土木工程鋼結(jié)構(gòu)基本原理總復(fù)習(xí)課件

11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST1鋼結(jié)構(gòu)基本原理第一章緒論第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料第三章鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式第四章鋼結(jié)構(gòu)的連接第五章軸心受力構(gòu)件第六章受彎構(gòu)件第七章拉彎和壓彎構(gòu)件10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST2第一章緒論第一節(jié)

鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用第二節(jié)我國鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢第三節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式及組成桿件分類第四節(jié)

鋼結(jié)構(gòu)的連接方法及分類10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST31、優(yōu)點(diǎn)材料力學(xué)性能好，重量輕強(qiáng)度高如：C20,fc=10N/mm2;鋼Q235f=215N/mm2

塑性好韌性好30m鋼屋架重4t~5t，30mR.C屋架重14t~17t

材質(zhì)均勻，可靠性高工業(yè)化程度高，施工周期短密封性好抗震性能好具有一定的耐熱性一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST42、缺點(diǎn)鋼材價(jià)格相對較貴綜合考慮時，對于高層建筑，鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)與混凝土基本持平。耐火性差當(dāng)鋼表面的溫度達(dá)300℃~400℃以后，其強(qiáng)度，彈性模量顯著下降，600℃時幾乎為0。耐銹蝕性差需定期維護(hù)，增加了維護(hù)費(fèi)用。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST5鉚接連接焊接連接普通螺栓連接高強(qiáng)螺栓連接熔嘴電渣焊（高層建筑箱形柱內(nèi)橫隔板焊接）電阻點(diǎn)焊自攻螺釘和射釘焊釘一般鋼結(jié)構(gòu)用輕型鋼結(jié)構(gòu)（冷彎薄壁鋼結(jié)構(gòu)）用二、鋼結(jié)構(gòu)的連接方法及分類10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST6三、鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算方法以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法四、鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)指標(biāo)鋼材和連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值等于材料的標(biāo)準(zhǔn)值除以抗力分項(xiàng)系數(shù)，不同鋼材厚度或直徑取值不同。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST7第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料

一、鋼材的牌號表示方法及結(jié)構(gòu)用鋼的種類*鋼材牌號由：“Q、屈服點(diǎn)值、質(zhì)量等級、脫氧方法”四部分組成。Q：表示“屈”字拼音首位字母，意為“屈服強(qiáng)度”；質(zhì)量等級：分A~E五級（次序越高質(zhì)量越好）；脫氧方法：F－沸騰鋼；Z－鎮(zhèn)靜鋼；

b－半鎮(zhèn)靜鋼；TZ－特殊鎮(zhèn)靜鋼。

Z和TZ一般可以省略。注：結(jié)構(gòu)用鋼主要有：普通碳素鋼（低碳C≤0.25﹪）低合金鋼（低合金，合金元素<5﹪）10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST8二、鋼材機(jī)械性能以強(qiáng)度（屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度）、塑性（伸長率）、冷彎性能、沖擊韌性衡量。三、鋼材的選擇承重結(jié)構(gòu)的鋼材，宜選用Q235、Q345，Q390等不宜使用Q235-AF的結(jié)構(gòu)：焊接結(jié)構(gòu)中重級工作制結(jié)構(gòu)，冬季溫度低于-20℃的輕、中級工作制結(jié)構(gòu)；非焊接結(jié)構(gòu)中冬季溫度低于-20℃的重級工作制結(jié)構(gòu)10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST9四、影響鋼材力學(xué)性能的因素*1、化學(xué)成分的影響；2、冶金和軋制過程的影響；3、時效硬化的影響；4、冷作硬化的影響；5、溫度的影響；6、應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力的影響；7、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的影響。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST101)、疲勞破壞的特點(diǎn)：

a)呈現(xiàn)脆性破壞特征

b)破壞時，截面的應(yīng)力低于鋼材的抗拉強(qiáng)度，甚至低于fy，破壞斷口整齊。2)、疲勞破壞：鋼材在循環(huán)應(yīng)力多次反復(fù)作用下裂紋生成、擴(kuò)展以致斷裂的破壞現(xiàn)象。疲勞破壞經(jīng)歷三個階段：裂紋的形成，裂紋的緩慢擴(kuò)展和最后迅速斷裂。3)、疲勞強(qiáng)度：構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)的循環(huán)后出現(xiàn)疲勞破壞時的最大應(yīng)力σ。4)、應(yīng)力循環(huán)特征：連續(xù)重復(fù)荷載之下應(yīng)力從最大到最小重復(fù)一周叫做一個循環(huán)。應(yīng)力循環(huán)特征常用應(yīng)力比來表示，拉應(yīng)力取正值，壓應(yīng)力取負(fù)值。5)、應(yīng)力幅：應(yīng)力幅表示應(yīng)力變化的幅度，用

