鋼結(jié)構(gòu)教案修改

項(xiàng)目1緒論任務(wù)1鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1輕質(zhì)高強(qiáng)、質(zhì)地均勻同時(shí)塑性及韌性好。鋼與混凝土、木材相比，雖然質(zhì)量密度較大，但其屈服點(diǎn)較混凝土和木材要高得多，其質(zhì)量密度與屈服點(diǎn)的比值相對(duì)較低。在承載力相同的條件下，鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)相比，構(gòu)件截面較小而且壁薄，重量較輕，便于運(yùn)輸和安裝；但是由于構(gòu)件截面較小而且壁薄，雖然強(qiáng)度可以滿足要求，但是當(dāng)構(gòu)件受壓時(shí)，很容易發(fā)生整體或局部失去穩(wěn)定性，且容易變形，所以為了充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度這一特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)一般用于跨度大，高度高，承載比較大的結(jié)構(gòu)中。塑性好，一般鋼結(jié)構(gòu)不會(huì)因超載突然斷裂，首先會(huì)發(fā)生變形，而這樣的變形易于發(fā)現(xiàn)，可以及時(shí)的采取措施來(lái)補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件的。這樣減緩了構(gòu)件的破壞。韌性好：比較適合承受動(dòng)力菏載，因此在地震多發(fā)地帶使用鋼結(jié)構(gòu)是很有利的。注意：查屈服點(diǎn)的概念：屈服點(diǎn)（yieldpoint）

鋼材或試樣在拉伸時(shí)，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限，即使應(yīng)力不再增加，而鋼材或試樣仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，稱此現(xiàn)象為屈服，而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力值即為屈服點(diǎn)。鋼材質(zhì)地均勻，各向同性，彈性模量大，有良好的塑性和韌性，為理想的彈塑性體，完全符合目前所采用的計(jì)算方法和基本理論。

2生產(chǎn)、安裝工業(yè)化程度高，施工周期短鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)具備成批大件生產(chǎn)和高度準(zhǔn)確性的特點(diǎn)，可以采用工廠制作、工地安裝的施工方法，所以其生產(chǎn)作業(yè)面多，可縮短施工周期，進(jìn)而為降低造價(jià)、提高效益創(chuàng)造條件。3密閉性能好由于焊接結(jié)構(gòu)可以做到完全密封，一些要求氣密性和水密性好的高壓容器、大型油庫(kù)、氣柜、管道等板殼結(jié)構(gòu)都采用鋼結(jié)構(gòu)。4抗震及抗動(dòng)力荷載性能好鋼結(jié)構(gòu)因自重輕、質(zhì)地均勻，具有較好的延性，因而抗震及抗動(dòng)力荷載性能好。5具有一定的耐熱性溫度在250℃以內(nèi)，鋼的性質(zhì)變化很小，溫度達(dá)到300℃以上，強(qiáng)度逐漸下降，達(dá)到450～650℃時(shí)，強(qiáng)度降為零。因此，鋼結(jié)構(gòu)可用于溫度不高于6鋼結(jié)構(gòu)抗腐蝕性較差鋼結(jié)構(gòu)的最大缺點(diǎn)是易于銹蝕。新建造的鋼結(jié)構(gòu)一般都需仔細(xì)除銹、鍍鋅或刷涂料。以后隔一定時(shí)間又要重新刷涂料，維護(hù)費(fèi)用較高。目前國(guó)內(nèi)外正在發(fā)展不易銹蝕的耐候鋼，可大量節(jié)省維護(hù)費(fèi)用，但還未能廣泛采用。任務(wù)2鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算原理情境1概述鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程：根據(jù)建筑布局確定結(jié)構(gòu)方案荷載計(jì)算內(nèi)力分析選定材料及規(guī)格構(gòu)件及連接驗(yàn)算精確計(jì)算的要求就是上述每一步都是很準(zhǔn)確的，但事實(shí)上是很困難的。主要問題在于：

·計(jì)算模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)有一定的差距

·計(jì)算尺寸與實(shí)際尺寸有一定差距

·計(jì)算荷載與實(shí)際荷載有一定差距此外，材料性能、施工質(zhì)量等變化也較大。因此上述影響結(jié)構(gòu)功能的諸因素都具有不確定性，是隨機(jī)的。因此，在設(shè)計(jì)中如何恰當(dāng)?shù)目紤]這些因素的變動(dòng)規(guī)律，就形成了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的幾個(gè)階段。結(jié)構(gòu)計(jì)算的目的在于保證所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件在施工和工作過(guò)程中能滿足預(yù)期的安全性和使用性要求。

1、總安全系數(shù)的容許應(yīng)力計(jì)算法時(shí)間：建國(guó)初到1957年以前方法：把鋼材可以使用的最大強(qiáng)度，除以一個(gè)籠統(tǒng)的安全系數(shù)作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)構(gòu)件容許達(dá)到的最大應(yīng)力，即允許應(yīng)力法。容許應(yīng)力

式中：N——構(gòu)件的內(nèi)力；S——截面幾何特性；σs——鋼材屈服強(qiáng)度；K——大于1的總安全系數(shù)，用以考慮各種不確定性，一般可以通過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)取值；σ——構(gòu)件的計(jì)算應(yīng)力。

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、明確。

缺點(diǎn)：太籠統(tǒng)。不能定量的計(jì)算結(jié)構(gòu)的可靠度，只能是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)定性的分析結(jié)構(gòu)的可靠度。各構(gòu)件的可靠程度各不相同，而整個(gè)結(jié)構(gòu)取決于可靠度最小的構(gòu)件。

2、三個(gè)系數(shù)的極限狀態(tài)計(jì)算方法時(shí)間：1957年～1974年

方法：根據(jù)結(jié)構(gòu)使用上的要求，在結(jié)構(gòu)中規(guī)定兩種使用極限狀態(tài)，即承載能力的極限狀態(tài)和變形極限狀態(tài)。同時(shí)引入三個(gè)系數(shù)，即以超載系數(shù)考慮荷載可能的變動(dòng)；以材料均質(zhì)系數(shù)考慮材料性質(zhì)的不一致性；以工作條件系數(shù)考慮結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的工作特點(diǎn)以及某些假定的計(jì)算圖式與實(shí)際情況不完全相符等因素。

優(yōu)點(diǎn)：比較細(xì)致，特別是荷載與材料強(qiáng)度取值上分別部分地考慮了概率原則；

缺點(diǎn)：某些系數(shù)的確定有時(shí)缺乏客觀依據(jù)和科學(xué)方法。

3、以結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)為依據(jù),多系數(shù)分析后用單一設(shè)計(jì)安全系數(shù)的容許應(yīng)力計(jì)算方法時(shí)間：1974年～1988年原理：首先考慮荷載和材料強(qiáng)度的不確定性，用概率法確定其取值；同時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定分項(xiàng)安全系數(shù)，但是仍然沒有把結(jié)構(gòu)的可靠度與概率聯(lián)系起來(lái)，因此又稱為半概率法。方法：以結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)（強(qiáng)度、穩(wěn)定、疲勞、變形等）為依據(jù)，對(duì)影響結(jié)構(gòu)安全度的諸因素以數(shù)理統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析。其實(shí)質(zhì)是半概率、半經(jīng)驗(yàn)的極限狀態(tài)計(jì)算方法。

式中：——根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)荷載與構(gòu)件截面公稱尺寸計(jì)算的應(yīng)力；

——屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；、、——分別為荷載系數(shù)、材料系數(shù)和調(diào)整系數(shù)。構(gòu)件應(yīng)力

式中：——安全系數(shù)；——鋼材的允許應(yīng)力。如[TJ17-74]規(guī)范中：A3：=240N/mm2=1.23=1.143=1.0

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性的處理有所改進(jìn)。

缺點(diǎn)：對(duì)荷載、材料性能等的處理都取一個(gè)經(jīng)驗(yàn)定值，因?yàn)檫@對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度的研究?jī)H處于以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的定性分析階段。

4、概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法事實(shí)上，由荷載引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力（稱為荷載效應(yīng)S），結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力或抵抗變形能力（稱為結(jié)構(gòu)抗力R）均受各種偶然因素的影響，是隨時(shí)間和空間變動(dòng)的隨機(jī)變量，所以鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ17-88）采用以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。

雖然已經(jīng)采用了這樣的概率設(shè)計(jì)法，但由于在分析中忽略和簡(jiǎn)化了基本變量隨時(shí)間變化的關(guān)系，所以確定基本變量分布時(shí)有相當(dāng)程度的近似性，且進(jìn)行了線性化簡(jiǎn)化計(jì)算，所以只能算是一種近似的概率設(shè)計(jì)法。缺點(diǎn)：對(duì)荷載、材料性能等的處理都取一個(gè)經(jīng)驗(yàn)定值，因?yàn)檫@對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度的研究?jī)H處于以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的定性分析階段。情境2結(jié)構(gòu)概率設(shè)計(jì)法對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的多種非確定性因素，如荷載、材料性能等，運(yùn)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)尋找它們的規(guī)律性，從而進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這就是結(jié)構(gòu)概率設(shè)計(jì)法。荷載效應(yīng)S：取決于各種荷載（恒載、活載、風(fēng)、地震作用，溫度變化等）。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力或抗力R：取決于材料、構(gòu)件的幾何特性等。

設(shè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)方程：

當(dāng)時(shí)，結(jié)構(gòu)可靠；

當(dāng)時(shí)，結(jié)構(gòu)失效；

當(dāng)

時(shí)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載能力處于極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。若以表示結(jié)構(gòu)的可靠度，則：失效概率：結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)的概率，以表示，則有：

，且結(jié)構(gòu)是否可靠就看結(jié)構(gòu)可靠度是否足夠大或其失效概率是否小到可以接受的程度。對(duì)于一個(gè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)方程，其平均值與其標(biāo)準(zhǔn)差的比值，稱為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的可靠度指標(biāo)。與有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，增大，減小，而對(duì)于結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)容易確定得多。（圖）三、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)定承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)來(lái)進(jìn)行的。計(jì)算結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度或穩(wěn)定性及連接的強(qiáng)度時(shí)應(yīng)采用荷載的設(shè)計(jì)值；計(jì)算疲勞和變形時(shí)，采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。

其它規(guī)定：直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)尚應(yīng)考慮動(dòng)力系數(shù)，按照規(guī)范進(jìn)行。承載能力極限狀態(tài)為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)。（一）承載能力極限狀態(tài)：應(yīng)考慮荷載效應(yīng)的基本組合，必要時(shí)還要考慮荷載效應(yīng)的偶然組合。強(qiáng)度、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)采用的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：

式中：——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，當(dāng)安全等級(jí)為一級(jí)時(shí)，安全等級(jí)為二級(jí)時(shí)，安全等級(jí)為三級(jí)時(shí)，安全等級(jí)按照重要性程度不同而區(qū)分，見有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范；——永久荷載設(shè)計(jì)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力，，為標(biāo)準(zhǔn)值，為分項(xiàng)系數(shù)，一般取1.2，當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)取1.0；——第i個(gè)可變荷載設(shè)計(jì)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接中的應(yīng)力，，為第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值，為分項(xiàng)系數(shù)，一般取1.4；——荷載組合系數(shù)；——結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，，為材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，抗力分項(xiàng)系數(shù)。（二）正常使用極限狀態(tài)：為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用（變形或耐久性能）的某項(xiàng)規(guī)定限值的極限狀態(tài)。其表示式為：

式中：——永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形；——第一個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形；——第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形；——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的容許變形值。梁以容許撓度表示。任務(wù)3結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用1.框架1）單層單跨框架2）單層多跨框架

