一級注冊結(jié)構(gòu)工程師資格考試培訓(xùn)班(鋼結(jié)構(gòu))

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。一級注冊結(jié)構(gòu)工程師資格考試培訓(xùn)班(鋼結(jié)構(gòu))一級注冊結(jié)構(gòu)工程師資格考試培訓(xùn)班一級注冊結(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、

2、隔熱和防火措施。8 了解對鋼結(jié)構(gòu)制作、焊接、運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

3、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

4、”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，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1. 強度：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。指標：屈服點fy(s) 極限強度fu(b)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：比例極限fp，彈性極限fe，彈性模量Efy理想的彈性體：變形小且可恢復(fù)，且有強度儲備 fy理想的塑性體

5、：變形大且不可恢復(fù)，也沒有強度儲備所以一般可將鋼材視為理想的彈塑性材料。通常取屈服點作為強度標準值，而且取受拉和受壓的屈服點相同。一則極限強度與屈服點之間的強度差作為儲備，留有強度余地；二則屈服點對應(yīng)的應(yīng)變(宏觀為變形)很小，可以滿足正常使用的要求，而極限強度對應(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：伸長率 說明：因標距不同，有5(l0=5d)和10(l0=10d)，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 后者與標距無關(guān)，表征塑性較前者更好，但測量誤差較大。塑性越好

6、，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. 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180o而不出現(xiàn)裂紋或分層。定性指標：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，是強度和塑性的綜合指標(曲線和坐標軸圍成的面積)。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：沖擊功Akv原為梅氏(Mesnager)U

7、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：碳當量。建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程JGJ 81-2002、J 218-2002的§2.0.1：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)點復(fù)雜程度和拘束度板厚(mm)受力狀態(tài)鋼材碳當量Ceq(%)一般簡單對接、角接，焊縫能自由收縮t30一般靜載拉、壓0.

8、38較難復(fù)雜節(jié)點或已施加限制收縮變形的措施30 t 80靜載且板厚方向受拉或間接動載0.380.45難復(fù)雜節(jié)點或局部返修條件而使焊縫不能自由收縮t80直接動載、抗震設(shè)防烈度大于8度0.45注：按國際焊接學(xué)會(IIW)計算公式，(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)耐長期高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fy(s)、極限強度fu(b)、伸長率 四項保證：屈服點fy(s)、極限強度fu(b)、伸長率、180°冷彎五項保證：屈服點fy(s)、極限強度fu(b)、伸長率、180°冷彎、沖擊功提供保證的材性越多，鋼材

9、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)元素以及合金元素的含量雖少，但

10、對鋼材性能有很大的影響。碳含量對鋼的強度、塑性、韌性和焊接性有決定性的影響。隨著碳含量的增加，鋼材的抗拉強度和屈服強度提高；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，并提高其屈服強度和抗拉強度，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很高(約1600)的硫化錳(MnS)，使鋼材熱加工時因硫而產(chǎn)生裂紋的“熱脆”現(xiàn)象

11、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的化合作用，且能使鋼中純鐵體晶粒細小和散布均勻，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，可提高鋼材強度和細化鋼的晶粒；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(FeS)，散布在純鐵體的間層中，當溫度在8001200時熔化

12、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)

13、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)中一般也不采用。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行脫氧。當鋼液鑄錠時，鋼液中仍保留有相當多的氧化鐵，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

14、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脫氧劑硅(或鋁)和錳等，進行較徹底脫氧，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，強度和塑性也略高。但鎮(zhèn)靜鋼需要一定量的強

15、脫氧劑，鑄錠時需要適當保溫，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)含有足夠的形成細晶粒結(jié)構(gòu)的元素如鋁等，通常是用硅脫氧后再用鋁補充脫氧。我國碳素結(jié)構(gòu)鋼中的Q235D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12001300的高溫后進行的。這時鋼具有較好的熱塑性和可鍛焊性。軋鋼機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化鋼的

16、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行分組：厚度或直徑越小的鋼材，強度就越高。見表3.4.1-1?，F(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)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

17、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械性能隨溫度的不同而有變化，當溫度升高時，鋼材的屈服強度fy、抗拉強度fu和彈性模量E的總趨勢是降低的，但在150以下時變化不大。當溫度在25