△

=max-min表示，應(yīng)力幅總是正值。五、鋼材的疲勞和疲勞強(qiáng)度10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST114、疲勞計(jì)算應(yīng)注意的問題1)當(dāng)應(yīng)力變化的循環(huán)次數(shù)≥次時才進(jìn)行疲勞計(jì)算。2)由于疲勞計(jì)算采用的是容許應(yīng)力幅法，計(jì)算時應(yīng)取活載的標(biāo)準(zhǔn)值按彈性狀態(tài)計(jì)算，吊車荷載不計(jì)動力系數(shù)。3)在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位可不作疲勞計(jì)算。4)鋼材的靜力強(qiáng)度對大多數(shù)焊接連接類別的疲勞強(qiáng)度無顯著影響。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST12§3.1鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

3.1.1鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的變遷

3.1.2結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

3.1.3鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本規(guī)定§3.2鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式

3.2.1結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)破壞

3.2.2結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的局部失穩(wěn)與截面分類

3.2.3結(jié)構(gòu)的塑性破壞及應(yīng)（內(nèi)）力重分布

3.2.4結(jié)構(gòu)的疲勞破壞

3.2.5結(jié)構(gòu)的損傷累積破壞

3.2.6結(jié)構(gòu)的脆性斷裂破壞

3.2.7防止鋼結(jié)構(gòu)各種破壞的思路第三章鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST13第1節(jié)設(shè)計(jì)原理以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法；分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)式。兩種極限狀態(tài)－正常使用與承載能力極限狀態(tài)。可靠性－－安全性、適用性、耐久性的通稱失效概率－－結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST14第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法第二節(jié)焊接結(jié)構(gòu)特性第三節(jié)對接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算*第四節(jié)角焊縫的構(gòu)造計(jì)算*第五節(jié)焊接應(yīng)力和焊接變形第六節(jié)普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算*第七節(jié)高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造與計(jì)算*第四章鋼結(jié)構(gòu)的連接10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST15第4章鋼結(jié)構(gòu)的連接第1節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法與特點(diǎn)焊接連接－對接焊縫，角焊縫螺栓連接－普通螺栓，高強(qiáng)螺栓鉚釘連接－已基本被高強(qiáng)螺栓代替。第2節(jié)焊縫連接一、焊接特性1、焊接方法－電弧焊（手工，自動埋弧以及氣體保護(hù)焊）、電阻焊和氣焊。2、特點(diǎn)－省材、方便、適用強(qiáng)；熱影響區(qū)變脆，殘余應(yīng)力與變形，質(zhì)量變動大。3、焊縫缺陷－裂紋、氣孔、未焊透、夾渣、燒穿等。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST164、焊接形式按焊件相對位置－平接（對接）、搭接以及垂直連接。按施焊位置－俯焊（平焊）、橫焊、立焊以及仰焊。按截面構(gòu)造－對接焊縫及角焊縫第3節(jié)對接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算一、構(gòu)造破口形式－I型、單邊V型、雙邊V型、U型、K型及X型。引、落弧板變厚度與變寬度的連接－≥1：4斜面。質(zhì)量等級與強(qiáng)度－一級綜合性能與母材相同；二級強(qiáng)度與母材相同；三級折減強(qiáng)度二、計(jì)算－－同構(gòu)件。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST17第4節(jié)角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算一、構(gòu)造10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST18角焊縫分直角與斜角（銳角與鈍角）兩種截面。直角型又分普通、平坡、深熔型（凹面型）；板件厚度懸殊時角焊縫設(shè)計(jì)及邊緣焊縫（P56，圖3.21）二、受力特性正面焊縫應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，但內(nèi)力分布均勻，承載力高；側(cè)面焊縫應(yīng)力狀態(tài)簡單，但內(nèi)力分布不均，承載力低。破壞為45o喉部截面，設(shè)計(jì)時忽略余高。三、角焊縫的計(jì)算10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST19

