钢结构基本知识精选课件.ppt
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1、关于钢结构基本知识第一页,本课件共有83页第一章 概述一、钢结构的特点1、强度高,塑性和韧性好2、材质均匀,符合力学假定3、钢结构制造简便,施工周期短4、钢结构的质量轻 强度与密度之比远大于混凝土5、耐腐蚀性差6、耐热不耐火 250,500600 强度为零防火处理:蛭石板、蛭石喷涂、石膏板等 7、钢结构的密封性好 容器等8、低温冷脆第二页,本课件共有83页第一章 概述二、钢结构的应用范围1、重型厂房结构2、大跨结构3、高层建筑4、塔桅结构5、板壳结构 容器、储液库、煤气库、管道等6、可移动式结构 活动房屋、水工闸门、起重运输机等7、桥梁结构8、轻型钢结构9、承受振动荷载和地震作用的结构第三页,
2、本课件共有83页第一章 概述三、钢结构设计的基本要求1、安全可靠。在运输、安装和使用中,具有足够的强度、刚度和稳定性2、合理选用材料、结构方案和构造措施,满足使用要求3、节约钢材,减轻自重4、钢结构要便于运输和维护5、尽量注意美观第四页,本课件共有83页第一章 概述四、现代钢结构的发展1、高强度钢材的应用 Q235、Q345、Q420、45号钢等2、钢结构设计计算理论的研究与改进3、新型结构形式的应用4、钢混凝土组合结构的应用5、钢结构优化原理及其应用6、生产制造工业化、产业化第五页,本课件共有83页第二章 钢结构的材料一、钢的种类碳素钢和合金钢1、碳素钢 分结构钢(低碳钢)和工具钢(高碳钢)
3、;碳素结构钢GB70088质量等级:A、B、C、D四级;A只保证抗拉强度、屈服点和伸长率;B、C、D保证抗拉强度、屈服点和伸长率、冷弯性能和冲击韧性(分别为20、0 和20),同时严格控制C、S、P的极限含量;钢号:Q235-A、Q235-B、Q235-C、Q235-D等第六页,本课件共有83页第二章 钢结构的材料2、合金钢 分为结构钢、工具钢和特殊钢 结构钢(低合金钢)GB/159194质量等级:A、B、C、D、E五级;A、B、C、D的规定同碳素结构钢,E级要求40 的冲击韧性;钢号:Q345-A、Q390-B、Q420-C、Q235-D等第七页,本课件共有83页第二章 钢结构的材料二、炼钢
4、的种类 转炉钢质量较差,杂质含量较多。空气底吹转炉钢质量甚差,国内已不生产。空气侧吹转炉钢质量略差,各项性能不如氧气顶吹转炉钢。氧气顶吹转炉钢有害元素少、杂质少、纯洁度高;质量和加工性能都接近平炉钢;生产效率高,成本低,投资省,建厂快。平炉钢原料广泛,容积大,广量高,冶炼工艺较简单,钢材质量优良,化学成分稳定(偏析度小),机械性能可靠,能冶炼各种用途的钢。缺点为生产成本高,建厂规模大,工期长,投资大。电炉钢质量最好,成本最高,土建少用。第八页,本课件共有83页三、炼钢的脱氧方法 脱氧剂Mn、Si等 沸腾钢用Mn脱氧,不充分,质量不好,成本低。镇静钢除锰外,还用硅和铝为脱氧剂,脱氧完全,质量好,
5、成本高。半镇静钢介于沸腾钢和镇静钢之间。第二章 钢结构的材料第九页,本课件共有83页四、钢材的力学性能1、钢材均匀受拉时的力学性能 曲线五个阶段:弹性阶段;弹塑性阶段;屈服阶段;强化阶段;颈缩阶段。强度指标:屈服强度fy;抗拉强度fu 理想的弹塑性体 塑性性能:伸长率10和5;断面收缩率第二章 钢结构的材料第十页,本课件共有83页第十一页,本课件共有83页 钢材的物理性能指标:弹性模量E20610(N/mm)剪切模量G79 10(N/mm);线膨胀系数12 10-6;质量密度7850kg/m3。2、冷弯性能不分层、不裂纹3、冲击韧性k 断裂工程中吸收能量 的能力k A k/A(J/cm2)第二
