長(zhǎng)安大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容總結(jié)20130101

1、鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容總結(jié)1 概述概述部分包括鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用、結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法、鋼結(jié)構(gòu)的新發(fā)展；鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):建筑鋼材強(qiáng)度高，塑性、韌性好；材質(zhì)均勻和力學(xué)計(jì)算的假定比較符合;鋼結(jié)構(gòu)制作簡(jiǎn)便，施工工期短;鋼結(jié)構(gòu)的重量輕-承受同樣荷栽下結(jié)構(gòu)的重量;鋼結(jié)構(gòu)密閉性較好;鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差;鋼材耐熱但不耐火;鋼結(jié)構(gòu)在低溫和其他條件下，可能發(fā)生脆性斷裂;鋼材的可重復(fù)使用性。鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用:工業(yè)廠房;大跨建筑結(jié)構(gòu);大跨度橋梁結(jié)構(gòu);多層和高層建筑;高聳結(jié)構(gòu);承受振動(dòng)荷載影響及地震作用的結(jié)構(gòu);板殼結(jié)構(gòu);其他特種結(jié)構(gòu);可拆卸或移動(dòng)的結(jié)構(gòu);輕型鋼結(jié)構(gòu);和混凝土組合成的組合結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為承載

2、能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩大類；（1）承載能力極限狀態(tài) 對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力是出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形，包括傾覆、強(qiáng)度破壞、疲勞破壞、喪失穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系或出現(xiàn)過度的塑性變形。（2）正常使用極限狀態(tài) 對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值，包括出現(xiàn)影響正常使用或影響外觀的變形，出現(xiàn)影響正常使用或耐久性能的局部損壞以及影響正常使用的振動(dòng)。 2 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料，包括鋼材單向均勻受拉時(shí)的力學(xué)性能、鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料性能的要求、影響鋼材力學(xué)性能的因素、結(jié)構(gòu)鋼材的脆性破壞、鋼結(jié)構(gòu)的脆斷和疲勞、鋼材的選用及鋼材的規(guī)格；對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求；五個(gè)階段: 完全彈

3、性; 非線性彈性; 塑性流動(dòng); 應(yīng)變硬化;三個(gè)強(qiáng)度指標(biāo): 比例極限; 屈服點(diǎn)、;抗拉強(qiáng)度；設(shè)計(jì)時(shí)取屈服點(diǎn)為鋼材可以達(dá)到的最大應(yīng)力：在開始進(jìn)入塑性流動(dòng)范圍時(shí)，曲線波動(dòng)較大，以后逐漸趨于平穩(wěn)，其最高點(diǎn)和最低點(diǎn)分別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。上屈服點(diǎn)和試驗(yàn)條件（加荷速度、試件形狀、試件對(duì)中的準(zhǔn)確性）有關(guān)；下屈服點(diǎn)則對(duì)此不太敏感，設(shè)計(jì)中則以下屈服點(diǎn)為依據(jù)。對(duì)于沒有缺陷和殘余應(yīng)力影響的試件，比例極限和屈服點(diǎn)比較接近，且屈服點(diǎn)前的應(yīng)變很小（對(duì)低碳鋼約為0.15%）。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常假定屈服點(diǎn)以前鋼材為完全彈性的，屈服點(diǎn)以后則為完全塑性的，這樣就可把鋼材視為理想的彈-塑性體，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)為雙直線，如圖

4、2.2理想的彈-塑性體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線所示。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)后，將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的在使用上不容許的殘余變形（此時(shí)，對(duì)低碳鋼），表明鋼材的承載能力達(dá)到了最大限度。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)取屈服點(diǎn)為鋼材可以達(dá)到的最大應(yīng)力。伸長(zhǎng)率代表材料在單向拉伸時(shí)塑性應(yīng)變的能力；冷彎性能合格是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下的塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標(biāo)；沖擊韌性是鋼材強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo)-鋼材抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度與抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度的關(guān)系是。影響鋼材性能的因素主要有哪些？化學(xué)成分的因素；成材過程的影響；鋼材的冷加工硬化；溫度影響；應(yīng)力集中；鋼材有兩種性質(zhì)完全不同的破壞形式，即塑性破壞和脆性破壞；鋼結(jié)構(gòu)所用的材料雖然有較高的塑性和韌性，一般為塑

