2022年钢结构重点整理 .pdf

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1、钢结构的特点：1、强度高、重量轻 2、材质均匀，塑性、韧性好3、良好的加工性能和焊接性能4、密封性能好5、可重复性使用性6、耐热性较好，耐火性差7、耐腐蚀性差8、低温冷脆倾向钢材的机械性能指标：1、屈服点fy2、抗拉强度fu3、伸长率4、断面收缩率5、冷弯性能6、冲击韧性 Cv建筑钢材的主要性能指标有哪些，分别由什么试验确定：1、强度：屈服点fy、抗拉强度fu、塑性：伸长率和收缩率；一次静力单向拉伸试验2、冷弯性能；冷弯试验 3、冲击韧性；常温下0C,-20C,-40C,冲击荷载试验钢结构对材料的要求（1）较高的抗拉强度fu和屈服点fy（2）塑性、冲击韧性好（3）冷加工性能好（4）可焊性好（5

2、）耐久性好影响钢材脆断的因素有：1 钢材的质量2、钢板的厚度3、加荷载的速度4、应力的性质和大小5、最低使用温度6、连接的方法7、应力集中程度提高钢材抗脆断性能的主要措施有：1、加强施焊工艺管理，避免施焊过程中产生裂纹、夹渣和气泡等2、焊缝不宜过分集中，施焊时不宜过强约束，避免产生过大残余应力3、进行合理细部构造设计，避免产生应力集中4、选择合理的钢材，钢材化学成分与钢材抗脆断能力有关，含碳多的钢材抗脆断性能有所下降影响钢材出现脆性破坏的因素内因钢材的化学成分、组织构造和缺陷等外因钢材在构造和加工工程中引起的应力集中、低温影响、动力荷载的作用、冷作硬化和应变时效硬化等原则：合理设计、正确制造、

3、合理使用名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 9 页 -整体失稳，也称弯扭失稳或侧向失稳。梁受横向荷载P作用，当P增加到某一数值时，梁将在截面承载力尚未充分发挥之前突然偏离原来的弯曲变形平面，发生侧向挠曲和扭转，使梁丧失继续承载的能力。影响钢梁整体稳定的主要因素：1、荷载类型2、荷载作用点位置3、梁的侧向刚度EIy、扭转刚度GIt、翘曲刚度EI 4、受压翼缘的自由长度 l1 5、端部的支承条件6、截面形式，侧向支撑的位置和距离增强梁整体稳定的措施1）增大受压翼缘的宽度2）在受压翼缘设置侧向支撑3）当梁跨内无法增设侧向支撑时，宜采取闭合箱形截面 4）增加梁两端的约束提高其

4、稳定承载力。采取措施使梁端不能发生扭转。不需验算梁的整体稳定的情况：（1）H 型钢或工字形截面简支梁受压翼缘自由长度l1 与其宽度 b1 之比不超过下表所列数值时。（2）有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连接，能阻止梁受压翼缘侧向位移（截面扭转）时。（3）对箱形截面简支梁，当满足h/b0 6，且 l1/b195（235/fy）时结构就不会丧失整体稳定。局部稳定构件的局部稳定问题就是保证梁的受压翼缘以及梁的腹板等板件在构件整体失稳前不发生局部失稳或者在设计中合理利用这些板件的屈曲后性能。局部失稳的后果：恶化工作条件，降低构件的承载能力，动力荷载作用下易引起疲劳破坏。还可能因为梁刚度不足，

5、挠度过大，影响正常使用；钢结构表面锈蚀严重，耐久性差。受弯构件的设计应满足：强度、整体稳定、局部稳定和刚度四个方面的要求。钢梁的强度计算或验算：包括正应力、剪应力、局部压应力验算，对组合梁还要验算翼缘与腹板交界处的折算应力。(1)弯曲正应力(2)剪应力(3)局部压应力(4)折算应力梁的整体稳定验算：(1)判断梁是否需要进行整体稳定验算。(2)如需要则按照梁的截面类型选择适当的计算公式计算整体稳定系数。(3)不论哪种情况算得的稳定系数大于0.6，都应采用修正公式进行修正。0.2821.071.0bb名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 9 页 -(4)采用公式验算整体稳定

