钢结构考前辅导 (2)精选文档.ppt

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1、钢结构考前辅导钢结构考前辅导HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN 郑州大学远程教育学院郑州大学远程教育学院本讲稿第一页，共七十四页 学学习习的的目目的的和和要要求求：了了解解钢钢结结构构的的特特点点和和适适用用范范围围、掌掌握握钢钢结结构设计规范中采用的设计方法，了解钢结构的发展状况。构设计规范中采用的设计方法，了解钢结构的发展状况。重点要求：掌握钢结构的特点和设计方法。重点要求：掌握钢结构的特点和设计方法。第一章第一章 绪论绪论本讲稿第二页，共七十四页与混凝土结构相比与混凝土结构相比结构结构重量轻：重量轻：(1)(1)便于运输和安装；便于运输和安装；(2)(2)可跨越更大的跨度和高度可跨

2、越更大的跨度和高度1 1、结构重量轻、结构重量轻第一节第一节 钢结构的钢结构的特点特点 2、塑性、韧性好塑性、韧性好 （1）对对动动荷荷载载的的适适应应性性较较强强；（2）不不会会因因偶偶然然超超载载发发生生突突然然断断裂裂；（3）抗抗震性能好震性能好 3、匀质性好、匀质性好第一章第一章 绪论绪论 4、便于工业化生产、便于工业化生产 （1）施工周期短；（）施工周期短；（2）易于拆卸，加固和改造）易于拆卸，加固和改造本讲稿第三页，共七十四页5、密封性好、密封性好适合于大型油库，高压容器、管道等结构。适合于大型油库，高压容器、管道等结构。6、易腐蚀、易腐蚀 （1）增加成本；（）增加成本；（2）增加

3、维护工作量）增加维护工作量8 8、在一定条件下材料会变脆、在一定条件下材料会变脆 一般建筑材料均有类似问题。一般建筑材料均有类似问题。7 7、耐热不耐火、耐热不耐火 钢材一般在钢材一般在100100左右的温度下，材料的力学性能变化不大。左右的温度下，材料的力学性能变化不大。钢材在温度达到钢材在温度达到600600时，钢材就进入软化状态。时，钢材就进入软化状态。第二节第二节 钢结构的应用（略）钢结构的应用（略）本讲稿第四页，共七十四页第三节第三节 钢结构的设计方法钢结构的设计方法 1 1、结构设计、结构设计目标目标一、概述一、概述（1）承受承受各种各种作用，满足功能作用，满足功能要求；要求；（2

4、）技术先进，经济合理，安全适用，确保质量技术先进，经济合理，安全适用，确保质量。2 2、结构的、结构的功能功能要求要求（1 1）安全性；）安全性；（2 2）适用性；）适用性；（3 3）耐久性）耐久性二二、极限状态、极限状态设计法设计法极限状态极限状态，作用与抗力，作用与抗力（1）承载能力极限状态）承载能力极限状态；（；（2）正常使用极限状态）正常使用极限状态本讲稿第五页，共七十四页2 2、极限状态的数学表达式、极限状态的数学表达式 结构的结构的极限状态方程极限状态方程 Z=g(x1,x2 xn)=0；这里；这里 Z为功能函数为功能函数3 3、结构可靠度和失效概率、结构可靠度和失效概率在规定的时

5、间内（设计基准期分在规定的时间内（设计基准期分5 5、2525、5050以及以及100100年），规定的条件年），规定的条件（正常设计、施工、使用、维护）完成预定功能的概率。称为结构可靠度。（正常设计、施工、使用、维护）完成预定功能的概率。称为结构可靠度。（1 1）、）、结构可靠度结构可靠度（2 2）、失效概率：结构不能完成预定功能的概率）、失效概率：结构不能完成预定功能的概率结构安全等级与可靠度指标结构安全等级与可靠度指标和失效概率和失效概率Pf 存在一定关系存在一定关系本讲稿第六页，共七十四页三、设计表达式三、设计表达式（1）由可变荷载效应控制的组合：由可变荷载效应控制的组合：1 1、承载

6、能力极限状态、承载能力极限状态 （2 2）由永久荷载效应控制的组合：）由永久荷载效应控制的组合：当永久荷载的效应对结构不利时取当永久荷载的效应对结构不利时取g gG=1.35（3 3）框架、排架结构由可变荷载效应控制时）框架、排架结构由可变荷载效应控制时的简化应力计算式：的简化应力计算式：2 2、正常使用正常使用极限状态极限状态设计表达式设计表达式一般表达式一般表达式：简化计算式简化计算式本讲稿第七页，共七十四页注意：注意：（1）计算构件强度、连接强度以及构件稳定性时，应采用荷载）计算构件强度、连接强度以及构件稳定性时，应采用荷载设计值设计值（荷（荷载标准值乘以荷载分项系数）；载标准值乘以荷载

7、分项系数）；（2）计算疲劳和变形时，应采用荷载）计算疲劳和变形时，应采用荷载标准值标准值（不考虑荷载分项系数）；（不考虑荷载分项系数）；（3）对于直接承受动力荷载的结构：在计算强度和稳定性时，动力荷载设计值对于直接承受动力荷载的结构：在计算强度和稳定性时，动力荷载设计值应应乘以动力系数乘以动力系数，在计算疲劳和变形时，动力荷载设计值，在计算疲劳和变形时，动力荷载设计值不乘以动力系数不乘以动力系数。本讲稿第八页，共七十四页第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料学习的目的和要求：了解钢材的物理性能，了解钢材疲劳的特点学习的目的和要求：了解钢材的物理性能，了解钢材疲劳的特点和影响钢材疲劳的主要因素；

