土木工程钢结构基本原理总复习课件

30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST1钢结构基本原理第一章绪论第二章钢结构的材料第三章钢结构的可能破坏形式第四章钢结构的连接第五章轴心受力构件第六章受弯构件第七章拉弯和压弯构件30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST2第一章绪论第一节

钢结构的特点及应用第二节我国钢结构的发展现状及趋势第三节钢结构的主要结构形式及组成杆件分类第四节

钢结构的连接方法及分类30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST31、优点材料力学性能好，重量轻强度高如：C20,fc=10N/mm2;钢Q235f=215N/mm2

塑性好韧性好30m钢屋架重4t~5t，30mR.C屋架重14t~17t

材质均匀，可靠性高工业化程度高，施工周期短密封性好抗震性能好具有一定的耐热性一、钢结构的特点30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST42、缺点钢材价格相对较贵综合考虑时，对于高层建筑，钢结构的造价与混凝土基本持平。耐火性差当钢表面的温度达300℃~400℃以后，其强度，弹性模量显著下降，600℃时几乎为0。耐锈蚀性差需定期维护，增加了维护费用。30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST5铆接连接焊接连接普通螺栓连接高强螺栓连接熔嘴电渣焊（高层建筑箱形柱内横隔板焊接）电阻点焊自攻螺钉和射钉焊钉一般钢结构用轻型钢结构（冷弯薄壁钢结构）用二、钢结构的连接方法及分类30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST6三、钢结构计算方法以概率论为基础的极限状态设计法四、钢结构的设计指标钢材和连接的强度设计值等于材料的标准值除以抗力分项系数，不同钢材厚度或直径取值不同。30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST7第二章钢结构的材料

一、钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类*钢材牌号由：“Q、屈服点值、质量等级、脱氧方法”四部分组成。Q：表示“屈”字拼音首位字母，意为“屈服强度”；质量等级：分A~E五级（次序越高质量越好）；脱氧方法：F－沸腾钢；Z－镇静钢；

b－半镇静钢；TZ－特殊镇静钢。

Z和TZ一般可以省略。注：结构用钢主要有：普通碳素钢（低碳C≤0.25﹪）低合金钢（低合金，合金元素<5﹪）30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST8二、钢材机械性能以强度（屈服点、抗拉强度）、塑性（伸长率）、冷弯性能、冲击韧性衡量。三、钢材的选择承重结构的钢材，宜选用Q235、Q345，Q390等不宜使用Q235-AF的结构：焊接结构中重级工作制结构，冬季温度低于-20℃的轻、中级工作制结构；非焊接结构中冬季温度低于-20℃的重级工作制结构30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST9四、影响钢材力学性能的因素*1、化学成分的影响；2、冶金和轧制过程的影响；3、时效硬化的影响；4、冷作硬化的影响；5、温度的影响；6、应力集中和残余应力的影响；7、复杂应力状态的影响。30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST101)、疲劳破坏的特点：

a)呈现脆性破坏特征

b)破坏时，截面的应力低于钢材的抗拉强度，甚至低于fy，破坏断口整齐。2)、疲劳破坏：钢材在循环应力多次反复作用下裂纹生成、扩展以致断裂的破坏现象。疲劳破坏经历三个阶段：裂纹的形成，裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂。3)、疲劳强度：构件在反复荷载作用下，经过一定次数的循环后出现疲劳破坏时的最大应力σ。4)、应力循环特征：连续重复荷载之下应力从最大到最小重复一周叫做一个循环。应力循环特征常用应力比来表示，拉应力取正值，压应力取负值。5)、应力幅：应力幅表示应力变化的幅度，用

△

=max-min表示，应力幅总是正值。五、钢材的疲劳和疲劳强度30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST114、疲劳计算应注意的问题1)当应力变化的循环次数≥次时才进行疲劳计算。2)由于疲劳计算采用的是容许应力幅法，计算时应取活载的标准值按弹性状态计算，吊车荷载不计动力系数。3)在应力循环中不出现拉应力的部位可不作疲劳计算。4)钢材的静力强度对大多数焊接连接类别的疲劳强度无显著影响。30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST12§3.1钢结构的设计方法

