金屬結(jié)構(gòu)期末真題及答案

金屬結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況1

A.圖片

?：?鳥(niǎo)巢

?:?南京長(zhǎng)江大橋；

?正在建設(shè)中的多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房

?Left,Top等。

B.金屬結(jié)構(gòu)的定義

以金屬材料軋制的型鋼（角鋼、工字鋼、槽鋼、鋼管等）和鋼板作為基木元件，通過(guò)

焊接、螺栓或鉀釘?shù)确绞?，按一定的?guī)律連接起來(lái)制成基本構(gòu)件后，再用焊接、螺栓或

鉀接將基本構(gòu)件連接成能夠承受外載荷的結(jié)構(gòu)物稱為金屬結(jié)構(gòu)。

C.金屬結(jié)構(gòu)的發(fā)展

材料上：鑄鐵f鍛鐵f鋼T鋁合金（高強(qiáng)低重）；

連接方式上：銷釘->鉀釘f焊接f高強(qiáng)度螺栓；

D.金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍

現(xiàn)代工廠廠房；

大跨結(jié)構(gòu):武漢長(zhǎng)江大橋、南京長(zhǎng)江大橋等；

高聳結(jié)構(gòu)：上海電視塔、氣象塔；

高層建筑：上海國(guó)貿(mào)中心大廈、京光中心大廈（208m）、美國(guó)世貿(mào)中心；

板殼結(jié)構(gòu)：油庫(kù)、油罐；

特種結(jié)構(gòu)：棧橋、井架等；

輕型鋼結(jié)構(gòu)：

△建筑工程機(jī)械：塔機(jī)、起重機(jī)、挖掘機(jī)、推土機(jī)等。

其它基本概念

金屬結(jié)構(gòu)的分類

A金屬結(jié)構(gòu)根據(jù)其幾何特征分類

■※桿系結(jié)構(gòu)

V

'※板結(jié)構(gòu)

B金屬結(jié)構(gòu)根據(jù)其外形分類

臂架結(jié)構(gòu):塔機(jī)、輪胎式起重機(jī)臂架等

車架結(jié)構(gòu):輪胎式起重機(jī)、汽車起重機(jī)等

塔架結(jié)構(gòu):塔機(jī)等

（人字架轉(zhuǎn)臺(tái):輪胎式起重機(jī)

門架結(jié)構(gòu):龍門起重機(jī)門架

C金屬結(jié)構(gòu)根據(jù)其連接方式分類

r較接結(jié)構(gòu)

<剛接結(jié)構(gòu)

L混合結(jié)構(gòu)

I）金屬結(jié)構(gòu)根據(jù)外載荷與結(jié)構(gòu)桿件在空間的相互位置不同分類

「平面結(jié)構(gòu)

?I空間結(jié)構(gòu)

E三大受力構(gòu)件2

受彎構(gòu)件

受壓構(gòu)件

壓彎構(gòu)件

金屬結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

A、強(qiáng)度高、重量輕；

B、塑性和韌性好；

C、材質(zhì)均勻:與工程力學(xué)所采用的基本假定較符合

D、制造方便，具有良好的裝配性；

E、密封性好：焊接；

F、耐高溫性差；

G、耐腐蝕性差.

金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求和金屬結(jié)構(gòu)的研究方向

A.金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求

(1)必須符合整機(jī)設(shè)計(jì)要求；

(2)必須具備足夠的承載能力；

(3)還應(yīng)具有足夠的靜態(tài)剛性和動(dòng)態(tài)剛性：

(4)要求結(jié)構(gòu)自重盡量輕；

(5)應(yīng)盡量使構(gòu)造合理；

(6)應(yīng)盡量使造型美觀、大方

B.金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

1.金屬結(jié)構(gòu)由基本元件組成構(gòu)件和由構(gòu)件組成結(jié)構(gòu)都要通過(guò)連接(焊接、抑接和栓接)，

所以連接設(shè)計(jì)和計(jì)算是金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容；

2.金屬結(jié)構(gòu)中有很多元件屬于細(xì)長(zhǎng)桿件或薄壁構(gòu)件,所以必須進(jìn)行局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)

定性的計(jì)算；

3.結(jié)構(gòu)自身重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)工作載荷，所以自重的估計(jì)非常重要；

4.載荷復(fù)雜，工況多，必須進(jìn)行正確的載荷組合。

C.建筑工程機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造的理論水平以及研究方向和趨勢(shì)：

1.研究和改進(jìn)設(shè)計(jì)理論及計(jì)算方法

建筑工程機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算，至今我國(guó)無(wú)專門的設(shè)計(jì)規(guī)范，大多參考《起重機(jī)

設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB3811-2008)、《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB"13752-92)和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)

范》(GB5007-2003)等，采用許用應(yīng)力計(jì)算法。

極限狀態(tài)計(jì)算法：《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB5007-2003)應(yīng)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)

2.二、改進(jìn)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)形式和開(kāi)發(fā)新穎的結(jié)構(gòu)形式；

3.研究采用新材.料：每減輕100kg起重機(jī)自重，可提

高30kg的起重量。

4.改進(jìn)制造工藝；

5.金屬結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化.

