中南大学《钢结构原理》课件轴心受力构件

$number{01}中南大学《钢结构原理》课件轴心受力构件2024-01-31目录课程介绍轴心受力构件基本概念轴心受力构件材料性能与选择轴心受力构件截面设计与优化轴心受力构件连接方式与计算目录轴心受力构件稳定性分析与验算轴心受力构件制作与安装技术轴心受力构件质量检测与评估方法01课程介绍123钢结构原理概述钢结构连接方式介绍钢结构的连接方式，包括焊接、螺栓连接等，并分析其优缺点及适用范围。钢结构基本原理介绍钢结构的基本概念、特点及应用范围，使学生了解钢结构在建筑领域的重要性。钢材性能详细阐述钢材的力学性能、工艺性能及影响因素，为后续的钢结构设计和计算奠定基础。轴心受力构件设计原则轴心受力构件定义轴心受力构件类型轴心受力构件重要性阐述轴心受力构件的设计原则，包括稳定性、强度、刚度等方面的要求。明确轴心受力构件的概念，及其在钢结构中的重要作用。介绍常见的轴心受力构件类型，如柱、桁架杆件等，并分析其受力特点。通过学习，使学生掌握钢结构的基本原理和钢材的性能，为后续的钢结构设计和计算打下基础。掌握钢结构基本原理和钢材性能了解常见的轴心受力构件类型和特点，能够在实际工程中正确选用。熟悉轴心受力构件类型和特点通过学习，使学生掌握轴心受力构件的设计方法，能够独立完成简单的轴心受力构件设计。掌握轴心受力构件设计方法通过课程学习和实践训练，培养学生的工程意识和分析和解决问题的能力。培养分析和解决问题的能力学习目标与要求02轴心受力构件基本概念轴心受力构件是指只承受通过构件轴线的轴向力作用的构件，如桁架中的杆件、拱肋等。在实际工程中，真正的轴心受力构件并不多见，但很多构件在受力时，其主要受力方向与轴线重合或接近，此时可将这类构件简化为轴心受力构件进行分析。轴心受力构件定义受力特点轴心受力构件的受力特点是只承受轴向力作用，不受弯矩、剪力等其他力的作用。因此，其截面上的应力分布是均匀的，且沿构件轴线方向不变。分类根据所受轴向力的性质，轴心受力构件可分为轴心受拉构件和轴心受压构件两类。前者如桁架的下弦杆、受拉拱的拱身等；后者如屋架的上弦杆、受压柱等。受力特点及分类轴心受力构件的设计原则是保证构件在规定的荷载作用下具有足够的承载力和稳定性。同时，还需要考虑构造要求、连接方式和材料选择等因素。设计原则在设计轴心受力构件时，需要遵循相关的规范和标准，如《钢结构设计规范》、《建筑结构荷载规范》等。这些规范对构件的承载力、稳定性、变形和裂缝等方面都做出了明确的规定。此外，还需要注意构件的防火、防腐和抗震等方面的要求。规范要求设计原则与规范要求03轴心受力构件材料性能与选择包括屈服强度、抗拉强度、伸长率等，这些指标决定了钢材在受力时的表现。钢材的力学性能碳、硅、锰、硫、磷等元素的含量对钢材的性能有很大影响，如碳含量过高会降低钢材的塑性和韧性。钢材的化学成分包括冷弯性能、焊接性能等，这些性能决定了钢材在加工过程中的难易程度。钢材的工艺性能钢材性能参数介绍03注意材料的耐腐蚀性和耐久性对于长期暴露在室外或潮湿环境中的构件，应选择具有较好耐腐蚀性和耐久性的钢材。01依据构件的受力特点选择材料轴心受力构件主要承受轴向拉力或压力，因此应选择具有较高强度和良好塑性的钢材。02考虑材料的可焊性和可加工性对于需要焊接或加工的构件，应选择具有良好可焊性和可加工性的钢材。材料选择依据及注意事项案例一01Q235钢与Q345钢的比较。