8、了解常用钢材的种类、建筑钢材的规格及和影响钢材疲劳的主要因素；了解常用钢材的种类、建筑钢材的规格及其表示方法，能合理地选用钢材，并能对所选钢材提出必要的保证项目。其表示方法，能合理地选用钢材，并能对所选钢材提出必要的保证项目。重点掌握：钢材的主要性能，各种因素对钢材主要性能的影重点掌握：钢材的主要性能，各种因素对钢材主要性能的影响，钢的种类和钢材规格。响，钢的种类和钢材规格。本讲稿第九页，共七十四页第二章第二章 钢结构的材料钢结构的材料第一节、第一节、钢结构对材料的要求钢结构对材料的要求 (1)(1)较高的抗拉强度较高的抗拉强度fu和屈服强度和屈服强度fy；(2)(2)较高的塑性和韧性；较高的

9、塑性和韧性；(3)(3)良好的工艺性能良好的工艺性能(包括冷加工、热加工和可焊性等包括冷加工、热加工和可焊性等)。特殊的性能要求，如耐腐蚀性，耐火性等特殊的性能要求，如耐腐蚀性，耐火性等 钢结构设计规范具体规定钢结构设计规范具体规定:承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证；对焊接结构尚应有含碳量的合格保证。屈服强度和硫、磷含量的合格保证；对焊接结构尚应有含碳量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。格保证。(

10、1)(1)塑性破坏塑性破坏:塑性变形大超过应变能力，破坏时应力大于塑性变形大超过应变能力，破坏时应力大于fy;(2)(2)脆性破坏脆性破坏:塑性变形很小，甚至没有，破坏时应力小于塑性变形很小，甚至没有，破坏时应力小于fy;第二节、第二节、钢材的破坏形式钢材的破坏形式本讲稿第十页，共七十四页第三节第三节 钢材的主要性能钢材的主要性能一、一、碳素结构钢在单向拉伸下的工作性能碳素结构钢在单向拉伸下的工作性能-标准材性试验标准材性试验 主要力学指标：主要力学指标：弹性模量弹性模量 E ；屈服强度屈服强度 fy；抗拉强度抗拉强度 fu，常用屈强比；，常用屈强比；伸长率伸长率 d d。二、二、冷弯试验冷弯

11、试验：检验钢材的塑性和材料质量检验钢材的塑性和材料质量三三冲击试验冲击试验：是钢材塑性与强度的综合指标。用冲击功表示是钢材塑性与强度的综合指标。用冲击功表示四、可焊性要求四、可焊性要求五其它五其它耐久性、耐火性、耐腐蚀性等。耐久性、耐火性、耐腐蚀性等。本讲稿第十一页，共七十四页第四节第四节 对钢材性能影响的主要因素对钢材性能影响的主要因素 1、碳，、碳，2、锰，、锰，3、硅，、硅，4、钒（、钒（V）5、硫，、硫，6、磷，、磷，7、氮，、氮，8、氧、氧一、化学成份一、化学成份二、冶炼缺陷二、冶炼缺陷 1 1、偏析、偏析 ；2 2、非金属夹杂；、非金属夹杂；3 3、裂纹；、裂纹；4 4、起层、起层

12、三、钢材硬化三、钢材硬化时效硬化、冷作硬化（或应变硬化、冷硬）。时效硬化、冷作硬化（或应变硬化、冷硬）。四、温度影响四、温度影响1、在正温范围、在正温范围兰脆现象，软化温度。兰脆现象，软化温度。2 2、在负温范围、在负温范围低温冷脆低温冷脆本讲稿第十二页，共七十四页五、应力集中五、应力集中 六、防止脆性破坏的措施六、防止脆性破坏的措施 钢材或钢结构的脆性断裂是指低于名义应力（低于钢材抗拉强度或屈服强度）钢材或钢结构的脆性断裂是指低于名义应力（低于钢材抗拉强度或屈服强度）情况下发生突然断裂的破坏。情况下发生突然断裂的破坏。1 1、影响脆性断裂的因素、影响脆性断裂的因素 (1)(1)钢材质量差；钢

13、材质量差；(2)(2)结构构件构造不当；结构构件构造不当；(3)(3)制造安装质量差；制造安装质量差；(4)(4)结构受有较大动力荷载，或在较低环境温度下工作等。结构受有较大动力荷载，或在较低环境温度下工作等。2 2、脆性断裂的防止、脆性断裂的防止 (1)(1)合理设计和选用钢材；合理设计和选用钢材；(2)(2)合理制造和安装；合理制造和安装；(3)(3)正确使用：建立必要的使用维修规定和措施；正确使用：建立必要的使用维修规定和措施；本讲稿第十三页，共七十四页一、复杂应力状态下的屈服条件一、复杂应力状态下的屈服条件第五节第五节 在复杂应力下钢材的屈服条件在复杂应力下钢材的屈服条件折算应力折算应

