钢结构总复习

1、第一章一、钢结构的特点轻质高强;由于钢材强度高，结构需要的构件截面小,结构自重轻。钢材的塑性和韧性好塑性承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力。塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保证；韧性承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能。材质均匀、各向同性，接近理想的弹塑性体，与力学假定符合较好;.制作、安装简便，工期短，符合工业化要求，环保5、密闭性好，不渗漏;6、钢材耐热性好，耐火性差当结构表面长期受辐射热达150C以上或在短时间内可能受到火焰作用时，须采用隔热和防火措施。7、钢材耐腐蚀性差；8、价格较贵。二、钢结构的应用范围（1）大：

2、大跨度结构（2）重：重工业厂房（3）高：高层建筑、高耸结构（4）动：受动荷载作用的结构（5）轻：荷载较小的轻钢结构（6）小：小型、可拆装的结构极限状态：当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态称为结构的极限状态。极限状态分为两类：a.承载能力极限状态：包括：强度破坏、疲劳破坏、不适于继续承载的变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。.正常使用极限状态:包括：影响正常使用或外观的变形、影响正常使用的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破坏等状态。根据应用概率分析的程度不同，可分为三种水准：半概率极限状态设计方法;近似概率极限状态设计方法;全概率极限状态设计方法

3、。卩卩卩Z二一RQ2七2R、RS结构可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率B可以作为衡量结构可靠度的一个数量指标。B可靠指标卩第二章一对建筑结构用钢来说，主要有三方面的要求:1、良好的力学性能：较高的强度，结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻；塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载；2、良好的加工性能：可焊性，冷加工，热加工等3、良好的耐久性能：耐腐，抗锈蚀性能；耐疲劳；“时效”作用等伸长率5=oxlOO%是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。0AA断面收缩率屮=0ix100%A0二钢材的主要性能一）、单向拉伸时的性能有屈服点钢材o-七曲线可以分为五个阶段

4、（1）弹性阶段材料处于纯弹性（2）弹塑性阶段该段很短，表现出钢材的非弹性性质（3）塑性阶段该段o基本保持不变（水平），急剧增大,称为屈服台阶或流幅段，变形模量E=0（4）强化阶段随荷载的增加o缓慢增大，但增加较快（5）颈缩阶段B.对无明显屈服点的钢材该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变形小，破坏突然。二）、冷弯性能衡量钢材塑性性能和质量优劣的综合指标。三）、冲击韧性冲击韧性：在动力荷载作用下，材料吸收能量的能力反映钢材在动力（冲击）荷载、复杂应力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸收的总能量（冲击韧性值）来衡量。四）、可焊性可焊性受化学成分的影响比较大五）、耐久性能影响结构使用寿命因素：

5、易锈蚀“时效”高温，长期荷载疲劳现象六）、钢材物理性能指标弹性模量E=206x103N/mm2泊松比u二0.3剪变模量G=E2（1+u）=79x103Nmm2线膨胀系数a=12x10-6/oC质量密度p=7850kg；m3三、各种因素对钢材性能的影响化学成份普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1%；按碳的含量区分，小于0.25%的为低碳钢，大于0.25%而小于0.6%的为中碳钢，大于0.6%的为高碳钢钢材生产过程常见的冶金缺陷有：偏析：化学成分分布不均匀；非金属夹杂；气孔；裂纹等钢材的硬化温度应力集中（构件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀力线变曲折，缺陷处有高峰应力应力集中

6、）残余应力复杂应力板厚、直径应力循环次数NV5X104,不需要进行疲劳计算。塑性破坏：超过屈服点f-即有明显塑性变形产生的构件，当达到抗拉强度f时将在很大yu的变形的情况下断裂，这是材料的塑性破坏。当没有塑性变形或只有很小塑性变形时即发生的破坏，是材料的脆性破坏应力幅在循环荷载作用下，应力从最大到最小重复一次为一次循环，最大应力与最小应力之差为应力幅对焊接结构为Ag=g-g；对非焊接部位为折算应力幅maxminAg=g0.7g，应力以拉为正，压为负。maxminGB50017规范定一般钢结构都是按照以概率为基础的极限状态原则进行验算的。钢材的牌号:Q235AFQ是屈服强度中屈字汉语拼音的字首，

