鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理講義教案83版

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理講義教案鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)方法和材料一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)(1)強(qiáng)度高，塑性和韌性好強(qiáng)度高，適用于建造跨度大、承載重的結(jié)構(gòu)。塑性好，結(jié)構(gòu)在一般條件下不會(huì)因超載而突然破壞。韌性好，適宜在動(dòng)力荷載下工作。(2)重量輕(3)材質(zhì)均勻，和力學(xué)計(jì)算的假定比較符合鋼材內(nèi)部組織比較均勻，接近各向同性，實(shí)際受力情況和工程力學(xué)計(jì)算結(jié)果比較符合。(4)鋼結(jié)構(gòu)制作簡便，施工工期短鋼結(jié)構(gòu)加工制作簡便，連接簡單，安裝方便，施工周期短。(5)鋼結(jié)構(gòu)密閉性較好水密性和氣密性較好，適宜建造密閉的板殼結(jié)構(gòu)。(6)鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差容易腐蝕，處于較強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)內(nèi)的建筑物不宜采用鋼結(jié)構(gòu)。(7)鋼材耐熱但不耐火溫度在200 c

2、以內(nèi)時(shí)，鋼材主要力學(xué)性能降低不多。溫度超過200c后，不僅強(qiáng)度逐步降低，還會(huì)發(fā)生 蘭脆和徐變現(xiàn)象。溫度達(dá)600c時(shí)，鋼材進(jìn)入塑性狀態(tài)不能繼續(xù)承載。(8)在低溫和其他條件下，可能發(fā)生脆性斷裂。二、鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)表達(dá)式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范除疲勞計(jì)算外，采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，用分 項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。.極限狀態(tài)當(dāng)結(jié)構(gòu)或其組成部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，此特定狀態(tài)就稱為該功能的極限狀態(tài)。(1)承載能力極限狀態(tài)包括構(gòu)件和連接的強(qiáng)度破壞、 疲勞破壞和因過度變形而不適于 繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件喪失穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系和結(jié)構(gòu)傾覆。(2)正常使用極限狀態(tài)

3、包括影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用或外觀的變形，影響正常使用的振動(dòng)，影響正常使用或耐久性能的局部損壞(包括混凝土裂縫)。以結(jié)構(gòu)構(gòu)件的荷載效應(yīng) S和抗力R這兩個(gè)隨機(jī)變量來表達(dá)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，則Z= g(R, S) = R-S(1)在實(shí)際工程中，可能出現(xiàn)下列三種情況：Z0結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；Z=0結(jié)構(gòu)達(dá)到臨界狀態(tài)，即極限狀態(tài)；ZV0結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。按照概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)的可靠度 定義為：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。這里所說“完成預(yù)定功能”就是對(duì)于規(guī)定的某種功能來說結(jié)構(gòu) 不失效(ZR 0)。這樣結(jié)構(gòu)的失效概率 p f表示為Pf P(Z 0)(2)可靠指標(biāo) 與p

4、f存在對(duì)應(yīng)的關(guān)系，增大，pf減??； 減小，pf增大。.分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式對(duì)于承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)的基本組合按下列設(shè)計(jì)表達(dá)式中最不利值確定n可變何載效應(yīng)控制的組合：0 G GK Q1 Q1KQi ci QiK f(3)2n永久荷載效應(yīng)控制的組合：0 G GK Qi ci QiK f(4)式中0一結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對(duì)安全等級(jí)為一級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為100年及以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.1 ；對(duì)安全等級(jí)為二級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為50年及結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.0；對(duì)安全等級(jí)為三級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為5年結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于0.9；GK永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力；Q1K 起控制作用的第一個(gè)可

5、變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力(該值使計(jì)算結(jié)果為最大)；QiK其他第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力;永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力不利時(shí)取1.2,但對(duì)式（4）則取1.35。當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力有利時(shí)取1.0;驗(yàn)算結(jié) TOC o 1-5 h z 構(gòu)傾覆、滑移或漂浮時(shí)取0.9;qi、Qi 第1個(gè)和其他第i個(gè)可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)可變荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一.-.一 2承載力不利時(shí)取1.4 （當(dāng)樓面活何載大于4.0kN /m時(shí)，取1.3）；有利時(shí)，取為0;ci 第i個(gè)可變荷載組合值系數(shù)，可按荷載規(guī)范的規(guī)定采取。對(duì)于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，可采

6、用簡化式計(jì)算。由可變荷載效應(yīng)控制的組合： n0 G GKQi QiK f（5）i 1由永久荷載效應(yīng)控制的組合，仍按式（4）進(jìn)行計(jì)算。式中一一簡化式中采用的荷載組合值系數(shù)，一般情況下可采用 0.9;當(dāng)只有1個(gè)可變荷載時(shí)，取為1.0。對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，并使變形等設(shè)計(jì)不超過相應(yīng)的規(guī)定限值。設(shè)計(jì)式為： nGK Q1Kci QiK（6）i2式中 gk 一一永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值；Q1 K 一一起控制作用的第一個(gè)可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值（該值使計(jì)算結(jié)果為最大）；QiK 一一其他第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值；

7、結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的容許變形值。三、鋼結(jié)構(gòu)的材料.對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用鋼的基本要求（1）較高的抗拉強(qiáng)度 九和屈服點(diǎn)fy ；（2）較高的塑性和韌性 ；（3）良好的工藝性能；(4)根據(jù)具體工作條件，有時(shí)還要求鋼材具有適應(yīng)低溫、高溫和腐蝕性環(huán)境的能力。.鋼材的主要性能凰11碳素睛構(gòu)鋸片內(nèi)后方-應(yīng)變加技(1)強(qiáng)度性能比例極限：OP段為直線，表示鋼材具有完全彈性性質(zhì)，P點(diǎn)應(yīng)力f0稱為比例極限。p屈服點(diǎn)：隨著荷載的增加，曲線出現(xiàn) ES段，S點(diǎn)的應(yīng)力fy稱為屈服點(diǎn)。抗拉強(qiáng)度或極限強(qiáng)度： 超過屈服臺(tái)階，材料出現(xiàn)應(yīng)變硬化，曲線上升，直至曲線最高處的B點(diǎn)，這點(diǎn)的應(yīng)力fu稱為抗拉強(qiáng)度或極限強(qiáng)度。當(dāng)以屈服點(diǎn)的應(yīng)力 fy作為強(qiáng)度限值

8、時(shí)，抗拉強(qiáng)度 fu成為材料的強(qiáng)度儲(chǔ)備。(2)塑性性能伸長率：試件被拉斷時(shí)的絕對(duì)變形值與試件原標(biāo)距之比的百分?jǐn)?shù)，稱為伸長率。伸長率代表材料在單向拉伸時(shí)的塑性應(yīng)變的能力。3) 冷彎性能冷彎性能由冷彎試驗(yàn)確定。試驗(yàn)時(shí)使試件彎成180 ,如試件外表面不出現(xiàn)裂紋和分層， 即為合格。冷彎性能合格是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下的塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標(biāo)。4) 沖擊韌性韌性是鋼材強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo)。由于低溫對(duì)鋼材的脆性破壞有顯著影響，在寒冷地區(qū)建造的結(jié)構(gòu)不但要求鋼材具有常溫(20C)沖擊韌性指標(biāo)，還要求具有負(fù)溫(0C、-20或-40)沖擊韌性指標(biāo)，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗脆性破壞能力。.各種因素對(duì)鋼材主要性能