第6節(jié)普通螺栓連接一、連接性能與構(gòu)造受剪連接的破壞形式－－板端沖剪、螺桿受彎、螺桿剪切、孔壁擠壓、板件凈截面（直線、折線）。構(gòu)造滿足前兩種，（e≥2do；∑t≤5d）。受剪連接受力方向螺栓受力不均，一定長度時需折減。受拉連接以螺桿抗拉強(qiáng)度為承載力極限。施工及受力要求，螺栓有排布距離要求（栓距、線距、邊距、端距）。分精制（A、B級）及粗制（C級，不能用于主要受力連接）二、計(jì)算1、單個連接承載力⑴、受剪連接抗剪與承壓：10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST20⑵、受拉連接⑶、拉剪共同作用2、螺栓群連接計(jì)算⑴、軸力或剪力作用⑵、彎矩軸力共同作用⑶、扭矩、軸力、剪力共同作用其中：10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST21第7節(jié)高強(qiáng)度螺栓連接一、高強(qiáng)螺栓的受力性能與構(gòu)造按計(jì)算原則分摩擦型與承壓型兩種。摩擦型抗剪連接的最大承載力為最大摩擦力。承壓型抗剪連接的對答承載力同普通螺栓（Nbmin）。注意當(dāng)連接板件較小時承壓型的承載力小于摩擦型。受拉連接時兩者無區(qū)別，都以0.8P為承載力。板件凈截面強(qiáng)度計(jì)算與普螺的區(qū)別為50％的孔前傳力。受剪連接時，螺栓受力不均，同普螺應(yīng)考慮折減系數(shù)η。由于承壓型設(shè)計(jì)的變形較大，直接承受動荷不易采用。設(shè)計(jì)認(rèn)為摩擦力主要分布在螺栓周圍3d0范圍內(nèi)。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST22

二、計(jì)算㈠、摩擦型螺栓連接計(jì)算1、抗剪連接2、抗拉連接（抗彎時旋轉(zhuǎn)中心在中排）3、拉剪共同作用㈡、承壓型螺栓連接計(jì)算計(jì)算方法同普通螺栓連接，應(yīng)注意抗拉承載力拉剪共同作用抗彎時旋轉(zhuǎn)中心在中排10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST23§4.1焊接連接一、焊接方法焊縫的形式與構(gòu)造對接焊縫角焊縫桿件與節(jié)點(diǎn)板連接方式有兩面?zhèn)群浮⑷鎳?、L型圍焊10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST24二、焊縫的計(jì)算對接焊縫計(jì)算NN1.N作用2.M、V共同作用VVMMVVMM110.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST25角焊縫計(jì)算1.正面角焊縫：外力方向與焊縫長度方向垂直的焊縫2.側(cè)面角焊縫：外力方向與焊縫長度方向平行的焊縫角鋼連接10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST26§4.2螺栓連接抗剪螺栓計(jì)算螺栓桿剪斷→螺栓抗剪強(qiáng)度計(jì)算板件擠壓破壞→螺栓抗壓強(qiáng)度計(jì)算板件削弱處拉斷→凈截面計(jì)算計(jì)算板件端部剪壞→構(gòu)造保證：控制端部最小距離≥2d0栓桿彎曲變形破壞→構(gòu)造保證：桿長與桿徑之比≤5等級表示：如4.6級指最低抗拉強(qiáng)度為400N/mm2,屈強(qiáng)比為0.6的螺栓連接方式：C級粗制螺栓和A、B級精制螺栓抗拉螺栓計(jì)算螺栓桿拉斷→螺栓抗拉強(qiáng)度計(jì)算一、普通螺栓連接10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST27

