十一章钢结构的特建筑资料.pptx

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1、十一章钢结十一章钢结 构的特建筑构的特建筑(jinzh)资料资料第一页，共56页。钢结构可能钢结构可能(knng)(knng)的破坏形式的破坏形式结构的脆性断裂结构的脆性断裂结构的塑性破坏结构的塑性破坏结构的疲劳结构的疲劳(plo)(plo)破坏破坏结构的损伤累积破坏结构的损伤累积破坏结构的整体失稳结构的整体失稳结构和构件的局部失稳结构和构件的局部失稳第1页/共55页第二页，共56页。第2页/共55页第三页，共56页。第3页/共55页第四页，共56页。结构结构(jigu)(jigu)的损伤累积破坏的损伤累积破坏土木工程结构在施工过程和使用期间，总会受到各种不利因素（如施工过程中的损伤，材料老化

2、、锈蚀等）或灾害因素（如地震、强风等）的作用，使结构某一部土木工程结构在施工过程和使用期间，总会受到各种不利因素（如施工过程中的损伤，材料老化、锈蚀等）或灾害因素（如地震、强风等）的作用，使结构某一部分发生分发生(fshng)(fshng)损伤。如果该结构继续使用，随着时间增长，结构的损伤不断积累而导致破坏，称为损伤累积破坏。损伤。如果该结构继续使用，随着时间增长，结构的损伤不断积累而导致破坏，称为损伤累积破坏。第4页/共55页第五页，共56页。结构的整体结构的整体(zhngt)(zhngt)失稳失稳 结构所承受的外荷载尚未达到按强度计算得到的结构破坏荷载时，结构已不能承担荷载，结构所承受的外

3、荷载尚未达到按强度计算得到的结构破坏荷载时，结构已不能承担荷载，并产生较大变形，整个结构偏离原来的平衡位置而倒塌。并产生较大变形，整个结构偏离原来的平衡位置而倒塌。结构和构件的局部失稳结构和构件的局部失稳 结构或构件在保持整体结构或构件在保持整体(zhngt)(zhngt)稳定的条件下，结构中的局部构件或结构中的板件已不稳定的条件下，结构中的局部构件或结构中的板件已不能承受外荷载的作用而失去稳定。能承受外荷载的作用而失去稳定。构件：受压柱、受弯梁构件：受压柱、受弯梁 板件：受压翼缘、受压腹板板件：受压翼缘、受压腹板第5页/共55页第六页，共56页。第6页/共55页第七页，共56页。第六节第六节

4、 钢结构的连接钢结构的连接(linji)(linji)第7页/共55页第八页，共56页。钢结构连接钢结构连接(linji)(linji)的基本方式的基本方式(1)(1)铆钉连接 螺栓连接 焊缝连接 钢结构的基本(jbn)连接方式第8页/共55页第九页，共56页。钢结构连接钢结构连接(linji)(linji)的基本方式的基本方式(2)(2)1.焊接连接（冶金式）使金属高温融化后形成整体采用焊接材料：电弧焊、气焊、电渣焊不采用焊接材料：电阻焊2.紧固件连接（机械式）3.其他（化学式）螺栓：普通螺栓：精制螺栓(A、B级)粗制螺栓(C级)高强度螺栓：铆钉：钉连接：(射钉、自攻螺钉、焊钉)强力胶：直接

5、粘合零件化学浆锚螺栓：通过结构胶将锚栓与锚固基础结合成一个整体，用于钢构件与混凝土构件的连接 钢结构的基本连接(linji)方式第9页/共55页第十页，共56页。钢结构连接的基本钢结构连接的基本(jbn)(jbn)方式方式(3)(3)材质易变脆产生残余应力、残余变形、焊接缺陷对钢结构疲劳、稳定有不利影响较多地依赖焊工的技能水平质量检验要求较高时检验工作量较大缺点 现代(xindi)钢结构最基本的连接方式，应用最广泛优点(yudin)构造简单 任何形状的构件可直接连接，无需辅助零配件省工省料 加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面施工快速 可自动化操作连接的密闭性好，刚度大，整体性好 焊接的特点第1