18、0左右時，鋼材fu的反而有較大提高，但這時的相應(yīng)伸長率較低、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“藍脆”。如在“藍脆”溫度范圍內(nèi)進行鋼材的機械加工，則易產(chǎn)生裂紋，故應(yīng)力求避免。當溫度超過300時，鋼材的fy、fu和E開始顯著下降，而開始顯著增大，鋼材產(chǎn)生徐變；當溫度超過400時，強度和彈性模量都急劇降低；達600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溫度范圍內(nèi)時，鋼材的強度(fy、fu)等雖有提高，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

19、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等。鋼材隨時間進展將使屈服強度和抗拉強度提高、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

20、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

21、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,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的應(yīng)力高峰；當結(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

22、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，并在四周加強。規(guī)范§8.2.4 在對接焊縫的拼接處：當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；當厚度不同時，焊縫坡口形式應(yīng)根據(jù)較薄焊件厚度

23、取用。但注：直接承受動力荷載且需要進行疲勞計算的結(jié)構(gòu)，斜角坡度不應(yīng)大于l: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志：亦即當正應(yīng)力。fy時鋼材在彈性狀態(tài)下工作；當 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，第四強度理論即形狀改變能密度理論給出的屈服條件能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。形狀改變能量強度理論認為外

24、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)變能達到一定數(shù)量時就會引起鋼材的屈服?；騟qfy 材料處于彈性工作狀態(tài)eq fy 材料進入塑性工作狀態(tài)eq為折算應(yīng)力fy為鋼材單向拉伸(壓縮)的屈服點。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。如果三向主應(yīng)力是彼此間相差很小的同號應(yīng)力、即123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

25、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x、y、z、xy、yz、zx中有的不存在，則計算時取其0；(2) 當xy=yz=zx=0 x=y=z=10 fy 或x=y=z=10 fy eq=0<fy 鋼材處于彈性工作狀態(tài)當xy=yz=zx=0 x=0.60 fyy =0z=0.6 fy eq=1.039 fyfy 鋼材進入塑性工作狀態(tài)說明，同號應(yīng)力場作用，鋼材的強度提高，但塑性下降；異號應(yīng)力場作用，鋼材的強度下降，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)

26、力，如xy=，yz=zx=x=y=z=0則 當不斷增大，一直到這時的就是鋼材的剪切屈服點fvy，即同樣考慮抗力分項系數(shù)后，得§3.4.1中表3.4.1-1中鋼材的抗剪強度設(shè)計值即按該式計算得到，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度設(shè)計值(抗力分項系數(shù)R1.15)。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Q235A(B、C、D)·F(Z、TZ)質(zhì)量等級：A沒有韌性(沖擊功)要求B 20 沖擊功Akv27JC 0沖擊功Akv27JD20沖擊功Akv27J脫氧程度：F沸騰鋼Z鎮(zhèn)靜鋼，一般

27、省略不標，代表A、B、C三級TZ 特殊鎮(zhèn)靜鋼，一般省略不標，代表D級(2) 低合金(高強度)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)要求B 20 沖擊功Akv34JC 0沖擊功Akv34JD20沖擊功Akv34JE40沖擊功Akv27J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) 質(zhì)量等級：C 0沖擊功Akv34JD20

28、沖擊功Akv34JE40沖擊功Akv34J Z為厚度方向性能級別Z15、Z25和Z35的縮寫。并將增加兩個級別的Q390、Q420高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板。(4) 寶鋼集團新開發(fā)的耐火耐候鋼，其耐候性為普通鋼的28倍，其耐火性能為600時，鋼材的屈服點降低幅度不超過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

29、。應(yīng)根據(jù)荷載的上述特點選用適當?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?？缍却蟮膽?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)。

30、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展；此外，碳和硫的含量過高會嚴重影響鋼材的焊接性。因此，焊接結(jié)構(gòu)鋼材的質(zhì)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

31、處于或可能處于較低負溫下工作的鋼結(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) §3.3.3強制性條文，明確承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、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

32、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4mm)兩種，尺寸規(guī)格以鋼板符號和寬度×厚度(mm)表示，如200×8。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

33、截面梁、柱的翼緣板和等寬度的構(gòu)件連接板、節(jié)點板等。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×厚度(等邊角鋼)或長邊寬×短邊寬×厚度(不等邊角鋼)(均為mm)表示，如L90×6和L125×80×8。我國生產(chǎn)的最大規(guī)格為L200×24和L200×125×18。(2) 工字鋼和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

34、徑比高度方向(即對強軸)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，如 I50a(普通)、QI50(輕型)。兩種工字鋼的高度相同時，其寬度大體相當，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I1063a；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a、b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

35、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H×寬度B×腹板厚度d×翼緣厚度t(mm)表示。(3) 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×壁厚(mm)表示，如102×5。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

36、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、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16。5. 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)×短邊寬(或?qū)挾?