Q345钢强度较高，但价格相对较贵，适用于受力较大的构件；而Q235钢强度适中，价格较低，适用于一般受力情况的构件。案例二02不锈钢与碳素钢的比较。不锈钢具有良好的耐腐蚀性和耐久性，但价格较高；而碳素钢虽然耐腐蚀性和耐久性较差，但价格较低，适用于对耐腐蚀性要求不高的场合。案例三03高强度钢与普通钢的比较。高强度钢具有较高的强度和良好的塑性，但焊接性能较差；而普通钢强度和塑性适中，焊接性能良好，适用于一般受力情况且需要焊接的构件。案例分析：不同材料对构件性能影响04轴心受力构件截面设计与优化123轴心受力构件主要承受轴向拉力或压力，因此应选择能够均匀分布应力的截面形状，如圆形、矩形等。根据受力情况选择截面形状根据构件的受力大小、材料强度等因素，通过计算确定截面的尺寸，以满足承载力和稳定性的要求。确定截面尺寸在确定截面形状和尺寸时，还应考虑加工和连接的方便性，以降低制造成本和提高施工效率。考虑加工和连接方便性截面形状及尺寸确定方法

截面优化设计策略减轻构件重量在保证承载力和稳定性的前提下，通过优化截面形状和尺寸，减轻构件的重量，以降低材料成本和运输成本。提高材料利用率通过合理的截面设计，使材料的分布更加均匀，提高材料的利用率，避免浪费。考虑局部稳定性对于某些截面形状，如矩形截面，应考虑其局部稳定性问题，采取适当的加劲措施，以防止局部失稳。实例二矩形截面设计。某轴心受力构件采用矩形截面，设计时考虑了局部稳定性问题，并采取了加劲措施，保证了构件的稳定性和承载能力。实例一圆形截面设计。某轴心受力构件采用圆形截面，通过计算确定了其截面尺寸，并进行了优化，减轻了构件的重量，提高了材料利用率。实例三异形截面设计。某特殊形状的轴心受力构件，通过定制异形截面，满足了特定的受力要求，同时保证了构件的稳定性和经济性。案例分析：典型截面设计实例05轴心受力构件连接方式与计算将构件通过电弧产生的热量熔化局部金属，再冷却结晶形成永久性的连接，具有构造简单、连接刚度大、不削弱构件截面等优点，但焊接残余应力和焊接变形对结构性能有一定影响。通过螺栓和螺母将两个构件连接在一起，分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接。普通螺栓连接依靠螺栓抗剪和孔壁承压来传递剪力，而高强度螺栓连接则通过拧紧螺帽使螺栓产生预拉力，靠摩擦力传递剪力。螺栓连接具有装拆方便、适用于承受动力荷载和变荷载的结构等优点。通过铆钉将两个构件连接在一起，铆钉在铆接前需先制出钉孔，铆接时钉杆被铆成钉头，靠铆合面的局部挤压形成铆钉连接。铆钉连接具有塑性和韧性较好、传力可靠、易于检查等优点，但构造复杂、用钢量大、劳动强度大、成本较高等缺点限制了其应用。焊接连接螺栓连接铆钉连接连接方式分类及特点介绍焊接连接计算根据焊缝形式、焊脚尺寸和焊缝长度等参数，计算焊缝的有效面积和有效长度，进而计算焊缝的承载力和连接刚度。需要考虑焊接残余应力和焊接变形对结构性能的影响，必要时进行焊接工艺评定和检验。螺栓连接计算根据螺栓的直径、材质和预拉力等参数，计算单个螺栓的承载力和连接刚度。需要考虑螺栓群的受力分布和螺栓孔对截面的削弱影响，以及高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数等因素。铆钉连接计算根据铆钉的直径、材质和铆合面状态等参数，计算单个铆钉的承载力和连接刚度。需要考虑铆钉群的受力分布和铆钉孔对截面的削弱影响，以及铆合面的质量等因素。