6、0页/共55页第十一页，共56页。钢结构连接的基本钢结构连接的基本(jbn)(jbn)方式方式(4)(4)工厂构件焊接、工地节点螺栓连接钢结构发展方向优点施工简单，装拆方便，对安装工的要求高 摩擦型高强度螺栓连接动力性能好耐疲劳，易阻止裂纹扩展缺点费料、开孔截面削弱螺栓孔加工精度要求高 螺栓连接(linji)的特点第11页/共55页第十二页，共56页。钢结构连接钢结构连接(linji)(linji)的基本方式的基本方式(5)(5)优点(yudin)塑性、韧性(rn xn)好，动力性能好缺点费料、加热铆合过程极其费工目前承重钢结构连接中已很少应用 铆钉连接的特点第12页/共55页第十三页，共56

7、页。钢结构连接钢结构连接(linji)(linji)的基本方式的基本方式(6)(6)栓钉将钢板(gngbn)与混凝土板连接起来栓钉承受剪力 栓（焊）钉连接(linji)的特点第13页/共55页第十四页，共56页。钢结构连接的基本钢结构连接的基本(jbn)(jbn)方式方式(7)(7)射钉枪用于薄壁构件（压型钢板屋面板、墙板与梁、柱）的连接可采用(ciyng)射枪、铆枪等专用工具安装 射钉、自攻螺钉的特点(tdin)第14页/共55页第十五页，共56页。钢结构连接钢结构连接(linji)(linji)的基本方式的基本方式(8)(8)连接方法优 点缺 点焊 接对焊件几何形体适应性强，构造简单，省材

8、省工，工效高，连接连续性强,可达到气密和水密要求，节点刚度大对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大,要求高;存在有焊接缺陷的可能，产生焊接应力和焊接变形，导致材料脆化，对构件的疲劳强度和稳定性产生影响;一旦开裂则裂缝开展较快,对焊工技术等级要求较高铆 接传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力性能好费钢、费工，开孔对构件截面有一定削弱普通螺栓连 接装拆便利，设备简单粗制螺栓不宜受剪，精制螺栓加工和安装难度较大，开孔对构件截面有一定削弱高强螺栓连 接加工方便，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好摩擦面处理及安装工艺略为复杂，造价略高，对构件截面削弱相对较小，质量检验要求高射钉、

9、自攻螺栓连接灵活，安装方便，构件无须预先处理，适用于轻钢、薄板结构不能承受较大集中力 基本连接(linji)方式对比第15页/共55页第十六页，共56页。焊接连接焊接连接(linji)(linji)形式及特性（形式及特性（1 1）根据焊件相对位置(wi zhi)根据焊缝构造根据焊缝连续性根据施焊位置(wi zhi)平接搭接顶接（T形）角接对接焊缝（直缝和斜缝）角焊缝（侧缝和端缝）组合(zh)形式连续焊间断焊俯焊立焊横焊仰焊平接（对接焊缝）搭接（角焊缝）顶接（T型连接）对接焊缝角焊缝角接对接焊缝角焊缝 焊缝形式焊缝的不同分类第16页/共55页第十七页，共56页。焊接焊接(hnji)(hnji)连

10、接形式及特性（连接形式及特性（2 2）用料经济，传力平稳，动力(dngl)性能好较厚的板需开剖口，费工施工简便(jinbin)传力不均，应力集中严重，搭接时费料对接焊缝直焊缝斜焊缝角焊缝侧焊缝（与力平行）端焊缝（与力垂直）焊缝形式对接焊缝与角焊缝第17页/共55页第十八页，共56页。焊接连接焊接连接(linji)(linji)形式及特性（形式及特性（3 3）间断(jindun)焊缝连续(linx)焊缝不重要或受力小的构件，可采用间断焊缝连接焊缝形式连续焊缝与间断焊缝第18页/共55页第十九页，共56页。焊接焊接(hnji)(hnji)连接形式及特性（连接形式及特性（4 4）俯焊横焊 立焊 仰焊