3）多層單跨框架4）多層多跨框架

2.桁架1）平面桁架2）空間桁架

3.拱架4.索5.殼體任務(wù)4我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀和趨勢(shì)鋼結(jié)構(gòu)是由生鐵結(jié)構(gòu)逐步發(fā)展起來(lái)的，中國(guó)是最早用鐵制造承重結(jié)構(gòu)的國(guó)家。遠(yuǎn)在秦始皇時(shí)代（公元前二百多年），就有了用鐵建造的橋墩。以后在深山峽谷上建造鐵鏈懸橋、鐵塔等，這些表明我國(guó)古代建筑和冶金技術(shù)方面的高度水平。中國(guó)古代在金屬結(jié)構(gòu)方面雖有卓越的成就，但由于受到內(nèi)部的束縛和外部的侵略，相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展較為緩慢。即使這樣，我國(guó)工程師和工人仍有不少優(yōu)秀設(shè)計(jì)和創(chuàng)造，如1927年建成的沈陽(yáng)黃姑屯機(jī)車廠鋼結(jié)構(gòu)廠房，1928～1931年建成的廣州中心紀(jì)念堂圓屋頂，1934～1937年建成的杭州錢塘江大橋等。20世紀(jì)50年代后，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造、安裝水平有了很大提高，建成了大量鋼結(jié)構(gòu)工程，有些在規(guī)模上和技術(shù)上已達(dá)到世界先進(jìn)水平。如采用大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的首都體育館、上海體育館、深圳體育館，大跨度三角拱形式的西安秦始皇陵兵馬俑陳列館，懸索結(jié)構(gòu)的北京工人體育館、浙江體育館，高聳結(jié)構(gòu)中的200m高廣州廣播電視塔、210m高上海廣播電視塔、194m高南京跨江線路塔、325m高北京氣象桅桿等，板殼結(jié)構(gòu)中有效容積達(dá)54000m3近期，隨著鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、制造、安裝等方面技術(shù)的迅猛發(fā)展，各地建成了大量的高層鋼結(jié)構(gòu)建筑、輕鋼結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)、市政設(shè)施等。如：位于上海浦東、420.5m高、88層、總建筑面積達(dá)28.7萬(wàn)m2的金貿(mào)大廈；總建筑面積達(dá)20萬(wàn)m2的上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)；主體建筑東西跨度288.4m、南北跨度274.7m、建筑高度70.6m、可容納8萬(wàn)名觀眾的上海體育場(chǎng)；336m高、建于哈爾濱的黑龍江廣播電視塔以及橫跨黃浦江的南浦大橋、楊浦大橋等等。任務(wù)5鋼結(jié)構(gòu)的研究、設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用的相互關(guān)系鋼結(jié)構(gòu)的研究、設(shè)計(jì)、制造、安裝及使用是一個(gè)有機(jī)的體系，各方面之間存在相輔相成的關(guān)系。1.使用的需求是鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力。鋼結(jié)構(gòu)具有工業(yè)化程度高、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，因而更適合于運(yùn)行節(jié)奏快、勞動(dòng)力價(jià)格不斷提高的現(xiàn)代社會(huì)。鋼結(jié)構(gòu)自重輕，因而特別適合于大跨度建筑或活載占比例較小的建筑結(jié)構(gòu)，在這種條件下應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)能充分體現(xiàn)其在經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)越性。鋼結(jié)構(gòu)自重輕，有較好的柔性，因而在軟土地基或地震區(qū)使用鋼結(jié)構(gòu)就顯得更為合理。也就是說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展有其內(nèi)在的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)原因。從我國(guó)建筑業(yè)的現(xiàn)狀來(lái)看，目前正處在鋼結(jié)構(gòu)快速發(fā)展的前期，鋼結(jié)構(gòu)的使用促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)的研究、設(shè)計(jì)、制造和安裝技術(shù)的發(fā)展。2.鋼結(jié)構(gòu)的研究課題源于工程實(shí)踐，其目的是要在一定概率意義上確保工程的安全并求得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。目前鋼結(jié)構(gòu)的研究主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行：（1）新型鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的研究：如輕鋼結(jié)構(gòu)體系的研究、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系的研究等。這是一類綜合性的研究，涉及主體結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)、配套材料及施工工藝。這些研究成果可直接轉(zhuǎn)換為社會(huì)生產(chǎn)力。（2）結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的研究：目前對(duì)于一般的鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算問題已有成熟的計(jì)算方法。但對(duì)于某些特殊結(jié)構(gòu)形態(tài)及荷載條件下的結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)則還要進(jìn)行深入的分析，這主要是動(dòng)力問題、非線性問題、穩(wěn)定問題和疲勞問題的研究。研究的成果用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)規(guī)范的編制。目前鋼結(jié)構(gòu)理論研究的一個(gè)主要特點(diǎn)是往往同時(shí)伴隨著計(jì)算軟件的研究和開發(fā)。這使得研究成果可以直接為設(shè)計(jì)人員使用。（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究：試驗(yàn)研究的作用一是可以驗(yàn)證理論研究結(jié)果的正確性，二是可以發(fā)現(xiàn)并進(jìn)一步闡明某些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的特殊受力現(xiàn)象，從而為理論研究和規(guī)范編制提供依據(jù)。這對(duì)于形態(tài)和受力較為復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)研究特別有效，是理論研究不能替代的。（4）制造工藝和安裝方法的研究：鋼結(jié)構(gòu)的建造離不開良好的制造和安裝技術(shù)。隨著鋼結(jié)構(gòu)使用條件的變化，新的設(shè)計(jì)、材料、構(gòu)造形式層出不窮。為此要進(jìn)行大量理論和實(shí)踐的研究工作，從研制新的設(shè)備、制定制造和安裝工藝標(biāo)準(zhǔn)、直到培訓(xùn)施工技術(shù)人員。3.鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括選擇結(jié)構(gòu)類型和材料：計(jì)算結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定；確定合理的構(gòu)造形式和具體參數(shù)。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù)大量的理論研究和試驗(yàn)研究工作；鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還必須密切配合制造和安裝工藝。按國(guó)際慣例，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具體可分為技術(shù)設(shè)計(jì)和施工大樣圖設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。技術(shù)設(shè)計(jì)要確定結(jié)構(gòu)的形式和材料、結(jié)構(gòu)各部分截面參數(shù)及連接方式。技術(shù)設(shè)計(jì)由專門的設(shè)計(jì)單位完成。施工大樣圖設(shè)計(jì)是在技術(shù)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下，根據(jù)加工及安裝要求將鋼結(jié)構(gòu)分解成單個(gè)構(gòu)件，分別畫出其大樣圖，并注明其加工步驟和工藝要求。這一工作一般由鋼結(jié)構(gòu)制造廠的技術(shù)人員完成。4.鋼結(jié)構(gòu)的制造必須遵循設(shè)計(jì)和相應(yīng)的規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。鋼結(jié)構(gòu)制造的前期準(zhǔn)備包括材料準(zhǔn)備和技術(shù)準(zhǔn)備。制造的工序有校正、放樣、下料、切割、鉆孔、組裝、焊接、整形、表面處理、包裝等。每一道工序均有一定的檢測(cè)方法，并要求達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，從而確保鋼結(jié)構(gòu)組裝的最終質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)的制造除了滿足設(shè)計(jì)要求外，還須滿足運(yùn)輸和安裝條件。要根據(jù)運(yùn)輸條件和安裝起吊能力來(lái)限定構(gòu)件的大小和重量；要根據(jù)安裝方法及防腐蝕處理方法確定節(jié)點(diǎn)連接的方式，構(gòu)造要求及實(shí)施步驟。5.鋼結(jié)構(gòu)的安裝包括安裝方案的確定、安裝實(shí)施過(guò)程及安裝質(zhì)量的檢驗(yàn)。安裝方案的確立既要考慮結(jié)構(gòu)特征和現(xiàn)有的設(shè)備狀況，也要考慮安全性。凡是利用結(jié)構(gòu)本身作為安裝支托的一定要經(jīng)設(shè)計(jì)審核，并要考慮設(shè)備安裝、使用和拆卸全過(guò)程。在選擇方案時(shí)，經(jīng)濟(jì)性和設(shè)備的先進(jìn)性應(yīng)該兼顧，要從安裝工作的實(shí)際效率和安全性出發(fā)作出適當(dāng)?shù)倪x擇。鋼結(jié)構(gòu)的安裝應(yīng)該嚴(yán)格按規(guī)范和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，逐個(gè)構(gòu)件逐段地控制質(zhì)量，一絲不茍地做好安全保障和設(shè)備保障。鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量檢驗(yàn)主要是確保結(jié)構(gòu)外形的準(zhǔn)確和連接的可靠。外形的準(zhǔn)確是指整體和局部的誤差均應(yīng)控制在規(guī)范許可范圍之內(nèi)。連接的可靠是指螺栓的穿孔率、緊固程度，設(shè)計(jì)貼合面的密合度，現(xiàn)場(chǎng)焊縫的質(zhì)量等均應(yīng)達(dá)到規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目2鋼結(jié)構(gòu)材料任務(wù)1鋼材單向均勻受拉時(shí)的力學(xué)性能鋼材在均勻受拉時(shí)的工作性能用單向均勻靜力拉伸試驗(yàn)的荷載—變形曲線或應(yīng)力-應(yīng)變曲線來(lái)表示。圖中橫坐標(biāo)為試件的伸長(zhǎng)Δl或應(yīng)變?chǔ)?，縱坐標(biāo)為荷載N或應(yīng)力σ。從下面動(dòng)態(tài)曲線中，可以把鋼材的工作性能分為幾個(gè)階段。鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料性能的要求鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料性能的要求是多方面的，使用時(shí)必須全面的衡量，慎重地選擇合適的材料。鋼材材性主要有：1、強(qiáng)度體現(xiàn)了材料的承載能力，主要指標(biāo)有屈服點(diǎn)fy和抗拉強(qiáng)度f(wàn)u，通過(guò)靜力拉伸試驗(yàn)得到。屈服點(diǎn)為設(shè)計(jì)時(shí)鋼材可達(dá)到的最大應(yīng)力?？估瓘?qiáng)度f(wàn)u是鋼材破壞前能夠承受的最大應(yīng)力。鋼材達(dá)到fu時(shí)，已產(chǎn)生很大塑性變形而失去使用性能，但fu高則可以增加結(jié)構(gòu)的安全保障，故fu/fy的值可看作鋼材強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)。2、塑性：

鋼材的塑性為當(dāng)應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)后，能產(chǎn)生顯著的殘余變形（塑性變形）而不立即斷裂的性質(zhì)。塑性好壞可用伸長(zhǎng)率d和斷面收縮率y表示。通過(guò)靜力拉伸試驗(yàn)得到。伸長(zhǎng)率d根據(jù)試件原標(biāo)距長(zhǎng)度l0與試件中間部分的直徑d0的比值為10或5而分為d10或d5，為試件拉斷時(shí)原標(biāo)距間長(zhǎng)度伸長(zhǎng)值與原標(biāo)距比值的百分率。式中：

l1——為試件拉斷后標(biāo)距間長(zhǎng)度。斷面收縮率是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮小值與原斷面面積比值的百分率。式中：A0——試件原來(lái)的斷面面積；A1——試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積；

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在受力時(shí)（尤其承受動(dòng)力荷載時(shí)）材料塑性好壞往往決定了結(jié)構(gòu)3、韌性：鋼材的韌性是鋼材在塑性變形和斷裂的過(guò)程中吸收能量的能力，也是表示鋼材抵抗沖擊荷載的能力，它是強(qiáng)度與塑性的綜合表現(xiàn)。鋼材韌性通過(guò)沖擊試驗(yàn)，測(cè)定沖擊功來(lái)表示。

