南京林业大学桥梁钢结构知识点整理DOC.docx

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桥梁钢结构

第18章

1.钢结构是由型钢和钢板采用焊接或螺栓连接方法制作成基本构件，并按照设计构造要求连接组成的承重结构。

2.钢结构的优点：

1）材质均匀，可靠性高；2）强度高，质量轻；3）材料塑性和韧性好；4）制造安装方便；5）具有可焊性和密封性；6）耐热性较好。

3.钢结构的缺点：

1）耐火性差；2）耐腐蚀性差。

4.钢材受力的五个阶段：

1）弹性阶段；2）弹塑性阶段；3）屈服阶段；4）强化阶段；5）颈缩阶段。

5.试件拉断后标距长度的伸长量Δl与原标距长度l0的比值δ称为钢材拉伸的伸长率，即

（l1为试件拉断后标距部分的长度）。

6.钢材的抗拉强度fu是钢材抗破断能力的极限。

钢材屈服强度与抗拉强度之比fy/fu称为屈强比。

fy/fu越大，强度储备越小，fy/fu越小，强度储备越大。

fy/fu一般为0.6~0.75

7.钢材的三项主要力学性能指标：

钢材的屈服强度fy、抗拉强度fu以及伸长率δ

8.钢材的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。

9.钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷载作用下吸收机械能的能力，是衡量钢材抵抗可能因低温、应力集中、冲击作用而导致脆性断裂的一项力学性能指标。

钢材的冲击韧性与钢材质量、试件缺口、加载速度以及温度有关。

10.钢结构应选用无缺陷，特别是无缺口和裂纹的钢材；在负温条件下使用的钢结构应尽量采用较小厚度的钢材；对在常温或低温下工作的结构用钢材应满足其冲击韧性的要求。

11.我国公路钢桥推荐使用Q235、Q345、Q390和Q420钢材。

12.钢材的可焊性好是指在一定工艺和构造条件下，钢材经过焊接后能够获得良好的性能。

含碳量为0.12%~0.20%时，焊接性能最好，含碳量超过0.20%时，焊缝及热影响区容易变脆。

13.硫是钢材中的有害元素。

硫的含量过大不利于钢材的焊接和热加工，还使钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈蚀性能大大降低。

“热脆”现象。

14.磷也是钢材中一种有害元素。

磷的含量过高将严重降低钢材的塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性能等。

“冷脆”现象。

15.氧和氮也属于钢材中的有害杂质。

氧的影响和硫类似，使钢材发生“热脆”；氮的影响和磷相似，使钢材发生“冷脆”。

16.钢材中常见的冶金缺陷有偏析（钢材中化学成分的不均匀性）、非金属夹杂裂纹、气孔和分层等，它们都对钢材的力学性能产生不利影响。

17.冶炼方法主要有碱性平炉炼钢法、顶吹氧气转炉炼钢法和碱性侧吹转炉炼钢法。

18.根据脱氧程度的不同，钢可分为沸腾钢、半沸腾钢、镇静钢和特殊镇静钢。

19.时效硬化：

钢材随时间的进展而产生的屈服强度和抗拉强度提高、伸长率和冲击韧性降低的效应。

不同种类钢材的时效硬化过程和时间长短不同，可从几小时到数十年。

20.当温度降低到某一数值时（冷脆临界温度），钢材的冲击韧性急剧下降，钢材的破坏特征明显地由塑性破坏变为脆性破坏，这种现象称为钢材的低温冷脆现象。

冷脆临界温度与钢材的韧性有关，韧性越好的钢材冷脆临界温度越低。

21.应力集中：

在钢结构构件中不可避免地存在孔洞、槽口、裂缝、厚度变化以及内部缺陷等，致使构件截面突然改变，在外力作用下，这些截面突变的某些部位将产生局部峰值应力，而同一截面其余部位的应力却较低且分布极不均匀的现象。

