工程结构设计原理0701

1、工程结构设计原理1、混凝土结构组成及工作原理：由钢筋和混凝土结合成一体，共同发挥作用。 发挥材料优势（混凝土的压、钢筋的拉），取长补短2、钢结构组成及工作原理： 单一材料构件，材料理想，工作原理简单3、砌体结构组成及工作原理： 用砂浆等胶结材料把砖、石或砌块等砌筑成一体的结构，是一种复合材料构件，工作过程相对复杂4、结构上的作用随时间的变异性分类 永久作用：不随时间变化，或变化幅度可以忽略；P8 可变作用：随时间变化，且变化幅度不可以忽略； 偶然作用：可能，但不一定出现，一旦出现效应很大5、随位置的变异性分类 固定作用：在结构空间位置上具有固定的分布； 可动作用：在结构空间位置一定范围内可以任

2、意分布6、结构的反应分类： 静态作用：对结构不产生动力效应，或小的可以忽略； 动态作用：对结构产生动力效应，且不可以忽略P97、 荷载的随机性：)永久荷载性质：其量值是不确定的，其量值不随时间变化 2)可变荷载·性质：其量值是不确定的，其量值也随时间变化8、 抗力：抵抗作用效应的能力 P119、 抗力不定性主要因素： 1）材料性能的不定性 、2）几何参数的不定性 、3）计算模式的不定性P1110、 结构的功能：1） 安全性：要求结构承担正常施工和正常使用条件下，可能出现的各种作用，而不产生破坏2）适用性：要求结构在正常使用时满足正常的要求，具有良好的工作性能。3）耐久性 要求结构在正

3、常使用和维护下，在规定的使 用期内，能够满足安全和使用功能要求11、极限状态是判别结构是否能够满足其功能要求的 标准，指结构或结构一部分处于失效边缘的状态12、限状态分类： 1):承载能力极限状态：是判别结构是否满足安全性要求的标准，指结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续加载的变形P132) 正常使用极限状态：是判别结构是否满足正常使用和耐久性要求的标准，指结构或构件达到正常使用或耐久性的某些规定限值13、Z=R-S>0：处于可靠状态； Z=R-S<0：处于不可靠状态，即失效；P13 Z=R-S=0：处于极限状态，此方程称极限状态方程14、 结构可靠指标与可靠度（失效概率）相

4、关，可靠指标越大，结构越可靠；可靠指标越小，结构越不可靠15、 近似概率法设计表达式一般方法：1） 、安全系数法 2）、分项系数法p24第3章 ：材料的性能 有明显流幅 OE弹性、EF屈服、FB强化和BD颈缩阶段P311、2、钢材的强度指标：1）屈服强度：设计时钢材允许达到的最大应力 2）、条件屈服强度：残余应变为0.2%对应的应力。3）、极限强度：材料能承受的最大应力反映安全储备4）、屈强比：屈服强度/极限强度3、钢材的塑性指标: 1）、伸长率：拉断后构件伸长率P33 2）、截面收缩率：拉断后面积缩小率 3）、冷弯性能：以冷弯的角度来衡量 4)、冲击性能：与温度有关，当问到低于某一个值即将急

5、剧降低 20、0、-20、-40度4、疲劳破坏：在低于抗拉强度的应力反复作用下，所发生破坏5、疲劳破坏特点：1）、包括裂纹形成，缓慢发展和迅速断裂三个过程 2）、没有明显的变形，脆性破坏6、钢材的疲劳影响因素： 1）、荷载的的性质：拉、压、剪等 2)、力循环特征 3）、循环次数：7、疲劳极限：当最大应力小于某一数值，反复荷载循环无穷次材料也不会破坏 8、影响钢材性能的一般因素: 1)化学成分2)钢材缺陷 3)钢材的硬化 4)温度 5)应力集中 1）、1)化学成分 碳：提高强度；但塑性，可焊性、耐锈蚀性等劣化。 锰：提高强度，改善脆性；但对可焊性和耐锈力不利。 硅：提高强度，但含量过高，对塑性可