6、章 钢结构的材料第十二页,本课件共有83页第十三页,本课件共有83页五、钢结构对材料的要求 较高的抗拉强度fu和屈服点fy 较高的塑性和韧性 良好的工艺性能(冷、热加工性能和可焊性)六、钢材的破坏形式 塑性破坏和脆性破坏 塑性破坏:fu发生,变形超过材料的变形能力。破坏前发生较大的塑性变形,断口呈纤维状,色泽发暗。脆性破坏:fu 甚至fy,没有明显的塑性变形,破坏突然,没有预兆。断口平直呈晶粒状,色泽发亮。在设计、施工和使用钢结构时,应当注意防止出现脆性破坏第二章 钢结构的材料第十四页,本课件共有83页七、影响钢材力学性能的因素 化学成分的影响:含C量增加,强度增高,塑性降低;S、P、O、N为
7、有害元素,必须严格控制;Mn和Si为有益元素,要适量。冶金缺陷的影响:镇静钢的屈服点高于沸腾钢(约40N/mm2);非金属夹杂、裂纹、分层等。时效的影响:钢材随时间的增长,强度增加、塑性降低而脆性增加。冷作硬化的影响:钢材在冷加工(拉、剪、冲、压、拔等)的条件下,强度增加、塑性降低而脆性增加。第二章 钢结构的材料第十五页,本课件共有83页 温度的影响:低温冷脆;冷脆转变温度(冷脆临界温度)应力集中的影响:在空洞、槽口、凹角、裂缝、截面变化处,产生局部高峰应力应力集中现象。应力集中:产生同号平面或立体应力场,钢材变脆。时效的影响:钢材随时间的增长,强度增加、塑性降低而脆性增加。疲劳的影响:钢材在
8、连续反复或循环荷载作用下,当应力循环次数n达到某个大数时,发生突然的脆断。此时,应力fu 甚至fy 疲劳破坏。第二章 钢结构的材料第十六页,本课件共有83页八、钢材的规格和选用 1、钢材的规格 热轧钢板:厚钢板(厚4.560mm);薄钢板(厚0.354mm);扁钢(厚460mm,宽30200mm)。普通热轧型钢:角钢:等边和不等边;槽钢:热轧普通槽钢和低合金热轧轻型槽钢;工字钢:同槽钢;钢管:有无缝和焊接两种;H型钢:宽翼缘工字钢。薄壁型钢:用薄钢板(1.55.0mm)经模压和冷弯而成,一般为Q235或Q345钢。各种彩钢板和压型钢板。第二章 钢结构的材料第十七页,本课件共有83页第十八页,本
9、课件共有83页 2、钢材的选用 结构的重要性:一级(重要的)、二级(一般的)和三级(次要的)。荷载情况:分静态荷载和动态荷载。直接承受动力荷载和强烈地震区的结构,选用性能好的钢材。连接方法:焊接结构和非焊接结构。焊接结构由于受焊接应力和焊接变形等的影响,选用Q235-B等可焊性好的钢材。结构所处的温度和环境:例低温冷脆、露天时效、腐蚀、疲劳断裂等。钢材厚度。厚度大的焊接结构应采用材质好的钢材。第二章 钢结构的材料第十九页,本课件共有83页第三章 钢结构的连接一、钢结构的连接方法 焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接 第二十页,本课件共有83页1、焊缝连接的特点 构造简单,连接方便;用料经济,不削弱截面
10、;加工方便,可实现自动化操作;密闭性好,结构刚度大;缺点:焊接应力和焊接变形;热影响区材质变脆;对裂纹比较敏感;低温冷脆;对动力荷载比较敏感,等。第三章 钢结构的连接第二十一页,本课件共有83页 2、铆钉连接的特点 塑性和韧性较好;连接紧密,传力方便;用于直接承受动力荷载的结构中(如桥梁);缺点:构造复杂,费工费料。很少使用。3、螺栓连接的特点 分普通螺栓连接和高强螺栓连接(1)普通螺栓连接 A、B、C三级:A和B为精制螺栓,C级为粗制螺栓;材料等级:A和B为8.8级,C级为4.6级或4.8;加工:A、B级由毛坯在车床上精确加工而成精制;C级为由未经加工的圆钢压制而成粗制;第三章 钢结构的连接
