北京交通大学钢结构设计原理复习重点

1、 第一章绪论钢结构的特点：1、轻质高强，承载力大2、钢材材性好，可靠性高3、工业化程度高4、抗震性能好5、气密水密性好6、易于锈蚀7、耐热性好，耐火性差8、绿色环保无污染钢结构的适用范围：1、承受大荷载、动荷载的结构2、大跨度或高度很大的结构3、拼装式结构或需要移动的结构4、对密封性要求高的结构5、轻型结构6、其他复杂造型结构钢结构的主要形式：1、大跨度结构2、重型结构3、高耸结构4、多层与高层结构5、密封结构6、活动结构7、轻型结构钢结构设计的目的：保证整体结构和结构构件在充分满足功能要求的基础上安全、可靠地工作功能要求：1、安全性：承受作用，保持稳定，不倒塌2、适用性：工作性能良好，满足使

2、用要求3、耐久性：随时间仍能满足使用要求可靠度：结构在规定时间内、在规定条件下完成预定功能的概率。规定时间是指结构的设计使用年限；规定条件是指正常设计、正常施工、正常使用和维护的条件功能的极限状态：结构或者结构的某一部分超过某一定特定状态后，就不能满足某一规定功能要求，则此特定状态称为功能的极限状态承载能力极限状态（状态1）：结构或构件达到最大承载能力或者达到不适合继续承载的变形的极限状态。如强度、稳定、疲劳破坏正常使用极限状态（状态2）：结构或构件达到正常使用或耐久性能（刚度、锈蚀等）的某项规定限值的状态。包含标准组合、频遇组合或准永久组合第二章钢结构的材料钢材的力学性能：强度、塑性、韧性、

3、冷弯性能、耐久性五项指标：抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯试验、常温（低温）冲击韧性影响钢材力学性能的因素：化学成分、冶金缺陷与轧制过程、钢材硬化、温度影响、应力状态、加载速度钢材的两种破坏形式：1、塑性破坏：破坏前构件应力达到f，变形大、持u续时间较长。特征：破坏断口参差不齐，色暗，因晶体在剪切之下相互滑移呈纤维状2、破坏前变形小，无明显破坏征兆，构件破坏应力小于f，均由应力集中而引起。特征：破坏断口平齐，y晶粒往往在一个面断裂而呈光泽的晶粒状疲劳破坏的定义：钢材在循环多次反复作用下裂纹生成、扩展以致断裂破坏的现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏疲劳破坏的发生条件：1、受反复荷载作用2、存在拉应力3、

4、应力集中程度较高。疲劳破坏的三个阶段：裂纹的形成，裂纹的缓慢发展和最后迅速断裂疲劳破坏的影响因素：1、应力种类2、应力循环特征和应力幅3、循环次数（疲劳寿命）4、应力集中疲劳强度：对于轧制钢材或非焊接结构，疲劳强度与最大应力、应力比、循环次数和缺口效应有关；而对于焊接结构，疲劳强度与应力幅、循环次数和缺口效应有关应力幅：一次循环中最大应力与最小应力之差钢材的静力强度对疲劳性能无显著影响。钢材的选用原则：1、结构或构件的重要性2、荷载情况（静力荷载，动力荷载）3、连接方法（焊接连接、螺栓连接）4、结构所处的工作条件（环境温度，腐蚀等）5、钢材的厚度第三章钢结构的连接连接按连接方法分类：焊接连接、

5、铆钉连接、螺栓连接连接按功能分类：受力性连接、缀连性连接、支撑性连接不同连接的使用范围：焊接：适于静力结构，对接焊缝适用于承受各种荷载的永久性结构铆钉：内力较大，承受各种荷载的永久性结构普通螺栓：内力较小，次要结构，临时结构，安装连接摩擦型高强度螺栓：内力较大的永久性结构，直接承受动载的结构承压型高强度螺栓：内力较大的永久性结构，间接承受动载的结构不同连接的刚度：焊接摩擦型铆钉承压型普通螺栓连接形式：按被连接件相互几何位置分为对接、搭接、顶接（T形、角接）焊缝形式：对接焊缝、角焊缝焊缝种类和连接形式是不同的概念同一类型的接头可以用两种焊缝实现焊缝质量等级：三级:外观检查，即焊缝实际尺寸是否符合