11、 质量好质量一般质量差 焊缝(hn fn)形式施焊方位第19页/共55页第二十页，共56页。对接焊缝对接焊缝(hn fn)(hn fn)的计算（的计算（1 1）1.确定计算截面上的内力（荷载效应）2.注意点：防止内力漏项3.2.确定焊缝质量检验等级4.根据(gnj)结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等对接焊缝一般均有全熔透要求，等级为二级或一级 5.3.确定焊缝强度设计值6.抗拉强度7.抗压强度8.抗剪强度 9.4.计算焊缝截面特性10.截面面积A、惯性矩I、截面模量W、面积矩S等11.5.应力计算12.6.强度校核 计算(j sun)步骤第20页/共55页第二十一页，共56

12、页。对接对接(du ji)(du ji)焊缝的计算（焊缝的计算（2 2）直焊缝引弧板N 轴心拉力或压力tw 焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚）lw 焊缝计算长度，有引弧板lwL，无引弧板lwL2t（较小板厚）对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度焊缝(hn fn)应力验算式中：典型节点(ji din)（1）焊缝轴心受力直缝直缝第21页/共55页第二十二页，共56页。对接对接(du ji)(du ji)焊缝的计算（焊缝的计算（3 3）斜焊缝焊缝应力简化验算lw 斜焊缝计算长度，对接焊缝抗剪设计强度强度规范规定当 ，可不验算。斜缝 典型节点（1）焊缝(hn fn)轴心受力斜缝第22页/共55页第二十三页，

13、共56页。对接对接(du ji)(du ji)焊缝的计算（焊缝的计算（4 4）弯矩 M剪力 V平板梁 工字形梁应力(yngl)分布应力(yngl)分布弯矩 M剪力 V轴力 N应力分布 典型节点（2）梁的拼接弯矩、剪力、轴力作用第23页/共55页第二十四页，共56页。对接焊缝对接焊缝(hn fn)(hn fn)的计算（的计算（5 5）弯矩 M 剪力 V梁柱连接处柱牛腿处atw焊缝截面应力分布与一般梁中连接计算不同：剪力仅由梁或牛腿腹板承受 典型(dinxng)节点（3）牛腿焊接弯矩、剪力作用第24页/共55页第二十五页，共56页。对接焊缝对接焊缝(hn fn)(hn fn)的计算（的计算（6 6

14、）焊缝有效(yuxio)抗剪面积，整个焊缝(hn fn)截面的面积；典型节点（4）牛腿焊接弯矩、剪力、轴力作用第25页/共55页第二十六页，共56页。角焊缝角焊缝(hn fn)(hn fn)的构造（的构造（1 1）直角焊缝斜角焊缝 角焊缝(hn fn)截面（1）按两焊角边夹角(ji jio)划分 除钢管结构外,对于135o或6mm时，hf,max t-(12)mm；钢管构件除外 对圆孔或槽孔内的角焊缝，焊脚尺寸尚不宜大于圆孔直径或槽孔短径的1/3第29页/共55页第三十页，共56页。角焊缝角焊缝(hn fn)(hn fn)的构造（的构造（5 5）（3）最小焊脚尺寸(ch cun)hf,min

15、角焊缝截面(jimin)尺寸式中:t2-较厚焊件厚度。当t24mm时,hf,min=t2另:对于自动埋弧焊hf,min可减去1mm;对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm;第30页/共55页第三十一页，共56页。角焊缝角焊缝(hn fn)(hn fn)的构造（的构造（6 6）（4）侧缝的最大计算长度 角焊缝截面(jimin)尺寸当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度；但当内力沿侧焊缝(hn fn)全长分布时，不受上式限制。（5）角焊缝的最小计算长度当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的要求下，小而长的焊缝比大而短的焊缝好！第31页/共55页第三十二页，共56页。角

