钢结构复习提要

《钢结构》复习提要一、课程的任务与要求1、本课程的任务通过理论学习和设计计算训练使学生熟悉钢结构构件的类型、构造掌握各种基本构件的设计原理和方法具备一般工业与民用建筑钢结构设计的基本技能为将来从事建筑钢结构的设计、施工打下坚实的基础。2、课程教学的基本要求教学过程中要注意理论联系实际突出基本理论的应用重点使学生掌握钢结构构造的方法和规范的应用。通过作业练习和课程设计强化学生对规范条文的理解的设计技能达到能熟练地运用钢结构设计规范进行构件和连接的设计。二、教学内容及重点、难点如下第一章概述一教学内容1钢结构的特点和应用2钢结构的计算原理和计算方法3.钢结构的设计原理二要求掌握内容了解钢结构的特点及其在工程中的应用掌握钢结构设计规范中采用的设计方法。1.结构的设计目的使所设计的结构满足各种预定的功能要求。安全性结构能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种作用在偶然事件发生时及发生后任能保持必需的整体稳定性、不致倒塌。适用性结构在正常使用时等。耐久性结构在正常维护下随时间变化任能满足预定的功能要求如不发生严重锈蚀而影响寿命。2恒载永久荷载设计基准期内不随时间变化或其变化与平均值相比很小的荷载。3.活载可变荷载设计基准期内随时间变化或其变化与平均值相比很小的荷载。4.结构所受作用作用使结构产生内力、变形、应力和应变的所用原因。1直接作用施加在结构上的荷载自重风荷载、雪荷载及活荷载2间接作焊接等5.作用效应结构上作用引起的结构或其构件内力和变形弯矩、轴力、剪力、扭矩、挠度、转角等。6.承载力极限状态极限准则1最大承载力2不适于继续承载变形7.正常使用极限状态对钢结构来说控制结构构件刚度避免出现影响正常使用的过大变形或动力作用下的较大振动。8钢结构的设计方法1概率极限状态设计法作用效应和构件抗力之间的关系设计法2分项系数表达法第二章钢结构的材料一教学内容1建筑钢材的两种破坏形式2钢材的主要性能3影响钢材主要性能的因素4建筑钢材的种类和规格合理的选择建筑钢材。二重点掌握知识点1掌握钢材的两种破坏形式塑性破坏和脆性破坏及各自破坏时的特点2掌握钢击韧性及可焊性1掌握钢材的主要性能1钢材的静力工作性能抗拉强度、屈服强180度2钢材的动力工作性能冲击韧性、允许应力幅34应力集中应力集中概念、应力集中的原因、应力集中的后果、改善和避免应力集中的措施5掌握我国钢结构常用钢材的种类、牌号能正确选用钢材1钢材的品种和牌号碳素结构钢低合金结构钢2钢材的选择6什么是钢材的时效硬化与冷作硬化它们对钢材性能有什么影响7掌握建筑钢材的不同分类按化学成分分按用途分按冶炼方法分及按浇铸方法分。8钢材的疲劳破坏和脆性短裂1钢材的疲劳破坏2钢材疲劳破坏的特征3钢材疲劳破坏的原因4钢材疲劳破坏的影响因素第三章钢结构的连接一教学内容1钢结构的连接方法2焊缝连接的特性3对接焊缝的构造和计算4角焊缝的构造和计算5焊接残余应力和焊接残余变形6普通螺栓连接的构造和计算7高强度螺栓连接的性能和计算。二重点掌握知识点1.钢结构的连接方法有焊接连接铆钉连接螺栓连接连接方法优点缺点焊接连接对几何形体适应性强构造简单省材省工易于自动化工效高对材质要求高焊接程序严格质量检验工作量大铆接连接传力可靠韧性和塑性好质量易于检查抗动力荷载好费钢、费工普通螺栓连接装卸便利设备简单螺栓精度低时不宜受剪螺栓精度高时加工和安装难度较大高强螺栓接加工方便对结构削弱少可拆换能承受动力荷载耐疲劳塑性、韧性好摩擦面处安装工艺略为复杂造价略高2.对接焊缝的优缺点优点用料经济、传力均匀、无明显的应力集中利于承受动力荷载。缺点需剖口焊件长度要精确。3.对接焊缝的构造处理1起落弧处易有焊接缺陷所以用引弧板。但采用引弧板施工复杂除承受动力荷载外一般不用计算时将焊缝长度两端各减去5mm。