PPT钢结构基础讲义（同济大学）

钢结构基础同济大学土木木系(土木工程专业业)讲师：张云平平1概率极限状态态设计法和疲疲劳设计的容容许应力法1概率极限状态态设计法和疲疲劳设计的容容许应力法1.1结构的极限状状态当整个结构或或结构的一部部分超过某一一特定状态就就不能满足设设计规定的某某一功能要求求时，此特定定状态为该功功能的极限状状态。分为承承载能力极限限状态和正常常使用极限状状态。承载能力极限限状态对应于结构或或构件达到最最大承载能力力或出现不适适于继续承载载的变形正常使用极限限状态对应于结构或或结构构件达达到正常使用用或耐久性能能的某项规定定限值结构的工作性性能可用结构构的功能函数Z来描述，设计计结构时可取取荷载效应S和结构抗力R两个基本随机机变量来表达达结构的功能能函数，即Z=g（R，S）＝R－S（1-1）显然，Z是随机变变量，有有以下三三种情况况：Z＞0结构处于于可靠状状态；Z＝0结构达到到极限状状态；Z＜0结构处于于失效状状态。可见，结结构的极极限状态态是结构构由可靠靠转变为为失效的的临界状状态。由于R和S受到许多多随机性性因素影影响而具具有不确确定性，，Z≥0不是必然性性的事件。。因此科学学的设计方方法是以概概率为基础础来度量结结构的可靠靠性。1.2可靠靠度度按照照概概率率极极限限状状态态设设计计法法，，结构构的的可可靠靠度度定定义义为为结结构构在在规规定定的的时时间间内内，，规规定定的的条条件件下下，，完完成成预预定定功功能能的的概概率率。““完完成成预预定定功功能能””指指对对某某项项规规定定功功能能而而言言结结构构不不失失效效。。结结构构在在规规定定的的设设计计使使用用年年限限内内应应满满足足的的功功能能有有：：(1)在正正常常施施工工和和正正常常使使用用时时，，能能承承受受可可能能出出现现的的各各种种作作用用；；(2)在正正常常使使用用时时具具有有良良好好的的工工作作性性能能；；(3)在正正常常维维护护下下具具有有足足够够的的耐耐久久性性；；(4)在设设计计规规定定的的偶偶然然事事件件发发生生时时及及发发生生后后，，仍仍能能保保持持必必需需的的整整体体稳稳定定性性。。规定定的的设计计使使用用年年限限（设计计基基准准期期）是是指指设设计计规规定定的的结结构构或或结结构构构构件件不不需需进进行行大大修修即即可可按按其其预预定定目使使用用的的年年限限。。大大陆陆规规范范规规定定建建筑筑结结构构的的设计计基基准准期期为为50年。若以以Pr表示示结结构构的的可可靠靠度度，，则则有有Pr=P（Z≥0）（（1-2）记Pf为结结构构的的失失效效概概率率，，则则有有Pf=P（Z<0）（（1-3）显然然Pr=1－Pf（1-4）因此此结结构构可可靠靠度度的的计计算算可可转转换换为为失效效概概率率的计计算算。。可可靠靠的的结结构构设设计计指指的的是是使使失失效效概概率率小小到到可可以以接接受受程程度度的的设设计计，，绝绝对对可可靠靠的的结结构构（（失失效效概概率率等等于于零零））是是不不存存在在的的。。由由于于与与Z有关关的的多多种种影影响响因因素素都都是是不不确确定定的的，，其其概概率率分分布布很很难难求求得得，，目目前前只只能能用用近近似似概概率率设设计计方方法法，，同同时时采采用用可可靠靠指指标标表表示示失失效效概概率率。。