金屬結(jié)構(gòu)的主要力學(xué)性能

A.鋼材單向受力狀態(tài)下的性能3

1.彈性階段（0—A）

2.彈塑性階段（A—B）

3.塑性階段（B—C）

4.強(qiáng)化階段（C—D）

5.頸縮階段（D—E

B.鋼材復(fù)雜受力狀態(tài)下的性能

根據(jù)第四強(qiáng)度理論，可獲得鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)卜.由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)的判別式：

cr.t>q塑性狀態(tài),

er*<q彈性狀態(tài).

WJ+（7產(chǎn)二+4%）+3（《+4+&

0■內(nèi)=收+（平面應(yīng)力狀態(tài)）

。=JbFd（梁）

C.鋼材在連續(xù)反復(fù)載荷作用下的性能——疲勞

1.疲勞定義一鋼材在連續(xù)反復(fù)載荷作用下，即使其最大應(yīng)力低于抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈

服點(diǎn)，也可能發(fā)生脆性破壞，此現(xiàn)象稱為疲勞。

2.疲勞破壞的特點(diǎn)：

疲勞破壞與塑性破壞完全不同，往往是突然發(fā)生的脆性斷裂，在破壞前不出現(xiàn)顯著

的變形和局部收縮。

脆性破壞?般發(fā)生在應(yīng)力比較集中的區(qū)域，如截面突變處、焊縫連接處、鋼材表面缺口

處等。由于疲勞強(qiáng)度直接影響了結(jié)構(gòu)的安全可靠性，故是金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)之一。

3.影響疲勞強(qiáng)度的因素

鋼材標(biāo)號(hào)、連接接頭形式、結(jié)構(gòu)特征、應(yīng)力變化幅度以及載荷重復(fù)次數(shù)等。

鋼材的脆性破壞

A.影響金屬結(jié)構(gòu)脆性破壞主要因素有：

1.化學(xué)成分

碳（C）：鋼材強(qiáng)度的主要來(lái)源，但是隨其含量增加，強(qiáng)度增加，塑性降低，可焊性

降低，抗腐蝕性降低。一般控制在0.12%?0.2%,在0.2%以下時(shí)，可焊性良好

硫（S）：熱脆性，不得超過(guò)0.05%

磷（P）：冷脆性?？垢g能力略有提高，可焊性降低。不得超過(guò)0.045%

鎬（Mn）：合金元素。弱脫氧劑。與S形成MnS,熔點(diǎn)為

1600℃,可以消除?部分S的有害作用。

硅（Si）：合金元素。強(qiáng)脫氧劑。

氧（O）：有害雜質(zhì)，效果同S。

氮（N）：有害雜質(zhì)，效果同P。

2.應(yīng)力集中

構(gòu)造缺陷：構(gòu)件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突變等4

應(yīng)力集中：由于構(gòu)造缺陷，應(yīng)力不均勻，力線變曲折，

缺陷處有高峰應(yīng)力。

應(yīng)力集中的危害：塑性降低，脆性增加

構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免截面突變和尖銳角的情況

3.加工硬化

概念：

鋼材在常溫下經(jīng)過(guò)沖孔、剪切、冷拉、校直等冷加工后，會(huì)產(chǎn)生局部或整體硬

化，使鋼材的強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性下降，這種現(xiàn)象稱加工硬化。

現(xiàn)象：

在硬化區(qū)域中，鋼材易出現(xiàn)裂縫、損傷和應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼材變脆；

解決方案：

常需作退火處理

4.溫度

正溫和負(fù)溫

鋼材的標(biāo)號(hào)、規(guī)格及其選擇原則

A鋼材的標(biāo)號(hào)

1.碳素結(jié)構(gòu)鋼

Q195、Q215、Q235、Q255和Q275

限｝[F、b、⑵]

Q235

[C][(Z)]

[D]KTZ)]

---------脫氧方法

質(zhì)量等級(jí)

2.低合金鋼

1.Q295、Q345、Q390、Q420、Q460

2.Q345（如16Mn）是金屬結(jié)構(gòu)常用的鋼種。

分為：

Q345A、Q345B、Q345C、Q345D和Q345E。

A級(jí)：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)和伸長(zhǎng)率及硫、磷含量

B、C、D級(jí)：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長(zhǎng)率、冷彎和沖擊韌性（分別為20℃、0

℃、-20℃）及碳、硅、鎰、硫、磷含量

E級(jí)：除滿足D級(jí)的要求外，還要求-40C時(shí)的沖擊韌性

3.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼是含碳小于0.8%的碳素鋼，含雜質(zhì)元素較少，硫、磷含量都不