式中：

ak——沖擊韌性值；

Ak——沖擊功；

An——試件缺口處的凈截面積。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)鋼材的沖擊韌性ak有常溫和負(fù)溫要求的規(guī)定。選用鋼材時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的使用情況和要求提出相應(yīng)溫度的沖擊韌性指標(biāo)要求。4、可焊性：鋼材的可焊性是指在一定工藝和結(jié)構(gòu)條件下，鋼材經(jīng)過(guò)焊接能夠獲得良好的焊接接頭的性能?？珊感苑譃槭┕ど系目珊感院褪褂眯阅苌系目珊感浴Ｊ┕ど系目珊感灾笇?duì)產(chǎn)生裂紋的敏感性，使用性能上的可焊性是指焊接構(gòu)件在焊接后的力學(xué)性能是否低于母材。5、冷彎性：冷彎性能是指鋼材在冷加工（常溫下加工）產(chǎn)生塑性變形時(shí)，對(duì)產(chǎn)生裂縫的抵抗能力。冷彎性能用試驗(yàn)方法來(lái)檢驗(yàn)鋼材承受規(guī)定彎曲程度的彎曲變形性能，檢查試件彎曲部分的外面、里面和側(cè)面是否有裂紋、裂斷和分層。6、耐久性耐久性需要考慮的有：耐腐蝕性、“時(shí)效”現(xiàn)象、疲勞現(xiàn)象等。

時(shí)效：隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，鋼材的力學(xué)性能有所改變。

疲勞：多次反復(fù)荷載作用下，鋼材低于屈服點(diǎn)fy發(fā)生的破壞。7、Z向伸縮率當(dāng)鋼材較厚時(shí)，或承受沿厚度方向的拉力時(shí)，要求鋼材具有板厚方向的收縮率要求，以防厚度方向的分層、撕裂。任務(wù)3影響鋼材力學(xué)性能的因素影響鋼材力學(xué)性能的因素有：1、化學(xué)成分2、冶金和軋制過(guò)程3、時(shí)效4、冷作硬化5、溫度6、應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力7、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)一、化學(xué)成分：鋼的基本元素為鐵（Fe），普通碳素鋼中占99%，此外還有碳（C）、硅（Si）、錳（Mn）等雜質(zhì)元素，及硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）等有害元素，這些總含量約1%，但對(duì)鋼材力學(xué)性能卻有很大影響。碳：除鐵以外最主要的元素。碳含量增加，使鋼材強(qiáng)度提高，塑性、韌性，特別是低溫沖擊韌性下降，同時(shí)耐腐蝕性、疲勞強(qiáng)度和冷彎性能也顯著下降，惡化鋼材可焊性，增加低溫脆斷的危險(xiǎn)性。一般建筑用鋼要求含碳量在0.22%以下，焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)限制在0.20%以下。硅：作為脫氧劑加入普通碳素鋼。適量硅可提高鋼材的強(qiáng)度，而對(duì)塑性、沖擊韌性、冷彎性能及可焊性無(wú)顯著的不良影響。一般鎮(zhèn)靜鋼的含硅量為0.10%～0.30%，含量過(guò)高（達(dá)1%），會(huì)降低鋼材塑性、沖擊韌性、抗銹性和可焊性。錳：是一種弱脫氧劑。適量的錳可有效提高鋼材強(qiáng)度，消除硫、氧對(duì)鋼材的熱脆影響，改善鋼材熱加工性能，并改善鋼材的冷脆傾向，同時(shí)不顯著降低鋼材的塑性、沖擊韌性。普通碳素鋼中錳的含量約為0.3%～0.8%。含量過(guò)高（達(dá)1.0%～1.5%以上）使鋼材變脆變硬，并降低鋼材的抗銹性和可焊性。硫：有害元素。引起鋼材熱脆，降低鋼材的塑性、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度和抗銹性等。一般建筑用鋼含硫量要求不超過(guò)0.055%，在焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)不超過(guò)0.050%。磷：有害元素。雖可提高強(qiáng)度、抗銹性，但嚴(yán)重降低塑性、沖擊韌性、冷彎性能和可焊性，尤其低溫時(shí)發(fā)生冷脆，含量需嚴(yán)格控制，一般不超過(guò)0.050%，焊接結(jié)構(gòu)中不超過(guò)0.045%。氧：有害元素。引起熱脆。一般要求含量小于0.05%。氮：能使鋼材強(qiáng)化，但顯著降低鋼材塑性、韌性、可焊性和冷彎性能，增加時(shí)效傾向和冷脆性。一般要求含量小于0.008%。為改善鋼材力學(xué)性能，可適量增加錳、硅含量，還可摻入一定數(shù)量的鉻、鎳、銅、釩、鈦、鈮等合金元素，煉成合金鋼。鋼結(jié)構(gòu)常用合金鋼中合金元素含量較少，稱為普通低合金鋼。二、冶金和軋制過(guò)程：按爐種分：結(jié)構(gòu)用鋼我國(guó)主要有三種冶煉方法：堿性平爐煉鋼法、頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法、堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。平爐鋼和頂吹轉(zhuǎn)爐鋼的力學(xué)性能指標(biāo)較接近，而堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐鋼的沖擊韌性、可焊性、時(shí)效性、冷脆性、抗銹性能等都較差，故這種煉鋼法已逐步淘汰。按脫氧程度分：沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。沸騰鋼脫氧程度低，氧、氮和一氧化碳?xì)怏w從鋼液中逸出，形成鋼液的沸騰。沸騰鋼的時(shí)效、韌性、可焊性較差，容易發(fā)生時(shí)效和變脆，但產(chǎn)量較高、成本較低；半鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度較高些，上述性能都略好；而鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程度最高，性能最好，但產(chǎn)量較低，成本較高。三、其他因素：（一）時(shí)效：隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，純鐵體中殘留的碳、氧固溶物質(zhì)逐步析出，形成自由的碳化物或氧化物微粒，約束純鐵體的塑性變形，此為時(shí)效。時(shí)效將提高鋼材的強(qiáng)度，降低塑性、韌性。時(shí)效的過(guò)程可從幾天到幾十年。（二）冷作硬化鋼結(jié)構(gòu)在冷加工過(guò)程中引起的強(qiáng)度提高稱為冷作硬化。冷加工包括：剪、沖、輥、壓、折、鉆、刨、鏟、撐、敲等。（三）溫度一般情況下，溫度升高，鋼材力學(xué)性能變化不大。溫度達(dá)250°C左右時(shí)，鋼材抗拉強(qiáng)度提高，塑性、韌性下降，表面氧化膜呈藍(lán)色溫度超過(guò)300°C以后，屈服點(diǎn)和極限強(qiáng)度顯著下降，達(dá)到溫度從常溫下降到一定值，鋼材的沖擊韌性突然急劇下降，試件斷口屬脆性破壞，這種現(xiàn)象稱為冷脆現(xiàn)象。鋼材由韌性狀態(tài)向脆性狀態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度叫冷脆轉(zhuǎn)變溫度。（四）應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中存在的孔洞、槽口、凹角、裂縫、厚度變化、形狀變化、內(nèi)部缺陷等使一些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，此謂應(yīng)力集中現(xiàn)象。應(yīng)力集中越嚴(yán)重，鋼材塑性越差。

應(yīng)力集中動(dòng)畫殘余應(yīng)力為鋼材在冶煉、軋制、焊接、冷加工等過(guò)程中，由于不均勻的冷卻、組織構(gòu)造的變化而在鋼材內(nèi)部產(chǎn)生的不均勻的應(yīng)力。殘余應(yīng)力在構(gòu)件內(nèi)部自相平衡而與外力無(wú)關(guān)。殘余應(yīng)力的存在易使鋼材發(fā)生脆性破壞。（五）復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)（圖）鋼材在單向應(yīng)力作用下，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)fy時(shí)，鋼材屈服而進(jìn)入塑性狀態(tài)。當(dāng)鋼材處于復(fù)雜應(yīng)力作用下（平面應(yīng)力或立體應(yīng)力），按能量強(qiáng)度理論（第四強(qiáng)度理論），以折算應(yīng)力σcr是否大于fy來(lái)判斷鋼材是否由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)。若為彈性狀態(tài)；若為塑性狀態(tài)；純剪情況下，即時(shí)為彈性狀態(tài)。任務(wù)4鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式兩種破壞形式

鋼材的破壞分塑性破壞和脆性破壞兩種。

塑性破壞：加載后有較大變形，因此破壞前有預(yù)兆，斷裂時(shí)斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗。

脆性破壞：加載后，無(wú)明顯變形，因此破壞前無(wú)預(yù)兆，斷裂時(shí)斷口平齊，呈有光澤的晶粒狀。脆性破壞危險(xiǎn)性大。影響脆性的因素化學(xué)成分冶金缺陷（偏析、非金屬夾雜、裂紋、起層）溫度（熱脆、低溫冷脆）冷作硬化時(shí)效硬化應(yīng)力集中同號(hào)三向主應(yīng)力狀態(tài)任務(wù)5鋼材的品種和規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)中采用的鋼材，僅碳素結(jié)構(gòu)鋼和普通低合金鋼中的幾種。普通碳素鋼

甲或A類：按力學(xué)性能供應(yīng)，保證強(qiáng)度、塑性，硫、磷含量符合相同鋼號(hào)乙類鋼的規(guī)定。

乙或B類：按化學(xué)成分供應(yīng)。

特或C類：同時(shí)按力學(xué)性能和化學(xué)性能供應(yīng)。

結(jié)構(gòu)用鋼主要為甲類；乙類無(wú)力學(xué)性能的保證，不能用；特類鋼價(jià)格較高，應(yīng)少用。

普通碳素鋼有1~7共七個(gè)鋼號(hào)。鋼號(hào)越高，其含碳量越高，強(qiáng)度越高，塑性越低。其中3號(hào)鋼在結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用。普通低合金鋼

在普通碳素鋼中添加少量合金元素，以提高其強(qiáng)度、耐腐蝕性、沖擊韌性等。二、鋼材的選用

選用鋼材的原則是:既能使結(jié)構(gòu)安全可靠地滿足使用上的要求，又要盡最大可能節(jié)約材料，降低造價(jià)。

選用鋼材時(shí)需要考慮的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)的類型及重要性荷載的性質(zhì)連接方法結(jié)構(gòu)的工作溫度構(gòu)件的受力性質(zhì)第六節(jié)鋼材的疲勞一、概念：疲勞：鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，雖然應(yīng)力還低于極限強(qiáng)度，甚至應(yīng)力還低于屈服點(diǎn)，而發(fā)生的斷裂。

（請(qǐng)看動(dòng)畫）

鋼材在疲勞破壞之前，并不出現(xiàn)明顯的變形和局部收縮，它和脆性破壞一樣，是一種突然發(fā)生的斷裂。

鋼材的疲勞過(guò)程可分為裂紋的形成，裂紋緩慢擴(kuò)展和最后迅速斷裂三個(gè)階段。

疲勞強(qiáng)度與反復(fù)荷載引起的應(yīng)力種類（拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和復(fù)雜應(yīng)力等）、應(yīng)力循環(huán)形式、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、應(yīng)力集中程度和殘余應(yīng)力等有關(guān)。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞計(jì)算時(shí)有如下規(guī)定：

1）承受動(dòng)力荷載重復(fù)作用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接，當(dāng)應(yīng)力變化循環(huán)次數(shù)n等于或大于105次時(shí)，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算；