6、焊性耐锈力不利。 硫：高温时变脆，降低塑性韧性抗疲劳能力和耐锈能力。 磷：提高强度和耐锈力，低温变脆，降低塑性可焊性等2）、钢材缺陷 偏析:钢中化学成分的不一致性和不均匀性 分层：在厚度方向分成多层，各层相互连接，并不脱离 夹杂物：尤其是硫化物和氧化物等3）、钢材的硬化: 现象：时间增加，强度提高，塑性下降。 特点：过程很长，反复荷载和高温下易产生冷作硬化：常温下产生塑性变形后屈服点提高，塑性降低应变时效：产生塑性变形后，特别是在高温下，使已经产生冷作硬化的钢材又发生时效硬化4)温度：在正常温度下：基本不随温度变化 在高温度下：温度升高，强度、弹性模量均有下降趋势 蓝脆现象：250左右，抗拉强

7、度反而提高，塑性和韧性下降在低温时：温度降低，强度略提高， 塑性等下降，有脆性倾向 冷脆现象：当温度降低至某一温度以下时，材料变脆 5)应力集中 现象：当构件内部缺陷或截面形状等改变时，应力分不均匀，出现局部高峰应力，促使钢材变脆。 影响因素：截面变化愈剧烈，应力集中现象愈明显9、结构对钢材的要求: 1）、具有较高的屈服强度和极限强度；2）、 具有良好的塑性和韧性；3）、具有良好的工艺加工性能；4）、良好的耐锈蚀能力；5）与混凝土良好的粘结力10、钢材的选择：1)、结构或构件的类型及重要性；2)、作用的性质（静力和动力作用）；3)、 连接方式（焊接、铆接或螺栓连接）；4)、工作环境（温度和腐蚀

8、等）。P4311、碳素钢; 1)、强度等级：按屈服强度分五个品种，Q195Q275。 2）、质量等级：A、B、C、D四级，对冲击韧性要求不同；P43 3）、脱氧方式：镇静、半镇静、沸腾和特殊镇静，用ZbF和TZ。 示例：Q235Bb：屈服强度为235MPa，B级半镇静钢 注意可能考解释12、低合金钢： 强度等级：按屈服强度分8个品种，Q345Q690； 质量等级：A、B、C、D、E五级，对冲击韧性要求不同； 脱氧方式：镇静和特殊镇静钢13、热处理钢 对低合金钢进行合理的热处理得到的。通过适当的热处理后，钢材的强度提高，同时塑性和韧性也不会显著降低14、钢材的规格; 钢板：以“宽度厚度长度”或“

9、宽度厚度”表示角钢：等边“L肢宽厚度”；不等边“L长肢宽短肢宽厚度”工字钢：普通工字钢以I+截面的高度；轻型工字钢前面加Q槽钢：有普通槽钢和轻型槽钢两种，用截面的高度编号H型钢：热扎和焊接两种，“高度*宽度*腹板厚度*翼缘厚度” 钢管：有热轧无缝钢管和焊接钢管。以“外径壁厚”表示 薄壁型钢：用薄钢板冷轧而成，形式及尺寸可以变化 钢筋 ：热轧钢筋：分HPB300、HPB335和HRB400或RRB400等四级16、 立方体抗压强度fcu.k: 立方体抗压强度···1）、边长150mm立方体 2）、28天龄期，进行抗压实验得到的破坏时试件的平均压应力 3）、强度等级：

10、按立方体抗压强度标准值分为14级，“C+标准值” P4817、轴心抗压强度fck 1)、立方体受压不是处于单轴受力状态！2）、采用棱柱体，中间基本上是处于轴心受压。 3）、“套箍”约束！P4918、轴心抗压强度fck影响因素：材料成分、养护、龄期、实验方法和试件尺寸19、轴心抗拉强度试验方法：直接拉伸、弯折和劈裂20、复合应力下混凝土强度和变形 ：1）、双向受拉:影响不大 2）、一拉一压：强度降低 3）剪压或剪拉： 剪拉：强度降低 剪压： 压应力较小：抗剪强度随压应力增加而增大； 压应力较大：抗剪强度随压应力的增加而降低21、混凝土的徐变 1)、现象：在荷载长期作用下，变形将随时间而增加； 2

