知识资料钢结构(五)(新版)

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页需要课件请或三、拉弯构件和压弯构件构件除承受轴力外，同时承受不可忽略的弯矩作用，即拉弯构件或压弯构件，例如钢架中的斜梁、柱等。(一)拉弯构件1．截面形式用于轴心受拉构件的截面形式，除圆钢外，普通都可以用于拉弯构件，也即截面要能提供必须的抗弯刚度和抗弯承载力。2．计算(1)强度拉弯构件的强度计算公式为≤f(15—2—26)式中N--轴心拉力设计值；MxMy--同一截面绕x轴、y轴的弯矩设计值；An——构件净截面面积；WnxWnyx轴、y轴的净截面模量；γxγy——分离为x轴、y轴的截面塑性发展系数。应用以上公式时，需要控制如下要点：首先，强度计算是针对各个截面举行的，所以公式中的轴心拉力和绕两主轴的弯矩是同一截面的内力。第二，强度计算是针对最危险截面举行的；在截面有削弱处，必须使用净截面计算面积和截面模量。关于截面塑性发展系数，是考虑利用钢材的塑性变性能力，假定塑性区在截面高度的1／8--l／4范围内发展而导出的结果。但是，钢结构设计规范规定：对需要计算疲劳的构件，截面塑性发展系数宜取为1；对实腹式构件的自由外伸板件宽厚比介于13和15之间时，截面塑性发展系数应取为1．0(自由外伸板件宽厚比超过15时，不仅不能考虑截面塑性发展，还应有须要的承载力折减)。(2)稳定通常拉弯构件不需要计算整体稳定，但是，当拉力较小而弯矩很大时，应和梁一样计算其整体稳定是否满意要求：倘若浮上翼缘或腹板受压，也要与梁的板件一样考虑局部稳定问题。(3)刚度拉弯构件的刚度用长细比控制，见公式(15-2-20)和相应的表格。(二)压弯构件1．截面形式弯矩较小或承受反号弯矩的压弯构件，其截面普通采用双轴对称形式，有工字形截面、箱形截面和双肢、四肢的格构式截面。有些情况下，压弯构件承受的弯矩不变号，或某一方向弯矩显然起控制作用，如工业厂房中承受很大吊车荷载的柱子，这时也采用单轴对称截面，将较大面积放在压力拧大一侧。2．实腹式压弯构件计算本节以单向压弯构件为例说明压弯构件的计算主意。(1)强度单向压弯构件的强度计算公式为≤f(15-2-27)式中N、Mx轴心压力和绕x轴的弯矩设计值；An，Wnx——净截面面积和净截面模量；γx——截面塑性发展系数。截面塑性发展系数的取值与拉弯构件中的规定相同，参见公式(15-2-26)后的说明(2)整体稳定弯矩作用平面内≤f(15-2-28)，对于截面很不对称的单轴对称截面，当偏心位于较大翼缘一边时，还应符合下式≤f(15-2-29)，弯矩作用平面外≤f(15—2—30)式中N所计算构件段范围内的轴心压力设计值；φx~--弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数；Mx所计算构件段范围内的最大弯矩设计值；N’EX——参数，N’EX=π2EA/1.1；Wix——弯矩作用平面内较大受压纤维的毛截面模量；W2x--弯矩作用平面内较小受压(或受拉)纤维的毛截面模量；βmx——等效弯矩系数，应按下列规定采用；1)框架柱和两端支承的构件：①无横向荷载作用时：βmx=0.65+0.35M2/M1,M1和M2为端弯矩，使构件产生同向曲率(无反弯点)时取同号，使构件产生反向曲率(有反弯点)时取异号，|M1|≥|M2②有端弯矩和横向荷载同时作用时；使构件产生同向曲率时，βmx=1.0；使构件产生反向曲率时，βmx=0．85；③无端弯矩但有横向荷载作用时，βmx=1。