连接计算方法及步骤某钢结构厂房中，采用了焊接连接、普通螺栓连接和高强度螺栓连接三种方式连接钢梁和钢柱。通过对比分析三种连接方式的承载力、刚度、稳定性和经济性等指标，发现高强度螺栓连接在综合性能方面表现最优，普通螺栓连接次之，焊接连接最差。某桥梁工程中，采用了焊接连接和铆钉连接两种方式连接钢构件。通过对比分析两种连接方式的施工工艺、质量控制、承载力和耐久性等指标，发现铆钉连接在施工工艺和质量控制方面要求较高，但承载力和耐久性较好；而焊接连接则具有施工速度快、成本低等优点，但在质量控制方面存在一定难度。某高层建筑中，采用了高强度螺栓连接和焊接连接两种方式连接钢柱和钢梁。通过对比分析两种连接方式的抗震性能、承载力和稳定性等指标，发现高强度螺栓连接在抗震性能方面表现较好，而焊接连接则在承载力和稳定性方面更具优势。综合考虑各项指标，最终选择了高强度螺栓连接作为该建筑的连接方式。案例一案例二案例三案例分析：不同连接方式下构件性能比较06轴心受力构件稳定性分析与验算轴心受力构件在受到压力作用时，如果压力达到一定数值，构件会突然发生弯曲变形而丧失承载能力，这种现象称为失稳或屈曲。失稳会导致构件承载能力急剧下降，严重时甚至会造成构件破坏和工程事故。稳定性问题产生原因及危害危害产生原因欧拉公式适用于理想轴心受压构件的临界力计算。折减系数法考虑实际构件存在的初弯曲、初偏心等缺陷，对欧拉公式进行修正，得到更为准确的临界力计算公式。有限元法适用于复杂形状和边界条件的轴心受力构件稳定性分析。稳定性分析方法介绍首先根据构件的截面尺寸、材料属性和受力情况，计算出构件的临界力；然后将实际受到的轴力与临界力进行比较，判断构件是否稳定。验算步骤在进行稳定性验算时，需要考虑构件的实际受力情况、约束条件、材料非线性等因素；同时，对于重要或特殊的轴心受力构件，应进行更为详细的稳定性分析和验算。注意事项验算步骤及注意事项07轴心受力构件制作与安装技术钢材矫正对钢材进行矫正，以保证其平直度和尺寸精度。放样与号料根据设计要求，在钢材上放出实际大样并进行号料。切割与加工采用适当的切割方法，如火焰切割、机械剪切等，对钢材进行切割和加工。制孔与组装在钢材上制出连接孔，并进行组装，形成轴心受力构件的基本形状。制作工艺流程简介连接与固定定位与校正安装前准备安装技术要点及注意事项检查构件的尺寸、形状和重量等是否符合设计要求，准备好所需的安装设备和工具。采用适当的连接方法，如螺栓连接、焊接等，对构件进行连接和固定。根据设计要求，对构件进行定位和校正，确保其位置准确、垂直度和平整度符合要求。问题一问题二问题三案例分析钢材矫正不到位，导致构件尺寸偏差。解决方案：加强钢材矫正工艺控制，确保钢材平直度和尺寸精度符合要求。放样与号料不准确，导致构件形状偏差。解决方案：提高放样与号料精度，采用先进的放样技术和设备。焊接质量不合格，导致构件承载能力下降。解决方案：加强焊接工艺控制和质量检验，确保焊接质量符合要求。08轴心受力构件质量检测与评估方法遵循《钢结构工程施工质量验收规范》等相关国家标准，对轴心受力构件的材料、尺寸、偏差、焊缝等进行全面检测。国家标准与规范制定详细的检测流程，包括检测前的准备工作、具体检测步骤、数据处理及结果判定等，确保检测工作的规范化和准确性。检测程序质量检测标准及程序包括构件承载能力、稳定性、疲劳性能等，用于评估构件在使用过程中的安全性能。安全性指标针对构件的使用环境和条件，考虑其耐候性、耐腐蚀性、抗震性能等，确保构件在