中南大學(xué)《鋼結(jié)構(gòu)原理》課件軸心受力構(gòu)件

$number{01}中南大學(xué)《鋼結(jié)構(gòu)原理》課件軸心受力構(gòu)件2024-01-31目錄課程介紹軸心受力構(gòu)件基本概念軸心受力構(gòu)件材料性能與選擇軸心受力構(gòu)件截面設(shè)計與優(yōu)化軸心受力構(gòu)件連接方式與計算目錄軸心受力構(gòu)件穩(wěn)定性分析與驗算軸心受力構(gòu)件制作與安裝技術(shù)軸心受力構(gòu)件質(zhì)量檢測與評估方法01課程介紹123鋼結(jié)構(gòu)原理概述鋼結(jié)構(gòu)連接方式介紹鋼結(jié)構(gòu)的連接方式，包括焊接、螺栓連接等，并分析其優(yōu)缺點及適用范圍。鋼結(jié)構(gòu)基本原理介紹鋼結(jié)構(gòu)的基本概念、特點及應(yīng)用范圍，使學(xué)生了解鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的重要性。鋼材性能詳細闡述鋼材的力學(xué)性能、工藝性能及影響因素，為后續(xù)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算奠定基礎(chǔ)。軸心受力構(gòu)件設(shè)計原則軸心受力構(gòu)件定義軸心受力構(gòu)件類型軸心受力構(gòu)件重要性闡述軸心受力構(gòu)件的設(shè)計原則，包括穩(wěn)定性、強度、剛度等方面的要求。明確軸心受力構(gòu)件的概念，及其在鋼結(jié)構(gòu)中的重要作用。介紹常見的軸心受力構(gòu)件類型，如柱、桁架桿件等，并分析其受力特點。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握鋼結(jié)構(gòu)的基本原理和鋼材的性能，為后續(xù)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算打下基礎(chǔ)。掌握鋼結(jié)構(gòu)基本原理和鋼材性能了解常見的軸心受力構(gòu)件類型和特點，能夠在實際工程中正確選用。熟悉軸心受力構(gòu)件類型和特點通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握軸心受力構(gòu)件的設(shè)計方法，能夠獨立完成簡單的軸心受力構(gòu)件設(shè)計。掌握軸心受力構(gòu)件設(shè)計方法通過課程學(xué)習(xí)和實踐訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和分析和解決問題的能力。培養(yǎng)分析和解決問題的能力學(xué)習(xí)目標與要求02軸心受力構(gòu)件基本概念軸心受力構(gòu)件是指只承受通過構(gòu)件軸線的軸向力作用的構(gòu)件，如桁架中的桿件、拱肋等。在實際工程中，真正的軸心受力構(gòu)件并不多見，但很多構(gòu)件在受力時，其主要受力方向與軸線重合或接近，此時可將這類構(gòu)件簡化為軸心受力構(gòu)件進行分析。軸心受力構(gòu)件定義受力特點軸心受力構(gòu)件的受力特點是只承受軸向力作用，不受彎矩、剪力等其他力的作用。因此，其截面上的應(yīng)力分布是均勻的，且沿構(gòu)件軸線方向不變。分類根據(jù)所受軸向力的性質(zhì)，軸心受力構(gòu)件可分為軸心受拉構(gòu)件和軸心受壓構(gòu)件兩類。