2)悬臂构件和分析内力未考虑二阶效应的无支撑纯框架和弱支撑框架柱，βmx=1。Φy——弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数，按5．1．2条决定；Φb——匀称弯曲的受弯构件整体稳定系数，按钢结构设计规范(GB50017—2003)附录B计算，其中工字形(含H型钢)和T形截面的非悬臂(悬伸)构件可按附录B第B．5节决定；对闭口截面Φb=1．0；Mx所计算构件段范围内的最大弯矩；η--截面影响系数，闭口截面η=O．7，其他截面η=1．0；βtx--等效弯矩系数，应按下列规定采用；1)在弯矩作用平面外有支承的构件，应按照两相邻支承点间构件段内的荷载和内力情况决定：①所考虑构件段无横向荷载作用时：βtx=0.65+0.35M2/M1，M1和M2是在弯矩作用平面内的端弯矩，使构件段产生同向曲率时取同号，产生反向曲率时取异号，|M1|≥|M2|②所考虑构件段内有端弯矩和横向荷载同时作用时，使构件段产生同向曲率时，βtx=1.0；使构件段产生反向曲率时，βtx=0.85；③所考虑构件段内无端弯矩但有横向荷载作用时：βtx=1．0。2)弯矩作用平面外为悬臂的构件，βtx=1．0。应用以上公式时要注重：计算采用的轴心压力和弯矩不一定是同一截面的内力值，这与截面强度计算是不同的。(3)局部稳定受压翼缘板的自由外伸宽度b与其厚度t之比的限值为：b/t≤13(15—2—3la)当在强度和整体稳定计算中截面塑性发展系数γx取为1．0时，上式右端可改为15工字形截面和H形截面腹板的高度h0与其厚度tw之比的限值为：当0≤ao≤1．6时h0/tw≤(16ao十0.5λ十25)(15—2—3lb)当1.6<ao≤2．0时h0/tw≤(48ao十0.5A—26.1)(15—2—31c)式中a0=；σmax——腹板计算高度边缘的最大压应力，计算时不考虑构件的稳定系数；σmin-腹板计算高度另一边缘相应的应力，压应力取正当，拉应力取负值；λ——构件在弯矩作用平面内的长细比；当λ<30时，取λ=30；当λ>100时，取A=1000；箱形截面在两腹板间的受压翼缘宽厚比bo／t的限值与轴心受压时相同，见式(15-2-~24a)。腹板高厚比的限值不应超过公式(15-2-31a)或(15-2-31b)的右端乘以0．8后的值，当此值小于40时，将40作为高厚比的限值。当腹板的高厚比不能满意以上规定时，同样可以采用设置纵向加劲肋或按有效截面法举行强度和整体稳定计算。参见轴心受压构件局部稳定计算的有关内容。(4)刚度压弯构件同样用控制长细比来保证刚度。有关规定参见轴心受压构件刚度计算的内容。倘若弯矩很大，则需计算因弯矩引起的挠度是否过大以至不能满意使用要求。3．格构式压弯构件的计算原则截面强度的计算与实腹式压弯构件相同。当弯矩绕虚轴作用时，弯矩作用平面内的整体稳定计算公式如下：≤f式中W1x=Ix/y0。Ix为对I轴的毛截面惯性矩，y0为由x轴到压力较大分肢的轴线距离或者到压力较大分肢腹板边缘的距离，二者取较大者；φx、N’EX由换算长细比决定。弯矩作用平面外的整体稳定性可不计算，但应计算分肢的稳定性，分肢的轴心力应按桁架的弦杆计算。对缀板柱的分肢尚应考虑由剪力引起的局部弯矩。弯矩绕实轴作用的格构式压弯构件，其弯矩作用平面内和平面外的稳定性计算均与实腹式构件相同。但在计算弯矩作用平面外的整体稳定性时，长细比应取换算长细比，φb应取1．0。例1：计算偏心受压箱形截面局部稳定时,两腹板的受压翼缘宽厚比h0/t应满意(B)。A.≤15B.≤40C.≤15D.≤40本题属于记忆型题目,异常应注重B、D的区别。