1.3可靠靠指指标标为了了使使结结构构达达到到安安全全可可靠靠与与经经济济上上的的最最佳佳平平衡衡，，必必须须选选择择一一个个结结构构的的最最优优失失效效概概率率或或目目标标可可靠靠指指标标。。可可采采用用““校准准法法”求求得得。。即即通通过过对对原原有有规规范范作作反反演演分分析析，，找找出出隐隐含含在在现现有有工工程程中中相相应应的的可可靠靠指指标标值值，，经经过过综综合合分分析析，，确确定定设设计计规规范范采采用用的的目目标标可可靠靠指指标标值值。。《建筑结构设计计统一标准》规定结构构件件可靠指标不不应小于表1-1中的规定。钢钢结构连接的的承载能力极极限状态经常常是强度破坏坏而不是屈服服，可靠指标标应比构件为为高，一般推推荐用4.5。表1－11概率极限状态态设计法和疲疲劳设计的容容许应力法1.4极限状态设计计表达式除疲劳计算外外，钢结构设设计规范采用用以概率理论为基基础的极限状状态设计方法法，用分项系数的设计表达式进行计计算(1)对于承载能力极限限状态，结构构件应应采用荷载效效应的基本组合和偶然组组合进行设计计基本组合按下列极限状状态设计表达达式中最不利利值确定由可变荷载效应控制的组组合：（1-5）由永久荷载效应控制的组组合：（1-6）0——结构重要性系系数，按下列规定定采用：对安安全等级为一一级或设计使使用年限为100年及以上的结构构件，不不应小于1.1；对安全等级级为二级或设设计使用年限限为50年的结构构件件，不应小于于1.0；对安全等级级为三级或设设计使用年限限为5年的结构构件件，不应小于于0.9；G——永久荷载分项项系数，应按按下列规定采采用：当永久久荷载效应对对结构构件的的承载能力不不利时，对由可变荷载效效应控制的组组合应取1.2，对由永久荷荷载效应控制制的组合应取取1.35；当永久荷载载效应对结构构构件的承载能能力有利时，，一般情况下下取1.0；Q1,Qi——第1个和第i个可变荷载分分项系数，应应按下列规定定采用：当可可变荷载效应应对结构构件件的承载能力不利时时，在一般情情况下应取1.4，对标准值大大于4.0kN/m2的工业房屋楼楼面结构的活活荷载取1.3；当可变荷载载效应对结构构构件的承载载能力有利时时，应取为0；S——永久荷载标准准值的效应；；1概率极限状态态设计法和疲疲劳设计的容容许应力法SQ1k——在基本组合中中起控制作用用的第1个可变荷载标标准值的效应应；SQik——第i个可变荷载标标准值的效应应；ci——第i个可变荷载的的组合值系数数，其值不应应大于1；R——结构构件的抗抗力设计值，，R=Rk/R，Rk为结构构件抗抗力标准值，，R为抗力分项系系数，对于Q235钢，R=1.087；对于Q345、Q390和Q420钢，R=1.111。对于一般排架、框架结结构，可以采用简简化设计表达达式：由可变荷载效应控制的组组合：（1-7）——简化设计表达达式中采用的的荷载组合系系数，一般情情况下可取=0.9，当只有一个个可变荷载时，取=1.0。由永久荷载效应控制的组组合仍按式（（1-6）计算。偶然组合对于偶然组合合，极限状态态设计表达式式宜按下列原原则确定：偶偶然作用的代代表值不乘以分项系系数；与偶然作用同时时出现的可变变荷载，应根根据观测资料料和工作经验验采用适当的的代表值。(2)对于正常使用极限限状态，结构构件根根据不同设计计目的，分别别选用荷载效效应的标准组组合、频遇组组合和准永久组合合进行设计，，使变形、裂裂缝等荷载效效应的设计值值符合下式的的要求：Sd≤C（1-8）Sd——变形、裂缝等等荷载效应的的设计值；C——设计对变形、、裂缝等规定定的相应限值值。