完整版钢结构设计原理复习Word格式.docx

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钢材经冷加工后，会产生局部或整体硬化，即在局部或整体上提高了钢材的强度和硬度，降低了塑性和韧性的现象）

3热处理：

指通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢材的组织结构发生变化，以获得所需性能的加工工艺。

（退火、正火、淬火和回火）

2、钢材的两种破坏形式：

特征

断口

后果

塑性破坏

（延性破坏）

构件应力超过屈服点，并且达到抗拉极限强度后，构件产生明显的变形并断裂。

常为杯形，呈纤维状，色泽发暗。

在破坏前有很明显的变形，并有较长的变形持续时间，便于发现和补救。

脆性破坏

在破坏前无明显变形，平均应力也小（一般都小于屈服点），没有任何预兆。

断口平直和呈有光泽的晶粒。

突然发生的，危险性大，应尽量避免。

3、钢材的六大机械性能指标

屈服点fy：

它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。

（作为钢结构设计可以达到的最大应力）

抗拉强度fu：

它是钢材破坏前所能承受的最大应力。

（强度的安全储备）

伸长率δ：

代表材料断裂前具有的塑性变形能力。

断面收缩率：

断面收缩率越大，钢材的塑性越好。

冷弯性能（塑性）：

钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力。

冲击韧性：

【韧性：

反映钢材抵抗冲击荷载、动力荷载的能力，是钢材在变形和断裂中吸收能量的度量。

】

（衡量韧性指标用冲击韧性值表示，也叫冲击功，用符号Akv表示，单位为J）{温度越低，冲击韧性越低。

}

4、有害元素（S、O、P、N）的影响

硫（S）：

有害元素，具有热脆性（温度达到800-1000℃时，硫化铁会熔化使钢材变脆，从而引发热裂纹）。

规范规定结构用钢中硫的含量不得超过0.05%。

氧（O）：

有害杂质，与S相似（热脆）。

磷（P）：

磷在一定程度上可提高钢的强度和抗锈蚀的能力。

钢材中的有害元素，具有冷脆性（温度较低时促使钢材变脆）。

因此，磷的含量也要严格控制，规范中规定不得超过0.045%。

氮（N）：

有害杂质，与P相似。

5、钢材的硬化

（1）冷作硬化：

在冷加工或一次加载使钢材产生较大的塑性变形的情况下，卸载后再重新加载，钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低的现象。

（2）时效硬化：

随着时间的增加，纯铁体中有一些数量极少的碳和氮的固熔物质析出，使钢材的屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性下降的现象。

【在交变荷载、重复荷载和温度变化等情况下，会加速时效硬化的发展】

（3）应变时效硬化：

钢材产生一定数量的塑性变形后，铁素体晶体中的固溶碳和氮更容易析出，从而使已经冷作硬化的钢材又发生时效硬化现象。

6、温度的影响

1）高温

温度在250℃左右的区间内，fu有局部性提高，冲击韧性降低，出现蓝脆现象。

当温度达到600℃时，钢材进入热塑性状态，强度下降严重，将丧失承载能力。

2）低温

当温度低于常温时，T下降，随着温度的降低，钢材的强度提高，而塑性和韧性降低，逐渐变脆，称为钢材的低温冷脆。

3）冲击功曲线的反弯点T0称为转变温度。

在脆性转变温度以下，钢材表现为完全的脆性破坏；

而在全塑性转变温度以上，钢材则表现为完全的塑性破坏。

7、高周疲劳（应力疲劳）：

工作应力小于fy，没有明显的塑性变形，寿命n≥5×

104次。

如吊车梁、桥梁、海洋平台在日常荷载下的疲劳破坏。

低周疲劳（应变疲劳）：

工作应力大于fy，有较大的塑性变形，寿命n＝102～5×

如强烈地震下一般钢结构的疲劳破坏。

8、我国的建筑用钢主要为碳素结构钢、低合金高强度结构钢和建筑结构用钢板三种。

碳素结构钢：

按字母顺序由A到D，表示质量等级由低到高。

除A级外，其他三个级别的含碳量均在0.20%以下。

Q235B代表屈服点为

的B级镇静钢。

（在具体标注时，“Z”，“TZ”可省略）

角钢型号：

符号“∟”+“长边宽×

短边宽×

厚度”【对等边的可为：

∟125×

8】

I字钢：

I20a表示高度为200mm，腹板厚度为a类的工字钢。

H型钢：

高度H×

宽度B×

腹板厚度t1×

翼缘厚度t2

第三章连接

1、连接的方式：

焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接和轻型钢结构用的紧固件连接。

2、焊条：

Q235钢选择E43型焊条

Q345钢选择E50型焊条（E5001--E5048）

Q390、Q420钢选择E55型焊条（E5500--E5518）

不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。

3、焊缝连接形式按被连接钢材的相互位置分为对接、搭接、T形连接和角部连接。

4、焊缝形式：

对接焊缝和角焊缝。

对接焊缝按受力与焊缝方向分：

1）正对接焊缝；

2）斜对接焊缝

角焊缝按受力与焊缝方向分：

1）正面角焊缝：

作用力方向与焊缝长度方向垂直。

2）侧面角焊缝：

作用力方向与焊缝长度方向平行。

3）斜焊缝

5、对接焊缝：

对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。

坡口形式与焊件厚度有关。

（1）对接焊缝的构造处理

1）在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:

