鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理復(fù)習(xí)總結(jié)

1、文檔編碼 : CE2B9A3J5M1 HJ3L10P3K5R1 ZV3Q7L10B10V4鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：1. 鋼材強(qiáng)度高、塑性和韌性好 符合2. 鋼結(jié)構(gòu)的重量輕 3. 材質(zhì)均勻,和力學(xué)運(yùn)算的假定比較4. 鋼結(jié)構(gòu)制作簡便, 施工工期短 5. 鋼結(jié)構(gòu)密閉性好6. 鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差7. 鋼材耐熱但不耐火 8. 鋼結(jié)構(gòu)可能發(fā)生脆性斷裂 鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式 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)所用材料雖然 有較高的塑性和韌性,但一般也存在發(fā)生塑性破壞的可能,在確定條件下,也具有脆 性破壞的可能；塑性破壞是由于變形過大,超過了材料或構(gòu)件可能的應(yīng)變才能而產(chǎn)生的,而且僅在構(gòu) 件的應(yīng)力達(dá)

2、到了鋼材的抗拉強(qiáng)度后才發(fā)生；破壞前構(gòu)件產(chǎn)生較大的塑性變形,斷裂后 的斷口呈纖維狀,色澤發(fā)暗；在塑性破壞前,構(gòu)件發(fā)生較大的塑性變形,且變形連續(xù) 的時間較長,簡潔準(zhǔn)時被發(fā)覺而實(shí)行補(bǔ)救措施,不致引起嚴(yán)肅后果；另外,塑性變形 后顯現(xiàn)內(nèi)里重分布,使結(jié)構(gòu)中原先受力不等的部分應(yīng)力趨于均勻,因而提高了結(jié)構(gòu)的 承載才能；構(gòu)件應(yīng)力超過屈服點(diǎn),并且達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度后,構(gòu)件產(chǎn)生明顯的變形并斷裂；常溫 及靜態(tài)荷載作用下,一般為塑性破壞；破壞時構(gòu)件有明顯的頸縮現(xiàn)象；常為杯形,呈 纖維狀,色澤發(fā)暗；在破壞前有很明顯的變形,并有較長的變形連續(xù)時間,便于發(fā)覺 和補(bǔ)救；脆性破壞前塑性變形很小,甚至沒有塑性變形,運(yùn)算應(yīng)力可能小于鋼

3、材的屈服點(diǎn),斷 裂從應(yīng)力集中處開頭；冶金和機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的缺陷,特別是缺口和裂縫,常是斷裂的發(fā)源地；破壞前沒有任何預(yù)兆,破壞時突然發(fā)生的,斷口平直并呈有光澤的晶粒狀；由于脆性破壞前沒有明顯的預(yù)兆,無法準(zhǔn)時察覺和實(shí)行補(bǔ)救措施,而且個別構(gòu) 1 / 6 件的斷裂常會引起整體結(jié)構(gòu)塌毀,后果嚴(yán)肅,缺失較大,因此,在設(shè)計(jì),施工和使用 過程中,應(yīng)特別留意防止鋼結(jié)構(gòu)的脆性破壞；在破壞前無明顯變形,平均應(yīng)力也小（一般都小于屈服點(diǎn)）,沒有任何預(yù)兆；局部高峰值應(yīng)力可能使材料局部拉斷形成裂紋；沖擊振動荷載； 低溫狀態(tài)等可導(dǎo)致脆性破壞；平直和呈有光澤的晶粒；突然發(fā)生的,危險(xiǎn)性大,應(yīng)盡量防止；低碳鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線：1

4、. 彈性階段：段：純彈性階段E A 點(diǎn)對應(yīng)應(yīng)力：p（比例極限）e （彈性0 B 點(diǎn)對應(yīng)應(yīng)力：段：有確定的塑性變形,但整個段卸載時極限）2. 屈服階段：應(yīng)力與應(yīng)變不在呈正比關(guān)系, 應(yīng)變增加很快, 應(yīng)力應(yīng)變曲線呈鋸齒波動,顯現(xiàn)應(yīng)力不增加而應(yīng)變?nèi)栽谶B續(xù)進(jìn)展；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)；下屈服點(diǎn)穩(wěn)固,設(shè)計(jì)中以下屈服點(diǎn)為依據(jù)；3. 強(qiáng)化階段：隨荷載的增大,應(yīng)力緩慢增大,但應(yīng)變增加較快；當(dāng)超過屈服臺階,材 料顯現(xiàn)應(yīng)變硬化,曲線上升,至曲線最高處,這點(diǎn)應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度或極限強(qiáng)度；4. 頸縮階段：截面顯現(xiàn)了橫向收縮,截面面積開頭顯著縮小,塑像變形快速增大,應(yīng) 力不斷降低,變形卻連續(xù)進(jìn)展,直至

