钢结构期末复习资料整理.docx

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钢结构期末复习资料整理

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第1章绪论

1．钢结构和其他材料的结构相比，钢结构具有哪些特点？

答：

钢材的强度高，塑性和韧性好；钢结构的质量轻；钢材材质均匀，接近各向同性；钢结构制作简便，施工工期短；钢结构的密闭性好；钢结构的耐腐蚀性差，耐火性差；在低温和其他条件下可能发生脆性断裂。

2.钢结构在工程中的应用：

工业厂房；大跨度结构；高耸结构；多层和高层建筑；承受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。

3.结构的极限状态：

当结构或其组成超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态就称为该功能的极限状态。

4.承载能力极限状态：

指结构或构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形时的极限状态；

正常使用极限状态：

指结构或构架达到正常使用或耐久性能的某项规定限值时的极限状态）。

5.结构可靠度Ps：

结构在规定的时间内，在规定的条件下完成预定功能的概率。

第2章钢结构的材料

1.钢结构中所用钢材应具有哪些性能？

①钢材应具有较高的屈服强度ƒy和抗拉强度ƒu：

ƒy是衡量结构承载能力的指标，ƒy高则可减轻结构自重，节约钢材和降低造价。

ƒu是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能力，它直接反映钢材内部组织的优劣，同时ƒu高可以增加结构的安全储备。

②较高的塑性和韧性：

塑性和韧性好，结构在静载和动载作用下有足够的应变能力，既可减轻结构脆性破坏的倾向，又能通过较大的塑性变形调整局部应力，同时又具有较好的抵抗重复荷载作用的能力。

③良好的工艺性能（包括冷加工、热加工和焊接性）：

良好的工艺性能不但要易于加工成各种形式的结构，而且不致因加工而对结构的强度、塑性、韧性等造成较大的不利影响。

此外，根据结构的具体工作条件，有时还要求钢材具有适应低温、高温和腐蚀性环境的能力。

2.塑性破坏：

钢材在超过屈服点即有明显的塑性变形产生，超过抗拉强度时将在很大变形的情况下断裂。

后果：

塑性变形的断口平直，并因晶体在剪切之下相互滑移的结果而呈纤维状，塑性破坏之前，结构有明显的塑性变形产生，且有较长的持续时间，可便于发现和补救。

3.脆性破坏：

钢材没有的塑性变形产生或只有很小塑性变形而发生破坏。

后果：

脆性破坏之前，结构没有明显的塑性变形产生，且发生很突然，后果很危险。

4.强度：

屈强比是衡量钢材强度储备的一个系数。

屈强比越低安全储备越大，但屈强比过小时，不经济。

当屈强比过大时，安全储备较小，且构件的塑性变形能力较小。

5.塑性：

指钢材在应力超过屈服点后，能产生显著残余变形而不立即断裂的性质。

6.冲击韧性：

指在钢材塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，是衡量钢材抵抗动力荷载能力的指标。

①是钢材塑性和强度的综合表现，可以用来判断钢材在动力荷载作用下是否会发生脆性破坏；②冲击韧性好表示在动力荷载作用下破坏时吸收能量多；③对于需要验算疲劳的结构所用的钢材应具有不同试验温度下的冲击韧性的合格保证；④冲击韧性受温度的影响较大，钢材具有低温冷脆性。