大于0.035%,并且嚴(yán)格限制其他缺陷。所以這種鋼材具有較好的綜合性能。

制造高強(qiáng)度螺栓的45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼

B.鋼材的規(guī)格

1.鋼板

鋼板有薄鋼板、厚鋼板、特厚鋼板和扁鋼（帶鋼）：

圖紙中對(duì)鋼板規(guī)格采用“一寬X厚X長(zhǎng)”或“一寬X厚”表示，如800X10X6000,450

X8。

2.角鋼

角鋼分等邊角鋼和不等邊角鋼兩種。

角鋼用符號(hào)1_以及肢寬、肢厚、長(zhǎng)度表示。

等邊角鋼：1-50X50X5-3000或1-50X5-3000表示肢寬為50mm、肢厚為5mm、長(zhǎng)

為3000mmo

不等邊角鋼：L160X100X12-4000,表示長(zhǎng)肢寬為160mm、短肢寬為100mm、肢

厚為12mm、長(zhǎng)度為4000mmo

3.工字鋼

工字鋼分普通工字鋼和輕型工字鋼兩種。

普通工字鋼用號(hào)數(shù)表示，號(hào)數(shù)即為其截面高度的厘米數(shù)，20號(hào)以上工字鋼，同一

號(hào)數(shù)有三種腹板厚度，分別為a,b,c三類。a類腹板最薄、翼緣最窄，b類較厚較

寬，c類最厚最寬。例如I20a-5000,表示截面高度為20cm、腹板為a類、長(zhǎng)度為5m

的工字鋼。

輕型工字鋼可用漢語(yǔ)拼音符號(hào)“Q”表示，如QI40,即表示截面高度為40cm的輕型工

字鋼。

4.H型鋼分熱軋和焊接兩種。熱軋H型鋼分為寬翼緣H型鋼（代號(hào)為HW）、中

翼緣H型鋼（HM）、窄翼緣H型鋼（HN）和H型鋼柱（HP）等四類。

H型鋼規(guī)格標(biāo)記為高度（H）X寬度（B）義腹板厚度（tl）X翼緣厚度（t2）,如

H340X250X9X14,表示高度為340mm,寬度為250mm,腹板厚度為9mm，翼緣厚

度為14mm。

5.T型鋼

T型鋼由H型鋼剖分而成，分為寬翼緣剖分T型鋼（TW）、中翼緣剖分T型鋼（TM

和窄翼緣剖分T型鋼（TN）等三類。

剖分T型鋼規(guī)格標(biāo)記采用高度（〃）X寬度（8）X腹板厚度（〃）X翼緣厚度（/2）

表示，如T248X199X9X14,表示高度為248mm,寬度為199mm,腹板厚度為9mm,

翼緣厚度為14mm。它是窄翼緣T型鋼。

6.鋼管

鋼管分無(wú)縫鋼管和焊接鋼管兩種，焊接鋼管由鋼板卷焊而成，又分為直縫焊鋼管

和螺旋焊鋼管兩類。鋼管的規(guī)格以外徑（mm）X壁厚（mm）來(lái)表示；冠以符號(hào)帆如外徑

60mm、壁厚10mm、長(zhǎng)度10m的無(wú)縫鋼管?？杀硎緸?lt;|>60X10-10000?

B.鋼材的選擇原則

1.結(jié)構(gòu)的重要程度和使用要求

2.載荷的性質(zhì)：動(dòng)載荷選優(yōu)質(zhì)鋼材

3.連接方式：焊接對(duì)鋼材要求高

4.結(jié)構(gòu)的工作溫度：注意低溫脆斷

5.結(jié)構(gòu)的受力性質(zhì)：拉應(yīng)力5

作用在金屬結(jié)構(gòu)上的載荷及其組合6

A.載荷種類

1.自重載荷

自重載荷是指機(jī)械的結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)和電氣設(shè)備等的重力。

2.工作載荷一機(jī)械結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)中承受的載荷

3.慣性載荷

慣性載荷又稱慣性力，通常包括：機(jī)械的變幅機(jī)構(gòu)非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)作變速運(yùn)動(dòng)的

質(zhì)量慣性力、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作時(shí)回轉(zhuǎn)質(zhì)量的法向慣性力和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)回轉(zhuǎn)

質(zhì)量的切向慣性力、機(jī)械自身質(zhì)量等的水平慣性力等。

4.沖擊載荷

是指運(yùn)行機(jī)構(gòu)沿道路或軌道行使時(shí)，由于道路不平或軌道接頭的影響，對(duì)結(jié)構(gòu)

產(chǎn)生的垂直方向的最大振動(dòng)慣性力。

5.自然載荷一風(fēng)、雪、冰、溫度變化和地震等載荷

6.其他載荷

它載荷包括結(jié)構(gòu)在運(yùn)輸或安裝過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)沖擊力、捆扎力、吊裝力等特