1概率极限状态态设计法和疲疲劳设计的容容许应力法钢结构的正常常使用极限状状态只涉及变变形验算，仅仅需考虑荷载载的标准组合合：（1-9）1概率极限状态态设计法和疲疲劳设计的容容许应力法1.5钢结构的疲劳劳计算疲劳断裂的概概念钢结构的疲劳劳断裂是裂纹纹在连续重复荷载载作用下不断扩展以至至断裂的脆性性破坏。疲劳劳破坏经历三三个阶段：裂裂纹的形成，，裂纹的缓慢慢扩展和最后后迅速断裂。。与疲劳破坏有有关的几个概概念应力集中应力循环特征征连续重复荷载载之下应力从从最大到最小小重复一周叫叫做一个循环环。应力循环环特征常用应应力比来表示示，拉应力取取正值，压应应力取负值。。应力幅应力幅表示应应力变化的幅幅度，用△=max-min表示，应力幅幅总是正值。。1概率极限状态态设计法和疲疲劳设计的容容许应力法疲劳寿命（致致损循环次数数）疲劳寿命指在在连续反复荷荷载作用下应应力的循环次次数，一般用用n表示。（1）疲劳曲线（—n曲线）(1-11)1概率极限状态态设计法和疲疲劳设计的容容许应力法1概率极限状态态设计法和疲疲劳设计的容容许应力法1概率极限状态态设计法和疲疲劳设计的容容许应力法大陆2钢结构材料2.1结构钢材的破破坏形式:塑性破坏脆性破坏2.2钢结构对钢材材性能的要求求(1)较高的强度:屈服强度（屈屈服点）fy和抗拉强度fu(2)良好的塑性:伸长率钢材拉伸图(3)韧性好:冲击韧性值Cv冲击韧性图(4)可焊性好(5)合格的冷弯性性能2.3影响钢材性能能的主要因素素(1)化学成分钢材由各种化化学成分组成成的，其基本本元素为铁（（Fe），碳素结构钢中中铁占99%。碳和其它元元素仅占1%，但对钢材的的性能有着决决定性的影响响。普通低合合金钢中还含含有低于5%的合金元素。。2钢结构材料碳（C）、硫（S）、磷（P）、氧（O）和氮（N）、锰（Mn）、硅（Si）(2)冶炼、轧制、、热处理(3)钢材的硬化时效硬化冷作硬化(4)温度的影响(5)复杂应力状态态(6)应力集中(7)反复荷载作用用2.4结构钢材种类类及其选择(1)钢材的种类和和牌号碳素结构钢的牌号由代表表屈服点的字字母Q、屈服点的数值值（N/mm2）、质量等级符号号和脱氧方法法符号等四个个部分按顺序序组成。如Q235－AF表示屈服强度度为235N／mm2的A级沸腾钢；Q235-Bb表示屈服强度度为235N／mm2的B级半镇静钢；；Q235-C表示屈服强度度为235N／mm2的C级镇静钢。低合金高强度度结构钢低合金钢是在在冶炼过程中中添加一种或或几种少量合合金元素，其其总量低于5％的钢材。其其牌号与碳素素结构钢牌号号的表示方法法相同，常用用的低合金钢钢有Q345、Q390、Q420等。2钢结构材料低合金钢的脱脱氧方法为镇静钢或特殊镇静钢。Q345-B表示屈服强度度为345N／mm2的B级镇静钢；Q390－D表示屈服强度度为390N／mm2的D级特殊镇静钢钢。碳素结构钢和和低合金钢都都可以采取适适当的热处理理(如调质处理)进一步提高其其强度。例如如用于制造高高强度螺栓的的45号优质碳素钢钢以及40硼（40B）、20锰钛硼（20MnTiB）就是通过调质质处理提高强强度的。(2)钢材的的选用用原则则钢材选选用的的原则则是既既要使使结构构安全全可靠靠和满满足使使用要要求，，又要要最大大可能能节约约钢材材和降降低造造价。。