2）在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位，可不計(jì)算疲勞；

3）計(jì)算疲勞時(shí)，應(yīng)采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值；

4）對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，計(jì)算疲勞時(shí)，動(dòng)力荷載標(biāo)準(zhǔn)值不應(yīng)乘以動(dòng)力系數(shù)；5）計(jì)算吊車梁或吊車桁架及其制動(dòng)結(jié)構(gòu)的疲勞時(shí)，吊車荷載應(yīng)按作用在跨間內(nèi)起重量最大的一臺(tái)吊車確定。二、疲勞的計(jì)算疲勞計(jì)算采用容許應(yīng)力幅法，按彈性狀態(tài)計(jì)算應(yīng)力，分常幅疲勞和變幅疲勞兩方面進(jìn)行計(jì)算。左側(cè)疲勞計(jì)算只適用于常溫下、無(wú)強(qiáng)烈腐蝕環(huán)境中鋼結(jié)構(gòu)的高周疲勞計(jì)算（應(yīng)力循環(huán)次數(shù)）。計(jì)算范圍只限于中級(jí)承受重復(fù)作用動(dòng)力荷載的鋼結(jié)

構(gòu)構(gòu)件及其連接。對(duì)構(gòu)件表面溫度大于150℃、海水腐蝕環(huán)境、低周高應(yīng)力等特殊條件下的疲勞，則應(yīng)參照其它有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。1、常幅疲勞計(jì)算當(dāng)應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅保持常量時(shí)，稱為常幅疲勞。

常幅疲勞的驗(yàn)算公式為：

式中：

——對(duì)焊接部位稱為應(yīng)力幅，其值為，對(duì)非焊接部位稱為折算應(yīng)力幅，其值為，

——每次應(yīng)力循環(huán)中，計(jì)算部位的最大拉應(yīng)力（取正值），

——每次應(yīng)力循環(huán)中，計(jì)算部位的最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力（拉應(yīng)力取正值，壓應(yīng)力取負(fù)值）；

——容許應(yīng)力幅（N/mm2），按構(gòu)件和連接的類別及應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n由下式確定：

式中參數(shù)和根據(jù)構(gòu)件和連接的類別按下表采用參數(shù)、構(gòu)件連接類別123456781940×1012861×10123.26×10122.18×10121.47×10120.96×10120.65×10120.41×101244333333

對(duì)我國(guó)規(guī)范推薦的Q235、Q345、Q390三種鋼材，和與鋼號(hào)無(wú)關(guān)。

疲勞計(jì)算的構(gòu)件和連接分類見相關(guān)知識(shí)，其中給出了19種不同情況的構(gòu)件或連接，分屬于1到8的八個(gè)類別。類別數(shù)字愈大，則其疲勞性能愈差2、變幅疲勞計(jì)算當(dāng)應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅隨機(jī)變化時(shí)為變幅疲勞。若能預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在使用壽命期間各種荷載的應(yīng)力幅以及次數(shù)分布所構(gòu)成的設(shè)計(jì)應(yīng)力譜，則根據(jù)累積損傷原理可將變幅疲勞折合為等效常幅疲勞，按下式計(jì)算：式中:

——為變幅疲勞的等效應(yīng)力幅，按下式計(jì)算：

——以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的結(jié)構(gòu)預(yù)期使用壽命；

——預(yù)期壽命內(nèi)應(yīng)力幅水平達(dá)到的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。對(duì)于沒有設(shè)計(jì)應(yīng)力譜的變幅疲勞鋼結(jié)構(gòu)可作為常幅疲勞計(jì)算，計(jì)算時(shí)循環(huán)次數(shù)n應(yīng)根據(jù)構(gòu)件使用中滿負(fù)荷的程度予以折減。3、吊車梁及吊車桁架疲勞計(jì)算重級(jí)工作制吊車梁和重級(jí)、中級(jí)工作制吊車桁架（桁架式吊車梁）的疲勞可按下式計(jì)算：

式中：

——為所驗(yàn)算部位的應(yīng)力幅或折算應(yīng)力幅；

——為欠載效應(yīng)的等效系數(shù)；

——為循環(huán)次數(shù)次的容許應(yīng)力幅。吊車梁和吊車桁架欠載效應(yīng)的等效系數(shù)吊車類別重級(jí)工作制硬鉤吊車（如均熱爐車間夾鉗式吊車）1.0重級(jí)工作制軟鉤吊車0.8中級(jí)工作制吊車0.5循環(huán)次數(shù)為n=2×106次的容許應(yīng)力幅（N/mm2）構(gòu)件和連接類別12345678

17614411810390786959第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)連接方法鋼結(jié)構(gòu)的連接方法

連接方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)焊接對(duì)幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，省材省工，易于自動(dòng)化，工效高對(duì)材質(zhì)要求高，焊接程序嚴(yán)格，質(zhì)量檢驗(yàn)工作量大鉚接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動(dòng)力荷載好費(fèi)鋼、費(fèi)工普通螺栓連接裝卸便利，設(shè)備簡(jiǎn)單螺栓精度低時(shí)不宜受剪，螺栓精度高時(shí)加工和安裝難度較大高強(qiáng)螺栓連接加工方便，對(duì)結(jié)構(gòu)削弱少，可拆換，能承受動(dòng)力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好摩擦面處理，安裝工藝略為復(fù)雜，造價(jià)略高射釘、自攻螺栓連接靈活，安裝方便，構(gòu)件無(wú)須予先處理，適用于輕鋼、薄板結(jié)構(gòu)不能受較大集中力第二節(jié)焊接連接及焊接結(jié)構(gòu)的特性一、連接方法焊接方法焊條焊劑操作方式適應(yīng)范圍質(zhì)量狀況電弧焊手工焊短焊條(350－400mm)附于焊條之藥皮全手動(dòng)工位復(fù)雜，形狀復(fù)雜之焊縫比自動(dòng)焊略差自動(dòng)焊

連續(xù)焊絲焊劑全自動(dòng)長(zhǎng)而簡(jiǎn)單的焊縫質(zhì)量均勻、塑性、韌性好，抗腐蝕性強(qiáng)半自動(dòng)焊連續(xù)焊絲CO2氣體保護(hù)人工操作前進(jìn)任意焊縫質(zhì)量均勻、塑性、韌性好，抗腐蝕性強(qiáng)電阻焊無(wú)無(wú)通電、加壓、機(jī)械薄板點(diǎn)焊一般用作構(gòu)造焊縫氣焊短、光焊條無(wú)（乙炔還原）手工薄板、小型、不同材質(zhì)結(jié)構(gòu)中一般用作構(gòu)造焊縫二、焊接結(jié)構(gòu)的特性焊接連接與鉚釘、螺栓連接比較，有以下優(yōu)點(diǎn)：1）不需打孔，省工省時(shí)；2）任何形狀的構(gòu)件可直接連接，連接構(gòu)造方便；3）氣密性、水密性好，結(jié)構(gòu)剛度較大，整體性較好。缺點(diǎn)是：1）焊接附近有熱影響區(qū)，材質(zhì)變脆；2）焊接的殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞，殘余變形使結(jié)構(gòu)形狀、尺寸發(fā)生變化；3）焊接裂縫一經(jīng)發(fā)生，便容易擴(kuò)展。常見的焊接缺陷：裂紋、氣孔、未焊透、夾渣、咬邊、燒穿、凹坑、塌陷、未焊滿。（相關(guān)知識(shí)一）1、焊縫的缺陷形式（圖）2、鋼板用縱橫十字交叉或T形交叉焊縫拼接鋼板的拼接，當(dāng)采用對(duì)接焊縫時(shí)，縱橫兩方向可采用十字形交叉或T形交叉。當(dāng)為T形交叉時(shí)，交叉點(diǎn)的間距a不小于200mm

（圖）3、角焊縫的承載力計(jì)算公式來(lái)源角焊縫受力后的應(yīng)力分布很復(fù)雜。目前主要以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，經(jīng)偏于安全地修正后，建立角焊縫最小截面（450方向的有效截面）上三個(gè)相互垂直的應(yīng)力之間的強(qiáng)度條件公式。式中：——作用于焊縫有效截面上，垂直于焊縫軸線方向的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；——作用于焊縫有效截面上，平行于焊縫軸線方向的剪應(yīng)力；

——角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。作用在焊縫上的外力N可分解成Nx、Ny和Nz。x和y軸都垂直于焊縫長(zhǎng)度方向并平行于兩個(gè)直角邊（焊腳），z軸沿焊縫長(zhǎng)度方向，如圖。大多數(shù)情況，Ny＝0（或Nx＝0），則破壞截面上沿x方向（或y方向）的正應(yīng)力為，沿z方向的剪應(yīng)力為，且式中：he——角焊縫的有效厚度；

lw——角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度，取實(shí)際長(zhǎng)度減去10mm。從圖中可見，有效截面與焊腳邊所在截面成45°，因而整理后可得：從上式可見，正面角焊縫承載力是側(cè)面角焊縫的1.22倍，比試驗(yàn)得到的1.35～1.55倍要小。這是因?yàn)樯鲜鍪峭ㄟ^(guò)偏于安全地修正的。考慮到正面角焊縫的塑性較差，故鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中的直角角焊縫，不宜考慮正面角焊縫強(qiáng)度的提高，即公式中的系數(shù)1.22，改為1.0。因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范寫成更一般的形式：式中：——按焊縫有效截面計(jì)算，垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力；

——按焊縫有效截面計(jì)算，沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力；

——正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)：對(duì)承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，，對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，。

4、外力和角焊縫長(zhǎng)度方向成夾角時(shí)的斜焊縫計(jì)算對(duì)于外力和焊縫軸線組成角的斜焊縫，如圖所示，可直接用斜焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)，這時(shí)：整理得：式中：

5、鋼管節(jié)點(diǎn)連接焊縫構(gòu)造與計(jì)算鋼管結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接型式主要是采用對(duì)接連接，如圖，鋼管結(jié)構(gòu)中的支管與主管連接焊縫沿鋼管全周一般采用斜角角焊縫；也可部分采用角焊縫，部分采用對(duì)接焊縫圖（b）、（c）、（d）分別為圖（a）中a、b、c點(diǎn)處斜角角焊縫的截面型式。支管管壁與主管管壁之間的夾角如圖（a），的區(qū)域宜采用對(duì)接焊縫或帶坡口的角焊縫。支管與主管的連接焊縫應(yīng)沿全周連續(xù)焊接，并平滑過(guò)渡。支管與主管的連接焊縫不論采用角焊縫還是對(duì)接焊縫，計(jì)算時(shí)可視為全周角焊縫。角焊縫的焊腳尺寸hf不宜大于支管壁厚的兩倍。

鋼管節(jié)點(diǎn)連接焊縫計(jì)算公式為：式中：

N——支管的軸心力；

hf——角焊縫的焊腳尺寸，hf≤2ts；

t、ts——主管、支管壁厚；——角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；lw

——支管與主管相交線長(zhǎng)度。當(dāng)ds/d≤0.65時(shí)：當(dāng)ds/d>0.65時(shí)：式中：d、ds——主管、支管外徑；

——支管軸線與主管軸線的夾角。支管與主管表面的相交線，是一條空間曲線，精確計(jì)算此空間曲線的長(zhǎng)度很麻煩，不便于工程應(yīng)用。上面式子可計(jì)算出相交線長(zhǎng)度的近似值，而且偏于安全，完全滿足工程要求。6、角鋼與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)角鋼類型分配系數(shù)角鋼肢背K1角鋼肢尖K2等邊角鋼0.700.30不等邊角鋼（短邊相連）0.750.25不等邊角鋼（長(zhǎng)邊相連）0.650.357、搭接連接的角焊縫在扭矩、剪力作用下的計(jì)算假定搭接連接的角焊縫在扭矩和剪力共同作用下的計(jì)算采用下列假定：①被連接件是絕對(duì)剛性的，而角焊縫是彈性的；②被連接件繞形心O旋轉(zhuǎn)，角焊縫群上任意一點(diǎn)處的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心的連線，且應(yīng)力的大小與連線距離r成正比。