6、设计要求；有无看得见的裂纹、咬边等缺陷。焊缝设计强度为基材的0.85倍二级：外观基础上加无损检验。超声波检验焊缝20%的长度二级：超声波检验每条焊缝的全长，以揭示焊缝内部缺陷对接焊缝的计算：1受轴力作用：b=fwlttw焊缝计算长度l有引弧板时取几何长度1无引弧板时取几何长度减去焊口影响1二1-2twVS2、受剪力作用：I=wfwItvw3受弯矩作用：b=fwWtw4、弯矩、剪力和轴力同时作用：正应力和剪应力都较大处要使用折算应力b=：b2+3T21.1fweq11t侧焊缝:平行受力方向的焊缝称为侧焊缝，应力性质:受剪应力作用，塑性好，强度偏低，约为端焊缝强度的75。剪应力沿焊缝长度分布不均匀

7、，两端大中间小。焊缝越长，分布越不均匀端焊缝:垂直受力方向的焊缝称为端焊缝，应力性质：应力状态比较复杂，即非剪应力，亦非正应力，而是介于二者之间的一种应力有效截面（计算截面）:直角角焊缝的实际破坏面很不规则，计算中假定沿45喉部截面破坏，该截面称为焊缝有效截面焊脚尺寸：指焊跟至焊趾的尺寸hfhf值不能过大、过小：过小的角焊缝将导致焊缝冷却过快易产生收缩裂纹等缺陷；过大会导致焊缝烧穿较薄的焊件，增加主体金属的翘曲和焊接残余应力1.5/h1.2tt较厚焊件厚度t较薄焊件厚1f21度但对边缘施焊的角焊缝要求当t6mmh6mmh=t-（12）mmf焊缝长度不宜过小，也不能过大：角焊缝的计算长度不得小于

8、8h和40mm，长度过小会使焊件局部加热严重，且起、落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠侧面角焊缝的计算长度也不宜过大，承受静荷载的侧面角焊缝计算长度不得大于60h,动荷载下不得大于f40hf，因为侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均，两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀。当焊缝长度达到一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端。（当实际长度大于以上数值时，计算时不与考虑；当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制）仅采用两条侧焊缝时： bw2、为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲太大，规范规定b16t

9、（较薄焊件厚度）角焊缝的计算：怡Jh+T215d（d为孑L径）时，要进行折减，因为螺栓100群在轴力的作用下的受剪连接，螺栓群在长度方向各螺栓受力不均匀，两端大、中间小，当l15d时，连接进入弹塑10性工作状态后，即使内力重分布，各个螺栓内力也难以均匀，故要进行折减将螺栓承载力乘以折减系数：扭矩作用下的计算假定：1、连接板件绝对刚性，螺栓为弹性体2、扭矩使连接板绕螺栓群形心O转动，各螺栓所受剪力与螺栓至形心距离成正比,其方向与螺栓到形心的连线相垂直拉力、剪力联合作用下：验算螺栓强度：V防止孔壁压坏：N=Nb1vnc三种螺栓受剪型连接的传力机理：普通螺栓依靠螺栓抗剪和孔壁承压来传递外力；摩擦型是

10、依靠被夹紧板束接触面的摩擦力传力，以摩擦力被克服和被连接件的构件发生相对滑移作为破坏的极限状态；承压型是依靠螺栓受剪和孔壁承压来传递外力，以螺栓受剪破坏或孔壁承压破坏作为承载力极限状态摩擦型螺栓承载力：抗剪承载力：Nb=0.9卩Pvf抗拉承载力：Nb=0.8Ptrnrn)+11Nb丿Nb丿抗剪、抗拉承载力：v1承压型螺栓承载力：抗剪承载力：Nb=nfb、Nb=dYtfbvv4vcv抗拉承载力：Nb=tfbt4tINb丿vrn）LNJ同时防止孔壁承压破坏：NN抗剪、抗拉承载力：v1.2*用承压型高强螺栓连接轴心拉杆时，可否直接承受动载？不能直接承受动荷载，承压型高强螺栓允许被连接件之间发生滑动，

