大学课件：钢结构

1、 钢 材 的 主 要 力 学 性 能 强度 塑性 冲击韧性 冷弯性能 可焊性 z向收缩率 屈服强度fy 为设计依据 抗拉强度fu为安全储备 伸长率、断面收缩率衡量 是判别钢材塑性及冶金质 量的综合指标 第三节第三节 钢材的主要力学性能钢材的主要力学性能 f 3 f f 22 3 塑性破坏 脆性破坏 疲劳破坏 破坏时有很大的塑性变形 破坏突然、几乎不出现塑性变形 没有明显变形的突然破坏 原因：1、钢材质量差 2、结构、构件的构造不当 3、制造安装质量差 4、结构受较大动力荷载 f只有正应力 3 f f 只有剪应力 f 22 3有正应力和剪应力 二、钢材的破坏形式 塑性破坏脆性破坏 三、发生脆性破

2、坏的原因 1、钢材质量差 2、结构、构件的构造不当 3、制造安装质量差 4、结构受较大动力荷载 钢材疲劳破坏的影响因素 应力循环形式 应力循环次数 应力集中程度及残余应力 反复荷载引起的应力种类（拉、压应力、剪应力等） 应力幅（即最大应力和最小应力的差值） 疲劳计算的条件 直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接， 且当应力变化循环次数超过5万次。 疲劳计算 1、常幅疲劳计算 例题：某承受轴心拉力的钢板（两侧为半自动切割） 钢板承受重复荷载作用，预期循环次数n=5105，其 容许应力幅为多少？ 1 n c 常幅疲劳容许应力幅 2、变幅疲劳计算 焊缝连接形式和种类焊缝连接形式和种类 按被连接

3、钢材的相对位置分按被连接钢材的相对位置分 按施焊的方位分按施焊的方位分 按受力特点分按受力特点分 角焊缝角焊缝 对接焊缝对接焊缝 q235用e43 q345用e50 w c w t w ff tl n 或 不验验算焊缝强度 可56.3 即1.5 tg当 可 时 w t w v x x w c w t x f f ti vs ff i my 1 . 13 22 max max max 或 二、焊缝连接形式和种类二、焊缝连接形式和种类 1、按被连接钢材的相对位置分：对接、搭接、按被连接钢材的相对位置分：对接、搭接、t行连接、角接行连接、角接 2、按施焊的方位分：平焊、立焊、横焊、仰焊、按施焊的方位

4、分：平焊、立焊、横焊、仰焊 3、按受力特点分：对接焊缝、角焊缝、按受力特点分：对接焊缝、角焊缝 w c w t w ff tl n 或 w t w v x x w c w t x f f ti vs ff i my 1 . 133 21 22 max max max 、 、或、 max 5 . 1thf mm40 8 且 且 ff hl ff hl60 min 2 . 1 th f fe e hh h 7 . 0 焊角有效高度 w ff we f f lh n 同时作用和 ff 2 2 f f f w f we f f lh n r w f f we w ff lhfn we w f lhfn

5、 w ff we f f lh n 2 2 f f f w f we f f lh n w f f 0 21 nnn 0 2211 enennkn ee e n nkn ee e n 2 21 1 2 1 21 2 1 dt5 de2 b v 2 v b v 4 f d nn螺栓抗剪： b c b c ftdn 孔壁承压： b c b v b minv, ;minnnn 例题1：两截面为-14400mm的钢板，采用双盖板（厚度为7mm） 和c级普通螺栓拼接，螺栓m20，钢板为q235，求每个螺栓所能承 担的最大剪力。 nnndl v b min,01 15时：当 nnndl v b min,0