前者如桁架的下弦桿、受拉拱的拱身等；后者如屋架的上弦桿、受壓柱等。受力特點及分類軸心受力構(gòu)件的設(shè)計原則是保證構(gòu)件在規(guī)定的荷載作用下具有足夠的承載力和穩(wěn)定性。同時，還需要考慮構(gòu)造要求、連接方式和材料選擇等因素。設(shè)計原則在設(shè)計軸心受力構(gòu)件時，需要遵循相關(guān)的規(guī)范和標準，如《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》等。這些規(guī)范對構(gòu)件的承載力、穩(wěn)定性、變形和裂縫等方面都做出了明確的規(guī)定。此外，還需要注意構(gòu)件的防火、防腐和抗震等方面的要求。規(guī)范要求設(shè)計原則與規(guī)范要求03軸心受力構(gòu)件材料性能與選擇包括屈服強度、抗拉強度、伸長率等，這些指標決定了鋼材在受力時的表現(xiàn)。鋼材的力學(xué)性能碳、硅、錳、硫、磷等元素的含量對鋼材的性能有很大影響，如碳含量過高會降低鋼材的塑性和韌性。鋼材的化學(xué)成分包括冷彎性能、焊接性能等，這些性能決定了鋼材在加工過程中的難易程度。鋼材的工藝性能鋼材性能參數(shù)介紹03注意材料的耐腐蝕性和耐久性對于長期暴露在室外或潮濕環(huán)境中的構(gòu)件，應(yīng)選擇具有較好耐腐蝕性和耐久性的鋼材。01依據(jù)構(gòu)件的受力特點選擇材料軸心受力構(gòu)件主要承受軸向拉力或壓力，因此應(yīng)選擇具有較高強度和良好塑性的鋼材。02考慮材料的可焊性和可加工性對于需要焊接或加工的構(gòu)件，應(yīng)選擇具有良好可焊性和可加工性的鋼材。材料選擇依據(jù)及注意事項案例一01Q235鋼與Q345鋼的比較。Q345鋼強度較高，但價格相對較貴，適用于受力較大的構(gòu)件；而Q235鋼強度適中，價格較低，適用于一般受力情況的構(gòu)件。案例二02不銹鋼與碳素鋼的比較。不銹鋼具有良好的耐腐蝕性和耐久性，但價格較高；而碳素鋼雖然耐腐蝕性和耐久性較差，但價格較低，適用于對耐腐蝕性要求不高的場合。案例三03高強度鋼與普通鋼的比較。高強度鋼具有較高的強度和良好的塑性，但焊接性能較差；而普通鋼強度和塑性適中，焊接性能良好，適用于一般受力情況且需要焊接的構(gòu)件。案例分析：不同材料對構(gòu)件性能影響04軸心受力構(gòu)件截面設(shè)計與優(yōu)化123軸心受力構(gòu)件主要承受軸向拉力或壓力，因此應(yīng)選擇能夠均勻分布應(yīng)力的截面形狀，如圓形、矩形等。根據(jù)受力情況選擇截面形狀根據(jù)構(gòu)件的受力大小、材料強度等因素，通過計算確定截面的尺寸，以滿足承載力和穩(wěn)定性的要求。確定截面尺寸在確定截面形狀和尺寸時，還應(yīng)考慮加工和連接的方便性，以降低制造成本和提高施工效率?？紤]加工和連接方便性截面形狀及尺寸確定方法

截面優(yōu)化設(shè)計策略減輕構(gòu)件重量在保證承載力和穩(wěn)定性的前提下，通過優(yōu)化截面形狀和尺寸，減輕構(gòu)件的重量，以降低材料成本和運輸成本。提高材料利用率通過合理的截面設(shè)計，使材料的分布更加均勻，提高材料的利用率，避免浪費?？紤]局部穩(wěn)定性對于某些截面形狀，如矩形截面，應(yīng)考慮其局部穩(wěn)定性問題，采取適當?shù)募觿糯胧?，以防止局部失穩(wěn)。實例二矩形截面設(shè)計。某軸心受力構(gòu)件采用矩形截面，設(shè)計時考慮了局部穩(wěn)定性問題，并采取了加勁措施，保證了構(gòu)件的穩(wěn)定性和承載能力。