二、高強(qiáng)螺栓連接計(jì)算原理*摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的板件間無相對滑移，靠板件接觸面間的摩擦力來傳遞剪力；承壓型高強(qiáng)螺栓允許被連接板件間產(chǎn)生滑移，其抗剪連接通過螺栓桿抗剪和孔壁承壓來傳遞剪力（與普通螺栓相同），所以承壓型高強(qiáng)度螺栓比摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力大，但變形也大；高強(qiáng)螺栓不論是受剪連接、受拉連接還是拉剪連接中，其受力性能主要是基于螺栓對板件產(chǎn)生的壓力，即緊固的預(yù)拉力，即使是承壓型的連接，也是部分利用這一性能，因此，控制預(yù)拉力是保證高強(qiáng)螺栓連接質(zhì)量的一個關(guān)鍵性因素。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST28第五~七章鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算與設(shè)計(jì)一.軸心受力構(gòu)件包括軸心受拉構(gòu)件和軸心受壓構(gòu)件強(qiáng)度剛度（長細(xì)比）整體穩(wěn)定性D.局部穩(wěn)定性：用寬厚比、高厚比限定10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST29第5章軸心受力構(gòu)件第1節(jié)概述鋼結(jié)構(gòu)各種構(gòu)件應(yīng)滿足正常使用及承載能力兩種極限狀態(tài)的要求。正常使用極限狀態(tài)：剛度要求－控制長細(xì)比承載能力極限狀態(tài)：受拉－強(qiáng)度；受壓－強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定。截面形式：分實(shí)腹式與格構(gòu)式第2節(jié)強(qiáng)度與剛度凈截面強(qiáng)度－軸壓構(gòu)件如無截面消弱，整穩(wěn)控制可不驗(yàn)算強(qiáng)度。剛度－注意計(jì)算長度。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST30第3節(jié)軸壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定典型的失穩(wěn)形式－彎曲失穩(wěn)、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)及彎扭失穩(wěn)；理想構(gòu)件的彈性彎曲穩(wěn)定－歐拉公式；彈塑性彎曲失穩(wěn)－切線模量理論；實(shí)際構(gòu)件的初始缺陷－初彎曲、初偏心、殘余應(yīng)力；初始缺陷的影響；肢寬壁薄的概念；格構(gòu)式截面－綴條式與綴板式；格構(gòu)式軸壓構(gòu)件換算長細(xì)比的概念與計(jì)算；格構(gòu)軸壓構(gòu)件兩軸等穩(wěn)的概念（實(shí)腹式同）；單肢穩(wěn)定性的概念。掌握整體穩(wěn)定的計(jì)算公式與方法；10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST31第4節(jié)實(shí)腹式截面局部穩(wěn)定局部穩(wěn)定的概念－板件的屈曲，局部失穩(wěn)并不意味構(gòu)件失效，但是局部的失穩(wěn)會導(dǎo)致整體失穩(wěn)提前發(fā)生；局部穩(wěn)定承載力與支承條件、受力形式與狀態(tài)及板件尺寸有關(guān)。局部穩(wěn)定的保證原則－保證整體失穩(wěn)之前不發(fā)生局部失穩(wěn)等穩(wěn)原則－局部穩(wěn)定承載力等于整體穩(wěn)定承載力。等強(qiáng)原則－局部穩(wěn)定承載力等于某一整體穩(wěn)定達(dá)不到的強(qiáng)度值。局部穩(wěn)定的控制方法－限制板件的寬（高）厚比。掌握工字形截面局部穩(wěn)定的計(jì)算公式與方法。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST32二.受彎構(gòu)件抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度整體穩(wěn)定性剛度F局部穩(wěn)定性：用高厚比限定為提高構(gòu)件局部穩(wěn)定性，可按規(guī)定設(shè)置加勁肋，包括橫向加勁肋和縱向加勁肋。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST33第6章受彎構(gòu)件（梁）第1節(jié)概述正常使用極限狀態(tài)：控制梁的變形承載能力極限狀態(tài)：強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定梁的截面：型鋼梁與組合梁梁格布置：簡單梁格、普通梁格、復(fù)雜梁格。第二節(jié)梁的強(qiáng)度與剛度梁的工作狀態(tài)彈性階段－邊緣屈服塑性鉸－全截面屈服考慮部分發(fā)展塑性，塑性發(fā)展系數(shù)不考慮塑性發(fā)展的情況－p142（動力荷載、翼緣寬厚比）掌握工字型截面的塑性發(fā)展系數(shù)梁的強(qiáng)度－抗彎、抗剪、局部承壓及折算應(yīng)力（掌握計(jì)算方法－系數(shù)的取用、驗(yàn)算部位）梁的剛度－控制撓跨比10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST34第3節(jié)梁的整體穩(wěn)定失穩(wěn)機(jī)理－－重點(diǎn)掌握梁的失穩(wěn)形式－－彎扭失穩(wěn)（側(cè)向彎扭失穩(wěn)）提高梁整體穩(wěn)定的措施梁的支座問題梁的側(cè)向支承的受力第4節(jié)梁的截面設(shè)計(jì)梁高度的確定－最小高度、最大高度及經(jīng)濟(jì)高度。第五節(jié)梁的局部穩(wěn)定與加勁肋一、翼緣的局部穩(wěn)定保證原則－等強(qiáng)原則10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST35二、腹板加勁肋腹板局部穩(wěn)定的設(shè)計(jì)原則限制高厚比－不經(jīng)濟(jì)，不采用允許局部失穩(wěn)－考慮屈曲后強(qiáng)度（輕鋼結(jié)構(gòu)采用）用加勁肋減小腹板支承尺寸提高局穩(wěn)承載力（普鋼）加勁肋的種類－橫向、縱向及短加勁肋。加勁肋的布置加勁肋的構(gòu)造支承加勁肋－加強(qiáng)的橫向肋，除滿足橫向肋的構(gòu)造要求外，還應(yīng)滿足受力要求。支承肋分平板式與凸緣式－凸緣式應(yīng)控制凸緣長度≤2t10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST36三.拉彎、壓彎構(gòu)件10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST37第7章拉彎與壓彎構(gòu)件第1節(jié)概述拉彎、壓彎構(gòu)件實(shí)際為軸力構(gòu)件與受彎的組合三種典型的拉、壓彎構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)－控制構(gòu)件的長細(xì)比承載能力極限狀態(tài)－強(qiáng)度、整體穩(wěn)定及局部穩(wěn)定截面形式－實(shí)腹式、格構(gòu)式（一般選用綴條式）第2節(jié)拉、壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度理解公式中的±號意義與應(yīng)用（單對稱截面，彎矩作用在對稱軸平面內(nèi)，且使較大翼緣受壓）。注意塑性發(fā)展系數(shù)的取用（同梁）剛度－－控制構(gòu)件的長細(xì)比10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST38