6、1 15时：当 例题2：两截面为-14400mm的钢板，采用双盖板(厚度为 7mm）和c级普通螺栓拼接，螺栓m20，钢材q235，试计算 该连接所能承担的最大拉力n。 b v 2 v b v 4 f d nn b c b c ftdn b c b v b minv, ;minnnn nnndl v b min,01 15时：当 nnndl v b min,01 15时：当 n f n f i 2 i i t i r rt n 22 ii i t ix yx yt n 22 ii i t iy yx xt n b v t iy f i t ixi nnnnn min, 22 )()( b t b

7、 t fan e 单个螺栓抗拉承载力： 2 i i m i y ym n n n n i 2 1 (max)1 i y my n n n 0 2 5 (min)5 i y my n n n b t nn 1 nnndl v b min,01 15时：当 nnndl v b min,01 15时：当 b v t iy f i t ixi nnnnn min, 22 )()( b t n n n 2 1 (max)1 i y my n n n 0 2 5 (min)5 i y my n n n 22 ii i t ix yx yt n 22 ii i t iy yx xt n ii ynen 2

8、i i i y yen n 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 y n y n y n y n y n 1 2 b t t 2 b v n n n nv b c n n v nv nnndl v b min,01 15时：当 nnndl v b min,01 15时：当 b v t iy f i t ixi nnnnn min, 22 )()( b t n n n 2 1 (max)1 i y my n n n 0 2 5 (min)5 i y my n n n 22 ii i t ix yx yt n 22 ii i t iy yx xt n 2 i i i y yen n 1 2 b

9、t t 2 b v n n n nv b c n n v nv pnn9 . 0 f b v pn8 . 0 b t 1 b t t b v v n n n n pnn8 . 0 b tt b v 2 v b v 4 f d nn b c b c ftdn b c b v b minv, ;minnnn pn8 . 0 b t 2 . 1/ 1 2 b t t 2 b v b cv v nn n n n n f f a n r y n i l 0 强度、整体稳定、局部稳定强度、整体稳定、局部稳定 刚度（控制长细比）刚度（控制长细比） f f a n r y n 稳定承载力（临界力） cr n

10、2 2 l ei n cr 2 2 e a n cr cr f f a n r y n i l 0 2 2 l ei n cr 2 2 e a n cr cr 2 2 e a ncr cr r cr a n r y y cr f f f 稳定系数 yw y ft h ft b 235 )5 . 025( 235 )1 . 010( h 0 1 腹板 翼缘 形截面轴心受压构件工字形、 yw y ft b t h ft b 235 40( 235 15 00 1 ）或腹板 自由外伸翼缘 箱形截面轴心受压构件 i l 0 a n f i l 0 f f a n r y n 图示轴心受压构件，图示轴心

11、受压构件，q235钢，截面无消弱，钢，截面无消弱， 翼缘为轧制边。试验算该截面是否满足要求。翼缘为轧制边。试验算该截面是否满足要求。 150 mm8760 mm1025. 1 mm1054. 2 235 6 . 2 2 . 5 1200 2 47 48 a i i q ml ml knn y x y x 钢材 试验算截面。 钢材 ,150 ,6,10 220,260 345,5 . 3 0 . 7,1200 21 mmtmmt mmlmmb qml mlknn y x 得到由长细比 yy y y y i l f a n x f a n y 得到细比 由换算长 ox x x x xox i l

12、长细比增 大系数 1 2 27 a a xox 2 1 271 x a a 2 2 1 1 x 2 1 2 xox 中较大值）和 oxy (7 . 0 max1 40 )(5.0 max1 且 中较大值和 oxy i l 0 f a n f f a n r y n y y y i l 1 2 27 a a xox 2 1 2 xox max1 7 . 0 405.0 max1 且 i l 0 一一. .柱头的定义及作用柱头的定义及作用 柱头是指柱的顶部与梁（或桁架）连接的部分。其作用 是将梁等上部结构的荷载传到柱身。 二、柱头的连接方式二、柱头的连接方式 （1）将梁连于柱侧面的侧面连接 （2）