殊載荷

B.載荷組合

根據(jù)上述載荷的不同特點(diǎn)和載荷出現(xiàn)的頻繁程度，也可將載荷劃分為基本載荷、

附加載荷和特殊載荷三大類。

1.基本載荷——機(jī)械主要承受的載荷，是始終或經(jīng)常作用在結(jié)構(gòu)上的，包括自重載

荷、工作載荷、慣性載荷和沖擊載荷；

2.附加載荷——機(jī)械在正常工作狀態(tài)下結(jié)構(gòu)所受到的非經(jīng)常性作用的載荷，包括工

作狀態(tài)下的風(fēng)載、機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中引起的水平側(cè)向力等；

3.特殊載荷——指機(jī)械處于非工作狀態(tài)或試驗(yàn)狀態(tài)下的載荷，包括風(fēng)載、安裝載荷、

地震載荷、試驗(yàn)載荷、碰撞我荷、濕度我荷等。

金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法

A.總安全系數(shù)的許用應(yīng)力計(jì)算法

考慮到各種不利因素影響，用一個(gè)總安全系數(shù)K來(lái)解決，即將鋼材可以使用的最大

強(qiáng)度（如屈服強(qiáng)度）除以一個(gè)籠統(tǒng)的安全系數(shù)。作為結(jié)構(gòu)的計(jì)算時(shí)容許達(dá)到的最大應(yīng)力-

許用應(yīng)力。

B.三個(gè)系數(shù)的極限狀態(tài)計(jì)算法

C.以結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)為依據(jù)，多系數(shù)分析后用單一安全系數(shù)的許用應(yīng)力計(jì)算法

YNi

⑻=S=S

K&K2K3

D.以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

極限狀態(tài)的概率設(shè)計(jì)法是把各種參數(shù)（載荷效應(yīng)、材料抗力）作為隨機(jī)變量，

運(yùn)用概率分析法并考慮其變異性來(lái)確定設(shè)計(jì)采用值。這種把概率分析引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

的方法顯然比許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法先進(jìn)。

連接類型

A.焊接

優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單、省材料、易加工，易采用自動(dòng)化作業(yè)，可用于復(fù)雜形狀構(gòu)件的連接等。

缺點(diǎn)：質(zhì)量檢驗(yàn)費(fèi)事，連接剛度大，會(huì)引起結(jié)構(gòu)的變形和產(chǎn)生殘余應(yīng)力。

B.螺栓連接

優(yōu)點(diǎn)：裝配便利、迅速，可用于結(jié)構(gòu)安裝連接或可拆卸式結(jié)構(gòu)中。

缺點(diǎn)：是構(gòu)件截面削弱，易松動(dòng)。

分類：分為普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓連接兩種

普通螺栓又分粗制螺栓和精制螺栓。

C.例釘連接

優(yōu)點(diǎn)：塑性和韌性較好，便于質(zhì)量檢查，故經(jīng)常用于承受動(dòng)力載荷的結(jié)構(gòu)中。

缺點(diǎn)：制造費(fèi)工、用料多，釘孔削弱構(gòu)件截面，因此目前在機(jī)械制造中已逐步由焊接所

取代。

C.銷軸連接

焊縫連接

A.焊接接頭的型式和焊縫種類

焊接接頭的型式主要有四種：對(duì)接、搭接、T型接和角接。

B.焊縫種類

按不同分類方法焊縫可分為以下幾種形式：

①按空間位置可分為俯焊縫、橫焊縫、立焊縫及仰焊縫；

②按焊縫斷續(xù)情況可分為連續(xù)焊縫和斷續(xù)焊縫；

③按結(jié)合方式可分為對(duì)接焊縫、角焊縫及塞焊縫；

④按承載方式可分為工作焊縫和聯(lián)系焊縫。

C.焊縫符號(hào)標(biāo)注

焊縫符號(hào)主要由基本符號(hào)、輔助符號(hào)、補(bǔ)充符號(hào)、焊縫尺寸符號(hào)和指引線等組成。

D.對(duì)接焊縫的計(jì)算

1）在軸心力作用下

2）在剪力和彎矩共同作用下

。=；4同］或［七

3）在軸心力N、剪力Q和彎矩M共同作用下

。=卜*何］或［吟7

<[r；']

心=V（T2+3T2<1.門或1.195

E.角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算

1）角焊縫在軸心力N作用下的計(jì)算（N可以垂直于焊縫長(zhǎng)度也可以平行于焊縫長(zhǎng)度）

r,v=—=---之一<［力

2）角焊縫在剪力Q和彎矩M共同作用下的計(jì)算

3）角焊縫在軸心力N、剪力Q和彎矩M共同作用下的計(jì)算

<［7；］

4）貼角焊縫在扭矩Mt和剪力Q共同作用下的計(jì)算

.。

rQ0.701

9

q=My,=Mj,

的=J(%+%)2+%2wWi

高強(qiáng)螺栓計(jì)算

A.高強(qiáng)螺栓連接的原理

第一種是摩擦型連接，利用高強(qiáng)度螺栓的強(qiáng)大預(yù)拉力將連接構(gòu)件夾緊，依靠構(gòu)件接觸面間的

摩擦阻力來(lái)傳遞構(gòu)件的內(nèi)力

第二種是承壓型連接，摩擦力、螺栓剪力和承壓力三者共同作用

第三種是軸向受拉連接，螺栓軸向受拉

B.高強(qiáng)螺栓連接的預(yù)拉力和摩擦系數(shù)