7.冷弯性能：

指钢材在常温下加工发生塑性变形时，对产生裂纹的抵抗能力。

①冷弯性能用冷弯试验来检测，检测时如果时间弯曲180度，无裂纹、断裂或分层，即试件冷弯合格。

②制作结构构件和非结构构件的钢材的冷加工需要钢材有合格的冷弯性能。

③钢材的强度、冲击韧性、塑性、冷弯性能统称为钢材的力学性能或机械性能。

8.影响钢材性能的主要因素有：

化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；反复荷载作用。

9.化学成分：

硫可减低钢材的塑性、韧性、可焊性、抗锈蚀性。

高温时使钢材变脆，即热脆。

磷降低塑性、韧性、冷弯性能、可焊性。

在低温时使钢材变脆，即冷脆。

氮的作用和磷的一样，可使钢材冷脆。

锰是一种脱氧剂，锰可以适当提高钢材的强度、能消除氧、硫而不降低钢材的可焊性和抗锈蚀性能。

锰元素在碳素钢中的含量在0.3%—0.8%，在低碳钢中的含量为1.0%—1.6%。

硅是一种脱氧剂，硅在碳素钢中的含量应不超过0.3%，在低碳钢中的含量为0.2%—0.55%

10.时效硬化：

指钢材随时间的增长，钢材的强度（屈服点和抗拉强度）提高，塑性降低、特别是冲击仍性明显下降的现象。

冷作硬化：

指当钢材冷加工（剪、冲、拉、弯等）超过其弹性极限卸载后，出现参与应变变形，再次加载时弹性极限（或屈服点）提高的现象。

11.温度的影响：

常温下强度基本上不随温度的变化而变化。

①温度高于常温时，随温度增高，钢材的强度、弹性模量降低、塑性增大。

②250度时，钢材的抗拉强度反而提高，冲击仍性和脆性下降明显，此现象叫蓝脆现象。

蓝脆现象钢材会出现裂纹。

③当温度超过300度时，屈服点和极限强度显著降低。

④600度时，钢材几乎不承受拉力，可以看出钢材的耐火性能差。

⑤当温度低于常温时，总的趋势是温度降低，钢材的略有强度提高。

塑性、抗冲击韧性降低。

温度下降到某一值后，会发生冷脆现象。

钢材由韧性状态转向脆性状态时的温度叫做脆变温度（或叫冷脆临界温度）

12.应力集中的影响：

应力集中发生在孔洞、槽口、凹角、形状变化、内部缺陷处。

应力集中处存在同号平面或立体应力场，使钢材变脆。

13.钢材的疲劳破坏：

钢材在连续反复荷载作用下而发生脆性破坏，破坏时的最大应力称为疲劳强度。

钢材的疲劳破经历三个阶段：

裂纹的形成、裂纹缓慢扩展、迅速断裂。

影响钢材疲劳的主要因素是应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）以及应力循环次数。

14.钢材的种类：

碳素结构钢；低合金高强度结构钢；优质碳素结构钢；建筑结构用钢板。

（沸腾钢F，镇静钢Z，特殊镇静钢TZ）

15.钢材的选用原则：

应使结构安全可靠和做到经济合理。

选择时要考虑的因素：

结构的重要性；荷载情况；连接的方法；结构所处的温度和环境；钢材厚度。

16.钢材的规格：

钢结构所用的钢材主要为热轧形成的板钢、型钢，以及冷弯成型的薄壁型钢。

第三章钢结构的连接

1．钢结构的连接方法：

①焊缝连接、②螺栓链接、③铆钉连接。

焊缝连接：

适用于板叠厚度不超过12mm的焊接。

冷弯薄壁型钢一般不使用焊接，成本高。

螺栓连接分为：

普通螺栓连接和高强螺栓连接。

普通螺栓可用A、B、C三级。

钢结构一般采用构造简单，造价低C级螺栓。

2．焊接的缺陷及质量检查：

①焊接的缺陷：

焊接可能会产生裂纹、气孔、烧穿、未焊透等缺陷。

裂纹是焊接中最危险的缺陷，焊接易在焊缝和周围热影响区出现热裂纹和冷裂纹。

焊接时应该采用合理的施焊顺序，避免裂纹形成。

进行预热、缓冷却或进行焊后处理，可以减少裂纹形成。

②焊缝质量检查：

焊缝的质量等级可以分为三级，每级都要按照规范进行检查。

三级焊缝检查：

只要求对焊缝做外观检查且符合第三级质量标准，即检查焊缝的外形尺寸偏差是否超过允许值，弧坑裂纹、咬边尺寸是否超过允许值缺陷。

