钢结构课程小结

1、2022-2-2钢结构课程小结第一章绪论钢结构的特点、应用钢结构发展2022-2-2第二章钢结构的材料及其性能 屈服强度fy衡量承载能力指标 抗拉强度fu经过较大变形后的抗拉能力，反映钢材优劣，其值高可以增加结构的安全储备。 常用钢材： Q235、Q345、Q390、Q420 执行标准：碳素结构钢GB/T700 低合金高强度结构钢GB/T15912022-2-22022-2-2低碳钢拉伸应力应变曲线图（-曲线） （1）弹性阶段 （2）弹塑性阶段 （3）屈服阶段 对应强度值fy，为主要设计依据 （4）应变硬化阶段 对应强度值fu最大承载强度，安全储备 （5）颈缩阶段 延伸率5（10）和颈缩率。描

2、述钢材产生塑性变形时而不发 生脆性断裂的能力，便于内力重分布，吸收能量，为重要指标。2022-2-2冷弯性能在标准试验台上冲压成180度，试件外表面不出现裂纹、分层为合格。 冷弯试验还可检查钢材内部的冶金缺陷，硫、磷偏析，硫化物、氮化物掺杂都会降低钢材的冷弯性能。 冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标。 在冷加工过程中产生塑性变形时，对产生裂纹的敏感性，是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标。2022-2-2韧性冲击韧性指标：韧性冲击韧性指标： 钢材在一定温度下塑变及断裂过程中吸收能钢材在一定温度下塑变及断裂过程中吸收能量的能力，用于表征钢材承受动力荷载的能力量的能

3、力，用于表征钢材承受动力荷载的能力（动力指标），按（动力指标），按20C、 0o C、-20oC、-40oC。焊接性也叫可焊性：焊接性也叫可焊性： 表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的能力表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的能力不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求。2022-2-2影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素 1. 化学成份化学成份2. 生产工艺生产工艺3. 冷作硬化与时效硬化冷作硬化与时效硬化4. 复杂应力与应力集中复杂应力与应力集中5. 残余应力残余应力6. 温度温度2022-2-21.化学成份的影响化学成份的影响 (1) 基本成份为

4、基本成份为Fe，含量占，含量占99； 有益元素有益元素C、Si、Mn; 有害元素有害元素 S、P、N、O. (2) C的影响：含的影响：含C使强度使强度塑性、韧性、可焊性塑性、韧性、可焊性， 焊接结构应控制在焊接结构应控制在0.20% 。（3）Si的影响：含的影响：含Si适量使强度适量使强度 其它影响不大，有益，其它影响不大，有益，含量应控制在含量应控制在0.10.3% 。（4）Mn的影响：含的影响：含Mn适量使强度适量使强度 可降低可降低S、O的热脆的热脆影响，改善热加工性能，对其它性能影响不大影响，改善热加工性能，对其它性能影响不大2022-2-2温度的影响温度的影响 （1）正温影响）正温

5、影响 温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧性提高，温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧性提高， （2）负温影响）负温影响 温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，性温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，性增大，称之为低温冷脆。增大，称之为低温冷脆。当温度降至某一特定温度时钢材的脆性急剧增大，称此温当温度降至某一特定温度时钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度度点为转脆温度应力集中的影响应力集中的影响2022-2-2疲劳破坏疲劳破坏 什么叫疲劳破坏什么叫疲劳破坏？ 钢材在连续反复荷载作用下，虽然应力还低于极限强钢材在连续反复荷载作用下，虽然应力还低于极限强度，甚至还低于屈服点，而发生的断裂。

6、度，甚至还低于屈服点，而发生的断裂。主要特点：主要特点： 破坏之前，不出现明显的变形和局部收缩，和脆性破破坏之前，不出现明显的变形和局部收缩，和脆性破坏一样，是一种突然发生的断裂。坏一样，是一种突然发生的断裂。 疲劳强度与重复荷载引起的应力种类（拉应力、压应疲劳强度与重复荷载引起的应力种类（拉应力、压应力、剪应力和复杂应力等）、应力循环形式、应力循环次力、剪应力和复杂应力等）、应力循环形式、应力循环次数、应力集中程度和残余应力等有关。数、应力集中程度和残余应力等有关。 承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化循环次数力变化循环次数n n

7、等于或大于等于或大于2 2106106时，应进行疲劳计算时，应进行疲劳计算2022-2-2应力比应力比循环中绝对值最小的峰值应力 与绝对值最大的峰值应力点之比应力幅应力幅minmaxmaxmin2022-2-2钢材的种类按用途分类结构钢、工具钢、特殊钢按冶炼方法分平炉钢、转炉钢按脱氧程度分沸腾钢F、半镇静b、镇静Z、特殊镇静TZ按成形方法：轧制钢（冷轧钢、热轧钢）、锻钢、铸钢按化学成分：碳素钢、合金钢 建筑工程用钢多是：碳素结构钢、低合金高强度结构钢、优质碳素结构钢2022-2-2 国家标准GB70088中，将碳素钢分为四级 即A、B、C、D。 A级只保证搞拉强度、屈服点、伸长率，根据结构或特