表3-8高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力值（KN）

規(guī)格

M20M22M24

1號(hào)

45銅120150175

40硼鋼160200230

表3-9摩擦系數(shù)/值

構(gòu)件的綱號(hào)

在連接處構(gòu)件接觸面的處理方法

3號(hào)鋼16砧鍋

嗔妙0.450.55

噴砂，或酸洗）后涂無(wú)機(jī)富梓漆0.350.40

軋制表面、布紇刷清印部區(qū)（或未經(jīng)處

再但軋制衣而卜凈）0.300.35

C.高強(qiáng)螺栓連接的承載能力

1）單個(gè)高強(qiáng)螺栓的抗剪許用承載能力

[N']=OJnm-f-P

2）單個(gè)高強(qiáng)螺栓抗剪、抗拉的許用承載能力

NWO.7P

W]=0.7〃,J（P-1.4N）

3）承受軸心力N作用時(shí)的計(jì)算

4）承受彎矩作用時(shí)的計(jì)算

蜘

N\10

NWO.7P

5）受軸心力N、Q和扭矩M作用下的計(jì)算

扭矩M作用下

M

N：=

育+z”

山M

N\=、2,v*2X[

/,xi+〉J

N。=2

n

/、2/

zNMQM

Mnax=[―2.V1―2"y1+Vs―2.V1一

6)構(gòu)件凈截面強(qiáng)度計(jì)算

構(gòu)件凈截面所受力

N'=N-0.4x〃|x—=N(l-0.42)

nn

構(gòu)件凈截面強(qiáng)度

cr=—<[cy]

Aj

構(gòu)件毛截面強(qiáng)度

<T=—<fcr]

A

普通螺栓連接

A.普通螺栓的種類和連接特點(diǎn)

粗制螺栓（C級(jí)螺栓），Q235鋼熱壓而成，螺孔直徑一般比螺栓直徑大1?2mm精度差，一

般只能用作拉力螺栓，不宜用作剪力螺栓?？撞捎肏類孔。

精制螺栓（A、B級(jí)螺栓），Q235或35號(hào)鋼車制而成，表面光滑，尺寸準(zhǔn)確，螺孔直徑?

般比螺桿直徑僅大0.2?0.3mm。常用作剪力螺栓。對(duì)螺孔制作要求很高，應(yīng)為I類孔。

B.螺栓連接的型式和布置

1）按受力性質(zhì)，普通螺栓分為剪力螺栓、拉力螺栓和拉剪螺栓。

并列錯(cuò)列

C.剪力螺栓連接的計(jì)算

1）剪力螺栓連接的破壞形式

螺栓桿被剪斷而破壞；

構(gòu)件孔壁被螺栓桿擠壓而產(chǎn)生破壞；

截面被拉斷而破壞

2）單個(gè)受剪螺栓的承載力計(jì)算

螺栓抗剪：［N；］=勺弓-［尸］

孔壁承壓：［M］=dZa

最大承載力：=

3）受軸心力作用的受剪螺栓連接計(jì)算11

4）受軸心力N、Q和扭矩M作用下的計(jì)算12

泊

1仲外『、N

h.—,??、Z■—一?一］一■\

I0令b<>'M

/\2z

7NMQM

7V=--1------------v+--\-----------

1（〃工尤,+工乂）（〃*x,+2%

D.拉力螺栓連接的計(jì)算

1）單個(gè)拉力螺栓連接的承載能力計(jì)算

W]=苧【切

2）受軸心拉力N的受拉螺栓連接計(jì)算

W1

3）受力矩M作用的受拉螺栓連接計(jì)算

氣='=善￡31

4）受軸心拉力N和力矩M同時(shí)作用的受拉螺栓連接計(jì)算:

先假定構(gòu)件繞螺栓群形心轉(zhuǎn)動(dòng)

」此

皿，〃"

13

mm〃E/

Nmin^O時(shí)，說(shuō)明螺栓受拉，構(gòu)件繞形心轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)對(duì)螺栓群中心取距，必須滿足：

1N=N.=—+<[A^/]

max，〃z-2一I'/」

Nnin<。時(shí)，說(shuō)明連接下部受壓，構(gòu)件繞底排螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)對(duì)底排螺栓取距，必須滿足:

2>，

梁的強(qiáng)度、剛度

A.強(qiáng)度驗(yàn)算

1）正應(yīng)力

單向彎曲。="《[司

WJ

MM,

雙向彎曲cr=--+一-<[cr]

%%

2）剪應(yīng)力T=

13

pp

3）局部擠壓應(yīng)力==<[o']

o-zo（a+2hv）

z=a+2hy

a=50mm

4)折算應(yīng)力14

%=標(biāo)+優(yōu)-(7.+3y<

B.剛度驗(yàn)算

f=5"

