構(gòu)對(duì)鋼結(jié)

5、構(gòu)對(duì)材料材料的要求的要求2.2 鋼材的鋼材的破壞形式破壞形式2.3 鋼材的鋼材的主要性能主要性能2.4 各種各種因素因素對(duì)鋼材主要性能的影響對(duì)鋼材主要性能的影響2.5 復(fù)雜應(yīng)力復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的作用下鋼材的屈服條件屈服條件2.6 鋼材的鋼材的疲勞疲勞2.7 鋼的鋼的種類種類和鋼材和鋼材規(guī)格規(guī)格Page 11第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.1 鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求u 較高的強(qiáng)度較高的強(qiáng)度2.1 鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求u 足夠的變形能力。即塑性、韌性好。足夠的變形能力。即塑性、韌性好。u 良好的加工性能（包括冷加工、熱加工和可焊性）良好的加工性能（包括冷加工、熱加工和可焊性）Page 12第

6、二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2 鋼材的破壞形式u 塑性破壞塑性破壞：破壞前：破壞前有有明顯的變形明顯的變形，破壞歷時(shí)時(shí)，破壞歷時(shí)時(shí) 間長，可以采取補(bǔ)救措施。間長，可以采取補(bǔ)救措施。2.2 鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式u 脆性破壞脆性破壞：破壞前：破壞前沒有沒有明顯的變形明顯的變形，破壞發(fā)生，破壞發(fā)生 突然，沒有機(jī)會(huì)補(bǔ)救。突然，沒有機(jī)會(huì)補(bǔ)救。l脆性破壞的原因脆性破壞的原因：鋼材內(nèi)部缺陷，焊接缺陷、構(gòu)造：鋼材內(nèi)部缺陷，焊接缺陷、構(gòu)造 不合理、使用不當(dāng)?shù)?。不合理、使用不?dāng)?shù)取?應(yīng)盡量發(fā)揮材料的塑性應(yīng)盡量發(fā)揮材料的塑性 避免一切脆性破壞的可能性避免一切脆性破壞的可能性 Page 13第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.

7、3 鋼材的主要性能一、強(qiáng)度一、強(qiáng)度2.3 鋼材的主要性能鋼材的主要性能強(qiáng)度指標(biāo)是由鋼材的強(qiáng)度指標(biāo)是由鋼材的單向均勻受拉單向均勻受拉試驗(yàn)測(cè)得的試驗(yàn)測(cè)得的強(qiáng)度指標(biāo)：強(qiáng)度指標(biāo)：比例極限比例極限 ；屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 ；極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度pfyfuf 試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件：標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件在常溫（在常溫（20）下緩慢加載，）下緩慢加載， 一次完成一次完成Page 14uOAEBCDAEyPage 15第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3 鋼材的主要性能 鋼材在單向均勻受拉時(shí)工作性能表現(xiàn)為四個(gè)階段鋼材在單向均勻受拉時(shí)工作性能表現(xiàn)為四個(gè)階段 彈性階段彈性階段: 應(yīng)力最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)應(yīng)力最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)比例極限比例極限 彈性模量彈性模量

8、 應(yīng)力應(yīng)力pf251006. 2mmNE E2. 彈塑性階段彈塑性階段: 應(yīng)力介于應(yīng)力介于 和和 之間之間 彈塑性模量彈塑性模量 是變數(shù)是變數(shù)yfpftE3. 塑性階段塑性階段: 應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度yf%5 . 2%15. 0:, 0tEuf4. 強(qiáng)化頸縮階段強(qiáng)化頸縮階段: 應(yīng)力最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)抗拉極限應(yīng)力最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)抗拉極限Page 16超過超過 f fy y到屈服臺(tái)階終止到屈服臺(tái)階終止的變形約為的變形約為2.5%(3%)2.5%(3%)，足以滿足考慮結(jié)構(gòu)的足以滿足考慮結(jié)構(gòu)的塑性變形發(fā)展的要求。塑性變形發(fā)展的要求。 鋼材可以簡化為鋼材可以簡化為理想彈塑性體理想彈塑性體2.5%(3%)2

9、.5%(3%)fy 0 00.15%0.15%Page 17第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3 鋼材的主要性能 鋼材的工作性能可以看作理想彈性塑性體鋼材的工作性能可以看作理想彈性塑性體1. 計(jì)算簡便計(jì)算簡便2. 與與 相差不大相差不大yfpf3. 雖然雖然 ，但，但 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) 的應(yīng)變非常大（不滿足正的應(yīng)變非常大（不滿足正 常使用極限狀態(tài)）常使用極限狀態(tài)）yfufuf4. 以以 作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)，具有較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備，作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)，具有較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備， 若出現(xiàn)偶然因素，使人們有機(jī)會(huì)補(bǔ)救若出現(xiàn)偶然因素，使人們有機(jī)會(huì)補(bǔ)救yfl 屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比 ：Q235鋼為鋼為0.57，Q345鋼為鋼為0.67uyff

10、 /Page 18第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3 鋼材的主要性能 簡化計(jì)算簡化計(jì)算, 采用理想彈塑性模型采用理想彈塑性模型 作為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最大應(yīng)力作為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最大應(yīng)力yf 作為鋼材實(shí)際破壞強(qiáng)度作為鋼材實(shí)際破壞強(qiáng)度ufPage 19第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3 鋼材的主要性能二、塑性性能二、塑性性能塑性塑性：在：在靜力荷載靜力荷載作用下，鋼材吸收作用下，鋼材吸收變形能變形能的能力的能力衡量塑性性能的指標(biāo)：衡量塑性性能的指標(biāo)：伸長率伸長率表示以時(shí)表示以時(shí)5001000010001,5,10試件中間部分的直徑試件拉斷后的標(biāo)距長度試件原標(biāo)距長度%100dldldlllllPage 20第二章 鋼結(jié)構(gòu)的