11、）、原因：凝胶体的粘性流动，内部微裂缝不断产生和发展等 3）、影响：导致变形增大，应力重分布和内力分布等22、混凝土的徐变: 1）、特点：开始增长较快，以后逐渐减慢，逐渐趋于稳定(收敛) 2)、卸载时变形恢复:瞬时弹性恢复、弹性后效，永久应变23、影响徐变的主要因素 1）、应力水平：应力越大，徐变也越大，应力小于0.5fc，线性徐变；大于0.5fc，非线性徐变 20、龄期：加载时龄期越短，徐变越大 3）、组成成分：水泥用量越多，水灰比越大，徐变也越大；骨料强度和弹性模量越高，徐变越小。 4）、养护和使用环境：养护温度高，湿度大，徐变越小；受力后环境温度越高，湿度低，徐变就越大P5424、钢筋与

12、混凝土粘结的作用:保证力的相互传递，是共同工作的基本条件 应力变化大，粘结力大；变化小，粘结小 当钢筋应力没有变化时，粘结应力等于零 25、粘结力组成： 1）、化学吸附 （很小） 2）、摩擦（与砼的收缩量，钢筋表面粗糙程度有关） 3）、机械咬合（粘结力的主要来源） 4）、附加咬合等作用（端部）26、)影响粘结能力的主要因素： 1）、钢筋表面形状 2）、混凝土强度等级 3）、浇筑混凝土是钢筋的位置 4）、保护层厚度和钢筋间距 5）、横向钢筋及侧向压力27、块体材料：砖 砌块 石材28、普通砖：240mmX115mmX53mm 实心P58 多空砖：多空且孔洞率不小于25% 空心砖：没有统一规格 分

13、级：按极限抗压强度进行分级，以“MU+极限强度”表示。29、块体材料按材料分：粉煤灰、混凝土和轻集料混凝土等P5930、砂浆砌体对砂浆的基本要求1)、符合强度和耐久性要求；2)、应具有一定的可塑性，在砌筑时容易且较均匀地铺开；3)、应具有足够的保水性，即在运输和砌筑时保持质量的能力。31、砌体是由块体用砂浆砌筑成的整体。砖砌体：实心砌体，或空心砌体，有一顺一顶或三顺一顶砌筑法。 石砌体：料石、毛石和毛石混凝土砌体 32、影响砌体强度的主要因素： 1）、块体和砂浆的强度 2)、砂浆的弹塑性性能:变形越大，弯曲剪切等越大， 强度越低； 3）、砂浆的流动性:砂浆的流动性大，对提高砌体强度有利； 4）

14、、灰缝厚度：过薄或过厚将引起弯曲剪切应力，强度降低 5)、砌筑质量 第四章：构件连接1、工程结构是由各种基本构件通过连接组成的整体结构物，使其实现共同工作2、连接技术基本要求和发展方向：标准化、机械化和装配化施工3、钢结构：钢板、型钢等通过必要的连接组成的基本构件（工厂制作），通过现场安装（吊装、连接）形成结构整体。钢筋混凝土结构：有现浇、装配式和装配整体式三种施工方法4、焊缝连接（电弧焊 ）优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感5、螺栓连接普通螺栓连接 高强度螺栓连接简便、快速，可拆卸，常用于现场的安装连接中，但对构件断面有所削弱6、普通螺栓：数点前