13、将梁直接放在柱顶上的顶面连接 （1）将梁连于柱侧面的侧面连接）将梁连于柱侧面的侧面连接 n 承压 承压 1承压或焊缝 垫板 顶板 2焊缝 加劲肋 腹板 （2）将梁直接放在柱顶上的顶面连接）将梁直接放在柱顶上的顶面连接 n 承压 承压 1承压或焊缝 垫板 顶板 2焊缝 加劲肋 柱端缀板 3焊缝 柱身 三三.柱脚的定义及作用柱脚的定义及作用 柱下端与基础相连的部分称为柱脚。柱脚的作用是将柱身所受 的力传递和分布到基础，并将柱固定于基础。 1、梁主要是用作承受横向荷载的实腹式构件，主要、梁主要是用作承受横向荷载的实腹式构件，主要 内力为弯矩与剪力。内力为弯矩与剪力。 2、梁的截面主要分型钢与钢板组合

14、截面。、梁的截面主要分型钢与钢板组合截面。 3、梁格形式主要有：简式梁格、普通梁格及复式梁格。、梁格形式主要有：简式梁格、普通梁格及复式梁格。 4、梁的正常使用极限状态为控制梁的挠曲变形。、梁的正常使用极限状态为控制梁的挠曲变形。 5、梁的承载能力极限状态包括：强度、整体稳定性及局、梁的承载能力极限状态包括：强度、整体稳定性及局 部稳定性。部稳定性。 pnxyxp wfm x i my nxyxe wfm 塑性阶段：整个截面达到屈服塑性阶段：整个截面达到屈服 弹塑性阶段：部分截面屈服弹塑性阶段：部分截面屈服 nx pnx xe xp f w w m m 截面形状截面形状 系数系数 nx pnx

15、 xe xp f w w m m xpxe mmm max xexm m max 令 fx 1 塑性发展系数塑性发展系数 xex mm nxyx wfm y nxx f w m f w m nxx nxyxe wfm pnxyxp wfm 抗弯强度验算抗弯强度验算 4848 mm1026. 0mm1059. 0 yx ii v w f it vs f lt f zw c f lt f zw c v w f it vs f w m w m nyy y nxx x f cceq1 222 3 f lt f zw c f cceq1 222 3 v w f it vs f w m w m nyy y

16、 nxx x 某焊接工字形等截面简支楼盖梁，截面尺寸如下图所某焊接工字形等截面简支楼盖梁，截面尺寸如下图所 示，无削弱。材料为示，无削弱。材料为q345钢。集中荷载设计值为钢。集中荷载设计值为pk=429kn， 为间接动力荷载，均布荷载为间接动力荷载，均布荷载q=1.35kn/m，试计算该梁的强，试计算该梁的强 度。度。 （ix=230342cm2,a=146cm2) w it vs t t t tt i tm dz d gim 开口薄壁构件开口薄壁构件 t m t m m 某焊接工字形等截面简支楼盖梁，截面尺寸如下图所某焊接工字形等截面简支楼盖梁，截面尺寸如下图所 示，无削弱。材料为示，无削

17、弱。材料为q345钢。集中荷载设计值为钢。集中荷载设计值为pk=400kn， 为间接动力荷载，均布荷载为间接动力荷载，均布荷载q=1kn/m，试计算该梁的强度。，试计算该梁的强度。 47 48 2 mm1025. 1 mm1054. 2 mm8760 y x i i a ei gil i i l ei m t y y cr 2 2 2 2 1 。修正稳定系数 时用公式当 b b 28. 5 6 . 0 y b y xy bb fh t w ah235 4 . 4 1 4320 2 1 2 y b fhl bt 235570 1 f w m bx x 整体稳定系数整体稳定系数 f w m w m