22.应力集中系数ξ表达式：

23.钢材在连续反复荷载作用下，其应力虽然没有达到抗拉强度，甚至还低于屈服强度，也可能发生突然破坏，这种现象称为疲劳破坏。

钢材在疲劳破坏之前，没有明显的变形，是一种突然发生的断裂，所以疲劳破坏属于反复荷载作用下的脆性破坏。

24.疲劳破坏的三个阶段：

裂纹的形成、裂纹缓慢扩展、最后迅速断裂而破坏。

25.影响钢材疲劳强度的主要因素：

1）应力集中程度；2）应力比和应力幅；3）应力循环次数n

26.循环中绝对值最小的峰值应力σmin与绝对值最大的峰值应力σmax之比ρ=σmin/σmax称为应力比。

27.焊接结构的疲劳性能直接与应力幅Δσ=σmax-σmin有关，而与应力比ρ的关系不是非常密切。

σxσyσz

28.钢材在复杂应力作用下不发生屈服的条件为：

σred≤fy。

当σred≤fy时，钢材处于弹性阶段；当σred＞fy时，钢材处于塑性状态。

29.钢材的分类

按用途可分为：

结构钢、工具钢和特殊用途钢；

按冶炼方法可分为：

转炉钢和平炉钢；

按脱氧方法可分为：

沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢；

按硫、磷含量和质量控制可分为：

高级优质钢、优质钢和普通钢；

按成型方法可分为：

轧制钢、锻钢和铸钢；

按化学成分可分为：

碳素结构钢和低合金高强度结构钢。

30.在桥梁结构中，主要采用碳素结构钢、低合金高强度结构钢和优质碳素结构钢

31.钢材的规格：

1）钢板、2）型钢：

角钢、工字钢、槽钢、H型钢和T型钢、钢管

32.钢材选用考虑的因素：

1）结构的重要性；2）荷载性质；3）连接方法；4）工作环境；5）钢材的厚度

第19章

1.钢材的破坏形式：

塑性破坏和脆性破坏

2.钢材塑性破坏的主要特征是破坏前构件产生明显的塑性变形，而且仅在钢材的应力超过屈服强度，达到钢材的极限抗拉强度fu后才发生，破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗。

3.钢材脆性破坏的特点是钢材破坏前的塑性变形很小，甚至没有塑性变形，平均应力一般低于钢材的屈服强度，破坏往往从应力集中处开始，破坏后的断口平直，呈现出有光泽的晶粒状。

4.钢桥结构失效应按承载能力极限状态、正常使用极限状态和疲劳极限状态分别考虑。

5.按正常使用极限状态设计计算：

1）最大挠度：

钢桁架和钢板梁为l/500；斜拉桥主梁为l/400；悬索桥加劲梁为l/250；梁的悬臂端部为l1/300。

2）长细比

6.长细比λ是指构件的计算长度l0与构件截面回转半径i的比值，即λ=l0/i

7.对于承受汽车荷载的钢桥构件与连接，应按疲劳细节类别进行疲劳极限状态验算。

当其他可变作用（如风荷载）或偶然作用（如地震荷载）的疲劳影响比汽车荷载大时，需要进行专项疲劳设计研究。

第20章

1.钢结构的连接方式：

焊缝连接、螺栓连接、铆钉连接。

螺栓连接又分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接。

2.焊缝连接是以手工焊或自动、半自动埋弧焊接作为连接手段并用金属焊条或焊丝作为材料将钢构件或钢板部件连接成整体的办法。

3.焊缝连接的优点：

不需要在钢材上开孔，截面不会受到削弱；构造简单，施工方便；节省钢材；易于采用自动化操作，生产效率高。

4.焊缝连接的缺点：

在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织和力学性能会发生变化，使材料局部变脆；焊接过程中钢材受到不均匀的高温和冷却，会产生焊接残余应力和残余变形，对结构的承载能力有不利影响；焊接结构对裂纹很敏感，低温冷脆问题突出；焊缝质量易受操作人员技术熟练程度的影响。

5.焊接方法：

手工电弧焊（最常用）、埋弧焊、气体保护焊

6.焊缝连接形式：

按板件的相对位置：

对接、搭接、T形连接和角部连接

按构造：

对接焊缝和角焊缝

按施焊位置：

俯焊、立焊、横焊和仰焊

7.对接焊缝是在两焊件坡口面之间或一焊件的坡口面与另一焊件表面之间焊接的焊缝，应根据焊件厚度和施工条件将焊件边缘加工成适当形式和尺寸的坡口。

8.常见的坡口形式：

V形、U形、X形、K形、单边V形等。

9.在每条焊缝的两端，经常因焊接起弧及灭弧的影响而出现弧坑和未熔透等缺陷，容易引起应力集中，对承受动力作用的结构产生不利影响。

因此，对接焊缝应在两端设置引弧板。

引弧板长度对手工焊不小于60mm，对自动焊不小于150mm。

10.hf为角焊缝的焊脚尺寸，它是在角焊缝横截面中画出最大等腰三角形的等腰边长度。

he=hfcos45°≈0.7hf称为角焊缝的有效厚度。

11.最大焊脚尺寸要求p435-436

12.不论是正面角焊缝受力还是侧面角焊缝受力，均以沿角焊缝45°方向的焊缝有效截面作为计算破坏截面。

13.角焊缝的计算P437-438

14.焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。

在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，高温部分的钢材膨胀受到邻近钢材的约束，不能自由收缩，从而在焊件内部引起较大的温度应力和变形，称为焊接应力和焊接变形。