5、F 點(diǎn)試件斷裂；疲乏破壞：鋼材的疲乏斷裂是微觀裂紋在連續(xù)反復(fù)荷載作用下不斷擴(kuò)展直至斷裂的脆 性破壞；鋼材的疲乏強(qiáng)度取決于構(gòu)造狀況（應(yīng)力集中程度和殘余應(yīng)力）、作用的應(yīng)力幅、反復(fù) 荷載的虛幻次數(shù),而和鋼材的靜力強(qiáng)度無明顯關(guān)系；鋼結(jié)構(gòu)的連接方法：焊接連接：不減弱構(gòu)件截面,構(gòu)造簡潔,節(jié)省鋼材,焊縫處??；弱鉚釘連接：塑性和韌性極好,質(zhì)量簡潔檢查和保證,費(fèi)材又費(fèi)工；螺栓連接：操作 簡潔便于拆卸；焊接連接的優(yōu)點(diǎn)： 1. 焊件間可以直接相連,構(gòu)造簡潔,制作加工便利 2. 不減弱截面,2 / 6 節(jié)省材料 3. 連接的密閉性好,結(jié)構(gòu)的剛度大 量；4. 可實(shí)現(xiàn)自動化操作,提高焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)缺點(diǎn)： 1. 焊縫鄰近的熱

6、影響區(qū)內(nèi),鋼材的金相組織發(fā)生轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆 2. 焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低3. 焊接結(jié)構(gòu)對裂紋很敏捷,局部裂紋一旦發(fā)生,簡潔擴(kuò)展至整個截面,低溫冷脆問題也比較突出；焊接連接通常接受的方法為電弧焊（包括手工電弧焊）自動（半自動）埋弧焊和氣體 愛惜焊；側(cè)面角焊縫主要承擔(dān)剪力,塑性較好,應(yīng)力沿焊縫長度方向的分布不均勻,呈兩端打 而中間小的狀態(tài)；焊縫越長,應(yīng)力分布不均勻性越顯著,但臨界塑性工作階段時,產(chǎn) 生應(yīng)力重分布,可使應(yīng)力分布的不均與現(xiàn)象漸趨緩和；焊腳不能過小：否就焊接時產(chǎn)生的熱量較小,而焊件厚度較大,致使施焊是冷卻速度 過快,產(chǎn)生淬硬組織,導(dǎo)致母材開裂；焊腳不能過大：1

7、. 較薄焊件簡潔燒穿或過燒 焊件簡潔顯現(xiàn)翹曲變形2. 冷卻時的收縮變形加大, 增大焊接應(yīng)力,運(yùn)算長度不能過?。?1. 焊件的局部加熱嚴(yán)肅,焊縫起滅狐所引起的缺陷相距較近,及 可能的其他缺陷使焊縫不夠牢靠； 對于搭接連接的側(cè)面角焊縫而言, 由于力線彎折大,也會造成嚴(yán)肅的應(yīng)力集中；不能過長：側(cè)面角焊縫在彈性階段沿長度方向受力不均勻,兩端大而中間小,焊縫越 長,應(yīng)力集中越明顯；焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的的影響：1. 焊接應(yīng)力不會影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度2. 焊接應(yīng)力的存在增大了結(jié)構(gòu)的變形,故降低了結(jié)構(gòu)的剛度； 3. 焊接應(yīng)力必定會降低受壓構(gòu)件的穩(wěn)固承載力 4. 在厚板或具有交叉焊縫的強(qiáng)狂下,將產(chǎn)生三向焊接拉

8、應(yīng)力；阻礙了塑性變形的進(jìn)展,增加了鋼材在低溫下的脆斷傾向； 5. 會對結(jié)構(gòu)的疲乏強(qiáng)度有明顯的不利影響；3 / 6 一般螺栓連接的工作性能：抗剪連接時最常見的螺栓連接；在抗剪試驗(yàn)中,試件由零載始終加載至連接破壞的全過程,經(jīng)受了以下三個階段：1. 彈性階段：施加荷載之初, 連接中的剪力較小, 荷載靠板件接觸面間的摩擦力傳遞,螺栓桿與孔壁之間的間隙保持不變 2. 相對滑移階段：當(dāng)荷載增大,連接中的剪力達(dá)到板件間摩擦力的最大值,板件間產(chǎn) 生相對滑移,其最大滑移量為螺栓桿與孔壁之間的間隙,直至螺栓桿與孔壁接觸 3. 彈塑性階段：荷載連續(xù)增加,連接所承擔(dān)的外力主要靠螺栓與孔壁接觸傳遞；螺栓 桿主要受剪力外