6、承载力是否满足要求。梁的局部稳定验算：(1)型钢梁的局部稳定都已经满足要求不必再验算。(2)对于焊接组合梁，翼缘可以通过限制板件宽厚比保证其不发生局部失稳。(3)腹板则较为复杂，一种方法是通过设置加劲肋的方法保证其不发生局部失稳；另一种方法是允许腹板发生局部失稳，利用其屈曲后承载力。轴心受压构件的三种整体失稳状态弯曲失稳、扭转失稳、弯扭失稳。残余应力的产生和分布规律A、产生的原因焊接时的不均匀加热和冷却；型钢热扎后的不均匀冷却；板边缘经火焰切割后的热塑性收缩；构件冷校正后产生的塑性变形。B、实测的残余应力分布较复杂而离散，分析时常采用其简化分布图（计算简图）。残余应力与变形对钢结构的影响：1、

7、不影响构件的静立强度2、降低结构的刚度3、降低构件的稳定承载力4、加速构件的脆性破坏5、降低结构的疲劳强度6、残余变形影响结构的安装、正常使用残余应力对短柱应力应变曲线的影响是：降低了构件的比例极限；当外荷载引起的应力超过比例极限后，残余应力使构件的平均应力应变曲线变成非线性关系，同时减小了截面的有效面积和有效惯性矩，从而降低了构件的稳定承载力。确定板件宽（高）厚比限值的准则两种准则：一是使构件应力达到屈服前其板件不发生局部屈曲，即局部屈曲临界力不低于屈服应力；二是不允许构件的局部失稳先于整体失稳发生。即局部失稳的临界应力不低于整体失稳临界应力的设计准则。也称等稳定性准则。轴心受压加强局部稳定

8、的措施1）调整板件厚度或宽（高）度；2）对于H 形、工字形和箱形截面腹板高厚比不满足以上规定时，也可以设纵向加劲肋来加强腹板。纵向加劲肋与翼缘间的腹板，应满足高厚比限值。纵向加劲肋宜在腹板两侧成对配置，其一侧的外伸宽度bz10tw，厚度tz0.75tw。3）纵向加劲肋通常在横向加劲肋之间设bxxMfW名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 9 页 -置，横向加劲肋的尺寸应满足，其一侧的外伸宽度bs(h0/30)+40，厚度tsbs/15。连接的原则安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材连接的方式焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电阻焊。焊接

9、的优点1）构造简单，任何形式的构件都可直接相连；2）用料经济，不削弱截面；3）制作加工方便，可实现自动化操作；4）连接的密闭性好，结构刚度大，整体性好。焊接的缺点1）焊缝附近有热影响区，钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变脆；2）焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏、降低压杆稳定的临界荷载，残余变形使结构形状、尺寸发生变化；3）焊接裂缝一经发生，便容易扩展到整体；4）低温冷脆问题较为突出。减少焊接应力和变形的措施1.合理的焊缝设计（1）合理的选择焊缝的尺寸和形式（2）尽可能减少不必要的焊缝（3）合理的安排焊缝的位置（4）尽量避免焊缝的过分集中和交叉（5）尽量避免母材在厚度方向的收缩应力2.合理

10、的工艺措施名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 9 页 -（1）采用合理的施焊顺序和方向（2）采用反变形法减小焊接变形或焊接应力（3）锤击或碾压焊缝使焊缝得到延伸（4）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理焊缝质量检验：外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：检验内部缺陷。（超声波检验、X射线或 r 射线透照或拍片）钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001 规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波探伤检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，

11、应采用射线探伤检验，并应符合国家相应质量标准的要求。焊缝质量等级及选用1）需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。平行于作用力方向的纵向对接焊缝应为二级。2）在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。3）重级工作制和起重量50t 的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，质量不应低于二级。4）角焊缝质量等级一般为三级，但对直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量Q50t 的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。连接的方式：焊缝连接、铆