9、的影響(1)化學(xué)成分碳直接影響鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性和可焊性等。碳含量增加，鋼的強(qiáng)度提高，而塑性、 韌性和疲勞強(qiáng)度下降，同時(shí)惡化鋼的可焊性和抗腐蝕性。硫和磷是鋼中的有害成分，它們降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強(qiáng)度。在高溫時(shí), 硫使鋼變脆，稱之 熱脆；在低溫時(shí)，磷使鋼變脆，稱之 冷脆。(2)冶金缺陷常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋及分層等。(3)鋼材硬化冷加工使鋼材產(chǎn)生很大塑性變形，從而提高了鋼的屈服點(diǎn)，同時(shí)降低了鋼的塑性和韌性，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化(或應(yīng)變硬化)。在一般鋼結(jié)構(gòu)中，不利用硬化所提高的強(qiáng)度，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗脆性破壞能力。另外，應(yīng)將局部硬化部分用刨邊或擴(kuò)鉆予以消

10、除。(4)溫度影響鋼材性能隨溫度變動(dòng)而有所變化?？偟内厔?shì)是溫度升高，鋼材強(qiáng)度降低，應(yīng)變?cè)龃螅环粗?，溫度降低，鋼材?qiáng)度會(huì)略有增加，塑性和韌性卻會(huì)降低而變脆。在250c左右，鋼材的強(qiáng)度略有提高，同時(shí)塑性和韌性均下降，材料有轉(zhuǎn)脆的傾向，鋼材表面氧化膜呈現(xiàn)藍(lán)色，稱為 藍(lán)脆現(xiàn)象。鋼材應(yīng)避免在藍(lán)脆溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱加工。當(dāng)溫度在260 c320 c時(shí)，在應(yīng)力持續(xù)不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形， 此種現(xiàn)象稱為徐變現(xiàn)象。當(dāng)溫度從常溫開始下降，特別是在負(fù)溫度范圍內(nèi)時(shí)，鋼材強(qiáng)度雖有提高，但其塑性和韌性降低，材料逐漸變脆，這種性質(zhì)稱為低溫冷脆。(5)應(yīng)力集中構(gòu)件中有時(shí)存在著孔洞、槽口、凹角、截面突然改變以及

11、鋼材內(nèi)部缺陷等。此時(shí)，構(gòu)件中的應(yīng)力分布將不再保持均勻，而是在某些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，在另外一些區(qū)域則應(yīng)力降低，形成應(yīng)力集中現(xiàn)象。承受靜力荷載作用的構(gòu)件在常溫下工作時(shí)，在計(jì)算中可不考慮應(yīng)力集中的影響。但在負(fù) 溫或動(dòng)力荷載作用下工作的結(jié)構(gòu)，應(yīng)力集中的不利影響將十分突出，往往是引起脆性破壞的根源，故在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取措施避免或減小應(yīng)力集中，并選用質(zhì)量優(yōu)良的鋼材。(6)反復(fù)荷載作用在直接的連續(xù)反復(fù)的動(dòng)力荷載作用下，鋼材的強(qiáng)度將降低，低于一次靜力荷載作用下的拉伸試驗(yàn)的極限強(qiáng)度，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞。疲勞破壞表現(xiàn)為突然發(fā)生的 脆性斷裂。材料總是有 缺陷”的，在反復(fù)荷載作用下， 先在其缺陷發(fā)生塑性變形和硬化

12、而生成一些極小的裂痕，此后這種微觀裂痕逐漸發(fā)展成宏觀裂紋，試件截面削弱，而在裂紋根部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，使材料處于三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，塑性變形受到限制，當(dāng)反復(fù)荷載達(dá)到一定的循環(huán)次數(shù)時(shí)，材料終于破壞，并表現(xiàn)為突然的脆性斷裂。.鋼材的破壞形式塑性破壞：變形超過了材料或構(gòu)件可能的應(yīng)變能力而產(chǎn)生的，而且僅在構(gòu)件的應(yīng)力達(dá)到了鋼材的抗拉強(qiáng)度 fu后才發(fā)生。塑性破壞前，由于總有較大的塑性變形發(fā)生，且變形持續(xù) 的時(shí)間較長，很容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)而采取措施予以補(bǔ)救，不致引起嚴(yán)重后果。脆性破壞：破壞前塑性變形很小， 甚至沒有塑性變形，計(jì)算應(yīng)力可能小于鋼材的屈服點(diǎn)， 斷裂從應(yīng)力集中處開始。由于脆性破壞前沒有明顯的預(yù)兆，無法及時(shí)

13、覺察和采取補(bǔ)救措施。.鋼材的疲勞計(jì)算鋼材的疲勞斷裂是微觀裂紋在連續(xù)重復(fù)荷載作用下不斷擴(kuò)展直至斷裂的脆性破壞。鋼材的疲勞強(qiáng)度取決于應(yīng)力集中和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。循環(huán)次數(shù)N A 5x104,應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。(1)常幅疲勞應(yīng)力幅為應(yīng)力譜中最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之差，即max min式中：max 每次應(yīng)力循環(huán)中的最大拉應(yīng)力(取正值)；min 每次應(yīng)力循環(huán)中的最小拉應(yīng)力(取正值)或壓應(yīng)力(取負(fù)值)。如果重復(fù)作用的荷載數(shù)值不隨時(shí)間變化，則在所有應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅將保持常量，稱之為常幅疲勞。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以畫出構(gòu)件或連接的應(yīng)力幅與相應(yīng)的致?lián)p循環(huán)次數(shù) N的關(guān)系曲線。目前國內(nèi)外都常用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸的方法使曲線改為直線以便工

14、作。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中， 疲勞直線方程為：lg N bi lg()或N( )10bl C1式中直線對(duì)縱坐標(biāo)的斜率;b i-直線在橫坐標(biāo)軸上的截距;N一循環(huán)次數(shù)。n曲線考慮到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性,取平均值減去2倍lgN的標(biāo)準(zhǔn)差（2s）作為疲勞強(qiáng)度下限值，下限值的直線方程為:取此式中ig NN(作為容許應(yīng)力幅biig(10b2C 17N)2s b2lg()(8)(9)(10)對(duì)于不同焊接構(gòu)件和連接形式，規(guī)范按連接方式、受力特點(diǎn)和疲勞強(qiáng)度等歸納分類,劃分為8類。對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的焊接部位的常幅疲勞，應(yīng)按下式計(jì)算:max min (11)對(duì)于非焊接部位，其疲勞強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算:max k min(12)（2）變幅

15、疲勞和吊車梁的欠載效應(yīng)系數(shù)實(shí)際上，結(jié)構(gòu)所受荷載其性質(zhì)為變幅的。變幅疲勞可作為常幅疲勞按下式計(jì)算:W6f maxN 2 106(13)n 2106 循環(huán)次數(shù)N = 2X106的容許應(yīng)力幅，應(yīng)按式（10）計(jì)算;欠載效應(yīng)系數(shù)。對(duì)重級(jí)工作制硬鉤吊車f = 1.0,重級(jí)工作制軟鉤吊車0.8;中級(jí)工作制吊車f =0.5。6.鋼的種類和鋼材規(guī)格（1）鋼的種類按脫氧方法，鋼可分為沸騰鋼（F）、半鎮(zhèn)靜鋼（b）、鎮(zhèn)靜鋼（Z）和特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）, 鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼的代號(hào)可以省去。鎮(zhèn)靜鋼脫氧充分，沸騰鋼脫氧較差，半鎮(zhèn)靜鋼介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間。一般采用鎮(zhèn)靜鋼。按化學(xué)成分，鋼可分為碳素鋼和合金鋼。在建筑工程中采用的