2变厚度板对接在板的一面或两面切成坡度不大于14的斜面避免应力集中。3变宽度板对接在板的一侧或两侧切成坡度不大于14的斜边避免应力集中。4.对接焊缝的计算轴心受力的对接焊缝wcwtwfftlN或斜向受力的对接焊缝同时受弯、剪时分别验算最大正应力、最大剪应力5.角焊缝的计算角焊缝的计算包括如下几个类型1端缝正面角焊缝2侧缝侧面角焊缝6.角钢与连接板之间的连接方式可采用两侧焊、三面焊和L形围焊三种方式7.普通螺栓连接的计算螺栓的承载力每个普通螺栓的抗剪承载力 每个普通螺栓的承压承载力式中nv——受剪面数d——螺杆直径——同一方向承压构件较小总厚度、——螺栓抗剪、抗压强度设计值8.根据受力性能不同高强度螺栓可分为摩擦型、承压型和承拉型对接焊缝计算例1.某6m跨度简支梁的截面和荷栽含梁自重在内的设计值如图3.14。在距支座2.4m处有翼缘和腹板的拼接连接实验算其拼接的对接焊缝。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。解①计算焊缝截面处的内力mkNmkNqabM8.1032402121kNkNalqV1444.2324021②计算焊缝截面几何特征值4643310289810002401032250121mmmmIW363610616.5516102898mmmmWW363110032.250816250mmmmSW363110282.325010500mmmmSSWW③计算焊缝强度查附表得2/185mmNfwt2/125mmNfwv2266max/185/6.18410616.5108.1036mmNfmmNWMwtW22663max/125/3.161010289810282.310144mmNfmmNtIVSwvwWW2max01/9.1786mNhh266311/1.101010289810032.210144mmNtIVSwWW折算应力22222121/5.2031851.11.1/8.1791.1039.1783mmNfmmNwt角焊缝计算例2.设计图a240mmt10mmQ235E43N550KN。解1确定盖板尺寸为了保证施焊盖板b取为b240mm-40mm200mm按盖板与构件板等强度原则计算盖板厚度mmt62002102401t16mm2hfmmthf74.45.1maxmint16mmhfmaxltt16mmhf6mm若只设侧面角焊缝则每侧共有四条焊缝每条角焊缝长度为mmmmmmfhNlwffw2051016067.0410550107.043取mmmmlw200210所需mmmmllw430102若采用三面围焊则端缝承载力为KNNfbhNwffe32832793616022.167.0200221每条焊缝的长度为mmmmmmfhNNlwffw88516067.041032855057.0431mmlw90所需盖板全长mmmmllw190102普通螺栓连接计算例3两截面为-400×12CM20Q235N870KN试设计此连接。2/130mmNfbv2/305mmNfbcmmd5.210解1选定连接盖板截面采用双盖板截面强度不低于被连接构件故选截面为-400×6Q235钢。2计算所需螺栓数目和排列布置单个螺栓抗剪承载力设计值NfdnNbvvbV813811304202422单个螺栓抗压承载力设计值为NftdNbcbc73200305122088.1173200850000minbNNnn123N且两者在最大d021.5mm计算203768125.214400mmtndbAn22/215/89.2303768870000mmNmmNANn不满足要求第四章轴心受力构件一教学内容1轴心受力构件的应用和截面形式2件的受力性能和计算3轴心受压构件的受力性能和整体稳定计算4轴心受压构件的局部稳定计算5实腹式轴心压杆的截面设计6格构式轴心压杆设计7柱头的构造设计8柱脚设计。