16、焊缝角焊缝(hn fn)(hn fn)的构造（的构造（7 7）（6）搭接(d ji)连接的构造要求 角焊缝截面(jimin)尺寸板件与节点板的连接仅用两侧缝焊接时：A、为避免应力传递过分弯折导致应力不均：B、为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大：不满足此条件时，应加塞焊或采用三面围焊！bt1t2第32页/共55页第三十三页，共56页。角焊缝角焊缝(hn fn)(hn fn)的构造（的构造（8 8）（6）搭接连接(linji)的构造要求 角焊缝(hn fn)截面尺寸C、角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕角焊，且转角处必须连续施焊。D、在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，且

17、不得小于25mm。b2hft1t2第33页/共55页第三十四页，共56页。角焊缝角焊缝(hn fn)(hn fn)的构造（的构造（9 9）（7）构造(guzo)要求汇总 角焊缝截面(jimin)尺寸第34页/共55页第三十五页，共56页。角焊缝角焊缝(hn fn)(hn fn)的受力特点（的受力特点（1 1）侧缝的应力(yngl)状态主要受剪应力，分布不均，两头大中间小，焊缝越长应力不均匀程度越高强度相对(xingdu)较低，塑性较好破坏常发生在近似45斜平面上第35页/共55页第三十六页，共56页。端焊缝侧焊缝 角焊缝角焊缝(hn fn)(hn fn)的受力特点（的受力特点（2 2）计算截面

18、 均取焊缝45喉部为有效截面（假定破坏截面）有效焊缝高度 h e 0.7 h f(焊缝高度)h fh fh e有效截面计算(j sun)焊缝长度lw 每条连续焊缝(hn fn)的长度2h f（每端扣h f）角焊缝的计算截面hfhehfh1h2deh-焊缝厚度、h1熔深h2凸度、d焊趾、e焊根第36页/共55页第三十七页，共56页。角焊缝角焊缝(hn fn)(hn fn)的受力特点（的受力特点（3 3）破坏(phui)面试验(shyn)公式 角焊缝的计算应力NyNx=fhelw45O45Ohf第37页/共55页第三十八页，共56页。角焊缝角焊缝(hn fn)(hn fn)的受力特点（的受力特点（

19、4 4）简化(jinhu)公式 f 端焊缝强度增大系数 f直角焊缝斜角焊缝 1.01.22 静载、间接动载 1.0 直接动载 f当 0 时 0 时式中：平行焊缝长度方向的计算应力 垂直焊缝长度方向的计算应力 角焊缝强度设计值 危险点 角焊缝(hn fn)的计算应力第38页/共55页第三十九页，共56页。角焊缝角焊缝(hn fn)(hn fn)的计算（的计算（1 1）计算(j sun)步骤轴力、剪力及联合作用弯矩及与轴力、剪力的共同作用扭矩及与轴力、剪力的共同作用焊缝群截面特性计算计算长度：非连续焊缝计算长度Lw=L-nhf 连续焊缝只考虑起弧和落弧处的扣除hf焊缝群形心轴确定、有效截面积、截面

20、模量计算等 应力计算强度校核确定焊缝(hn fn)（焊缝(hn fn)群）内力分析第39页/共55页第四十页，共56页。角焊缝角焊缝(hn fn)(hn fn)的计算（的计算（2 2）两边侧焊两边端焊验算 端焊缝强度提高系数验算认为焊缝有效截面上应力均匀分布一条单独的焊缝，每端扣除hf 典型节点（1）拼接(pn ji)板连接 承受轴力N作用第40页/共55页第四十一页，共56页。角焊缝角焊缝(hn fn)(hn fn)的计算（的计算（3 3）验算(yn sun)四周围焊当焊缝受直接(zhji)动力荷载时：由端焊缝1N1122再验算侧焊缝N1lw1N2，lw2减小拼接板角部应力集中四周菱形围焊简