为保保证承承重结结构的的承载载力和和防止止在一一定条条件下下可能能出现现的脆脆性破破坏，，应综综合考考虑下下列因因素：：结构的的重要要性、、荷载载的性性质、、连接接方法法、结结构的的工作作环境境、钢钢材厚厚度（3）钢材材的规规格钢结构构所用用钢材材主要要为热热轧成成型的的钢板、型钢，以及及冷弯弯成型型的薄壁型型钢等。钢板钢板有有薄钢钢板（（厚度度0.35~4mm）、厚钢板板（厚厚度4.5~60mm）、特厚板板（板板厚＞＞60mm）和扁钢钢(厚度4~60mm，宽度为为12~200mm)等。钢钢板用用“—宽×厚×长”或或“—宽×厚”表表示，，单位位为mm，如—450××8××3100，—450××8。型钢钢结构构常用用的型型钢是是角钢钢、工工字型型钢、、槽钢钢和H型钢、、钢管管等。。除H型钢和和钢管管有热热轧和和焊接接成型型外，，其余余型钢钢均为为热轧轧成型型。冷弯薄薄壁型型钢冷弯薄薄壁型型钢采采用薄薄钢板板冷轧轧制成成。其其壁厚厚一般般为1.5~12mm，但承重重结构构受力力构件件的壁壁厚不不宜小小于2mm。薄壁型型钢能能充分分利用用钢材材的强强度以以节约约钢材材，在在轻钢钢结构构中得得到广广泛应应用。。常用用冷弯弯薄壁壁型钢钢截面面型式式有等等边角角钢]、卷边等等边角角钢、Z型钢、卷边Z型钢、槽钢、卷边槽槽钢（（C型钢））、钢管等等。2钢结构构材料料3.1钢结构构的连连接方方法在传力力过程程中，，连接接部位位应有有足够够的强强度。。被连连接件件间应应保持持正确确的位位置，，以满满足传传力和和使用要求求。钢结构构的连连接通通常有有焊接，铆接和螺栓连连接三种方方式（（图3-1）。3.2焊接连连接的的特性性钢结构构常用用的焊接方方法有电弧弧焊，，电渣渣焊、、气体体保护护焊和和电阻阻焊等等。焊缝连连接形形式按按构件件的相对位位置可分为为平接接、搭搭接、、T形连接接和角角接四四种。。（图3-2）焊缝形形式主主要有有对接接焊缝缝和角角焊缝缝。其其中对对接焊焊缝按按受力力方向向可分分为对对接正正焊缝缝和对对接斜斜焊缝；角角焊缝缝长度度方向向垂直直于力力作用用方向向的称称正面面角焊焊缝，，平行行于力力作用用方向向的称称侧面面角焊焊缝。。焊缝缺缺陷和和焊缝缝等级级焊缝中中可能能存在在裂纹纹、气气孔、、烧穿穿、夹夹渣、、未焊焊透、、咬边边、焊焊瘤等等缺陷陷。（（图3-3）《钢结构构工程程施工工质量量验收收规范范》（GB50205）规定，，焊缝缝依其其质量量检查查标准准分为为三级，其中中三级焊焊缝只只要求求通过过外观观检查查，即即检查查焊缝缝实际际尺寸是否符符合设设计要要求和和有无无看得见见的裂裂纹，，咬边等缺缺陷。对于于重要要结构构或要要求焊焊缝金金属强强度等等于被被焊金金属强强度的的对接接焊缝缝，必必须进进行一一级或或二级质量量检验验，即即在外外观检检查的的基础础上再再做无损检检验。其中中二级级要求求用超超声波波检验验每条条焊缝缝的20％长度，，且不不小于于200mm；一级要要求用用超声声波检检验每每条焊焊缝全全部长长度，，以便便揭示示焊缝缝内部部缺陷陷。焊缝代代号焊缝符符号主主要由由图形符符号、、辅助助符号号和引引出线线等部部分分组组成成。。（（表3-1a）（表3-1b）3钢结结构构的的连连接接设设计计3钢结结构构的的连连接接设设计计3.3对接接焊焊缝缝的的构构造造和和计计算算对接接焊焊缝缝按按坡口口形形式式分为为I形缝缝、、V形缝缝、、带带钝钝边边单单边边V形缝缝、、带带钝钝边边V形缝缝（（也也叫叫Y形缝缝））、、带钝钝边边U形缝缝、、带带钝钝边边双双单单边边V形缝缝和和双双Y形缝缝等等。。