14、力 redred为：为：或或三、复杂应力的设计公式三、复杂应力的设计公式平面应力状态：平面应力状态：本讲稿第十四页，共七十四页第六节第六节 钢材的疲劳钢材的疲劳1 1、疲劳现象、疲劳现象 在连续反复（循环）荷载作用下，当应力低于抗拉强度甚至低于屈服强度便发在连续反复（循环）荷载作用下，当应力低于抗拉强度甚至低于屈服强度便发生突然脆性断裂。这种现象称钢材疲劳破坏。生突然脆性断裂。这种现象称钢材疲劳破坏。2 2、疲劳破坏机理、疲劳破坏机理（1 1）初始微裂纹（应力集中）；）初始微裂纹（应力集中）；（2 2）反复荷载下微裂纹发展成宏观裂纹；）反复荷载下微裂纹发展成宏观裂纹；（3）宏观裂纹发展，断面削

15、弱，脆性断裂。）宏观裂纹发展，断面削弱，脆性断裂。3 3、影响疲劳破坏的主要因素、影响疲劳破坏的主要因素钢材的质量、构件的几何尺寸和缺陷、反复循环应力的特征（应力谱：应钢材的质量、构件的几何尺寸和缺陷、反复循环应力的特征（应力谱：应力比力比=min/max 、应力幅、应力幅=max-min ）和循环次数。）和循环次数。本讲稿第十五页，共七十四页一、一、常幅疲劳计算常幅疲劳计算=max-min 直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化的循环次数直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化的循环次数n510n5104 4 次时，应进行疲劳计算。次时，应进行疲劳计算。应力

16、幅为：应力幅为：=maxmax-k minmin二、变幅疲劳计算二、变幅疲劳计算关于疲劳计算的应当注意的问题：关于疲劳计算的应当注意的问题：（1）疲劳计算采用的是容许应力法；）疲劳计算采用的是容许应力法；（2）疲劳强度与材料的静力强度无关；）疲劳强度与材料的静力强度无关；（3）对于全部为受压的构件部位不需要进行疲劳计算；）对于全部为受压的构件部位不需要进行疲劳计算；（4）目前的疲劳计算未考虑环境等因素。）目前的疲劳计算未考虑环境等因素。本讲稿第十六页，共七十四页第七节第七节 钢材的种类和规格钢材的种类和规格一、一、结构钢材种结构钢材种类类 1 1、碳素结构钢、碳素结构钢（1）牌号与符号；（）牌

17、号与符号；（2）钢材分组；（）钢材分组；（3）钢材等级；）钢材等级；（4）化学成分）化学成分2 2、低合金钢（类似、低合金钢（类似)1.1.选选用用原原则则结结构构重重要要性性，荷荷载载特特征征，结结构构形形式式，应应力力状状态态，连连接接方方法法，工工作温度，钢板厚度作温度，钢板厚度。二、钢材的选用 2.选用要求选用要求承重结构应当具有承重结构应当具有fu，fy，及控制控制S，P含量含量的合格保证，对焊的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量合格保证。接结构尚应具有碳含量合格保证。对于焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应当具有冷弯试验合对于焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的

18、钢材还应当具有冷弯试验合格保证。格保证。对于需要验算疲劳的焊接结构，应当有冲击韧性保证（对于需要验算疲劳的焊接结构，应当有冲击韧性保证（20，0，-20，-40）。）。本讲稿第十七页，共七十四页三、钢材的规格1 1、钢板钢板的表示的表示2 2、热轧型钢热轧型钢的表示：角钢、工字钢、的表示：角钢、工字钢、H H型钢、槽钢、钢管型钢、槽钢、钢管本讲稿第十八页，共七十四页第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第一节第一节 钢结构的连接方法和特点钢结构的连接方法和特点对连接的要求：传力好，强度够，省钢材，便施工。对连接的要求：传力好，强度够，省钢材，便施工。二、主要连接方法1、焊接连接方法 特点：特点

19、：2 2、螺栓连接方法、螺栓连接方法 特点：特点：普通螺栓连接、高强螺栓连接（摩擦型、承压型）。普通螺栓连接、高强螺栓连接（摩擦型、承压型）。第二节、焊缝和焊缝连接形式 1 1、焊缝连接形式、焊缝连接形式 2 2、焊缝的型式、焊缝的型式 （1 1）对接焊缝；（）对接焊缝；（2 2）角焊缝）角焊缝 3 3、焊接方位、焊接方位第三节第三节 焊接缺陷及焊缝质量检验焊接缺陷及焊缝质量检验焊缝质量检验；焊缝质量检验；焊缝代号焊缝代号本讲稿第十九页，共七十四页第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接学习的目的和要求：要求掌握钢结构三种连接方法；了解学习的目的和要求：要求掌握钢结构三种连接方法；了解焊缝连接的

20、方法、焊缝的质量检验，掌握焊缝连接的形式、焊缝焊缝连接的方法、焊缝的质量检验，掌握焊缝连接的形式、焊缝符号及标注方法；掌握角焊缝、对接焊缝的连接的形式、主要构符号及标注方法；掌握角焊缝、对接焊缝的连接的形式、主要构造要求及各种受力情况下焊缝的计算；了解普通螺栓的构造要求，造要求及各种受力情况下焊缝的计算；了解普通螺栓的构造要求，了解普通螺栓的受力特点破坏形式，掌握其设计方法；了解高强了解普通螺栓的受力特点破坏形式，掌握其设计方法；了解高强度螺栓连接的基本构造要求，了解高强度螺栓的受力特点破坏形度螺栓连接的基本构造要求，了解高强度螺栓的受力特点破坏形式，掌握摩擦型高强度螺栓的设计方法。式，掌握摩

