鋼結(jié)構(gòu)總復(fù)習(xí)課件

鋼結(jié)構(gòu)

復(fù)習(xí)考試題型選擇（2x10）填空（2x10）簡(jiǎn)答（6x5）計(jì)算（15x2）教學(xué)內(nèi)容：

一、鋼結(jié)構(gòu)材料

二、鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

三、鋼結(jié)構(gòu)焊接、螺栓連接

四、

受彎構(gòu)件（梁）五、軸心受力構(gòu)件（柱）

一、鋼結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：1、材料強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)重量輕強(qiáng)度是混凝土強(qiáng)度的20倍以上，截面尺寸小，比如，鋼屋架重量是鋼筋混凝土屋架重量的1/3~1/4。2、鋼材材質(zhì)均勻，各向同性。可簡(jiǎn)化為理想的彈塑性體。3、塑性性能好破壞前產(chǎn)生顯著的變形，有明顯的預(yù)兆?？拐鹦阅芎?。4、具有良好的韌性，適宜于承受動(dòng)荷載5、良好的加工性能、焊接性能專業(yè)化工廠加工制造，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝。易于保證質(zhì)量、縮短工期。6、密閉性好，適用于高壓容器、管道、大型油罐等7、便于拆裝，重復(fù)使用如塔吊、掛籃、架橋機(jī)、拱架、鉆井塔架。8、耐熱性好，但耐火性差9、易銹蝕d標(biāo)準(zhǔn)試件低碳鋼在常溫下的拉伸試驗(yàn)主要力學(xué)性能指標(biāo)：比例極限；屈服點(diǎn)；抗拉強(qiáng)度；伸長(zhǎng)率；冷彎試驗(yàn)；沖擊韌性。OBCDAE對(duì)無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼材

設(shè)計(jì)時(shí)以卸載后試件中殘余應(yīng)變?yōu)?.2％所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力

作為屈服點(diǎn)——“條件屈服點(diǎn)”或“名義屈服點(diǎn)”fy=f0.20.2%fuεp無(wú)屈服點(diǎn)鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線沒有明顯屈服點(diǎn)的鋼材在拉伸過(guò)程中沒有屈服階段，塑性變形小，破壞突然。

1.化學(xué)成分影響鋼材力學(xué)性能的主要因素2.冶金缺陷3.鋼材硬化4.溫度的影響5.復(fù)雜應(yīng)力和應(yīng)力集中的影響

6.荷載類型的影響7.殘余應(yīng)力用軋鋼機(jī)將鋼錠軋成鋼胚，再通過(guò)一系列不同形狀和孔徑的軋機(jī)，軋成所需形狀和尺寸的鋼材。

鋼材的熱軋成型，壓密鋼的晶粒，改善鋼的材質(zhì)。薄的鋼材，輥軋次數(shù)多，壓縮比大，因而屈服點(diǎn)及伸長(zhǎng)率均大于厚板。

鋼材的力學(xué)性能按板厚或直徑分組。

鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會(huì)逐漸積累損傷、產(chǎn)生裂紋即裂紋逐漸擴(kuò)展，當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到某定值時(shí)，發(fā)生突然破壞的現(xiàn)象，稱為疲勞。（high-cyclefatiguelow-cyclefatigue)高周低應(yīng)力疲勞：破壞前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n≥5×104，疲勞破壞時(shí)的應(yīng)力較低，。一般屬于此類疲勞。低周高應(yīng)力疲勞：破壞前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n=102~5×104,疲勞破壞時(shí)的應(yīng)力水平較高，。應(yīng)力比：

應(yīng)力幅：

循環(huán)次數(shù)：n（要求n≥5×104時(shí)，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算）鋼材的疲勞

Fatigue鋼材的選擇鋼材的選用應(yīng)保證結(jié)構(gòu)安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理，選用時(shí)應(yīng)考慮：結(jié)構(gòu)的類型及重要性；結(jié)構(gòu)所受荷載性質(zhì)（動(dòng)載、靜載）；連接的方法；焊接、螺栓連接；結(jié)構(gòu)的工作溫度和所處的環(huán)境，鋼材厚度。鋼材的規(guī)格第一章緒論二、概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法（1）承載能力極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)（2）正常使用極限狀態(tài)

對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造和計(jì)算

Details&.DesignofGrooveWelds一、構(gòu)造要求二、焊縫強(qiáng)度計(jì)算方法強(qiáng)度計(jì)算1、承擔(dān)軸心力2、承擔(dān)彎矩和剪力在正應(yīng)力和剪應(yīng)力同時(shí)作用點(diǎn)處：1.1為考慮到最大折算應(yīng)力只在局部出現(xiàn)，而將強(qiáng)度設(shè)計(jì)值適當(dāng)提高系數(shù)。為什么焊腳尺寸不能過(guò)?。?/p>