8、未焊透對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求和計(jì)算下列情況可能會(huì)采用未焊透的對(duì)接焊縫：①連接焊縫受力很小或不受力，焊縫主要起連系作用，而且要求焊接結(jié)構(gòu)外觀齊平美觀，這時(shí)就不必做成焊透的對(duì)接焊縫，可用不焊透的對(duì)接焊縫；②連接焊縫受力較大，采用焊透的對(duì)接焊縫，其強(qiáng)度又不能充分利用；而采用角焊縫時(shí)，焊腳又過(guò)大，這時(shí)宜采用坡口加強(qiáng)的角焊縫。不焊透的對(duì)接焊縫截面型式如圖所示。由于未焊透，在連接處存在著縫隙，應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，可能使這里的焊縫脆斷。不焊透的對(duì)接焊縫實(shí)際上與角焊縫的工作類似?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ17－88）規(guī)定：不焊透的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度按角焊縫強(qiáng)度公式計(jì)算，在垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的壓力作用下，??；其他情況取。焊縫有效厚度he的取值為V形坡口時(shí)，取he=s；時(shí)，取he=0.75sU形、J形坡口，取he=s式中，s為坡口根部至焊縫表面的最短距離（不考慮焊縫的余高）；為V形坡口的角度。焊縫有效厚度he應(yīng)滿足為坡口所在焊件的較厚板件厚度，單位為mm。

9、圓鋼與平板、圓鋼與圓鋼之間的焊縫圓鋼與平板、圓鋼與圓鋼之間的焊縫如圖。其抗剪強(qiáng)度計(jì)算為：

式中：N——作用在連接處的軸心力；lw——焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度；

he——焊縫的有效厚度，對(duì)于圓鋼與平板的連接，he=0.7hf，圓鋼與圓鋼的連接，分別為大圓鋼、小圓鋼的直徑，a為焊縫表面到兩個(gè)圓鋼公切線的距離。

圓鋼與圓鋼、圓鋼與鋼板間的焊縫有效厚度，不應(yīng)小于0.2倍圓鋼直徑（當(dāng)焊接兩圓鋼的直徑不同時(shí)，取平均直徑）或3mm，并不大于1.2倍平板厚度，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度不應(yīng)小于20mm。三、焊接形式（1）按兩焊件的相對(duì)位置分：

（2）對(duì)接焊縫按受力與焊縫方向分：

a）直縫：作用力方向與焊縫方向正交

b）斜縫：作用力方向與焊縫方向斜交

（3）角焊縫按受力與焊縫方向分：

a）端縫：作用力方向與焊縫長(zhǎng)度方向垂直

b）側(cè)縫：作用力方向與焊縫長(zhǎng)度方向平行

（4）按焊縫連續(xù)性：

a）連續(xù)焊縫：受力較好

b）斷續(xù)焊縫：易發(fā)生應(yīng)力集中

（5）按施工位置：

俯焊、立焊、橫焊、仰焊，其中以俯焊施工位置最好，所以焊縫質(zhì)量也最好，仰焊最差。四、焊接質(zhì)量檢驗(yàn)焊接時(shí)為保證質(zhì)量，需要注意之處：（1）對(duì)不熟悉的鋼種焊接時(shí)，需做工藝性能和力學(xué)性能的試驗(yàn)；（2）焊工要進(jìn)行考核，持證上崗；（3）焊條、焊絲、焊劑按規(guī)定烘焙；（4）多層焊接需連續(xù)施焊，每層焊道之間要清理；（5）焊縫出現(xiàn)裂縫，應(yīng)申報(bào)、查明原因，方能處理。

焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)方法分：外觀檢查、超聲波探傷檢驗(yàn)、X射線檢驗(yàn)。

焊縫質(zhì)量分三級(jí):一級(jí)焊縫需經(jīng)外觀檢查、超聲波探傷、x射線檢驗(yàn)都合格；二級(jí)焊縫需外觀檢查、超聲波探傷合格；三級(jí)焊縫需外觀檢查合格。第三節(jié)對(duì)接焊縫的構(gòu)造及計(jì)算一、對(duì)接焊縫的構(gòu)造1.對(duì)接焊縫的形式：

a）直邊縫：適合板厚t￡10mmb）單邊V形：適合板厚t＝10～20mmc）雙邊V形：適合板厚t＝10～20mmd）U形：適合板厚t>20mme）K形：適合板厚t>20mmf）X形：適合板厚t>20mm2.對(duì)接焊縫的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：用料經(jīng)濟(jì)、傳力均勻、無(wú)明顯的應(yīng)力集中，利于承受動(dòng)力荷載。缺點(diǎn)：需剖口，焊件長(zhǎng)度要精確。3.對(duì)接焊縫的構(gòu)造處理（1）起落弧處易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工復(fù)雜，除承受動(dòng)力荷載外，一般不用，計(jì)算時(shí)將焊縫長(zhǎng)度兩端各減去5mm。（2）變厚度板對(duì)接，在板的一面或兩面切成坡度不大于1：4的斜面，避免應(yīng)力集中。（圖）

（3）變寬度板對(duì)接，在板的一側(cè)或兩側(cè)切成坡度不大于1：4的斜邊，避免應(yīng)力集中。（圖）4.對(duì)接焊縫的強(qiáng)度有引弧板的對(duì)接焊縫在受壓時(shí)與母材等強(qiáng)，但焊縫的抗拉強(qiáng)度與焊縫質(zhì)量等級(jí)有關(guān)。二。對(duì)接焊縫的計(jì)算1、軸心受力對(duì)接焊縫的計(jì)算或fcw

——軸心拉力或壓力;

——焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，無(wú)引弧板時(shí)，焊縫長(zhǎng)度取實(shí)長(zhǎng)減去10mm，有引弧板時(shí)，取實(shí)長(zhǎng);——平接時(shí)為焊件的較小厚度，頂接時(shí)取腹板厚;

、——對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值2、斜向受力對(duì)接焊縫的計(jì)算fvw——對(duì)接焊縫抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

主要用于焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值低于構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的連接中。

優(yōu)點(diǎn)：抗動(dòng)力荷載性能較好

缺點(diǎn)：較費(fèi)材料

當(dāng)tgq￡1.5即q￡56.3°時(shí)，可不驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度。3、鋼梁的對(duì)接焊縫焊縫內(nèi)應(yīng)力分布同母材。同時(shí)受彎、剪時(shí)，分別驗(yàn)算最大正應(yīng)力、最大剪應(yīng)力

——焊縫截面抵抗矩

——焊縫截面上計(jì)算點(diǎn)處以上（以下）截面對(duì)中和軸的面積矩對(duì)于腹板和翼緣的交界點(diǎn)，正應(yīng)力、剪應(yīng)力雖不是最大，但都比較大，所以需驗(yàn)算折算應(yīng)力，即：

s1、t1為腹板與翼緣交界點(diǎn)處的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；1.1為考慮到最大折算應(yīng)力只在部分截面的部分點(diǎn)出現(xiàn)，而將強(qiáng)度設(shè)計(jì)值適當(dāng)提高。4、牛腿及柱翼緣對(duì)接焊縫計(jì)算牛腿和柱的對(duì)接焊縫，剪力全部由腹板承受并均勻分布，彎矩、拉力由全截面承擔(dān)，與梁計(jì)算相同，截面形式和截面上各種應(yīng)力分布見下圖。

上圖該牛腿截面為非對(duì)稱，在拉力作用下，全截面均勻受拉，在剪力作用下，整個(gè)腹板截面按均勻抗剪考慮，在彎矩作用下，中和軸以上受拉，中和軸以下受壓。因此圖中1、2、3、4點(diǎn)均需強(qiáng)度驗(yàn)算。點(diǎn)1為下翼緣最外緣的點(diǎn)，點(diǎn)2為下翼緣與腹板的交界點(diǎn)，點(diǎn)3為上翼緣與腹板的交界點(diǎn)，點(diǎn)4為上翼緣最外緣的點(diǎn)。各點(diǎn)計(jì)算為：點(diǎn)1：點(diǎn)2：點(diǎn)3：點(diǎn)4：

式中：

——有效抗剪面積，——整個(gè)焊縫截面的截面積；——各計(jì)算點(diǎn)到中和軸的距離。第四節(jié)角焊縫的構(gòu)造及計(jì)算一、角焊縫截面形式（1）直角焊縫（圖）a）普通焊縫（b）平坡焊縫（c）深熔焊縫

一般采用（a）。但（a）應(yīng)力集中較嚴(yán)重，在承受動(dòng)力荷載時(shí)采用（b）、（c）。

（2）斜角角焊縫（圖）（d）斜銳角焊縫（e）斜鈍角焊縫（f）斜凹面角焊縫主要用于鋼管連接中二、角焊縫構(gòu)造要求部位項(xiàng)目構(gòu)造要求備注焊腳尺寸hf上限；對(duì)板邊：t1為較薄焊件厚下限；當(dāng)t2為較厚焊件厚對(duì)自動(dòng)焊可減1mm；對(duì)單面T型焊應(yīng)加1mm焊縫長(zhǎng)度lw上限（受動(dòng)力荷載）；（其他情況）；內(nèi)力沿側(cè)縫全長(zhǎng)均勻分布者不限下限8hf或40mm，取兩者最大值

端部?jī)H有兩側(cè)面角焊縫連接長(zhǎng)度lw

距離l0

t為較薄焊件厚端部轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角處加焊一段長(zhǎng)度2hf（兩面?zhèn)瓤p時(shí)）或用三面圍焊轉(zhuǎn)角處焊縫須連續(xù)施焊搭接連接搭接最小長(zhǎng)度5t1或25mm，取兩者最大值t1為較薄焊件厚度

其它構(gòu)造要求：(1)

承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，垂直于受力方向的焊縫不宜采用不焊透的對(duì)接焊縫。(2)

在直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，角焊縫表面應(yīng)做成直線形或凹形，焊腳尺寸的比例：對(duì)正面角焊縫宜為1:1.5,長(zhǎng)邊順內(nèi)力方向；對(duì)側(cè)面角焊縫可為1:1。(3)在次要構(gòu)件或次要焊接連接中，可采用斷續(xù)角焊縫。斷續(xù)角焊縫之間的凈距，不應(yīng)大于15t（對(duì)受壓構(gòu)件）或30t（對(duì)受拉構(gòu)件），t為較薄焊件的厚度。3、角焊縫分類（1）端縫：焊縫垂直于受力方向，其特點(diǎn)為受力后應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜，應(yīng)力集中嚴(yán)重，焊縫根部形成高峰應(yīng)力，易于開裂。端縫破壞強(qiáng)度要高一些，但塑性差。

（2）側(cè)縫：焊縫長(zhǎng)度方向與受力方向平行，其特點(diǎn)為應(yīng)力分布簡(jiǎn)單些，但分布并不均勻，剪應(yīng)力兩端大，中間小。側(cè)縫強(qiáng)度低，但塑性較好。4.角焊縫的有效厚度

——兩焊腳邊的夾角，

——焊腳尺寸二、角焊縫的計(jì)算角焊縫的計(jì)算包括如下幾個(gè)類型：端縫、側(cè)縫在軸向力作用下的計(jì)算角鋼桿件與節(jié)點(diǎn)板連接，承受軸向力N彎矩、剪力、軸力共同作用下的頂接連接角焊縫牛腿在彎矩、剪力共同作用下的角焊縫連接計(jì)算扭矩、剪力、軸力共同作用下的搭接連接角焊縫一、端縫、側(cè)縫在軸向力作用下的計(jì)算

1.端縫、側(cè)縫在軸向力作用下的計(jì)算：

（1）端縫

——垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力；he

——角焊縫有效厚度；lw——角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，每條角焊縫取實(shí)際長(zhǎng)度減10mm（每端減5mm）；ffw——角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

bf——系數(shù)，對(duì)承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，bf

=1.22，直接承受動(dòng)力荷載bf

=1.0。

（2）側(cè)縫tf——沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力。2.角鋼桿件與節(jié)點(diǎn)板焊接連接，承受軸向力N：

