长安大学钢结构课程内容总结20130101

钢结构课程内容总结1概述概述部分包括钢结构发展简史、钢结构的特点及应用、结构概率极限状态设计法、钢结构的新发展；钢结构的特点:建筑钢材强度高，塑性、韧性好；材质均匀和力学计算的假定比较符合;钢结构制作简便，施工工期短;钢结构的重量轻----承受同样荷栽下结构的重量;钢结构密闭性较好;钢结构耐腐蚀性差;钢材耐热但不耐火;钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂;钢材的可重复使用性。钢结构的应用:工业厂房;大跨建筑结构;大跨度桥梁结构;多层和高层建筑;高耸结构;承受振动荷载影响及地震作用的结构;板壳结构;其他特种结构;可拆卸或移动的结构;轻型钢结构;和混凝土组合成的组合结构。钢结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两大类；（1）承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力是出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系或出现过度的塑性变形。（2）正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，包括出现影响正常使用或影响外观的变形，出现影响正常使用或耐久性能的局部损坏以及影响正常使用的振动。fniQiKCiQiGKG)(10][21niQiKciKQGK2钢结构的材料钢结构的材料，包括钢材单向均匀受拉时的力学性能、钢结构对材料性能的要求、影响钢材力学性能的因素、结构钢材的脆性破坏、钢结构的脆断和疲劳、钢材的选用及钢材的规格；对钢结构用材的要求；五个阶段:完全弹性;非线性弹性;塑性流动;应变硬化;三个强度指标:比例极限ef;屈服点yf、2.0f;抗拉强度uf；设计时取屈服点为钢材可以达到的最大应力：在开始进入塑性流动范围时，曲线波动较大，以后逐渐趋于平稳，其最高点和最低点分别称为上屈服点和下屈服点。上屈服点和试验条件（加荷速度、试件形状、试件对中的准确性）有关；下屈服点则对此不太敏感，设计中则以下屈服点为依据。对于没有缺陷和残余应力影响的试件，比例极限和屈服点比较接近，且屈服点前的应变很小（对低碳钢约为0.15%）。为了简化计算，通常假定屈服点以前钢材为完全弹性的，屈服点以后则为完全塑性的，这样就可把钢材视为理想的弹-塑性体，其应力-应变曲线表现为双直线，如图2.2理想的弹-塑性体的应力-应变曲线所示。当应力达到屈服点后，将使结构产生很大的在使用上不容许的残余变形（此时，对低碳钢%5.2c），表明钢材的承载能力达到了最大限度。因此，在设计时取屈服点为钢材可以达到的最大应力。伸长率代表材料在单向拉伸时塑性应变的能力；冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标；冲击韧性是钢材强度和塑性的综合指标2223xyyyxredx--------------223red------------yredf332钢材抗剪设计强度与抗拉设计强度的关系是yyff58.03。影响钢材性能的因素主要有哪些？化学成分的因素；成材过程的影响；钢材的冷加工硬化；温度影响；应力集中；钢材有两种性质完全不同的破坏形式，即塑性破坏和脆性破坏；钢结构所用的材料虽然有较高的塑性和韧性，一般为塑性破坏，但在一定的条件下，仍然有脆性破坏的可能性。疲劳断裂的概念；钢的牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）、脱氧方法符号（Z、b、F）等四个部分按顺序组成；H型钢和剖分T型钢的规格应均采用代号高度H×宽度B×腹板厚度it×翼缘厚度2t表示；3钢结构的连接钢结构的连接和节点构造，包括钢结构的连接方法、焊接连接和焊接结构的特性、对接焊缝的构造和计算、角焊缝的构造和计算、焊接应力和焊接变形、普通螺栓连接的构造和计算及高强度螺栓的构造和计算、构件的拼接、柱头和柱脚设计、桁架节点设计。焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。不同钢种的钢材相焊接时，例如Q238钢与Q345钢相焊接，宜采用低组配方案，即宜采用与低强度钢材相适应的焊条。侧面角焊缝主要承受剪应力，塑性较好，弹性模量低)N/mm107(24E，强度也较低。正面角焊缝截面中的各面均存在正应力和剪应力，焊根处存在着很严重的应力集中，正面角焊缝的破坏强度高于侧面角焊缝，但塑性变形要差些。焊接应力对结构性能的影响（1）对静力强度无影响；（2）降低了结构构件的刚度及受压构件的稳定性；（3）增加钢材在低温下的脆断倾向；（4）降低结构构件的疲劳强度fhmax≤1.2t，较薄焊件厚度mmmmt6:mmthf)2~1(maxmmt6:thfmaxminfht5.1，t为较厚焊件厚度（单位为mm）自动焊fhmin≤t5.1-1mmT形连接的单面角焊缝fhmin≤t5.1+1mmt≤4mm，fhmin=tfwhl60max侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于fh8和40mm。角焊缝强度计算wfffff22wffflhNwefwfflhNwefwewfflhfNwfwefflhNNwfff337.02fbhN22)(3131NNKNbebNN223232NNKNbNNe2MN262wewexflhMlhNweyeyylhNAN2yxpTIIrTIrTpyypTTxIrTrrIrTsinpxxpTTyIrTrrIrTcos注意：wfffff22中f、y的判定；最大应力点的判定。