8、殊环境等要求可附加冷弯试验要求。 2022-2-2钢材牌号钢材牌号 用Q+屈服点值+质量等级+脱氧方法 Q：为“屈”字拼音首位字母，意为“屈服强度”； 质量等级：分AE五级（字序越高质量越好）；脱氧方法：F沸腾钢Z镇静钢（一般省略）b半镇静钢TZ特殊镇静钢。2022-2-2钢材的规格钢材的规格（1 1）钢板）钢板 薄钢板薄钢板: : 厚厚0.354mm, 宽宽5001800mm; 厚钢板厚钢板: : 厚厚4.560mm, 宽宽7003000mm; 特厚板特厚板: 厚厚60mm, 宽宽6003800mm; 扁扁 钢钢: 厚4.560mm, 宽宽12200mm 用用宽宽厚表示厚表示.2022-2-

9、2（2 2）型钢型钢角角 钢：等边钢：等边 1008、不等边、不等边100808 槽槽 钢：钢：12a（热轧）（热轧）工字钢：工字钢：I32a（热轧）（热轧） H型钢：型钢：H340150812 T型钢：型钢：T248180812 钢钢 管：可分为热轧无缝钢管和焊接钢管（又为直缝管：可分为热轧无缝钢管和焊接钢管（又为直缝焊接和螺旋焊接）两种。焊接和螺旋焊接）两种。 冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢2022-2-2第三章钢结构的设计方法第三章钢结构的设计方法钢结构的两种设计方法：钢结构的两种设计方法： 一是容许应力设计法 二是概率极限状态设计法2022-2-2 容许应力设计法是传统的设计方法。 将结构构

10、件按照标准荷载计算出的截面应力应不超过设计规范规定的容许应力 设计表达式：设计表达式： F/a fy/K 式中：F各种荷载标准值引起的内力总和 a构件截面几何参数，截面面积、截面系数等 fy钢材屈服强度标准值 K安全系数2022-2-2概率极限状态设计法概率极限状态设计法 功能极限状态功能极限状态整个结构或结构的部分超过某一特定状态后，不能满足设计规定的某一功能要求，此时的特定状态称为该功能的极限状态。结构的极限状态是指结构或结构的构件能满足设计规定的某一功能要求的临界状态。结构极限状态有两类： 承载力极限状态、正常使用极限状态承载力极限状态承载力极限状态当结构或构件达到最大承载力、疲劳破坏或

11、达不到继续承载的变形状态时，该结构或构件即达到承载力极限状态2022-2-2达到承载力极限状态的条件1.整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡 2.结构构件或连接因应力超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度塑性变形不适于继续承载3. 结构变为机动体系，丧失承载能力4结构或构件因达到临界荷载，丧失稳定2022-2-2分项系数概率极限状态设计表达式分项系数概率极限状态设计表达式按承载力极限状态设计时，应考虑荷载效应的基本组合，必要时还应考虑荷载效应的偶然组合，用荷载设计值进行计算。 P24 0（Gd+Q1d+ciQid） f (3-7) 2022-2-2结构上的作用结构上的作用是指引起结构外

12、加变形和内力的原因。 直接作用通称为荷载。 间接作用如地基变形、砼收缩、温度变化、地震等，不能称为荷载。 结构上的荷载分为三大类： 1永久荷载； 2可变荷载； 3偶然荷载对荷载的取值，根据不同的设计采用不同的荷载代表值 。2022-2-2荷载设计值荷载标准值与分项系数的乘积。 G G GK或 Q Q QK （314）P31 G永久荷载设计值 GK永久荷载标准值 G永久荷载分项系数 Q可变荷载设计值 QK可变荷载标准值 Q可变荷载分项系数 P31表36与荷载有关的系数2022-2-2材料强度材料强度材料强度标准值是结构设计时采用的材料强度的基本代表值 取材料强度实测值总体中具有95%以上的保证率

13、为材料强度的标准值，但还有5%的风险。2022-2-2材料的分项系数材料的分项系数f材料分项系数在承载力极限状态设计中，为了充分考虑材料的离散性和施工中不可遇见的偏差带来的不利影响，使实际的可靠指标值与规定的目标可靠指标在总体上误差最小，对全套分项系数经过优化找出最佳匹配取值，钢结构构件抗力分项系数对Q235(3号钢)、Q345钢，取f 1.087对于Q390钢、15锰钒钢，取f 1.1112022-2-2第四章钢结构的连接第四章钢结构的连接 钢结构的连接方法有：焊缝连接、螺栓连接、铆钉连接 手工焊所使用的焊条应与钢材的强度、性能相适应。 Q235钢应选用E43焊条 Q345钢应选用E50焊条

