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单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,钢结构课程复习,第1页,一、钢结构材料与计算原理,（1）钢材力学性能,钢材力学性能主要有：强度、塑性、韧性和冷弯性能等。,强度钢材强度决定着材料承载能力，结构用钢主要指标有屈服点f,y,和抗拉强度f,u,。f,u,/f,y,可视为钢材强度贮备系数。,塑性钢材塑性为应力超出屈服点后，试件产生显著残余塑性变形而不停裂性质。塑性好坏可用拉伸断裂时最大相对塑性变形伸长率,和断面收缩率,表示。,结构或构件在受力时，材料塑性好坏往往决定了结构是否安全可靠，所以钢材塑性指标比强度指标更为主要。,第2页,韧性钢材韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量能力，也是表示钢材抵抗冲击荷载能力，它是强度与塑性综合表现。,冷弯性能冷弯性能是指钢材在冷加工产生塑性变形时，对产生裂缝抗抗抵抗能力。冷弯性能好坏，能过使钢材承受要求弯曲变形后，检验试件弯曲部分外面、里面和侧面是否有裂纹、裂断和分层来判断。,第3页,（2）影响钢材力学性能原因,化学成份；,冶金和轧件过程；,时效；,冷作硬化；,温度；,应力集中和残余应力；,复杂应力状态（三向拉应力）,。,第4页,（3）钢材破坏,1、钢材破坏形式,钢材破坏分塑性破坏和脆性破坏两种。,2、影响脆性原因,化学成份、冶金缺点、冷作硬化、时效硬化、应力集中以及同号三向主拉应力状态等都会增加钢材脆性。,（4）钢结构疲劳强度,钢材在连续常变幅循环荷载作用下，当循环次数到达一定值时，钢材发生破坏现象，称为钢材疲劳破坏。疲劳破坏属于脆性破坏。,第5页,疲劳计算采取允许应力幅法。疲劳强度与结构情况、作用应力幅及循环荷载重复次数等相关。,（5）钢结构计算标准,钢结构设计除疲劳计算外，均采取以概率理论为基础极限状态设计方法，用分项系数表示式进行计算。,结构极限状态系指结构或构件能满足设计要求某一功效要求临界状态，超出这一状态，结构或构件不再能满足设计要求。,承重结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。计算结构或构件强度、稳定性以及连接强度时，应采取荷载设计值；计算疲劳和正常使用极限状态时，应采取荷载标准值。,第6页,对于直接承受动力荷载结构：在计算强度和稳定性时，动力荷载设计值应乘以动力系数；在计算疲劳和变形时动力荷载标准值不乘以动力系数。,材料强度设计值为材料强度标准值除以抗力分项系数。,计算以下情况结构构件或连接时，强度设计值应乘以对应折减系数。,单面连接角钢,按轴心受力计算强度和连接时，折减系数取0.85,按轴心受压计算稳定时，等边角钢，折减系数取0.6+0.0015,，,小于1.0,；,短肢相连不等边角钢，折减系数取0.5+0.0025,，,小于1.0,；,长肢相连不等边角钢，折减系数取0.7。,为长细比。,第7页,施工条件较差高空安装焊缝和铆钉连接时，折减系数取0.9,沉头和半沉头铆钉连接，折减系数取0.8,当几个情况同时存在时，其折减系数应连乘。,第8页,二、受弯构件,受弯构件计算内容,受弯构件设计，分为强度、整体稳定、局部稳定和刚度几个方面。,强度,梁截面中普通有正应力、剪应力存在，有时还有局部压应力。常以最大边缘应力到达屈服点作为强度极限状态，在一定条件下，允许考虑截面部分塑性发展。计算时，梁内正应力、剪应力和局部压应力均不应超出要求对应强度设计值。假如说在梁一些部位，上述三种应力或两种应力都较大时，还应验算折算应力。组合梁尚需计算焊缝连接、铆钉连接或螺栓连接强度。,第9页,弯曲正应力计算,剪应力计算,局部承压应力计算,折算应力计算,第10页,整体稳定,受弯构件在荷载作用于下，当其变形突然偏离原来弯曲变形平面，同时发生侧向弯曲和扭转，这种现象称为受弯构件整体失稳。