12、钉连接和螺栓连接钢结构常用的焊接方法：电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电阻焊。焊缝连接形式：分为对接、搭接、T 形连接和角部连接。焊缝按施工位置分：平焊、立焊、横焊和仰焊。焊缝缺陷 指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等；以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 9 页 -韧性:钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。塑性:一般指应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形而不立即断裂的性质。有屈服点钢材s-e曲线可以分为四个阶段：(a)弹性阶段(O

13、B 段)OA 段：纯弹性阶段AB段：有一定的塑性变形,但整个 OB段卸载时,e=0（b）屈服阶段（BCD)特点：应力与应变不再成正比关系，应变增加很快，应力-应变曲线呈锯齿形波动，出现应力不增加而应变仍然在继续发展。（c）强化阶段(DE 段)随荷载的增加缓慢增大,但增加较快抗拉强度（极限强度）fu 试件所能承受的最大拉应力（d）颈缩阶段(EF 段)钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响。碳含量在 0.12%0.20%范围内的碳素钢，可焊性最好（如 Q235B）。当碳当量小于0.38%，钢材的可焊性好(如 Q345)，可不采取措施直接施焊。钢材的剪切屈服点是拉伸屈服点fy 的 0.58 倍碳（

14、C）、硅（Si）、锰（Mn）等有益元素，及硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）等有害元素碳（C）：形成钢材强度的主要成分，随其含量增加，强度增加，塑性和韧性降低，可焊性和抗腐蚀性降低。硫（S）氧（O）：钢材中的有害元素，具有热脆性，硫的含量不得超过0.05%磷（P）氮（N）：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，磷不得超过0.045%锰（Mn）：有益元素。在普通碳素钢中，是一种弱脱氧剂，可以消除硫对钢材的热脆影响。硅（Si）：有益元素。在普通碳素钢中，是一种强脱氧剂钒（V）铜（Cu）应力集中现象：在钢结构构件中不可避免的存在着孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度变

15、化、形状变化和内部缺陷等，此时截面中的应力分布不再保持均匀，而是在一些区域产生局部高峰应力，疲劳破坏的特征定义：钢材在循环荷载作用下，应力虽然低于极限强度，甚至低于屈服强度，但仍然会发生断裂破坏，这名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 9 页 -种破坏形式就称为疲劳破坏。破坏过程：裂纹的形成-裂纹的扩展-最后的迅速断裂而破坏破坏的类型：常幅疲劳和变幅疲劳非焊接结构的疲劳强度与循环应力比r 有关；焊接结构疲劳寿命与应力幅 Ds有关钢材的疲劳强度主要与构造状况、应力幅和循环荷载重复次数有关，而与钢材的强度并无明显关系。疲劳的破坏特点：（1）疲劳破坏时的应力小于钢材的屈服强度

16、，钢材的塑性还没有展开，属于脆性破坏。（2）疲劳破坏的断口与一般脆性破坏的断口不同。一般脆性破坏后的断口平直，呈有光泽的晶粒状或人字纹。而疲劳破坏的主要断口特征是放射和年轮状花纹。（3）疲劳对缺陷十分敏感。控制焊接结构疲劳寿命最主要的因素是构件和连接的类型、应力幅 Ds以及循环次数n，而与应力（强度）比无关。焊缝附近真实应力比的大小取决于应力幅Ds的大小提高疲劳强度和疲劳寿命的措施：（）采取合理构造细节设计，尽可能减少应力集中；（）严格控制施工质量，减小初始裂纹尺寸；（）采取必要的工艺措施如打磨、敲打等。影响疲劳的因素：反复荷载引起的应力种类（拉、剪、压、复杂应力）、应力循环形式、应力循环次数