11、材料2.3 鋼材的主要性能三、沖擊韌性三、沖擊韌性沖擊韌性沖擊韌性：在：在動(dòng)力荷載動(dòng)力荷載作用下，材料吸收作用下，材料吸收能量能量的能力的能力衡量沖擊韌性的指標(biāo)：衡量沖擊韌性的指標(biāo)：沖擊功沖擊功 韌性是鋼材強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo)韌性是鋼材強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo) 梅氏梅氏U型缺口型缺口試件試件:沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試件型式：的標(biāo)準(zhǔn)試件型式： 夏比夏比V型缺口型缺口試件試件:我國采用夏比我國采用夏比V型缺口試件型缺口試件2/cmJk JCV 沖擊韌性受溫度的影響沖擊韌性受溫度的影響沖擊韌性沖擊韌性由沖擊韌性試驗(yàn)獲得由沖擊韌性試驗(yàn)獲得Page 21第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3 鋼材的主要性能四、冷彎性能

12、四、冷彎性能 冷彎性能冷彎性能是檢驗(yàn)鋼材適應(yīng)是檢驗(yàn)鋼材適應(yīng)冷加工冷加工（常溫下加工）（常溫下加工） 的能力和顯示的能力和顯示鋼材內(nèi)部缺陷鋼材內(nèi)部缺陷狀況的一項(xiàng)指標(biāo)狀況的一項(xiàng)指標(biāo) 冷彎性能冷彎性能是考察鋼材在是考察鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)展下發(fā)展塑性塑性 變形變形能力的指標(biāo)能力的指標(biāo) 冷彎性能冷彎性能由由冷彎試驗(yàn)冷彎試驗(yàn)確定確定Page 22第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3 鋼材的主要性能 鋼材物理性能指標(biāo)鋼材物理性能指標(biāo)l 彈性模量彈性模量l 泊松比泊松比l 剪變模量剪變模量l 線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)l 質(zhì)量密度質(zhì)量密度2310206mmNE3 . 023107912mmNEGC06/101

13、237850mkgPage 23附附2 2：拉伸試件：拉伸試件Page 24附附3 3：沖擊韌性試驗(yàn)：沖擊韌性試驗(yàn)Page 25附附4 4：冷彎試驗(yàn)：冷彎試驗(yàn)Page 26第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響一、化學(xué)成分一、化學(xué)成分2.4 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響普通碳素鋼普通碳素鋼中中Fe占占99%，其他其他雜質(zhì)元素占雜質(zhì)元素占1%普通低合金鋼普通低合金鋼中有中有5%的合金元素的合金元素碳（碳（C）：鋼材強(qiáng)度的主要來源，但是隨其）：鋼材強(qiáng)度的主要來源，但是隨其含量增加含量增加，強(qiáng)度增強(qiáng)度增 加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蝕性降低。加，塑性降

14、低，可焊性降低，抗腐蝕性降低。一般一般 控制在控制在0.120.2%，在，在0.2以下時(shí)，可焊性良好以下時(shí)，可焊性良好硫（硫（S）：熱脆性熱脆性，不得超過，不得超過0.05%磷（磷（P）：冷脆性冷脆性?？垢g能力略有提高，可焊性降低?？垢g能力略有提高，可焊性降低。 不得超過不得超過0.045%Page 27第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響錳（錳（Mn）：合金元素。）：合金元素。弱脫氧劑弱脫氧劑。與。與S形成形成MnS，熔點(diǎn)為，熔點(diǎn)為 1600，可以消除一部分，可以消除一部分S的有害作用。的有害作用。硅（硅（Si）：合金元素。）：合金元素。強(qiáng)脫氧劑強(qiáng)脫氧劑。氧（氧（O）

15、：有害雜質(zhì)，效果同：有害雜質(zhì)，效果同S。氮（氮（N）：有害雜質(zhì)，效果同：有害雜質(zhì)，效果同P。Page 28第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響二、冶金缺陷二、冶金缺陷常見的常見的冶金缺陷冶金缺陷有有偏析偏析、非金屬夾雜非金屬夾雜、氣孔氣孔、裂紋裂紋等。等。偏析偏析化學(xué)成分分布的不均勻程度?；瘜W(xué)成分分布的不均勻程度。三、加荷速度三、加荷速度 1材性試驗(yàn)要求材性試驗(yàn)要求緩慢加載緩慢加載 2要考慮要考慮動(dòng)荷載動(dòng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響不利影響加荷速度高加荷速度高，鋼材屈服點(diǎn)提高，呈，鋼材屈服點(diǎn)提高，呈脆性脆性。因此，。因此，Page 29第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4 各種因素對(duì)

16、鋼材主要性能的影響四、鋼材硬化四、鋼材硬化冷作硬化冷作硬化當(dāng)加載超過材料當(dāng)加載超過材料比例極限比例極限卸載后，出現(xiàn)卸載后，出現(xiàn)殘余變形殘余變形，再，再次加載則次加載則屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象，也稱的現(xiàn)象，也稱“應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化”應(yīng)變時(shí)效應(yīng)變時(shí)效鋼材產(chǎn)生塑性變形時(shí)，碳、氮化合物更易析出。即鋼材產(chǎn)生塑性變形時(shí)，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同時(shí)可以加速時(shí)效硬化冷作硬化的同時(shí)可以加速時(shí)效硬化，因此也稱，因此也稱“人工時(shí)效人工時(shí)效”。 時(shí)效硬化時(shí)效硬化隨時(shí)間的增長隨時(shí)間的增長，碳和氮的化合物碳和氮的化合物從晶體中析出，使從晶體中析出，使材料硬化的現(xiàn)象。材料硬化的現(xiàn)

17、象。Page 30第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響五、溫度的影響五、溫度的影響1. 正溫范圍正溫范圍 100以內(nèi)以內(nèi) 對(duì)鋼材性能對(duì)鋼材性能無影響無影響； 100以上以上 隨溫度升高，總的趨勢(shì)是隨溫度升高，總的趨勢(shì)是強(qiáng)度、彈性模量降低強(qiáng)度、彈性模量降低， 塑性增大塑性增大 250左右左右 抗拉強(qiáng)度略有提高，塑性和韌性降低，脆性增抗拉強(qiáng)度略有提高，塑性和韌性降低，脆性增 加加藍(lán)脆現(xiàn)象藍(lán)脆現(xiàn)象。該溫度區(qū)段稱為。該溫度區(qū)段稱為“藍(lán)脆區(qū)藍(lán)脆區(qū)”。 260320 在應(yīng)力不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)在應(yīng)力不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù) 變形變形徐變現(xiàn)象徐變現(xiàn)象。 600