二重点掌握知识点1.轴心受力构件正常工作的基本要求满足强度、刚度及稳定性条件2掌握轴心受力构件的强度与刚度设计准则和计算方法3了解轴心受压构件弯曲屈曲扭转屈曲弯扭屈曲临界力的确定方法4掌握轴心5影响轴心受压构件整体稳定性的因素有哪些长细比是主要影响因素除此之外还向力的初始偏心等因素。6建立薄板稳定的基本概念掌握由薄板临界力导出的实腹式轴心受压构件腹板翼缘保证局部稳定的宽厚比限值7掌握实腹式轴心压杆的截面设计方法和柱身构造要求8掌握格构式轴心压杆对虚轴的换算长细比的概念掌握格构式轴心压杆的截面设计、缀件设计及柱身构造要求9掌握柱头、柱脚的构造会分析柱头、柱脚的传力并正确计算例某焊接工字形截面柱截面几何尺寸如4.2m1000kN钢材Q235E43系列手工焊。试验算该柱是否安全。第五章受弯构件一教学内容1梁的种类、截面型式和应用2梁的强度、刚度计算3梁的整体稳定的概念和验算解已知lxly4.2mf215N/mm2。计算截面特性A2×25×122×0.663.2cm2Ix2×25×1×11.520.6×223/127144.9cm4Iy2×1×253/122604.2cm4cm63.10/AIixxcm42.6/AIiyy。验算整体稳定、刚度和局部稳定性xlx/ix420/10.6339.5lt150yly/iy420/6.4265.4lt150xyb类x0.901y0.778y0.778则22N/mm215N/mm4.203102.63778.01000fAN翼缘宽厚比为b1/t12.50.3/112.2lt100.1×65.416.5h0/tw242/0.636.7lt250.5×65.457.7构件的整体稳定、刚度和局部稳定都满足要求。图4-44-1xyNN4200250240101064梁的局部稳定验算、加劲肋的设置5型钢梁的设计6焊接梁的设计二重点掌握知识点1梁的类型按弯曲变形状况分单向弯曲构件和双向弯曲构件按支承条件分简支梁连续梁悬臂梁按截面构成方式分实腹式截面梁空腹式截面梁和组合梁2梁的强度、刚度计算3型钢梁设计要求满足强度、刚度及整体稳定要求例图示简支梁不计自重Q235钢不考虑塑性发展密铺板牢固连接于上翼缘均布荷载设计值为45kN/m荷载分项系数为1.4f215N/mm2。问是否满足正应力强度及刚度要求并判断是否需要进行梁的整体稳定验算。已知25N/mm1006.23845250EEIqllx6000xx-10×150-10×1508×500解1正应力强度验算梁的跨中最大弯矩为2211456202.588MqlkNm23412151.025.50.8502784112xIcm32.027841107126xxIWcmh22333max/215/1.18910107110105.202mmNfmmN所以正应力强度满足。2刚度验算4454554560009.53841.43842.06102784110xqlmmEI124250mm所以刚度满足要求。3整体稳定性验算由于密铺板牢固连接于上翼缘所以不必进行整体稳定性验算。第六章拉弯构件和压弯构件一教学内容1.拉弯和压弯构件的应用及其破坏形式2.拉弯和压弯构件的强度计算3.压弯构件平面内、外的稳定计算平面内的失稳现象平面内的弹性性能平面内的承载能力平面内稳定的实用计算公式平面外的实用计算公式。二重点掌握知识点1压弯构件的破坏形式1强度破坏2在弯矩作用的平面内发生弯曲失稳破坏3在弯矩作用的平面外发生弯曲失稳破坏4局部失稳破坏2.拉弯和压弯构件的强度计算3.压弯构件平面内的稳定实用计算4.腹式压弯构件平面外的稳定实用计算例某双轴对称焊接工kNN880kNF180ml10Q235BF钢。