384E/

梁的整體穩(wěn)定性

(r=-^-<[cr]

1)對(duì)壓制工字鋼整體穩(wěn)定性系數(shù)，按表查取

2)軋制槽鋼簡(jiǎn)支梁的整體穩(wěn)定系數(shù)

自由長(zhǎng)度Z（m）

項(xiàng)次載荷情況工字例型號(hào)

2345678910

10?202.01.300.990.800.680.580.530.480.43

1MF上翼綠22?322.41.481.090.860.720.620.540.490.45

中36?632.81.601.070.830.680.560.500.450.40

無(wú)

10-203.11.951.341.010.820.690.630.570.52

向

2下翼綠22?40-2.801.341.371.070.860.730.640.56

45-63——2.301.621.200.960.800.690.60

10?201.71.120.840.630.570.500i440.410.37

上翼緣1.300.930.730.600.510.450.400.36

3跨22?402.1

中45?632.61.450.970.730.590.500.440.380.35

無(wú)

向10?202.51.551.080.830.680.560.520.470.42

向

4下翼綠22?40一2.201.451.100.850.700.600.520.40

45?63一—1.801.250.950.780.650.550.49

跨中有側(cè)向10-202.21.391.010.790.660.570.520.470.42

5支承點(diǎn)的梁《不論22?403.01.801.240.960.76U.650.560.490.43

戴荷作用于何處）45?63—2.201.381.010.800.660.560.490.43

注：①項(xiàng)次1,2中集中簌荷的含義見(jiàn)表46的注，

②對(duì)3號(hào)相和2號(hào)銅，應(yīng)按表中的%值取用，對(duì)16隹鋼和16鎰橋鋼，表中的外值應(yīng)乘以管;

③未寫出的數(shù)值均大于3.60.

5704240

lher.

3）對(duì)組合工字形截面的雙軸對(duì)稱懸臂梁和簡(jiǎn)支梁（無(wú)論是雙軸對(duì)稱或單軸對(duì)稱截面）

??It,.I,h、2240

…（…盛工v\）、

組合梁的截面設(shè)計(jì)

A.組合梁的截面選擇

1）梁高h(yuǎn)的確定

①梁的最大高度6max，由總體設(shè)計(jì)時(shí)給出。

②梁的最小高度心血應(yīng)滿足剛度條件。

集中載荷作用力min

6可［

均布載荷作用儲(chǔ)m=蕓制

?或%=7折—30cm

③梁的經(jīng)濟(jì)高度々4K

h<A</?

④最終梁的高度"'15

hr

2）腹板尺寸的確定16

腹板的高度60稍小于梁高〃，并應(yīng)符合鋼板規(guī)格，取5mm或10mm的倍數(shù)

腹板厚度應(yīng)盡可能取得小一些，以減輕梁的自重

2h

工字形梁：3=6+——mm

1000

2h

箱形梁：5=4+——mm

1000

3）翼緣尺寸的確定

為力

B.組合梁的變截面設(shè)計(jì)

通常采用如下兩種改變截面尺寸的方法:

一是改變梁高，即改變腹板高度h0；

二是改變翼緣尺寸b

1）改變梁的高度

圖4-14改變高度的變截面梁

對(duì)均布載荷簡(jiǎn)支梁：d=(

對(duì)同時(shí)承受移動(dòng)集中載荷P和均布載荷q的簡(jiǎn)支梁

2(〃+尸)士40+P)2-3鼠2+P)l

d=-----------------------------------Z--------

6q

改變后的梁高

2)改變梁的翼緣尺寸

梁的局部穩(wěn)定性

A.組合梁局部穩(wěn)定性的概念

薄板的局部區(qū)域由原來(lái)的平面狀態(tài)變成鼓曲狀態(tài)的現(xiàn)象稱為梁的局部失穩(wěn)

B.板局部穩(wěn)定的臨界應(yīng)力

1)板在各種應(yīng)力單獨(dú)作用下的彈性臨界應(yīng)力

臨界壓縮應(yīng)力crlc,r=小晨加

臨界剪切應(yīng)力rcr=/KQE

臨界局部擠壓應(yīng)力。皿=xKm(yR

外2

?19(1003/

%12(1-〃2)與，

2)四邊簡(jiǎn)支板在彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力T和局部擠壓應(yīng)力6n共同作用下臨界復(fù)合應(yīng)力

計(jì)算17

,。：+或一。巴,+3尸

18

苧*件(廠

巧

當(dāng)臨界復(fù)合應(yīng)力超過(guò)0.75os時(shí)，應(yīng)按下式折減復(fù)合應(yīng)力

*=b,(l-)

5.3巧,"

3)局部穩(wěn)定性許用應(yīng)力計(jì)算

臨界復(fù)合應(yīng)力不超過(guò)0.75G時(shí)，[4/=%”

臨界復(fù)合應(yīng)力超過(guò)0.75G時(shí)，[%,]=5。

n

4)局部穩(wěn)定驗(yàn)算

5=荷+城一叫,+3,<[4,]

C.翼緣寬厚比和腹板的高厚比

1)翼緣的寬厚比

⑴工字形截面梁的翼緣寬厚比

h

(2)箱形截面梁的翼緣寬厚比e

2)腹板的高厚比

240

(1)在彎曲應(yīng)力。作用下<135

h

(2)在剪切應(yīng)力t作用下，<84.1

(3)在局部擠壓應(yīng)力作用下

D.保證梁局部穩(wěn)定的措施

(1)增加板的厚度t或6控制板的寬厚比或高厚比,主要用于梁的翼緣板.

