钢结构基本原理(戴国欣版).ppt

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,*,*,*,钢结构设计原理,Theory of,Steel Structure,1,参考资料,1,：,钢结构,，陈绍蕃主编，中国建筑工业出版社，,2003,。,2,：,钢结构,，刘声扬主编，武汉工业大学出版社，,1992,。,3,：,钢结构设计原理,，王肇民主编，同济大学出版社，,1991,。,4,：,钢结构,，周绥平主编，武汉工业大学出版社，,1997,。,5,：,钢结构疑难释义,，刘声扬主编，武汉工业大学出版社，,1993,。,6,：,钢结构构件的稳定,，孙绍文主编，冶金工业出版社，,1993,。,7,：,建筑钢结构设计,，王肇民主编，同济大学出版社，,2001,。,8,：,钢结构设计规范理解与应用,，崔佳等编著，中国建筑工业出版 社，,2003,。,9,：,钢结构设计规范,GB500172003,。,10,：,冷弯薄壁型钢结构技术规程,GB500182002,。,钢结构设计原理,2,主要内容,1,：,绪论,2,：钢结构的材料,3,：钢结构的连接,4,：轴心受力构件,5,：受弯构件,6,：拉弯和压弯构件,钢结构设计原理,3,第一章 绪 论,1.1,钢结构的特点,1.2,钢结构的设计方法,1.3,钢结构的应用和发展,钢结构设计原理,4,第一章 绪论,1.1,钢结构的特点,1.1,钢结构的特点,1.轻质高强,2.,塑性,、,韧性好,3.,材质均匀,、性能稳定,4.,制作简便，施工工期短,5.,密闭性好,6.,耐腐蚀性差,7.,耐热,不耐火,5,第一章 绪论,1.2,钢结构的设计方法,1.2,钢结构的设计方法,设计方法：,以概率理论为基础的,极限状态设计方法,计算疲劳,仍采用,容许应力幅法,计算,强度、稳定、连接,用,荷载,设计值,计算,疲劳、变形,用,荷载,标准值,对于,直接,承受,动力荷载,的结构：,在计算,强度和稳定,时，动力荷载设计值,应,乘,动力系数,在计算,疲劳和变形,时，动力荷载标准值,不应,乘,动力系数,6,第一章 绪论,1.3,钢结构的应用与发展,1.3,钢结构的应用与发展,1.,钢结构的,应用,（,1,）,重：,重工业厂房,（,2,）,大：,大跨度结构,（,3,）,高：,高层建筑、高耸结构,（,4,）,动：,受动荷载作用的厂房,（,5,）,轻：,荷载较小的轻钢结构,（,6,）,小：,小型、可拆装的结构,7,第一章 绪论,1.3,钢结构的应用与发展,2.,钢结构的,发展,（,1,）,高性能钢材,的研究与应用,（,2,）,设计方法,的改进,（,3,）,稳定理论,的进一步发展,（,4,）,预应力钢结构,的研究与应用,（,5,）,空间钢结构,与,高层钢结构,的研究与应用,（,6,）,组合结构,的研究与应用,8,轻质,材料的质量密度与强度的比值 小,Q235,钢,C30,混凝土,附,1,：轻质高强,Q235,钢,密度,：,7850kg/m,3,强度,：,235N/mm,2,C30,混凝土,密度,：,2450kg/m,3,强度,：,20N/mm,2,9,钢结构设计原理,第二章,.,钢结构的材料,2.1,钢结构对,材料,的要求,2.2,钢材的,破坏形式,2.3,钢材的,主要性能,2.4,各种,因素,对钢材主要性能的影响,2.5,复杂应力,作用下钢材的,屈服条件,2.6,钢材的,疲劳,2.7,钢的,种类,和钢材,规格,10,第二章 钢结构的材料,2.1,钢结构对材料的要求,较高的强度,2.1,钢结构对材料的要求,足够的变形能力。即塑性、韧性好。,良好的加工性能包括冷加工、热加工和可焊性）,钢结构设计规范,GB50017-2003,规定：,承重结构,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,尚应具有碳含量的合格保证。,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,的合格保证。需要验算,疲劳,的,焊接结构,的钢材，应具有,常温或负温,冲击韧性,的合格保证。对需要验算,疲劳,的,非焊接结构,的钢材应具有,常温,冲击韧性,的合格保证。,11,第二章 钢结构的材料,2.2,钢材的破坏形式,塑性破坏,：破坏前,有,明显的变形,，破坏历时时,间长，可以采取补救措施。,2.2,钢材的破坏形式脆性破坏,：破坏前,没有,明显的变形,，破坏发生,突然，没有机会补救。