3.1.1钢结构设计方法的变迁

3.1.2结构概率极限状态设计法

3.1.3钢结构设计的基本规定§3.2钢结构的可能破坏形式

3.2.1结构的整体失稳破坏

3.2.2结构和构件的局部失稳与截面分类

3.2.3结构的塑性破坏及应（内）力重分布

3.2.4结构的疲劳破坏

3.2.5结构的损伤累积破坏

3.2.6结构的脆性断裂破坏

3.2.7防止钢结构各种破坏的思路第三章钢结构的可能破坏形式30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST13第1节设计原理以概率论为基础的极限状态设计方法；分项系数表达式。两种极限状态－正常使用与承载能力极限状态。可靠性－－安全性、适用性、耐久性的通称失效概率－－结构不能完成预定功能的概率。30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST14第一节钢结构的连接方法第二节焊接结构特性第三节对接焊缝的构造和计算*第四节角焊缝的构造计算*第五节焊接应力和焊接变形第六节普通螺栓连接的构造和计算*第七节高强度螺栓连接的构造与计算*第四章钢结构的连接30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST15第4章钢结构的连接第1节钢结构的连接方法与特点焊接连接－对接焊缝，角焊缝螺栓连接－普通螺栓，高强螺栓铆钉连接－已基本被高强螺栓代替。第2节焊缝连接一、焊接特性1、焊接方法－电弧焊（手工，自动埋弧以及气体保护焊）、电阻焊和气焊。2、特点－省材、方便、适用强；热影响区变脆，残余应力与变形，质量变动大。3、焊缝缺陷－裂纹、气孔、未焊透、夹渣、烧穿等。30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST164、焊接形式按焊件相对位置－平接（对接）、搭接以及垂直连接。按施焊位置－俯焊（平焊）、横焊、立焊以及仰焊。按截面构造－对接焊缝及角焊缝第3节对接焊缝的构造与计算一、构造破口形式－I型、单边V型、双边V型、U型、K型及X型。引、落弧板变厚度与变宽度的连接－≥1：4斜面。质量等级与强度－一级综合性能与母材相同；二级强度与母材相同；三级折减强度二、计算－－同构件。30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST17第4节角焊缝的构造与计算一、构造30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST18角焊缝分直角与斜角（锐角与钝角）两种截面。直角型又分普通、平坡、深熔型（凹面型）；板件厚度悬殊时角焊缝设计及边缘焊缝（P56，图3.21）二、受力特性正面焊缝应力状态复杂，但内力分布均匀，承载力高；侧面焊缝应力状态简单，但内力分布不均，承载力低。破坏为45o喉部截面，设计时忽略余高。三、角焊缝的计算30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST19

第6节普通螺栓连接一、连接性能与构造受剪连接的破坏形式－－板端冲剪、螺杆受弯、螺杆剪切、孔壁挤压、板件净截面（直线、折线）。构造满足前两种，（e≥2do；∑t≤5d）。受剪连接受力方向螺栓受力不均，一定长度时需折减。受拉连接以螺杆抗拉强度为承载力极限。施工及受力要求，螺栓有排布距离要求（栓距、线距、边距、端距）。分精制（A、B级）及粗制（C级，不能用于主要受力连接）二、计算1、单个连接承载力⑴、受剪连接抗剪与承压：30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST20⑵、受拉连接⑶、拉剪共同作用2、螺栓群连接计算⑴、轴力或剪力作用⑵、弯矩轴力共同作用⑶、扭矩、轴力、剪力共同作用其中：30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST21第7节高强度螺栓连接一、高强螺栓的受力性能与构造按计算原则分摩擦型与承压型两种。摩擦型抗剪连接的最大承载力为最大摩擦力。承压型抗剪连接的对答承载力同普通螺栓（Nbmin）。注意当连接板件较小时承压型的承载力小于摩擦型。受拉连接时两者无区别，都以0.8P为承载力。板件净截面强度计算与普螺的区别为50％的孔前传力。受剪连接时，螺栓受力不均，同普螺应考虑折减系数η。由于承压型设计的变形较大，直接承受动荷不易采用。设计认为摩擦力主要分布在螺栓周围3d0范围内。30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST22

二、计算㈠、摩擦型螺栓连接计算1、抗剪连接2、抗拉连接（抗弯时旋转中心在中排）3、拉剪共同作用㈡、承压型螺栓连接计算计算方法同普通螺栓连接，应注意抗拉承载力拉剪共同作用抗弯时旋转中心在中排30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST23§4.1焊接连接一、焊接方法焊缝的形式与构造对接焊缝角焊缝杆件与节点板连接方式有两面侧焊、三面围焊、L型围焊30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST24二、焊缝的计算对接焊缝计算NN1.N作用2.M、V共同作用VVMMVVMM130.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST25角焊缝计算1.正面角焊缝：外力方向与焊缝长度方向垂直的焊缝2.侧面角焊缝：外力方向与焊缝长度方向平行的焊缝角钢连接30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST26§4.2螺栓连接抗剪螺栓计算螺栓杆剪断→螺栓抗剪强度计算板件挤压破坏→螺栓抗压强度计算板件削弱处拉断→净截面计算计算板件端部剪坏→构造保证：控制端部最小距离≥2d0栓杆弯曲变形破坏→构造保证：杆长与杆径之比≤5等级表示：如4.6级指最低抗拉强度为400N/mm2,屈强比为0.6的螺栓连接方式：C级粗制螺栓和A、B级精制螺栓抗拉螺栓计算螺栓杆拉断→螺栓抗拉强度计算一、普通螺栓连接30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST27