,受弯构件产生整体失稳主要原因，是侧向刚度太小、抗扭刚度太小、侧向支承间距太大等，所以应对受弯构件整体稳定性进行验算，或在结构上确保其整体稳定性。,受弯构件整体稳定计算,第11页,局部稳定,受弯构件在荷载作用下，其受压翼缘和腹板受压区出现波状局部屈曲，这种现象称为局部失稳。,为了确保受压翼缘不会局部失稳，按局部失稳不能先于整体失稳设计标准，应使其宽度和厚度之比符合一定要求。对于腹板，惯用加劲肋将其分隔成尺寸较小区格来提升其抵抗局部屈曲能力。,翼缘局部稳定,工字形截面,考虑部分塑性发展,第12页,箱形截面,确保梁腹板局部稳定要求,有局部压应力梁宜按结构配置横向加劲肋，无局部压应力时，可不配置。,应配置横向加劲肋，并应计算横向加劲肋间距。,应配置横向加劲肋和在受压区配置纵向加劲肋，必要时尚应在受压区配置短横加劲肋，并应计算加劲肋间距,第13页,在梁支座处和上翼缘受有较大因定集中荷载处，宜设置支承加劲肋。,刚度,受弯构件刚度计算，是确保其在使用过程中不会因挠度太大而不能满足正常使用要求。,第14页,三、轴拉构件,轴拉构件应满足强度和刚度要求。,强度计算,当轴拉构件采取摩擦型高强度螺栓时，应同时净截面和毛截面强度计算,刚度计算,第15页,四、轴压构件,轴心受压构件计算内容,轴压构件设计计算包含强度、整体稳定、局部稳定和刚度四个方面。,强度和刚度,轴压构件强度和刚度计算方法与轴拉构件相同。,整体稳定,整体稳定破坏是轴压构件主要破坏形式。一根理想轴心压杆，当轴力到达临界值时，可能有三种整体失稳形式：弯曲失稳、弯扭失稳和扭转失稳。,第16页,普通情况下，双轴对称截面构件发生弯曲失稳，如工字钢、H形钢；单轴对称截面构件发生弯扭失稳，如槽钢、等边角钢等；对于十字形截面、Z字形截面，则可能发生扭转失稳。,轴心压杆整体稳定计算,为轴压杆稳定系数，由截面种类和长细比确定。,对于格构式压杆要注意，当绕虚轴计算弯曲失稳时，长细比应采取换算长细比。,双肢缀条柱,双肢缀板柱,第17页,局部稳定,工字形截面,箱形截面,对于格构柱，分肢稳定按其长细比值来要求,缀条柱,缀板柱,第18页,五、拉弯和压弯构件,拉弯构件和压弯构件设计包含：强度、整体稳定、局部稳定和刚度。,强度和刚度,单向弯压,双向弯压,刚度,第19页,整体稳定,实腹式压弯构件,弯矩作用平面内稳定,式中,对单轴对称压弯构件，较小翼缘有可能受到较大拉应力而首先屈服，对此尚应计算,第20页,弯矩作用平面外稳定,格构式压弯构件，弯矩绕实轴作用，其整体稳定计算与实腹式相同。弯矩绕虚轴作用时，还须计算单肢稳定。,同时计算弯矩受压单肢稳定。,第21页,六、焊缝连接,对接焊缝结构和计算,对接焊缝常采取坡口形式，如V形、U形、K形和X形等，该焊缝用料经济、传力均匀、无显著应力集中，利于承受动力荷载，起落弧缺点可采取引弧板来处理，不采取引弧板车，在计算时须将焊缝长度减去2t。有引弧板对接焊缝在受压时与母材等强，但受接时焊缝强度与焊缝质量等级相关。,普通认为，对接焊缝应力分布与焊件原来应力分布相同。计算时，焊缝中最大应力（或折算应力）不能大于焊缝强度设计值。,第22页,角焊缝结构和计算,角焊缝结构 角焊缝有直角角焊缝和斜角角焊缝，其计算破坏面为焊缝最小截面，称有效截面。其有效厚度为 。,工程中以直角角焊缝居多，其焊脚尺寸结构要,求为：,对板边：,第23页,依据焊缝长度方向与受力方向关系，角焊缝分为端缝和侧缝。端缝应力状态较复杂，应力集中较为严重，塑性较差，但破坏强度要高一些；侧缝应力较简单，塑性很好，但应力分布沿长度方向不均匀，两端大，中间小，且强度低。,焊缝长度结构要求为：,动力荷载,静力荷载,第24页,角焊缝强度验算基本公式：,注意在弯矩和扭矩作用下，焊缝最大应力计算,弯矩作用下,扭矩作用下,第25页,七 螺栓连接,螺栓连接分为普通螺栓和高强度螺栓两种,普通螺栓连接结构和计算,螺栓破坏形式有：栓杆剪断、构件孔壁挤压失效、构件净截面拉断、构件端部剪开、栓杆明显著弯曲失效和栓杆拉断。