21、擦型高强度螺栓的设计方法。重点掌握：掌握焊接连接和螺栓联接的受力性能，掌握角重点掌握：掌握焊接连接和螺栓联接的受力性能，掌握角焊缝和对接焊缝的连接计算，普通螺栓和高强度螺栓连接的计算。焊缝和对接焊缝的连接计算，普通螺栓和高强度螺栓连接的计算。本讲稿第二十页，共七十四页第三节第三节 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算一、角焊缝的形式和强度（1）角焊缝截面型式）角焊缝截面型式按两焊脚边的夹角分：按两焊脚边的夹角分：直角焊缝、斜角焊缝直角焊缝、斜角焊缝1 1、角焊缝特征角焊缝特征 侧面角焊缝侧面角焊缝:作用力与焊缝平行，受剪应力为主；作用力与焊缝平行，受剪应力为主；应力单一不均。应力单一不均。正面

22、角焊缝正面角焊缝:作用力与焊缝垂直，应力复杂；作用力与焊缝垂直，应力复杂；应力复杂，均匀。应力复杂，均匀。斜向斜向角焊缝角焊缝:作用力与焊缝斜交，应力复杂作用力与焊缝斜交，应力复杂。（2 2）角焊缝截面型式）角焊缝截面型式 直角焊缝（普通型、平坡型、内凹型）直角焊缝（普通型、平坡型、内凹型）角焊缝的重要几何参数：焊脚（缝）高度角焊缝的重要几何参数：焊脚（缝）高度hf，焊缝有效高度，焊缝有效高度he （3）角焊缝的应力特点角焊缝的应力特点本讲稿第二十一页，共七十四页二、角焊缝的构造要求本讲稿第二十二页，共七十四页三、直角角焊缝强度计算的基本公式 1、力通过焊缝形心直角角焊缝强度计算基本公式、力通

23、过焊缝形心直角角焊缝强度计算基本公式力通过焊缝的形心受力状态下直角角焊缝连接的计算(1)侧面角焊缝：侧面角焊缝：(2)正面角焊缝：正面角焊缝：(3)斜向面角焊缝：斜向面角焊缝：(4)一般公式：一般公式：注意：注意：lw=计算中要扣除弧坑计算中要扣除弧坑本讲稿第二十三页，共七十四页2、用盖板顶接连接的焊缝计算、用盖板顶接连接的焊缝计算三面围焊缝，三面围焊缝，hf相同相同（1）正面角焊缝所能承担的力（端面）正面角焊缝所能承担的力（端面）则，侧面角焊缝需承担则，侧面角焊缝需承担 N-N（2）所以对于侧面角焊缝的计算为）所以对于侧面角焊缝的计算为应注意这里的焊缝长度应注意这里的焊缝长度lw应当加上应当

24、加上2hf。本讲稿第二十四页，共七十四页3、承受轴力的角钢连接焊缝计算、承受轴力的角钢连接焊缝计算（1）两侧边焊）两侧边焊Ne2e1N1N2b k1角钢肢背焊缝轴力分配系数角钢肢背焊缝轴力分配系数 k2角钢肢尖焊缝轴力分配系数角钢肢尖焊缝轴力分配系数角钢背焊缝传力大角钢背焊缝传力大近似计算：近似计算：等边角钢等边角钢 k1=0.7，k2=0.3不等边角钢长肢焊不等边角钢长肢焊k1=0.65，k2=0.35 不等边角钢短肢焊不等边角钢短肢焊k1=0.75，k2=0.25 k1=0.7 k2=0.3 k1=0.65 k2=0.35 k1=0.75 k2=0.25本讲稿第二十五页，共七十四页（2）三

25、边围焊）三边围焊Ne2e1N1N2b N3 lw1 lw2 有有了了内内力力N1和和N2就就可可进进行行焊焊缝缝计计算算，如如计计算算所所需的焊缝长度需的焊缝长度角钢背焊缝传力：角钢背焊缝传力：N1=k1N-N3/2角钢尖焊缝传力：角钢尖焊缝传力：N2=k2N-N3/2本讲稿第二十六页，共七十四页4 4 4 4、同时承受弯矩、轴力和剪力作用的角焊缝连接计算、同时承受弯矩、轴力和剪力作用的角焊缝连接计算、同时承受弯矩、轴力和剪力作用的角焊缝连接计算、同时承受弯矩、轴力和剪力作用的角焊缝连接计算形心形心M=PeNPo1he=0.7hflw形心o1fNfMfP在在1点处，有垂直于焊缝长度方向的最大应

26、力点处，有垂直于焊缝长度方向的最大应力，且，且而当受静荷载与间接动荷载作用当受静荷载与间接动荷载作用本讲稿第二十七页，共七十四页5 5、承受扭矩或扭矩与剪力联合作用的角焊缝连接计算、承受扭矩或扭矩与剪力联合作用的角焊缝连接计算（1）三面围焊角焊缝受偏心剪力作用）三面围焊角焊缝受偏心剪力作用yAxe1e2eTVVAryrxoy垂直于焊缝轴线的总应力为垂直于焊缝轴线的总应力为 A=AV+AyT平行于焊缝轴线的总应力为平行于焊缝轴线的总应力为 A=AxT按受按受 和和 共同作用时的角焊缝强度验算公式，有共同作用时的角焊缝强度验算公式，有 本讲稿第二十八页，共七十四页第四节第四节 对接焊缝的构造与计算