残存于构件内部的焊接应力和焊接变形，称为焊接残余应力和焊接残余变形。

15.减少焊接残余应力和残余变形应从构造和焊接工艺两方面采取措施：

1）构造措施：

（1）减少焊缝数量以及焊缝的厚度和长度；

（2）为避免截面突变引起应力集中现象，连接过度应尽量平缓；

（3）为避免焊接缺陷引起应力集中，焊缝应布置在便于施焊的位置，并且有合适的空间和角度，尽量避免仰焊。

2）焊接工艺措施：

（1）尽量采用对称焊、分段焊、厚度方向分层焊、钢板分块拼焊

（2）施加反变形

（3）施焊前预热

（4）施焊后高温回火

（5）锤击

16.连接副：

一套螺栓

17.A级螺栓是栓径d≤24mm、栓长l≤150mm及10d的螺栓，而B级螺栓是栓径d＞24mm、栓长l＞150mm及10d的螺栓。

18.A、B级螺栓材料性能等级为5.6级或8.8级。

小数点前数字，如“5”表示其抗拉强度不小于500N/mm2，小数点后的数字，如“0.6”表示螺栓材料的屈强比为0.6。

C级螺栓材料性能等级为4.6级或4.8级。

屈强比小，利用率低，屈强比大，安全性低。

（0.7~0.8）

19.A、B级螺栓的螺杆与孔壁之间的间隙小，故受剪性能好，连接变形小，抗疲劳性能较好，但制造与安装都较费工，可以用在直接承受较大动力荷载的重要结构的普通螺栓连接上。

C级螺栓受剪性能较差，剪切滑移变形较大，但安装方便，故一般用于承受拉力的螺栓连接、次要结构或安装时的临时连接。

与焊缝相比较，螺栓连接的缺点是需要在构件上开孔，是构件截面削弱，并增加了制造工作量。

此外被连接的构件还需要拼接板、角钢等附加连接件，使材料用量增多。

20.螺栓的排列应简单紧凑，构造合理，安装方便，通常采用并列和错列两种形式。

21.对肢宽大于125mm的角钢采用双行螺栓错列，对肢宽大于160mm的角钢采用双行并列，125mm以下的只能设置单行。

22.普通螺栓按受力情况可以分为受剪螺栓连接、受拉螺栓连接和同时受剪与受拉螺栓连接三种。

23.受剪普通螺栓连接有五种可能的破坏形式：

①当螺栓直径较小而板件相对较厚时可能发生螺栓剪断破坏；②当螺栓直径较大而板件相对较薄时可能发生孔壁挤压破坏；③当板件因螺孔削弱太多，可能沿开孔截面发生钢板拉断破坏；④当沿受力方向的端距过小时可能发生端部钢板剪切破坏；⑤当螺栓过长时可能发生螺栓受弯破坏。

24.破坏形式采取相应的构造措施加以防止：

①规定端距大于1.5d0可防止端部钢板剪切破坏；限制螺栓长度l＜5d0可防止螺杆受弯破坏。

25.在角钢肢尖产生反力R，从而使螺栓受力增大。

连接件刚度越小，R越大。

26.高强度螺栓连接与普通螺栓连接的主要区别是：

普通螺栓连接依靠杆身承压和螺栓抗剪传递剪力，而高强度螺栓连接除了材料强度高之外，还在扭紧螺帽时给螺栓施加很大的预拉力，使被连接构件的接触面之间产生挤压力，从而沿接触面上产生很大的摩擦力。