第3節(jié)壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定整體穩(wěn)定包括兩方面－彎矩作用平面內(nèi)的彎曲失穩(wěn)及彎矩作用平面外的彎扭失穩(wěn)。整體穩(wěn)定的計(jì)算第4節(jié)實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定應(yīng)力梯度的概念梁：軸力構(gòu)件：拉、壓彎構(gòu)件：10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST39翼緣的局部穩(wěn)定－受力簡單，同梁按等強(qiáng)原則腹板的局部穩(wěn)定－受力復(fù)雜，影響因素多，等強(qiáng)原則。腹板局部穩(wěn)定的主要影響因素:剪、正應(yīng)力比：正應(yīng)力梯度：塑性區(qū)發(fā)展深度第5節(jié)格構(gòu)式截面壓彎構(gòu)件一般宜采用綴條式，當(dāng)彎矩較小時也可以采用綴板式。一般彎矩繞虛軸作用，特殊情況彎矩也可繞實(shí)軸作用。彎矩繞實(shí)軸作用時，整體穩(wěn)定計(jì)算同實(shí)腹式截面，但平面外穩(wěn)定計(jì)算時，穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)按換算長細(xì)比λ0x計(jì)算，梁彎穩(wěn)定系數(shù)φb＝1.0。10.11.2022Dept.ofCivilEngine土木工程鋼結(jié)構(gòu)基本原理總復(fù)習(xí)課件11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST41鋼結(jié)構(gòu)基本原理第一章緒論第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料第三章鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式第四章鋼結(jié)構(gòu)的連接第五章軸心受力構(gòu)件第六章受彎構(gòu)件第七章拉彎和壓彎構(gòu)件10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST42第一章緒論第一節(jié)

鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用第二節(jié)我國鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢第三節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式及組成桿件分類第四節(jié)

鋼結(jié)構(gòu)的連接方法及分類10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST431、優(yōu)點(diǎn)材料力學(xué)性能好，重量輕強(qiáng)度高如：C20,fc=10N/mm2;鋼Q235f=215N/mm2

塑性好韌性好30m鋼屋架重4t~5t，30mR.C屋架重14t~17t

材質(zhì)均勻，可靠性高工業(yè)化程度高，施工周期短密封性好抗震性能好具有一定的耐熱性一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST442、缺點(diǎn)鋼材價(jià)格相對較貴綜合考慮時，對于高層建筑，鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)與混凝土基本持平。耐火性差當(dāng)鋼表面的溫度達(dá)300℃~400℃以后，其強(qiáng)度，彈性模量顯著下降，600℃時幾乎為0。耐銹蝕性差需定期維護(hù)，增加了維護(hù)費(fèi)用。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST45鉚接連接焊接連接普通螺栓連接高強(qiáng)螺栓連接熔嘴電渣焊（高層建筑箱形柱內(nèi)橫隔板焊接）電阻點(diǎn)焊自攻螺釘和射釘焊釘一般鋼結(jié)構(gòu)用輕型鋼結(jié)構(gòu)（冷彎薄壁鋼結(jié)構(gòu)）用二、鋼結(jié)構(gòu)的連接方法及分類10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST46三、鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算方法以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法四、鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)指標(biāo)鋼材和連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值等于材料的標(biāo)準(zhǔn)值除以抗力分項(xiàng)系數(shù)，不同鋼材厚度或直徑取值不同。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST47第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料