18、左右左右 彈性模量趨于零彈性模量趨于零 ，承載能力幾乎完全喪失。，承載能力幾乎完全喪失。Page 31低溫對(duì)鋼材沖擊韌性的影響1T C t / T cT 2（有兼壞破種兩壞破性脆沖擊功區(qū)度溫變轉(zhuǎn)）壞破性塑第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響2. 負(fù)溫范圍負(fù)溫范圍 當(dāng)溫度當(dāng)溫度低于常溫低于常溫時(shí)，鋼材的時(shí)，鋼材的脆脆 性傾向隨溫度降低而增加性傾向隨溫度降低而增加。T1 T2 之間之間溫度轉(zhuǎn)變脆性區(qū)溫度轉(zhuǎn)變脆性區(qū)，沖，沖擊功急劇下降。而且不同的鋼材其擊功急劇下降。而且不同的鋼材其脆性轉(zhuǎn)變區(qū)溫度不同，必須通過試脆性轉(zhuǎn)變區(qū)溫度不同，必須通過試驗(yàn)確定。使用驗(yàn)確定。使用溫度必須高于溫度

19、必須高于T1 ，但不一定高于但不一定高于T2Page 32第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響六、應(yīng)力集中的影響六、應(yīng)力集中的影響構(gòu)造缺陷構(gòu)造缺陷：構(gòu)件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突變等：構(gòu)件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突變等應(yīng)力集中應(yīng)力集中：由于構(gòu)造缺陷，應(yīng)力不均勻，力線變曲折，：由于構(gòu)造缺陷，應(yīng)力不均勻，力線變曲折，缺陷處缺陷處 有高峰應(yīng)力有高峰應(yīng)力。應(yīng)力集中的危害：塑性降低，脆性增加應(yīng)力集中的危害：塑性降低，脆性增加 構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免截面突變和尖銳角避免截面突變和尖銳角的情況的情況七、厚度的影響七、厚度的影響隨著厚度的增加，鋼材的隨著厚度的增加，鋼材的

20、抗拉、抗壓、抗彎、抗剪強(qiáng)度抗拉、抗壓、抗彎、抗剪強(qiáng)度均下降均下降Page 33第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.5 復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件2.5 復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件假定：假定：1. 材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強(qiáng)度指標(biāo)用變形時(shí)單位體積材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強(qiáng)度指標(biāo)用變形時(shí)單位體積 中積聚的能量來表達(dá)；中積聚的能量來表達(dá)； 2. 當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時(shí)的變形能當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時(shí)的變形能 時(shí)，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。時(shí)，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。)(3)(2zx2yz2xyxzzyyx2z2y2xredyredf彈性狀態(tài)彈性狀態(tài)yredf塑性狀態(tài)塑

21、性狀態(tài)平面應(yīng)力平面應(yīng)力狀態(tài)狀態(tài)2xyyx2y2x3red梁的應(yīng)力梁的應(yīng)力狀態(tài)狀態(tài)純剪應(yīng)力純剪應(yīng)力狀態(tài)狀態(tài)223red3redPage 34第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6 鋼材的疲勞2.6 鋼材的疲勞鋼材的疲勞一、鋼材疲勞破壞的特征一、鋼材疲勞破壞的特征1. 概念概念 鋼材的疲勞鋼材的疲勞鋼材在鋼材在連續(xù)循環(huán)荷載連續(xù)循環(huán)荷載作用下，當(dāng)作用下，當(dāng)循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù)達(dá)達(dá) 到到某一值某一值n時(shí)鋼材的破壞時(shí)鋼材的破壞 循環(huán)荷載循環(huán)荷載結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受的隨時(shí)間變化隨時(shí)間變化的荷載的荷載 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞時(shí)所經(jīng)歷的應(yīng)力變化次數(shù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞時(shí)所經(jīng)歷的應(yīng)力變化次數(shù) 應(yīng)力幅應(yīng)力幅

22、 在在循環(huán)荷載循環(huán)荷載作用下，應(yīng)力從最大到最小重復(fù)作用下，應(yīng)力從最大到最小重復(fù) 一次為一次循環(huán)，一次為一次循環(huán)，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之差最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之差 為應(yīng)力幅。為應(yīng)力幅。minmax直接直接承受承受動(dòng)力荷載動(dòng)力荷載重復(fù)作用重復(fù)作用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接，當(dāng)應(yīng)力變化的連接，當(dāng)應(yīng)力變化的循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù)n5104時(shí)，時(shí)，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。Page 35第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6 鋼材的疲勞2. 疲勞破壞的特點(diǎn)疲勞破壞的特點(diǎn)（1）疲勞破壞時(shí)，應(yīng)力）疲勞破壞時(shí)，應(yīng)力小于小于材料材料靜力強(qiáng)度靜力強(qiáng)度； （2）疲勞破壞屬于）疲勞破壞屬于突然突然的的脆性破壞脆性破壞。3.

23、 疲勞破壞的過程疲勞破壞的過程缺陷缺陷 微觀裂紋微觀裂紋 宏觀裂紋宏觀裂紋 斷裂斷裂4. 影響疲勞強(qiáng)度的主要因素影響疲勞強(qiáng)度的主要因素（1）應(yīng)力幅應(yīng)力幅（2）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n 材料內(nèi)部缺陷材料內(nèi)部缺陷（3）缺陷缺陷 構(gòu)造缺陷（應(yīng)力集中）構(gòu)造缺陷（應(yīng)力集中） 殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力Page 36第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6 鋼材的疲勞二、常幅疲勞計(jì)算二、常幅疲勞計(jì)算采用頁，表類，按類別分為參數(shù)，根據(jù)構(gòu)件和連接，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，（常幅疲勞的容許應(yīng)力幅力取負(fù)值）（拉應(yīng)力取正值，壓應(yīng)力中的最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)計(jì)算部位每次應(yīng)力循環(huán)值）中的最大拉應(yīng)力（取正計(jì)算部位每次應(yīng)力循環(huán)，力對(duì)焊接部位為應(yīng)力幅，2 .