16、是碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼按質(zhì)量等級(jí)分為 A、B、C、D四級(jí)，A級(jí)鋼只保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長率，必要時(shí)尚可附加冷彎試驗(yàn)的要求，化學(xué)成分對(duì)碳、鎰可以不作為交貨條件。B、C、D鋼均保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長率、冷彎和沖擊韌性（分別為+20C, 0C,20C）等力學(xué)性能。化學(xué)成分碳、硫、磷的極限含量。鋼的牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母 Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（ A、B、C、D）、脫氧 方法符號(hào)等四個(gè)部分按順序組成。根據(jù)鋼材厚度（直徑）v 16mm時(shí)的屈服點(diǎn)數(shù)值分為 Q195、 Q215、Q235、Q255、Q275 ,鋼結(jié)構(gòu)一般僅用 Q235 ,鋼的牌號(hào)根據(jù)

17、需要可為 Q235A ; Q235B ; Q235C ; Q235D 等。（2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼仍然根據(jù)鋼材厚度（直徑）v l6mm時(shí)的屈服點(diǎn)大小，分為 Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。鋼結(jié)構(gòu)一般采用 Q345、Q390、Q420,鋼的牌號(hào)仍 有質(zhì)量等級(jí)符號(hào)，除 A、B、C、D四個(gè)等級(jí)外增加一個(gè)等級(jí)E,主要是要求40 c的沖擊韌性。鋼的牌號(hào)如 Q345B、Q390C等等。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一般為鎮(zhèn)靜鋼，因此鋼的牌 號(hào)中不注明脫氧方法。A級(jí)鋼應(yīng)進(jìn)行冷彎試驗(yàn)，其他質(zhì)量級(jí)別鋼，如供方能保證彎曲試驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)定要求， 可不作檢驗(yàn)。（3）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼以不熱處理或熱處理（退火、正火或

18、高溫回火）狀態(tài)交貨，要求熱處理狀態(tài)交貨的應(yīng)在合同中注明，未注明者，按不熱處理交貨，如用于高強(qiáng)度螺栓的 45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼需經(jīng)熱處理，強(qiáng)度較高，對(duì)塑性和韌性又無顯著影響。（2）鋼材的選擇選擇鋼材時(shí)考慮的因素有：1）結(jié)構(gòu)的重要性重要結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮選用質(zhì)量好的鋼材；一般工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)，可選用普通質(zhì)量的鋼材。2）荷載情況 直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)烈地震區(qū)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用綜合性能好的鋼材；一般承受靜力荷載的結(jié)構(gòu)則可選用價(jià)格較低的Q235鋼。3）連接方法 焊接結(jié)構(gòu)對(duì)材質(zhì)的要求應(yīng)嚴(yán)格一些。4）結(jié)構(gòu)所處的溫度和環(huán)境在低溫條件下工作的結(jié)構(gòu)，尤其是焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用具有良好抗低溫脆斷性能的鎮(zhèn)靜鋼。5）鋼材厚度 厚

19、度大的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)采用材質(zhì)較好的鋼材。鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接鋼結(jié)構(gòu)的連接方法可分為焊縫連接、螺栓連接和釧釘連接三種。焊接連接是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法。 它的優(yōu)點(diǎn)是：（1）焊件間可直接相連， 構(gòu)造簡單，制作加工方便；（2）不削弱截面，用料經(jīng)濟(jì)；（3）連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大；（4）可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，提 高焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。缺點(diǎn)是：（1）在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的材質(zhì)變脆；（2）焊接殘余應(yīng)力和變形使受壓構(gòu)件承載力降低； 較為突出。一、焊縫的形式1.角焊縫區(qū)1-1（3）焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感，低溫時(shí)冷脆的問題3R 3.10宜加為科編做訴90的焊縫角焊縫按其截面形式可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。兩焊腳邊

20、的夾角為稱為直角角焊縫，直角邊邊長hf稱為角焊縫的焊腳尺寸，he= 0.7hf為直角角焊縫的 計(jì)算厚度。斜角角焊縫常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中。對(duì)于夾角大于135或小于60的斜角角焊縫，不宜用作受力焊縫（鋼管結(jié)構(gòu)除外）。2 .對(duì)接焊縫對(duì)接焊縫的焊件常需加工成坡口，故又叫坡口焊縫。焊縫金屬填充在坡口內(nèi)，所以對(duì)接焊縫是被連接件的組成部分。坡口形式與焊件厚度有關(guān)。當(dāng)焊件厚度很?。ㄊ止ず竧 6mm,埋弧焊t 10mm）時(shí)，可用直邊縫。對(duì)于一般厚度（t=1020mm）的焊件可采用具有斜坡口的單邊 V形或V形焊 縫。斜坡口和離縫c共同組成一個(gè)焊條能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的施焊空間， 使焊縫易于焊透；鈍邊p有托住熔化金屬的作用

21、。又于較厚的焊件（t20mm）,則采用U形、K形和X形坡口。對(duì)于V形縫和U形縫需對(duì)焊縫根部進(jìn)行補(bǔ)焊。對(duì)接焊縫坡口形式的選用，應(yīng)根據(jù)板厚和施工條 件按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程的要求進(jìn)行。凡T形，十字形或角接接頭的對(duì)接焊縫稱之為對(duì)接與角接組合焊縫?？?|5Sm二 I 三_1 -。=藺此笛I一門六d但F*曲 簡圖3對(duì)接焊縫的坡口形式.焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)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(jí)、二級(jí)和三級(jí)。三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫作外觀檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；一級(jí)、二級(jí)焊縫則除外觀檢查外，還要求一定數(shù)量的超聲波檢驗(yàn)并符合相應(yīng)級(jí)別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。焊縫質(zhì)量的外觀檢驗(yàn)檢查外觀缺陷和幾何尺寸，

22、內(nèi)部無損檢驗(yàn)檢查內(nèi)部缺陷。二、直角角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為正面角焊縫、側(cè)面角焊縫和斜焊縫。正面角焊縫的焊縫長度方向與作用力垂直， 側(cè)面角焊縫 的焊縫長度方向與作用力平行，斜焊縫的焊縫長度方向與作用力傾斜，由正面角焊縫、側(cè)面角焊縫和斜焊縫組成的混合，通常稱作圍焊縫。側(cè)面角焊縫主要承受剪力，塑性較好，強(qiáng)度較低。應(yīng)力沿焊縫長度方向的分布不均勻，呈兩端大而中間小的狀態(tài)。焊縫越長，應(yīng)力分布不均勻性越顯著。正面角焊縫受力復(fù)雜，其破壞強(qiáng)度高于側(cè)面角焊縫，但塑性變形能力差。斜焊縫的受力性能和強(qiáng)度值介于正面角焊縫和側(cè)面角焊縫之間。.角焊縫的構(gòu)造要求(1)最小焊腳尺寸hf 1.5 712(

23、1)式中t2一較厚焊件厚度，單位為 mm。計(jì)算時(shí)，焊腳尺寸取整數(shù)。自動(dòng)焊熔深較大，可減小 1mm; T形連接的單面角焊縫，應(yīng)增加 1mm;當(dāng)焊件厚度小于或等于4mm時(shí)，則取與焊件厚度相同。(2)最大焊腳尺寸(2)hf1.2tl式中 力一較薄焊件的厚度，單位為 mm。對(duì)板件邊緣的角焊縫，當(dāng)板件厚度t6mm時(shí)，取hfwt- (1-2) mm;當(dāng)tw6mm時(shí),取 hy to圖4最大焊角尺寸(3)角焊縫的最小計(jì)算長度側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計(jì)算長度不得小于8hf和40mm o(4)側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長度側(cè)面角焊縫在彈性階段沿長度方向受力不均勻，兩端大而中間小，可能首先在焊縫的兩端破壞，故規(guī)定側(cè)面角焊