一、鋼材的牌號表示方法及結(jié)構(gòu)用鋼的種類*鋼材牌號由：“Q、屈服點(diǎn)值、質(zhì)量等級、脫氧方法”四部分組成。Q：表示“屈”字拼音首位字母，意為“屈服強(qiáng)度”；質(zhì)量等級：分A~E五級（次序越高質(zhì)量越好）；脫氧方法：F－沸騰鋼；Z－鎮(zhèn)靜鋼；

b－半鎮(zhèn)靜鋼；TZ－特殊鎮(zhèn)靜鋼。

Z和TZ一般可以省略。注：結(jié)構(gòu)用鋼主要有：普通碳素鋼（低碳C≤0.25﹪）低合金鋼（低合金，合金元素<5﹪）10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST48二、鋼材機(jī)械性能以強(qiáng)度（屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度）、塑性（伸長率）、冷彎性能、沖擊韌性衡量。三、鋼材的選擇承重結(jié)構(gòu)的鋼材，宜選用Q235、Q345，Q390等不宜使用Q235-AF的結(jié)構(gòu)：焊接結(jié)構(gòu)中重級工作制結(jié)構(gòu)，冬季溫度低于-20℃的輕、中級工作制結(jié)構(gòu)；非焊接結(jié)構(gòu)中冬季溫度低于-20℃的重級工作制結(jié)構(gòu)10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST49四、影響鋼材力學(xué)性能的因素*1、化學(xué)成分的影響；2、冶金和軋制過程的影響；3、時效硬化的影響；4、冷作硬化的影響；5、溫度的影響；6、應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力的影響；7、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的影響。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST501)、疲勞破壞的特點(diǎn)：

a)呈現(xiàn)脆性破壞特征

b)破壞時，截面的應(yīng)力低于鋼材的抗拉強(qiáng)度，甚至低于fy，破壞斷口整齊。2)、疲勞破壞：鋼材在循環(huán)應(yīng)力多次反復(fù)作用下裂紋生成、擴(kuò)展以致斷裂的破壞現(xiàn)象。疲勞破壞經(jīng)歷三個階段：裂紋的形成，裂紋的緩慢擴(kuò)展和最后迅速斷裂。3)、疲勞強(qiáng)度：構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)的循環(huán)后出現(xiàn)疲勞破壞時的最大應(yīng)力σ。4)、應(yīng)力循環(huán)特征：連續(xù)重復(fù)荷載之下應(yīng)力從最大到最小重復(fù)一周叫做一個循環(huán)。應(yīng)力循環(huán)特征常用應(yīng)力比來表示，拉應(yīng)力取正值，壓應(yīng)力取負(fù)值。5)、應(yīng)力幅：應(yīng)力幅表示應(yīng)力變化的幅度，用

△

=max-min表示，應(yīng)力幅總是正值。五、鋼材的疲勞和疲勞強(qiáng)度10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST514、疲勞計(jì)算應(yīng)注意的問題1)當(dāng)應(yīng)力變化的循環(huán)次數(shù)≥次時才進(jìn)行疲勞計(jì)算。2)由于疲勞計(jì)算采用的是容許應(yīng)力幅法，計(jì)算時應(yīng)取活載的標(biāo)準(zhǔn)值按彈性狀態(tài)計(jì)算，吊車荷載不計(jì)動力系數(shù)。3)在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位可不作疲勞計(jì)算。4)鋼材的靜力強(qiáng)度對大多數(shù)焊接連接類別的疲勞強(qiáng)度無顯著影響。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST52§3.1鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

3.1.1鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的變遷

3.1.2結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

3.1.3鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本規(guī)定§3.2鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式