27、对接焊缝的构造与计算一、对接焊缝的构造一、对接焊缝的构造 1 1、对接焊缝的坡口形式；、对接焊缝的坡口形式；2 2、引弧板；、引弧板；3 3、垫板、垫板 二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算 同构件，但要考虑有无引弧板，受拉时，需考虑焊缝质量等级。同构件，但要考虑有无引弧板，受拉时，需考虑焊缝质量等级。第五节第五节 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形一、焊接残余应力的分类和产生的原因一、焊接残余应力的分类和产生的原因1 1、纵向焊接应力；、纵向焊接应力；2 2、横向焊接应力；、横向焊接应力；3 3、Z Z向焊接应力向焊接应力1 1、结构构件静力强度、结构构件静力强度 无影响无影响2 2、结构

28、构件刚度、结构构件刚度有影响；有影响；3 3、结构构件稳定、结构构件稳定有影响；有影响；4 4、结构构件疲劳、结构构件疲劳有影响；有影响；5 5、结构构件脆性、结构构件脆性有影响。有影响。二、焊接应力的影响本讲稿第二十九页，共七十四页四、减少焊接应力和变形1 1、设计措施、设计措施(1)尽量减少尽量减少焊缝数量和尺寸；焊缝数量和尺寸；(2)避免避免焊缝过分集中或多方向焊缝相交于一点；焊缝过分集中或多方向焊缝相交于一点；(3)焊缝尽可能对称，避免应力集中；焊缝尽可能对称，避免应力集中；(4)保证搭接长度保证搭接长度 5tmin及及25mm；(5)易施焊，尽可能易施焊，尽可能避免仰焊。避免仰焊。2

29、 2、焊接工艺措施、焊接工艺措施(1)采用合理的焊接顺序和方向；采用合理的焊接顺序和方向；(2)先焊收缩量大和短焊缝；先焊收缩量大和短焊缝；(3)先焊受力大焊缝，后焊受力小焊缝；先焊受力大焊缝，后焊受力小焊缝；(4)焊后校直焊后校直 反变形；反变形；(5)焊前预热、焊后热处理；焊前预热、焊后热处理；(6)高温回火；高温回火；(7)带圆头小锤敲击；带圆头小锤敲击；(8)钢板不易过薄钢板不易过薄t4mm；本讲稿第三十页，共七十四页第七节第七节 螺栓连接的构造螺栓连接的构造一、一、螺栓的排列要求螺栓的排列要求 螺栓的排列有并列和错列两种螺栓的排列有并列和错列两种 螺栓排列主要考虑三方面要求：螺栓排列

30、主要考虑三方面要求：1、单个螺栓的破坏形态（五种），、单个螺栓的破坏形态（五种），2种构造，种构造，2种螺栓计算，种螺栓计算，1种构件计算种构件计算 第八节第八节 普通螺栓连接的工作性能和计算普通螺栓连接的工作性能和计算 2 2、单个螺栓抗剪承载力、单个螺栓抗剪承载力（1）螺杆剪切破坏）螺杆剪切破坏（2）孔壁挤压承载力孔壁挤压承载力（3）单个螺栓的受剪最大承载能力单个螺栓的受剪最大承载能力本讲稿第三十一页，共七十四页 第九节第九节 高强度螺栓连接的工作性能和计算高强度螺栓连接的工作性能和计算 高强螺栓强度等级高强螺栓强度等级10.910.9级和级和8.88.8级。根据传力方式不同分为摩擦型连接

31、和承压级。根据传力方式不同分为摩擦型连接和承压型连接型连接 一、高强度螺栓连接的工作性能一、高强度螺栓连接的工作性能 1 1、预拉力、预拉力P P 2 2、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数 二、单个螺栓抗剪承载力设计值二、单个螺栓抗剪承载力设计值NVb=0.9nf P 1 1、高强度螺栓摩擦型连接抗剪承载力设计值、高强度螺栓摩擦型连接抗剪承载力设计值 2 2、高高强强度度螺螺栓栓承承压压型型连连接接（与与普普通通螺螺栓栓一一样样）。但但应应注注意意：当当受受剪剪面面在在螺螺栓栓的的螺螺纹纹处，应当按螺栓的有效直径计算抗剪强度。即处，应当按螺栓的有效直径计算抗剪强度。即本讲

32、稿第三十二页，共七十四页 三、单个螺栓抗拉承载力设计值三、单个螺栓抗拉承载力设计值 四、高强度螺栓同时承受拉和剪作用时的设计值四、高强度螺栓同时承受拉和剪作用时的设计值 每个高强螺栓承受的外剪力小于等于抗剪强度设计值。每个高强螺栓承受的外剪力小于等于抗剪强度设计值。NvNvb 每个高强螺栓承受的外拉力每个高强螺栓承受的外拉力Nt小于等于抗拉强度设计值。小于等于抗拉强度设计值。Nt0.8P1 1、高强度螺栓摩擦型连接的拉剪承载能力高强度螺栓摩擦型连接的拉剪承载能力Nvb=0.9nt(P-1.25Nt)单个高强螺栓受拉时的抗剪承载力单个高强螺栓受拉时的抗剪承载力本讲稿第三十三页，共七十四页2、承压