24、縫的計(jì)算長度lw 12mm)或190mm (twi2mm) , t為較薄焊件的厚度。搭接連接中，當(dāng)僅采用正面角焊縫時(shí)，其搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，也不得小于25mm。圖5焊縫長度及兩側(cè)焊縫間距圖6搭接連接(6)間斷角焊縫的構(gòu)造要求間斷角焊縫只能用于一些次要構(gòu)件的連接或受力很小的連接中。間斷角焊縫的間斷距離l不宜過長，以免連接不緊密。一般在受壓構(gòu)件中應(yīng)滿足lwi5t;在受拉構(gòu)件中l(wèi)w30t, t為較薄焊件的厚度。圖7連續(xù)角焊縫和間斷角焊縫(7)減小角焊縫應(yīng)力集中的措施桿件端部搭接采用三面圍焊時(shí)，所有圍焊的轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。對(duì)于非圍焊情況，當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，可連續(xù)地作長度為

25、2hf的繞角焊。.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式(3)式中垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力;f一平行于焊縫長度方向的應(yīng)力;f 一正面角焊縫的強(qiáng)度增大系數(shù)，f =1.22;直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的角焊縫,f =1.0;f；一角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。式（3）為角焊縫的基本計(jì)算公式。只要將焊縫應(yīng)力分解為垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力f和平行于焊縫長度方向的應(yīng)力f,上述基本公式可適用于任何受力狀態(tài)。對(duì)正面角“縫，f =0,得(4)Nwf =f f fhel w對(duì)側(cè)面角“縫，f =0,得_ Nf =hel wfW(5)式中he 一直角角焊縫的有效厚度，he= 0.7 hf ；lw 一焊縫的計(jì)算長度，考慮起滅弧缺陷，按各條焊

26、縫的實(shí)際長度每端減去hf計(jì)算。.角焊縫連接的計(jì)算（1）承受軸心力作用的角焊縫連接計(jì)算1）采用蓋板連接當(dāng)軸心力通過連接焊縫中心時(shí)，可認(rèn)為焊縫應(yīng)力是均勻分布的。圖8承受軸心力的蓋板連接當(dāng)只有側(cè)面角焊縫時(shí)_ Nf 二he l wfW當(dāng)只有正面角焊縫時(shí)_ Nf 二hel wf fW當(dāng)采用三面圍焊時(shí)，先計(jì)算正面角焊縫所承擔(dān)的內(nèi)力Ni ffwh lffhelw1式中 lw1 一連接一側(cè)正面角焊縫計(jì)算長度的總和。再計(jì)算側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度N N1helw式中l(wèi)w 一連接一側(cè)正面角焊縫計(jì)算長度的總和。2）承受斜向軸心力圖9承受斜向軸心力將N力分解為垂直于焊縫和平行于焊縫的分力Nx N sin ； Nv入yN co

27、sN sinhel wN coshelw代入式（3）驗(yàn)算角焊縫的強(qiáng)度3）承受軸心力的角鋼角焊縫計(jì)算特殊情況也可采鋼桁架中角鋼腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫一般采用兩面?zhèn)群富蛉鎳?用L形圍焊。腹桿受軸心力作用，為了避免焊縫偏心受力，焊縫所傳遞的合力的作用線應(yīng)與角鋼桿件的軸線重合。圖10角鋼與節(jié)點(diǎn)板的連接對(duì)于三面圍焊，可先假定正面角焊縫的焊腳尺寸hf3 ,求出正面角焊縫所分擔(dān)的軸心力N3。當(dāng)腹桿為雙角鋼組成的 T形截面，且肢寬為 b時(shí),w(6)N 3 =2 X 0.7 hf 3 b f f f由平衡條件（M =0）可得:N1 =N(b e) N3bNe N3T-2, N3=k1 N-.k2N-N2(8

28、)式中 Ni、N2 角鋼肢背和肢尖的側(cè)面角焊縫所承受的軸力;e角鋼的形心距;k1、k2 角鋼肢背和肢尖焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)，可查表得至L對(duì)于兩面?zhèn)群?，因N3 =0,則:Ni = kiNN2=k2N(10 )求得各條焊縫所受的內(nèi)力后,按構(gòu)造要求假定肢背和肢尖焊縫的焊腳尺寸,即可求出焊縫的計(jì)算長度。對(duì)雙角鋼截面lw1 =N12 0.7hf1 ffwlw2 =N22 0.7hf2ffw式中 hf1、Iwi 一個(gè)角鋼肢背上的側(cè)面角焊縫的焊腳尺寸及計(jì)算長度;一個(gè)角鋼肢尖上的側(cè)面角焊縫的焊腳尺寸及計(jì)算長度。實(shí)際焊縫長度為計(jì)算長度加 2hf。對(duì)于三面圍焊，焊縫實(shí)際長度為計(jì)算長度加hf ；對(duì)于采用繞角焊的側(cè)面角

29、焊縫實(shí)際長度等于計(jì)算長度（繞角焊縫長度2 hf不進(jìn)入計(jì)算）。當(dāng)桿件受力很小時(shí)，可采用 L形圍焊。由于只有正面角焊縫和角鋼肢背上的側(cè)面角焊縫，令N 2 = 0,得:N3=2 k2NNi=N- N3hf 3 =N32 0.7加3(15)角鋼端部的正面角焊縫的長度已知，可按下式計(jì)算其焊腳尺寸:式中，lw3 = b- h f 0(2)承受彎矩、軸心力或剪力共同作用的角焊連連接計(jì)算圖11承受偏心斜拉力的角焊縫圖11所示的雙面角焊縫連接承受偏心斜拉力N作用，計(jì)算時(shí)，可將作用力N分解為Nx和Ny兩個(gè)分力。角焊縫同時(shí)承受軸心力Nx和剪力Ny和彎矩M = Nx-e的共同作用。焊縫計(jì)算截面上的應(yīng)力分布如圖所示，圖

30、中A點(diǎn)應(yīng)力最大為控制設(shè)計(jì)點(diǎn)。此處垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力由兩部分組成，即由軸心拉力Nx產(chǎn)生的應(yīng)力：Nx NxAehelw由彎矩M產(chǎn)生的應(yīng)力:= M = 6MM-We- he4這兩部分應(yīng)力由于在 A點(diǎn)處的方向相同，可直接疊加，故 A點(diǎn)垂直于焊縫方向的應(yīng)力為Nx6M+22helw 2helw剪力Ny在A點(diǎn)處產(chǎn)生平行于焊縫長度方向的應(yīng)力Ny NyfA 2helw則焊縫的強(qiáng)度計(jì)算式為:當(dāng)連接直接承受動(dòng)力荷載作用時(shí)，取=1.00M和剪力V工字形和H形截面梁（或牛腿）與鋼柱翼緣的角焊縫連接，通常承受彎矩 的共同作用。計(jì)算時(shí)通常假設(shè)腹板焊縫承受全部剪力，彎矩則由全部焊縫承受。仃討圖12工字形梁（或牛腿）的腳

31、焊縫連接此應(yīng)力滿足角焊縫的強(qiáng)度條件翼緣焊縫的最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在翼緣焊縫的最外纖維處,Mhxwf 1= 一.一w ff fIw2式中M 全部焊縫所承受的彎矩;Iw全部焊縫有效截面對(duì)中和軸的慣性矩。腹板焊縫承受兩種應(yīng)力的共同作用，即彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力， 設(shè)計(jì)控制點(diǎn)為翼緣焊縫與腹 板焊縫的交點(diǎn)處 A,此處的彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力分別按下式計(jì)算: TOC o 1-5 h z Mh2f 2=,Iw2Vf=ry he2lw2式中he2lw2腹板焊縫有效截面之和。則腹板焊縫在 A點(diǎn)的強(qiáng)度驗(yàn)算式為:f 22- w1 f ff f(3)承受扭矩或扭矩與剪力共同作用的角焊縫連接計(jì)算1)環(huán)形角焊縫承受扭矩 T在有效截面的任