一、二级除了要做外观检查外还要进行无损检验（如超声波探伤和射线探伤等）。

3．焊缝的连接形式及焊缝形式：

①焊缝的连接形式有：

平接（也叫对接）、搭接、T形连接和角接。

②焊缝形式：

对接焊缝的受力形式为对接正焊缝和对接斜焊缝。

角焊缝受力形式有正面角焊缝（焊缝的长度方向垂直于作用力方向）、侧面角焊缝（焊缝的长度方向平行于作用力方向）。

③绗缝沿长度方向的布置有连续角焊缝和断续角焊缝之分。

连续角焊缝之力较好，为主要角焊缝形式。

断续角焊缝易引起应力集中。

④焊缝按照施焊位置分为：

仰焊、立焊、横焊、俯焊（也叫平焊）。

俯焊的施工最方便、质量最容易保证，仰焊的施工条件最迟、质量不易保证。

4．焊缝的表示方法：

用符号表示（基本符号、辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。

）基本符号表示焊缝的截面形状。

辅助符号表示焊缝表面形状特征。

角焊用⊿表示，V形焊缝用V表示。

指引线有两条基线和箭头线组成，基线一般与图形底边平行。

当箭头指在焊缝所在面时，焊缝符号标在基准线的实线侧。

当箭头指在焊缝另一面时，焊缝符号标在基准线虚线侧。

标注对称焊缝时可以不用虚线。

5．焊缝的构造：

①对接焊缝中，当试件的厚度较大时，应把焊缝边缘加工成适当形式和尺寸的坡口。

②当焊件的厚度t（t≤10mm）较小时，可以采用I形焊缝，即不开坡口，只在板边留适当的对接间隙即可。

③对于一般厚度（t=10-20mm）的焊件，可以采用斜坡口的单边V形缝或双边V形缝。

③对于较厚（t＞20mm）的焊件，应采用U形缝、K形缝、X形缝，可比V形坡口减小焊缝的体积，进而节约焊条和减小对焊件温度的影响。

④对于V形和U形缝，正面焊好后还需要性背面清根补焊。

对于没有条件清根补焊的应该加垫板。

当焊件可以随意扭转时，采用X形和V形缝最好。

⑤在焊缝的拼接处，当两侧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，形成平缓过渡。

⑥在每条焊缝的两端因焊接时起弧、灭弧的影响容易出现弧坑、未焊透等缺陷，易形成应力集中，为了避免这种情况，在焊接时应该在两端设置引弧板，焊后将其切除，并修磨平。

6．焊缝的计算：

①Lw取值：

当采用引弧板时，取焊缝实际长度；当未采用引弧板时。

每根焊缝取实际长度减去2t。

②T在对接连接中为连接件的较小厚度，在T形连接中为腹板厚度。

③当正面焊不满足时，可以采用斜焊缝。

当焊缝与作用力间的夹角Θ满足tanθ≤1.5时，焊缝强度不低于母材强度，可以不用验算。

在弯矩和剪力共同作用下，工字型、箱型等截面构件，在腹板和翼缘相接处，焊缝同时受有较大的正应力σ1和较大的剪应力τ1。

需要计算截面的折算应力。

7．角焊缝的构造和计算：

角焊缝有：

垂直角焊缝（侧面焊缝和正面焊缝）和斜角焊缝。

侧面角焊缝主要承受剪力，剪力分布两端大，中间小。

其应力分布可以看做均匀分布。

正面角焊缝的应力较复杂（剪力和轴力），各个截面中均存在不均匀的正应力和剪应力。

根部有严重的应力集中。

正焊缝的强度高于侧焊缝，但塑性要略低些。

斜焊缝的受力性能和强度介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间。

8．角焊缝的构造：

包括焊角尺寸hf和焊缝计算长度Lw。

最小焊角尺寸详见P55页。

当焊件的厚度相差较大时，用等焊角尺寸无法满足最大、最小焊缝厚度的要求时，可以采用不等焊角尺寸。

①最小计算长度：

焊角的尺寸较大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝起弧灭弧造成的弧坑相距较近，加上其他可能产生的缺陷，焊缝的质量不可靠，所以，侧面角焊焊缝或正面角焊焊缝的计算长度不得小于8hf和400mm’。