5、性破壞，但在一定的條件下，仍然有脆性破壞的可能性。疲勞斷裂的概念；鋼的牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A、B、C、D）、脫氧方法符號(hào)（Z、b、F）等四個(gè)部分按順序組成；H型鋼和剖分T型鋼的規(guī)格應(yīng)均采用代號(hào)高度H×寬度B×腹板厚度×翼緣厚度表示；3 鋼結(jié)構(gòu)的連接鋼結(jié)構(gòu)的連接和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，包括鋼結(jié)構(gòu)的連接方法、焊接連接和焊接結(jié)構(gòu)的特性、對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算、角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算、焊接應(yīng)力和焊接變形、普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算及高強(qiáng)度螺栓的構(gòu)造和計(jì)算、構(gòu)件的拼接、柱頭和柱腳設(shè)計(jì)、桁架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。三級(jí)焊縫只要求對(duì)

6、全部焊縫作外觀檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；一級(jí)、二級(jí)焊縫則除外觀檢查外，還要求一定數(shù)量的超聲波檢驗(yàn)并符合相應(yīng)級(jí)別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。不同鋼種的鋼材相焊接時(shí)，例如Q238鋼與Q345鋼相焊接，宜采用低組配方案，即宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力，塑性較好，彈性模量低，強(qiáng)度也較低。正面角焊縫截面中的各面均存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，焊根處存在著很嚴(yán)重的應(yīng)力集中，正面角焊縫的破壞強(qiáng)度高于側(cè)面角焊縫，但塑性變形要差些。焊接應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響（1）對(duì)靜力強(qiáng)度無影響；（2）降低了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度及受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性；（3）增加鋼材在低溫下的脆斷傾向；（4）降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度max1.2，較薄焊件厚度

7、mm:，為較厚焊件厚度（單位為mm）自動(dòng)焊 min-1mmT形連接的單面角焊縫 min+1mm4mm， min =側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不得小于和40mm。角焊縫強(qiáng)度計(jì)算 注意：中、的判定；最大應(yīng)力點(diǎn)的判定。螺栓只承受剪力；螺栓連接受力情況可分為三類： 螺栓只承受拉力；螺栓承受拉力和剪力的共同作用。栓桿可能先被剪斷-抗剪驗(yàn)算板件可能先被擠壞-螺栓承壓破壞-抗擠壓驗(yàn)算板件削弱太多而被拉斷-凈截面驗(yàn)算端距范圍內(nèi)的板件沖剪破壞-控制端距螺栓桿彎曲破壞-控制被連接的板厚度 高強(qiáng)度螺栓連接有兩種類型：一種是依靠摩擦阻力傳力，并以剪力不超過觸面摩擦力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，稱為摩擦型連接；高強(qiáng)度螺栓承壓型

8、連接，起初由摩擦傳力，后期則依靠栓桿抗剪和承壓傳力。普通螺栓與高強(qiáng)度螺栓承壓型連接相同。 摩擦型連接 ， 承壓型連接 ， 當(dāng)連接長(zhǎng)度>15時(shí) 普通螺栓群偏心受拉 繞最下排螺栓 繞螺栓形心軸 形心軸承受拉力、彎矩和剪力 特別注意：彎矩、偏心受拉時(shí)是繞那個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。4 軸心受力構(gòu)件軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度，剛度要求、整體穩(wěn)定和板件的局部穩(wěn)定、截面設(shè)計(jì)。軸心受壓構(gòu)件與軸心受拉構(gòu)件計(jì)算內(nèi)容有什么區(qū)別？ 高強(qiáng)螺栓摩擦型連接的板件11截面軸心受力構(gòu)件凈截面強(qiáng)度確定軸心壓桿整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力的方法，一般有下列四種：屈曲準(zhǔn)則；邊緣屈服準(zhǔn)則；最大強(qiáng)度準(zhǔn)則；經(jīng)驗(yàn)公式；初始缺陷影響：實(shí)際的壓桿與理想的壓桿不一樣，不可避

9、免地存在初始缺陷。這些缺陷有力學(xué)缺陷和幾何缺陷兩種。力學(xué)缺陷包括殘余應(yīng)力和截面各部分屈服點(diǎn)不一致等；幾何缺陷包括初彎曲和加載偏心等。其中對(duì)壓桿彎曲失穩(wěn)影響最大的是殘余應(yīng)力、初彎曲和初偏心。 工字形截面軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定驗(yàn)算考慮等穩(wěn)定性，保證板件的局部失穩(wěn)臨界應(yīng)力不小于構(gòu)件整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力（），即 柱最大承載力、設(shè)計(jì)、驗(yàn)算：強(qiáng)度承載力、整體穩(wěn)定承載力，取小值Lox，Loy取值是否相同？取決于x、y方向支撐點(diǎn)的分布。格構(gòu)式受壓構(gòu)件對(duì)虛軸穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，考慮剪切變形的影響而采用換算長(zhǎng)細(xì)比。 軸心受壓格構(gòu)柱平行于綴材面的剪力為： 5 受彎構(gòu)件受彎構(gòu)件的強(qiáng)度，構(gòu)件的變形限制、構(gòu)件的整體穩(wěn)定和板件的局部穩(wěn)