32、一點(diǎn)上所受切線方向的剪應(yīng)力f ,應(yīng)按下式計(jì)算:T r _，、f =- l5d0時(shí)，螺栓的抗剪和承壓承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以折減系數(shù)刀予以降低：li60d0 時(shí)， 0.7。1.1li150d0 丫均m圖4連接螺栓的內(nèi)力分布螺栓群的抗剪連接承受軸心力時(shí)，可認(rèn)為軸心力N由每個(gè)螺栓平均分擔(dān)，螺栓數(shù)n為(4)Nn=-Nm in(2)普通螺栓群偏心受剪圖5所示為螺栓群承受偏心剪力的情形，剪力 F的作用線至螺栓群中心線的距離為e,故螺栓群同時(shí)受到軸心力 F和扭矩T=F - e的共同作用。在軸心力作用下可認(rèn)為每個(gè)螺栓平均受力，則FNif-n卜廠LT Av圖5螺栓群的偏心受剪螺栓群在扭矩T=Fe作用下，每個(gè)螺栓均受剪

33、。連接的計(jì)算基于下列假設(shè): 被連接板件為絕對(duì)剛性時(shí)，螺栓為彈性的;被連接板件繞螺栓群形心旋轉(zhuǎn)，各螺栓所受剪力大小與該螺栓至形心距離口成正比,其方向與連線該螺栓至形心垂直。設(shè)O為螺栓群栓桿截面的形心，螺栓 i距形心O最遠(yuǎn)，其所受剪力Nit最大:mtTriNi -2riTri22XYi(5)將N1T分解為水平分力N1和垂直分力N：Nix= NiyiTyiri2 riTyi22xyi(6)NiTy=NiTxiTxi-2ririTxi2Xi2 yi由此可得螺栓群偏心受剪時(shí)，受力最大的螺栓l所受合力為NiTx NiTy NifTyi x22yiTxi2Xi2yib,、Nmin當(dāng)螺栓群布置在一個(gè)狹長帶,y

34、i 3xi 時(shí),可取Xi=0以簡化計(jì)算，則上式為2W Nb min(9)2Tyi2V.普通螺栓的抗拉連接(i)單個(gè)普通螺栓的抗拉承載力抗拉螺栓連接在外力作用下，螺栓連接的破壞形式為栓桿被拉斷。單個(gè)抗拉螺栓的承載力設(shè)計(jì)值為:Ntb = & ftb式中 de螺栓的有效直徑;ftb 螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。為了考慮撬力的影響，規(guī)范規(guī)定普通螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ftb取螺栓鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f的0.8倍(即ftb = 0.8 f )。(2)普通螺栓群軸心受拉圖6所示螺栓群在軸心力作用下的抗拉連接，通常假定每個(gè)螺栓平均受力，則連接所需螺栓數(shù)為:n= bNtb圖6式中Ntb個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值。(3)普通螺栓

35、群在彎矩作用下受拉州普通螺栓群承受彎矩圖7IW圖7所示為螺栓群在彎矩作用下的抗拉連接(剪力V通過承托板傳遞)。當(dāng)計(jì)算其形心位置作為中和軸時(shí)，所求得的端板受壓區(qū)高度 c總是很小，中和軸通常在彎矩指向一側(cè)最O處，即認(rèn)為連接變形為繞 O處水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，螺栓拉力與O點(diǎn)算起的縱坐標(biāo)y成正比。外排螺栓附近的某個(gè)位置。因此，實(shí)際計(jì)算時(shí)可近似地取中和軸位于最下排螺栓Ni/yi= N2/y2= -= N i/y i= - = Nn/ynM= Niyi+ N2y2+“,+ Niyi+,+ N nyn22(Ni/yi)Yi +(N2/y2)y2 + ，+,、2(Ni/yi)yi +, + ( Nn/yn)2Yn故得螺

36、栓i的拉力為: TOC o 1-5 h z ,2， 、Ni=Myi/yi（11）設(shè)計(jì)時(shí)要求受力最大的最外排螺栓1的拉力不超一個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值：2 bNi=Myi/ yi v Nt（12）（4）普通螺拴群偏心受拉由圖8a可知，螺栓群偏心受拉相當(dāng)于連接承受軸心拉力N和彎矩M = N e的共同作用。按彈性設(shè)計(jì)法，根據(jù)偏心距的大小可能出現(xiàn)小偏心受拉和大偏心受拉兩種情況。對(duì)圖8螺栓群偏心受拉1）小偏心受拉小偏心情況（圖 8b）,所有螺栓均承受拉力作用，端板與柱翼緣有分離趨勢(shì)，故在計(jì)算時(shí)軸心拉力 N由各螺栓均勻承受； 而彎矩M則引起以螺栓群形心 O處水平軸為中和軸的三角形應(yīng)力分布（圖8b）,使上部

37、螺栓受拉，下部螺栓受壓；疊加后則全部螺栓均為受拉（圖84b）。這樣可得最大和最小受力螺栓的拉力和滿足設(shè)計(jì)要求的公式如下（各 y均自O(shè) 點(diǎn)算起）： TOC o 1-5 h z NmaxN/nNey/y；N：（13）一一,，一，2一NminN/nNey /y0（14）式（13）表示最大受力螺栓的拉力不超過一個(gè)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值；式（14）則表示全部螺栓受拉，不存在受壓區(qū)。由此式可得Nmin0時(shí)的偏心距 eyi2 / （ny1）。令p=刈屋= y2/（ny1）為螺栓有效截面組成的核心距，即e p = yi2/ （nyi）時(shí)，則端板底部將出現(xiàn)受壓區(qū)（圖 8c）。近似并偏安全取中和軸位于最下排螺栓O處，

38、按相似步驟寫對(duì) O處水平軸的彎矩平衡方程，可得（e和各y自O(shè)點(diǎn)算起，最上排螺栓 1的拉力最大）： TOC o 1-5 h z /Ni/ y1 = N2/y2= - = Ni/ yi = 一 = Nn/ynM= Ni yi + N2 y2 + + Ni yi + + Nn yn/ 、2/ 、/2/ 、)/ 、/2=(Ni/yi)yi+(N2/y2)y2+ ,+(Ni/yi)yi+ + (Nn/yn)VnNi=Ne，yi，/yi 2Ntb(i5).普通螺栓受剪力和拉力的共同作用圖9螺栓群受剪力和拉力共同作用圖9所示連接，螺栓群承受剪力和偏心力N （即軸心拉力 N和彎矩M = N - e）的共同作用

39、。承受剪力和拉力共同作用的普通螺栓應(yīng)考慮兩種可能的破壞形式：一是螺桿受剪兼受 拉破壞；二是孔壁承壓破壞。螺桿計(jì)算式為22(i6)V由每個(gè)螺栓平均承擔(dān)，即NvMN N：Ntb式中 Nv 一個(gè)螺栓承受的剪力設(shè)計(jì)值。一般假定剪力Nv =V/n。n為螺栓個(gè)數(shù)。M 受拉力最大螺栓的拉設(shè)計(jì)值。由偏心拉力引起的螺栓最大拉力Nt仍按上述方法計(jì)算。N；、Nb 一個(gè)螺栓的抗剪和抗拉承載力設(shè)計(jì)值?？妆诔袎旱挠?jì)算式為(17)Nv (24)Nmin對(duì)摩擦型連接，Nb =0.9nf W P對(duì)承壓型連接，N：in分別按式(1)與式(2)計(jì)算的較小值。當(dāng)剪切面在螺紋處時(shí)式(1)中應(yīng)將d改為de。(2)扭矩或扭矩、剪力共同作用