7、后接的阿拉伯数字以N/mm2为单位屈服强度的大小，A、B、C的字母表示按质量划分的级别，最后还有一个表示脱氧方法的符号如F或b沸腾钢（F）脱氧较差镇静钢（Z）脱氧充分半镇静钢（b）脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间特殊镇静钢（TZ）钢材的疲劳：在循环荷载（连续反复荷载）作用下，经过有限次循环，钢材截面的应力低于钢材的抗拉强度fU,甚至低于fy时发生破坏的现象，称之为疲劳。疲劳破坏的机理：疲劳破坏是积累损伤的结果。微观裂纹（缺陷）一宏观裂纹一突然断裂疲劳破坏的特征：属于脆性破坏，截面平均应力小于屈服点。冷作硬化当荷载超过材料屈服点卸载后，出现残余变形，再次加载则屈服强度（或屈服点）提高的现象，也称“

8、应变硬化”。时效硬化随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使材料硬化的现象。截面形式可分为：型钢截面和组合截面两大类。选择钢材的原则:1结构或构件的重要性；2荷载情况3连接方法4结构所处的工作条件5.钢材的厚度。碳、硫、磷对刚才的影响：1.碳（C）：钢材强度的主要来源，随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。一般控制在0.22%以下，在0.2以下时，可焊性良好2硫（S）：有害元素，热脆性。不得超过0.05%。3磷（P）：有害元素，冷脆性。强度、抗腐蚀能力略有提高，但塑性、可焊性降低。不得超过0.045%N强度计算（承载能力极限状态包括：强度、整体稳定、局部稳定）b=fN

9、轴心拉An力或压力设计值；A构件的净截面面积；f钢材的抗拉或抗压强度设计值n一般将毛截面的模量比值W/W称为截面的形状系数F九=九xixlPi=-截面的回转半径；A“皿九二皿yiy塑性发展系数是考虑构件截面再受力时截面有一定的塑性发展，有一定塑性发展的截面弯矩与截面边缘达刚到屈服应力时的截面弯矩的比值，考虑到截面在受力时不能无限制的应用塑性，所以规范规定对于一定的截面只利用一部分截面塑性，规范对于给定的截面给出了截面塑性系数的值.。分别为丫、丫，对需要计算疲劳或直接承受动载的梁，不考虑截面塑性发xy展，即取Y=1.0 xyMMM抗弯强度计算：单向弯曲梁柴af(2)双向弯曲梁x+尸fYWYWYW

10、xnxxnxyny若承受静载，则M=WfW=S+STOC o 1-5 h zPpnypn1n2n当梁承受翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比大于13;235/f还要小于15；235/fyy梁的强度计算的内容：抗弯强度、抗剪强度、局部压应力、折算应力抗弯强度计算：梁设计时只是有限制地利用截面的塑性，如工字形截面塑性发展深度取MMMaWh/8。(1)单向弯曲梁xf(2)双向弯曲梁x+汀fY,Y截面塑性YWYWYWxyxnxxnxyny发展系数,对于工字形截面梁：Y=1.05；Y=1.2当翼缘外伸宽度b与其厚度t之比满足:xy235b23513-15、=时，y=1.0需要计算疲劳强度的梁：Y=Y=1.0f

11、tfxxyy1yVS抗剪强度efmaxItvw局部压应力当梁的翼缘受有沿腹板平面作用的固定集中荷载且荷载处又未设置支承加劲肋时，或有移动的集中荷载时，应验算腹板高度边缘的局部承压强度。屮F=fF集中力，对动力荷载应考虑动力系数；屮集中荷载增大系数，重ctlwz级工作制吊车为1.35，其他为1.0；屮F=flz-集中荷载在腹板计算高度边缘的假定分布长度：跨中集中荷载：ctlwz1-a+5h+2h梁端支座反力：1-a+2.5h+aa-集中荷载沿梁跨度方向的支承zyRzy1长度，对吊车轮压可取为50mm，hy-自梁承载边缘到腹板计算高度边缘的距离；hr-轨道的高度，计算处无轨道时取0；al-梁端到支