實例一圓形截面設(shè)計。某軸心受力構(gòu)件采用圓形截面，通過計算確定了其截面尺寸，并進行了優(yōu)化，減輕了構(gòu)件的重量，提高了材料利用率。實例三異形截面設(shè)計。某特殊形狀的軸心受力構(gòu)件，通過定制異形截面，滿足了特定的受力要求，同時保證了構(gòu)件的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。案例分析：典型截面設(shè)計實例05軸心受力構(gòu)件連接方式與計算將構(gòu)件通過電弧產(chǎn)生的熱量熔化局部金屬，再冷卻結(jié)晶形成永久性的連接，具有構(gòu)造簡單、連接剛度大、不削弱構(gòu)件截面等優(yōu)點，但焊接殘余應(yīng)力和焊接變形對結(jié)構(gòu)性能有一定影響。通過螺栓和螺母將兩個構(gòu)件連接在一起，分為普通螺栓連接和高強度螺栓連接。普通螺栓連接依靠螺栓抗剪和孔壁承壓來傳遞剪力，而高強度螺栓連接則通過擰緊螺帽使螺栓產(chǎn)生預(yù)拉力，靠摩擦力傳遞剪力。螺栓連接具有裝拆方便、適用于承受動力荷載和變荷載的結(jié)構(gòu)等優(yōu)點。通過鉚釘將兩個構(gòu)件連接在一起，鉚釘在鉚接前需先制出釘孔，鉚接時釘桿被鉚成釘頭，靠鉚合面的局部擠壓形成鉚釘連接。鉚釘連接具有塑性和韌性較好、傳力可靠、易于檢查等優(yōu)點，但構(gòu)造復(fù)雜、用鋼量大、勞動強度大、成本較高等缺點限制了其應(yīng)用。焊接連接螺栓連接鉚釘連接連接方式分類及特點介紹焊接連接計算根據(jù)焊縫形式、焊腳尺寸和焊縫長度等參數(shù)，計算焊縫的有效面積和有效長度，進而計算焊縫的承載力和連接剛度。需要考慮焊接殘余應(yīng)力和焊接變形對結(jié)構(gòu)性能的影響，必要時進行焊接工藝評定和檢驗。螺栓連接計算根據(jù)螺栓的直徑、材質(zhì)和預(yù)拉力等參數(shù)，計算單個螺栓的承載力和連接剛度。需要考慮螺栓群的受力分布和螺栓孔對截面的削弱影響，以及高強度螺栓連接的摩擦面抗滑移系數(shù)等因素。鉚釘連接計算根據(jù)鉚釘?shù)闹睆健⒉馁|(zhì)和鉚合面狀態(tài)等參數(shù)，計算單個鉚釘?shù)某休d力和連接剛度。需要考慮鉚釘群的受力分布和鉚釘孔對截面的削弱影響，以及鉚合面的質(zhì)量等因素。連接計算方法及步驟某鋼結(jié)構(gòu)廠房中，采用了焊接連接、普通螺栓連接和高強度螺栓連接三種方式連接鋼梁和鋼柱。通過對比分析三種連接方式的承載力、剛度、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性等指標，發(fā)現(xiàn)高強度螺栓連接在綜合性能方面表現(xiàn)最優(yōu)，普通螺栓連接次之，焊接連接最差。某橋梁工程中，采用了焊接連接和鉚釘連接兩種方式連接鋼構(gòu)件。通過對比分析兩種連接方式的施工工藝、質(zhì)量控制、承載力和耐久性等指標，發(fā)現(xiàn)鉚釘連接在施工工藝和質(zhì)量控制方面要求較高，但承載力和耐久性較好；而焊接連接則具有施工速度快、成本低等優(yōu)點，但在質(zhì)量控制方面存在一定難度。某高層建筑中，采用了高強度螺栓連接和焊接連接兩種方式連接鋼柱和鋼梁。通過對比分析兩種連接方式的抗震性能、承載力和穩(wěn)定性等指標，發(fā)現(xiàn)高強度螺栓連接在抗震性能方面表現(xiàn)較好，而焊接連接則在承載力和穩(wěn)定性方面更具優(yōu)勢。綜合考慮各項指標，最終選擇了高強度螺栓連接作為該建筑的連接方式。