钢结构知识点总结.doc

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第一章绪论

钢结构的特点

1、钢结构自重较轻2、钢结构工作的可靠性较高3、钢材的抗振（震）性、抗冲击性好4、钢结构制造的工业化程度较高，施工周期短5、钢材的塑性，韧性好6、钢材的密闭性好7、钢材的强度高8、普通钢材耐锈蚀性差9、普通钢材耐热不耐火10、钢材低温时脆性增大。

钢结构的应用范围：

大跨度结构：

用钢结构重量轻。

高层建筑：

用钢结构重量轻和抗震性能好。

强度高，截面尺寸小，提高有效使用面积。

工业建筑：

用钢结构施工周期短，能承受动力荷载。

轻质结构：

冷弯薄壁型钢，轻型钢。

高耸结构：

轻，截面尺寸小。

抗震抗风。

活动式结构：

轻。

可拆卸或移动的结构：

轻，运输方便，拆卸方便。

容器和大直径管道：

密闭性好。

抗震要求高的结构，急需早日交付的结构工程，特种结构。

结构设计的目的：

安全性，耐久性，适用性。

影响结构可靠性的因素：

荷载效应S和结构抗力R

Z=R-SZ表示结构完成预定功能状态的函数，简称功能函数。

Z=0极限状态。

概论极限状态设计方法：

承载能力极限状态：

1.整个结构或结构的一部分失去平衡，如倾覆等.