10、定、截面設(shè)計(jì)； 梁的整體穩(wěn)定性影響梁的整體穩(wěn)定性的因素有（1）梁側(cè)向支承點(diǎn)間距或梁的側(cè)向長(zhǎng)度；（2）截面形狀、尺寸；（3）荷載類型及荷載作用點(diǎn)位置；（4）梁端約束及缺陷。梁的側(cè)向抗彎剛度、抗扭剛度越大，臨界彎矩越大；梁受壓翼緣的自由長(zhǎng)度越大，臨界彎矩越小；荷載作用于下翼緣比作用于上翼緣的臨界彎矩大。幾何尺寸及支承情況完全相同的情況下不同荷載類型下受彎構(gòu)件，彎矩分布不同，穩(wěn)定性如何比較。規(guī)范規(guī)定，當(dāng)符合下列情況之一時(shí)，梁的整體穩(wěn)定可以得到保證，不必計(jì)算：（1）有剛性鋪板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固連接，能阻止梁受壓翼緣的側(cè)向位移時(shí)，例如圖5.12(a)中的次梁即屬于此種情況。（2）工字形截面簡(jiǎn)

11、支梁受壓翼緣的自由長(zhǎng)度圖5.12(b)中的次梁等于其跨度；對(duì)主梁，則等于次梁間距與其寬度之比不超過表5.2所規(guī)定的數(shù)值時(shí)；（3）箱形截面簡(jiǎn)支梁，其截面尺寸（圖5.13箱形截面）滿足，且（235/）時(shí)（箱形截面的此條件很容易滿足）。 梁翼緣 梁腹板的受力狀態(tài)（彎、剪、局壓）、腹板的失穩(wěn)形式（受壓區(qū)軸向壓、45度方向、受壓區(qū)橫向壓）、腹板加勁肋的配置（縱向加勁肋、橫向加勁肋、縱、橫向加勁肋）。各加勁肋的作用？梁的剛度驗(yàn)算要求在荷載標(biāo)準(zhǔn)值（不考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)和動(dòng)力系數(shù)）作用下的位移不大于規(guī)范規(guī)定的容許值。6 拉彎和壓彎構(gòu)件拉彎和壓彎構(gòu)件強(qiáng)度、構(gòu)件的整體穩(wěn)定和板件的局部穩(wěn)定、構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度、截面設(shè)計(jì)；

12、拉彎構(gòu)件破壞形式：實(shí)腹式為出現(xiàn)塑性鉸；格構(gòu)式（含冷彎薄壁）為邊屈服。 彎矩大時(shí)，有彎矩作用平面外失穩(wěn)的可能。壓彎構(gòu)件破壞形式：出現(xiàn)塑性鉸-強(qiáng)度破壞； 單向壓彎：彎矩作用平面內(nèi)失穩(wěn)（彎曲）和彎矩作用平面外失穩(wěn)（彎扭）； 雙向壓彎：彎扭失穩(wěn)； 板件的局部失穩(wěn)。對(duì)拉彎、壓彎構(gòu)件，則需要計(jì)算強(qiáng)度、整體穩(wěn)定（彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定和彎矩作用平面外穩(wěn)定）、局部穩(wěn)定和剛度（限制長(zhǎng)細(xì)比）。 壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定分為彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定性和彎矩作用平面外穩(wěn)定性兩種形式。 ， 當(dāng)01.6時(shí) 當(dāng)1.62時(shí) 彎矩繞虛軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性計(jì)算邊緣屈服準(zhǔn)則 計(jì)算壓彎構(gòu)件的綴材時(shí)，應(yīng)取構(gòu)件實(shí)際剪力和按式（）計(jì)算所得剪力兩者中的較大值。7 屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屋蓋結(jié)構(gòu)，包括屋蓋結(jié)構(gòu)的組成和布置、屋蓋結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)、鋼檁條設(shè)計(jì)及普通鋼屋架設(shè)計(jì)。廠房結(jié)構(gòu)的組成：（1）橫向框架；（2）屋蓋結(jié)構(gòu)；（3）支撐體系；（4）吊車梁和制動(dòng)梁（或制動(dòng)桁架）；（5）墻架 承受墻體的自重和風(fēng)荷載。支撐的作用：保證結(jié)構(gòu)的空間整體作用；避免壓桿側(cè)向失穩(wěn)，防止拉桿產(chǎn)生過大的振動(dòng)；承擔(dān)和傳遞水平荷載（如風(fēng)荷載、懸掛吊車水平荷載和地震荷載等）；保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的穩(wěn)定與方便。屋蓋支撐系統(tǒng)可分為：橫向水平支撐、縱向水平支撐、垂直支撐和系桿。由雙角