14、 Q390钢、Q420钢可选用E55型焊条2022-2-2焊缝连接及焊缝类型 焊缝连接分为对接、搭接、T型、角型其对应的焊缝有对接焊缝和角焊缝接焊缝和角焊缝。 按工作性质分为：强度焊缝、密焊缝两种。 强度焊缝只能传递内力 密焊缝既要传递内力，又要保证密闭 按施焊位置分：平焊、立焊、横焊、仰焊2022-2-2钢结构工程施工质量验收规范将焊缝质量检验级别分为三级。 I级焊缝超声波和射线探伤的比例为100% II级焊缝超声波和射线探伤比例为20%， 且均不小于200mm，当焊缝长度小于200mm时应对整条焊缝探伤。 III级仅对焊缝外观质量检查。2022-2-2螺栓连接有：普通螺栓和高强螺栓两种。普

15、通螺栓分：A，B，C三级，用Q235钢制成高强度螺栓用高强度钢材制成并经过热处理，用专用扭力扳手，拧到规定力量2022-2-2 铆钉连接传力可靠，塑性韧性较好，质量易于检查和保证 但是铆接工艺复杂，制造费工费料，劳动强度高2022-2-2对接焊缝的构造焊缝形式有：，单边，型手工焊时焊缝高度构造规定：板厚10mm时可采用I型焊缝，间隙在0.52mm 5mm时单面焊 1020mm时，采用V型或半V型坡口焊 20mm时，采用X型，K型，U型2022-2-2对接焊缝承受轴心力，其焊缝强度计算公式：P41公式4-1 = N/lwt ftw(fcw )公式4-2，4-3焊缝承受弯矩、剪力计算公式2022-

16、2-2P42例4-1设计-50014钢板对接焊缝连接，钢板轴心拉力N=1400kN，钢材为Q235BF,采用E43焊条手工焊,III级质量检验,未采用引弧板。2022-2-2解：从表中可查Q235，E43焊条其抗拉强度设、计值为185Nmm2 焊缝计算长度=500-28=472mm 钢板厚14mm =N lwt =14001000/(47214)=211.9N/mm2 计算结果大于185Nmm2说明焊缝强度不够，必须采用斜焊缝，按照tan1.5布置斜焊缝2022-2-2角焊缝 按照焊缝与作用力的方向分为侧面角焊缝、正面角焊缝、斜向角焊缝、围焊缝。 按照截面的形式分为普通式、平坡式、深熔式。 角

17、焊缝的高度，用hf 表示，即角焊缝的焊角尺寸2022-2-2 角焊缝的构造要求： 1.最小焊角尺寸应满足：hfmin1.5tmax tmax较厚焊件的厚度，单位：mm 2.最大焊角尺寸： hfmax1.2tmin tmin较簿焊件的厚度，单位：mm2022-2-2n最小焊缝长度计算 角焊缝的计算长度应满足：lw8hf和40mm。n侧面角焊缝的最大计算长度 承受静载或间接承受动载，60hf 直接承受动载，40hf2022-2-2n角焊缝的计算 角焊缝受力复杂，精确计算困难 钢结构设计规范GB500172003对角焊缝有2种计算方法：折算应力法、单一应力法 承受静荷载或间接承受动荷载的，采用折算应

18、力法。 直接承受动荷载的采用单一应力法2022-2-2垂直于焊缝长度方向的正应力 垂直于焊缝长度方向的剪应力 平行于焊缝长度方向的剪应力计算公式P46式45（了解）2022-2-2n减小焊接残余应力和残余变形的方法n1.合理的焊缝设计n2.合理安排焊接及制造工艺2022-2-2n钢结构采用的普通螺栓形式为大六角头型，粗牙普通螺栓，代号用M与公称直径(mm)表示。n如：M16,M18,M20,M22等n按加工精度普通螺栓分为A、B、C三级nA、B级用8.8级钢制作，精度高。要求I类孔nC级用4.6，4.8级钢制作，精度低，II类孔n排列方式有：并列排列、错列排列2022-2-2n普通螺栓连接的受

19、力性能和计算 公式434，435到 P59 436，437，438，4392022-2-2n高强度螺栓连接按设计和受力分为：摩擦型和承压型两种n高强度螺栓拧紧螺母，对螺杆施加强大的并受控制的预应力。n高强度螺栓的螺杆、螺母、垫圈合称为连接付2022-2-2第五章轴心受力构件第五章轴心受力构件轴心受力构件强度计算公式： N/Anf （51）P79 式中：N轴心力设计值 An构件净截面面积 f钢材的抗拉或抗压强度设计值2022-2-2 对轴心受力构件的刚度以容许长细比加以控制，即=l0/i （52）P79 式中：构件最不利方向的长细比 l0相应方向的构件计算长度 i相应方向的截面回转半径 构件容许