,脆性破坏的原因,：钢材内部缺陷，焊接缺陷、构造,不合理、使用不当等。,应尽量发挥材料的塑性,避免一切脆性破坏的可能性,12,第二章 钢结构的材料,2.3,钢材的主要性能,一、强度,2.3,钢材的主要性能,强度指标是由钢材的,单向均匀受拉,试验测得的,强度指标：,比例极限,；,屈服强度,；,极限强度,试验条件,：,标准试件,在常温（,20,）下缓慢加载，,一次完成,13,第二章 钢结构的材料,2.3,钢材的主要性能,钢材在单向均匀受拉时工作性能表现为四个阶段,弹性阶段,:,应力最高点对应,比例极限,弹性模量,应力,2.,弹塑性阶段,:,应力介于 和 之间,弹塑性模量 是变数,3.,塑性阶段,:,应力达到屈服强度,4.,强化颈缩阶段,:,应力最高点对应抗拉极限,14,第二章 钢结构的材料,2.3,钢材的主要性能,钢材的工作性能可以看作理想弹性塑性体,1.,计算简便,2,.,与 相差不大,3.,虽然 ，但 对应,的应变非常大（不满足正,常使用极限状态）,4.,以 作为设计强度的依据，具有较大的强度储备，,若出现偶然因素，使人们有机会补救,屈强比 ：,Q235,钢为,0.57,，,Q345,钢为,0.67,15,第二章 钢结构的材料,2.3,钢材的主要性能,简化计算,采用理想弹塑性模型,作为钢结构设计的最大应力,作为钢材实际破坏强度,16,第二章 钢结构的材料,2.3,钢材的主要性能,二、塑性性能,塑性,：在,静力荷载,作用下，钢材吸收,变形能,的能力,衡量塑性性能的指标：,伸长率,17,第二章 钢结构的材料,2.3,钢材的主要性能,三、冲击韧性,冲击韧性,：在,动力荷载,作用下，材料吸收,能量,的能力,衡量冲击韧性的指标：,冲击功,韧性是钢材强度和塑性的综合指标,梅氏,U,型缺口,试件,:,冲击试验,的标准试件型式：,夏比,V,型缺口,试件,:,我国采用夏比,V,型缺口试件,冲击韧性受温度的影响,冲击韧性,由冲击韧性试验获得,18,第二章 钢结构的材料,2.3,钢材的主要性能,四、冷弯性能,冷弯性能,是检验钢材适应,冷加工,（常温下加工）,的能力和显示,钢材内部缺陷,状况的一项指标,冷弯性能,是考察钢材在,复杂应力状态,下发展,塑性,变形,能力的指标,冷弯性能,由,冷弯试验,确定,19,第二章 钢结构的材料,2.3,钢材的主要性能,钢材物理性能指标,弹性模量,泊松比,剪变模量,线膨胀系数,质量密度,20,附,2,：拉伸试件,21,附,3,：冲击韧性试验,22,附,4,：冷弯试验,23,第二章 钢结构的材料,2.4,各种因素对钢材主要性能的影响,一、化学成分,2.4,各种因素对钢材主要性能的影响,普通碳素钢,中,Fe,占,99%,，,其他,杂质元素占,1%,普通低合金钢,中有,5%,的合金元素碳（,C,）：,钢材强度的主要来源，但是随其,含量增加,，,强度增,加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。,一般,控制在,0.12,0.2%,，在,0.2,以下时，可焊性良好,硫（,S,）,：,热脆性,，不得超过,0.05%,磷（,P,）,：,冷脆性,。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。,不得超过,0.045,%,24,第二章 钢结构的材料,2.4,各种因素对钢材主要性能的影响,锰（,Mn,）：,合金元素。,弱脱氧剂,。与,S,形成,MnS,，,熔点为,1600,，可以消除一部分,S,的有害作用。,硅（,Si,）：,合金元素。,强脱氧剂,。,氧（,O,）,：,有害杂质，效果同,S,。,氮（,N,）,：,有害杂质，效果同,P,。,25,第二章 钢结构的材料,2.4,各种因素对钢材主要性能的影响,二、冶金缺陷,常见的,冶金缺陷,有,偏析,、,非金属夹杂,、,气孔,、,裂纹,等。,偏析,化学成分分布的不均匀程度。,三、加荷速度,1,材性试验要求,缓慢加载,2,要考虑,动荷载,对结构的,不利影响,加荷速度高,，钢材屈服点提高，呈,脆性,。因此，,26,第二章 钢结构的材料,2.4,各种因素对钢材主要性能的影响,四、钢材硬化,冷作硬化,当加载超过材料,比例极限,卸载后，出现,残余变形,，再次加载则,屈服点提高，塑性和韧性降低,的现象，也称“应变硬化”,应变时效,钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即,冷作硬化的同时可以加速时效硬化,，因此也称“人工时效”。