12、座板外边缘的距离，按实际取，但不得大于2.5hy。腹板的计算高度ho的规定：1.轧制型钢，两内孤起点间距；2.焊接组合截面，为腹板高度;3铆接时为铆钉间最近距离。（四）折算应力Jd2+cc2_8c+3工2邙f其中：b=罕2GQc应带各自符号,nx拉为正。0计算折算应力的设计值增大系数。异号时，0=1.2；GQ同号时或1c1cd=0,0=1.1原因：1.只有局部某点达到塑性2.异号力场有利于塑性发展一一提高c1设计强度习题3.7失稳的类别：分支点失稳、极值点失稳理想压杆与实际压杆相比，存在哪些缺陷：理想的轴心受压构件（杆件挺直、荷载无偏心、无初始应力、截面均匀等）残余应力产生的原因及其分布：A、

13、产生的原因焊接时的不均匀加热和冷却，如前所述;型钢热轧后的不均匀冷却；板边缘经火焰切割后的热塑性收缩；构件冷校正后产生的塑性变形。实际轴心受压构件的柱子曲线：我国规范给定的临界应力Ocr,是考虑初弯曲和残余应力两个缺陷，按二阶弹塑性分析采用最大强度准则，并通过数值分析确定的。由于各种缺d陷对不同截面、不同对称轴的影响不同，纵坐标是柱的截面平均应力U与屈服强度f的y比值。所以Ocr-入曲线（柱子曲线），呈相当宽的带状分布，为减小误差以及简化计算，d规范在试验的基础上，给出了四条曲线（四类截面），并引入了稳定系数。/r实际Ndd_erAYRN即：d_-fA轴心受_df=eryfYyRy压构件的整体

14、稳定计算申-稳定系数，可按截面分类和构件长细比查表得到。=4.78-t构件长细比的确定o/y截面为双轴对称或极对称构件：X_1凡xoxxA、等边单角钢截面，图（a）当bt0.541,.b时：X0yyzB、等边双角钢截面,当bt0.58仁.b时:九yz九yz0.475b412120y=3.9-1+12120y18.6b4/长肢相并的不等边角钢截面当bt0.481b时:20g2XyzXyz=5.1b1.09b4)12120yy短肢相并的当bjt0.561.b时:0*112120y17.4b42不等边角钢截面y近似取：X=XXyzyz=3.7b1+12t252.7b41yD)轴心受压构件的屈曲形态：

15、弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲局部稳定：1.翼缘板：A、工字形、T形、H形截面翼缘板-（10+0.1九）:235式中：九-构件两方向长细比较大值，当九30时，TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark82 o Current Document tfy取九二30；当九100时，取九二100。2.腹板 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 伫（25+0.5九）：235式中：九-构件两方向长细比较大值，当九30时,tfw取九=30；当九100时，取九=100。格构式轴心受压构件设计（不考计算）截面选取原则：尽可能做到等稳定性要求。

16、.缀材的形式：缀条和缀板两种.折算原因：当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或是参与负担，剪切变形较大，导致构件产生较大的附加侧向变形，它对构件临界力的降低是不能汇率的经理论分析，用换算长细比九来代替对x轴的长细比九，就可以确定考虑剪切变形影响的TOC o 1-5 h z0 xx结构式轴心压杆的临界力。因此，换算长细比的实质是反映构件弯曲刚度的弱化。缀条构件：九=伉2+27要求九=l.i0.7九九=max，九0 xVxA111maxmax0 xy1缀板构件：九=3+九2要求单肢的长细比九1不应大于40,且不大于最大长细比的0.50 xvx11 HYPERLINK l book

17、mark102 o Current Document 倍（当九50时取九=50）maxmax等稳定条件是：九=九0 xy当M较小时，梁仅在弯矩作用平面内弯曲，但当M逐渐增加，达到某一数值时，梁将突XX然发生侧向弯曲和扭转，并丧失继续承载的能力，这种现象称为梁的弯曲扭转弯曲或梁丧失整体稳定。影响梁整体稳定的主要因素：1侧向抗弯刚度、抗扭刚度；2受压翼缘的自由长度（受压翼缘侧向支承点间距）;3荷载作用种类；4荷载作用位置；5梁的支座情况。提高梁整体稳定性的主要措施：1.增加受压翼缘的宽度；2.在受压翼缘设置侧向支撑。整体稳定计算：当截面仅作用Mx时：（1）不满足以上条件时，按下式计算梁的整体稳定性