(2)配置加勁肋，減少板的邊長(zhǎng)或?qū)挾取?/p>

(3)將截面中有可能失去局部穩(wěn)定的部分視為無(wú)效部分，按剩余的有效截面，來(lái)驗(yàn)證梁的強(qiáng)

度和整體穩(wěn)定性。

由此可見(jiàn)，翼緣板的局部穩(wěn)定常采用限制寬厚比的方法來(lái)保證；而腹板的局部穩(wěn)定條件常采

用配置加勁肋的方法來(lái)解決。19

表4-6組合梁的計(jì)算公式

計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式

最大正應(yīng)力：(44)

。=M4卬]

雙向彎曲應(yīng)力：(4-2)

<7=-+^-<[(7]d

強(qiáng)度

最大剪應(yīng)力：

局部擠壓應(yīng)力：(4-4)

4=料可

折算應(yīng)力：(4-5)

=府+31<1,1[<7]

(4-27)

M〃，若外>0.8，用或代替；若弘22.5，則不

。=—Q

整體穩(wěn)定

必臉?biāo)悖蝗羰軌阂砭売袆傂凿伆寤蚬ぷ中谓孛妗?lt;

A

表4-5中數(shù)值，也不必驗(yàn)售.

受壓翼綾八4，//240

外伸部分：-W16(_(4-22)

，s[240

箱也截面在兩腹板之間的部分：—<49—(4-23)

tRq

局部穩(wěn)定

(1)在彎曲應(yīng)力c作用下：—<135星

腹板(4-24)

?V

(2)在剪切應(yīng)力t作用下：^.<84.1^1

(4-25)

(3)在局部擠壓應(yīng)力作用下：，4763后(4-26)

軸心受力構(gòu)件的種類和截面型式

A.受力特點(diǎn)

軸向內(nèi)力通過(guò)截面形心且與構(gòu)件軸線相平行，使截面上產(chǎn)生均勻拉應(yīng)力或壓應(yīng)力

B.種類

根據(jù)截面形式分為：實(shí)腹式和格構(gòu)式20

軸心受力構(gòu)件強(qiáng)度和剛度

A.強(qiáng)度驗(yàn)算

B.剛度計(jì)算

A<[A]

2=L

整體穩(wěn)定性

A.臨界載荷N0=NE=巴與

22

NE_7TEI_71E

B.臨界應(yīng)力er。=<T￡

AQA/I2

N

C.滿足條件<y<--<[CT]

(pA

單肢穩(wěn)定性條件

N

7N

4J

r\

實(shí)腹式軸心受力構(gòu)件的局部穩(wěn)定性

A.局部穩(wěn)定性控制條件21

+0.U

(h)

圖5-7實(shí)腹式壓桿截面幾何尺寸

B保證局部穩(wěn)定性的措施

(1)增加翼緣板厚t

⑵加置縱向加勁肋

采用有效截面計(jì)算，腹板截面面積僅考慮兩側(cè)寬度各為2三40

(3)

格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件綴材的計(jì)算

A.構(gòu)件剪力計(jì)算

(a)

S5-10剪力Q在各級(jí)材平面內(nèi)的分配

B.綴條和綴板的計(jì)算

1）綴條計(jì)算

單綴條式：

cosa

交叉綴條式：。“=—心

2cosa

計(jì)算長(zhǎng)度的確定

A.等截面構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度

帶中間支承的等截面壓桿的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)u22

\4

0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

前圖\

序號(hào)\

圖a2.001.871.731.6。1.471.R41.221.IS1.061.011.00

圖b2.001.851.701.55L401.26Lil0.980.850.760.70

圖＜?n.70n.65060056052050052o560.60065070

圖d0.700.650.590.540.4;)0.440.410.410.440.470.50

圖e0.500.460.430.390.360.350.360.390.430.460.50

圖f0.500.470.440.410.410?440.490.540.590.650.70

帶中間支承的等截面壓桿的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)口

0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

序x號(hào)\

圖a2.001.871.731.fi()1.471.R41.2ai.ia1.061.011.00

圖b2.001.851.701.551.401.261.110.980.850.760.70

圖「0.70A.650600.560.520500520560.60065070

圖＜10.700.650.590.540.490.440.410.410.440.470.50

圖G0.500.460.430.390.360.350.360.300.430.460.50

圖f0.500.470.440.410.410.440.490.540.590.650.70

B.具有非保向力構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度

由非保向力作用的壓桿計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)〃值23

K7r00.10.20.30.40.50.60.7

2.001.921.831.751.651.551.441.34

KT0.80.91.01.11.21.52.000

1.211.111.000.900.850.770.7450.70

壓桿承受的總壓力為N,其中網(wǎng)為非保向力，(1—K)N為保向力，K為小于1的系數(shù)。

已知如圖所示工字形截面軸心壓桿，桿長(zhǎng)l=4m,兩端錢支，軸心壓

力N=600kN,鋼材為Q235B鋼，焊條為E43型，試驗(yàn)算構(gòu)件的強(qiáng)度、

剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定性。(6]=170MPa)