二、高强螺栓连接计算原理*摩擦型高强度螺栓连接的板件间无相对滑移，靠板件接触面间的摩擦力来传递剪力；承压型高强螺栓允许被连接板件间产生滑移，其抗剪连接通过螺栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力（与普通螺栓相同），所以承压型高强度螺栓比摩擦型高强度螺栓抗剪承载力大，但变形也大；高强螺栓不论是受剪连接、受拉连接还是拉剪连接中，其受力性能主要是基于螺栓对板件产生的压力，即紧固的预拉力，即使是承压型的连接，也是部分利用这一性能，因此，控制预拉力是保证高强螺栓连接质量的一个关键性因素。30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST28第五~七章钢结构构件的计算与设计一.轴心受力构件包括轴心受拉构件和轴心受压构件强度刚度（长细比）整体稳定性D.局部稳定性：用宽厚比、高厚比限定30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST29第5章轴心受力构件第1节概述钢结构各种构件应满足正常使用及承载能力两种极限状态的要求。正常使用极限状态：刚度要求－控制长细比承载能力极限状态：受拉－强度；受压－强度、整体稳定、局部稳定。截面形式：分实腹式与格构式第2节强度与刚度净截面强度－轴压构件如无截面消弱，整稳控制可不验算强度。刚度－注意计算长度。30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST30第3节轴压构件的整体稳定典型的失稳形式－弯曲失稳、扭转失稳及弯扭失稳；理想构件的弹性弯曲稳定－欧拉公式；弹塑性弯曲失稳－切线模量理论；实际构件的初始缺陷－初弯曲、初偏心、残余应力；初始缺陷的影响；肢宽壁薄的概念；格构式截面－缀条式与缀板式；格构式轴压构件换算长细比的概念与计算；格构轴压构件两轴等稳的概念（实腹式同）；单肢稳定性的概念。掌握整体稳定的计算公式与方法；30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST31第4节实腹式截面局部稳定局部稳定的概念－板件的屈曲，局部失稳并不意味构件失效，但是局部的失稳会导致整体失稳提前发生；局部稳定承载力与支承条件、受力形式与状态及板件尺寸有关。局部稳定的保证原则－保证整体失稳之前不发生局部失稳等稳原则－局部稳定承载力等于整体稳定承载力。等强原则－局部稳定承载力等于某一整体稳定达不到的强度值。局部稳定的控制方法－限制板件的宽（高）厚比。掌握工字形截面局部稳定的计算公式与方法。30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST32二.受弯构件抗弯强度抗剪强度整体稳定性刚度F局部稳定性：用高厚比限定为提高构件局部稳定性，可按规定设置加劲肋，包括横向加劲肋和纵向加劲肋。30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST33第6章受弯构件（梁）第1节概述正常使用极限状态：控制梁的变形承载能力极限状态：强度、整体稳定、局部稳定梁的截面：型钢梁与组合梁梁格布置：简单梁格、普通梁格、复杂梁格。第二节梁的强度与刚度梁的工作状态弹性阶段－边缘屈服塑性铰－全截面屈服考虑部分发展塑性，塑性发展系数不考虑塑性发展的情况－p142（动力荷载、翼缘宽厚比）掌握工字型截面的塑性发展系数梁的强度－抗弯、抗剪、局部承压及折算应力（掌握计算方法－系数的取用、验算部位）梁的刚度－控制挠跨比30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST34第3节梁的整体稳定失稳机理－－重点掌握梁的失稳形式－－弯扭失稳（侧向弯扭失稳）提高梁整体稳定的措施梁的支座问题梁的侧向支承的受力第4节梁的截面设计梁高度的确定－最小高度、最大高度及经济高度。第五节梁的局部稳定与加劲肋一、翼缘的局部稳定保证原则－等强原则30.07.2023Dept.ofCivilEngineering,USST35二、腹板加劲肋腹板局部稳定的设计原则限制高厚比－不经济，不采用允许局部失稳－考虑屈曲后强度（轻钢结构采用）用加劲肋减小腹板支承尺寸提高局稳承载力（普钢）加劲肋的种类－横向、纵向及短加劲肋。加劲肋的布置加劲肋的构造支承加劲肋－加强的横向肋，除满足横向肋的构造要求外，还应满足受力要求。支承肋分平板式与凸缘式－凸缘式应控制凸缘长度≤2t30.07.2023Dept.of