9、,仍承擔(dān)彎矩和軸向拉力,而孔壁就受到擠壓；由于材料的彈性,也由于螺栓桿的伸長受到螺帽的約束,曲線呈上升狀態(tài)；增大了板件間的壓緊力, 使板件間的摩擦力增大,荷載連續(xù)增加,在此階段即使有很小的增量,連接的剪切變形也快速加大,直到連接 的最終破壞；螺栓抗剪連接達(dá)到極限承載力時,可能的破壞形式：1. 螺桿剪斷：螺栓桿直徑較小而板件較厚2. 孔壁擠壓破壞 : 直徑較大、板件較薄3. 構(gòu)件拉斷 : 板件截面可能由于螺栓孔減弱太多而被拉斷 端距范疇內(nèi)的板件可能會被螺栓桿沖剪破壞；4. 端部鋼板沖剪破壞：端距太小,前三種似乎通過運(yùn)算防止破壞,第四種通過構(gòu)造方法防止 高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能：高強(qiáng)度螺栓連接和一

10、般螺栓連接的主要區(qū)分在于一般螺 栓連接在受剪時依靠螺栓栓桿承壓和抗剪來傳遞剪力,在擰緊螺帽是螺栓產(chǎn)生的預(yù)拉 力很小,其影響可以忽視；而高強(qiáng)度螺栓除了其材料強(qiáng)度高之外,擰緊螺栓仍施加很大的預(yù)拉力,使被連接板件的接觸面之間產(chǎn)生壓緊力,因而板件間存在很大的摩擦力；預(yù)拉力、連接板件抗滑移系數(shù)和鋼材種類都直接影響其承載力；高強(qiáng)螺栓受剪受拉強(qiáng) 度中,受拉強(qiáng)度較大； 由于預(yù)拉力作用, 板件間在承擔(dān)荷載前已經(jīng)存在較大的壓緊力,拉力作用第一要抵消這種壓緊力；4 / 6 軸心受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)同時中意承載才能極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求；軸心受拉構(gòu)件的設(shè)計(jì)需要分別進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的運(yùn)算,軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)需要進(jìn)行

11、強(qiáng)度、整體穩(wěn)固、局部穩(wěn)固和剛度運(yùn)算；軸心受力構(gòu)件的剛度通過限制其長細(xì)比來保證；理想軸心受壓構(gòu)件：假設(shè)構(gòu)件完全挺立,荷載沿構(gòu)件形心軸作用,在受荷之前構(gòu)件無初始應(yīng)力、初彎曲和初偏心等缺陷,截面沿構(gòu)件時均勻的；三種屈曲形式丟失穩(wěn)固：1. 彎曲屈曲：構(gòu)件的截面只繞一個主軸旋轉(zhuǎn),構(gòu)件縱軸有直線變?yōu)榍€,這是雙軸對稱截面構(gòu)件最常見的屈曲形式；（工字形）2. 扭轉(zhuǎn)屈曲：失穩(wěn)時構(gòu)件除支承端外的各截面均繞縱軸扭轉(zhuǎn)（十字形截面）3. 彎扭屈曲：單軸對稱截面構(gòu)件繞對稱軸屈曲是,在發(fā)生彎曲變形的同時必定相伴著扭轉(zhuǎn)（T 形）b 1 10 .0 1 235工字形截面受壓翼緣翼緣板外伸部分的寬厚比與長細(xì)比的關(guān)系：t yf取

12、構(gòu)件兩方向長細(xì)比的較大值,小于 1. 長細(xì)比 2. 鋼種30 取 30,大于 100 取 100 2 A0 x x 27雙肢綴條式格構(gòu)式構(gòu)件的換算長細(xì)比：A 1（也是等穩(wěn)法就的穩(wěn)固條件；靠虛軸、實(shí)軸等穩(wěn)即等穩(wěn)法就；）x整個構(gòu)件對虛軸的長細(xì)比 A1 一個節(jié)間內(nèi)兩側(cè)斜綴條毛截面面積之和折算應(yīng)力：32f2c321fc222（c 腹板運(yùn)算高度邊緣同一點(diǎn)的彎曲正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓cc1Mxy 1cFInItw當(dāng)和c 異號時,11.2當(dāng)和c 同號時,111.應(yīng)力）b0.6時梁已進(jìn)入非彈性工作階段,整體穩(wěn)固臨界應(yīng)力有明顯降低,必需對其修正；b1.070 .2821.0當(dāng)bbfy1即yf 就把握構(gòu)件強(qiáng)度用來把握而不用b5 / 6 受壓翼緣板的外伸部分為三邊簡支板：b 1b 113235 yft當(dāng)梁在彎曲作用的強(qiáng)度按彈性運(yùn)算：15235tyft 為翼緣板的厚度, b1 翼緣板的外伸寬度彎曲應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力共同作用下,運(yùn)算腹板的局部穩(wěn)固是,第一應(yīng)布置加勁肋（增加局部穩(wěn)固）,然后進(jìn)行局部穩(wěn)固運(yùn)算,如不中意要求,應(yīng)調(diào)整加勁肋間距重新驗(yàn)算；不考慮腹板屈曲后強(qiáng)度時,組合梁腹板宜按以下規(guī)定配置加勁肋：h 0 80 2351、當(dāng) t w f y 時,可不配置橫向加勁肋