40、時(shí)高強(qiáng)度螺栓群在扭矩或扭矩、剪力共同作用時(shí)的抗剪計(jì)算方法與普通螺栓群相同，但應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓承載力設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算。.高強(qiáng)度螺栓群的抗拉計(jì)算(1)軸心力作用時(shí)高強(qiáng)度螺栓群連接所需螺栓數(shù)目N，n-K(25)Nt式中 N；一在桿軸方向受拉力時(shí)，一個(gè)高強(qiáng)度螺栓(摩擦型連接或承壓型連接)的承載力設(shè)計(jì)值。(2)高強(qiáng)度螺栓群因彎矩受拉認(rèn)為中和軸在螺栓群的形心軸上(圖10),最外排螺栓受力最大。高強(qiáng)度螺栓群因彎矩受拉時(shí)，最大拉力及其驗(yàn)算式為：N1=My12y(26)式中 y1-螺栓群形心軸至螺栓的最大距離；yi2 一形心軸上、下各螺栓至形心軸距離的平方和。ffi二一o 600K-0-圖10承受彎矩的高強(qiáng)度螺栓

41、連接(3)高強(qiáng)度螺栓群偏心受拉高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接和承壓型連接均可按普通螺栓小偏心受拉計(jì)算，即:N N e, 、 Ni= +2 & Nt(27)n V(4)高強(qiáng)度螺栓群承受拉力、彎矩和剪力的共同作用圖11所示為摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓承受拉力、彎矩和剪力共同作用時(shí)的情況。摩擦 型連接高強(qiáng)度螺栓承受剪力和拉力共同作用時(shí)，一個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值也可以表達(dá) 為：N： = 0.9nf (P-1.25Nt)(28)圖11摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓的應(yīng)力由圖11 (c)可知，每行螺栓所受拉力Nt各不相同，故應(yīng)按下式計(jì)算摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓的抗剪強(qiáng)度VWn。(0.9 nf P)十 0.9nf (P-1.25Nt1)

42、+ (P-1.25Nt2)+(29)式中n。一受壓區(qū)(包括中和軸處)的高強(qiáng)度螺栓數(shù)；Nt1、Nt2受拉區(qū)高強(qiáng)度螺栓所承受的拉力。也可將式(29)寫成下列形式：(30)VW0.9np ( nP-1.252 Nti)式中 n連接的螺栓總數(shù);2 Nti 一螺栓承受拉力的總和。此外，螺栓最大拉力應(yīng)滿足:NtiW0.8P對(duì)承壓型連接高強(qiáng)度螺栓，應(yīng)按下式計(jì)算N 2 fvN；2Nt 1Ntb同時(shí)還應(yīng)按下式驗(yàn)算孔壁承壓:NvWNb1.2軸心受力構(gòu)件設(shè)計(jì)軸心受拉構(gòu)件時(shí)需進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的驗(yàn)算，設(shè)計(jì)軸心受壓構(gòu)件時(shí)需進(jìn)行強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和剛度的驗(yàn)算。一、軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度.軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算軸心受力

43、構(gòu)件的強(qiáng)度是以截面的平均應(yīng)力達(dá)到鋼材的屈服點(diǎn)為承載力極限狀態(tài)NAn式中N構(gòu)件的軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值;An 構(gòu)件的凈截面面積;f 鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。N采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的構(gòu)件， 驗(yàn)算最外列螺栓處危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度時(shí)，按下式計(jì)算:(2)n1 N= N(1 0.5) n式中 n 連接一側(cè)的高強(qiáng)度螺栓總數(shù);色一一計(jì)算截面（最外列螺栓處）上的高強(qiáng)度螺栓數(shù)；0.5孔前傳力系數(shù)。采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的拉桿，除按式（2）驗(yàn)算凈截面強(qiáng)度外，還應(yīng)按下式驗(yàn)算毛截面強(qiáng)度(4).軸心受力構(gòu)件的剛度計(jì)算軸心受力構(gòu)件的剛度是以限制其長細(xì)比保證(5)式中一一構(gòu)件的最大長細(xì)比;一一構(gòu)件的容許長細(xì)比。軸心受壓構(gòu)件的整體

44、穩(wěn)定.理想軸心受壓構(gòu)件的屈曲形式理想軸心受壓構(gòu)件可能以三種屈曲形式喪失穩(wěn)定：彎曲屈曲 雙軸對(duì)稱截面構(gòu)件最常見的屈曲形式。扭轉(zhuǎn)屈曲 長度較小的十字形截面構(gòu)件可能發(fā)生的扭轉(zhuǎn)屈曲。彎扭屈曲 單軸對(duì)稱截面桿件繞對(duì)稱軸屈曲時(shí)發(fā)生彎扭屈曲。.理想軸心受壓構(gòu)件的彎曲屈曲臨界力若只考慮彎曲變形，臨界力公式即為著名的歐拉臨界力公式，表達(dá)式為Ne=2eil22ea2(6).初始缺陷對(duì)軸心受壓構(gòu)件承載力的影響實(shí)際工程中的構(gòu)件不可避免地存在初彎曲、荷載初偏心和殘余應(yīng)力等初始缺陷，這些缺陷會(huì)降低軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。1）殘余應(yīng)力的影響當(dāng)軸心受壓構(gòu)件截面的平均應(yīng)力fp時(shí)，桿件截面內(nèi)將出現(xiàn)部分塑性區(qū)和部分彈性區(qū)。由于截

45、面塑性區(qū)應(yīng)力不可能再增加，能夠產(chǎn)生抵抗力矩的只是截面的彈性區(qū)，此時(shí)的臨 界力和臨界應(yīng)力應(yīng)為:Ncr =2EIeL2EI Ie2 l Icr2er(8)式中Ie彈性區(qū)的截面慣性矩（或有效慣性矩）；I 全截面的慣性矩。2）初彎曲的影響具有初彎曲的軸心受壓構(gòu)件的承載力具有如下特點(diǎn):具有初彎曲的壓桿， 壓力一開始作用，桿件就產(chǎn)生撓曲，并隨著荷載的增大而增加,開始撓度增加慢，隨后迅速增長，當(dāng)壓力N接近歐拉臨界力時(shí)，中點(diǎn)撓度趨于無限大。壓桿的初撓度值愈大，相同壓力 N情況下，桿的撓度愈大。初彎曲即使很小，軸心受壓構(gòu)件的承載力總是低于歐拉臨界力。3）初偏心的影響具有初偏心的軸心受壓構(gòu)件的承載力特點(diǎn)與具有初彎

46、曲壓桿的承載力特點(diǎn)相同?？梢哉J(rèn) 為初偏心影響與初彎曲影響類似。由于初偏心與初彎曲的影響類似，各國在制訂設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通常只考慮其中一個(gè)缺陷來模擬兩個(gè)缺陷的影響。.實(shí)際軸心受壓構(gòu)件的極限承載力和多柱子曲線以壓桿跨中截面邊緣屈服時(shí)的承載力作為最大承載力，稱為邊緣屈服準(zhǔn)則。實(shí)際上壓力還可增加，只是壓力超過邊緣屈服準(zhǔn)則的最大承載力后，構(gòu)件進(jìn)入彈塑性階段， 隨著截面塑性區(qū)的不斷擴(kuò)展，變形值增加得更快， 直至壓桿不能維持穩(wěn)定平衡， 這才是具有初彎曲壓桿 真正的極限承載力，以此為準(zhǔn)則計(jì)算壓桿穩(wěn)定，稱為“最大強(qiáng)度準(zhǔn)則”。通常考慮影響最大 的殘余應(yīng)力和初彎曲兩種缺陷的影響。壓桿失穩(wěn)時(shí)臨界應(yīng)力。與長細(xì)比之間的關(guān)系曲