24、2188)/7 . 0幅對(duì)非焊接部位為折算應(yīng)/12minmaxminmaxminmaxCnnCmmNPage 37 例例 一焊接箱形鋼梁，在跨中截面受到一焊接箱形鋼梁，在跨中截面受到Fmin=10 kN和和Fmax =100 kN 的常幅交變荷載的常幅交變荷載作用，跨中截面對(duì)其水平形心軸作用，跨中截面對(duì)其水平形心軸z的慣性矩的慣性矩 Iz=68.510-6 m4。該梁由手工焊接而成，。該梁由手工焊接而成，屬屬4類構(gòu)件，若欲使構(gòu)件在服役期限內(nèi)，能承受類構(gòu)件，若欲使構(gòu)件在服役期限內(nèi)，能承受2106次交變荷載作用。試校核其疲次交變荷載作用。試校核其疲勞強(qiáng)度。勞強(qiáng)度。2022-3-437Page 38

25、MPa48. 6)4/(minminzaIylFMPa83.64)4/(maxmaxzaIylF2. 確定確定 ，并校核疲勞強(qiáng)度，并校核疲勞強(qiáng)度MPa9 .102)1021018. 2()(3/16121/NC 顯然顯然 MPa35.5848. 683.64minmax從表中查得從表中查得 C =2.181012， =3， 解解：1. 計(jì)算跨中截面危險(xiǎn)點(diǎn)（計(jì)算跨中截面危險(xiǎn)點(diǎn)（a點(diǎn)）的應(yīng)力幅點(diǎn)）的應(yīng)力幅2022-3-438Page 39第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6 鋼材的疲勞三、變幅疲勞計(jì)算三、變幅疲勞計(jì)算6102f欠載效應(yīng)的等效系數(shù)力幅時(shí)的常幅疲勞的容許應(yīng)循環(huán)次數(shù)fn61021026重級(jí)工作制吊

26、車梁和重級(jí)、中級(jí)工作制吊車桁架重級(jí)工作制吊車梁和重級(jí)、中級(jí)工作制吊車桁架的疲勞可作的疲勞可作為為常幅疲勞常幅疲勞，按下式計(jì)算：，按下式計(jì)算：吊車梁和吊車桁架欠載效應(yīng)的等效系數(shù)fPage 40第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6 鋼材的疲勞 疲勞計(jì)算時(shí)應(yīng)注意的問題疲勞計(jì)算時(shí)應(yīng)注意的問題1. 直接直接承受承受動(dòng)力荷載動(dòng)力荷載重復(fù)作用重復(fù)作用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接，當(dāng)應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接，當(dāng)應(yīng) 力變化的力變化的循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù)n5104時(shí)，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。時(shí)，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。2. 疲勞計(jì)算采用疲勞計(jì)算采用容許應(yīng)力幅法，容許應(yīng)力幅法，荷載采用荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值。 3. 由于來源于試驗(yàn)，已考慮動(dòng)力效應(yīng)，計(jì)算時(shí)由

27、于來源于試驗(yàn)，已考慮動(dòng)力效應(yīng)，計(jì)算時(shí)不不再考慮再考慮動(dòng)力系數(shù)動(dòng)力系數(shù)。4. 在應(yīng)力循環(huán)中在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位可不計(jì)算疲勞。的部位可不計(jì)算疲勞。 Page 41第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.7 鋼的種類和鋼材規(guī)格2.7 鋼的種類和鋼材規(guī)格鋼的種類和鋼材規(guī)格一、一、鋼的種類鋼的種類1. 化學(xué)成分化學(xué)成分普通碳素鋼普通碳素鋼 Q235普通低合金鋼普通低合金鋼 Q345、Q390、Q420平爐平爐 成本高，質(zhì)量好（成本高，質(zhì)量好（6小時(shí)小時(shí)100t左右）左右）氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐 成本低，質(zhì)量也可（成本低，質(zhì)量也可（15分鐘分鐘150t）2. 爐種爐種3. 脫氧程度脫氧程度沸騰鋼（

28、沸騰鋼（F） 脫氧較差脫氧較差鎮(zhèn)靜鋼（鎮(zhèn)靜鋼（Z） 脫氧充分脫氧充分半鎮(zhèn)靜鋼（半鎮(zhèn)靜鋼（b） 脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間特殊鎮(zhèn)靜鋼（特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）Page 42第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.7 鋼的種類和鋼材規(guī)格4. 質(zhì)量等級(jí)質(zhì)量等級(jí)A級(jí)：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)和伸長率及硫、磷含量級(jí)：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)和伸長率及硫、磷含量B、C、D級(jí)：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長率、冷彎和沖擊級(jí)：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長率、冷彎和沖擊 韌性（分別為韌性（分別為20、0 、-20）及碳、硅、）及碳、硅、 錳、硫、磷含量錳、硫、磷含量E級(jí)：級(jí)： 除滿足除滿足D級(jí)的要求外，還要求級(jí)的

29、要求外，還要求-40時(shí)的沖擊韌性時(shí)的沖擊韌性5. 鋼材編號(hào)鋼材編號(hào)碳素鋼：碳素鋼： Q質(zhì)量等級(jí)（質(zhì)量等級(jí)（AD）脫氧程度（）脫氧程度（F，b）低合金鋼：低合金鋼： Q質(zhì)量等級(jí)（質(zhì)量等級(jí)（AE）如如Q235-AF、Q345-CPage 43第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.7 鋼的種類和鋼材規(guī)格6. 鋼材的選擇鋼材的選擇（1）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性；）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性；（2）荷載的種類（靜荷載或動(dòng)荷載）；）荷載的種類（靜荷載或動(dòng)荷載）；（3）連接方法（焊接或非焊接）；）連接方法（焊接或非焊接）；（4）工作條件（溫度，腐蝕等）工作條件（溫度，腐蝕等）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2013）規(guī)定

30、：）規(guī)定：承重結(jié)構(gòu)承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度、伸長率伸長率、屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度和和硫、磷含量硫、磷含量的合格的合格保證，對(duì)保證，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。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)焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材采用的鋼材還應(yīng)具有還應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)冷彎試驗(yàn)的的合格保證。合格保證。需要驗(yàn)算需要驗(yàn)算疲勞疲勞的的焊接結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)的鋼材，應(yīng)具有的鋼材，應(yīng)具有常溫或負(fù)溫常溫或負(fù)溫沖擊韌性沖擊韌性的合格保證。的合格保證。對(duì)需要驗(yàn)算對(duì)需要驗(yàn)算疲勞疲勞的的非焊接結(jié)構(gòu)非焊接結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有的鋼材應(yīng)具有常溫常溫沖擊韌性沖擊韌性的