,时效硬化,随时间的增长,，,碳和氮的化合物,从晶体中析出，使材料硬化的现象。,27,第二章 钢结构的材料,2.4,各种因素对钢材主要性能的影响,五、温度的影响,1.,正温范围,100,以内,对钢材性能,无影响,；,100,以上,随温度升高，总的趋势是,强度、弹性模量降低,，,塑性增大,250,左右,抗拉强度略有提高，塑性和韧性降低，脆性增,加,蓝脆现象,。该温度区段称为“蓝脆区”。,260,320,在应力不变的情况下，钢材以很缓慢的速度继续,变形,徐变现象,。,600,左右,弹性模量趋于零,，承载能力几乎完全丧失。,28,第二章 钢结构的材料,2.4,各种因素对钢材主要性能的影响,2.,负温范围,当温度,低于常温,时，钢材的,脆,性倾向随温度降低而增加,。,T,1,T,2,之间,温度转变脆性区,，冲击功急剧下降。而且不同的钢材其脆性转变区温度不同，必须通过试验确定。使用,温度必须高于,T,1,，,但不一定高于,T,2,29,第二章 钢结构的材料,2.4,各种因素对钢材主要性能的影响,六、应力集中的影响,构造缺陷,：构件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变等,应力集中,：由于构造缺陷，应力不均匀，力线变曲折，,缺陷处,有高峰应力,。,应力集中的危害：塑性降低，脆性增加,构造设计时应,避免截面突变和尖锐角,的情况七、厚度的影响,随着厚度的增加，钢材的,抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度,均下降,30,第二章 钢结构的材料,2.5,复杂应力作用下钢材的屈服条件,2.5,复杂应力作用下钢材的屈服条件,假定：,1.,材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单位体积,中积聚的能量来表达；,2.,当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形能,时，钢材即由弹性转入塑性。,弹性状态,塑性状态,平面应力,状态,梁的应力,状态,纯剪应力,状态,31,第二章 钢结构的材料,2.6,钢材的疲劳,2.6,钢材的疲劳,一、钢材疲劳破坏的特征,1.,概念,钢材的疲劳,钢材在,连续循环荷载,作用下，当,循环次数,达,到,某一值,n,时钢材的破坏,循环荷载,结构或构件承受的,随时间变化,的荷载,应力循环次数,n,结构或构件破坏时所经历的应力变化次数,应力幅,在,循环荷载,作用下，应力从最大到最小重复,一次为一次循环，,最大应力与最小应力之差,为应力幅。,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,n510,4,时，,应进行疲劳计算。,32,第二章 钢结构的材料,2.6,钢材的疲劳,同号应力循环,:,应力比,应力循环的形式,异号应力循环,:,应力比,（拉应力取正号，压应力取负号）,常幅疲劳荷载,所有应力循环中，应力幅保持常量。,变幅疲劳荷载,在应力循环过程中，应力幅是变量。,33,第二章 钢结构的材料,2.6,钢材的疲劳,2.,疲劳破坏的特点,（,1,）疲劳破坏时，应力,小于,材料,静力强度,；,（,2,）疲劳破坏属于,突然,的,脆性破坏,。,3.,疲劳破坏的过程,缺陷 微观裂纹 宏观裂纹 断裂,4.,影响疲劳强度的主要因素,（,1,）,应力幅,（,2,）,应力循环次数,n,材料内部缺陷,（,3,）,缺陷,构造缺陷（应力集中）,残余应力,34,第二章 钢结构的材料,2.6,钢材的疲劳,二、常幅疲劳计算,35,第二章 钢结构的材料,2.6,钢材的疲劳,三、变幅疲劳计算,重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架,的疲劳可作,为,常幅疲劳,，按下式计算：,吊车类别,重级工作制硬钩吊车（如均热炉车间夹钳吊车）,1.0,重级工作制软钩吊车,0.8,中级工作制吊车,0.5,吊车梁和吊车桁架欠载效应的等效系数,36,第二章 钢结构的材料,2.6,钢材的疲劳,疲劳计算时应注意的问题,1.,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,n510,4,时，应进行疲劳计算。