47、線稱為柱子曲線。規(guī)范所采用的軸心受壓柱子曲線是按最大強(qiáng)度準(zhǔn)則確定的。規(guī)范在理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際，將柱子曲線歸納為四類。一般的截面情況屬于 b類。軋制圓管以及軋制普通工字鋼繞x軸失穩(wěn)時(shí)其殘余應(yīng)力影響較小，故屬a類。曲線d主要用于厚板截面。.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算軸心受壓構(gòu)件所受應(yīng)力不應(yīng)大于整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力，考慮抗力分項(xiàng)系數(shù)crcrfy(9)規(guī)范對(duì)軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算采用下列形式:式中一軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù),上。 fy(10)整體穩(wěn)定系數(shù) 值應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的截面分類和構(gòu)件的長細(xì)比查得。構(gòu)件長細(xì)比 應(yīng)按照下列規(guī)定確定:（1）截面為雙軸對(duì)稱或極對(duì)稱的構(gòu)件(11)式中 l0 x、

48、l0y 構(gòu)件對(duì)主軸x和的計(jì)算長度;ix、iy 構(gòu)件截面對(duì)主軸x和y的回轉(zhuǎn)半徑。對(duì)雙軸對(duì)稱十字形截面構(gòu)件,x或y取值不得小于5.07b/1（其中b/1為懸伸板件寬厚比）（2）截面為單軸對(duì)稱的構(gòu)件單軸對(duì)稱截面，繞對(duì)稱軸失穩(wěn)時(shí)為彎扭屈曲。 在相同情況下，彎扭失穩(wěn)比彎曲失穩(wěn)的臨界應(yīng)力要低。因此，單軸對(duì)稱截面繞對(duì)稱軸（設(shè)為y軸）的穩(wěn)定應(yīng)取計(jì)及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的下列換算長細(xì)比yz代替y ：yz122.2(y z)1/222 2222 2y z)4(160/i0) y z(12)i2A/(It /25.7I /l2)(13)單角鋼截面和雙角鋼組合 T形截面繞對(duì)稱軸的換算長細(xì)比可采用簡化方法確定。無任何對(duì)稱軸且又非極

49、對(duì)稱的截面（單面連接的不等邊單角鋼除外）不宜用作軸心受壓 構(gòu)件。對(duì)單面連接的單角鋼軸心受壓構(gòu)件，考慮折減系數(shù)后，可不考慮彎扭效應(yīng)。當(dāng)槽形截面用于格構(gòu)式構(gòu)件的分肢，計(jì)算分肢繞對(duì)稱軸（y軸）的穩(wěn)定性時(shí)，不必考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，直接用查出 y值。四、軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定一般組成軸心受力構(gòu)件的板件的厚度與板的寬度相比都較小，如果這些板件過薄，則在壓力作用下，板件將離開平面位置而發(fā)生凸曲現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為板件喪失局部穩(wěn)定。1.工字形和H形截面軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定一般通過限制組成截面的板件寬（高）厚比來保證軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定。（1）工字形和H形截面的受壓翼緣受壓翼緣板懸伸部分的寬厚比b /t限值：b （

50、10式中，為構(gòu)件兩方向長細(xì)比的較大值。當(dāng)（2）工字形和H形截面的腹板腹板高厚比h0/tw限值：%（25 tw0.1 )235fy(14)100 時(shí)，取 =100。0.5 )235ff、，(15)當(dāng)工字形截面的腹板高厚比h0/tw不滿足式（15）的要求時(shí)，除了加厚腹板外，還可采用有效截面的概念進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)腹板截面面積僅考慮兩側(cè)寬度各為20tw；235/fy的部分，如圖1所示，但計(jì)算構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)時(shí)仍可用全截面。當(dāng)腹板高厚比不滿足要求時(shí)，亦可在腹板中部設(shè)置縱向加勁肋，用縱向加勁肋加強(qiáng)后的腹板仍按式（1）計(jì)算，但ho應(yīng)取翼緣與縱向加勁肋之間的距離，如圖 2所示。圖1腹板有效截面圖2腹板縱向加勁肋

51、五、實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件一般采用雙軸對(duì)稱截面，以避免彎扭失穩(wěn)。常用截面形式有型鋼截面和組合截面兩種形式。實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行截面選擇時(shí)應(yīng)主要考慮以下原則:面積的分布應(yīng)盡量開展,增加截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，提高柱的整體穩(wěn)定承載力和剛度;兩個(gè)主軸方向盡量等穩(wěn)定性，即x y ,以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的效果；便于與其他構(gòu)件進(jìn)行連接；盡可能構(gòu)造簡單，制造省工，取材方便。1.實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)首先應(yīng)根據(jù)軸心壓力的設(shè)計(jì)值、計(jì)算長度選定合適的截面形式，再初步確定截面尺寸,然后進(jìn)行強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定、剛度等的驗(yàn)算。具體步驟如下:(1)假定柱的長細(xì)比 ，求出需要的截面面積般假定 =

52、50100,當(dāng)壓力大而計(jì)算長度小時(shí)取較小值，反之取較大值。根據(jù)、截面分類可查得穩(wěn)定系數(shù)截面面積為:(16)(2)求兩個(gè)主軸所需要的回轉(zhuǎn)半徑ixlox -10y一y(17)(3)由已知截面面積 A、兩個(gè)主軸的回轉(zhuǎn)半徑ix，iy優(yōu)先選用軋制型鋼。當(dāng)現(xiàn)有型鋼規(guī)格不滿足所需截面尺寸時(shí)，可以采用組合截面，這時(shí)需先初步定出截面的輪廓尺寸，一般是根據(jù)回轉(zhuǎn)半徑確定所需截面的高度h和寬度boi x i yh 一;b (18)22為系數(shù)，表示h、b和回轉(zhuǎn)半徑ix，iy之間的近似數(shù)值關(guān)系，常用截面可由表格查得。例如由三塊鋼板組成的工字形截面1=0.43,2=0.24。(4)由所需要的A、h、b等，再考慮構(gòu)造要求、局

53、部穩(wěn)定以及鋼材規(guī)格等，確定截面的 初選尺寸。(5)構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度驗(yàn)算。局部穩(wěn)定：對(duì)于熱軋型鋼截面，由于其板件的寬厚比較小，一般能滿足要求，可不驗(yàn)算。 對(duì)于組合截面，則應(yīng)對(duì)板件的寬厚比進(jìn)行驗(yàn)算。2.實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求當(dāng)實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的腹板高厚比h0/tw 80時(shí)，應(yīng)設(shè)置橫向加勁肋。橫向加勁肋的間距不得大于3h0,其截面尺寸要求為雙側(cè)加勁肋的外伸寬度bs應(yīng)不小于(h0/30 40) mm,厚度ts應(yīng)大于外伸寬度的l/15。實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的縱向焊縫 (翼緣與腹板的連接焊縫)受力很小，不必計(jì)算，可按構(gòu) 造要求確定焊縫尺寸。六、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件一般采用兩