2.结构构件或链接因超过材料的强度而破坏，包括疲劳破坏，或过度变形不适于继续承载。

3.结构转变为机动体系

4.结构或结构构件丧失整体稳定性。

5.低级丧失承载能力而破坏。

正常使用极限状态：

1.影响正常使用或外观的变形2.影响正常使用或耐久性能的局部破坏（包括裂缝）

影响正常使用的振动。

影响正常使用的其他特定状态。

可靠度：

结构在规定的设计使用年限内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。

钢结构连接是以破坏强度而不是屈服作为承载能力的极限状态。

第二章钢结构的材料

钢材按照脱氧方法，分为沸腾钢，半镇静钢，镇静钢，脱氧剂硅和锰。

热轧型钢：

钢锭加热至1200-1300度，通过轧钢机将其轧制成所需形状和尺寸。

热处理：

淬火，正火，回火。

钢材疲劳：

在反复荷载下在应力低于钢材抗拉强度甚至低于屈服点时突然断裂，属脆性破坏

原因：

焊接结构：

应力幅

非焊接结构：

应力幅+应力比

1.钢材的强度设计值为什么要按厚度进行划分？

同种类钢材，随着厚度或者直径的减小，钢材的轧制力和轧制次数的增加，钢材的致密性较好，存在大缺陷的几率较小，故强素会提高，而且钢材的塑性也会提高。

2.碳，硫，磷对钢材的性能有哪些影响？

碳含量增加，强度提高，塑性，韧性和疲劳强度下降，同时恶化可焊性和抗腐蚀性。

硫使钢热脆，即高温时钢材变脆。

降低钢的塑性韧性，可焊性耐疲劳性能，有害成分。

<0.045%

磷使钢冷脆。

即低温时使钢变脆。

含量应<0.05%但磷也可提高钢材的强度和抗锈性。

<0.12%

氧使钢热脆。

3.促使钢材转脆的主要因素有哪些？

（1）钢材质量差、厚度大：

钢材的碳、硫、磷、氧、氮等元素含量过高,晶粒较粗,夹杂物等冶金缺陷严重,韧性差等；较厚的钢材辊轧次数较少，材质差、韧性低，可能存在较多的冶金缺陷。

（2）结构或构件构造不合理：

孔洞、缺口或截面改变急剧或布置不当等使应力集中严重。

（3）制造安装质量差：

焊接、安装工艺不合理,焊缝交错,焊接缺陷大,残余应力严重；冷加工引起的应变硬化和随后出现的应变时效使钢材变脆。

（4）结构受有较大动力荷载或反复荷载作用：

但荷载在结构上作用速度很快时（如吊车行进时由于轨缝处高差而造成对吊车梁的冲击作用和地震作用等），材料的应力-应变特性就要发生很大的改变。

随着加荷速度增大,屈服点将提高而韧性降低。

特别是和缺陷、应力集中、低温等因素同时作用时,材料的脆性将显著增加。

（5）在较低环境温度下工作：

当温度从常温开始下降肘,材料的缺口韧性将随之降低,材料逐渐变脆。

这种性质称为低温冷脆。

不同的钢种,向脆性转化的温度并不相同。

同一种材料,也会由于缺口形状的尖锐程度不同,而在不同温度下发生脆性断裂。

4.应力集中对钢材的机械性能有何影响，设计时如何减小应力集中？

在材料断面急剧变化，结构形状急剧变化，材料内部有气孔、夹渣等缺陷，断面开孔等部位，应力比正常值高出许多，这种现象就叫应力集中。

应力集中是因为零件的结构设计不合理或加工制造未按设计要求倒角或倒圆所致。

主要产生在零件的面面交截处。

结果是导致零件材

应力集中系数的大小，只与构件形状和尺寸有关，与材料无关。

冷弯实验主要检验钢材的什么性能？

冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的重要工艺性能。

冷弯试验能反映试件弯曲处的塑性变形，能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。

冷弯试验也能对钢材的焊接质量进行严格的检验，能揭示焊件受弯表面是否存在未熔合、裂缝及杂物等缺陷。

冷弯性能也是钢材机性能的一项指标，它是比单向拉伸试验更为严格的一种试验方式。

它不仅能验钢材承受规定的弯曲变形能国，还能反映出钢材内部的冶金缺陷，如结晶情况、非金属夹杂物的分布情况等。

因此它是判别钢材塑怀性能和质量后个综合性指标，常作为静力拉伸试验和冲击试验等补充试验。

对一般结构构件所采用的钢材，可不必通过冷弯试验：

只有某些重要结构和需要冷加工的构件，才要求它不仅伸长率合格，而且冷弯试验也要合格。

钢材在多轴应力状态下，如何确定他的屈服条件？

用折算应力

冲击韧性是指钢材在冲击荷载的作用下断裂时吸收机械能能力，是衡量钢材抵抗可能因低温，应力集中，冲击荷载作用等而导致脆性断裂一项机械性能，脆性断裂总是发生在有缺口高峰应力地方。

由冲击韧性值（ak）和冲击功（Ak）表示，其单位分别为J/cm2和J（焦耳）。

钢结构设计规范验算疲劳强度的时候，为什么把构件和结构和连接分成8组，依据？

对于一定的疲劳寿命n，不同构件和连接发生疲劳破坏时应力幅大小主要取决于构造形式。

应力集中大构造形式，其破坏的时候应力幅值较小。

依据是按构造形式引起的应力集中程度。

钢材的破坏形式分为塑性破坏与脆性破坏两类。

塑性破坏的特征是：

钢材在断裂破坏时产生很大的塑性变形，又称为延性破坏，

其断口呈纤维状，色发暗，有时能看到滑移的痕迹。

钢材的塑性破坏可超过采用一种

标准圆棒试件行拉伸破坏试验加以验证。

钢材小：

发生塑性破坏时变形特征明显，

很存易被发现力：

及时采取补救措施，因而不致引起严重后果。

而且适度的塑性交形

能起到调整结构内力分布的作用，使原先结构应力不均匀的部分趋于均匀、从而提高

结构的承载能力。

脆性破坏的特征是：

钢材秆断裂破坏时没有明显的变形征兆，其断口平齐，呈有

光泽的见粒状。

钢材的脆件破坏可通过来用一种比标准圆棒试什更粗，计在其中部

位置车削出小凹槽（凹槽处的净截面积与标淮圆棒相同）的试件进行拉伸破坏试验加

以验证。

由于脆性破坏具有突然性，无法预测，故比塑性破坏要危险得多，在钢结构

工程设计、施工与安装中应采取话当措施尽力避免。

钢结构对钢材有哪些要求？

材料的强度高，塑性和韧性好；材质均匀，和力学计算的假定比较符合；制作简便，施工周期短；质量轻；钢材耐腐蚀性差；钢材耐热，但不耐火；

选用钢材时应该考虑哪些因素？

选用钢材时，考虑:

结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作环境、应力状态和钢材厚度，结构受力性质等，选择合适牌号和质量等级的钢材。