11、第二十二页,本课件共有83页 螺孔:A、B级需要钻模钻成(类孔),孔径比螺杆大0.3mm左右;C级为一次冲成或不用钻模钻成(类孔)孔径比螺杆大1.53.0mm。受力:A、B级受力性能好,连接变形小,可以既受拉又受剪,用于重要的连接;C级螺栓连接性能不如A、B级好,主要受拉,用于承受静力荷载和间接承受动力荷载的次要连接。费用:A、B级成本昂贵,C级螺栓价格便宜,能用C级螺栓的地方不用A、B级螺栓。(2)高强螺栓连接 高强螺栓分为摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓 第三章 钢结构的连接第二十三页,本课件共有83页 摩擦型高强螺栓:只依靠构件接触面之间的摩擦力来传递剪力,以剪力等于接触面摩擦力为设计极限
12、状态。承压型高强螺栓:允许接触面滑移(剪力超过摩擦力),以螺杆与构件之间的挤压而发生的连接破坏作为承载力极限状态。受力:摩擦型高强螺栓剪切变形小,弹性性能好,耐疲劳,特别适用动力荷载;承压型高强螺栓的承载力高于摩擦型,剪切变形大,不得用于承受动力荷载的结构。材料等级:采用45号钢、40B和20MnTiB钢(热处理),材料等级为 8.8级或10.9级。孔径:摩擦型高强螺栓孔径比螺栓大1.52.0mm;承压型高强螺栓孔径比螺栓大1.01.5mm。第三章 钢结构的连接第二十四页,本课件共有83页 二、焊接方法和焊缝连接形式 1、钢结构常用的焊接方法介绍 手工电弧焊。焊条选择:Q235选择E43型;Q
13、345采用E50型焊条;Q390和Q420采用E55型焊条;不同钢种之间(例Q235与Q345)宜选用低组配方案(E43型)自动或半自动埋弧焊。气体保护焊。2、焊缝缺陷及焊接质量检验 焊缝缺陷:裂纹、焊瘤、烧穿、气孔、未焊透、夹渣、咬边、未熔合等第三章 钢结构的连接第二十五页,本课件共有83页第二十六页,本课件共有83页 焊缝质量检验:外部检验外部(外部尺寸和缺陷)和内部检验(内部缺陷)。内部检验方法:超声波(主要);磁粉(辅助);荧光检验(辅助);x射线、射线等(x射线应用广)。焊缝质量等级:钢结构工程施工质量验收规范对焊缝分为一级、二级和三级。三级焊缝只要求进行外观检验并符合标准;一级、二
14、级除了外观检查外,还必须进行一定量的超声波检验并符合相应的标准。焊缝等级的选用:疲劳验算的构件:垂至于作用力方向的横向对接焊缝受拉时为一级,受压时为二级;第三章 钢结构的连接第二十七页,本课件共有83页 不进行疲劳计算的构件:对接焊缝要求等强时受拉焊缝不低于二级,受压时宜为二级;重级工作制吊车和Q50T的中级工作制的吊车,吊车梁腹板与上翼缘之间的T形焊透的对接与角接组合焊缝,不低于二级;角焊缝一般为三级,只有直接承受动力荷载的焊缝应为二级。3、焊缝连接形式和焊缝形式 焊缝连接形式:按照被连接构件的相对位置来分为对接(直接对接和盖板对接)、搭接、T形连接和角部连接等第三章 钢结构的连接第二十八页
15、,本课件共有83页第二十九页,本课件共有83页 焊缝形式:对接焊缝和角焊缝 对接焊缝:正对接焊缝和斜对接焊缝 角焊缝:正面角焊缝(端缝)、侧面角焊缝(侧缝)和斜角焊缝(斜缝)连续角焊缝(重要构件)和间断角焊(次要构件):间断角焊缝间断距离l15t(受压)和l30t(受拉),t为较薄件的厚度 按照施焊位置分:平焊(俯焊)、横焊、立焊和仰焊四种。焊接质量影响较大。4、焊缝代号、螺栓及其孔眼图例 焊缝代号:螺栓及其孔眼:第三章 钢结构的连接第三十页,本课件共有83页第三十一页,本课件共有83页第三十二页,本课件共有83页 三、角焊缝 1、角焊缝的形式 正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝;直角角焊缝和斜角
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