31、合格保證。的合格保證。Page 44第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.7 鋼的種類和鋼材規(guī)格換換 二、鋼材的規(guī)格二、鋼材的規(guī)格1. 熱軋鋼板熱軋鋼板（1）工字鋼）工字鋼 普通工字鋼普通工字鋼 20a H型鋼型鋼 HW3003001015 T型鋼型鋼 TW1503001015（2）槽鋼）槽鋼 32b（3）角鋼）角鋼 L12510 L1258010（4）鋼管）鋼管 40062. 熱軋型鋼熱軋型鋼（P321，附錄，附錄7 型鋼表）型鋼表）120020400，如板長厚寬Page 453. 冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼壁厚壁厚1.55mm第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料2.7 鋼的種類和鋼材規(guī)格Page 46 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第三

32、章.鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法鋼結(jié)構(gòu)的連接方法3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算3.4 對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算3.5 焊接應(yīng)力和焊接變形焊接應(yīng)力和焊接變形3.6 螺栓連接的構(gòu)造螺栓連接的構(gòu)造3.7 普通螺栓連接的工作性能和計(jì)算普通螺栓連接的工作性能和計(jì)算3.8 高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計(jì)算Page 47第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法鋼結(jié)構(gòu)的連接方法焊縫連接焊縫連接鉚釘連接鉚釘連接螺栓連接螺栓連接 焊接連接焊接連接 應(yīng)用最廣泛應(yīng)用最廣泛

33、優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：不削弱截面，方便施工，連接剛度大，密閉性好；不削弱截面，方便施工，連接剛度大，密閉性好；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：材質(zhì)易脆，存在殘余應(yīng)力，對(duì)裂紋敏感，疲勞性能差。材質(zhì)易脆，存在殘余應(yīng)力，對(duì)裂紋敏感，疲勞性能差。 螺栓連接螺栓連接 應(yīng)用較廣泛應(yīng)用較廣泛優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：裝拆方便，高強(qiáng)螺栓摩擦型連接的動(dòng)力、疲勞性能較好。裝拆方便，高強(qiáng)螺栓摩擦型連接的動(dòng)力、疲勞性能較好。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：削弱了截面。削弱了截面。 鉚釘連接鉚釘連接 已基本淘汰已基本淘汰優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：傳力可靠，塑性、韌性好，動(dòng)力性能好。傳力可靠，塑性、韌性好，動(dòng)力性能好。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：施工不便，費(fèi)工費(fèi)料。施工不便，費(fèi)工費(fèi)料。Page 48第三章 鋼結(jié)構(gòu)

34、的連接3.2 焊接方法和焊縫連接形式3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式電弧焊電弧焊一、焊接方法一、焊接方法電弧焊、電阻焊、氣焊電弧焊、電阻焊、氣焊 手工電弧焊手工電弧焊 優(yōu)點(diǎn)：方便，特別在高空和野外作業(yè)；優(yōu)點(diǎn)：方便，特別在高空和野外作業(yè)；缺點(diǎn)：質(zhì)量波動(dòng)大，要求焊工等級(jí)高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。缺點(diǎn)：質(zhì)量波動(dòng)大，要求焊工等級(jí)高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。焊條：焊條：E43型型適用于適用于Q235鋼鋼 E50型型適用于適用于Q345鋼鋼 (P307，附表，附表1.2） E55型型適用于適用于Q390鋼，鋼，Q420鋼鋼其中其中43，50，55熔敷金屬的最小抗拉強(qiáng)度，單位熔敷金屬的最小抗拉

35、強(qiáng)度，單位不同鋼種的鋼材相焊接時(shí)，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條不同鋼種的鋼材相焊接時(shí)，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條2/mmkgfPage 49 焊機(jī)焊機(jī)導(dǎo)線導(dǎo)線熔池熔池焊條焊條焊鉗焊鉗保護(hù)氣體保護(hù)氣體焊件焊件電弧電弧Page 50第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2 焊接方法和焊縫連接形式2. 自動(dòng)（半自動(dòng)）埋弧電弧焊自動(dòng)（半自動(dòng)）埋弧電弧焊優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量好，效率高；優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量好，效率高；缺點(diǎn)：需要專用設(shè)備。缺點(diǎn)：需要專用設(shè)備。3. 氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量好；優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量好；缺點(diǎn)：對(duì)環(huán)境要求高。缺點(diǎn)：對(duì)環(huán)境要求高。Page 51第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2 焊接方法和焊縫連接形式二、焊縫連接形式及焊

36、縫形式二、焊縫連接形式及焊縫形式1. 焊縫連接形式焊縫連接形式對(duì)接連接（用蓋板的對(duì)接）、搭接連接、對(duì)接連接（用蓋板的對(duì)接）、搭接連接、T形連接、角部連接形連接、角部連接Page 52附附5 5：對(duì)接：對(duì)接Page 53附附6 6：搭接：搭接Page 54附附7 7：T T 型連接型連接Page 55第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2 焊接方法和焊縫連接形式2. 焊縫形式焊縫形式焊縫：對(duì)接焊縫、角焊縫焊縫：對(duì)接焊縫、角焊縫 正正對(duì)接焊縫：焊縫對(duì)接焊縫：焊縫垂直垂直于力線于力線 對(duì)接焊縫對(duì)接焊縫 斜斜對(duì)接焊縫：焊縫對(duì)接焊縫：焊縫傾斜傾斜于力線于力線 正面正面角焊縫：焊縫角焊縫：焊縫垂直垂直于力線于力線 角

37、焊縫角焊縫 側(cè)面?zhèn)让娼呛缚p：焊縫角焊縫：焊縫平行平行于力線于力線 斜斜角焊縫角焊縫: 焊縫焊縫傾斜傾斜于力線于力線按受力方向劃分按受力方向劃分Page 56第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2 焊接方法和焊縫連接形式按沿長度方向的布置劃分按沿長度方向的布置劃分角焊縫：連續(xù)角焊縫、間斷角焊縫角焊縫：連續(xù)角焊縫、間斷角焊縫為較薄焊件的厚度受拉：受壓：ttltl3015按施焊位置劃分按施焊位置劃分平焊、橫焊、立焊、仰焊平焊、橫焊、立焊、仰焊平焊平焊立焊立焊橫焊橫焊仰焊仰焊Page 57第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2 焊接方法和焊縫連接形式三、焊縫缺陷和焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)三、焊縫缺陷和焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)1. 焊縫缺陷焊縫缺陷裂