要确保结构物的安全可靠，要经济合理。

国际上钢号的表示方法一般包括哪几部分？

三个部分。

字首符号，钢材的强度值，钢材的质量等级。

第三章钢结构的连接

1.钢结构常用的连接方法有哪些种？

各种的特点是什么？

钢结构常用的连接方法有：

焊缝连接、螺栓连接、铆接；

焊缝连接：

属刚接（可以承受弯矩），除了直接承受动力荷载的结构中、超低温状态下，均可采用焊缝连接。

构造简单，节约钢材，加工方便，一定条件下还可以采用自动化操作，生产效率高，焊缝连接刚度大，密封性能好。

缺点是脆性增大，产生残余应力及残余变形。

螺栓连接：

属铰接（弯矩为零）一般情况下均可使用。

分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接。

优点是现场作业快，容易拆除，维修方便；浪费钢材。

缺点是增加制造工作量，削弱构件截面，比焊接多费钢材。

铆接：

当结构受力较小的情况下使用；优点是塑性和韧性好，传力可靠，易于检查和保证，可以承受动载的重型结构。

缺点是工艺复杂，用钢量多。

焊条的选用应该和焊接钢材的性能相适应。

Q235-E43Q345-E50Q390,Q420-E55.43代表焊缝熔敷金属或对接焊缝的抗拉强度。

电弧焊：

产生电弧热，加热金属并融化。

电阻焊：

利用电流的电阻产生的热量。

焊缝缺陷：

焊缝尺寸偏差；咬边；弧坑；未熔合；母材被烧穿；气孔；非金属夹渣；裂纹。

以上的缺陷，一般会引起应力集中，削弱焊缝有效截面，降低承载力，尤其裂纹对焊缝受力危害最大，不允许发生。

对接焊缝需进行强度验算的情况：

只对有拉应力构件中的三级对接焊缝，才需专门计算

角焊缝

正面角焊缝：

平行于焊缝。

（端焊缝）

侧面角焊缝：

垂直于焊缝。

在角焊缝设计中，对焊脚尺寸和计算长度有哪些构造要求？

为什么？

最大焊脚尺寸：

防止焊缝过烧焊件；

最小焊脚尺寸：

防止焊缝冷裂；

最大计算长度：

防止应力沿焊缝长度不均匀分布；

最小计算长度：

防止焊缝沿长度缺陷几率增加。

在计算正面角焊缝时，什么情况需要考虑强度设计值增大系数βf？

为什么？

正面角焊缝需要考虑，侧面角焊缝和直接承受动力荷载的情况下不需要考虑。

残余应力与残余变形的成因是什么？

如何减少焊接残余应力和焊接残余变形？

焊接应力和变形产生的主要原因是焊接过程中，对焊件的不均匀加热和冷却。

1、焊接位置的合理安排；2、焊缝尺寸要适当；3、焊缝数量宜少；4、应尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉；5、尽量避免在母材厚度方向的收缩应力。

焊接残余应力对构件的影响是什么？

1对静力强度无影响；刚度降低；构件稳定性降低；疲劳强度降低，更易低温冷脆。

10.螺栓在钢板上和型钢上排列的容许距离有哪些规定，他们是根据哪些要求确定的？

受力要求：

端距：

以免端部被剪掉。

栓距和线距：

3d，否则螺孔周围应力集中地相互影响较大，且对钢板的截面削弱过多，从而降低其承载力。

构造要求：

螺栓间距不宜过大，尤其是受压板件当栓距过大时，容易发生凸曲现象，板和刚性构件连接时，栓距过大不易紧密接触，潮气容易侵入缝隙锈蚀。

施工要求：

栓距应该有足够的距离，以便于转动扳手，拧紧螺母。

普通螺栓连接在受剪时依靠螺栓栓杆承压和抗剪传递剪力，在拧紧螺帽时螺栓产生的预拉力很小，其影响可以忽略。

高强度螺栓除了其材料强度高之外，拧紧螺栓还施加很大的预拉力，使被连接板件的接触面之间产生压紧力，因而板件问存在很大的摩擦力。

螺栓群在扭矩的作用下，在弹性受力阶段的最大的螺栓，其内力值在什么假定下求得的？

1，被连接板件为绝对刚性体。

2，螺栓时弹性体。

3，各螺栓绕螺栓群的形心旋转，使螺栓沿垂直于旋转半径r的方向受剪，各螺栓所受的剪力大小与r成正比。

15.拉剪普通螺栓和拉剪高强度螺栓摩擦型的连接的计算方法有何不同，拉剪高强度螺栓承压型连接的计算方法又有何不同？

高强度螺栓实际上有摩擦型和承压型两种。

摩擦型高强度螺栓承受剪力的准则是设计荷载引起的剪力不超过摩擦力。

承压型高强度螺栓则是以杆身不被剪坏或板件不被压坏为设计准则。

摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓实际上是同一种螺栓，只不过是设计是否考虑滑移。

摩擦型高强螺栓绝对不能滑动，螺栓不承受剪力，一旦滑移，设计就认为达到破坏状态，在技术上比较成熟；承压型高强螺栓可以滑动，螺栓也承受剪力，最终破坏相当于普通螺栓破坏（螺栓剪坏或钢板压坏）

建筑结构的主构件的螺栓连接，一般均采用高强螺栓连接。

普通螺栓可重复使用，高强螺栓不可重复使用。

高强螺栓一般用于永久连接。

高强螺栓是预应力螺栓,摩擦型用扭矩扳手施加规定预应力,承压型拧掉梅花头。

普通螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用。

普通螺栓只需拧紧即可。

普通螺栓一般为4.4级、4.8级、5