11、滑动后依靠栓干抗剪和承压径传递剪力，他的允许的外力有可能大于所受摩擦力，产生相对滑移，在动荷载作用下就存在循环应力，就可能存在疲劳破坏*摩擦型高强度螺栓本身不存在疲劳破坏问题，原因何在？因为高强摩擦型螺栓之间是摩擦传递内力，破坏准则是克服摩擦力，它的摩擦力是大于螺栓所受到的外力，螺栓不会产生滑移，就不存在循环应力，也就没有疲劳破坏，一旦产生滑移高强摩擦性螺栓就算被破坏第四章轴心受力构件受拉构件也需要进行刚度验算的原因：避免自重下的挠曲避免动载作用下振动过大防止运输、安装过程中偶然碰撞引起杆件变形解释概念：压杆的整体稳定性、压杆的局部稳定性、格构式压杆的换算长细比压杆的整体稳定性：轴心受压杆件维

12、持其原有平衡状态的能力压杆的局部稳定性：在外压力作用下，截面的某些部分（板件），不能继续维持平面平衡状态而产生凸曲现象，称为局部失稳格构式压杆的换算长细比：当构件绕虚轴发生弯曲失稳时，因为剪力要由比较柔弱的缀材负担，剪切变形较大，导致构件产生较大的附加侧向变形，这对构件临界力的降低是不可忽略的，故用加大的长细比来代替进行计算，为换算长细比实际轴心压杆与理想轴心压杆有哪些区别？1）材料为弹塑性材料，且材质不均匀2）存在残余应力、初弯曲、初偏心等缺陷轴心受压构件的失稳模式：弯曲失稳：只发生弯曲变形，截面只绕一个主轴旋转，杆纵轴由直线变为曲线，是双轴对称截面常见的失稳形式扭转失稳：失稳时除杆件的支撑

13、端外，各截面均绕纵轴扭转，是某些双轴对称截面可能发生的失稳形式弯扭失稳：单轴对称截面绕对称轴屈曲时，杆件发生弯曲变形的同时必然伴随着扭转理想轴压杆件的基本假设：1、截面几何中心（形心）和物理中心（质心）始终重合2、杆件轴线（截面形心的连线）笔直3、轴力作用线与杆件轴线始终重合临界力的求解步骤：1、令结构偏离初始平衡位置，产生一可能变形2、分析受力情况，作隔离体受力图3、由平衡条件建立稳定分析的特征方程4、由特征方程求解临界荷载欧拉临界应力：=学cr入2实际轴心受压构件：杆件不可避免的存在初弯曲、初偏心、残余应力以及材质不均匀等初始缺陷，导致杆件稳定性与理想轴心.irriLLLLLLLLLLLi

14、irriLLr压杆有很大区别。其中初弯曲、初偏心称为几何缺陷，LLr*r_Lr*r_Lr*r_Lrir_LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL.材质不均匀和残余应力称为力学缺陷i-m-i-m-!-i-i_iI-i_ii_ii_ii_ii_ii_ii_ii_ii_i残余应力的影响：残余应力使临界荷载下降，影响程度与构件截面形状尺寸、残余应力的分布和大小以及构件屈曲时的弯曲方向等有关残余应力对弱轴的影响更大边缘纤维屈服准则：边缘屈服准则以有初偏心和初弯曲的压杆为模型，以截面边缘应力达到屈服点为承载能力的极限状态。此种方法应用于薄壁构件的稳定计算，原因是薄壁构件

15、的板厚很小，不宜考虑截面塑性发展，而且残余应力的影响也比较小。此外，对于格构式压杆对虚轴的稳定计算，由于塑性不可能深入发展，因此也按照边缘屈服准则进行计算最大强度准则（压溃准则）：以有初始缺陷的压杆为依据，考虑塑性深入截面，以构件最后破坏时所能达到的最大压力值作为压杆的承载能力极限。实际钢压杆的整体稳定承载力的计算通常采用最大强度准则轴心受压构件的稳定系数申为什么要按截面形式和对应轴分成四类？同一截面关于两个形心主轴的截面类别是否一定相同？由于各种缺陷对不同截面、不同对称轴的影响不同，所以申-九曲线（柱子曲线），呈相当宽的带状分布，为减小误差以及简化计算，规范在试验的基础上，依截面形式、失稳方

16、向、板件厚度、制造加工方式确定给出了四条曲线（四类截面），符合概率既满足可靠度又满足经济的要求不一定相同实际轴心受压构件整体稳定的实用计算方法：1、根据截面形状和加工方法确定截面分类（a,b,c,d）2、计算截面特性A，i，ixy3、根据计算长度l，l计算长细比九二l/i，oxoyxoxx九二1/i/、o（）4、按=max9,九丿查表得稳定系数申x对于双轴对称十字形截面为了防止扭转屈曲払,x取值不得小于5.07b/1其他注意事项：1、无对称轴截面（单面连接的不等边角钢除外）不宜用作轴心受压构件2、格构式截面中的槽形截面分肢，计算其绕对称轴（y轴）的稳定性时，不考虑扭转效应，直接用九查稳定系数申