54、個(gè)肢件組成，肢件間用綴條或綴板連成整體。格構(gòu)柱兩肢間距離的確定以兩個(gè)主軸的等穩(wěn)定性為準(zhǔn)則。在柱的橫截面上穿過肢件腹板的軸稱為實(shí)軸，穿過兩肢之間綴材面的軸稱為虛軸。綴條一般用單根角鋼做成，而綴板通常用鋼板做成。.雙肢格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的換算長細(xì)比格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞實(shí)軸的穩(wěn)定計(jì)算與實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件相同，但繞虛軸的整體穩(wěn)定臨界力比長細(xì)比相同的實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件低。格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)繞虛軸失穩(wěn)時(shí)，采用換算長細(xì)比來考慮綴材剪切變形對(duì)格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的穩(wěn)定承載力的影響。(1)綴條式格構(gòu)式構(gòu)件雙肢綴條式格構(gòu)構(gòu)件的換算長細(xì)比為：(19)1 227 A0 x vx a式中 x 整個(gè)構(gòu)件對(duì)虛

55、軸的長細(xì)比；A 整個(gè)構(gòu)件的毛截面面積；Ai 一個(gè)節(jié)間內(nèi)兩側(cè)斜綴條毛面積之和。需要注意的是，式(19)的適用范圍為斜綴條與柱軸線間的夾角在400700之間。(2)綴板式格構(gòu)式構(gòu)件21雙肢綴板的換算長細(xì)比采用：(20)式中1 分肢的長細(xì)比;.格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的綴材設(shè)計(jì)(1)格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的橫向剪力格構(gòu)式構(gòu)件繞虛軸失穩(wěn)發(fā)生彎曲時(shí)，綴材要承受橫向剪力的作用。最大剪力的計(jì)算式:(21)V A5;2f3y5在設(shè)計(jì)中，將剪力 V沿柱長度方向取為定值。(2)綴條的設(shè)計(jì)p圖3綴條計(jì)算簡圖綴條可視為以分肢為弦桿的平行弦桁架的腹桿，內(nèi)力與桁架腹桿的計(jì)算方法相同。在橫 TOC o 1-5 h z 向剪力作用下，

56、一個(gè)斜綴條的軸心力為(圖3):一ViN i (22)ncos式中Vi分配到一個(gè)綴材面上的剪力；n承受剪力Vi的斜綴條數(shù)。單系綴條時(shí)，n=1;交叉綴條時(shí)，n=2;e綴條的傾角(圖3)。斜綴條可能受拉也可能受壓，應(yīng)按軸心壓桿選擇截面。綴條一般采用單角鋼，與柱單面連接，考慮到受力時(shí)的偏心和受壓時(shí)的彎扭，當(dāng)按軸心受力構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以下列折減系數(shù)：按軸心受力計(jì)算構(gòu)件的強(qiáng)度和連接時(shí)=0.85。按軸心受壓計(jì)算構(gòu)件的穩(wěn)定性時(shí)等邊角鋼=0.6+0.0015 ,但不大于1.0短邊相連的不等邊角鋼=0.5+0.0025 ，但不大于1.0長邊相連的不等邊角鋼=0.70為綴條的長細(xì)比，對(duì)中間無聯(lián)系的單

57、角鋼壓桿，按最小回轉(zhuǎn)半徑計(jì)算，當(dāng)20時(shí),取 =20。交叉綴條體系的橫綴條按受壓力N= V1計(jì)算。為了減小分肢的計(jì)算長度，單系綴條也可加橫綴條，其截面尺寸一般與斜綴條相同，也可按容許長細(xì)比(=150)確定。(3)綴板的設(shè)計(jì)千- Q 17圖4綴板計(jì)算簡圖綴板式格構(gòu)構(gòu)件可視為一多層框架。綴板內(nèi)力為：Vili TOC o 1-5 h z 男力：T 一(23)a彎矩(與肢件連接處)：M T a q1(24)22式中 li 綴板中心線間的距離；a肢件軸件間的距離。綴板與肢體間用角焊縫相連，角焊縫承受剪力和彎矩的共同作用。綴板應(yīng)有一定的剛度。規(guī)范規(guī)定，同一截面處兩側(cè)綴板剛度之和不得小于一個(gè)分肢線剛 度的6倍

58、。一般取寬度d 2a/3(4),厚度t a/40 ,并不小于6mm,端綴板宜適當(dāng)加寬， 取 d = a。3.構(gòu)件的橫隔格構(gòu)式構(gòu)件應(yīng)每隔一段距離設(shè)置橫隔。另外，大型實(shí)腹式構(gòu)件(工字形或箱形)也應(yīng)設(shè)置9倍或8m,且每個(gè)運(yùn)送單元的端部均應(yīng)設(shè)置橫橫隔。橫隔的間距不得大于構(gòu)件較大寬度的 隔。當(dāng)構(gòu)件某一處受有較大水平集中力作用時(shí)，也應(yīng)在該處設(shè)置橫隔O7 弋 aJJ鞋回： 一M1 ; IL.fa c橫隔圖圖54.格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)步驟格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)需首先選擇分肢截面和綴材的形式,中小型柱可采用綴板或綴條柱，大型柱宜用綴條柱。按對(duì)實(shí)軸（y-y軸）的整體穩(wěn)定選擇柱的截面，方法與實(shí)腹式構(gòu)件的計(jì)算相

59、同。 按對(duì)虛軸（xx軸）的整體穩(wěn)定確定兩分肢的距離。為了獲得等穩(wěn)定性,應(yīng)使兩方向的長細(xì)比相等，即使0 x y綴條柱（雙肢）:0 xx2*yAl(25)(26)綴板柱（雙肢）:0X(27)(28)對(duì)綴條式構(gòu)件應(yīng)預(yù)先確定斜綴條的截面Ai；對(duì)綴板式構(gòu)件應(yīng)先假定分肢長細(xì)比按式(26)或式(28)計(jì)算得出x后，即可得到對(duì)虛軸的回轉(zhuǎn)半徑：ix lox/ x(29)構(gòu)件在綴材方向的寬度 b ix/ i,亦可由已知截面的幾何量直接算出構(gòu)件的寬度bo驗(yàn)算構(gòu)件對(duì)虛軸的整體穩(wěn)定性，不合適時(shí)應(yīng)修改構(gòu)件寬b再進(jìn)行驗(yàn)算。設(shè)計(jì)綴條或綴板(包括它們與分肢的連接)。進(jìn)行以上計(jì)算時(shí)應(yīng)注意：校對(duì)實(shí)軸的長細(xì)比y和對(duì)虛軸的換算長細(xì)比o

60、x均不得超過容許長細(xì)比;綴條構(gòu)件的分肢長細(xì)比i li/ii不得超過構(gòu)件兩方向長細(xì)比(對(duì)虛軸為換算長細(xì)比)較大值的0.7倍，否則分肢可能先于整體失穩(wěn)；綴板構(gòu)件的分肢長細(xì)比i loi/ii不應(yīng)大于40,并不應(yīng)大于構(gòu)件較大長細(xì)比max的0.5倍(當(dāng)max50時(shí)，取 max =50),亦是為了保證分肢不先于整體構(gòu)件失去承載能力。八、軸心受壓柱的柱頭和柱腳.軸心受壓柱的柱頭圖6梁與柱的較接連接梁與軸心受壓柱較接時(shí)，梁可支承于柱頂上，亦可連于柱的側(cè)面。梁支于柱頂時(shí)，梁的支座反力通過柱頂板傳給柱身。頂板與柱用焊縫連接，頂板厚度一般取1620mm。為了便于安裝定位，梁與頂板用普通螺栓連接。多層框架的中間梁柱連