②侧面角焊缝的最大计算长度：

由于侧面焊缝的长度和焊角尺寸之比越大，应力分布的不均匀性也越大。

焊缝两端的应力较大，可能会使得端部提前破坏。

所以需要控制侧面焊缝的长度。

侧面计算长度不应大于60hf。

③搭接连接构造：

两侧角焊缝的长度不小于两条焊缝之间的距离。

为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲过大，两侧焊缝之间的距离不应大于16t（当t＞12mm）和190mm（当t＜12mm）当宽度超过时，应该加上正面角焊缝、或加槽焊。

④在搭接连接中，搭接长度不小于焊件厚度的5倍，并不小于24mm，以减小收缩应力及搭接偏心影响产生的次应力。

⑤为了避免起落弧缺陷发生在应力集中较大的转角处，当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续地作长度为2hf的绕角焊，但专家必须连续施焊，不得端弧。

角焊缝当中，正面角焊缝的承载能力高于侧面角焊缝，但正面角焊缝的刚度角大，变形能力低，对于直接承受动力荷载的结构，不考虑正面角焊缝的强度提高βf=1。

9．轴力、扭矩、弯矩单独作用的角焊缝计算：

①当角焊缝只受轴力，且轴力通过焊缝的形心时，可以认为焊缝的应力是均匀分布的。

此时，正面角焊缝只有正应力，侧面角焊缝只有剪应力。

②弯矩作用下，角焊缝的有效截面应力呈三角形分布，属于正面角焊缝性质，只有正应力。

③扭矩作用下：

两个假定：

被连接杆件是绝对刚性的，而角焊缝是弹性的；被连接杆绕角焊缝有效截面形心O旋转，角焊缝上任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力的大小与连线长度r成正比。

计算时主要是x和y方向极惯性矩的计算。

10．焊接残余应力：

焊接构件在使焊过程中，在焊件上产生不均匀的温度场，高温部分的钢材要求有较大的膨胀伸长，但受到邻近钢材的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力，并在焊接过程中随时间和温度而不断变化，这种应力称焊接应力。

钢材冷却后存在于焊件中的应力称焊接残余应力。

11．焊接残余变形：

焊接构件在使焊过程中，由于受到不均匀的电弧高温作用，在焊件中产生变形，称焊接变形，焊接应力较高的部位将达到钢材的屈服强度而产生塑性变形，因而钢材冷却后残存于焊件中的变形称焊接残余变形。