（图图3-4）对基基焊焊缝缝计计算算对接接焊焊缝缝的的应应力力分分布布情情况况基基本本上上与与焊焊件件相相同同。。可可用用计算焊件件的方法法计算对接接焊缝。。对于重重要的构件，，按一、、二级标标准检验验焊缝质质量，焊焊缝和构构件等强强，不必必另行计计算，只只有对三三级焊缝缝，才需要计算算。（1）轴心受受力的对对接焊缝缝＝N／（lwt）≤fwt或fwc(3-1)式中N——轴心拉力力或压力力的设计计值；lw——焊缝计算算长度，，当采用用引弧板板施焊时时，取焊焊缝实际际长度；；当无法法采用引引弧板时时，每条条焊焊缝取实实际长度度减去2t；t——在对接接头中中为连接件的的较小厚度，，不考虑焊缝缝的余高；在在T形接头中为腹腹板厚度;ftw，fcw——对接焊缝的抗抗拉、抗压强强度设计值。。抗压焊缝和和质量等级为为一、二级的的抗拉焊缝与与母材等强，，三级抗拉焊焊缝强度为母母材的85%。（2）受弯、受剪的的对接焊缝计计算＝M／Ww≤fwt(3-2)＝VS／（Iwt）≤fwV(3-3)(3-4)3钢结构的连接接设计3.4角焊缝的构造造和计算(1)角焊缝的截面面角焊缝两边夹夹角一般为900（直角角焊缝缝），夹角大大于1350或小于600的斜角交焊缝缝，除钢管结结构外，一般不不宜用作受力力焊缝。（图3-5）角焊缝的有效效截面为平分角焊缝缝夹角的截面，破坏坏往往从这个个截面发生。。有效截面的的高度（不考虑焊缝缝余高）称为为角焊缝的有有效厚度he，当≤90o时，he＝0.7hf；当>90o时，he＝hfcos(/2)。(2)角焊缝的尺寸寸限制焊脚尺寸hf应与焊件的厚厚度相适应，，不宜过大或或过小。对手工焊，hf应不小于，，t为较厚焊件的的厚度（mm），对自动焊，可可减小1mm；hf应不大于较薄薄焊件厚度的的1.2倍。对于板件边缘缘的焊缝，当当t≤6mm时，hf≤t；当t>6mm时，hf＝t－(1~2)mm。（图3-6）焊缝长度lw也不应太长长或太短，，其计算长长度不宜小于8hf或40mm，且不宜大于60hf。(3)角焊缝计算算的基本公式(3-5)式中f——正面角焊缝缝的强度设设计值增大大系数，；但对直接接承受动力力荷载结构中的角角焊缝，由由于正面角角焊缝的刚刚度大，韧韧性差，应应取f＝1.0；x、y——按角焊缝有有效截面计计算，垂直直于焊缝长长度方向的的正应力；；z——按角焊缝有有效截面计计算，沿焊焊缝长度方方向的剪应应力。3钢结构的连连接设计(4)常用连接方方式的角焊焊缝计算①受轴心力作作用时（图3-7）焊缝长度与与受力方向向垂直（正面角焊缝缝）：(3-6)焊缝长度与与受力方向向平行（侧面角焊缝缝）：(3-7)式中lw为连接一侧侧所有焊缝缝的计算长长度之和，，每条焊缝缝按实际长长度减去2hf。三面围焊时时，先按式式（3－6）计算计算算正面角焊焊缝受力N1，再由N－N1按式（3－7）计算。②弯矩单独作作用时（图3-8）(3-8)式中Ww——角焊缝有效效截面的截截面模量。。③扭矩单独作作用时（图3-9）(3-9)式中中J———角焊焊缝缝有有效效截截面面的的极极惯惯性性矩矩，，J=Ix＋Iy；rA———A点至至形形心心o点的的距距离离。。