构件端部剪开和栓杆明显著弯曲失效由螺栓排列和结构要求来确保，而其余破坏由计算来确保。,螺栓排列考虑三方面要求：受力要求、结构要求和施工要求。,第26页,单个螺栓承载力,剪力螺栓,拉力螺栓,受剪螺栓强度验算,受接螺栓强度验算,同时受拉、剪螺栓强度验算,第27页,注意：,受剪螺栓可能是构件在轴力、剪力和扭矩组合受力；,受拉螺栓可能是构件在轴力和弯矩组合受力。,螺栓在构件轴力或剪力下受剪力：,螺栓在扭矩作用下受剪力：,螺栓在轴力下受拉力：,螺栓在弯矩作用下受拉力：,第28页,高强度螺栓连接结构与计算,高强度螺栓用高质钢做成，制成螺栓有8.8级和10.9级。高强度螺栓与普通螺栓主要区分是栓杆有很大预拉力。依据计算方法不一样，分为摩擦型和承压型高强度螺栓，摩擦型螺栓靠预拉产生摩擦力传力，承压型螺栓传力与普通螺栓相同。,高强度螺栓排列与普通螺栓要求相同。,摩擦型螺栓受剪验算：,摩擦型螺栓受拉验算：,第29页,摩擦型螺栓同时受剪、拉验算：,承压型高强度螺栓计算与普通螺栓基本相同,承压型螺栓受剪验算：,承压型螺栓受拉验算：,承压型螺栓同时,受剪、拉验算：,第30页,注意：,受剪螺栓可能是构件在轴力、剪力和扭矩组合受力；,受拉螺栓可能是构件在轴力和弯矩组合受力。,同时要注意，在弯矩作用下，高强度螺栓群转动轴在栓群形心处，这与普通螺栓不一样。,第31页,概念复习题,1、钢材应力应变关系理想弹塑性模型是。,A,B,C,D,第32页,2、在构件发生断裂破坏前，有显著先兆情况是经典特征。,（A）脆性破坏；（B）塑性破坏；（C）强度破坏；（D）失稳破坏,3、钢材设计强度是依据确定。,（A）百分比极限；（B）弹性极限；（C）屈服极限；（D）极限强度,4、钢材牌号Q235、Q345、Q390是依据材料命名。,（A）屈服点；（B）设计强度；（C）标准强度；（D）含碳量,第33页,5、有两个材料分别为Q235和Q345钢构件需焊接，采取手工焊，采取E43焊条。,（A）不得；（B）能够；（C）不宜；（D）必须,6、以下原因中与钢构件发生脆性破坏无直接关系。,（A）钢材屈服应力；（B）钢材含碳量；,（C）低温环境；（D）应力集中,7、大跨度结构应优先选取钢材，其主要原因是。,（A）钢结构含有良好装配性；（B）钢材韧性好；,（C）钢材靠近各向同性体，力学计算结果与实际结果最符合；,（D）钢材重量与强度之比小于混凝土等其它材料,第34页,8、进行疲劳验算时，计算设计应力幅应接。,（A）标准荷载计算；（B）设计荷载计算；,（C）考虑动力系数标准荷载计算；,（D）考虑动力系数设计荷载计算,9、符号1258010表示。,（A）等边角钢；（B）不等边角钢；（C）工字钢；（D）槽钢,10、钢材力学性能指标，最基本、最主要是时力学性能指标。,（A）承受剪切；（B）承受弯曲；（C）单向拉伸；（D）双向受力,第35页,11、钢材冷作硬化，使。,（A）强度提升，塑性和韧性降低；（B）强度、塑性和韧性均提升；,（C）强度、塑性和韧性均降低；（D）强度降低，塑性和韧性提升,12、承重结构用钢材应确保基本力学性能内容是。,（A）抗拉强度、屈服强度、伸长率；,（B）抗拉强度、屈服强度、冷弯性能；,（C）抗拉强度、伸长率、冷弯性能；,（D）屈服强度、伸长率、冷弯性能,第36页,13、验算组合梁刚度时，荷载通常取。,（A）标准值；（B）设计值；（C）组合值；（D）最大值,14、在钢结构房屋中，选取结构用钢时，以下原因中不是主要考虑原因。,（A）建造地点气温；（B）荷载性质；,（C）钢材价格；（D）建筑防火等级,15、热轧型钢冷却后产生残余应力。,（A）为拉应力；（B）为压应力；,（C）包含拉、压应力；（D）拉、压应力都很小,第37页,16、在低温工作环境下钢结构选取钢材除强度、塑性、冷弯性能指标外，还需考虑指标。,（A）低温屈服强度；（B）低温抗强度；,（C）低温冲击韧性；（D）疲劳强度,17、钢材脆性破坏与构件无关。