12．焊接应力对结构构件的影响：

（1）由于钢材有良好的塑性，所以承受静荷载的结构，无严重应力集中并在常温下工作时，焊接应力并不影响结构的静力强度。

（2）由于钢材在塑性状态时弹性模量降低，但结构构件的局部进入塑性工作状态时，构件截面的刚度降低，焊接应力降低了结构构件的刚度和稳定性承载力。

（3）由于焊接结构在焊缝中存在双向甚至三向拉应力场，阻碍了塑性变形的发展，使钢材变脆，使裂缝易于产生和发展，因此焊接应力将使钢材的疲劳强度降低。

13．减小焊接残余应力的方法：

①焊缝的位置应合理，焊缝应尽可能布置在结构对称的位置上，以减小残余变形。

②焊缝的尺寸要适当，在允许的范围内，最好采用细长焊缝，不用短粗焊缝，避免因焊角尺寸过大而产生过大的残余应力，且在施焊时容易烧穿。

③焊缝不宜过分集中，以免产生过大的焊接残余应力和残余应变，甚至产生裂纹。

⑤尽量避免三向焊缝相交，以防止在相交处形成三向拉应力，时钢材变脆。

④防止钢板分层破坏的发生，使拉力不垂直于板面。

⑤要注意施焊方便，保证焊接作业所要求的最小间隙和合适的焊条角度。

⑦避免使用仰焊，以保证施工质量。

14．普通螺栓的构造和计算：

普通螺栓分为ABC三级。

C级螺栓采用性能为4.6或4.8级钢材。

等级的前一个数表示抗拉强度为400N/mm2，后一个数表示屈强比，6表示屈服点为抗拉强度的0.6倍。

AB级螺栓的精度较高，称为精致螺栓。

15．螺栓的排列：

螺栓在构件上的排列有并列和错列两种。

①并列特点：

螺栓较紧凑，连接板尺寸较小，但螺栓孔对截面的削弱较大。

②错列特点：

螺栓布置叫松散，连接板尺寸较大，但可以减小螺栓孔对截面的削弱作用。

16．受力要求：

螺栓的螺距不应小于2d0,为栓孔的直径。

构造要求：

当螺栓的螺距和线距过大时，被连接板件的接触就不够紧密，潮气会渗入板件之间的缝隙内，使钢材锈蚀。

17．螺栓的工作性能：

普通螺栓按照螺栓传力方式可以分为抗剪螺栓、抗拉螺栓和同时抗剪和抗拉螺栓。

抗剪螺栓：

抗剪螺栓受力初期，荷载较小，有杆件间的摩擦力来传递外力。

出现相对滑动后，螺栓杆和孔壁接触，由螺杆承受剪力，孔壁受挤压作用。

18．抗剪螺栓破坏时可能的破坏形式：

①当螺栓直径较小，被连接钢板的厚度较大时，螺栓可能悲哀剪坏。

②当螺栓直径较大，被连接钢板较薄时，钢板可能被挤坏。

因为螺栓和钢板之间的作用是相对的，这种破坏称作螺栓承压破坏。

③当杆件开口较多使截面削弱很多时，构件可能被拉断。

④当螺栓孔距板端距离较小时，板端可能被剪坏（限制端距来保证e≥2d0）。

⑤当被连接钢板太厚，而螺杆较细时，可能发生螺栓弯曲破坏。

（板厚不超过5d）

19．普通螺栓的抗剪承载力要考虑螺栓受剪和孔壁承压两种破坏形式。

根据螺栓的剪切破坏面的多少可以将螺栓的剪切破坏分为单剪、双剪、四剪。

为计算方便，假定螺栓承压发生在计算承压面上，且假定螺栓的应力在该承压面上均匀分布。

20．螺栓的计算：

螺栓的计算包括受剪计算和受压计算。

当螺栓受轴力、弯矩、扭矩的作用时，螺栓进行受剪计算。

当螺栓在轴力，弯矩作用下，螺栓要进行受拉计算。

①螺栓在轴力作用下：

螺栓群中各个螺栓受剪力大小不一，两端大二中间螺栓受剪小。

当连接板的长度L≤15d时，在连接板进入弹塑性阶段后，内力发生重分布使螺栓的剪力分布均匀。

当L过大时，端部螺栓会因受力过大而首先破坏，然后逐个破坏。

所以规范规定在设计时要将螺栓的设计值乘以折减系数β。

②螺栓在剪力作用下：

每个螺栓都受剪，各个螺栓的建立对形心O的力矩之和等于扭矩T，在扭矩作用下，外围的螺栓受到的剪力最大。

③在轴力和弯矩作用下的抗拉计算：