3钢结结构构的的连连接接设设计计将A分解解到到x和y方向向，，有有④弯矩矩、、扭扭矩矩、、轴轴心心力力共共同同作作用用时时，，分分别别计计算算受受力力最最不不利利点点的的正正应应力力和和剪剪应应力力，，按按下下式式计计算算：：(3-10)3钢结结构构的的连连接接设设计计3钢结结构构的的连连接接设设计计3钢结结构构的的连连接接设设计计3.5螺栓栓连连接接的的排排列列和和构构造造要要求求螺栓栓在在构构件件上上的的排排列列可可以以是是并列列或错列列（（图图3-11），排排列列时时应应考考虑虑下下列列要要求求:1．受力力要要求求：对对于于受受拉拉构构件件，，螺螺栓栓的的栓栓距距和和线线距距不不应应过过小小，，否否则则对对钢钢板板截截面面削削弱弱太太多多，，构构件件有有可可能能沿沿直直线线或或折折线线发发生生净净截截面面破破坏坏。。对对于于受受压压构构件件，，沿沿作作用用力力方方向向螺螺栓栓间间距距不不应应过过大大，，否否则则被被连连接接的的板板件件间间容容易易发发生生凸凸曲曲现现象象。。因因此此，，从从受受力力角角度度应应规规定定螺螺栓栓的的最最大大和和最最小小容容许许间间距距。。2．构造造要要求求：若若栓栓距距和和线线距距过过大大，，则则构构件件接接触触面面不不够够紧紧密密，，潮潮气气易易于于侵侵入入缝缝隙隙而而产产生生腐腐蚀蚀，，所所以以，，构构造造上上要要规规定定螺螺栓栓的的最最大大容容许许间间距距。。3．施工要求求：为便于于转动螺螺栓扳手手，就要要保证一一定的作作业空间间。所以以，施工工上要规规定螺栓栓的最小小容许间间距。图3-11钢板上螺螺栓的排排列(a)并列；(b)错列；(c)容许间距距3钢结构的的连接设设计根据以上上要求，，规范规规定螺栓栓的最大大和最小小容许间间距见表表3-2。注:1.d0为螺栓孔孔径，t为外层薄薄板件厚厚度。2.钢板边缘缘与刚性性构件(如角钢、、槽钢)相连的螺螺栓最大大间距，，可按中中间排数数值采用用。表3-2螺栓的最最大和最最小容许许间距3钢结构的的连接设设计3.6普通螺栓栓连接的的性能和和计算1.普通螺栓栓连接的的性能普通螺栓栓连接按按螺栓传传力方式式，可分分为抗剪螺栓栓连接和抗拉螺栓栓连接。抗剪螺栓栓连接有五种破破坏形式式，见图3-12。3钢结构的的连接设设计ჱჱ3钢结构的的连接设设计抗拉螺栓栓连接3钢结构的的连接设设计2.螺栓群计计算当螺栓连接处于于弹性阶阶段时，，螺栓群群中各螺螺栓受力力并不相相等，两两端大而而中间小小(图3-15a)；当螺栓群群连接长长度l1不太大时时，随着着外力增增加连接接超过弹弹性变形形而进入入塑性阶阶段后，，因内力力重分布布使各螺螺栓受力力趋于均均匀(图3-15b)。但当构件件的节点点处或拼拼接缝的的一侧螺螺栓很多多，且沿沿受力方方向的连连接长度度l1过大时，，端部的的螺栓会会因受力力过大而而首先发发生破坏坏，随后后依次向向内逐排排破坏（（即所谓谓解钮扣扣现象））。因此此规范规规定当连连接长度l1大于15d0时，应将螺螺栓的承承载力乘乘以折减减系数=1.1－l1/150d0，当l1大于60d0时，折减系数数取0.7。因此，，当外力力通过螺螺栓群中中心时，，可认为为所有的的螺栓受受力相同同。