,2.,疲劳计算采用,容许应力幅法，,荷载采用,标准值,。,3.,由于来源于试验，已考虑动力效应，计算时,不,再考虑,动力系数,。,4.,在应力循环中,不出现拉应力,的部位可不计算疲劳。,37,第二章 钢结构的材料,2.7,钢的种类和钢材规格,2.7,钢的种类和钢材规格,一、,钢的种类,1.化学成分,普通碳素钢,Q235,普通低合金钢,Q345,、,Q390,、,Q420,平炉 成本高，质量好（,6,小时,100t,左右）,氧气顶吹转炉 成本低，质量也可（,15,分钟,150t,）,2.,炉种,3.,脱氧程度,沸腾钢（,F,）,脱氧较差,镇静钢（,Z,）,脱氧充分,半镇静钢（,b,）,脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间,特殊镇静钢（,TZ,）,38,第二章 钢结构的材料,2.7,钢的种类和钢材规格,4.,质量等级,A,级：保证抗拉强度、屈服点和伸长率及硫、磷含量,B,、,C,、,D,级：保证抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击,韧性（分别为,20,、,0,、,-20,）及碳、硅、,锰、硫、磷含量,E,级：除满足,D,级的要求外，还要求,-40,时的冲击韧性,5.,钢材编号,碳素钢：,Q,质量等级（,A,D,）,脱氧程度（,F,，,b,）,低合金钢：,Q,质量等级（,A,E,）,如,Q235-AF,、,Q345-C,39,第二章 钢结构的材料,2.7,钢的种类和钢材规格,6.,钢材的选择,（,1,）结构或构件的重要性；,（,2,）荷载的种类（静荷载或动荷载）；,（,3,）连接方法（焊接或非焊接）；,（,4,）工作条件（温度，腐蚀等）,钢结构设计规范,（,GB50017-2003,）,规定：,承重结构,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,尚应具有碳含量的合格保证。,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,的合格保证。需要验算,疲劳,的,焊接结构,的钢材，应具有,常温或负温,冲击韧性,的合格保证。对需要验算,疲劳,的,非焊接结构,的钢材应具有,常温,冲击韧性,的合格保证。,40,第二章 钢结构的材料,2.7,钢的种类和钢材规格,二、钢材的规格,1.,热轧钢板,（,1,）工字钢,普通工字钢,20a,H,型钢,HW3003001015,T,型钢,TW1503001015,（,2,）,槽钢,32b,（,3,）,角钢,L12510,L1258010,（,4,）,钢管,4006,2.,热轧型钢,（,P321,，附录,7,型钢表）,41,3.,冷弯薄壁型钢,壁厚,1.5,5mm,第二章 钢结构的材料,2.7,钢的种类和钢材规格,42,钢结构设计原理,第三章,.,钢结构的连接,3.1,钢结构的连接方法,3.2,焊接方法和焊缝连接形式,3.3,角焊缝的构造与计算,3.4,对接焊缝的构造与计算,3.5,焊接应力和焊接变形,3.6,螺栓连接的构造,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,3.8,高强度螺栓连接的工作性能和计算,43,第三章 钢结构的连接,3.1,钢结构的连接方法,3.1,钢结构的连接方法,焊缝连接,铆钉连接,螺栓连接,焊接连接,应用最广泛,优点：,不削弱截面，方便施工，连接刚度大，密闭性好；,缺点：,材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感，疲劳性能差。,螺栓连接,应用较广泛,优点：,装拆方便，高强螺栓摩擦型连接的动力、疲劳性能较好。,缺点：,削弱了截面。,铆钉连接,已基本淘汰,优点：,传力可靠，塑性、韧性好，动力性能好。,缺点：,施工不便，费工费料。,44,第三章 钢结构的连接,3.2,焊接方法和焊缝连接形式,3.2,焊接方法和焊缝连接形式,电弧焊,一、,焊接方法,电弧焊、电阻焊、气焊,手工电弧焊,优点：方便，特别在高空和野外作业；,缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。