37、5;卷邊寬度×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BL60×2，正方鋼管B口60×2，圓鋼管60×2，不等邊角鋼B L60×40×2.5，長方鋼管B口80×60×2，槽鋼BC120×40×2.5；卷邊等邊角鋼BL60×20×2，卷邊不等邊角鋼BL60×40×20×2，卷邊槽鋼B C120×50×20×2.5，卷邊Z形鋼BZ120×50×20×2.5。6

38、. 壓型鋼板由熱軋薄鋼板經(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、強度和剛度大、施工簡便和美觀等優(yōu)點。壓型鋼板表面可以涂漆、鍍鋅、涂有機層(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)

39、計規(guī)定1. 設(shè)計原則(兩個極限狀態(tài))：承載能力的極限狀態(tài)：強度和穩(wěn)定(采用荷載設(shè)計值計算)、疲勞(卻仍然采用荷載標準值計算)；正常使用的極限狀態(tài)：變形(采用荷載標準值計算)2. 荷載和荷載效應(yīng)計算(1) §3.2.1 強制性條文，規(guī)定設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)時，應(yīng)按現(xiàn)行國家標準建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定采用荷載的標準值、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)0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準值應(yīng)取為0.3kN/m2。(2) §

40、;3.2.2 新增計算重級工作制吊車梁(或吊車桁架)及其制動結(jié)構(gòu)的強度、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)行國家標準起重機設(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于AlA3 級；中級工作制相當于A4、A5級；重級工作制相當于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。

41、7;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，

42、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。2) 對的框架結(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(3.2.8-1)計算的假想水平力Hni 。說明：l 當按公式(3.2.8-3)計算的2i> 1.33 時，即，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：二階彎矩： (常說的P-效應(yīng))二階彎矩可等效為一假想水平力H產(chǎn)生一階和二階總彎矩： 二階彎矩示意圖3. 強度設(shè)計值折減系數(shù)§3.4.2單面連接的單角鋼、無

43、墊板的單面施焊對接焊縫、高空安裝焊縫進行強度折減。4. 結(jié)構(gòu)變形的規(guī)定第3.5節(jié)的§3.5.1§3.5.3，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§8.1.1§8.1.4，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

44、。第三節(jié) 鋼材的疲勞和疲勞計算 3.1 影響鋼材的疲勞強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、擴展以致斷裂破壞的現(xiàn)象稱為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度，甚至低于其屈服強度；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(焊接部位：=maxmin，非焊接部位為折算應(yīng)力幅：=max0.7min，以拉為正)3. 應(yīng)力比(非焊接部位

45、，max和min分別為絕對值最大和最小應(yīng)力，并常以max的應(yīng)力為正)4. 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n。鋼材的疲勞試驗表明，當鋼材、試件、試驗環(huán)境條件相同、并應(yīng)力比為定值時，最大應(yīng)力max隨疲勞破壞時應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n的增加而降低，且曲線具有平行于n軸的漸近線。當n趨于很大時，max趨于常數(shù)，表示應(yīng)力循環(huán)無窮多次試件不致發(fā)生疲勞破壞的循環(huán)應(yīng)力max的極限值，稱為鋼材的疲勞強度極限或耐久疲勞強度。由于鋼材在n5×106時的疲勞強度變化已趨很小，實用上常取相應(yīng)于n=5×106次的疲勞強度作為鋼材的耐久疲勞強度；相應(yīng)于其它循環(huán)次數(shù)的疲勞強度max稱條件疲勞強度。在鋼材軋制和結(jié)構(gòu)制造過程中，構(gòu)件內(nèi)將

46、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)力的峰值常可接近或達到鋼材的屈服強度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。考慮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)力幅來計算疲勞強度比采用名義應(yīng)力比的應(yīng)力和最大應(yīng)力max更為合理，試驗和分析研究都證實了這一點。3.2 疲勞計算1. 常幅循環(huán)應(yīng)力 焊接部位為應(yīng)力幅 =maxmin非焊接部位為折算應(yīng)力幅 =max0.7minC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