38、紋、焊瘤、燒穿、弧坑裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、氣孔等等2. 焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)一級(jí)：外觀檢查、超聲波檢驗(yàn)、一級(jí)：外觀檢查、超聲波檢驗(yàn)、X射線檢查射線檢查二級(jí)：二級(jí)：外觀檢查、超聲波檢驗(yàn)外觀檢查、超聲波檢驗(yàn)三級(jí)：外觀檢查三級(jí)：外觀檢查Page 58Page 59第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2 焊接方法和焊縫連接形式四、焊縫的標(biāo)注方法四、焊縫的標(biāo)注方法hfhfhf-lhfhf2-l2hf1-l1hf-l接焊場(chǎng)現(xiàn)（）hf1hf2hf縫焊塞hf2hf1hf2hf2-l2Page 60第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算一、角焊縫的形式和強(qiáng)度一、角焊縫的形式和強(qiáng)度3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)

39、算角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算按截面形式劃分按截面形式劃分 直角角焊縫直角角焊縫角焊縫角焊縫 斜角角焊縫斜角角焊縫fh角焊縫的角焊縫的焊腳尺寸焊腳尺寸eh角焊縫的角焊縫的計(jì)算厚度（有效厚度）計(jì)算厚度（有效厚度），fehh7 . 0角焊縫一般用直角角焊縫。夾角角焊縫一般用直角角焊縫。夾角 的斜角的斜角角焊縫，角焊縫，不宜不宜用作受力焊縫（鋼管結(jié)構(gòu)除外）用作受力焊縫（鋼管結(jié)構(gòu)除外）0060135或Page 61第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算按受力方向劃分按受力方向劃分 正面角焊縫正面角焊縫：焊縫軸線：焊縫軸線垂直于垂直于力線力線1）應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，應(yīng)力分布很不均勻）應(yīng)力狀態(tài)

40、復(fù)雜，存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，應(yīng)力分布很不均勻2）三種破壞情況，）三種破壞情況，ab面剪斷、面剪斷、ac面拉斷、面拉斷、ao面開裂面開裂3）破壞強(qiáng)度高，塑性差）破壞強(qiáng)度高，塑性差Page 62B. B. 正面角焊縫的破壞形式正面角焊縫的破壞形式Page 63第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算2. 側(cè)面角焊縫側(cè)面角焊縫：焊縫軸線焊縫軸線平行于平行于力線力線1）主要受剪，剪應(yīng)力分布不均勻，兩端大，中間小，焊縫越長）主要受剪，剪應(yīng)力分布不均勻，兩端大，中間小，焊縫越長 剪應(yīng)力分布越不均勻剪應(yīng)力分布越不均勻2）剪斷面常在）剪斷面常在45o斜截面斜截面上上3）強(qiáng)度低，但塑性好）強(qiáng)度低，但塑性好正

41、面角焊縫的強(qiáng)度是側(cè)面角焊縫正面角焊縫的強(qiáng)度是側(cè)面角焊縫強(qiáng)度的強(qiáng)度的1.351.55倍倍 3. 斜角角焊縫斜角角焊縫：焊縫軸線焊縫軸線傾斜于傾斜于力線力線Page 64第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的構(gòu)造要求二、角焊縫的構(gòu)造要求1. 最小焊腳尺寸最小焊腳尺寸）較厚焊件的厚度（，mmtthfmaxmaxmin5 . 1注：對(duì)注：對(duì)埋弧自動(dòng)焊埋弧自動(dòng)焊，最小焊腳尺寸可，最小焊腳尺寸可減小減小1mm；對(duì)；對(duì)T形連接的形連接的單面角焊縫單面角焊縫，應(yīng)，應(yīng)增加增加1mm。當(dāng)。當(dāng)焊件厚度焊件厚度4mm時(shí)，最小焊腳尺時(shí)，最小焊腳尺寸應(yīng)寸應(yīng)與焊件厚度相同與焊件厚度相同。焊腳尺寸過小，會(huì)

42、在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產(chǎn)生焊腳尺寸過小，會(huì)在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬硬組織。淬硬組織。hfhft2t1t1t22. 最大焊腳尺寸最大焊腳尺寸焊腳尺寸過大，易使母材形成焊腳尺寸過大，易使母材形成“過燒過燒”現(xiàn)象，使構(gòu)件產(chǎn)生翹曲、現(xiàn)象，使構(gòu)件產(chǎn)生翹曲、變形和較大的焊接應(yīng)力。變形和較大的焊接應(yīng)力。）較薄焊件的厚度（，mmtthfminminmax2 . 1Page 65第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算hfhft2t1t1t2對(duì)于貼邊焊對(duì)于貼邊焊 minmax1max11max12 . 12166thmmthmmtthmmtfff并且，時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)maxminfffhhh要

43、求：3. 角焊縫的最小計(jì)算長度角焊縫的最小計(jì)算長度焊縫焊腳尺寸大而長度較小時(shí)，焊件局部加熱嚴(yán)重且起落弧的焊縫焊腳尺寸大而長度較小時(shí)，焊件局部加熱嚴(yán)重且起落弧的弧坑相距太近，以及可能產(chǎn)生的缺陷，使焊縫不夠可靠。此外，弧坑相距太近，以及可能產(chǎn)生的缺陷，使焊縫不夠可靠。此外，焊縫集中在一很短距離，焊件的應(yīng)力集中也較大。焊縫集中在一很短距離，焊件的應(yīng)力集中也較大。mmhlfw408min且不小于Page 66第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算4. 側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長度側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長度側(cè)面角焊縫沿長度方向受力不均勻，兩端大中間小，所以一般側(cè)面角焊縫沿長度方向受力不均勻，兩端大中間

44、小，所以一般均規(guī)定其最大計(jì)算長度。均規(guī)定其最大計(jì)算長度。fwhl60max注：若內(nèi)力沿角焊縫注：若內(nèi)力沿角焊縫全長分布全長分布，則計(jì)算長度，則計(jì)算長度不不受此限受此限maxminwwwlll要求：注意注意：焊腳尺寸和焊縫計(jì)算長度：焊腳尺寸和焊縫計(jì)算長度取取mm的整數(shù)，小數(shù)點(diǎn)以后的整數(shù)，小數(shù)點(diǎn)以后都進(jìn)為都進(jìn)為1。Page 67第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算5. 搭接連接的構(gòu)造要求搭接連接的構(gòu)造要求為了避免應(yīng)力傳遞的過分彎折為了避免應(yīng)力傳遞的過分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力不均勻而使構(gòu)件中應(yīng)力不均勻bl 僅有兩條側(cè)面角焊縫時(shí)僅有兩條側(cè)面角焊縫時(shí)為了避免焊縫橫向收縮時(shí)引起為了避免焊縫橫向收縮時(shí)