15、的数字4、5、8表示螺栓材料的抗拉强度不小于400N/mm2、500 N/mm2和800 N/mm2，小数点及后面的数字0.6,0.8表示螺栓材料的屈强比7、高强度螺栓连接分为摩擦型高强度螺栓连接和承压型高强度螺栓连接。孔一般采用类钻孔，孔径比螺栓杆公称直径大1.52mm(摩擦型)或11.5mm(承压型)。P678、铆钉连接; 优点：连接刚度大，传力可靠 缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差， 施工速度慢9、手工电弧焊原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。 1）焊条的选择：焊条应与焊件钢材相适应2）焊条的表示方法：E焊条(Electrode) Q235钢选择E43型焊条（E

16、4300-E4328) 第1、2位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2第3、4适用焊接位置、电流及药皮的类型不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条3)、优、缺点：1）优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接 2）、缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。 10、焊缝的施焊方位: 平焊（俯焊） 横焊 立焊 仰焊11、角焊缝沿长度方向：连续角焊缝、断续角焊缝。连续角焊缝:受力性能较好，主要的形式。断续角焊缝:起、灭弧处容易引起应力集中，只用于次要构件的连接或受力很小的连接中。间断角焊缝焊段的长度不得小于10hf 或50mm;间断角焊缝的间断距离l不宜过长，以免连

17、接不紧密，潮气侵入引起构件锈蚀。受压构件中应满足L15t；受拉构件中L30t，t为较薄焊件的厚度12、焊缝形式：1）对接焊缝：在两焊件连接面的间隙内，用熔化的焊条金属填塞，并与焊件熔化部分相结合，形成的焊缝称为对接焊缝。又分为全熔透和部分熔透(非熔透)两种2）角焊缝：焊缝金属填充在被连接件形成的直（斜）角区域内的焊缝称为角焊缝,应用广泛13、焊缝代号由引出线、图形符号和辅助符号三部分组成14、15、对接焊缝的构造:对接焊缝的焊件为了保证焊透常需做成坡口，故又叫坡口焊缝。坡口形式有直线形(不切坡口)、半V形(单边V形)、全V形、双V形(X形)、U形、K形。16、坡口形式与焊件厚度有关。对于较厚的

18、焊件(t>20mm)，则采用U形、K形和X形坡口。对于V形缝和U形缝需对焊缝根部进行补焊17、对接焊缝分焊透和部分焊透两种。 部分焊透的对接焊缝受力时应力状态复杂，一般按 角焊缝的方式处理18、焊缝缺陷：裂纹、夹杂、气孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷19、焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，对于受静力荷载的结构，也可不设引弧板，但令焊缝的计算长度比实际长度减小10mm。20、轴心受力的对接焊缝计算：N:轴心拉力或压力； lw :焊缝的计算长度。施焊时，焊缝两端设置引弧板 和引出板时，取焊缝的实际长度；无引弧板和引出板时，取实际长度减去2t； t:在对接接头中连接件的较小厚度；在T形接头中为腹

19、板厚度； 对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值， cha biao21、角焊缝的构造：1）.当焊缝轴线与外力作用方向平行时，称为侧面角焊缝，又称 侧缝； 2）.垂直时，称为正面角焊缝，又称端缝；3）.呈夹角时，称为斜面角焊缝。22、1）角焊缝的形式: 直角角焊缝、斜角角焊缝角焊缝较小的焊脚尺寸为hf；有效高度为he=0.7 hf，忽略了焊缝余高和熔深23、侧面角焊缝：主要承受剪应力，塑性较好，弹性模量低，强度也较低。 传力线通过时产生弯折，应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，呈两端大而中间小的状态。 破坏面通常在焊缝的最小截面（45°斜截面）。破坏起点在侧缝两端，该处出现裂缝后，迅速蔓延扩展，

20、使焊缝断裂。24、正面角焊缝：受力复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力，焊根处存在着很严重的应力集中。正面角焊缝的破坏强度高于侧面角焊缝，但塑性变形能力差。25、斜焊缝:斜焊缝的受力性能介于侧面角焊缝和正面角焊缝之间26、搭接长度:采用正面角焊缝的搭接连接，受力时会产生附加弯矩，搭接长度越小，附加弯矩影响越大；另外，焊缝距离越近，收缩应力也越大 因此规定：搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，也不得小于25mm直角角焊缝时，作如下假定和简化处理: 假定角焊缝破坏面与直角边的夹角为45° 不计焊缝熔深和凸度，偏安全地取破坏面上等腰三角形的高为直角角焊缝的有效厚度he0.7hf，且角焊缝