,焊条：,E43,型,适用于,Q235,钢,E50,型,适用于,Q345,钢,(P307,，附表,1.2,）,E55,型,适用于,Q390,钢，,Q420,钢,其中,43,，,50,，,55,熔敷金属的最小抗拉强度，单位,不同钢种的钢材相焊接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条,45,焊机,导线,熔池,焊条,焊钳,保护气体,焊件,电弧,46,第三章 钢结构的连接,3.2,焊接方法和焊缝连接形式,2.,自动（半自动）埋弧电弧焊,优点：质量好，效率高；,缺点：需要专用设备。,3.,气体保护焊,优点：质量好；,缺点：对环境要求高。,47,第三章 钢结构的连接,3.2,焊接方法和焊缝连接形式,二、,焊缝连接形式及焊缝形式,1.,焊缝连接形式,对接连接（用盖板的对接）、搭接连接、,T,形连接、角部连接,48,附,5,：对接,49,附,6,：搭接,50,附,7,：,T,型连接,51,第三章 钢结构的连接,3.2,焊接方法和焊缝连接形式,2.,焊缝形式,焊缝：对接焊缝、角焊缝,正,对接焊缝：焊缝,垂直,于力线,对接焊缝,斜,对接焊缝：焊缝,倾斜,于力线,正面,角焊缝：焊缝,垂直,于力线,角焊缝,侧面,角焊缝：焊缝,平行,于力线,斜,角焊缝,:,焊缝,倾斜,于力线,按,受力方向划分,52,第三章 钢结构的连接,3.2,焊接方法和焊缝连接形式,按沿,长度方向的布置划分,角焊缝：连续角焊缝、间断角焊缝,按施焊位置划分,平焊、横焊、立焊、仰焊,平焊,立焊,横焊,仰焊,53,第三章 钢结构的连接,3.2,焊接方法和焊缝连接形式,三、,焊缝缺陷和焊缝质量检验,1.,焊缝缺陷,裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑,、气孔,等,2.,焊缝质量检验,一级：外观检查、超声波检验、,X,射线检查,二级：,外观检查、超声波检验,三级：外观检查,54,55,第三章 钢结构的连接,3.2,焊接方法和焊缝连接形式,四、,焊缝的,标注方法,56,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,一、,角焊缝的形式和强度,3.3,角焊缝的构造与计算,按截面形式划分,直角角焊缝,角焊缝,斜角角焊缝,角焊缝的,焊脚尺寸,角焊缝的,计算厚度（有效厚度）,，,角,焊缝一般用直角角焊缝。夹角 的斜角,角焊缝，,不宜,用作受力焊缝（钢管结构除外）,57,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,按受力方向划分,正面角焊缝,：焊缝轴线,垂直于,力线,1,）应力状态复杂，存在正应力和剪应力，应力分布很不均匀,2,）三种破坏情况，,ab,面剪断、,ac,面拉断、,ao,面开裂,3,）破坏强度高，塑性差,58,B.,正面角焊缝的破坏形式,59,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,2.,侧面角焊缝,：,焊缝轴线,平行于,力线,1,）主要受剪，剪应力分布不均匀，两端大，中间小，焊缝越长,剪应力分布越不均匀,2,）剪断面常在,45,o,斜截面,上,3,）强度低，但塑性好,正面角焊缝的强度是侧面角焊缝强度的1.35,1.55,倍,3.,斜角角焊缝,：,焊缝轴线,倾斜于,力线,60,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,二、,角焊缝的构造,要求,1.,最小焊脚尺寸,注：对,埋弧自动焊,，最小焊脚尺寸可,减小,1mm,；对,T,形连接的,单面角焊缝,，应,增加,1mm,。,当,焊件厚度,4mm,时，最小焊脚尺寸应,与焊件厚度相同,。,焊脚尺寸过小，会在焊缝金属中由于冷却速度快而产生,淬硬组织。,2.,最大焊脚尺寸,焊脚尺寸过大，易使母材形成“过烧”现象，使构件产生翘曲、变形和较大的焊接应力。,61,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,对于贴边焊,3.,角焊缝的最小计算长度焊缝焊脚尺寸大而长度较小时，焊件局部加热严重且起落弧的,弧坑相距太近，以及可能产生的缺陷，使焊缝不够可靠。此外，焊缝集中在一很短距离，焊件的应力集中也较大。,62,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,4.,侧面角焊缝的最大计算长度,侧面角焊缝沿长度方向受力不均匀，两端大中间小，所以一般,均规定其最大计算长度。