试校核截面的强度、刚度。50005000NNF100004001450014xxyyb8解跨中截面mkNFlM4501018041411截面几何特征21522cmthbtAwwn43382327121121cmhtbbhIwwx43149331212cmtbIycmAIinxx27.23cmAIinyy91.9在弯矩作用平面内mlmlcmhIWyxxx5103118/20031翼缘板为剪切的焊接工字型截面xbyc内截面。4.065.065.021MMtxQ235钢的强度设计值2/215mmNf2强度验算1323513142/ywfttbtb故0.1x2236231/215/2021031180.1104501015210880mmNfmmNWMANxxxn满足要求。3刚度验算长细比0.437.23/101020xxxil5.5091.9/5000yyyil构件的最大长细比1505.50maxmaxyx满足要求。第七章屋盖结构一教学内容1钢屋盖的组成2屋盖支撑的种类、作用和布置原则3檩条的型式和设计4普通钢屋架的设计绘制施工图。二重点掌握知识点1钢屋盖的组成及分类2常用屋架的形式1无檩屋层荷载通过大型屋面板直接传给屋架。2有檩屋盖结构体系的特点在屋架上设置檩条檩条上铺设压型钢板、石棉瓦等轻型屋面材料荷载通过檩条传给屋架。3屋盖支撑的种类与作用屋盖支撑当钢屋盖以平面桁架为主要承重构件时各平面桁架和系杆统称屋盖支撑由上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑及系杆组成。4钢檩条设计檩条计算强度、整体稳定、刚度5架设计6节点设计《钢结构》考试试题一班级姓名学号一、填空题1.材的破坏形式有2.钢材按化学成分可分为3.钢结构常用的焊接方法有4.焊缝按连接构件之间的相对位置分为5.轴心受力构件在荷载作用下能正常工作的基本要求分别是6.钢梁按制作方法可分为和7.常用屋架形式有8.目前钢结构的除锈方法有9.结构的可靠性是指二、简答题1.对钢材性能有什么影响2.钢材有哪些主要的力学性能指标它们各用来衡量钢材在哪方面的性能3.钢屋架有哪几种支撑分别说明各自的作用三、焊缝连接计算焊接工字形梁如图所示在板与翼缘处设置一条工厂拼接的对接焊缝拼接处承受的M150kN·m V350kN试验算拼接的对接焊缝。已知钢材为Q235采用E43型焊条手工焊施焊时采用引弧板。2/185mmNfwt2/125mmNfwv-26016-38012-26016四、螺栓连接计算15分两截面为-360×12的钢板采用双盖板C级普通螺栓拼接螺栓用M20钢板为Q235承受轴心拉力设计值N850KN试设计此连接。2/130mmNfbv2/305mmNfbcmmd5.210《钢结构》考试试题一答案一、填空题1.塑性破坏和脆性破坏2.碳素钢和低合金钢3.焊接连接铆钉连接螺栓连接4.平接搭接T型连接和角接5.强度要求刚度要求稳定性要求6.型钢梁和组合梁7.平行弦屋架三角形屋架和梯形屋架8.水冷却法屏蔽法水喷淋法涂抹防火涂料9.安全性适用性耐久性二、简答题1.时效硬化是指轧制钢材放置一段时间后其力学性能发生变化的现象。刚才经过时效硬化其强度提高其塑性和韧性则降低。冷作能提高钢材的强度但降低钢材的塑性和韧性。2.性能指标有屈服强度抗拉强度伸长率冷弯性能冲击韧性和可焊性1屈服强度作为衡量承载能力极限状态的标志2抗拉强度是衡量钢材强度的一项重要指标3伸长率主要衡量钢材塑性性质4冷弯性能是衡量钢材综合性能的指标5冲击韧性使衡量钢材强度塑性及材质的一项综合指标3.钢屋架的支撑分为上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑和系杆等五种1上弦横向水平支撑的作用是减小屋架上弦出平荷载的可靠传递。