,（A）应力集中；（B）低温影响；（C）残余应力；（D）弹性模量,18、某元素超量严重降低钢材塑性和韧性，尤其是在温度较低时促使钢材变脆。该元素是。,（A）硫；（B）磷；（C）碳；（D）锰,第38页,19、最易产生脆性破坏应力状态是。,（A）单向拉应力状态；（B）单向压应力状态；,（C）三向拉应力状态；（D）平面 应力状态,20、当温度从常温开始升高时，钢材。,（A）强度伴随降低，但弹性模量和塑性却提升；,（B）强度、弹性模量和塑性均伴随降低；,（C）强度、弹性模量和塑性均伴随提升；,（D）强度和弹性模量伴随降低，而塑性提升。,第39页,21、进行钢吊车梁疲劳计算时，其荷载应采取标准值还是设计值及需乘以哪些系数？。,（A）标准值，仅轮压乘以动力系数；,（B）标准值，不乘以任何系数；,（C）设计值，乘以荷载分项系数；,（D）设计值，乘以荷载分项系数及轮压动力系数,22、与节点板单面连接等边角钢轴心受压构件，,=100，,计算稳定时，钢材强度设计值应采取折减系数是。,（A）0.65；（B）0.75；（C）0.7；（D）0.85,第40页,23、钢材强度设计值应依据钢材厚度或直径分组采取，对工字钢和槽钢进行分组时，。,（A）工字钢和槽钢按翼缘厚度进行分组；,（B）工字钢按翼缘厚度进行分组，槽钢按腹板厚度进行分组；,（C）工字钢和槽钢按腹板厚度进行分组；,（D）工字钢按腹板厚度进行分组，槽钢按翼缘厚度进行分组。,24、单向受弯梁失去整体稳定时是形式失稳。,（A）弯曲；（B）扭转；（C）弯扭；（D）双向弯曲,第41页,25、确定梁经济高度标准是。,（A）制造时间最短；（B）用钢量最省；,（C）最便于施工；（D）免于变截面麻烦,26、分析焊接工字形钢梁腹板局部稳定时，腹板与翼缘相连处可简化为。,（A）自由边；（B）简支边；（C）固定边；,（D）有转动约束支承边,27、焊接工字梁腹板设置横向加劲肋目标是。,（A）提升梁抗强度；（B）提升梁抗剪强度；,（C）提升梁整体稳定性；（D）提升梁局部稳定性。,第42页,29、对提升工字形梁整体稳定性作用最小。,（A）境加腹板厚度；（B）约束梁端扭转；（C）设置平面外支承；（D）加宽梁翼缘。,30、约束扭转使梁截面上。,（A）只产生正应力；（B）只产生剪应力；（C）产生正、剪应力；（D）不产生任何应力。,31、单向弯曲梁正应力计算公式为 ，式中,为塑性发展系数，对于承受静力荷载且梁受压翼缘自由外伸宽度与厚度之比为时，才能考虑,（A）；（B）；,（C）；（D）,第43页,32、轴心受力构件强度计算，普通采取轴力除以净截面面积，这种计算方法对以下哪种连接方式是偏于保守？,（A）摩擦型高强度螺栓连接；（B）承压型高强度螺栓连接；,（C）普通螺栓连接；（D）铆钉连接。,33、用Q235和Q345钢分别制作一轴心压力柱，其截面和长细比相同，在弹性范围内屈曲时，前者临界力后者临界力。,（A）大于；（B）小于；（C）等于；（D）无法比较,34、格构式轴压柱换算长细比为 ，这里,取值为。,（A）；（B）；,（C）；（D）,第44页,35、要求缀条柱单肢长细比 ，（为柱两主轴方向最大长细比），是为了。,（A）确保整个柱稳定；（B）使两个单肢能共同工作；,（C）防止单肢先于整个柱失稳；（D）结构要求。,36、图中构件“A”是。,（A）受弯构件；,（B）压弯构件；,（C）拉弯构件；,（D）可能是受弯构件，也可能,是压弯构件。,Q,A,第45页,37、两根几何尺寸完全相同压弯构件，一根端弯矩使之产生反向曲率，一根产生同向曲率，则前者稳定性比后者。,（A）好；（B）差；（C）相同；（D）无法比较,38、图中两块钢板间采取角焊缝连接，其焊脚尺寸可选取mm。,（A）7；（B）8；,（C）9；（D）6,8,18,第46页,39、采取螺栓连接时，栓杆发生剪断破坏，是因为。,（A）栓杆较细；（B）钢板较薄；,（C）截面减弱过多；（D）边距或栓间距太小。,40、钢材中硫、磷等杂质含量须符合标准。