解：1、截面兒何特性

2

4=4+A2-40+10.8=50.8c/w

1,,13180+10

I=—x0.6xl8+2x—x20xl+2x(20xl)x(-------),

12122

=291.6+3.3+180500=180794.9cw

180794.9

------------=59.1cm

50.8

2x—xlx203=1330cm424

12

25

2、許用應(yīng)力及許用長(zhǎng)細(xì)比

查表2-2,1416得：q=235N/nwT

查表3-11載荷組合B得：安全系數(shù)n=1.34

許用應(yīng)力：=235/1.34=175N/mm2。

查表4-1得：W=150

3、剛度校核

由于機(jī)=/。了，而心>白，故截面僅需對(duì)V軸作剛度和穩(wěn)定控制。

2,.=-^=—=78.5<[A]=150

rv5.11

構(gòu)件剛度滿足要求

3、穩(wěn)定性校核

由力，查表4-3截面屬于b類，查附錄四表4-2的穩(wěn)定系數(shù)9=8696

N600x1(?，,,

-----=----------------------=169.7N/mm~<[tr]

(pA0.696x50.8xlO2

構(gòu)件整體穩(wěn)定性滿足要求。

由于構(gòu)件沒(méi)有截面削弱，強(qiáng)度必然滿足要求。

故：構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度及整體穩(wěn)定性滿足要求。

例題4-2

如圖4-6所示一兩端錢支的綴條式軸心受壓構(gòu)件，桿

長(zhǎng)為8m,主肢為[36b,主肢外邊緣尺寸360mm,?綴條為

L50x4,綴條與水平成45%按載荷組合A計(jì)1二

算壓力

N=1740kN,閃=120,材料主肢和綴條均為Q235B,試

驗(yàn)算構(gòu)件的整體穩(wěn)定。

I

解：1、截面特性

按附錄型鋼表查得：

[36b的截面特性為：A=68.09cm2,_

rxl=l3.63cm,ry1=2.7cm,zO=2.37cm,Iylj=496.7cm;

L50x4的截面特性為：Al=3.897cm,rl=0.99cm

A=2x68.09=136.18cm2,

茂瑞=58.7—0

/,=2/I+24.方

也J5.3皿

35

=2x496.7+2x68.09x(——2.37)2=32167cw42x68.09

2

查表3-2,f416得：cr=235N/nim2

查表2-11載荷組合A的安全系數(shù)為：1.48

[b]=234/1.48=158N//W〃2

3、穩(wěn)定性校核

由于4,，＜〃，故只要按小計(jì)算的穩(wěn)定應(yīng)力滿足，按乙，計(jì)算的穩(wěn)定應(yīng)力也必定滿足。

由4=58.7,查表4-3截面屬于b類，查附錄四表4-2,得9=0.815

構(gòu)件對(duì)實(shí)軸的整體穩(wěn)定應(yīng)力:

_N_1740x1()3

=156.8^/ww2<[cr]

~(pA~0.815x2x6809x1()2

故構(gòu)件整體穩(wěn)定性滿足要求。

偏心受力構(gòu)件的種類和截面形式

A.受力特點(diǎn)

軸向力不通過(guò)構(gòu)件截面形心而具有偏心距，以致產(chǎn)生偏心彎矩;

軸心力隨通過(guò)截面形心，但構(gòu)件又同時(shí)承受橫向力作用。

B.偏心受力構(gòu)件的截面形式

偏心受力構(gòu)件的計(jì)算26

A.強(qiáng)度計(jì)算

軸向力N和單向彎矩M作用下:

*電±旦d]

軸心拉力N和雙向彎矩Mx,My作用時(shí):

My

a工+L+<[<T]

AJ-

B.剛度計(jì)算丸＜U]

27

C.整體穩(wěn)定性

《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB3811-2008)把構(gòu)件單向偏心受壓時(shí)彎矩作用平面內(nèi)和彎矩作用平

面外的穩(wěn)定、雙向偏心受壓時(shí)的彎扭屈曲計(jì)算統(tǒng)一起來(lái)，采用三項(xiàng)式表示。

+

N+1uAuAnxfix/rIiI

----------77--------------------------------------&Ib1

A(PW]N(pwWx

0.9NE

N,1CQMX+CHXM1CoM—/

my

A(pw]NWx]NWY~

0.9N及