①螺栓群在在轴心力力作用下下的抗剪剪计算n=N/Nbmin(3-15)此时应验验算板的的净截面面强度=N/An≤f(3-16)ჱჱ3钢结构的的连接设设计②螺栓群在在扭矩作作用下的的抗剪计计算图3-18螺栓群群受扭扭矩作作用3钢结构构的连连接设设计③螺栓群群在扭扭矩、、剪力力、轴轴心力力共同同作用用下的的抗剪剪计算算分别算算出扭扭矩、、剪力力、轴轴心力力作用用下受受力最最大螺螺栓的的受力力，将将其分分解到到x和y两个方方向，，按下下式验验算：：④螺栓群群在轴轴心力力作用用下的的抗拉拉计算算n=N/Ntb(3-19)⑤螺栓群群在弯弯矩作作用下下的抗抗拉计计算螺栓群群在弯弯矩作作用下下上部部螺栓栓受拉拉，因因而有有使连连接上上部分分离的的趋势势，使使螺栓栓群形形心下下移。。通常常假定定中和和轴在在最下下排螺螺栓处处，则则螺栓栓的最最大拉拉力为为：图3-19弯矩作作用下下的抗抗拉螺螺栓计计算ჱ3钢结构构的连连接设设计⑥螺栓群群同时时承受剪剪力和和拉力力的计计算图3-20螺栓群群同时时承受受剪力力和拉拉力此时连连接传传递的的力有有弯矩矩M=V▪e和剪力力V，Nt按式(3-20)计算。。3钢结构构的连连接设设计3.7高强螺螺栓连连接的的性能能和计计算1.高强螺螺栓连连接的的性能能高强螺螺栓连连接按按受力力特征征分为为高强螺螺栓摩摩擦型型连接接、高强螺螺栓承承压型型连接接和承受拉拉力的的高强强螺栓栓连接接。高强螺螺栓连连接的的预拉拉力高强度度螺栓栓预拉拉力设设计值值按材料强强度和螺栓有有效截截面积积确定，，取值值时考考虑①①螺栓栓材料料抗力力的变变异性性，引引入折折减系系数0.9；②施施加预预应力力时为为补偿偿预拉拉力损损失超超张拉拉5%~10%，引入入折减减系数数0.9；③在在扭紧紧螺栓栓时，，扭矩矩使螺螺栓产产生的的剪力力将降降低螺螺栓的的抗拉拉承载载力，，引入入折减减系数数1/1.2；④钢钢材由由于以以抗拉拉强度度为准准，引引入附附加安安全系系数0.9。故高高强度度螺栓栓预拉拉力为为3钢结构构的连连接设设计高强度度螺栓栓连接接的摩摩擦面面抗滑滑移系系数2.高强螺螺栓的的抗剪剪承载载力设设计值值高强度度螺栓栓摩擦擦型连连接ჱჱ3钢结构构的连连接设设计高强度度螺栓栓承压压型连连接极限承承载力力由螺螺栓杆杆身抗抗剪和和孔壁壁承压压决定定，摩摩擦力力只起起延缓缓滑动动作用用，计计算方方法与与普通通螺栓栓相同同，见见式(3-11)和(3-12)。3.高强螺螺栓群群的抗抗剪计计算①轴心力力作用用时螺栓数数按式(3-15)计算，，其中中Nbmin对摩擦擦型为为式(3-23)，对承承压型型用高高强度度螺栓栓的抗抗剪、、承压压承载载力设设计值值。构件净净截面面强度度对于承承压型型连接接，与与普通通螺栓栓验算算相同同；对对于摩摩擦型型连接接，要要考虑虑摩擦擦力的的作用用，一一部分分剪力力由孔孔前接接触面面传递递(图3-21)。按规范范规定定，孔孔前传传力占占螺栓栓传力力的50%，则截截面1－1处净截截面传传力为为有了N′以后，，净截截面验验算按按式(3-16)进行。。②扭矩作作用时时，及及扭矩矩、剪剪力、、轴心心力共共同作作用时时的抗抗剪高高强度度螺栓栓所受受剪力力的计计算，，其方方法与与普通通螺栓栓相同同，单单个螺螺栓所所受剪剪力应应不超超过高高强度度螺栓栓的承承载力力设计计值。。图3-21摩擦型高高强螺栓栓孔前传传力3钢结构的的连接设设计4.高强螺栓栓群的抗抗拉计算算抗拉承载载力设计计值高强度螺螺栓连接接由于螺螺栓中的的预拉力力作用，，构件间间在承受受外力作作用前已已经有较较大的挤挤压力，，高强度度螺栓受受到外拉拉力作用用时，首首先要抵抵消这种种挤压力力。