33、型高强度螺栓同时受拉和受剪、承压型高强度螺栓同时受拉和受剪与普通螺栓一样，采用右式计算与普通螺栓一样，采用右式计算 但式中Ntb=0.8P，同时应当满足孔壁的挤压承载能力的要求。考虑到高强度螺栓在受挤压的孔壁处应力复杂，在规范中进行折减。五、高强度五、高强度螺栓螺栓群计算群计算 1 1、螺栓群受剪力作用（外力通过螺栓群的形心）、螺栓群受剪力作用（外力通过螺栓群的形心）高强度螺栓摩擦型连接，单个螺栓受剪：高强度螺栓摩擦型连接，单个螺栓受剪：Nbmin=NVb=0.9nf P对于承压型高强度螺栓对于承压型高强度螺栓本讲稿第三十四页，共七十四页 螺栓连接计算的基本公式本讲稿第三十五页，共七十四页本讲

34、稿第三十六页，共七十四页本讲稿第三十七页，共七十四页本讲稿第三十八页，共七十四页高强度螺栓摩擦型连接受弯、拉、剪时的计算高强度螺栓摩擦型连接受弯、拉、剪时的计算NM=Ve 应当满足应当满足这里这里m为螺栓的列数，为螺栓的列数，n0为受压区内螺栓的排数。为受压区内螺栓的排数。式中式中n为螺栓总数，求和仅是对于受拉区螺栓数。为螺栓总数，求和仅是对于受拉区螺栓数。同时应当满足同时应当满足 对于承压型高强度螺栓：对于承压型高强度螺栓：同时：同时：本讲稿第三十九页，共七十四页第四章 轴心受力构件学习的目的和要求：掌握构件净截面强度的计算方法；掌学习的目的和要求：掌握构件净截面强度的计算方法；掌握轴压构件

35、的计算方法；了解格构式轴压构件的特点，了解实腹握轴压构件的计算方法；了解格构式轴压构件的特点，了解实腹柱、格构柱的设计。柱、格构柱的设计。重点掌握：掌握杆件净截面强度计算，轴压杆的强度、刚度、重点掌握：掌握杆件净截面强度计算，轴压杆的强度、刚度、整体稳定和局部稳定计算。整体稳定和局部稳定计算。本讲稿第四十页，共七十四页截面型式：截面型式：热轧型钢、冷弯薄壁型钢、实腹式组合、格构式组合。热轧型钢、冷弯薄壁型钢、实腹式组合、格构式组合。第四章 轴心受力构件第一节 概述 一、轴心受力构件的强度计算一、轴心受力构件的强度计算 轴心受力杆件的强度以净截面最大应力达到屈服作为破坏条件。轴心受力杆件的强度以

36、净截面最大应力达到屈服作为破坏条件。第二节、轴心受力构件的强度与刚度第二节、轴心受力构件的强度与刚度验算公式验算公式NN+l1l1（1 1）净截面强度计算净截面强度计算本讲稿第四十一页，共七十四页 螺栓为错列排列时的验算螺栓为错列排列时的验算 当螺栓为并列排列当螺栓为并列排列在在2-22-2齿状截面的净截面面积为：齿状截面的净截面面积为：NN+（2 2）采用高强度螺栓连接的净截）采用高强度螺栓连接的净截面强度验算面强度验算本讲稿第四十二页，共七十四页二、轴心受力构件的刚度计算二、轴心受力构件的刚度计算 受拉和受压杆件的刚度通过控制杆件的长细比来实现受拉和受压杆件的刚度通过控制杆件的长细比来实现

37、(1)定义长细比定义长细比l l=lo/i，弯曲弯曲变形与变形与l l成正比，成正比，控制控制l l可达到可达到控制变形的目的。控制变形的目的。(2)构件截面两主轴回转半径为构件截面两主轴回转半径为ix,iy，计算长度为，计算长度为lox,loy，长细比：，长细比：l lx=lox/ix，l ly=loy/iy。(3)要求要求l lxl l，l lyl l，l l为长细比限制值。为长细比限制值。(4)预应力拉杆可不限制长细比。预应力拉杆可不限制长细比。本讲稿第四十三页，共七十四页第三节第三节 轴心受压构件的整体稳定轴心受压构件的整体稳定一、理想轴压杆的失稳形态一、理想轴压杆的失稳形态 理想轴压

38、杆的失稳形式有三种基本形态：理想轴压杆的失稳形式有三种基本形态：（1）弯曲失稳；）弯曲失稳；常为双轴对称截面构件常为双轴对称截面构件;（2）扭转失稳；常为双轴对称开口截面构件）扭转失稳；常为双轴对称开口截面构件;（3）弯扭失稳；常为单轴对称截面构件）弯扭失稳；常为单轴对称截面构件对于十字截面当杆件的长细比小于对于十字截面当杆件的长细比小于5.07b/t5.07b/t，杆件的失稳将是扭转失稳。，杆件的失稳将是扭转失稳。二、轴压杆整体稳定计算二、轴压杆整体稳定计算（1 1）、轴压杆稳定的计算公式）、轴压杆稳定的计算公式计算表达式计算表达式这里这里轴压杆稳定系数轴压杆稳定系数（2 2）、轴压杆件的整