3.2.1結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)破壞

3.2.2結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的局部失穩(wěn)與截面分類

3.2.3結(jié)構(gòu)的塑性破壞及應(yīng)（內(nèi)）力重分布

3.2.4結(jié)構(gòu)的疲勞破壞

3.2.5結(jié)構(gòu)的損傷累積破壞

3.2.6結(jié)構(gòu)的脆性斷裂破壞

3.2.7防止鋼結(jié)構(gòu)各種破壞的思路第三章鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST53第1節(jié)設(shè)計(jì)原理以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法；分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)式。兩種極限狀態(tài)－正常使用與承載能力極限狀態(tài)。可靠性－－安全性、適用性、耐久性的通稱失效概率－－結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST54第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法第二節(jié)焊接結(jié)構(gòu)特性第三節(jié)對接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算*第四節(jié)角焊縫的構(gòu)造計(jì)算*第五節(jié)焊接應(yīng)力和焊接變形第六節(jié)普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算*第七節(jié)高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造與計(jì)算*第四章鋼結(jié)構(gòu)的連接10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST55第4章鋼結(jié)構(gòu)的連接第1節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法與特點(diǎn)焊接連接－對接焊縫，角焊縫螺栓連接－普通螺栓，高強(qiáng)螺栓鉚釘連接－已基本被高強(qiáng)螺栓代替。第2節(jié)焊縫連接一、焊接特性1、焊接方法－電弧焊（手工，自動埋弧以及氣體保護(hù)焊）、電阻焊和氣焊。2、特點(diǎn)－省材、方便、適用強(qiáng)；熱影響區(qū)變脆，殘余應(yīng)力與變形，質(zhì)量變動大。3、焊縫缺陷－裂紋、氣孔、未焊透、夾渣、燒穿等。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST564、焊接形式按焊件相對位置－平接（對接）、搭接以及垂直連接。按施焊位置－俯焊（平焊）、橫焊、立焊以及仰焊。按截面構(gòu)造－對接焊縫及角焊縫第3節(jié)對接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算一、構(gòu)造破口形式－I型、單邊V型、雙邊V型、U型、K型及X型。引、落弧板變厚度與變寬度的連接－≥1：4斜面。質(zhì)量等級與強(qiáng)度－一級綜合性能與母材相同；二級強(qiáng)度與母材相同；三級折減強(qiáng)度二、計(jì)算－－同構(gòu)件。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST57第4節(jié)角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算一、構(gòu)造10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST58角焊縫分直角與斜角（銳角與鈍角）兩種截面。直角型又分普通、平坡、深熔型（凹面型）；板件厚度懸殊時角焊縫設(shè)計(jì)及邊緣焊縫（P56，圖3.21）二、受力特性正面焊縫應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，但內(nèi)力分布均勻，承載力高；側(cè)面焊縫應(yīng)力狀態(tài)簡單，但內(nèi)力分布不均，承載力低。破壞為45o喉部截面，設(shè)計(jì)時忽略余高。三、角焊縫的計(jì)算10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST59

第6節(jié)普通螺栓連接一、連接性能與構(gòu)造受剪連接的破壞形式－－板端沖剪、螺桿受彎、螺桿剪切、孔壁擠壓、板件凈截面（直線、折線）。構(gòu)造滿足前兩種，（e≥2do；∑t≤5d）。受剪連接受力方向螺栓受力不均，一定長度時需折減。受拉連接以螺桿抗拉強(qiáng)度為承載力極限。施工及受力要求，螺栓有排布距離要求（栓距、線距、邊距、端距）。分精制（A、B級）及粗制（C級，不能用于主要受力連接）二、計(jì)算1、單個連接承載力⑴、受剪連接抗剪與承壓：10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST60⑵、受拉連接⑶、拉剪共同作用2、螺栓群連接計(jì)算⑴、軸力或剪力作用⑵、彎矩軸力共同作用⑶、扭矩、軸力、剪力共同作用其中：10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST61第7節(jié)高強(qiáng)度螺栓連接一、高強(qiáng)螺栓的受力性能與構(gòu)造按計(jì)算原則分摩擦型與承壓型兩種。摩擦型抗剪連接的最大承載力為最大摩擦力。承壓型抗剪連接的對答承載力同普通螺栓（Nbmin）。注意當(dāng)連接板件較小時承壓型的承載力小于摩擦型。受拉連接時兩者無區(qū)別，都以0.8P為承載力。板件凈截面強(qiáng)度計(jì)算與普螺的區(qū)別為50％的孔前傳力。受剪連接時，螺栓受力不均，同普螺應(yīng)考慮折減系數(shù)η。由于承壓型設(shè)計(jì)的變形較大，直接承受動荷不易采用。設(shè)計(jì)認(rèn)為摩擦力主要分布在螺栓周圍3d0范圍內(nèi)。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST62

二、計(jì)算㈠、摩擦型螺栓連接計(jì)算1、抗剪連接2、抗拉連接（抗彎時旋轉(zhuǎn)中心在中排）3、拉剪共同作用㈡、承壓型螺栓連接計(jì)算計(jì)算方法同普通螺栓連接，應(yīng)注意抗拉承載力拉剪共同作用抗彎時旋轉(zhuǎn)中心在中排10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST63§4.1焊接連接一、焊接方法焊縫的形式與構(gòu)造對接焊縫角焊縫桿件與節(jié)點(diǎn)板連接方式有兩面?zhèn)群?、三面圍焊、L型圍焊10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST64二、焊縫的計(jì)算對接焊縫計(jì)算NN1.N作用2.M、V共同作用VVMMVVMM110.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST65角焊縫計(jì)算1.正面角焊縫：外力方向與焊縫長度方向垂直的焊縫2.側(cè)面角焊縫：外力方向與焊縫長度方向平行的焊縫角鋼連接10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST66§4.2螺栓連接抗剪螺栓計(jì)算螺栓桿剪斷→螺栓抗剪強(qiáng)度計(jì)算板件擠壓破壞→螺栓抗壓強(qiáng)度計(jì)算板件削弱處拉斷→凈截面計(jì)算計(jì)算板件端部剪壞→構(gòu)造保證：控制端部最小距離≥2d0栓桿彎曲變形破壞→構(gòu)造保證：桿長與桿徑之比≤5等級表示：如4.6級指最低抗拉強(qiáng)度為400N/mm2,屈強(qiáng)比為0.6的螺栓連接方式：C級粗制螺栓和A、B級精制螺栓抗拉螺栓計(jì)算螺栓桿拉斷→螺栓抗拉強(qiáng)度計(jì)算一、普通螺栓連接10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST67