案例一案例二案例三案例分析：不同連接方式下構(gòu)件性能比較06軸心受力構(gòu)件穩(wěn)定性分析與驗算軸心受力構(gòu)件在受到壓力作用時，如果壓力達到一定數(shù)值，構(gòu)件會突然發(fā)生彎曲變形而喪失承載能力，這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)或屈曲。失穩(wěn)會導(dǎo)致構(gòu)件承載能力急劇下降，嚴重時甚至?xí)斐蓸?gòu)件破壞和工程事故。穩(wěn)定性問題產(chǎn)生原因及危害危害產(chǎn)生原因歐拉公式適用于理想軸心受壓構(gòu)件的臨界力計算。折減系數(shù)法考慮實際構(gòu)件存在的初彎曲、初偏心等缺陷，對歐拉公式進行修正，得到更為準確的臨界力計算公式。有限元法適用于復(fù)雜形狀和邊界條件的軸心受力構(gòu)件穩(wěn)定性分析。穩(wěn)定性分析方法介紹首先根據(jù)構(gòu)件的截面尺寸、材料屬性和受力情況，計算出構(gòu)件的臨界力；然后將實際受到的軸力與臨界力進行比較，判斷構(gòu)件是否穩(wěn)定。驗算步驟在進行穩(wěn)定性驗算時，需要考慮構(gòu)件的實際受力情況、約束條件、材料非線性等因素；同時，對于重要或特殊的軸心受力構(gòu)件，應(yīng)進行更為詳細的穩(wěn)定性分析和驗算。注意事項驗算步驟及注意事項07軸心受力構(gòu)件制作與安裝技術(shù)鋼材矯正對鋼材進行矯正，以保證其平直度和尺寸精度。放樣與號料根據(jù)設(shè)計要求，在鋼材上放出實際大樣并進行號料。切割與加工采用適當?shù)那懈罘椒?，如火焰切割、機械剪切等，對鋼材進行切割和加工。制孔與組裝在鋼材上制出連接孔，并進行組裝，形成軸心受力構(gòu)件的基本形狀。制作工藝流程簡介連接與固定定位與校正安裝前準備安裝技術(shù)要點及注意事項檢查構(gòu)件的尺寸、形狀和重量等是否符合設(shè)計要求，準備好所需的安裝設(shè)備和工具。采用適當?shù)倪B接方法，如螺栓連接、焊接等，對構(gòu)件進行連接和固定。根據(jù)設(shè)計要求，對構(gòu)件進行定位和校正，確保其位置準確、垂直度和平整度符合要求。問題一問題二問題三案例分析鋼材矯正不到位，導(dǎo)致構(gòu)件尺寸偏差。解決方案：加強鋼材矯正工藝控制，確保鋼材平直度和尺寸精度符合要求。放樣與號料不準確，導(dǎo)致構(gòu)件形狀偏差。解決方案：提高放樣與號料精度，采用先進的放樣技術(shù)和設(shè)備。焊接質(zhì)量不合格，導(dǎo)致構(gòu)件承載能力下降。解決方案：加強焊接工藝控制和質(zhì)量檢驗，確保焊接質(zhì)量符合要求。08軸心受力構(gòu)件質(zhì)量檢測與評估方法遵循《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》等相關(guān)國家標準，對軸心受力構(gòu)件的材料、尺寸、偏差、焊縫等進行全面檢測。國家標準與規(guī)范制定詳細的檢測流程，包括檢測前的準備工作、具體檢測步驟、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果判定等，確保檢測工作的規(guī)范化和準確性。檢測程序質(zhì)量檢測標準及程序包括構(gòu)件承載能力、穩(wěn)定性、疲勞性能等，用于評估構(gòu)件在使用過程中的安全性能。安全性指標針對構(gòu)件的使用環(huán)境和條件，考慮其耐候性、耐腐蝕性、抗震性能等，確保構(gòu)件在