焊腳尺寸過(guò)小，在施焊過(guò)程中高溫的焊縫熱量很快被焊件吸收，焊縫冷卻過(guò)快，焊縫易變脆。為什么焊腳尺寸也不能過(guò)大？

焊腳尺寸過(guò)大，可能造成焊件過(guò)燒或被燒穿；焊腳尺寸過(guò)大，冷卻時(shí)的收縮變形加大，增大焊接應(yīng)力，焊件易產(chǎn)生翹曲變形。角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算

Configuration&.DesignofFilletWeld1.最小焊腳尺寸hfmin

手工焊：自動(dòng)焊：T形連接單面焊縫：當(dāng)焊件厚度式中t為較厚焊件的厚度（mm)2.最大焊腳尺寸hfmax

t為較薄焊件的厚度。板件厚度為t1的板件邊緣焊縫尚應(yīng)滿足：(1)(2)

3.焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度

1).角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不宜過(guò)小；

2).側(cè)面角焊縫不宜過(guò)長(zhǎng)；(靜載)(動(dòng)載)lw若超出上述規(guī)定值，超長(zhǎng)部分不予考慮。

側(cè)面角焊縫沿長(zhǎng)度方向受力不均勻，兩端大而中間小，故規(guī)定有效長(zhǎng)度。若內(nèi)力是沿側(cè)面角焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)，其計(jì)算長(zhǎng)度不受此限制。直角角焊縫在各種應(yīng)力綜合作用下的計(jì)算公式為：角焊縫的計(jì)算1.軸心力（拉力、壓力和剪力）作用時(shí)角焊縫的計(jì)算(1）用蓋板的對(duì)接連接NNlw角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度=l實(shí)-2hfB、采用三面圍焊連接NNlwlw’（3）承受軸心力的角鋼端部連接K1—角鋼肢背焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)K2—角鋼肢尖焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)焊接殘余應(yīng)力及其影響

增大結(jié)構(gòu)的變形，降低結(jié)構(gòu)剛度，影響受壓柱的穩(wěn)定承載力，局部形成三向拉應(yīng)力場(chǎng)。焊接應(yīng)力和焊接變形

WeldingStress&WeldingDeformation1.對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響2、對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響減少或消除焊接殘余應(yīng)力及殘余變形的措施1.合理的焊縫設(shè)計(jì)和焊接工藝2.反變形3.預(yù)熱、后熱等矯正方法螺栓排列：1.最小容許距離2.最大容許距離3.排列方式普通螺栓的構(gòu)造和計(jì)算

BoltedConnections剪力螺栓破壞的5種形式抗剪螺栓的單栓承載力設(shè)計(jì)值P54

由破壞形式知抗剪螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定:nv—剪切面數(shù)目；d—螺栓桿直徑；fvb、fcb—螺栓抗剪和承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；∑t—連接接頭一側(cè)承壓構(gòu)件總厚度的較小值。單栓抗剪承載力：抗剪承載力①：承壓承載力②

：dP55普通螺栓群軸心力作用下，為了防止板件被拉斷尚應(yīng)進(jìn)行板件的凈截面驗(yàn)算

。拼接板的危險(xiǎn)截面為2-2截面:NNbtt1b1A、螺栓采用并列排列時(shí):主板的危險(xiǎn)截面為1-1截面:1122高強(qiáng)螺栓

高強(qiáng)螺栓，通過(guò)擰緊螺母，在螺桿中施加很大的預(yù)拉力，此預(yù)拉力將連接件夾緊，使接觸面間產(chǎn)生很大摩擦阻力，抵消外荷載產(chǎn)生的剪力。承壓型高強(qiáng)螺栓剪力超過(guò)摩阻力時(shí)，構(gòu)件之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，螺桿和孔壁接觸，由摩阻力、螺桿剪力、承壓力共同傳力。以螺栓剪壞或孔壁承壓破壞為承載力極限狀態(tài)。類似于普通螺栓的受力性能。摩擦型高強(qiáng)螺栓完全依靠被連接件間的摩阻力傳力，當(dāng)剪力等于最大摩擦力時(shí)即為承載能力極限狀態(tài)。使用于動(dòng)載結(jié)構(gòu)。預(yù)拉力控制方法：扭矩法、扭剪法、轉(zhuǎn)角法。摩擦型高強(qiáng)螺栓單個(gè)螺栓抗剪承載力單個(gè)螺栓抗拉承載力R=1.111高強(qiáng)螺栓群連接的計(jì)算(習(xí)題)