（1）角鋼用兩面?zhèn)群缚p與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫計(jì)算（圖）K1、K2——焊縫內(nèi)力分配系數(shù)；N1、N2——分別為角鋼肢背和肢尖傳遞的內(nèi)力。（2）角鋼用三面圍焊與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫計(jì)算（圖）端部正面角焊縫能傳遞的內(nèi)力為：

（3）角鋼用“L”型焊縫與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫計(jì)算（圖）

由N2=0得：

3.彎矩、剪力、軸力共同作用下的頂接連接角焊縫:彎矩M作用下，x方向應(yīng)力剪力作用下，y方向應(yīng)力軸力N作用下x方向應(yīng)力M、V和N共同作用下，焊縫上或下端點(diǎn)最危險(xiǎn)處應(yīng)滿足：式中：,如果只承受上述M、N、V的某一、兩種荷載時(shí)，只取其相應(yīng)的應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算。

4.牛腿在彎矩、剪力共同作用下的角焊縫連接計(jì)算:M＝Ve翼緣豎向剛度較差，不能承受剪力，所以全部剪力均由豎向焊縫承受，彎矩由翼緣與腹板角焊縫共同承受。點(diǎn)1：點(diǎn)2：點(diǎn)3：5.扭矩、剪力、軸力共同作用下搭接連接角焊縫:

扭矩T作用下各點(diǎn)應(yīng)力計(jì)算（以A點(diǎn)為例）：Ix+Iy為焊縫計(jì)算截面對(duì)形心的極慣性矩，rx、ry為焊縫角點(diǎn)到焊縫形心的坐標(biāo)距離。V作用下A點(diǎn)N作用下A點(diǎn)A點(diǎn)合應(yīng)力：，要求：注意計(jì)算時(shí)需判斷應(yīng)力最大點(diǎn)！

相關(guān)知識(shí)6、7、8、9第三節(jié)焊接應(yīng)力與焊接變形

焊接變形：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)在焊接過(guò)程中，局部區(qū)域受到很強(qiáng)的高溫作用，在此不均勻的加熱和冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的變形稱為焊接變形。

焊接應(yīng)力：焊接后冷卻時(shí)，焊縫與焊縫附近的鋼材不能自由收縮，由此約束而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為焊接應(yīng)力。焊接應(yīng)力的形成和對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的影響（1）形成兩塊鋼板上施焊時(shí)，產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫附近溫度高達(dá)1600°（2）焊接應(yīng)力的分類?縱向應(yīng)力：沿著焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力?橫向應(yīng)力：垂直于焊縫長(zhǎng)度方向且平行于構(gòu)件表面的應(yīng)力?厚度方向應(yīng)力：垂直于焊縫長(zhǎng)度方向且垂直于構(gòu)件表面的應(yīng)力。（3）焊接應(yīng)力的影響?對(duì)常溫下承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度沒有影響，但剛度降低；?由于焊接應(yīng)力使焊縫處于三向應(yīng)力狀態(tài)，阻礙了塑性變形，裂紋易發(fā)生和發(fā)展；?降低疲勞強(qiáng)度；?降低壓桿的穩(wěn)定性；

?使構(gòu)件提前進(jìn)入彈塑性工作階段。2.焊接變形的產(chǎn)生和防止

焊接變形是由于焊接過(guò)程中焊區(qū)的收縮變形引起的，表現(xiàn)在構(gòu)件局部的鼓起、歪曲、彎曲或扭曲等。

表現(xiàn)主要有：縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。如圖3.減少焊接應(yīng)力和焊接變形的方法：

（1）采用適當(dāng)?shù)暮附映绦?，如分段焊、分層焊；?）盡可能采用對(duì)稱焊縫，使其變形相反而抵消；（3）施焊前使結(jié)構(gòu)有一個(gè)和焊接變形相反的預(yù)變形；（4）對(duì)于小構(gòu)件焊前預(yù)熱、焊后回火，然后慢慢冷卻，以消除焊接應(yīng)4.合理的焊縫設(shè)計(jì)：

（1）避免焊縫集中、三向交叉焊縫；（2）焊縫尺寸不宜太大；（3）焊縫盡可能對(duì)稱布置，連接過(guò)渡平滑，避免應(yīng)力集中現(xiàn)象；（4）避免仰焊。第四節(jié)普通螺栓連接一、普通螺栓連接的構(gòu)造1、分類（表）類別加工精度抗剪性能成本使用范圍精制(A、B)級(jí)高，栓徑與孔徑之差為0.5～0.8mm，I類孔高高1）構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)；2）連接點(diǎn)僅用一個(gè)螺栓或有模具套鉆的多個(gè)螺栓連接的可調(diào)節(jié)桿件（柔性桿）粗制(C級(jí))較低，栓徑與孔徑之差為1～1.5mm較低低1）抗拉連接；

2）靜力荷載下抗剪連接；3）加防松措施后受風(fēng)振作用抗剪；4）可拆卸連接；5）安裝螺栓；6）與抗剪支托配合抗拉剪聯(lián)合作用注：A級(jí)用于M24以下，B級(jí)用于M24以上。2、螺栓的排列和構(gòu)造要求1）受力要求：a）端距限制——防止孔端鋼板剪斷，≥2d0；

b）螺孔中距限制；2）構(gòu)造要求：防止板翹曲后浸入潮氣而腐蝕，限制螺孔中矩最大值；3）施工要求：為便于擰緊螺栓，留適當(dāng)間距（不同的工具有不同要求）。3、螺栓排列方式（圖）4、螺栓的工作性能

按受力性能分為：剪力螺栓和拉力螺栓。剪力螺栓靠孔壁承壓、螺桿抗剪傳力，拉力螺栓靠螺栓受拉，有時(shí)普通螺栓同時(shí)受剪、受拉。5、剪力螺栓受力情況（圖）剪力螺栓受力后，當(dāng)外力不大時(shí)，由構(gòu)件間的摩擦力來(lái)傳遞外力。當(dāng)外力增大超過(guò)極限摩擦力后，構(gòu)件間相對(duì)滑移，螺桿開始接觸構(gòu)件的孔壁而受剪，孔壁則受壓。當(dāng)連接處于彈性階段，螺栓群中的各螺栓受力不等，兩端大，中間??；當(dāng)外力繼續(xù)增大，達(dá)到塑性階段時(shí)，各螺栓承擔(dān)的荷載逐漸接近，最后趨于相等直到破壞。6、螺栓破壞形式1）剪力螺栓a）螺栓剪斷（動(dòng)畫）b）鋼板孔壁擠壓破壞（動(dòng)畫）c）鋼板由于螺孔削弱而凈截面拉斷（動(dòng)畫）d）鋼板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪壞（動(dòng)畫）e）螺桿因太長(zhǎng)或螺孔大于螺桿直徑而產(chǎn)生彎、剪破壞（動(dòng)畫）f）螺栓雙剪破壞（動(dòng)畫）2）拉力螺栓

一般表現(xiàn)為拉斷。二、普通螺栓承載力1）剪力螺栓（圖）每個(gè)普通螺栓的抗剪承載力：每個(gè)普通螺栓的承壓承載力：式中:

nv——受剪面數(shù)

d——螺桿直徑——同一方向承壓構(gòu)件較小總厚度、——螺栓抗剪、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值2）拉力螺栓抗拉承載力：式中:

de——螺紋處有效直徑

——抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值3）同時(shí)承受剪力和桿軸方向拉力的螺栓式中:

Nv、Nt——每個(gè)普通螺栓所承受的剪力、拉力

、、——每個(gè)普通螺栓抗剪、抗拉和承壓承載力設(shè)計(jì)值三、普通螺栓連接的計(jì)算

1.剪力螺栓群受力通過(guò)形心時(shí)的計(jì)算所需螺栓數(shù)目（抗剪）——一個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值。為折減系數(shù)，與構(gòu)件節(jié)點(diǎn)一端沿受力方向連接長(zhǎng)度l1有關(guān)，當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算：式中：f——連接板材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度；

An——節(jié)點(diǎn)板凈截面積。當(dāng)螺栓并列布置時(shí)，（圖）當(dāng)螺栓錯(cuò)列布置時(shí)，構(gòu)件有可能沿I－I或II－II截面破壞。II－II截面的凈截面積可近似地取為取I－I、II－II凈截面的較小者來(lái)驗(yàn)算鋼板凈截面強(qiáng)度。2.剪力螺栓群在扭矩、剪力和軸力共同作用下的計(jì)算螺栓群中受力最大的螺栓在T、V、N作用下的合力為：其中：，，，，若僅有T，則相當(dāng)于剪力螺栓群受扭。

如果x1>3y1，則可假定y=0；反之，如果y1>3x1，則可假定x=0。第四節(jié)高強(qiáng)度螺栓的構(gòu)造及計(jì)算一、高強(qiáng)度螺栓的構(gòu)造1、材料高強(qiáng)度螺栓常用鋼材有優(yōu)質(zhì)碳素鋼中的35號(hào)鋼、45號(hào)鋼，合金鋼中的20錳鈦硼鋼等。制成的螺栓有8.8級(jí)和10.9級(jí)。8.8級(jí)為，；10.9級(jí)為，。2、受力性能高強(qiáng)度螺栓安裝時(shí)將螺帽擰緊，使螺桿產(chǎn)生預(yù)拉力而壓緊構(gòu)件接觸面，靠接觸面的摩擦來(lái)阻止連接板相互滑移，以達(dá)到傳遞外力的目的。高強(qiáng)螺栓按傳力機(jī)理分摩擦型高強(qiáng)螺栓和承壓型高強(qiáng)螺栓。這兩種螺栓構(gòu)造、安裝基本相同。但是摩擦型高強(qiáng)螺栓靠摩擦力傳遞荷載，所以螺桿與螺孔之差可達(dá)1.5～2.0mm。承壓型高強(qiáng)螺栓傳力特性是保證在正常使用情況下，剪力不超過(guò)摩擦力，與摩擦型高強(qiáng)螺栓相同。當(dāng)荷載再增大時(shí)，連接板間將發(fā)生相對(duì)滑移，連接依靠螺桿抗剪和孔壁承壓來(lái)傳力，與普通螺栓相同，所以螺桿與螺孔之差略小些，為1.0～1.5mm。摩擦型高強(qiáng)螺栓的連接較承壓型高強(qiáng)螺栓的變形小，承載力低，耐疲勞、抗動(dòng)力荷載性能好。而承壓型高強(qiáng)螺栓連接承載力高，但抗剪變形大，所以一般僅用于承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的連接。二、高強(qiáng)度螺栓的計(jì)算1.摩擦型高強(qiáng)度螺栓：

1）摩擦型高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值

——一個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值；——傳力摩擦面數(shù)；

——摩擦面抗滑移系數(shù)；——每個(gè)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力。一個(gè)承受剪力的螺栓需滿足：。2）摩擦型高強(qiáng)度螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值

——一個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值；一個(gè)承受拉力的螺栓需滿足：。3）同時(shí)受剪、受桿軸方向拉力時(shí)的一個(gè)摩擦型高強(qiáng)螺栓的承載力：一個(gè)既承受剪力，又承受拉力的螺栓需同時(shí)滿足：2.承壓型高強(qiáng)度螺栓：