假定力过形心，内力均匀分布；弯矩作用下，内力中和轴在M指向的第一排螺栓；N和M共同作用时，需找出最不利点进行计算。

21．在偏心受拉时将N移到螺栓群中心，则螺栓连接承受轴力N和弯矩M的共同作用，分小偏心和大偏心受拉计算，当M/N较小时为小偏心受拉。

Nmin可能小于0，当Nmin＞0，所有螺栓受拉。

22．同时承受剪力和拉力，具有两种计算方法：

①假定支托不受力。

②假定支托承受剪力，螺栓仅受弯矩M=V*e。

此时要验收最外排螺栓所受的拉力和支托。

23．高强螺栓连接：

分为摩擦型连接和承压型连接。

摩擦型连接：

只依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过连接面之间的摩擦阻力作为极限状态。

承压型连接：

当允许接触面滑移，依靠螺栓杆受剪和孔壁承压来传力，承载力的极限状态和普通螺栓的相同时，为承压型连接。

24．影响高强螺栓连接的承载力的因素：

螺栓的钢材、螺栓预拉力、杆件接触面的抗滑移系数。

螺栓的预拉力：

高强螺栓可以分为大六角型和剪扭型。

大六角型螺栓施加预拉力有两种方法：

扭矩法、转角法。

25．高强螺栓的摩擦滑移系数：

使用高强螺栓时，杆件的接触面应该进过特殊的处理，使其洁净并粗糙，提高抗滑移系数。

抗滑移系数的大小与构件接触面的处理方法和构件的钢号有关。

试验表明，螺栓接触面涂红丹防锈漆后，抗滑移系数降低。

26．高强螺栓摩擦型连接：

设计时，外力不得超过摩擦力。

一个螺栓产生的摩擦力的大小与螺栓所受的预拉力、摩擦面的抗滑移系数和连接的传力摩擦面数量有关。

27．高强螺栓的承压连接：

其极限承载力由螺栓抗剪和孔壁承压决定，摩擦力只起延缓滑动作用。

因此，每个螺栓承压型连接的承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同。

28．高强螺栓的抗拉连接：

试验表明，当Nt过大时，即大于螺栓的预拉力时，卸载后，螺栓将发生松弛现象，即螺栓的预拉力减小；但当外力小于螺杆预拉力的80%时，即无松弛现象发生，所以，规范规定，在螺栓全螺杆受拉的高强螺栓摩擦型连接中，每个高强螺栓的抗拉承载力设计值取0.8P。

当高强螺栓承受外拉力时，板件间的挤压力随外拉力的增大而减小，规范规定，只要有外拉力作用，就将承压强度设计值除以1.2，考虑外力力的不利影响。

29．高强螺栓群的抗拉计算：

高强螺栓承压型或摩擦型的外拉力总是小于预拉力P，在M作用下使螺栓受拉时，被连接的接触面一直保持紧密结合。

30．角焊缝计算公式中为什么有强度设计值增大系数

，在什么情况下可以不考虑

？

答：

角焊缝按其与外力作用方向不同分为：

侧面角焊缝：

焊缝平行于外力作用方向；正面角焊缝：

焊缝垂直于外力作用方向；经试验分析可知，正面角焊缝的应力状态比侧面角焊缝的应力状态复杂，其破坏强度比侧面角焊缝的高，但塑性变形侧面角焊缝差；规范规定对角焊缝极限应力，不分抗拉，抗剪或抗压都采取统一的强度设计值ffw，在角焊缝计算公式中加入强度设计值增大系数

是考虑正面角焊缝破坏强度较高。

对直接承受动力荷载的结构，正面角焊缝强度虽高，但刚度较大，韧性差，应力集中现象也较严重，而且目前还缺乏这方面足够的试验依据，故不考虑强度设计值的增大。

31．在焊缝连接设计中，如何考虑减少焊接残余应力的影响？

答：

焊接后残余在结构中的应力称作焊接残余应力。

在焊缝连接设计中，应考虑减少焊接残余应力的影响，通常要注意：

（1）选用合适的焊缝形式；

（2）合理选用焊缝尺寸；（3）合理布置焊缝位置；（4）要注意施焊方便和可能，以保证焊缝质量。

32．普通螺栓的受剪螺栓连接有哪几种破坏形式?

