钢结构设计原理复习Word文档下载推荐.docx
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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
235N/mm2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。
2
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：
3
第3章连接
Chapter3Connections
斜向受力的对接焊缝
对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，并与焊缝长度方向呈夹角，其计算公式为：
Nsin
ftw或fcw
（3.2.2
）
b
lwt
Ncos
fvw
（3.2.3
l’——w斜焊缝计算长度。
加引弧板时，
l’w＝b/sin
；
不加引弧板时，
l’w＝
b/sin－2t。
fvw——对接焊缝抗剪设计强度。
（
P398表1.3
规范规定，当斜焊缝倾角
≤56.3°
，即tan
≤1.5时，可认为对接
斜焊缝与母材等强，不用计算。
§
3.2对接焊缝的构造和计算
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：
hf—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＝hf
cos
/2
8、★构造要求：
a）最小焊脚尺寸（hf
min）
角焊缝的焊脚尺寸
hfmin1.5
t,t为较厚焊件厚度（mm）
自动焊：
hfmin
1.5
t-1,t为较厚焊件厚度（mm）
T形连接单面角焊缝：
1.5t+1,t为较厚焊件厚度（mm）
焊件厚度t≤4mm时：
取hfmin=t
b）最大焊脚尺寸（hfmax）t—较薄焊件的板厚
hfmax1.2t
对板件（厚度t）边缘的角焊缝（贴边焊）
当t≤6mm时，hfmax≤t；
当t＞6mm时，hfmax≤t-（1～2）mm。
4
c）侧焊缝最大计算长度（lwmax）lwmax60hf
d）角焊缝的最小计算长度lwmin
侧面角焊缝和正面角焊缝的计算长度均不得小于：
lwmin8hf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
b/lw1。
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。
例题3.4试确定图3.3.15所示承受静态轴心力的三面围焊连接
的承载力及肢尖焊缝的长度。
已知角钢2∟125×
10，与厚度
为8mm的节点板连接，其搭接长度为300mm，焊脚尺寸
hf=8mm，钢材为Q235-B，手工焊，焊条为E43型。
解：
角焊缝设计强度值ffw160N/mm2
K1=0.7，K2=0.3，lw3=b=125mm
正面角焊缝所能承受的内力N3为：
5
f——正面角焊缝的强度设计值增大系数。
静载时f＝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
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
400N/mm2，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
6
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：
Nvb
nv
d2
fvb
承压承载力设计值：
Ncb
d
tfcb
单个剪力螺栓的设计承载力：
NminbminNcb,Nvb
b验算：
NvNmin
第3章
连
接
Chapter3
Connections
Nv
fv
剪面数目
螺栓抗剪设计强度
承压承载a力设计值：
承压设计强度
螺栓直径
承压构件一侧总
厚度的较小值
t1
t2
t3
t1<
t2,Σt=t1
t2<
t1+t2,Σt=t2
d+b<
a+c+e,Σt=b+d
图3.5.4剪力螺栓的剪面数和承压厚度
例3.11
验算如图所示普通螺栓连接强度。
螺栓
M20
，孔径
21.5mm
，材料为
Q235。
分析螺栓受力状态
荷载P通过螺栓截面形心
O，分解
o
后得剪力
V和拉力
N，螺栓处于既
受拉又受剪的状态。
[计算]
步骤1计算螺栓上的力
N=100×
3/5=60kN
P=100kN
V=100×
4/5=80kN
Nv=V/n=80/4=20kN
Nt=N/n=60/4=15kN
7
步骤2计算螺栓抗拉、抗剪承载力设计值
-3
Nt=Aeft=244.8×
170
×
10=41.6kN
Nv=nv×
d/4）
=1×
3.14×
20/4×
130×
10=31.9kN
N=60
步骤3用相关公式验算强度
V=80
Nt
20
15
Ntb
31.9
0.72
41.6
Nv=20kN＜Nc
=20×
20×
305×
10=122kN
满足设计要求
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（分别按摩擦型和承压型连接考虑）
8
查表3.3.1和附录知：
肢背：
K1=0.65，肢尖：
K2=0.35
ffw160N/mm2，
hf1hf26mm
lw1
k1N
ffw
0.7hf
（1）
0.65
550
1000
266mm
0.7
160
l1
2hf
278mm
取280mm
lw2
k2N
0.35550
143mm
肢尖：
l2
155mm
取155mm
（2）F389kN
V
389kN
由于钢板厚度为
14mm，端板厚为20mm，可设焊缝高度为10mm
hfmax
1.2
14
16.8mm
故取焊脚尺寸为
10mm
6.7mm
验算是否满足：
lw
440
hf
420mm
f
F
）2
0.7hflw
20.7hflw
389
10
420
1.22
85.6MPa
160MPa
故节点板与端点板的焊缝高为
（3）验算高强螺栓连接
9
38.9kN
螺栓的最大内力：
n
0.8P
155124kNNt
按摩擦型连接计算：
0.9nf
（p
1.25Nt）
0.9
0.35
（1551.2538.9）
33.5kNNv
只有当Nvb
Nv时，才满足
故摩擦型验算不合格。
查附录
1.4知：
ftb
500N/mm2,fvb
310N/mm2,fcb
470N/mm2
9.2知：
Ae
245mm2
Aeftb
245500
122.5kN
按承压型连接计算：
nvAefvb
245
310
76kN
470188kN
38.9
0.602
76
122.5
有：
188
156.7kN
故满足要求。
▲具体公式有以下几种：
（1）摩擦型连接的计算
N
My1
Nb
0.9n
P1.25N
yi2
v
（2）
承压型连接的计算
例2、试设计如图所示牛腿与柱的连接角焊缝①，②，③。
钢材为Q235B，焊条E43型，手
工焊。
（见作业本P114,T3.11）
第四章受弯构件的计算原理
1、承受横向荷载和弯矩的构件叫受弯构件。
2、弯曲强度：
梁的抗弯强度应满足：
Mx
fy
f（绕x轴单向弯曲时）
xWnx
R
My
（绕x、y轴双向弯曲时）
xWnxyWny
式中：
Mx、My——梁截面内绕x、y轴的最大弯矩设计值；
、
y
轴的净截面模量；
Wnx、Wny——截面对x
x、y——截面对x、y轴的有限塑性发展系数，小于
f——钢材抗弯设计强度
。
对工字型钢取x1.05
3、在构件截面上有一特殊点
S，当外力产生的剪力作用在该点时构件
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