2.5的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。

2）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。

3）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。

（2）对接焊缝的优缺点

优点：

用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。

缺点：

需剖口，焊件长度要求精确。

6、对接焊缝的计算：

7、角焊缝的构造：

角焊缝按截面形式（两焊脚边的夹角）可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。

【焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。

破坏强度高，但塑性差，弹性模量大】

【主要承受剪应力，剪应力两端大，中间小；

强度低，弹性模量低，但塑性较好】

注：

—焊脚尺寸；

—焊脚边的夹角；

he—有效厚度（破坏面上焊缝厚度）

并有，he＝

cos/2

8、★构造要求：

a）最小焊脚尺寸（

）

角焊缝的焊脚尺寸

自动焊：

T形连接单面角焊缝：

焊件厚度t≤4mm时：

取

b）最大焊脚尺寸（

）t—较薄焊件的板厚

对板件（厚度t）边缘的角焊缝（贴边焊）

当t≤6mm时，

≤t；

当t＞6mm时，

≤t-（1～2）mm。

c）侧焊缝最大计算长度（

）

d）角焊缝的最小计算长度

侧面角焊缝和正面角焊缝的计算长度均不得小于：

和40mm

考虑到焊缝两端的缺陷，其实际长度应较前述数值还要大2hf

e）1）搭接连接的构造要求：

每条侧焊缝的长度不宜小于两侧面角焊缝之间的距离，即

。

2）两侧面角焊缝之间的距离b≤16t（t＞12mm）或190mm（t≤12mm），t—较薄焊件的板厚

3）当仅采用正面角焊缝时，其搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，也不得小于25mm。

4）三面围焊时：

当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊2hf。

避开起落弧发生在转角处的应力集中。

——正面角焊缝的强度设计值增大系数。

静载时

＝1.22，对直接承受动力荷载的结构，取1.0。

he=0.7hf；

lw—角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去2hf。

9、焊接残余应力的分类

【1】纵向焊接应力：

长度方向的应力（不均匀的温度场产生不均匀的膨胀）

●焊缝处钢材受热伸长，但受两侧低温区域的限制产生热塑性压缩；

●焊缝冷却时收缩又受到限制而产生拉应力；

●拉应力大小可达钢材屈服点fy;

●远离焊缝区域产生纵向压应力，焊件内应力自相平衡。

【2】横向焊接应力：

垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力；

●焊缝纵向收缩，焊件有反向弯曲变形的趋势，在焊缝处中部受拉，两端受压；

●先焊焊缝凝固阻止后焊焊缝横向自由膨胀，发生横向塑性压缩变形；

焊缝冷却，后焊焊缝收缩受限产生拉应力，先焊焊缝产生压应力；

●应力分布与施焊方向有关；

●横向应力是上述两种应力合成。

【3】厚度方向焊接应力：

垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。

●在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。

沿厚度方向先焊焊缝凝固，阻止后焊焊缝的膨胀，产生塑性压缩变形。

●冷却时外围焊缝散热快先冷固，内层焊缝收缩受限制产生沿厚度方向的拉应力，外部则产生压应力。

10、螺栓连接

优点：

施工简单，装拆方便，对安装工的要求高；

摩擦型高强度螺栓连接动力性能好；

耐疲劳，易阻止裂纹扩展。

费料、开孔截面削弱；

螺栓孔加工精度更高。

型号：

C级4.8表示螺栓成品的抗拉强度不小于

，屈强比（屈服点与抗拉强度之比）为0.8

11、螺栓的排列

排列的方式有并列排列和错列排列两种。

（1）受力要求

a）端距限制——防止孔端钢板剪断，≥2d0；

b）螺孔中心距限制下限：

防止孔间板破裂≥3d0

上限：

防止板间张口和鼓曲。

（2）构造要求螺栓的中距及边距过大，则构件接触面不够紧密，潮气易侵入缝隙而发生锈蚀。

（3）施工要求要保证有一定的空间，以便转动扳手，拧紧螺母。

12、螺栓的其它构造要求

1）为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少于两个永久螺栓；

2）直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽，或其他措施以防螺帽松动；

3）C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接

13、受剪螺栓的破坏形式

①螺栓杆剪断；

②板件被剪坏；

③端距太小，端距范围内的板件被栓杆冲剪破坏；

④板件因螺栓孔削弱太多而被拉断；

⑤螺栓杆发生弯曲破坏。

【其中④⑤可由构造要求避免，前三个可由计算解决】

14、单个普通螺栓的受剪计算

假定：

假定螺栓受剪面上的剪应力均匀分布；

假定挤压力沿栓杆直径平面（实际上是相应于栓杆直径平面的孔壁部分）均匀分布

受剪承载力设计值：

承压承载力设计值：

单个剪力螺栓的设计承载力：

验算：

15、高强度螺栓群承受拉力、弯矩和剪力的共同作用（以例题说明公式）

例题：

双角钢拉杆与柱的连接如图。

拉力N＝550kN。

钢材为Q235B钢。

角钢与节点板、节点板与端板采用焊缝连接，焊条采用E43型焊条。

端板与柱采用10.9级M20高强螺栓连接。

构件表面采用喷砂处理。

试求：

（1）角钢与节点板连接的焊缝长度

（2）节点板与端板的焊缝高度

（3）验算高强螺栓连接（分别按摩擦型