钢结构基本原理

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资源描述

●钢结构的特点:强度高,塑性、韧性好,材质均匀,可焊性好,工业化程度高,密闭性好,耐腐蚀性差,耐热不耐火。●硬化:钢结构硬化有三种,冷作硬化和时效硬化、应变时效。时效硬化有自然和人工两种方式。●影响钢材性能的因素:化学成分、冶炼及轧制影响、钢材硬化、温度影响、应力集中、反复荷载作用。●钢材的塑性韧性好,为什么会发生破坏?答:虽然钢结构用钢具有较的好的塑性性能,但钢材塑性变形能力的大小,不仅取决于钢材的化学成分、熔炼及轧制条件,还取决于其所处的工作条件,如荷载性质、温度条件及构造情况等。即使原来塑性性能很好的钢材,如在低温下受冲击荷载作用,仍然可能呈现脆性破坏。●钢材的选用:结构类型及重要性,荷载性质,连接方法,工作条件。●螺栓连接:普通螺栓连接和高强螺栓连接。●摩擦型与承压型高强螺栓区别:二者区别在于极限状态不同。摩擦型靠被连接板间的摩擦阻力传力,以摩擦阻力被克服作为连接承载力的极限状态。特点是变形小、不松动、耐疲劳。承压型靠被连接板件间的摩擦力以及螺栓杆的抗剪和螺栓孔壁的的承压能力共同传力,以栓杆被剪坏或孔壁被挤压坏为其承载能力极限状态,因其剪切变形大,故只能承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构中。●对于Q235钢材采用E43型焊条,Q345钢材采用E50型焊条,对于Q390以及Q420钢材采用E55型焊条。不同强度的的金属宜采用与低强度相应的焊条。●焊接变形产生的原因:①纵向焊接应力②横向焊接应力③厚度方向的应力●焊接应力的影响:①对结构静力强度的影响②对结构刚度的影响③对压杆稳定承载力的影响④对疲劳强度的影响⑤对低温冷却的影响●焊接变形的影响:在焊接过程中,由于不均匀的温度场,使焊缝产生纵向和横向的收缩,导致构件变形,从而改变了构件的受力状况,对强度和稳定承载力产生不利影响。●减少焊接应力和焊接变形的方法:1合理的焊缝设计:焊缝尺寸要适当;焊缝的位置要适当;焊缝的数量宜少,不宜过分集中。2合理的焊接工艺:采用合理施焊次序;产生预变性;对于小尺寸的构件,可焊前预热或焊后回火。●受剪螺栓在达到极限承载力,可能出现以下五种破坏形式:①当螺栓直径较小,连接的板件较厚时,栓杆较薄弱,可能先被剪断而导致连接破坏②当螺栓直径较大,连接的半件较薄时,半件较薄弱,孔壁可能被栓杆挤压而导致连接破坏③当板件上的螺栓孔较多时,板件因截面削弱过多而发生破坏④端距太小时,端距范围内的板件可能沿斜方向被栓杆冲剪破坏⑤当连接的板件较厚,栓杆过长时,栓杆可能产生过大的弯矩变形而影响连接的正常工作。(以上五种破坏形式中,前三种破坏需要通过计算来保证,而后两种破坏需要采用构造措施俩避免。)●为什么轴心受力要考虑刚度?为满足结构的正常使用要求,轴心受力构件应具有一定的刚度,以保证构件不会在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形,不会在使用期间自重产生明显下挠,也不会在动力荷载作用下发生较大的振动。对于轴心受力构件,刚度过小还会显著降低其极限承载力。●轴心构件的刚度是以限制长细比来保证的。●为什么用换算长细必?采用换算长细比代替长细比来考虑缀材剪切变形对格构式轴心受压构件虚绕轴的稳定承载力的影响。●腹板计算高度h应按下列规定采用:①轧制型钢梁,h为腹板与上下翼缘相接出两内弧起点间的距离②焊接组合梁,h为腹板高度③铆钉(或高强度螺栓连接)组合梁,为上下翼缘与腹板连接的铆钉(或高强度螺栓连接)线间最近距离。●影响临界弯矩的主要因素:①截面的侧向抗弯强度,抗扭强度和挠曲刚度越大,则临界弯矩越大②梁的跨度(或侧向支撑点间的间距)越小,临界弯矩越大③梁受纯弯时,临界弯矩最小④横向荷载作用在上翼缘比作用在下翼缘的临界弯矩低⑤支撑对位移的约束程度越大,临界弯矩越大。