45、引起板件的拱曲太大板件的拱曲太大為較薄板件的厚度時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)tmmbmmttbmmt190121612Page 68第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算為較薄板件的厚度搭接長度tmmt 25,5max2）僅有正面角焊縫時(shí)）僅有正面角焊縫時(shí)為了減少收縮應(yīng)力以及因偏心在鋼板為了減少收縮應(yīng)力以及因偏心在鋼板與連接件中產(chǎn)生的次應(yīng)力與連接件中產(chǎn)生的次應(yīng)力3）圍焊的）圍焊的轉(zhuǎn)角處轉(zhuǎn)角處必須必須連續(xù)施焊。連續(xù)施焊。 非圍焊時(shí)，可在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處作非圍焊時(shí)，可在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處作 長度為長度為 的的繞角焊繞角焊fh2Page 69第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算:的關(guān)系和實(shí)際長度角焊縫的計(jì)算長度

46、llwfwwhllll側(cè)面角焊縫正面角焊縫三面圍焊：. 1fwhll2. 2側(cè)面角焊縫兩面?zhèn)群福篺wfwhllhllL側(cè)面角焊縫正面角焊縫形圍焊：. 3不在內(nèi)）（繞角的側(cè)面角焊縫繞角焊：fwhll2. 4NNllNNllNNllNNfh2ll焊縫實(shí)際長度焊縫實(shí)際長度 取為取為5mm的倍數(shù)，如的倍數(shù)，如192mm取為取為195mm，196mm取為取為200mm。lPage 70第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算三、直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式三、直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式 有效截面有效截面：welh 作用在焊縫有效截面上的應(yīng)力：作用在焊縫有效截面上的應(yīng)力：剪應(yīng)力平行于焊縫長度方向的

47、剪應(yīng)力剪應(yīng)力垂直于焊縫長度方向的剪應(yīng)力垂直于焊縫有效截面正應(yīng)力 角焊縫的角焊縫的通用計(jì)算公式通用計(jì)算公式wff332222 . 1131，附表角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，查PfwfPage 71第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算 角焊縫的角焊縫的基本計(jì)算公式基本計(jì)算公式weyflhN2fwexflhN得：代入，將wff33222（直接動(dòng)荷）（靜荷或間接動(dòng)荷）系數(shù)，正面角焊縫的強(qiáng)度增大0 . 122. 1fffwfffff22角焊縫的基本計(jì)算公式角焊縫的基本計(jì)算公式的合應(yīng)力）和，引起：垂直于焊縫長度方向，引起：平行于焊縫長度方向分解為(fyfxNNNf045045yNxNNfhehwlffPa

48、ge 72第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算 計(jì)算步驟計(jì)算步驟（4）區(qū)分區(qū)分正面角焊縫正面角焊縫受力和受力和側(cè)面角焊縫側(cè)面角焊縫受力，視受力，視荷荷 載種類載種類(靜荷或動(dòng)荷）代入角焊縫的基本計(jì)算公靜荷或動(dòng)荷）代入角焊縫的基本計(jì)算公 式進(jìn)行計(jì)算。式進(jìn)行計(jì)算。（1）求出）求出同一平面同一平面焊縫群的焊縫群的形心形心（2）將荷載向）將荷載向形心形心簡化，找出簡化，找出最不利位置最不利位置（3）分別求出）分別求出各荷載分量各荷載分量在最不利位置產(chǎn)生的在最不利位置產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)力Page 73第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算四、各種受力狀態(tài)下直角角焊縫連接的計(jì)算四、各種受力狀態(tài)

49、下直角角焊縫連接的計(jì)算1. 承受軸心力作用承受軸心力作用(1) 用蓋板的對(duì)接連接用蓋板的對(duì)接連接wffwefflhN:只有正面角焊縫角焊縫計(jì)算長度的總和側(cè)面連接一側(cè)正面計(jì)算側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力三面圍焊)(:wwfwefwewfflflhNNlhfNwfffff22wfwefflhN:只有側(cè)面角焊縫Page 74第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算例例3-1 雙蓋板對(duì)接連接的角焊縫計(jì)算雙蓋板對(duì)接連接的角焊縫計(jì)算條件：已知鋼板截面為條件：已知鋼板截面為25014，蓋板截面為，蓋板截面為219010，承受承受軸心靜力荷載設(shè)計(jì)值軸心靜力荷載設(shè)計(jì)值700kN，鋼材為，鋼材為Q2

50、35，焊條為，焊條為E43型，型，手工焊。手工焊。要求：設(shè)計(jì)此蓋板。要求：設(shè)計(jì)此蓋板。解：確定角焊縫的焊腳尺寸解：確定角焊縫的焊腳尺寸mmthf6145 . 15 . 1maxminmmthf12102 . 12 . 1minmaxmmmmmmthmmtf982110216max，貼邊焊：mmhf8取2/160mmNfwf查得角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值190252510Page 75第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算1）采用側(cè)面角焊縫）采用側(cè)面角焊縫mmfhNlwfew19616087 . 041070043mmmmhlmmhlfwfw406488848086060minmax構(gòu)造要求，焊縫

51、的計(jì)算長度滿足maxminwwwlllmmhllfw212821962一條焊縫的實(shí)際長度：190252510用雙蓋板，接頭一側(cè)共有四條角焊縫，用雙蓋板，接頭一側(cè)共有四條角焊縫，每條焊縫所需的計(jì)算長度為：每條焊縫所需的計(jì)算長度為：mml215取mm440102152蓋板的總長度為：Page 76第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算2）采用三面圍焊）采用三面圍焊mmfhNNlwfew8016087 . 04104 .41510700433計(jì)算長度為：接頭一側(cè)所需側(cè)焊縫的構(gòu)造要求，焊縫的計(jì)算長度滿足maxminwwwlllmmhllfw88880一條焊縫的實(shí)際長度：正面角焊縫所能承受的內(nèi)力