分析析表明，，当高强强度螺栓栓达到规规范规定定的承载载力0.8P时，螺栓栓杆的拉拉力仅增增大7%左右，可可以认为为基本不不变。规规范规定定一个高高强度螺螺栓抗拉拉承载力力设计值值为Nbt=0.8P(3-25)①受轴心拉拉力作用用时，螺螺栓数为为n=N/Nbt=N/(0.8P)(3-26)②受弯矩作作用，当当板没有有被拉开开时，接接触面保保持紧密密贴合，，中和轴轴可以认认为在螺螺栓群的的形心轴轴线上(图3－22)，则受力力最大的的螺栓应应满足N1M=My1/m∑yi2(3-27)对于承受受静力荷荷载的结结构，板板被拉开开并不等等于达到到承载能能力的极极限，此此时可按按图(3-19)所示的内内力分布布计算。。图3-22高强螺栓栓受弯连连接ჱ3钢结构的的连接设设计5.同时承受受剪力和和拉力的的高强螺螺栓群连连接计算算对于高强强度螺栓栓摩擦型型连接，按下式式计算对于高强强度螺栓栓承压型型连接，按下式式计算3钢结构的的连接设设计3钢结构的的连接设设计4轴心受力力构件设设计4轴心受力力构件设设计4.1轴心受力力构件的的应用和和截面形形式轴心受力力构件的的截面形形式有三三种：第第一种是是热轧型钢钢截面，如图4-1(a)中的工字字钢、H型钢、槽槽钢、角角钢、T型钢、圆圆钢、圆圆管、方方管等；；第二种种是冷弯薄壁壁型钢截截面，如图4-1(b)中冷弯角角钢、槽槽钢和冷冷弯方管管等；第第三种是是用型钢钢和钢板板或钢板板和钢板板连接而而成的组合截面面，如图4-1(c)所示的实实腹式组组合截面面和图4-1(d)所示的格格构式组组合截面面等。4轴心受力力构件设设计4.2轴心受力力构件的的强度和和刚度强度轴心受力力构件的的强度应应以净截面的的平均应应力不超超过钢材材的屈服服强度为准则：：应力－应应变关系系图对于高强强螺栓的的摩擦型型连接，，计算板板件强度度时要考考虑孔前前传力的的影响（式3-24）。4轴心受力力构件设设计刚度刚度通过过限制构构件的长细比来实现。4轴心受力力构件设设计4.3实腹式轴轴心受压压构件的的整体稳稳定计算算实际的压压杆不可可避免地地存在着着初弯曲曲、荷载载作用点点的初偏偏心和截截面的残残余应力力，它们们对压杆杆的承载载力有不不利的影影响。同同时，构构件两端端可能存存在着不不同程度度的约束束，使得得构件的的承载力力有所提提高。对对于杆端端约束，，可以用用计算长长度l0代替构件件的几何何长度l，将其等效效为两端端简支的的构件，，即l0=l，称计算长长度系数数。典型型约束的理论值值和建议议值见表表4－3。对于初弯曲、、初偏心心和残余余应力的影影响，考考虑到材材料的弹弹塑性性性能，用用数值积积分法求求得构件件的极限限强度Nu，相应的稳稳定系数数=Nu/(Afy)。按照概率率统计理理论，影影响柱承承载力的的几个不不利因素素，其最最大值同同时出现现的可能能性是极极小的。。理论分分析表明明，考虑虑初弯曲曲和残余余应力两两个最主主要的不不利因素素比较合合理，初初偏心不不必另行行考虑。。初弯曲曲的矢高高取构件件长度的的千分之之一，残残余应力力根据截截面的加加工条件件确定。。轴心受受压构件件应按下下式计算算整体稳稳定：4轴心受力力构件设设计p764轴心受力力构件设设计轴心受压压构件的的整体稳稳定系数数E4轴心受力力构件设设计图4-3GB50017的柱曲线线4轴心受力力构件设设计为便于计计算，规规范根据据构件的的长细比比、钢材材屈服强强度和截截面分类类编制了了计算表表格。另外，稳稳定系数数值