1）承壓型高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值承壓型高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值與普通螺栓計(jì)算相同，分螺栓桿抗剪和孔壁承壓兩部分。為防止承壓型高強(qiáng)螺栓受剪變形過(guò)大，所受剪力不得大于按摩擦型高強(qiáng)度螺栓計(jì)算的抗剪承載力的1.3倍。所以一個(gè)承受剪力的承壓型高強(qiáng)度螺栓需滿足：2）承壓型高強(qiáng)度螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值承壓型高強(qiáng)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值與摩擦型高強(qiáng)螺栓相同，即：3）同時(shí)受剪、受桿軸方向拉力的承壓型高強(qiáng)螺栓的強(qiáng)度計(jì)算一個(gè)同時(shí)受剪、受拉的承壓型高強(qiáng)度螺栓，其強(qiáng)度應(yīng)同時(shí)滿足：其中3）同時(shí)受剪、受桿軸方向拉力時(shí)的一個(gè)摩擦型高強(qiáng)螺栓的承載力：一個(gè)既承受剪力，又承受拉力的螺栓需同時(shí)滿足：

3.高強(qiáng)度螺栓在各種連接形式下承受各種荷載時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算：

各種高強(qiáng)度螺栓群承受各種荷載時(shí)，其中受力最大的螺栓承受的或基本上與普通螺栓群計(jì)算相同。但有兩點(diǎn)不同之處需注意：1）承受剪力的摩擦型的高強(qiáng)度螺栓群的連接板凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)需考慮孔前傳遞部分荷載。如圖，第一排螺栓孔處傳遞的荷載：

式中:——計(jì)算截面上的螺栓數(shù)；

——連接一側(cè)的螺栓總數(shù)。凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算2）拉力螺栓群在拉力、彎矩作用下受拉力最大的螺栓強(qiáng)度計(jì)算拉力螺栓群受拉力彎矩作用，如圖：受拉力最大的螺栓計(jì)算無(wú)需判斷繞哪根軸旋轉(zhuǎn)。因?yàn)閷?duì)于高強(qiáng)度螺栓總是繞螺栓群形心軸旋轉(zhuǎn)。螺栓中受到的最大拉力計(jì)算如下：且需滿足：第四章受彎構(gòu)件第一節(jié)梁的類型與截面一、按彎曲變形狀況分：1、單向彎曲構(gòu)件—構(gòu)件在一個(gè)主軸平面內(nèi)受彎2、雙向彎曲構(gòu)件—構(gòu)件在二個(gè)主軸平面內(nèi)受彎二、按支承條件分：1）簡(jiǎn)支梁2）連續(xù)梁3）懸臂梁三、按截面構(gòu)成方式分：1、實(shí)腹式截面梁型鋼梁—通常采用工字鋼（I形鋼）或?qū)捯砭壒ぷ咒摚℉型鋼），槽鋼和冷彎薄壁型鋼等。工字鋼和H型鋼的材料在截面上的分布較符合受彎構(gòu)件的特點(diǎn)，用鋼較省。槽鋼截面單軸對(duì)稱，剪力中心在腹板外側(cè)，繞截面受彎時(shí)易發(fā)生扭轉(zhuǎn)。冷彎薄壁型鋼多用在承受較小荷載的場(chǎng)合下，例如房屋建筑中的屋面檁條和墻梁。焊接組合截面梁—由若干鋼板或鋼板與型鋼連接而成。它截面布置靈活，可根據(jù)工程的各種需要布置成工字形和箱形截面，多用于荷載較大、跨度較大的場(chǎng)合。2、空腹式截面梁—可以減輕構(gòu)件自重，也方便了建筑物中管道的穿行。3、組合梁－用鋼筋砼和軋制型鋼或焊接型鋼構(gòu)成。其中作為建筑物樓面、橋梁橋面的砼板，也作為梁的組合部分參與抵抗彎矩。用于受彎構(gòu)件的截面形式（圖）第二節(jié)梁格布置與梁的設(shè)計(jì)內(nèi)容一、梁格布置梁格是由許多梁排列而成的平面體系，例如樓蓋和工作平臺(tái)等。梁格上的荷載一般先由鋪板傳給次梁，再由次梁傳給主梁，然后傳到柱或墻，最后傳給基礎(chǔ)和地基。根據(jù)梁的排列方式，梁格可分成下列三種典型的形式（圖）：①簡(jiǎn)式梁格——只有主梁，適用于梁跨度較小的情況；②普通式梁格——有次梁和主梁，次梁支承于主梁上；③復(fù)式梁格——除主梁和縱向次梁外，還有支承于縱向次梁上的橫向次梁。鋪板可采用鋼筋混凝土板、鋼板或由壓型鋼板與混凝土組成的組合板。鋪板宜與梁牢固連接使兩者共同工作，可分擔(dān)梁的受力而節(jié)約鋼材，并增強(qiáng)梁的整體穩(wěn)定性。

布置梁格時(shí)，在滿足使用要求的前提下，應(yīng)考慮材料的供應(yīng)情況、制造和安裝的條件等因素，對(duì)幾種可能的布置方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定最合理而又經(jīng)濟(jì)的方案。二、受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容大致包括：1、強(qiáng)度計(jì)算2、整體穩(wěn)定3、局部穩(wěn)定4、剛度計(jì)算

般說(shuō)來(lái)，梁的設(shè)計(jì)步驟通常是先根據(jù)強(qiáng)度和剛度要求，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定性等各個(gè)方面，初步選擇截面尺寸，然后對(duì)所選的截面進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的驗(yàn)算。如果驗(yàn)算結(jié)果不能滿足要求，就需要重新選擇截面或采取一些有效的措施予以解決。對(duì)組合梁，還應(yīng)從經(jīng)濟(jì)考慮是否需要采用變截面梁，使其截面沿長(zhǎng)度的變化與彎矩的變化相適應(yīng)。此外，還必須妥善解決翼緣與腹板的連接問題，受鋼材規(guī)格、運(yùn)輸和安裝條件的限制而必須設(shè)置拼接的問題，梁的支座以及與其他構(gòu)件連接的問題等等。1.

強(qiáng)度計(jì)算：梁受彎時(shí)的應(yīng)力—應(yīng)變曲線與受拉時(shí)相似，屈服點(diǎn)也接近——仍假定鋼材為理想的彈塑性體。梁在彎矩作用下，截面上正應(yīng)力的發(fā)展階段為彈性階段——此時(shí)正應(yīng)力為直線分布，梁最外邊緣正應(yīng)力不超過(guò)屈服點(diǎn)彈塑性階段——梁邊緣出現(xiàn)塑性，應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)，而中和軸附近材料仍處于彈性塑性階段——梁全截面進(jìn)入塑性，應(yīng)力均等于屈服點(diǎn)，形成塑性鉸，此時(shí)已達(dá)到梁的承載極限（圖）梁的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度極限狀態(tài)及計(jì)算內(nèi)容梁的截面中，除存在正應(yīng)力外，還同時(shí)存在剪應(yīng)力，有時(shí)還有局部壓應(yīng)力，在這種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，梁在形成塑性鉸之前就已達(dá)到極限承載能力。某些不利因素（如鋼材變脆，殘余應(yīng)力的存在等），也會(huì)使梁提前達(dá)到極限承載能力。在一般情形下，常以最大邊緣應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)作為強(qiáng)度極限狀態(tài)的標(biāo)志，只在一定條件下，才允許考慮塑性變形的發(fā)展，這個(gè)問題將在下一節(jié)中討論。設(shè)計(jì)時(shí)，梁內(nèi)的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力均不應(yīng)超過(guò)規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。如果在梁的某些部位中，上述三種應(yīng)力或其中二種應(yīng)力都較大時(shí)（例如梁的翼緣截面改變處、連續(xù)梁的支座處等），還應(yīng)驗(yàn)算折算應(yīng)力。此外，在組合梁中尚須計(jì)算焊縫連接、鉚釘連接或螺栓連接的強(qiáng)度。2.

整體穩(wěn)定：整體失穩(wěn)的現(xiàn)象某些受彎構(gòu)件在荷載作用下，雖然其正應(yīng)力還低于鋼材的強(qiáng)度，但其變形會(huì)突然偏離原來(lái)的彎曲變形平面，同時(shí)發(fā)生側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)，這稱作受彎構(gòu)件的整體失穩(wěn)。產(chǎn)生整體失穩(wěn)的原因受彎構(gòu)件產(chǎn)生整體失穩(wěn)的主要原因是側(cè)向剛度太小，抗扭剛度太小，側(cè)向支承點(diǎn)的間距太大等，應(yīng)對(duì)受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算。受彎構(gòu)件整體失穩(wěn)動(dòng)畫3.

局部穩(wěn)定：受彎構(gòu)件局部失穩(wěn)的現(xiàn)象某些受彎構(gòu)件在荷載作用下，其受壓翼緣和腹板受壓區(qū)出現(xiàn)波狀的局部屈曲，這種現(xiàn)象被稱作局部失穩(wěn)。受彎構(gòu)件局部失穩(wěn)動(dòng)畫產(chǎn)生局部失穩(wěn)的原因受彎構(gòu)件截面主要由平板組成，其局部失穩(wěn)是不同約束條件下的平板在不同應(yīng)力分布下的失穩(wěn)。受彎構(gòu)件的翼緣和腹板發(fā)生局部屈曲，雖然不致于使梁立即達(dá)到極限承載能力而破壞，但局部失穩(wěn)會(huì)惡化梁的受力性能，因而也必須避免。對(duì)策

為了保證受壓翼緣不會(huì)局部失穩(wěn)，應(yīng)使其寬度與厚度之比符合一定的要求。對(duì)于腹板，常用加勁肋將其分隔成尺寸較小的區(qū)格來(lái)提高其抵抗局部屈曲的能力，如圖所示。4.剛度：

受彎構(gòu)件的剛度計(jì)算即是要保證其在使用過(guò)程中不會(huì)因撓度太大以致不能滿足正常使用的要求第三節(jié)受彎構(gòu)件的強(qiáng)度一、正應(yīng)力繞單軸彎曲時(shí)：

繞雙軸彎曲時(shí)：

式中：

Mx、My

——繞x、y軸的彎矩（一般x軸為強(qiáng)軸，y軸為弱軸）；

Wnx、Wny——對(duì)x軸和y軸的凈截面抵抗矩；

、——截面塑性發(fā)展系數(shù)，梁受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載時(shí)對(duì)工字形截面

=1.05

＝1.20對(duì)箱形截面＝=1.05對(duì)其它截面，查相關(guān)知識(shí)一當(dāng)梁直接承受動(dòng)力荷載時(shí)，＝=1.0

f——鋼材抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

根據(jù)局部穩(wěn)定要求，當(dāng)梁受壓翼緣的自由外伸寬度與其厚度之比大于（但不超過(guò)）時(shí)，應(yīng)取＝1.0。其中fy為鋼材的屈服強(qiáng)度（或屈服點(diǎn)）：對(duì)3號(hào)鋼，取fy=235N/mm2；對(duì)16Mn鋼、16Mnq鋼，取fy=345N/mm2；對(duì)15MnV鋼、15MnVq鋼，取fy=390N/mm2。2.相關(guān)知識(shí)一受彎構(gòu)件（一）

截面塑性發(fā)展系數(shù)

當(dāng)壓彎構(gòu)件受壓翼緣的自由外伸寬度與其厚度之比大于而不超過(guò)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.4.1條的規(guī)定時(shí)，應(yīng)取。二、剪應(yīng)力工字形和槽形截面梁中，由于截面的壁厚遠(yuǎn)小于截面的高度和寬度，故可假設(shè)剪應(yīng)力的大小沿壁厚不變；又因壁的兩側(cè)表面皆為自由面，故又可認(rèn)為剪應(yīng)力的方向與周邊相切。根據(jù)這兩個(gè)假設(shè)可推導(dǎo)得剪應(yīng)力的計(jì)算公式：式中：

V——計(jì)算截面的剪力；

S——計(jì)算剪應(yīng)力處以上毛截面對(duì)中和軸的面積矩；

I

——毛截面慣性矩；

tw——腹板厚度；

fv——鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。工字形和槽形截面梁在截面中的剪應(yīng)力分布如圖所示。三局部壓應(yīng)力當(dāng)梁上翼緣受到沿腹板平面作用的集中荷載（如吊車輪壓、次梁傳來(lái)的集中力等），且該荷載處又未設(shè)置支承加勁肋時(shí)，計(jì)算腹板計(jì)算高度上翼緣的局部承壓強(qiáng)度，如圖：式中：