2.有一焊接工字形截面轴心受压构件因为轴压力较小,可按照刚度条件挑选构件截面面积A,已知lox=7500mm,loy=4500mm,[λ]=150,Ix=2A2,Iy＝0.5A2,则较经济的A为(C)mm2。A.1250B.1500C.1800D.2100≤[λ],则:≤150，解之得:A≥1250mm2同样≤[λ],则:≤150解之得:A≥1800mm2所以A应取1800。3.焊接组合梁腹板的计算高度ho=2400mm,按照局部稳定计算和构造要求,需在腹板一侧配置横向加劲肋钢板,其经济合理的截面尺寸是(C)。A.-120×8B.-140×8C.-150×10D.180×12【解】本题属于容易计算题,但应注重题目条件"一侧配置"。由本节加劲肋的设置要求,得:1.2bs≥1.2（h0/30+40)=1.2(十400)=144,取为150,ts≥1.2bs/15=10,所以取-150X10。4.工字形截面轴心受压构件翼缘外伸宽厚比b'/t的限值为(D)(A)15;(B)13;(C)40(D)(10十0.lλ)。5．如图15－2－4由两槽钢（单个[25a,A=3491mm2，Iy=3359×104mm4,I1=175×104mm4,iy=98.2mm，y0＝20.7mm］和缀条（单个角钢L45×4,Al=349mm2）组成格构式轴心受压构件。构件承受轴向压力设计值N=800kN，构件计算长度lox＝loy=10m，钢材为Q235，在满意实轴（y轴）稳定承载力的情况下，要满意虚轴（x轴）稳定承载力要求时，则虚轴（x轴）的长细比λx为（A）。A．100.5；B105.5；.C.120.4；D.135.6第三节钢结构的衔接一、钢结构的衔接主意和特点衔接主意：焊接、铆接、螺栓衔接。二、焊接衔接(一)焊接衔接和焊接结构的特性1．焊接主意：电弧焊、电阻焊、气焊。电弧焊有埋弧焊和电渣焊等。2．焊接结构的特性优点：(1)不需打孔钻眼，省工省时，截面不受削弱。(2)任何形状的构件都可以直接衔接，衔接构造容易。(3)密封性能好，结构刚度大。缺点：(1)焊接热影响区的钢材性能变差，材质变脆。(2)焊接应力和焊接变形促使结构易于脆性破坏。(3)刚度大，裂缝一经发生便容易扩展到整体，易低温冷脆而导致脆断。3．焊接过程中可能产生的缺陷因为少量金属(焊条)的迅速熔化和周围母材的散热而造成迅速冷却，容易在焊缝和周围的热影响区内浮上热裂纹和冷裂纹。焊接缺陷除裂纹外，尚有气孔、未熔透(未焊透)、夹渣、咬边、烧穿、凹坑、塌陷、未焊满等。焊接缺陷的存在，会降低焊接衔接的强度。尖锐的裂纹会引起显著的应力扩散，危害更为严重。气孔、未熔透、夹渣、咬边等将减少受力的截面面积。在动力荷载作用下，焊接缺陷常是隐患和祸根。4．焊接质量检验(1)外观检验——焊缝金属表面焊波应匀称，不得有裂纹、夹渣、焊瘤、烧穿、弧坑和针状气孔等。(2)超声波探伤——超声波是由一个石英晶体构成的探头产生，用可变高频电场法也石英体按其固有频率发生振动，探头沿着焊缝移动，可决定内部缺陷的位置和尺寸。(3)x射线透照——用专用设备举行X射线透照，可摄成底片以详细查看。一级焊缝——采用外观检验，超声波检验，x射线检验。二级焊缝——采用外观检验，超声波检验。三级焊缝——采用外观检验。角焊缝采用外观检查(三级焊缝)。对接焊缝可采用一级焊缝、二级焊缝和三级焊缝，随着检查方式不同，采用不同焊缝强度。5．焊接应力和焊接变形焊接时局部区域受到强烈的高温作用，不匀称的加热和冷却过程，使构件产生焊接应力和焊接变形，焊接应力和焊接变形是另一类焊接缺陷。(二)焊缝和焊接衔接的形式衔接形式