二、高強(qiáng)螺栓連接計(jì)算原理*摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的板件間無相對滑移，靠板件接觸面間的摩擦力來傳遞剪力；承壓型高強(qiáng)螺栓允許被連接板件間產(chǎn)生滑移，其抗剪連接通過螺栓桿抗剪和孔壁承壓來傳遞剪力（與普通螺栓相同），所以承壓型高強(qiáng)度螺栓比摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力大，但變形也大；高強(qiáng)螺栓不論是受剪連接、受拉連接還是拉剪連接中，其受力性能主要是基于螺栓對板件產(chǎn)生的壓力，即緊固的預(yù)拉力，即使是承壓型的連接，也是部分利用這一性能，因此，控制預(yù)拉力是保證高強(qiáng)螺栓連接質(zhì)量的一個關(guān)鍵性因素。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST68第五~七章鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算與設(shè)計(jì)一.軸心受力構(gòu)件包括軸心受拉構(gòu)件和軸心受壓構(gòu)件強(qiáng)度剛度（長細(xì)比）整體穩(wěn)定性D.局部穩(wěn)定性：用寬厚比、高厚比限定10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST69第5章軸心受力構(gòu)件第1節(jié)概述鋼結(jié)構(gòu)各種構(gòu)件應(yīng)滿足正常使用及承載能力兩種極限狀態(tài)的要求。正常使用極限狀態(tài)：剛度要求－控制長細(xì)比承載能力極限狀態(tài)：受拉－強(qiáng)度；受壓－強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定。截面形式：分實(shí)腹式與格構(gòu)式第2節(jié)強(qiáng)度與剛度凈截面強(qiáng)度－軸壓構(gòu)件如無截面消弱，整穩(wěn)控制可不驗(yàn)算強(qiáng)度。剛度－注意計(jì)算長度。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST70第3節(jié)軸壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定典型的失穩(wěn)形式－彎曲失穩(wěn)、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)及彎扭失穩(wěn)；理想構(gòu)件的彈性彎曲穩(wěn)定－歐拉公式；彈塑性彎曲失穩(wěn)－切線模量理論；實(shí)際構(gòu)件的初始缺陷－初彎曲、初偏心、殘余應(yīng)力；初始缺陷的影響；肢寬壁薄的概念；格構(gòu)式截面－綴條式與綴板式；格構(gòu)式軸壓構(gòu)件換算長細(xì)比的概念與計(jì)算；格構(gòu)軸壓構(gòu)件兩軸等穩(wěn)的概念（實(shí)腹式同）；單肢穩(wěn)定性的概念。掌握整體穩(wěn)定的計(jì)算公式與方法；10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST71第4節(jié)實(shí)腹式截面局部穩(wěn)定局部穩(wěn)定的概念－板件的屈曲，局部失穩(wěn)并不意味構(gòu)件失效，但是局部的失穩(wěn)會導(dǎo)致整體失穩(wěn)提前發(fā)生；局部穩(wěn)定承載力與支承條件、受力形式與狀態(tài)及板件尺寸有關(guān)。局部穩(wěn)定的保證原則－保證整體失穩(wěn)之前不發(fā)生局部失穩(wěn)等穩(wěn)原則－局部穩(wěn)定承載力等于整體穩(wěn)定承載力。等強(qiáng)原則－局部穩(wěn)定承載力等于某一整體穩(wěn)定達(dá)不到的強(qiáng)度值。局部穩(wěn)定的控制方法－限制板件的寬（高）厚比。掌握工字形截面局部穩(wěn)定的計(jì)算公式與方法。10.11.2022Dept.ofCivilEngine11.11.2022Dept.ofCivilEngineering,USST72二.受彎構(gòu)件抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度