（1）軸心受剪設(shè)一側(cè)的螺栓數(shù)為n，平均受剪，承受外力N。軸力通過(guò)螺栓群的形心，所需螺栓數(shù)目：

分析方法和計(jì)算公式與普通螺栓同。高強(qiáng)度螺栓群受剪對(duì)于摩擦型連接：（2）高強(qiáng)度螺栓群非軸心受剪在扭矩或扭矩和剪力共同作用時(shí)的抗剪計(jì)算方法與普通螺栓群相同，但應(yīng)該采用高強(qiáng)度螺栓承載力設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算。構(gòu)件凈截面，毛截面計(jì)算高強(qiáng)度螺栓群受拉（1）軸心受拉對(duì)于摩擦型連接：高強(qiáng)度螺栓連接所需的螺栓數(shù)目：（2）高強(qiáng)度螺栓群受彎矩作用由于高強(qiáng)度螺栓的抗拉承載力一般總小于其預(yù)拉力P，故在彎矩作用下，連接板件接觸面始終處于緊密接觸狀態(tài)，彈性性能較好，可認(rèn)為是一個(gè)整體,所以假定連接的中和軸與螺栓群形心軸重合，最外側(cè)螺栓受力最大。梁的類型按制作方式分：型鋼梁和組合梁

型鋼梁截面：熱軋工字鋼、熱軋H型鋼、槽鋼——腹板較厚，用鋼量大。冷彎薄壁型鋼——經(jīng)濟(jì)，但防腐要求高特點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造省工，成本較低，優(yōu)先選用。組合梁——當(dāng)荷載較大或跨度較大時(shí)，由于軋制條件的限制，型鋼的尺寸、規(guī)格不能滿足梁承載能力和剛度的要求，就必須采用組合梁。截面：工字型、箱型優(yōu)點(diǎn)；截面組成靈活、材料分布合理，節(jié)省鋼材。x，y塑性發(fā)展系數(shù)，我國(guó)規(guī)范按彈塑性階段進(jìn)行設(shè)計(jì)。受彎構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度

StrengthandStiffnessoftheFlexuralMembers二.抗剪強(qiáng)度三.同時(shí)存在彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力時(shí)四.局部壓應(yīng)力局部壓力在軌道高度范圍內(nèi)以45o角擴(kuò)散，在梁體內(nèi)以1:2.5坡度角擴(kuò)散。集中荷載增大系數(shù)，重級(jí)工作制吊車梁=1.35，其他梁=1.0五.正應(yīng)力、剪應(yīng)力、局部壓應(yīng)力同時(shí)作用（習(xí)題）六.受彎構(gòu)件的剛度V——荷載標(biāo)準(zhǔn)值引起的梁中最大撓度[v]——容許撓度鋼梁的整體穩(wěn)定

LateralBucklingofBeams一、整體穩(wěn)定的概念一般情況下，鋼梁截面高而窄，側(cè)向支撐較弱。當(dāng)荷載增大到某一數(shù)值時(shí)后，梁在向下彎曲的同時(shí)，會(huì)突然發(fā)生側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的破壞，這種現(xiàn)象稱之為梁的整體失穩(wěn)，或稱彎扭屈曲。梁維持其穩(wěn)定狀態(tài)所承擔(dān)的最大荷載（或彎矩）稱為臨界荷載（或臨界彎矩）1）荷載的類型；

2）荷載的作用位置；3）梁的側(cè)向剛度EIy、扭轉(zhuǎn)剛度GIt、翹曲剛度EIω；4）受壓翼緣的自由長(zhǎng)度l1；5）梁的支座約束程度。

影響梁整體穩(wěn)定的因素及增強(qiáng)梁整體穩(wěn)定的措施

提高梁受壓翼緣的側(cè)向穩(wěn)定性是提高梁整體穩(wěn)定的有效方法。較經(jīng)濟(jì)合理的方法是設(shè)置側(cè)向支撐，減少梁受壓翼緣的自由長(zhǎng)度。1.影響梁整體穩(wěn)定的因素2.增強(qiáng)梁整體穩(wěn)定的措施1）增大受壓翼緣的寬度；2）在受壓翼緣設(shè)置側(cè)向支撐；3）當(dāng)梁跨內(nèi)無(wú)法增設(shè)側(cè)向支撐時(shí)，宜采取閉合箱形截面；4）增加梁兩端的約束提高其穩(wěn)定承載力。采取措施使梁端不能發(fā)生扭轉(zhuǎn)。二、梁整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算（習(xí)題）單向彎矩Mx：