21、的抗拉、抗压和抗剪强度设计值取相同的数值（附表1-26）。有效厚度he与焊缝计算长度lw的乘积称为破坏面的有效截面面积，并假定计算时有效截面上应力均匀分布。27、28、焊接残余应力：应力在焊接过程中随时间和温度的变化而不断变化，温度较高的部位将达到钢材的屈服强度而发生塑性变形，钢材冷却后将有残存于焊件内部的一种自相平衡的内应力，称为焊接残余应力。 因焊接过程中的不均匀膨胀和收缩而在焊件中伴随焊接残余应力产生的残存变形称为焊接残余变形29、焊接残余应力和变形产生原因：内因：钢材本身具有热胀冷缩的性质，而且随温度的升高钢材屈服强度要大幅度降低 外因：钢材在焊接过程中受到了不均匀的热过程，钢材的收缩

22、受到了外界或内部的约束，进入了屈服阶段，产生了塑性变形30、焊接残余应力的分类 A、纵向焊接残余应力沿焊缝长度方向; B、横向焊接残余应力垂直于焊缝长度方向; C、沿厚度方向的焊接残余应力 2、焊接残余应力产生的原因 1）纵向焊接残余应力 2）横向焊接残余应力3）沿厚度方向的焊接残余应力4）焊接残余应力对结构性能的影响 结论：焊接残余应力对结构的静力强度没有影响。31、焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低了结构的刚度。轴心受压构件，焊接残余应力使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力32、减小焊接残余应力和焊接变形的措施：1、设计上的措施；（1）焊接位置安排合理，焊缝尺寸适当；（2）焊缝应

23、对称布置，不宜过分集中和三向相交；（3）避免应力突变和应力集中现象；（4）焊缝布置应考虑施焊方便，尽量避免仰焊。2、加工工艺上的措施（1）采用适当的施焊顺序和方向；（2）采用反变形处理（3）对重要的结构或构件，应焊前预热或焊后回火处理。33、例1：简支梁的截面荷载（含梁自重在内的设计值）如下图所示，在距支座2.4m处有翼缘和腹板的拼接连接，试设计其拼接的对接焊缝。已知钢材为Q235，采用E43型焊条，手工焊，三级质量标准，施焊时采用引弧板。一、计算距支座2.4m处的截面内力二、焊缝计算截面的几何特性34、普通螺栓连接构造1.最少螺栓数要求 每一杆件在节点上以及拼接接头一端，螺栓数目不宜少于2个

24、。 2.螺栓排列: 螺栓的排列应尽量简单、统一、紧凑 ,常用的螺栓布置有并列和错列两种。 钢结构中常用的螺栓为M20-M24，受力螺栓一般不小于M16。35、a.并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大； b.错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小； 36、1）受力要求: 垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、截面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和端距不能太小； 顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，端距不能太小； 对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，中距不能太大。2）构造要求； 螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材3）施工要求

25、；为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do37、（a）并列时最小间距 （b）错列时最小间距 （c）最大间距38、普通螺栓连接按螺栓传力方式可分为三类：螺栓只承受剪力；螺栓只承受拉力；螺栓承受拉力和剪力的共同作用1)摩擦传力的弹性阶段(01段) 直线段连接处于弹性状态； 该阶段较短，摩擦力较小2)滑移阶段(12段) 克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平段。3)栓杆传力的弹性阶段(23段) 该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力4)弹塑性阶段(34段) 达到3后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。 4点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力Nu。39、40、螺栓受剪连接:1）栓杆被剪断 栓杆较细而板件较厚时2）孔壁的挤压