52、為：正面角焊縫所能承受的內(nèi)力為：mml90取mm19010902蓋板的總長度為：190252510wffweflhNkN4 .41516022. 1190287 . 0Page 77第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算(2) 承受承受斜向斜向軸心力軸心力：平行于焊縫長度方向：垂直于焊縫長度方向分解為cossinNNNNNyxweweyfwewexflhNlhNlhNlhNcossin驗(yàn)算角焊縫的強(qiáng)度代入公式和將wfffffff22Page 78第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算(3) 承受軸心力的承受軸心力的角鋼角焊縫角鋼角焊縫計(jì)算計(jì)算1N2NNeb3N33Nhf軸心力求

53、出正面角焊縫承擔(dān)的，尺寸選定正面角焊縫的焊腳wffffbhN337 . 02雙角鋼：ebNebNeNMNNNNN200321321平衡條件：（肢尖）肢背）聯(lián)合求解：323231312121(2121NNNNbeNNNNNbebN31322121，取內(nèi)力分配系數(shù)，角鋼肢背和肢尖焊縫的、1） 三面圍焊三面圍焊Page 79第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算 2）兩面?zhèn)群福﹥擅鎮(zhèn)群?03N（肢尖）肢背）NNNN2211(wffwwffwfhNlfhNl2221117 . 027 . 02肢尖的焊縫計(jì)算長度：肢背的焊縫計(jì)算長度：得：（肢尖）肢背）由323231312121(2121NNNN

54、beNNNNNbebN1N2NNeb21ffhh 和肢尖的焊腳尺寸假定肢背的焊腳尺寸Page 80第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算得：（肢尖）由32322121NNNNbeN 3）L形圍焊形圍焊:02N31232NNNNNwffwfwfhNlhbl111337 . 02肢背的焊縫計(jì)算長度：正面角焊縫的計(jì)算長度1N3NNebPage 81附附8 8：角鋼與節(jié)點(diǎn)板的連接：角鋼與節(jié)點(diǎn)板的連接 Page 8212tNNl140第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算l 例例3.2 如圖所示，雙角鋼如圖所示，雙角鋼2L1409010和節(jié)點(diǎn)板用直角角焊縫連和節(jié)點(diǎn)板用直角角焊縫連接，鋼材

55、為接，鋼材為Q345鋼，焊條鋼，焊條E50型，手工焊，采用兩面?zhèn)群缚p連型，手工焊，采用兩面?zhèn)群缚p連接，肢背、肢尖的焊縫長度接，肢背、肢尖的焊縫長度 均為均為300mm，焊腳尺寸，焊腳尺寸 為為8mm，試問在軸心力設(shè)計(jì)值試問在軸心力設(shè)計(jì)值N = 1200KN作用下，此連接焊縫是否能滿足作用下，此連接焊縫是否能滿足強(qiáng)度要求？若不能則應(yīng)采用什么措施，且如何驗(yàn)算？強(qiáng)度要求？若不能則應(yīng)采用什么措施，且如何驗(yàn)算？fhPage 83驗(yàn)算肢背焊縫的強(qiáng)度解 :角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值2200mmNfwf肢背角焊縫的計(jì)算長度mmhllfw284823002111Page 84第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)

56、算肢背角焊縫承擔(dān)的軸力kNNN80012003211計(jì)算肢背角焊縫的強(qiáng)度2231111/200/25228487 . 02108007 . 02mmNfmmNlhNwfwff不滿足強(qiáng)度要求Page 85第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算:. 1 增加肢背焊縫長度mmflNhwfwf102002847 . 02108007 . 0231111minmax12102 . 12 . 1ffhmmth:應(yīng)采取以下措施mmfhNlwffw35720087 . 02108007 . 023111mmhlmmhfwf480606481mmlmmhllfw375373823572111，取寸增加肢

57、背焊縫的焊腳尺. 2Page 86第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算改用三面圍焊. 3kNNNN6093832112003221:311肢背角焊縫承擔(dān)的軸力wffwffflhNmmh33337 . 02,8力則正面角焊縫承擔(dān)的軸取kN38320022. 114087 . 02計(jì)算肢背角焊縫的強(qiáng)度2231111/200/19128487 . 02106097 . 02mmNfmmNlhNwfwff滿足強(qiáng)度要求Page 87第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算2. 承受彎矩、軸心力和剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計(jì)算承受彎矩、軸心力和剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計(jì)算ABPage 88第

58、三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算VeNMNF剪力彎矩軸心力向形心處簡化將力weNflhNAN2wlehNfMfVf226weMflhMWM6221222223wewwewlhllhlIWweVflhVAV2VffNfMffwfffffff22代入公式和將ABPage 89第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算否滿足。要求：驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度是。間的夾角之和，載作用，受靜力荷，焊腳尺寸手工焊，型，焊條鋼，鋼材為焊縫連接，用直角角如圖所示為板與柱翼緣例05315025010432353 . 3FPkNPkNFmmhEQffhFP150150100AB值解：角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)2160mm

59、Nfwf一條角焊縫的計(jì)算長度mmhllfw2801023002mmhlmmhfwf60060808Page 90第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算向形心簡化得將斜向力 PmkNePMkNPPkNPPyyx121 . 012012053sin150sin9053cos150cos00點(diǎn)的應(yīng)力計(jì)算各力作用下 AfhFP150150100AB23232262/6 .30280107 . 02101202/7 .86280107 . 0210250902/6 .65280107 . 021012626mmNlhPmmNlhFPmmNlhMWMweyVfwexNfweMfPage 91第三章

60、 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算22/6 .30/3 .1527 .866 .65mmNmmNVffNfMff得：代入公式和將wfffffff222222/160/5 .1286 .3022. 13 .152mmNfmmNwf滿足強(qiáng)度要求Page 92第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算3. 圍焊縫承受剪力和扭矩作用時(shí)的計(jì)算圍焊縫承受剪力和扭矩作用時(shí)的計(jì)算1l2lrrTVFTA0 x1e2exxxxyyyyxryroofh7 . 0fh7 . 0rrAVfTfTfT假定假定：（：（1）構(gòu)件是完全剛性的，角焊縫處于彈性狀態(tài)；）構(gòu)件是完全剛性的，角焊縫處于彈性狀態(tài)； （2）角焊縫