钢结构设计原理复习Word文档下载推荐.docx

1、伸长率：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）：

2、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

3、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n5104次。如吊车梁、桥梁、海洋平台在日常荷载下的疲劳破坏

4、。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n1025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：1258】I字钢：I20a表示高度为 200mm，腹板厚度为 a类的工字钢。2H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

5、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，

6、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Chapter3 Connections斜向受力的对接焊缝对接焊缝斜向受力是指作

7、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：Nsinftw或fcw（3.2.2）blwtNcosfvw（3.2.3lw斜焊缝计算长度。加引弧板时，lwb/sin；不加引弧板时，lwb/sin2t。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tan1.5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：h

8、f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，hehfcos/28、构造要求：a）最小焊脚尺寸（hfmin）角焊缝的焊脚尺寸hfmin1.5t,t为较厚焊件厚度（mm）自动焊：hfmin1.5t-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 t4mm时：取hfmin=tb）最大焊脚尺寸（ hfmax） t较薄焊件的板厚hfmax 1.2t对板件（厚度 t）边缘的角焊缝（贴边焊）当t6mm时，hfmaxt； 当t6mm时，hfmaxt-（12）mm。4c）侧焊缝最大计算长度（ lwmax） lwmax 60hfd）角焊缝的最小

9、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： lwmin 8hf 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 2hfe）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/lw 1。2）两侧面角焊缝之间的距离 b16t（t12mm）或190mm（t12mm），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

10、面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢 212510，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 ffw 160N/mm2K1=0.7，K2=0.3，lw3=b=125mm正面角焊缝所能承受的内力 N3为：5f正面角焊缝的强度设计值增大系数。 静载时 f1.22，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

11、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

12、，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0.811、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

13、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螺栓杆剪断；板件被剪坏； 端距太小，端距范围内的板件被栓杆冲剪破坏； 板件因6螺栓孔削弱太多而被拉断；螺栓杆发生弯曲破坏。 【其中可由构造要求避免，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

14、栓杆直径平面的孔壁部分）均匀分布受剪承载力设计值：Nvbnvd2fvb承压承载力设计值：Ncbdtfcb单个剪力螺栓的设计承载力： Nminb minNcb,Nvbb验算：NvNmin第3章连接Chapter3ConnectionsNvfv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t1t2t3t1t2,t=t1t2t1+t2,t=t2d+ba+c+e,t=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

15、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=1003/5=60kNP=100kNV=1004/5=80kNNv=V/n=80/4=20kNNt=N/n=60/4=15kN7步骤2计算螺栓抗拉、抗剪承载力设计值-3Nt=Aeft=244.817010=41.6kNNv=nvd/4）=13.1420/413010=31.9kNN=60步骤3用相关公式验算强度V=80Nt2015Ntb31.90.7241.6Nv=20kNNc=202030510=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N550kN。

16、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=0.35ffw 160N/mm2 ，hf1 hf2 6mmlw1k1Nffw0.7hf（1）0.655501000266mm0.7160l12hf278mm取280mmlw2k2N0.35550143mm肢尖：l2155mm取155mm（2）F389kNV389kN由于钢板

17、厚度为14mm，端板厚为20mm，可设焊缝高度为10mmhfmax1.21416.8mm故取焊脚尺寸为10mm6.7mm验算是否满足：lw440hf420mmfF）20.7hflw20.7hflw389104201.2285.6MPa160MPa故节点板与端点板的焊缝高为（3）验算高强螺栓连接938.9kN螺栓的最大内力：n0.8P155124kNNt按摩擦型连接计算：0.9nf（p1.25Nt）0.90.35（1551.2538.9）33.5kNNv只有当NvbNv时，才满足故摩擦型验算不合格。查附录1.4知：ftb500N/mm2,fvb310N/mm2,fcb470N/mm29.2知：A

18、e245mm2Aeftb245500122.5kN按承压型连接计算：nvAefvb24531076kN470188kN38.90.60276122.5有：188156.7kN故满足要求。具体公式有以下几种：（1）摩擦型连接的计算NMy1Nb0.9nP1.25Nyi2v（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，。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：Mxfyf（绕x轴单向弯曲时）xWnxRMy（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xx、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x1.053、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