17、、应力集中程度、残余应力。为了保证承重结构的承载能力，防止出现脆性破坏，在选择钢材时应具体考虑以下因素：结构或构件的重要性、荷载特征、连接方式、工作环境、结构的应力状态、钢材的厚度。淬硬性：钢材在正常淬火条件下，急速冷却所形成的马氏体组织所能达到的最高硬度的能力。淬硬性只与钢材中的含碳量有关，含碳量越高，淬硬性越高。衡量钢材塑性好坏的主要指标是伸长率和截面收缩率；实腹式压弯构件的设计包括截面选择、截面强度验算、刚度验算、整体稳定和局部稳定验算等。Q235钢焊件选用E43XX焊条，16Mn钢焊件选用E50XX，15MnV钢焊件选用E55XX焊条。焊接残余应力对钢结构静力强度无影响，使钢结构强度降

18、低，稳定承载力降低，疲劳强度降低。截面设计原则：等稳定性原则、宽肢薄壁、连接方便、制造省工。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 9 页 -轴心受压构件稳定系数根据截面类型、钢型号、长细比查表确定。普通螺栓抗剪连接中的破坏形式：1、螺杆剪切破坏2、钢板孔壁挤压破坏3、构件本身由于截面开孔削弱过多而破坏4、钢板端部螺孔端距太小而被剪坏5、钢板太厚，螺杆直径太小，发生螺杆弯曲破坏。后两种破坏用限制螺距和螺杆杆长l=5d 等构造措施来防止。螺栓在钢板上应怎样排列合理？螺栓在钢板上的排列有两种形式：并列和错列。并列布置紧凑，整齐简单，所用连接板尺寸小，但螺栓对构件截面削弱较大；

19、错列布置松散，连接板尺寸较大，但可减少螺栓孔对截面的削弱。螺栓在钢板上的排列应满足三方面要求：受力要求施工要求构造要求，并且应满足规范规定的最大最小容许距离：最小的栓距为3d0，最小的端距为2d0 高强螺栓连接有两种类型：摩擦型连接和承压型连接。高强螺栓性能等级分8.8 级和 10.9 级。在选用钢材时应考虑哪些因素？结构的重要性、荷载情况、连接方法、结构所处的温度和环境、钢材厚度轴心受压构件的稳定承载力与哪些因素有关?构件的几何形状与尺寸；杆端约束程度；钢材的强度；焊接残余应力；初弯曲；初偏心格构柱绕虚轴的稳定设计为什么要采用换算长细比？格构式轴心受压柱当绕虚轴失稳时，剪力主要由缀材分担，柱

20、的剪切变形较大，剪力造成的附加挠曲影响不能忽略，故对虚轴的失稳计算，常以加大长细比的办法来考虑剪切变形的影响，加大后的长细比称为换算长细比弯矩作用在实轴平面内的双肢格构式压弯构件应进行强度、弯矩作用平面内的整体稳定性、单肢稳定性、刚度和缀材的计算。实腹式轴心受压构件的稳定性计算中，截面为单轴对称的构件，绕对称轴（设为y轴）应取计及扭转效应的换算长细比yz替代y计算值。11111220120100/6,27bbbxxxxyxxKKKIaaKIllAAfE为分肢轴线间的距离。为缀板中心距。缀板式：缀条式：工字形轴压构件翼缘局部稳定保证条件是根据(等稳定原则 )导出的高强螺栓摩擦型连接的工作性能：高强度螺栓安装时将螺栓拧紧，使螺杆产生预拉力压紧构件接触面，靠接触面的摩擦力来阻止其相互滑移，以达到传递外力的目的。高强螺栓承压型连接的工作性能：高强度螺栓承压型连接的传力特征使剪力超过摩擦力时，构件之间发生相对滑移，螺杆杆身与孔壁受压，破坏形式与普通螺栓相同。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 9 页 -钢材的加工性能包括：冷加工性能、热加工性能、热处理。建筑钢材的用途种类有车型厂房结构、大跨屋盖结构、高多层和轻型钢结构。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 9 页 -