雙向彎矩Mx、My：工字形截面對(duì)弱軸y彎曲時(shí)，不會(huì)有穩(wěn)定問(wèn)題，只需要驗(yàn)算抗彎強(qiáng)度，把對(duì)x軸的穩(wěn)定和對(duì)y軸的強(qiáng)度兩個(gè)驗(yàn)算公式相加，得，為梁整體穩(wěn)定系數(shù)不需驗(yàn)算梁的整體穩(wěn)定的情況

（2）H型鋼或工字形截面簡(jiǎn)支梁受壓翼緣自由長(zhǎng)度l1與其寬度b1之比不超過(guò)下表所列數(shù)值時(shí)。H型鋼或工字形截面簡(jiǎn)支梁不需驗(yàn)算整體穩(wěn)定性的最大l1/b1值（1）有剛性鋪板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固相連接，能阻止梁受壓翼緣側(cè)向位移（截面扭轉(zhuǎn)）時(shí)。梁板件的局部穩(wěn)定

LocalBucklingofThinPlate

為了提高焊接組合梁的強(qiáng)度和剛度，腹板宜選得高一些，而為了提高梁的整體穩(wěn)定性，翼緣宜選得寬一些。由于板件過(guò)寬而薄，常會(huì)在梁發(fā)生強(qiáng)度破壞或喪失整體穩(wěn)定性之前，梁的部分板面會(huì)偏離原來(lái)的平面位置而發(fā)生波形鼓曲，稱此現(xiàn)象為局部失穩(wěn)，或稱板屈曲。局部失穩(wěn)后，就有可能導(dǎo)致梁的過(guò)早破壞。熱軋型鋼梁，一般不需進(jìn)行局部穩(wěn)定計(jì)算。梁腹板受力復(fù)雜，厚度較小，主要承受剪力，采用加大板厚的方法來(lái)保證腹板的局部穩(wěn)定不經(jīng)濟(jì)，也不合理。一般采用加勁肋的方法來(lái)減小板件尺寸，防止腹板屈曲。從而提高局部穩(wěn)定承載力。橫向加勁肋主要防止剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力作用下的腹板失穩(wěn)；縱向加勁肋主要防止彎曲壓應(yīng)力可能引起的腹板失穩(wěn)；短加勁肋主要防止局部壓應(yīng)力下的腹板失穩(wěn)。縱向加勁肋橫向加勁肋短加勁肋橫向加勁肋應(yīng)貫通，縱向加勁肋應(yīng)斷開；集中荷載下應(yīng)設(shè)橫向加勁肋或短加勁肋。

加勁肋布置原則1、當(dāng)時(shí)，可不配置橫向加勁肋。有局部壓應(yīng)力時(shí)構(gòu)造配置。2、當(dāng)時(shí)，按計(jì)算配置橫向加勁肋。3、當(dāng)（受壓翼緣受到約束，如連有剛性鋪板），同時(shí)配置橫向加勁肋和縱向加勁肋。當(dāng)（其他情況），同時(shí)配置橫向加勁肋和縱向加勁肋。任何情況下要求加勁肋的間距型鋼梁：(熱軋）工字鋼、槽鋼、角鋼。（冷彎）卷邊槽鋼、卷邊Z形鋼組合鋼梁：鋼板組焊型鋼組焊鋼板與形鋼組焊特殊形式：異種鋼梁(翼緣低合金鋼，腹板3號(hào)鋼）蜂窩梁鋼與混凝土組合梁預(yù)應(yīng)力鋼梁梁的設(shè)計(jì)梁的類型和梁格布置BeamtypesandLayouts型鋼梁的設(shè)計(jì)①、建筑容許最大梁高h(yuǎn)max

②、剛度要求的最小梁高h(yuǎn)min③、經(jīng)濟(jì)高度he組合梁的設(shè)計(jì)

異種鋼梁根據(jù)工字型梁受彎時(shí)翼緣應(yīng)力大、腹板應(yīng)力小的特點(diǎn)，將焊接梁的翼緣采用強(qiáng)度較高的低合金鋼，腹板采用強(qiáng)度較低的鋼材。軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度一、強(qiáng)度計(jì)算（承載能力極限狀態(tài)）P94

N—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、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)截面無(wú)削弱時(shí)，強(qiáng)度不必計(jì)算。軸心受力構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件強(qiáng)度（承載能力極限狀態(tài)）剛度（正常使用極限狀態(tài)）強(qiáng)度剛度（正常使用極限狀態(tài)）穩(wěn)定（承載能力極限狀態(tài)