39、体稳定系数（柱子曲线）、轴压杆件的整体稳定系数（柱子曲线）-曲线已编制成表格曲线已编制成表格。本讲稿第四十四页，共七十四页对于构件的长细比有下列规定：对于构件的长细比有下列规定：（1 1）截面为双轴对称或极对称截面）截面为双轴对称或极对称截面双轴对称十字形截面双轴对称十字形截面 x或或 y取值不得小于取值不得小于5.07b/t，避免扭转失稳。，避免扭转失稳。单轴对称截面绕对称轴的失稳是弯扭失稳。将弯扭屈曲按弹性方法用换算长单轴对称截面绕对称轴的失稳是弯扭失稳。将弯扭屈曲按弹性方法用换算长细比（代替细比（代替ly）等效为弯曲屈曲：）等效为弯曲屈曲：（2 2）截面为单轴对称的构件）截面为单轴对称的

40、构件式中式中 z扭转屈曲换算长细比扭转屈曲换算长细比 eo剪心至形心距离剪心至形心距离 io对剪心的极回转半径对剪心的极回转半径 本讲稿第四十五页，共七十四页对单角钢和双角钢形截面给定了对单角钢和双角钢形截面给定了 yz的近似计算式，需会计算。的近似计算式，需会计算。b/t0.54loy/b时如：等边单角钢如：等边单角钢第四节第四节 轴压杆件的局部稳定轴压杆件的局部稳定对于对于轴压构件轴压构件的局部稳定的局部稳定要求板件的临界应力不低于构件的临界应力要求板件的临界应力不低于构件的临界应力：1、工字截面局部稳定要求、工字截面局部稳定要求翼缘：翼缘：腹板：腹板：为构件两方向长细比的较大值。当为构件

41、两方向长细比的较大值。当30时，取时，取30；当；当100时，取时，取100。本讲稿第四十六页，共七十四页其它（略）其它（略）当轴压杆的腹板高厚比不满足时当轴压杆的腹板高厚比不满足时（1 1）加厚腹板）加厚腹板（2 2）设置纵向加劲肋）设置纵向加劲肋（3 3）考虑屈曲后的强度进行验算）考虑屈曲后的强度进行验算取有效宽度为：取有效宽度为：本讲稿第四十七页，共七十四页第五节第五节 实腹式轴心受压构件的截面设计实腹式轴心受压构件的截面设计一、实腹柱设计一、实腹柱设计设计原则设计原则(1)在保证局部稳定的前提下，采用宽而薄的板件（薄壁）在保证局部稳定的前提下，采用宽而薄的板件（薄壁）(2)使两个主轴方

42、向等稳定，基本要求使两个主轴方向等稳定，基本要求j jx=j=jy（l lxl ly）(3)便于连接的节点构造；便于连接的节点构造；(4)确定结构体系，截面形式，尽可能构造简单，便于制造、取材方便确定结构体系，截面形式，尽可能构造简单，便于制造、取材方便第六节第六节 格构式轴心受压柱的截面设计格构式轴心受压柱的截面设计1 1、格构柱的截面形式、格构柱的截面形式轴心受压格构式柱常采用双轴对称截面轴心受压格构式柱常采用双轴对称截面一、格构式柱绕虚轴的换算长细比一、格构式柱绕虚轴的换算长细比（1 1）双肢缀条柱）双肢缀条柱（2 2）双肢缀板式柱）双肢缀板式柱本讲稿第四十八页，共七十四页2 2、缀材设

43、计、缀材设计（1 1）轴心受压格构柱的横向剪力）轴心受压格构柱的横向剪力（2 2）缀条格构柱按桁架，单角钢考虑强度、稳定计算的强度折减。）缀条格构柱按桁架，单角钢考虑强度、稳定计算的强度折减。（3 3）缀板的设计）缀板的设计 缀板内力按缀板和肢件组成的单跨多层框架体系进行分析。缀板内力按缀板和肢件组成的单跨多层框架体系进行分析。设计柱头和柱脚的要求：设计柱头和柱脚的要求：传力路径明确、可靠，构造简单，便于施工。传力路径明确、可靠，构造简单，便于施工。第七节第七节 柱头和柱脚柱头和柱脚本讲稿第四十九页，共七十四页第五章第五章 受弯构件（梁）受弯构件（梁）学习的目的和要求：了解型钢梁、焊接梁的截面

44、选择、验学习的目的和要求：了解型钢梁、焊接梁的截面选择、验算和构造，掌握钢梁加劲肋不值得要求；掌握梁的强度（包括弯算和构造，掌握钢梁加劲肋不值得要求；掌握梁的强度（包括弯曲正应力、剪应力、局部压应力和折算应力）计算，梁整体稳定曲正应力、剪应力、局部压应力和折算应力）计算，梁整体稳定计算，保证梁整体稳定和局部稳定的主要措施。计算，保证梁整体稳定和局部稳定的主要措施。考核要求：掌握钢梁的强度计算，工字型钢梁的整体稳定计算；考核要求：掌握钢梁的强度计算，工字型钢梁的整体稳定计算；了解钢梁局部稳定的概念以及屈曲后强度的概念。了解钢梁局部稳定的概念以及屈曲后强度的概念。本讲稿第五十页，共七十四页第五章第