,注：若内力沿角焊缝,全长分布,，则计算长度,不,受此限,注意,：焊脚尺寸和焊缝计算长度,取,mm,的整数，小数点以后,都进为,1,。,63,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,5.,搭接连接的构造要求,为了避免应力传递的过分弯折,而使构件中应力不均匀,仅有两条侧面角焊缝时,为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲太大,64,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,2,）仅有正面角焊缝时,为了减少收缩应力以及因偏心在钢板与连接件中产生的次应力,3,）围焊的,转角处,必须,连续施焊。,非围焊时，可在构件转角处作,长度为 的,绕角焊,65,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,焊缝实际长度 取为,5mm,的倍数，如,192mm,取为,195mm,，,196mm,取为,200mm,。,66,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,三、直角角焊缝强度计算的基本公式,有效截面,：,作用在焊缝有效截面上的应力：,角焊缝的,通用计算公式,67,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,角焊缝的,基本计算公式,角焊缝的基本计算公式,68,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,计算步骤,（,4,）,区分,正面角焊缝,受力和,侧面角焊缝,受力，视,荷,载种类,(,静荷或动荷）代入角焊缝的基本计算公,式进行计算。,（,1,）求出,同一平面,焊缝群的,形心,（,2,）将荷载向,形心,简化，找出,最不利位置,（,3,）分别求出,各荷载分量,在最不利位置产生的,应力,69,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,四、各种受力状态下直角角焊缝连接的计算,1.,承受轴心力作用,(1),用盖板的对接连接,70,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,例,3-1,双盖板对接连接的角焊缝计算,条件：已知钢板截面为,25014,，,盖板截面为,219010,，,承受,轴心静力荷载设计值,700kN,，,钢材为,Q235,，,焊条为,E43,型，,手工焊。,要求：设计此盖板。,解：确定角焊缝的焊脚尺寸,190,25,25,10,71,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,1,）采用侧面角焊缝,190,25,25,10,用双盖板，接头一侧共有四条角焊缝，,每条焊缝所需的计算长度为：,72,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,2,）采用三面围焊,正面角焊缝所能承受的内力为：,190,25,25,10,73,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,(2),承受,斜向,轴心力,74,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,(3),承受轴心力的,角钢角焊缝,计算,1,）三面围焊,75,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,2,）两面侧焊,:,76,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,3,）,L,形围焊,:,77,附,8,：角钢与节点板的连接,78,140,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,例,3.2,如图所示，双角钢,2L1409010,和节点板用直角角焊缝连接，钢材为,Q345,钢，焊条,E50,型，手工焊，采用两面侧焊缝连,接，肢背、肢尖的焊缝长度 均为,300mm,，,焊脚尺寸 为,8mm,，,试问在轴心力设计值,N,=1200KN,作用下，此连接焊缝是否能满足强度要求？