17、3、单面连接的单角钢轴心受压构件，考虑强度折减系数后，可不考虑弯扭效应的影响影响压杆整体稳定承载力的因素：与杆件的长度，边界条件，外荷载，材料的强度，长细比，计算长度，实际长度以及构件两端的约束关系，回转半径以及构件截面尺寸等有关局部稳定的设计原则：压杆发在发生整体失稳之前，板件不能局部失稳，即要求板件的临界应力不低于构件的临界应力工形截面局部稳定的要求：翼缘：丄（10+0.U）tf腹板：h（25+0.5九）p235/fw其中，30X100为最大长细比轴压构件的局部稳定不满足时可采取以下措施：1、增加板件厚度2、对于H形、工字形和箱形截面，当腹板高厚比不满足以上规定时，在计算构件的强度和稳定性

18、时，腹板截面取有效截面，即取腹板计算高度范围内两侧各为20t严/f部分，但计算构件的稳定系数时仍w取全截面3、对于H形、工字形和箱形截面腹板高厚比不满足以上规定时，也可以设纵向加劲肋来加强腹板实腹轴心受压构件设计：基本要求：满足强度刚度整体稳定局部稳定截面选择的基本原则：1、宽肢薄壁：截面面积的分布应尽量开展，以增加截面的惯性惯性矩和回转半径，提高它的整体稳定性和刚度；2稳定性：使两个主轴方向的稳定系数（长细比）大致相等3）、便于与其他构件进行连接；4、尽可能构造简单，制造省工，取材方便。格构式轴心压杆为什么采用换算长细比验算绕虚轴的总体稳定性？对于格构式压杆，当绕曲轴失稳时，因肢件之间并不是

19、连续的板而是每隔一定距离用缀条或缀板联系起来构件的剪切变形较大，剪力造成的附加挠曲影响不能忽略，在格构式压杆的设计中，对虚轴失稳的计算，常以加大长细比的办法来考虑剪切变形的影响，加大以后的长细比称为换算长细比格构柱的设计要求：1、构件设计绕实轴稳定性，绕虚轴稳定性2、柱肢设计绕强轴稳定性，绕弱轴稳定性3、缀材设计缀条稳定性，缀板强度4、缀材连接设计焊缝强度，螺栓强度缀条柱绕虚轴的换算长细比：A整个构件的横截面的毛面积A构件截面中垂直于x轴各斜缀条的毛截面面积之和缀板柱绕虚轴的换算长细比：九为单个柱肢绕弱轴的长细比，焊接时，计算长度缀1板之间的净距离；当缀板用螺栓或铆钉连接时，计算长度取缀板边缘

20、螺栓中心线之间的距分肢的计算：缀条柱：九0.7九1max缀板柱：九0.5九且不大于40，当九50时，1maxmax取九=50max缀材设计：截面最大剪力：V二A85V235V缀条柱：轴力N=一i1ncos0VlVl缀板柱：剪力T=主弯矩M=-wa2等稳定性条件：九=九0 xy第五章受弯构件（梁）梁格布置：简单梁格：只有主梁，适用于主梁跨度较小或面板规格较大的情况普通梁格：在主梁间设次梁，适用于大多数的梁格尺寸和情况，应用最广复式梁格：在主梁间设纵向次梁，在纵向次梁间设横向次梁。荷载传递层次多，梁格构造复杂，只适用于荷载大和主梁跨度大的情况截面形状系数：定义塑性截面抵抗矩和弹性截面抵抗矩的比为截

21、面形状系数，Y=W/W，其值只取决于截面的几何形ppnn状而与材料性质无关截面塑性发展系数：考虑塑性部分深入截面的系数，构件截面部分进入塑性阶段后的截面抵抗矩与弹性截面抵抗矩的比值为什么钢梁设计一般不利用完全塑性的极限弯矩强度，只能部分利用材料塑性，即使梁的工作状态处于弹塑性工作阶段？1、如塑性变形过分发展可能使梁的挠度过大2、钢梁的腹板较薄，会有一定的剪应力，有时还有局部压应力，故应限制塑性弯曲应力的范围，以免综合考虑的折算应力太大3、过分发展塑性对钢梁的整体稳定和板件的局部稳定都不利截面塑性发展系数取1.0的两种情况：y235时1、235b130.6时要使用弹塑性整体稳定系数进行计算b0.