21、化验算 无论静载、动载 典型节点（1）拼接板连接 承受轴力N作用第41页/共55页第四十二页，共56页。普通螺栓普通螺栓(lushun)(lushun)连接的构造连接的构造(1)(1)普通(ptng)螺栓的分类第42页/共55页第四十三页，共56页。普通普通(ptng)(ptng)螺栓连接的构造螺栓连接的构造(2)(2)A级B级区别(qbi)：仅尺寸不同，A级d24，L 150mm；B级d24，L150mm分类分类钢材钢材强度强度等级等级孔径孔径d0与与栓径栓径d之差之差(mm)加工加工受力受力特点特点安装安装应用应用C级级粗制粗制螺栓螺栓普通普通碳素钢碳素钢Q2354.64.81.0 1.5

22、粗糙粗糙尺寸不准尺寸不准成本低成本低抗剪差抗剪差抗拉好抗拉好方便方便承拉承拉应用多应用多临时固定临时固定A级级B级级精制精制螺栓螺栓优质优质碳素钢碳素钢45号钢号钢35号钢号钢8.80.30.5精度高精度高尺寸准确尺寸准确成本高成本高抗剪抗剪抗拉抗拉均好均好精度精度要求高要求高目前目前应用应用减少减少 I 类孔：孔壁粗糙度小，孔径(kngjng)偏差允许+0.25mm，对应A、B级螺栓II类孔：孔壁粗糙度大，孔径(kngjng)偏差允许+1mm，对应C级螺栓 普通螺栓的分类第43页/共55页第四十四页，共56页。普通螺栓连接普通螺栓连接(linji)(linji)的构造的构造(3)(3)受力要

23、求 螺距过小：钢板剪坏。螺距过大：受压时钢板张开。构造要求 螺距过大：连接不紧密，潮气侵入腐蚀。施工要求 螺距过小：施工时转动扳手困难。螺栓间距布置要求 螺栓(lushun)群的排列第44页/共55页第四十五页，共56页。普通螺栓连接普通螺栓连接(linji)(linji)的构造的构造(4)(4)螺栓最大和最小容许(rngx)间距 螺栓(lushun)群的排列第45页/共55页第四十六页，共56页。普通螺栓普通螺栓(lushun)(lushun)受力特点和设计承载力（受力特点和设计承载力（1 1）剪力螺栓 受力垂直螺杆，螺杆承剪、孔壁承压。连接件有错动趋势拉力(ll)螺栓 受力平行螺杆，螺杆承

24、拉。连接件有脱开趋势。依据(yj)受力方式剪力螺栓拉力螺栓 普通螺栓的受力第46页/共55页第四十七页，共56页。普通螺栓普通螺栓(lushun)(lushun)受力特点和设计承载力（受力特点和设计承载力（2 2）（1）螺栓剪断（板较厚，螺栓较细）（2）钢板孔壁挤压破坏（板较薄，螺栓较粗）普通受剪螺栓(lushun)的传力机理 螺栓安装拧紧后，在工作荷载的作用(zuyng)下，被夹紧的板件相对滑动，在相反的方向螺杆靠紧孔壁，导致螺杆受剪切作用(zuyng)，孔壁受压力作用(zuyng)，直至螺杆剪断或孔壁受压破坏第47页/共55页第四十八页，共56页。普通螺栓受力特点普通螺栓受力特点(tdin