若不能则应采用什么措施，且如何验算？,79,80,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,81,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,82,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,83,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,2.,承受弯矩、轴心力和剪力联合作用的角焊缝连接计算,A,B,84,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,A,B,85,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,150,150,100,86,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,150,150,100,87,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,88,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,3.,围焊缝承受剪力和扭矩作用时的计算,假定,：（,1,）构件是完全刚性的，角焊缝处于弹性状态；,（,2,）角焊缝群上任意一点的应力方向垂直于该点与形心,的连线，且应力大小与连线长度,r,成正比。,89,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,90,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,91,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算92,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,400,80,20020,10020,10,截面特性计算,截面积,：,上、下翼缘及腹板截面积之和,中和轴（形心）位置,：,按全截面对某轴的面积,矩等于各块板分别对该轴的面积矩之和求得。,惯性矩,：,各板块自身惯性矩再加上各板块面积乘以板块中心至,中和轴距离的平方。,93,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,400,80,20020,10020,10,各点抵抗矩,：,惯性矩除以该点至中和轴的距离。,各点面积矩,：,该点以上（或以下）的截面积对中和轴的面积矩。,如按,b,点以下面积矩计算，,中和轴以上部分取负值，以下部分取正值94,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,300,200,200,5.6,300,5.6,5.6,200,95,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,300,200,200,5.6,300,5.6,5.6,200,96,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,300,200,200,5.6,300,5.6,5.6,200,97,第三章 钢结构的连接,3.3,角焊缝的构造与计算,问题：,图,1,中应验算,点的角焊缝强度？,图,2,中应验算,点的角焊缝强度？,98,第三章 钢结构的连接,3.4,对接焊缝的构造与计算,3.4,对接焊缝的构造与计算,一、对接焊缝的构造,用引弧板焊接,对接焊缝的坡口形式,钢板的拼接,4mm,99,附,10,：带引弧板的对接焊缝连接,100,第三章 钢结构的连接,3.4,对接焊缝的构造与计算,二、焊透的对接焊缝的计算,对接焊缝是焊件截面的组成部分，焊缝中的应力分布情况与焊件的情况相同，其计算方法与构件的强度计算一样。