27.高强度螺栓连接按传力特征可分为高强度螺栓摩擦型连接和高强度螺栓承压型连接两种。

高强度螺栓摩擦型连接依靠高强度螺栓的紧固，在被连接件间产生摩擦阻力传递剪力，在受剪设计时以剪力达到摩擦力为承载能力的极限状态。

高强度螺栓承压型连接依靠螺栓杆抗剪和螺杆与孔壁承压来传递剪力，受剪时，允许板件间发生相对滑移，然后外力可以继续增加并以螺栓受剪或孔壁承压破坏为极限状态。

28.桥梁钢结构中常采用材料强度等级为10.9级的40硼和20锰钛硼钢制作高强度螺杆。

29.虽然高强度螺栓承压型连接的承载能力高于摩擦型连接，但剪切变形大，不适用于承受动力荷载的钢结构中，因此，在桥梁钢结构中一般只使用高强度螺栓摩擦型连接。

桥梁主要是动力荷载。

30.拧紧大六角头高强度螺栓的常用方法有扭矩法、转角法和张拉法。

31.采用高强度螺栓连接时，构件的接触面要经过特殊处理，使其洁净并粗糙，以提高摩擦面的抗滑移系数。

32.高强度螺栓摩擦型连接完全是靠被连接构件接触面的摩擦力来传递内力的。

计算原则是剪力不超过摩擦力。

33.高强度螺栓摩擦型连接中构件净截面强度验算与普通螺栓连接不同，被连接钢板的最危险截面在最外列螺栓孔处，连接所传递的力N已有一部分由于摩擦作用在孔前接触面传递，假定高强度螺栓摩擦型连接传力所依靠的摩擦力均匀分布于螺孔四周，因此，钢板净截面上拉力减少到N’。

第21章

1.钢桁架梁桥是由主桁架、联结系、桥面系等组成的空间结构。

2.铁路一般适用于宽度较大的钢桁架梁桥中。

3.钢桁架梁桥的主桁架构件主要是轴心受力构件和拉弯、压弯构件。

4.主桁架杆件的截面分为单臂式和双臂式两种。

单臂式截面一般是由角钢组合而成。

5.主桁架的轴心受力和拉弯、压弯构件，按其截面组成形式，又可分为实腹式和格构式两种。

6.在格构式构件截面中，通过分肢腹板的主轴称为实轴，通过分肢缀件的主轴称为虚轴。

缀件有缀条和缀板。

7.轴心受拉构件的刚度通常用长细比来衡量。

当轴心受拉构件刚度不足时，在本身自重作用下容易产生过大的挠度，在动力荷载作用下容易产生振动。

轴心受拉构件的长细比进行控制。

8.轴心受压构件的刚度同样采用长细比来衡量。

9.只有长细比很小及及有孔洞削弱的轴心受压构件，才可能发生强度破坏，一般情况下，由整体稳定控制其承载力。

10.当轴心压力N逐渐增加到一定大小，如有干扰力使构件发生微弯，当干扰力移去后，构件仍保持微弯状态而不能恢复到原来的直线平衡状态，这种从直线平衡状态过渡到微弯曲平衡状态的现象称为平衡状态的分，此时构件的外力和内力间的平衡是随遇的，称为随遇平衡或中性平衡。

如轴心压力N再稍微增加，则弯曲变形迅速增大而使构件丧失承载能力，这种现象称为构件的弯曲屈曲或弯曲失稳。

11.无缺陷的轴心受压构件发生弯曲屈曲时，构件变形发生了性质上的变化，即构件变形由直线形式变为弯曲形式，且这种变化带有突然性，这种在丧失稳定过程中，构件平衡路径有分歧点的现象，称为第一类稳定问题或称为平衡分枝稳定。