不然会对钢材产生不利影响。,（A）强度；（B）弹性模量；（C）韧性；（D）可加工性。,第47页,计算题,1、如图所表示工字形简支主梁，材料为Q235钢，承受两个次梁传来集中力作用（设计值），次梁作为主梁侧向支承，不计主梁自重。,要求,：（1）验算主梁强度；,（2）主梁整体稳定性是否满足要求；,（3）设置腹板加劲肋。,第48页,34000=1,P=250kN,-14280,-14280,-101000,P=250kN,【解】（1）主梁强度验算,梁最不利截面为第一根次梁左侧和第二根次梁右侧，因为对称性，此两截面受力相同。,第49页,M图,Q图,梁截面几何特征,第50页,正应力强度,剪应力强度,第51页,（2）梁整体稳定性验算,梁整体稳定性能够满足！,（3）设置腹板加劲肋,腹板高厚比：,按要求应配置横向加劲肋，取加劲肋间距a=2m。加劲肋设置以下列图。,第52页,6=1,分格后腹板满足以下条件（计算过程略）,第53页,2、图示为一焊接工字形简支梁，跨度l=4m，钢材Q235，承受均布荷载设计值为p（包含自重）。假定该梁局部稳定、强度和刚度均满足要求，试求该梁满足整体稳定时所能承受荷载p。,4000,-12250,-12250,-8240,p,第54页,【解】依据题意，该梁局部稳定、强度、刚度都能满足要求，所以按整体稳定条件确定最大荷载p。,计算截面几何特征,第55页,计算梁等效弯矩系数（P337）和稳定系数,第56页,计算允许荷载,梁整体稳定应满足,将 代入,采取近似计算,第57页,计算题,一、图示一焊缝连接，已知材料为Q235，焊条为E43，试验算该连接是否安全（动载）。,4,3,150k N,8,200,300,100,80,【解】计算焊缝群形心到竖向焊缝间距,第58页,计算焊缝受力,计算焊缝群几何参数,第59页,危险点应力计算并验算强度,此焊缝连接满足强度要求！,第60页,二、如图所表示牛腿用连接角钢210020（由大角钢截得）及M22摩擦型高强度螺栓（10.9级）和柱相连，钢材Q345，接触面喷砂处理，要求验算连接两个分肢上螺栓强度。,200,55,200k N,14,650=300,50,50,第61页,【解】（1）牛腿板处螺栓受力分析计算,计算螺栓群受力,单个螺栓抗剪承载力,危险螺栓剪力并验算,第62页,（2）柱翼处螺栓受力分析计算,计算螺栓群受力,螺栓抗拉验算,螺栓抗剪验算,满足要求！,第63页,验算图示压弯构件在弯矩作用平面内、外整体稳定性。材料为Q235。构件为轧制。,N,N=40kN,p=2.0kN/m,(包含杆自重）,80,10,10,120,y,1,y,2,x,y,3=6000,第64页,【解】计算截面几何特征,第65页,平面内稳定验算,第66页,不满足要求！,第67页,平面外稳定验算,满足要求！,第68页,4-11 一两端铰接焊接工字形截面轴心受压柱，翼缘为火焰切割边，截面如图所表示，杆长为9m，设计荷载N=1000kN，钢材为Q235钢，试验算该柱整体稳定及板件局部稳定性是否满足？,210250,16200,3000,6000,N,N,第69页,【解】由题意，可知此构件为轴压构件。,计算构件截面几何参数,验算整体稳定 对两个主轴截面类型均为b类，则,不满足！,第70页,验算板件局部稳定,翼缘宽厚比：,腹板高厚比：,OK！,第71页,4-15 某压弯格构式缀条柱如图所表示，两端铰接，柱高8m。承受压设计荷载值N=600N，弯矩M=100kN.m，缀条采取单角钢455，倾角为45,，,钢材为Q235，试验算该柱整体稳定性是否满足？,N,M,8000,260,x,y,y,1,y,2,第72页,已知：,【解】此构件为格构压弯构件，弯矩绕虚轴作用。,计算截面参数,第73页,（2）验算单肢稳定,左肢所受轴力最大,单肢整体稳定不满足。,第74页,第75页,
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