●不必计算梁的整体稳定性:①有铺板(各种钢筋混凝土板和钢板)密铺在梁的受压翼缘且与其牢固相连,并且能阻止梁受压翼缘的侧向位移时②H型钢或工字型截面简支梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比不超过规定的数值时③箱型截面简支梁,其截面尺寸满足h/b≤6,L/b≤96(235/fy)½●加劲肋的种类:支撑加劲肋,横向加劲肋,纵向加劲肋,短加劲肋●布置原则:支撑加劲肋用于承受固定集中荷载(如梁端支座反力),它和横向加劲肋在梁中常均匀布置,先横后纵在短◆可靠性:结构在规定的时间内,在规定条件下,完成预定功能的概率,是结构安全性、适用性和耐久性的总称。◆极限状态:当结构或其组成部分超过某一特定状态,就不能满足设计规定的某一功能要求时,此特定状态就称为该功能的极限状态。◆钢材的力学性能:钢材的拉伸,钢材的强度指标,钢材的塑性指标,钢材的冷弯性能。◆疲劳破坏:钢材在连续反复荷载作用下,虽然应力低于抗拉强度,甚至低于屈服点,也会发生破坏,这种现象叫做钢材的疲劳破坏。◆疲劳断裂:是钢材在反复交变荷载作用下的一种脆性破坏。从累积损伤理论来讲,疲劳破坏过程是裂纹萌生,扩展直至破坏的一个过程。◆冷脆:磷将严重降低钢材的塑性。韧性和冷弯性能等,特别是在低温下使钢材变脆,不利于钢材进行冷加工,这种现象称为冷脆。◆热脆:高温时,硫化铁融化使钢材变脆,因而在进行焊接或热加工时,可能出现裂纹,这种现象称为热脆。◆时效硬化:随着时间的增长,形成自由的碳化物和氮化物微粒,从而使钢材的强度提高,塑性和韧性下降的现象。◆人工时效:钢材经塑性变形后在加热,将使时效硬化发展特别迅速,一般只需几个小时即可完成,这种方法称为人工硬化。◆冷作硬化:在弹塑性阶段和塑性阶段卸载后再重复加载时,其屈服点将提高,弹性范围增大,而塑性韧性降低,钢材变脆,这种现象称为冷作硬化。◆低温脆断:温度从常温下降时,钢材的强度略有提高,但塑性和韧性降低脆性增加,特别是在负温范围的某一区间,其冲击韧性急剧下降,破坏特征明显的由塑性破坏转变为脆性破坏,出现低温脆断现象。◆应力集中:在构件形状突然改变或材料不连续的地方,应力分布很不均匀,出现应力局部增大的现象。◆塑性破坏:端口与作用方向成45°,呈纤维状,色发暗,经历时间长变形后出现内力重分布。◆脆性破坏:无预兆的从应力集中处突然断裂,端口齐平,呈有光泽的晶粒状。◆蓝脆现象:当温度在250℃左右时,抗拉强度fu局部性提高,而塑性和冲击韧性下降,钢材呈现脆性。◆柱子曲线:压杆失稳时φ=σcr/fy与长细比λ之间的关系称为柱子曲线。◆强屈比:抗拉极限强度与屈服强度的比值。该数值可以反映钢材塑性变形及强度储备的相对大小◆韧性:是衡量钢材承受动力荷载作用时抵抗脆性破坏的性能,是材料在断裂时吸收机械能能力的量度。◆分层:是钢材在厚度方向不密合,分成多层的现象,但各层之间依然相互连接,并不脱离。◆偏析:钢材中化学成分分布不均匀的现象。◆高效钢材:采用各种可能的技术措施,提高钢材的承载力,使钢材发挥更高的性能。◆徐变:应力持续不变的情况下,钢材以缓慢的速度继续变形的现象。◆耐候钢:在钢材的冶炼的过程中,加入少量的合金元素,一般指铜、磷、铬、镍等,使之在金属基体表面上形成保护层,以提高钢材耐大气腐蚀性能,这类钢材称为耐大气腐蚀用钢。◆冷弯性能:是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对裂纹的抵抗能力的一项指标,也是衡量钢材质量的一个综合指标。◆塑性:一般是指应力超过屈服点后,产生显著的塑性变形,而不立即断裂的性质,即钢材在外力作用下,产生永久变形时抵抗断裂的能力。◆可焊性:钢材经焊接后不出现裂纹或裂缝的性质。◆换算长细比:对于格构柱的虚轴,剪切应变能对该轴整体稳定性的影响不能忽视,采用换算长细比。◆冲击韧性:是钢材抵抗冲击荷载(动荷载)地能力,是反映强度和塑性的综合指标。有常温,负温,0℃的冲击韧性。

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