18、 yy y bx x f w m bx x 例题：某工字形截面焊接组合简支梁（q345钢）， 在 跨长三分点处布置次梁，如下图所示。次梁传来的计算 集中力 ，不考虑梁自重，试验算该梁的整体稳定性。 4 4 2 cm3660 cm416000 cm140 y x i i a 一、概述一、概述 1、同轴压构件一样，为提高梁的刚度与强度及整体稳定承载力，、同轴压构件一样，为提高梁的刚度与强度及整体稳定承载力， 应遵循应遵循“肢宽壁薄肢宽壁薄”的设计原则，从而引发板件的局部稳定承载力的设计原则，从而引发板件的局部稳定承载力 问题。问题。 2、翼缘板受力较为简单，仍按限制板件宽厚比的方法来保证局部、翼缘

19、板受力较为简单，仍按限制板件宽厚比的方法来保证局部 稳定性。稳定性。 3、腹板受力复杂，而且为满足强度要求，截面高度较大，如仍采、腹板受力复杂，而且为满足强度要求，截面高度较大，如仍采 用限制梁的腹板高厚比的方法，会使腹板取值很大，不经济，一般用限制梁的腹板高厚比的方法，会使腹板取值很大，不经济，一般 采用加劲肋的方法来减小板件尺寸，从而提高局部稳定承载力。采用加劲肋的方法来减小板件尺寸，从而提高局部稳定承载力。 图中：图中：1横向加劲肋横向加劲肋 2纵向加劲肋纵向加劲肋 3短加劲肋短加劲肋 二、梁受压翼缘板的局部稳定二、梁受压翼缘板的局部稳定 0 . 1不考虑塑性发展 0 . 1考虑塑性发展

20、 y ft b235 13 y ft b235 15 三、梁腹板的局部稳定三、梁腹板的局部稳定 时当 yw fth23580 0 时当 ywy fthf23580235150 0 时当 ywy fthf23580235170 0 时当 yw fth235150 0 时当 yw fth235170 0 按构造配横向加劲肋或不配加劲肋按构造配横向加劲肋或不配加劲肋 根据计算值配横向加劲肋根据计算值配横向加劲肋 根据计算值配横向和纵向根据计算值配横向和纵向 加劲肋加劲肋 00 25 . 0hah 0 c yw fth235100 0 0 5 . 2 ha 5 . 22 cc hh 4、加劲肋可以成对

21、布置于腹板两侧，也可以单侧布、加劲肋可以成对布置于腹板两侧，也可以单侧布 置，置， 支承加劲肋及重级工作制吊车梁必须两侧对称布置。支承加劲肋及重级工作制吊车梁必须两侧对称布置。 5、加劲肋必须具备一定刚度，截面尺寸及惯性矩应满足、加劲肋必须具备一定刚度，截面尺寸及惯性矩应满足 一定的要求一定的要求 6、横向加劲肋应按右图示切角，避免多向焊缝相交，、横向加劲肋应按右图示切角，避免多向焊缝相交， 产生复杂应力场。产生复杂应力场。 7.支承加劲肋的计算支承加劲肋的计算 当加劲肋的端部刨平顶紧时当加劲肋的端部刨平顶紧时,应按下式计算端面承压应应按下式计算端面承压应 力力: ce ce ce f a f

22、 f m w x x max f m wx max 4 . 0 5 2 22 xxe wwh ww www th v tht max 2 . 1,5 . 3 i vs tt w 1 11 w f f f f h t 17 . 02 1 if vs f t h w f w f f 4 . 14 . 1 11 1、拉弯与压弯构件实际上就是轴力与弯矩共同作用的构件，也、拉弯与压弯构件实际上就是轴力与弯矩共同作用的构件，也 就是为轴心受力构件与受弯构件的组合，典型的三种拉、压弯构就是为轴心受力构件与受弯构件的组合，典型的三种拉、压弯构 件如下图所示。件如下图所示。 2、同其他构件一样，拉、压弯构件也需同时满足正常使用及承、同其他构件一样，拉、压弯构件也需同时满足正常使用及承 载能力两种极限状态的要求。