用什么方法可以防止？

答：

普通螺栓的受剪螺栓连接有5种破坏形式：

（1）栓杆剪断，当螺栓直径较小而钢板相对较厚时，可能发生。

（2）孔壁挤压坏，当螺栓直径较大钢板相对较薄时，可能发生。

（3）钢板拉断，当钢板因螺孔削弱过多时，可能发生。

（4）端部钢板剪断，当顺受力方向的端距过小时，可能发生。

（5）栓杆受弯破坏，当螺栓过于细长时，可能发生。

其中

（1）栓杆剪断、

（2）孔壁挤压坏、（3）钢板拉断可通过计算要求防止。

（4）端部钢板剪断、（5）栓杆受弯破坏通过构造要求防止。

33．计算螺栓的抗拉承载力设计值时，为什么不取螺栓的内径来计算螺栓的净截面面积？

答：

受拉螺栓的破坏截面应在螺纹切削的最薄弱处，但它不能按螺纹的内径

计算。

还是因为螺纹呈螺旋形，故其横截面并非圆形，各点的直径不是等值且均大于

。

因此，需将破坏截面假想为一圆柱面，其直径按折算的有效直径

进行计算，其表达式如下

式中

为螺纹外径，即螺栓公称直径；

为螺距；从而可得螺栓破坏截面折算的有效面积为

。

第4章轴心受力构件

1.轴心受力构件的分类：

隔构式构件和实复试构件两种。

隔构式构件：

由两个或多个分肢用缀材连接而成。

截面上通过分肢腹板的轴线叫做实轴，通过缀板平面的叫虚轴。

缀材的作用是将各个分肢连成整体，并承受构件绕虚轴弯曲时的剪力。

缀材分为缀板和缀条两种，缀板常用钢板，必要时采用型钢。

隔构式构件的抗扭刚度较大。

容易实现两主轴方向稳定承载力相当。

2.轴心受力构件的强度和刚度计算：

长细比：

轴心受力构件的计算长度L0与构件的回转半径i的比值。

受拉杆件的容许长细比：

桁架构件350，250,250。

柱间支撑300、200、受压杆件的容许长细比：

柱、桁架和天窗架中构件，柱间支撑。

3.轴心受压构件的整体稳定性：

①平衡的临界状态，即随遇平衡。

构件失稳时的变形状态:

弯曲变形、扭转变形、既有弯曲又有扭转的变形。

分别对应弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲。

②轴心受压构件由内力与外力平衡的稳定状态进入不稳定状态的分界标志是临界状态。

4.双轴对称截面轴心受压构件的屈曲形式一般为弯曲屈曲，只有当截面的扭转刚度较小时，才有可能发生扭转屈曲。

单轴对称截面轴心受压构件绕非对称轴屈曲时，为弯曲屈曲。

若绕对称轴屈曲时，由于轴心压力通过的截面形心与截面的扭转中心不重合，此时发生的弯曲变形总伴随着扭转变形，为弯扭屈曲。

截面无对称轴的轴心受压构件，其屈曲变形都为弯扭屈曲。

5.理想轴心受压构件：

由弹性材料制成的、无初弯曲、无偏心距、无残余应力的轴心受压构件。

双轴对称的理想受压构件丧失整体稳定通常为弯曲失稳。

6.理想轴心受压构件的扭转失稳：

扭转失稳破坏。

计算时需要计算换算长细比。

理想轴心受压构件的弯扭失稳：

对于单轴对称T形截面轴心受压构件，在绕对称轴失稳时为弯扭失稳。

7.各种缺陷对轴心受压构件整体性的影响：

①初弯曲对构件整体性的影响：

在加工和制作以及搬运的过程中产生的。

在初弯曲的作用下，从加载开始，构件就产生挠曲变形，挠度y和挠度总值Y与初弯曲成正比。

随着挠度的增大，附加弯矩也增大。

②荷载初偏心距对构件整体稳定性的影响：

荷载初偏心距对轴心受压构件的影响与初弯曲类似。

③残余应力对结构整体稳定性的影响：

残余应力是指还未受荷载之前存在域构件之中自相平衡的初始应力。

一般情况下，温度高或冷却慢的部位初始残余拉应力，温度低或冷却快的部位产生残余压应力。

残余应力的分布和大小与构件截面的形状、尺寸、制造方法和加工过程有关。

8.轴心受压构件的整体稳定性计算：

考虑初弯曲和残余应力的影响，引入整体稳定性系数ψ，和长细比λ。

构件长细比的计算分：

双轴对称和极对称构件；截面为单轴对称构件（绕对称轴旋转时需要换算长细比）；单角钢和双角钢组合T形截面绕对称轴的计算；单轴对称的轴心受压构件在绕非对称主轴以外的任一轴失稳时，应按照弯扭屈曲计算其稳定性。

9.轴心受压构件的设计：

轴心受压构件的设计应该满足强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性要求。

10.实腹式受压构件的设计：

设计时主要是确定截面尺寸，然后验算是否满足设计要求，不满足时需要进行截面调整后再进行验算。

11.轴心受压型钢构件设计的步骤：

①假定构件的长细比λ（先选定长细比λ再更加长细比确定未知量ψ和A，一般假定λ=50—100）②计算所需绕两个轴的回转半径。

③初选截面规格尺寸（根据所需的A、ixiy选择截面规格）④验算是否满足设计要求（不满足时，需要进行截面调整，再验算是否满足要求）。

12.隔构式轴心受压构件的整体