①螺栓只承受剪力；螺栓连接受力情况可分为三类：②螺栓只承受拉力；③螺栓承受拉力和剪力的共同作用。栓杆可能先被剪断-------------------------------------------------------抗剪验算板件可能先被挤坏----螺栓承压破坏---------------------------------抗挤压验算板件削弱太多而被拉断-------------------------------------------------净截面验算端距范围内的板件冲剪破坏-------------------------------------------控制端距螺栓杆弯曲破坏----------------------------------------------------------控制被连接的板厚度bv2vbv4fdnNbctfdNbc],min[minbcbvbNNNbtebtebtfdfAN42122bttbvvNNNN122bttbvvNNNNbcvNN高强度螺栓连接有两种类型：一种是依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过触面摩擦力作为设计准则，称为摩擦型连接；高强度螺栓承压型连接，起初由摩擦传力，后期则依靠栓杆抗剪和承压传力。普通螺栓与高强度螺栓承压型连接相同。PnNfbv9.0bv2vbv4fdnNbctfdNbc],min[minbcbvbNNNPNbt8.0btfedbtN42摩擦型连接1bttbvvNNNNPnNfbv9.0，PNbt8.0承压型连接122bttbvvNNNNbv2vbv4fdnN，btfedbtN42bcbcvftdNN2.112.1/bNNnmin当连接长度01/dl15时7.01501.101dl221211iiiTyxTrrTrN22121111T1T1TxcosiiiyxyTryTryNNN22121111T1T1TysiniiiyxxTrxTrxNNN2/iiiyMyNbtiNyMyN211/普通螺栓群偏心受拉)/(12nyynAWiee021miniy/NeyN/nN)/(12nyyei)/(/2211iiibtiyyeNNNyyeNN绕最下排螺栓e//21maxbtiNyNeynNN绕螺栓形心轴211iTrTrN2211TxiiyxyTN2211TyiiyxxTNbiiiiFTyNTxNnFyxxTnNyxyTNNNNmin22212221211211)()(btiNyyMN211btiNyyeNnNN121形心轴承受拉力、弯矩和剪力12yyMnNNii)25.1(9.0tifNnPnVPNti8.0特别注意：弯矩、偏心受拉时是绕那个轴转动。4轴心受力构件轴心受力构件的强度，刚度要求、整体稳定和板件的局部稳定、截面设计。轴心受压构件与轴心受拉构件计算内容有什么区别？fANnfANn)/5.01(1nnNN][0il高强螺栓摩擦型连接的板件1—1截面N轴心受力构件净截面强度nA确定轴心压杆整体稳定临界应力的方法，一般有下列四种：屈曲准则；边缘屈服准则；最大强度准则；经验公式；初始缺陷影响：实际的压杆与理想的压杆不一样，不可避免地存在初始缺陷。这些缺陷有力学缺陷和几何缺陷两种。力学缺陷包括残余应力和截面各部分屈服点不一致等；几何缺陷包括初弯曲和加载偏心等。其中对压杆弯曲失稳影响最大的是残余应力、初弯曲和初偏心。fANxxxil/0yyyil/02/122202022222)/1(421zyzyzyyzie7.25//)/(/2202220ttzIlIAiEGIlIAimaxniiittbkI13324/2/2321thbhII222020yxiiei工字形截面轴心受压构件局部稳定验算考虑等稳定性，保证板件的局部失稳临界应力不小于构件整体稳定的临界应力（yf），即yfbtvEk222)1(12yftb235)1.010(ywfth235)5.025(0柱最大承载力、设计、验算：强度承载力fANn、整体稳定承载力fAN，取小值maxNLox，Loy取值是否相同？取决于x、y方向支撑点的分布。格构式受压构件对虚轴稳定计算时，考虑剪切变形的影响而采用换算长细比。1227AAxox212xox轴心受压格构柱平行于缀材面的剪力为：23585yfAfV5受弯构件受弯构件的强度，构件的变形限制、构件的整体稳定和板件的局部稳定、截面设计；fWMnxxxfWMWMnyyynxxxvwfItVSmaxfltFzwcfcc12223hhWMnxx0wItVS0zwcltF梁的整体稳定性影响梁的整体稳定性的因素有（1）梁侧向支承点间距或梁的侧向长度；（2）截面形状、尺寸；（3）荷载类型及荷载作用点位置；（4）梁端约束及缺陷。①梁的侧向抗弯刚度yEI、抗扭刚度tGI越大，临界弯矩crM越大；②梁受压翼缘的自由长度1l越大，临界弯矩crM越小；③荷载作用于下翼缘比作用于上翼缘的临界弯矩crM大。几何尺寸及支承情况完全相同的情况下不同荷载类型下受弯构件，弯矩分布不同，稳定性如何比较。规范规定，当符合下列情况之一时，梁的整体稳定可以得到保证，不必计算：（1）有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时，例如图5.12(a)中的次梁即属于此种情况。（2）工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度1l[图5.12(b)]中的