F——集中荷載，動(dòng)力荷載需考慮動(dòng)力系數(shù)；

ψ——集中荷載增大系數(shù)，重級(jí)工作制吊車梁ψ＝1.35；Lz——集中荷載在腹板計(jì)算高度上邊緣的假定腹板長(zhǎng)度，按下式計(jì)算：Lz=a+2hy

a——集中荷載沿梁跨度方向的支承長(zhǎng)度，吊車梁可取a為50mm；

hy——自吊車梁軌頂或其它梁頂面至腹板計(jì)算高度上邊緣的距離。四、折算應(yīng)力鋼材處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)按下式計(jì)算折算應(yīng)力：

、、——腹板計(jì)算高度邊緣同一點(diǎn)上同時(shí)產(chǎn)生的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力。其中正應(yīng)力：式中：

In——梁凈截面慣性矩；y1——所計(jì)算點(diǎn)至梁中和軸的距離；

——計(jì)算折算應(yīng)力的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)：、異號(hào)時(shí)，＝1.2；

當(dāng)與同號(hào)或時(shí)，＝1.1；、以拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。第四節(jié)受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定一、整體穩(wěn)定概念梁從平面彎曲狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺澟顟B(tài)的現(xiàn)象稱為整體失穩(wěn)，也稱彎曲失穩(wěn)。能保持整體穩(wěn)定的最大荷載稱臨界荷載，最大彎矩稱臨界彎矩。根據(jù)薄壁構(gòu)件計(jì)算理論，可建立梁的微分平衡方程，從而求解出梁的臨界彎矩。參見相關(guān)知識(shí)二（二）相關(guān)知識(shí)1.

梁的整體穩(wěn)定的計(jì)算原理單向受彎梁(即只在一個(gè)主平面內(nèi)彎曲的梁)，如圖所示，當(dāng)荷載不大時(shí)，只在yz平面內(nèi)產(chǎn)生彎曲變位v，但當(dāng)荷載達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，梁有可能突然產(chǎn)生在xz平面內(nèi)的彎曲變位u（稱為側(cè)向變位）和扭轉(zhuǎn)變形。如荷載繼續(xù)增加，梁的側(cè)向變位和扭轉(zhuǎn)將急劇增加，導(dǎo)致梁的承載能力的竭盡。梁從平面彎曲狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺澟顟B(tài)的現(xiàn)象稱為整體失穩(wěn)，也稱彎扭失穩(wěn)。能保持整體穩(wěn)定的最大荷載稱臨界荷載，最大彎矩稱臨界彎矩。

在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，真正的單向受彎的梁并不存在，因?yàn)楹奢d方向偏離主軸，梁的初彎曲、殘余應(yīng)力的存在和鋼材性能對(duì)主軸的不對(duì)稱分布等初始缺陷是不可能完全避免的。這些因素使梁一受到外荷載的作用，立即產(chǎn)生雙向彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。隨著荷載的繼續(xù)增加，梁的變形也相應(yīng)增加，而且增加速度越來(lái)越大。當(dāng)截面上的塑性區(qū)達(dá)到一定范圍之后，梁就不能繼續(xù)承擔(dān)更大的荷載。根據(jù)數(shù)值分析，在彈性階段時(shí)，殘余應(yīng)力對(duì)整體穩(wěn)定的影響很小，而初彎曲和加載偏心有一定影響，但沒有在彈塑性階段顯著。由于考慮初始缺陷影響將使彈性階段整體穩(wěn)定的計(jì)算太復(fù)雜，不便于應(yīng)用。因此，在彈性階段計(jì)算整體穩(wěn)定時(shí)不考慮初始缺陷的影響。而實(shí)際的簡(jiǎn)支梁端部存在或多或少的約束，對(duì)整體穩(wěn)定有利，這適當(dāng)補(bǔ)償了初始缺陷的不利影響。但在計(jì)算彈塑性階段的整體穩(wěn)定時(shí)需考慮初始缺陷的影響。下面來(lái)分析一種最簡(jiǎn)單的單向受純彎曲等截面梁的整體穩(wěn)定問題。梁的截面對(duì)稱于x軸，兩端受相等的彎矩M的作用，彎矩的作用平面平行于yz平面且通過(guò)截面的剪力中心，兩的兩端為簡(jiǎn)支。假定兩無(wú)初彎曲，材料均勻，處于彈性階段，不考慮殘余應(yīng)力。根據(jù)薄壁構(gòu)件計(jì)算理論，這種梁的平衡微分方程為：式中：u、v——剪力中心沿x、y方向的位移；

——扭轉(zhuǎn)角；Ix、Iy——對(duì)x、y軸的截面慣性矩；M——端彎矩。第一式是平面彎曲的微分方程，后兩式則是彎扭屈曲的微分方程，相互耦連。由于梁兩端為簡(jiǎn)支，截面不能扭轉(zhuǎn)（即扭轉(zhuǎn)角為），但可自由翹曲（即）。對(duì)y軸能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，彎矩（即），因此邊界條件為：當(dāng)和時(shí)，，，。解后兩式彎扭聯(lián)立微分方程，代入上述邊界條件后，可得彎扭屈曲臨界彎矩為：當(dāng)n=1時(shí)，就得到最低的彎扭屈曲臨界彎矩如果梁的截面對(duì)稱于y軸而不對(duì)稱于x軸（如圖）而荷載及支承條件等情況與前面的相同，則梁的彎扭屈曲微分方程與上式有所不同，經(jīng)理論推導(dǎo)得彎扭屈曲臨界彎矩為式中：y0——剪力中心S至形心C的距離（剪力中心在形心之下取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)）。受一般荷載（橫向荷載或端彎矩）的單軸對(duì)稱截面簡(jiǎn)支梁的彎扭屈曲臨界彎矩的一般式可用能量法推導(dǎo)得：式中：、、——與荷載類型有關(guān)的系數(shù)，見下表；

——橫向荷載作用點(diǎn)至截面剪力中心的距離（當(dāng)荷載作用在中心以下時(shí)取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)）。從上面計(jì)算式可以看出，影響梁彎扭屈曲臨界彎矩的因素很多，下面對(duì)幾個(gè)主要因素進(jìn)行分析。（1）

梁的側(cè)向抗彎剛度EIy、抗扭剛度GIt和抗翹曲剛度愈大，則臨界彎矩愈大。（2）

梁的跨度l（或側(cè)向支承點(diǎn)的間距）愈小，則臨界彎矩愈大。（3）

By值愈大則臨界彎矩愈大。例如受壓翼緣加強(qiáng)的工字形截面（或翼緣受壓的T形截面）的By值比受拉翼緣加強(qiáng)的工字形截面（或翼緣受拉的T形截面）的By值大，因此前者的臨界彎矩比后者的大。（4）

當(dāng)梁受純彎時(shí)，彎矩圖為矩形，梁中所有截面的彎矩都相等，此時(shí)值最小（），在其它荷載作用下值均大于1.0。（5）

橫向荷載在截面上的作用位置對(duì)臨界彎矩有影響，式中值愈大則臨界彎矩愈大。因此，對(duì)于工字形截面，當(dāng)橫向荷載作用在上翼緣時(shí)，值為負(fù)值，易失穩(wěn)，當(dāng)荷載作用在下翼緣時(shí)，值為正值，不易失穩(wěn)。（6）

梁支承讀位移的約束程度愈大，則臨界彎矩愈大。

公式中系數(shù)、、的值荷載類型跨度中點(diǎn)集中彎矩1.350.550.40滿跨均布荷載1.130.460.53純彎曲101上面推導(dǎo)均假定材料處于彈性階段，因此它們僅當(dāng)臨界應(yīng)力不超過(guò)比例極限時(shí)才適用。較長(zhǎng)的梁往往屬于這種情況，易產(chǎn)生彈性彎扭屈曲。而較短的梁則通常會(huì)產(chǎn)生非彈性（彈塑性）彎扭屈曲，這時(shí)截面中一部分進(jìn)入塑性階段，而塑性區(qū)的變形模量較彈性區(qū)的小，因此截面的各種有效剛度減小，臨界彎矩較按彈性計(jì)算時(shí)為小。

梁的非彈性彎扭屈曲的計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜。首先，截面分成彈性區(qū)和塑性區(qū)兩部分，有效剛度的計(jì)算較麻煩。其次，殘余應(yīng)力的影響較大，它的存在使截面提早出現(xiàn)塑性區(qū)，因而降低了臨界彎矩。二、規(guī)范對(duì)整體穩(wěn)定的規(guī)定構(gòu)造符合下列情況之一，可不計(jì)算梁的整體穩(wěn)定性：a）有鋪板密布在梁的受壓翼緣并與其牢固連接b）工字形截面簡(jiǎn)支梁受壓翼緣的自由長(zhǎng)度l1與其寬度b1之比不超過(guò)下表規(guī)定數(shù)值鋼號(hào)跨中無(wú)側(cè)向支承點(diǎn)的梁跨中有側(cè)向支承點(diǎn)的梁不論荷載作用在何處荷載作用在上翼緣荷載作用在下翼緣Q235鋼132016Q345鋼111713Q390鋼101612注：①l1指梁受壓翼緣的自由長(zhǎng)度：對(duì)跨中無(wú)側(cè)向支承點(diǎn)的梁，l1為其跨度；對(duì)跨中有側(cè)向支承點(diǎn)的梁，l1為受壓翼緣側(cè)向支承點(diǎn)間的距離（梁的支座處視為有側(cè)向支承）。②其他鋼號(hào)的梁不需計(jì)算整體穩(wěn)定性的最大l1/b1值，應(yīng)取3號(hào)鋼的數(shù)值乘以。③梁的支座處，應(yīng)采取構(gòu)造措施以防止梁端截面的扭轉(zhuǎn)。c）對(duì)箱形截面簡(jiǎn)支梁h/b06且l1/b095（235/fy）（圖）不滿足上述條件的梁需驗(yàn)算整體穩(wěn)定性a)在最大剛度主平面內(nèi)受彎的梁整體穩(wěn)定性驗(yàn)算公式：式中：

Mx——繞強(qiáng)軸作用的最大彎矩；Wx——按受壓翼緣確定的梁毛截面抵抗矩；——梁的整體穩(wěn)定系數(shù)。

的計(jì)算參見相關(guān)知識(shí)三b）在兩個(gè)主平面內(nèi)受彎的工字形截面梁整體穩(wěn)定驗(yàn)算：式中：

Wx、Wy——按受壓翼緣確定的梁毛截面抵抗矩；

——繞強(qiáng)軸彎曲所確定的梁整體穩(wěn)定系數(shù)；

——截面塑性發(fā)展系數(shù)。(二)相關(guān)知識(shí)三梁的整體穩(wěn)定系數(shù)（一）

焊接工字形等截面簡(jiǎn)支梁焊接工字形等截面（如圖）簡(jiǎn)支梁的整體穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算：式中：——梁整體穩(wěn)定的等效彎矩系數(shù)，按表采用；

——梁在側(cè)向支承點(diǎn)間對(duì)截面弱軸y-y的長(zhǎng)細(xì)比，l1為側(cè)向支承點(diǎn)之間的距離，iy為梁毛截面對(duì)y軸的回轉(zhuǎn)半徑；A——梁毛截面面積；h、t1——梁截面的全高和受壓翼緣厚度；——截面不對(duì)稱影響系數(shù)：對(duì)雙軸對(duì)稱工字形截面對(duì)單軸對(duì)稱工字形截面加強(qiáng)受壓翼緣加強(qiáng)受拉