25、)(tdin)和设计承载力（和设计承载力（3 3）（1）螺栓剪断（板较厚，螺栓较细）（2）钢板孔壁挤压破坏（板较薄，螺栓较粗）（3）钢板拉断（板开孔，截面削弱）（4）钢板剪坏（螺栓端距过小）（5）螺栓弯曲破坏（板过厚，螺栓细长）防止螺栓破坏措施(1)(2)(3)通过计算解决(4)(5)通过构造解决端距 2d。螺杆长度 5d 普通(ptng)受剪螺栓的破坏模式 第48页/共55页第四十九页，共56页。普通螺栓受力特点普通螺栓受力特点(tdin)(tdin)和设计承载力（和设计承载力（4 4）受拉螺栓的破坏(phui)模式 螺杆净截面达到设计承载力而被拉坏计算(j sun)控制 螺纹滑牙破坏构造控

26、制第49页/共55页第五十页，共56页。普通螺栓受力特点普通螺栓受力特点(tdin)(tdin)和设计承载力（和设计承载力（5 5）产生撬力的原因 角钢抗弯刚度不足，水平肢有较大变形对螺栓受力影响(yngxing)使螺栓拉力增大减小撬力的措施 增强角钢抗弯刚度，加大厚度或增设加劲肋螺栓拉力(ll)：Pf=N/2+V 刚度越小，V 越大NN撬力加劲肋 拉力螺栓撬力的概念第50页/共55页第五十一页，共56页。高强度螺栓高强度螺栓(lushun)(lushun)连接的构造（连接的构造（1 1）螺栓强度等级螺栓强度等级螺栓采用钢材螺栓采用钢材8.8 级级45号钢，号钢，40B钢钢10.9 级级20M

27、nTiB钢，钢，35VB钢钢按材质(ci zh)分类受力受力特征特征承载力承载力极限状态极限状态安装孔安装孔孔径孔径 d0（mm)应用应用特点特点摩擦型摩擦型连接连接外力达到最大摩擦力，外力达到最大摩擦力，有相对滑移的趋势有相对滑移的趋势d0d1.5 2.0剪切变形小，耐疲劳，剪切变形小，耐疲劳，动载下不易松动动载下不易松动承压型承压型连接连接外力超过最大静摩擦外力超过最大静摩擦力，螺栓承剪，孔壁力，螺栓承剪，孔壁承压，发生相对滑移承压，发生相对滑移d0d1.0 1.5承载力比摩擦型大，承载力比摩擦型大，剪切变形大，一般不剪切变形大，一般不用于直接动载情况用于直接动载情况按受力状况(zhung

28、kung)分类 高强度螺栓的分类第51页/共55页第五十二页，共56页。高强度螺栓高强度螺栓(lushun)(lushun)连接的构造（连接的构造（2 2）螺栓螺栓高强度螺栓高强度螺栓普通螺栓普通螺栓材料材料材质好，强度高材质好，强度高材质一般，强度低材质一般，强度低传力方式传力方式依靠连接板件摩擦传力依靠连接板件摩擦传力螺栓直接传力螺栓直接传力变形变形连接变形小，螺栓不易松连接变形小，螺栓不易松动动连接变形大，螺栓易松动连接变形大，螺栓易松动安装安装需专门扳手施加预拉力需专门扳手施加预拉力一般常用扳手，手感拧紧一般常用扳手，手感拧紧外力N预拉力P挤压力Q摩擦力F拧紧螺母产生预拉力 高强度螺栓

29、(lushun)的传力机理第52页/共55页第五十三页，共56页。高强度螺栓连接高强度螺栓连接(linji)(linji)的构造（的构造（3 3）剪力N变形NNNN摩擦型螺栓设计准则承压型螺栓设计准则控制外力不超过摩擦力，无滑移。外力可超过摩擦力，经滑移(hu y)后由螺杆承剪承压。高强度螺栓的设计(shj)准则第53页/共55页第五十四页，共56页。高强度螺栓连接高强度螺栓连接(linji)(linji)的构造（的构造（4 4）高强度螺栓设计预拉力 P（kN）摩擦系数 高强度设计(shj)参数第54页/共55页第五十五页，共56页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第55页/共55页第五十六页，共56页。