18、=Mx丄=申f即：Mxf式中Y-材料分项系数；WYfYb申WRxRyRbx申=,/f-稳定系数。bcry（2）稳定系数的计算任意横向荷载作用下：A、轧制H型钢或焊接等截面工字形简支梁申=p4320Ahb:1+V4.4h丿2+耳b丿235式中卩-等效临界弯矩系数;b=l:i；h梁咼，t1y1双轴对称时耳=0b-受压翼缘的厚度；耳-截面不对称影响系数,b单轴对称截面耳取值见规范。b当甲0.6,稳定计算时应以甲代替甲,bbb其中：cpb=1.07-0.282pb当截面同时作用MxMy时MMx+yfpWYWbxyyy-取值同塑性发展系数，但并不表示沿y轴以进入y塑性阶段，而是为了降低后一项的影响和保持

19、与强度公式的一致性整体稳定性的保证：1）有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连接，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时；2）H型钢或工字型截面简支梁受压翼缘的自由长度11与其宽度b1之比不能超过规定时当荷载达到某一值时，梁的腹板和受压翼缘将不能保持平衡状态，发生出平面波形鼓曲称为梁的局部失稳宽厚比：牛6。+。疔高厚比：牛（25+0.5九）:23f5wy九取构件中长细比之较大者，而当九30时，取九=30；当九100时，取九=100局部失稳的板件宽厚比：强度计算考虑截面塑性发展时：713浮强度计算不考虑截面塑性发展（x=1.0）时-15t：235对于箱形截面受压翼缘在两腹板（或腹板与纵向加劲肋）间的无支

20、承宽度b0与其厚度的比1235值应满足：-040tfy提高临界应力的有效办法：设纵向加劲肋。如袖时站、八曹-80235当zo时，按构造配置加劲肋；_,加劲肋的设置（1）f80，七c横向加劲肋的间f当=o时，可不配置加劲肋；*yc距a应满足：0.5a%学按计算配置横向加劲肋，其中:当1170受压翼缘扭转受约束）wy235（受压翼缘扭转未受约束）时，应在弯曲受压较大区格，加配纵向加劲肋。任何情况下，佇250：?竺；tfwy（4）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。以上公式中h0为腹板的计算高度，tw为腹板厚度；对于单轴对称截面梁，在确定是否配置纵向加劲肋时，h0取腹板受压区

21、高度he的2倍。型钢梁的设计一、设计原则：强度、整体稳定、刚度要求、局压承载力局部稳定一般均满足要求。影响轴心受压的稳定系数:1）截面分类2）长细比3）钢材品种轴心受压构件与受弯构件的腹板局部稳定设计原则：板的宽厚比限值是基于局部屈曲不先于整体屈曲的原则，即半间的临界应力不少于构件的临界应力，传统的热轧型钢和焊接构件就是按这种思路进行设计的拉杆、压杆的刚度要求：长细比：九=G:i）max0max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。A、焊条的选择：焊条应与焊件钢材相适应。B、焊条的表示方法：E一焊条（Electrode）,第1、2位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm

22、2），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。C、优、缺点：优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。钢结构工程施工及验收规范规定：焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；焊接连接形式：对接（正对接焊缝、斜对接焊缝、T型对接焊缝）、搭接、T形连接、角部连接焊缝代号P197对接焊缝的坡口形式：（1）当:t6mm（手工焊）,t20mm时，宜采用U形、K形

23、、X形坡口。（3）当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，应做坡度不大于1:2.5（静载）或1：4（动载）的斜角，以平缓过度，减小应力集中。轴心力作用下的对接焊缝计算：b=fw或fw式中：N轴心拉力或压力；t板件较lttcw小厚度；T形连接中为腹板厚度；fw、fw对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。l焊缝的tcw计算长度，当采用引弧板施焊时，取焊缝的实际长度；当未采用引弧板时，每条焊缝取实际长度减去2t当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接b=NSn-fw或fwT=NCOS-fw另:lttcltv当tan0W1.5时，不用验算！M、V共同作用下的对接焊缝计算M6M（1）板件间对接连接b=fwmaxW