47、確定，再按表6.2.1采用說明： 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)§3.1.5的規(guī)定，計算疲勞時，應(yīng)采用荷載的標準值，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)；§3.1.6的規(guī)定，計算疲勞時，動力荷載標準值不乘動力系數(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)§6.1.1的規(guī)定，只有當應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n5×104次以上時，才需要計算構(gòu)件或連接

48、的疲勞；當應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n5×106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5×106。 容許應(yīng)力幅與鋼材品種和強度無關(guān)，所以如果尺寸和構(gòu)造完全一樣，則采用高強度鋼材并不能提高其疲勞強度。 附錄E中，構(gòu)件和連接計算部位的應(yīng)力集中越嚴重，殘余應(yīng)力越大，疲勞類別就越高，疲勞強度就越低，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)§6.1.3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(1) §6.2.2對變幅(應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅隨機變化)疲勞，若能預(yù)測結(jié)構(gòu)在使用壽命期間

49、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，按下式進行計算：DseDs (6.2.2-1)式中 Dse變幅疲勞的等效應(yīng)力幅，按下式確定： (6.2.2-2)ni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)力幅水平達到Dsi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Dse，實際工程設(shè)計一般采用下列近似方法計算。(2) §6.2.3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： af欠載效應(yīng)的等效系數(shù)，按表6.2.3-1采用；循環(huán)次數(shù)n為2×106次的容許應(yīng)力

50、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§8.5.1§8.5.12。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1. 焊接：對接焊縫、角焊縫優(yōu)點：(1) 不需要打孔，省工省時，不削弱構(gòu)件截面；(2) 構(gòu)造簡單，適應(yīng)性強；(對接焊縫傳力平順，動力性能好，但施工較煩)(3) 密封性好，剛度大。缺點：(1) 熱影響區(qū)材質(zhì)變脆；(2) 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；焊接殘余變形

51、需進行矯正；(3) 裂縫易擴展，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)點是施工方便，便于拆遷，但剪切變形大；高強度螺栓：受拉連接，變形小，強度高。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(§8.2.3)。不等寬和不等厚的對接，采用不大于1:2.5(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(§8.2.

52、4)。焊接材料的選用原則，熔敷(即焊縫)金屬的強度不低于母材的強度。手工焊：Q235:采用E43××系列型焊條；Q345:采用E50××系列型焊條；Q390、Q420:采用E55××系列型焊條。自動焊：Q235: A、B、C級F4A0-H08A,D級F4A2-H08A；Q345: F50×4、F50×1-H08A、H08MnA、H10Mn2；Q390: F50×1- H08MnA、H10Mn2、H08MnMoA；Q420: F60×1- H10Mn2、H08MnMoA。2. 計算§7.

53、1.2 對接焊縫或?qū)优c角接組合焊縫的強度計算。(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縫或?qū)优c角接組合焊縫，其強度應(yīng)按下式計算： (7.1.2-l) 式中 N軸心拉力或軸心壓力；lw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2t。t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；、對接焊縫的抗拉、抗壓強度設(shè)計值。焊縫質(zhì)量要求：§7.1.1。(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

54、式計算折算應(yīng)力： 注：l 當直縫強度不夠時，可改用斜焊縫對接，只要焊縫與作用力間的夾角符合tan1.5時，其強度可不計算。2 當對接焊縫和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2t。4.3 角焊縫的構(gòu)造和計算1. 構(gòu)造(1) 角焊縫兩焊腳邊的夾角(§8.2.6)：一般為90o(直角角焊縫)。夾角 > 135o或 < 60o的斜角角焊縫，不宜用作受力焊縫(鋼管結(jié)構(gòu)除外)。 (2) 角焊縫的尺寸應(yīng)符合下列要求(§8.2.7)：1) 最小焊腳尺寸 (一般焊縫)對埋弧自動焊，最小焊腳尺寸可減小1mm；對T形連接的單面角焊縫，應(yīng)

55、增加1mm。當焊件厚度等于或小于4mm 時，則最小焊腳尺寸應(yīng)與焊件厚度相同。2) 最大焊腳尺寸hfmax=1.2tmin板件(厚度為t)邊緣的角焊縫最大焊腳尺寸，尚應(yīng)符合下列要求： 3) 側(cè)面角焊縫的最大計算長度lwmax=60hf當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lwmax； 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