20、长细比2022-2-2例51确定P80图5-4双角钢截面的轴心受拉构件的最大承载能力、最大容许计算长度，钢材为Q235，容许长细比350。2022-2-2解：查手册Q235钢强度设计值f215N/mm2 附表4等边角钢10010截面面积 A=19.261238.6mm2 ix3.05cm,iy=4.52cm, 根据公式（51 ）N/Anf 承载力设计值NAf38.6102215829900（N） 根据式（52） l0 x ix3503.051067.5cm I0y iy3504.521582cm 其最大容许计算长度为1067.5cm2022-2-2第六章受弯构件第六章受弯构件1、受弯构件定义、

21、受弯构件定义 只受弯矩作用或弯矩与剪力共同作用的构件。只受弯矩作用或弯矩与剪力共同作用的构件。 主要破坏形式主要破坏形式 强度破坏强度破坏整体失稳整体失稳局部失稳局部失稳刚度破坏刚度破坏2022-2-2强度强度局部稳定局部稳定 翼缘翼缘 腹板腹板 刚度刚度 受弯构件受弯构件设计设计 受弯构件设计受弯构件设计整体稳定整体稳定抗弯强度抗弯强度抗剪强度抗剪强度局部承压强度局部承压强度 折算应力折算应力2022-2-2梁的强度包括：抗弯强度和抗剪强度 梁的抗弯强度计算公式： 单向弯曲：式（6-4） 双向弯曲 式（6-5）fWMnxxfWMWMnyynxx2022-2-2n公式公式6-4和和6-5中各符

22、号意义中各符号意义nMx、My 梁截面内绕梁截面内绕x、y轴的轴的n 最大计算弯矩最大计算弯矩nWnx、Wny 截面对截面对x、y轴的净截面轴的净截面n 抵抗矩抵抗矩 n x、 y 截面截面对对x、y轴的有限轴的有限塑性塑性n 发展系数发展系数n f 钢材抗弯设计强度钢材抗弯设计强度 2022-2-2梁的抗剪强度 公式（6-6） 或 （6-7）vwfItVSvwwfthVAV02022-2-2公式6-6、6-7中各符号意义nS 中性轴以上或以下毛截面 n 对中性轴的面积矩n I毛截面惯性矩n tw腹板厚度n f v钢材抗剪设计强度2022-2-2梁的局部承压强度梁的局部承压强度2022-2-2

23、梁在复杂应力作用下的强梁在复杂应力作用下的强度计算度计算fCC21122132022-2-2n 强度提高系数。强度提高系数。n 1和和 c同号时，同号时， =1.1n 1和和 c异号时，异号时， =1.2hhhy01tISV11zwcltF2022-2-2 受弯构件刚度是为了保证构件正常使用受弯构件刚度是为了保证构件正常使用属于正常使用极限状态。属于正常使用极限状态。 控制其刚度要求标准荷载作用下的最大挠控制其刚度要求标准荷载作用下的最大挠度小于规范限值度小于规范限值P117表表62受弯构件挠度容许值受弯构件挠度容许值2022-2-2 vv (6-11) P117 或 （6-12）lvlv20

24、22-2-2公式6-11、6-12中： vv标准荷载下受弯构件最大挠度标准荷载下受弯构件最大挠度 v v受弯构件容许挠度受弯构件容许挠度2022-2-2梁设计中应满足的两种极限状态梁设计中应满足的两种极限状态表表 梁设计中应满足的两种极限状态梁设计中应满足的两种极限状态刚度刚度梁的变形极限状态梁的变形极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态局部稳定局部稳定整体稳定整体稳定稳定承载力稳定承载力复杂应力状态下强度复杂应力状态下强度局部承压强度局部承压强度抗剪强度抗剪强度抗弯强度抗弯强度强度承载力强度承载力承载能力极限状态承载能力极限状态需要满足需要满足需要满足需要满足内容内容极限状态极限状态2022-2-2梁整体稳定的计算方法梁整体稳定的计算方法 6-17 6-18计算公式：计算公式：fffWMbRyycrRcrxx规范采用的形式：规范采用的形式：fWMxbx2022-2-2公式6-17、6-18各符号意义Mx绕强轴作用的最大弯矩；绕强轴作用的最大弯矩；Wx毛截面模量；毛截面模量；b梁的整体稳定系数。梁的整体稳定系数。2022-2-2梁的整体稳定系数梁的整体稳定系数b计算方法：计算方法：1.双轴对称工字型截面简支梁受纯弯曲荷载作用双轴对称工字型截面简支梁受纯弯曲荷载作用2. 单轴对称工字型截面单轴对称工字型截面3 . b0.6的情况的情况20