12.有几何缺陷的轴心受压构件，其侧向弯曲变形从加载开始就随荷载增大而不断增加，其平衡路径没有分枝点，即构件的弯曲平衡形式没有发生质的变化。

最终因构件侧向弯曲变形过大而丧失承载能力的现象，属于第二类稳定问题或称为极值点失稳。

13.在理想铰接的桁架中，构件在桁架平面内的计算长度l0应等于节点中心间的距离，即构件的几何长度。

14.宽厚比较大时，在均匀压力作用下，当压力达到某一临界值时，板件不能继续维持平面平衡状态而发生波状屈曲。

因为板件屈曲是发生在构件的局部部位，所以把这种现象称为轴心受压构件丧失局部稳定或局部屈曲。

发生局部屈曲的构件还可以继续保持整体稳定而不立即破坏，但因为有部分板件屈曲，构件的承载力会降低，或改变原来构件的受力状态导致构件较早地丧失承载能力。

15.为了保证实腹式轴心受压构件的局部稳定，通常采用限制其板件宽（高）厚比的办法来实现。

16.选择实腹式轴心受压构件的截面时，应考虑以下几个原则：

（1）等稳定性；

（2）宽肢薄壁；（3）连接方便；（4）制造省工。

17.计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，只需计算绕截面实轴和虚轴抵抗弯曲屈曲的能力。

18.格构式轴心受压构件绕实轴的弯曲屈曲情况与实腹式轴心受压构件没有区别

19.一般斜缀条与构件轴线轴线间的夹角θ为40°~70°

20.钢桁架可以采用轻型桁架或重型桁架。

21.节点板的形状应尽量简单、规整，最好设计成矩形、有两个直角的梯形或平行四边形。

节点板不容许有凹角。

节点板的外形尺寸应尽量使连接的中点受力，不要使杆件受力交汇点在节点板以外。

为了减小节点板的尺寸，使之传力合理，可在垂直于角钢轴线裁切后，再在与节点板连接的一肢上切去一个角。

22.次内力：

由于多条约束或力不交于一点产生的力

第22章

1.验算中采用边缘屈服准则，即截面上边缘纤维的应力达到钢材的屈服点时，就认为构件的截面已达到强度极限，截面上的弯矩称为屈服弯矩。

这时除边缘屈服以外，其余区域应力仍在屈服点之下，采取这一准则，对截面只需进行弹性分析。

2.钢板梁的挠度限制w/l=l/500

3.当弯矩增大到某一数值时，梁会在偶然的侧向干扰力作用下，突然发生较大的侧向弯曲和扭转，这种现象称为梁的整体失稳。

4.为了防止钢板梁发生局部失稳，工程上采用以下措施：

（1）限制翼缘板和腹板的宽厚比；

（2）在垂直于钢板平面的方向，设置具有一定刚度的加劲肋。

5.根据经济分析，在焊接钢板梁中，如翼缘板截面尺寸只改变一次时，其变截面点在离支点约l/6跨径处，所用钢材最准；翼缘板截面尺寸改变两次时则分别在1/4跨径和1/8跨径处为宜；为了便于制造，通常只对称地改变一次翼缘板截面尺寸。

6.为了避免由于截面的突然改变而产生局部应力集中，通常应使板由较大厚度以1:

4（受压）~1:

8（受拉）的角度平顺地过渡到较小厚度。

第23章

1.钢梁一般采用工字形、开口或闭口箱形截面形式。

2.混凝土翼缘与钢梁上翼缘之间的混凝土局部过渡部分称为承托。

根据混凝土承托的高度，又分为浅承托和深承托组合梁截面。

一般情况下，混凝土承托两侧斜坡不宜大于45°。

3.承托作用：

减小钢梁压应力或使其完全受拉，降低或避免钢梁局部失稳风险，为设置抗剪连接件提供了空间。

4.截面高度h对跨度l的高跨比h/l应不小于1/15~1/16。

组合梁截面高度h不宜超过钢梁截面高度hs的2.5倍。

5.当组合梁按弹性设计法计算时，采用以下假定：

（1）钢材与混凝土均为理想的弹性体；

（2）混凝土板与钢梁之间有可靠的连接，相对滑移很小，可以忽略不计，弯曲变形后截面仍保持平面；

（3）混凝土板按有效宽度内全部面积计算，可不扣除其中受拉开裂部分；

（4）忽略混凝土板中钢筋和承托的作用。

6.组合梁的承载能力极限状态计算包括截面抗弯和抗剪承载力计算、整体稳定计算、倾覆计算等。

7.按塑性设计法来确定组合梁截面抗弯承载力时，采用以下几点基本假定：

（1）混凝土翼板与钢板有可靠的交互连接，能保持抗弯能力得到充分发挥。

（2）混凝土受压区为均匀受压，并达到混凝土抗压强度设计值fcd。

（3）钢梁受压区为均匀受压，受拉区为均匀受拉，并分别达到钢材抗压、抗拉强度设计值fd。

（4）混凝土板有效宽度内的纵向钢筋受拉并达到抗拉强度设计值fsd，且不考虑混凝土的抗拉强度。

（5）钢部件截面必须是“厚实的”。

8.抗剪连接件设置在钢梁上翼缘板上，是保证组合梁整体工作的关键。

抗剪连接件的主要作用是承受混凝土板与钢梁接触面之间的纵向剪力，抵抗二者之间的相对滑移，同时还可防止混凝土板与钢梁之间由于刚度不同而产生的掀起变形效应。

9.设计中焊钉连接件的直径应不大于焊接处钢板厚度的1.5倍；焊钉连接件的长度应不小于4倍焊钉直径，当有直接抗拉拔力作用时不小于焊钉直径的10倍。