24、l2ttwwwwVS3VT=wfw式中：Ww焊maxItw2ltwV缝截面模量；Sw-焊缝截面面积矩；Iw-焊缝截面惯性矩。（2）工字形截面梁对接连接计算A、对于焊缝的Omaxmax应满足b6Mmaxl2tmaxVSwItw3V-一fw2lt丿一wB、对于翼缘与腹板交接点焊缝(1点),其折算应力尚应满足下式要求：尹6mm时，hff,maf,maWt-(12)mm；2、最小焊脚尺寸hf，min为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求：h1.5t(计算数值只进不舍)式中:f,min勺2t2-较厚焊件厚度另:对于埋弧自动焊hf,min可减去1mm;对

25、于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm;当t2W4mm时,hf,min=t2b)2规范给定的角焊缝强度计算通用公式+T2fwBf正面角焊缝强度增大系数；静载时取1.22，动载时取1.0假定:A、被连接件绝对刚性，焊缝为弹性，即:T作用下被连接件有绕焊缝形心旋转的趋势;B、T作用下焊缝群上任意点的应力方向垂直于该点与焊缝形心的连线，且大小与r成正比;C、在V作用下，焊缝群上的应力均匀分布。各种受力状态下的直角角焊缝连接计算1、轴心力作用下轴心力作用下的盖板对接连接:A、仅采用侧面角焊缝连接:ewB、采用三面围焊连接:厂hT=fwweflhf(2)T形角焊缝连接Ncos0XhNsin)工lh

26、即:we(3)角钢角焊缝连接A、仅采用侧面角焊缝连接wewe+T2fw由力及力矩平衡得:N=N1+N2eNe=Ne故：N=N2=kN11221e+e112eN=N-=kN2e+e212e+e12eie+e12k-肢背焊缝内力分配系数1k-肢尖焊缝内力分配系数2对于校核问题：mNihw1e1TNS/2hw2e2N=1w1hfwe1fB、采用三面围焊N=Ylh3对于设计问题：工/Bfww3e3ffN由力及力矩平衡得：N=kN-=31122、N、M、V共同作用下工l=旦w2hfwe2f=工bhBfwfe3fNN二kN-3222N偏心轴力作用下角焊缝强度计算：-/工心we6M+工hl2ewNT得f,A

27、YlhweMh(2)V、M共同作用下焊缝强度计算=才卩fwfAI2ffw式中：Iw全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；hl两翼缘焊缝最外侧间的距离。Mh2I2wVT=T=fBfYhle,2w,2强度验算公式：J話J+T名Jf；式中：h2、lw,2腹板焊缝的计算长度；he,2腹板焊缝截面有效高度。3、T、V共同作用下hiTPxy将其沿x轴和y轴分解:TTAx=t-sin0=TT-rrIrPTrrT=T-CO=TAyT=T剪力V作用下,A点应力：TvAyV=V工hlewA点垂直于焊缝长度方向的应力为:Q=T+TfVAyTAyA点平行于焊缝长度方向的应力为:T=TfTAx强度验算公式：+T2fw即:1

28、/|T+T.TAyVAy)2+T215d0（d0为孔径）时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏，然后依次破坏。当15dl60d时：耳二0.7故，连接所需栓数：n=10耳NbminA、螺栓采用并列排列时:1-1NfTOC o 1-5 h zb=fAn,1面:A=（b-m-d）t;f-钢材强度设计值;d-螺栓孔直径;n,100m-危险截面上的螺栓数；b-主板宽度；t-主板厚度。0.5Nb=fA2拼接板的危险截面A=-md）t;f-钢材强度设计值;d-螺栓孔直径；n,21010b-拼接板宽度；m-危险截面上的螺栓数；t-拼接板厚度。Nfb=fAn对于1

29、-1截面:11A=（b-md）t;n0对于1-1截面：A=n2c+（m-1）.c2+c2-md4120_B、螺栓采用错列排列时:式中：f-钢材强度设计值；d-螺栓孔直径;0m-危险截面上的螺栓数；b-主板宽度；t-主板厚度。0.5NTOC o 1-5 h zb=fA拼接板的危险截面对于2-2截面：A=(b-md)t;n101对于2-2截面：A=2c+(m-1)jc2+c2-mdt;n4V12012、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算FF作用下每个螺栓受力：N二1FnT作用下连接按弹性设计，其假定为：（1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；（2）T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离呈线形关系，方向与ri垂直。三、普通螺栓的抗拉连接兀d单个普通螺栓的抗拉承载力设计值Nb=Afb二严fb