45、五章 受弯构件（梁）受弯构件（梁）第一节第一节 概述概述n正常使用极限状态：控制梁的变形正常使用极限状态：控制梁的变形n承载能力极限状态：强度、整体稳定、局部稳定承载能力极限状态：强度、整体稳定、局部稳定n梁的截面：型钢梁与组合梁梁的截面：型钢梁与组合梁n梁格布置：简单梁格、普通梁格、复杂梁格。梁格布置：简单梁格、普通梁格、复杂梁格。第二节第二节 梁的强度与刚度梁的强度与刚度n梁的工作状态梁的工作状态n弹性阶段边缘屈服弹性阶段边缘屈服n塑性铰全截面屈服塑性铰全截面屈服n考虑部分发展塑性，塑性发展系数考虑部分发展塑性，塑性发展系数n不考虑塑性发展的情况不考虑塑性发展的情况p109p109（动力荷

46、载、翼缘宽厚比）（动力荷载、翼缘宽厚比）n掌握工字型截面的塑性发展系数（同时考虑翼缘的宽厚比）掌握工字型截面的塑性发展系数（同时考虑翼缘的宽厚比）n梁的强度抗弯、抗剪、局部承压及折算应力（掌握计算方法系数的取用、验算梁的强度抗弯、抗剪、局部承压及折算应力（掌握计算方法系数的取用、验算部位）部位）n梁的刚度控制挠跨比梁的刚度控制挠跨比本讲稿第五十一页，共七十四页第三节第三节 梁的整体稳定梁的整体稳定n失稳机理及计算重点掌握失稳机理及计算重点掌握n梁的失稳形式弯扭失稳（侧向弯扭失稳）梁的失稳形式弯扭失稳（侧向弯扭失稳）n提高梁整体稳定的措施提高梁整体稳定的措施n梁的支座问题梁的支座问题n梁的侧向支

47、承的受力梁的侧向支承的受力梁整体稳定要求梁整体稳定要求整体稳定系数通用公式（一般荷载，单轴对称或双轴对称截面）整体稳定系数通用公式（一般荷载，单轴对称或双轴对称截面）上式当上式当 b 0.6时需进行修正，用时需进行修正，用 b代替代替 b。本讲稿第五十二页，共七十四页梁的整体稳定是通过设置与构造以及计算来保证的。当梁的设置与构造满梁的整体稳定是通过设置与构造以及计算来保证的。当梁的设置与构造满足下面要求时，规范规定可以不需要计算梁的整体稳定性。足下面要求时，规范规定可以不需要计算梁的整体稳定性。(1)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有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘

48、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。（但在施工阶段可能刚度不足）向位移（截面扭转）时。（但在施工阶段可能刚度不足）(2)工字形截面简支梁受压翼缘自由长度工字形截面简支梁受压翼缘自由长度l1与其宽度与其宽度b1之比不超过书表之比不超过书表5-3所列数所列数值时。值时。1、梁的整体稳定的保证、梁的整体稳定的保证跨中无侧向支点的梁跨中无侧向支点的梁跨中无侧向支点的梁跨中无侧向支点的梁跨中有侧向支点的梁，不论跨中有侧向支点的梁，不论跨中有侧向支点的梁，不论跨中有侧向支点的梁，不论荷载作用在何处荷载作用在何处荷载作用在何处荷载作用在何处荷载作用在上翼缘荷载作用在上翼缘荷载作用在上

49、翼缘荷载作用在上翼缘荷载作用在下翼缘荷载作用在下翼缘荷载作用在下翼缘荷载作用在下翼缘工字形截面简支梁不需验算整体稳定性的最大工字形截面简支梁不需验算整体稳定性的最大l l1 1/b/b1 1值值132016本讲稿第五十三页，共七十四页应当注意，梁的支承处应当满足保证端部不发生转动的支承条件。应当注意，梁的支承处应当满足保证端部不发生转动的支承条件。第四节第四节 梁的截面设计梁的截面设计n n梁高度的确定最小高度、最大高度及经济高度。梁高度的确定最小高度、最大高度及经济高度。梁高度的确定最小高度、最大高度及经济高度。梁高度的确定最小高度、最大高度及经济高度。一、单向弯曲型钢梁一、单向弯曲型钢梁一

50、般不验算腹板抗剪，按抗弯强度或整体稳定计算所需的截面模量一般不验算腹板抗剪，按抗弯强度或整体稳定计算所需的截面模量或或二、双向弯曲型钢梁二、双向弯曲型钢梁按强度计算按强度计算稳定计算（按经验）稳定计算（按经验）本讲稿第五十四页，共七十四页第五节第五节 梁的局部稳定与加劲肋梁的局部稳定与加劲肋一、翼缘的局部稳定一、翼缘的局部稳定n保证原则等强原则保证原则等强原则二、腹板加劲肋二、腹板加劲肋n腹板局部稳定的设计原则腹板局部稳定的设计原则n限制高厚比限制高厚比n允许局部失稳考虑屈曲后强度允许局部失稳考虑屈曲后强度n用加劲肋减小腹板支承尺寸提高局稳承载力（普钢）用加劲肋减小腹板支承尺寸提高局稳承载力（