22、2820二1.071bQb*影响钢梁稳定承载力的主要因素：1、截面刚度（抗扭刚度、侧向抗弯刚度、翘曲刚度等）2、荷载作用点位置，荷载作用点越靠下，稳定性越好3、荷载类型以及沿梁长的分布情况:对纯弯曲、全跨均布荷载、跨中集中荷载，临界弯矩依次增大，即弯矩图面积越小，临界弯矩越大4、钢梁跨度，侧向支撑间距5、梁端部支撑条件，支撑约束越大，临界弯矩越大*不需要计算稳定性的受弯构件：1、有刚性铺板密铺在梁受压翼缘上并与其牢固连接，能阻止梁受压翼缘侧移2、H形或等截面工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度l和其宽度b之比满足规定的数值时，见教材113、箱型截面梁，其截面尺寸满足h/b6，且/b95（235/

23、f）时10y梁局部失稳：横向荷载作用下，梁的受压翼缘和腹板都可能因弯曲压应力和剪应力的作用而偏离其平面位置，出现波形鼓曲，这种现象称为钢梁丧失局部稳定梁内产生压应力的原因：1、截面受弯上翼缘受压，腹板有受压区2、腹板受剪主压应力方向3、集中荷载局部压应力翼缘局部稳定：对翼缘自由外伸宽度和厚度的比值进行限定工字形截面小于等于13y235，弹性设计时可放宽为235y腹板加劲肋的类型和作用：限制加劲肋处板件的侧向位移，约束板件自由翘曲，提高临界应力纵向加劲肋避免弯曲压应力失稳，设置在受压区横向加劲肋避免剪切应力失稳，设置在剪力大区域支承加劲肋避免局部压应力失稳，集中力处腹板加劲肋的布置：h1235、

24、当t80f时，对无局部压应力的梁可不设wy置加劲肋，对有局部压应力的梁按构造配置加劲肋2、对于受压翼缘扭转收到约束的梁，当80:宁h170时；受压翼缘扭转未受到丫yw丫y约束的梁，当80fh170f时；受压翼缘扭转未受到约束的梁，wyhj235当-0150；时，应按照计算配置横向加劲肋和wy纵向加劲肋4、任何情况下，5、梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋第六章拉弯和压弯构件拉弯（压弯）构件的破坏形式：1、强度破坏:截面的部分或全部应力都达到甚至超过钢材屈服点的状况。2、刚度破坏:指构件的挠度（或长细比）达到甚至超过规范的限值3、平面内失稳（弯矩作用平面内弯曲失稳破坏）:

25、直杆在偏心压力的作用下，弯曲作用平面内构件挠度随压力的增加而增大，且呈非线性增长，这是由于二阶效应的影响，最后达到偏心压力的极值点，失去平面内稳定，不存在分枝现象4、平面外失稳（弯矩作用平面外失稳破坏、弯扭失稳）：假如构件没有足够的侧向支撑，且弯曲作用平面内稳定性较强。无初始缺陷时，压力作用下，构件只产生弯矩平面内的挠度，当压力增大到某一临界值之后，构件突然产生弯矩作用平面外的弯曲变形和整体扭转，发生弯扭失稳，是一种分枝失稳。有初始缺陷压弯构件在弯矩作用平面外失稳为极值失稳，无分枝现象5、局部失稳破坏：拉弯及压弯构件强度计算准则：边缘纤维屈服准则一在构件受力最大的截面上，截面边缘处的最大应力达到屈服时即认为构件达到了强度极限，此时构件在弹性阶段工作全截面屈服准则构件的最大受力截面的全部受拉和受压区的应力都达到屈服，此时，这一截面在拉力（压力）和弯矩的共同作用下形成塑性铰部分发展塑性准则构件的最大受力截面的部分受拉和受压区的应力达到屈服点，至于截面中塑性区发展的深度根据具体情况给定。此时，构件在弹塑性阶段工作平面内稳定的概念：在N和M的同时作用下，构件在弯矩作用平面内发生变形，当荷载增加到一定大小时则到达极限；超过此极限，要维持内外力平衡，只能减小N和M，即为压弯构件在弯矩作用平面内的稳定问题构件在荷载作用开始时，会沿弯矩作用方向弯曲