,1,、轴心受力的对接焊缝计算,（,1,）正对接焊缝,通过一、二级检验的对接焊缝的强度可以认为与母材等强度，连接不必验算,101,第三章 钢结构的连接,3.4,对接焊缝的构造与计算,（,2,）斜对接焊缝,如果用正对接焊缝不能满足强度要求，,可采用斜对接焊缝。,102,第三章 钢结构的连接,3.4,对接焊缝的构造与计算,2.,承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝,分别验算,最大正应力,和,最大剪应力,，对于同时受有较大正应力和,较大剪应力处，还应验算,折算应力,。,103,第三章 钢结构的连接,3.4,对接焊缝的构造与计算,104,第三章 钢结构的连接,3.4,对接焊缝的构造与计算,105,第三章 钢结构的连接,3.4,对接焊缝的构造与计算,106,第三章 钢结构的连接,3.4,对接焊缝的构造与计算,107,第三章 钢结构的连接,3.4,对接焊缝的构造与计算,问题：,图,1,图,2,图,1,、图,2,所示的对接焊缝截面，强度验算应分别验算哪些点？,最大正应力验算：图,1,点，图,2,点。,最大剪应力验算：图,1,点，图,2,点。,折算应力验算：图,1,点，图,2,点。,108,第三章 钢结构的连接,3.5,焊接应力和焊接变形,3.5,焊接应力和焊接变形,2.,特点：,焊接应力是,自相平衡,的。,一、焊接应力产生的原因和特点,原因：,焊接过程中存在,不均匀,的温度场和局部高温，焊缝和,焊缝附近的钢材,不能自由地膨胀和收缩,，受到约束而,产生焊接应力。,109,第三章 钢结构的连接,3.5,焊接应力和焊接变形,2.,降低构件的刚度,二、焊接应力对结构性能的影响,对强度无影响：,+,-,-,110,第三章 钢结构的连接,3.5,焊接应力和焊接变形,4.,降低构件的疲劳强度,3.,降低构件的稳定承载力5.,加剧低温冷脆,1,构件不平整，安装困难,2,变轴心受力构件为偏心受力构件,三、焊接变形对构件工作性能的影响,111,第三章 钢结构的连接,3.5,焊接应力和焊接变形,1,设计方面,四、减少焊接应力和焊接变形的措施,（,1,）对称布置焊缝，减小变形,（,2,）焊缝不宜过于集中，,不要出现三向交叉焊缝,（,3,）注意施焊方便，以保证焊接质量,2,制造方面,（,1,）焊前预热,（,2,）焊后热处理,（,3,）焊后机械校正,（,4,）合理施焊顺序,（,5,）焊前反变形,112,第三章 钢结构的连接,3.6,螺栓连接的构造,3.6,螺栓连接的构造,3.,施工要求,：螺栓间距不能太近，满足净空要求便于安装,2.,构造要求,：螺栓间距不能太大，避免压不紧潮气进入导致腐蚀,1.,受力要求,螺栓或铆钉的,最大、最小容许距离,见,P52,，表,3.43.7,螺栓及其孔眼图例见,P29,，表,3.3,113,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,普通螺栓按加工精度可分为：,1.,粗制螺栓（,C,级）,优点,：安装简单，便于拆装,缺点,：螺杆与钢板孔壁不够紧密，传递剪力时，连接变形较大。,宜用于,承受拉力,的连接中，或用于,次要结构,和,可拆卸结构,的受剪,连接及安装时的,临时固定,。,2.,精制螺栓（,A,、,B,级）,优点,：受力性能好,缺点,：安装费时费工，且费用较高。,目前建筑结构中已较少使用。,114,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓杆,垂直于,力线,按受力情况分为 拉力螺栓（抗拉螺栓）：螺栓杆,平行于,力线,既受剪又受拉的螺栓,抗剪连接,板件之间有,相互错动,的趋势,抗拉连接,板件之间有,相互脱开,的趋势,115,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,一、,普通螺栓的抗剪连接,（,1,）单个螺栓的受剪工作性能,4,）,弹塑性阶段,（,3,4,）：,连接的剪切变形迅速增大，直至破坏。,1.,抗剪连接的工作性能,1,）,弹性阶段,（,0,1,板件间相互挤压，靠摩擦阻力传力；,2,）,滑移阶段,（,1,2,）：,摩擦阻力被克服后，板件间产生滑移，栓杆与孔壁相接触，,滑移量取决于栓杆与孔的间距；,3,）,栓杆直接传力的弹性阶段,（,2,3,）：,螺栓杆既受剪又受弯，孔壁受到挤压；,116,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,（,2,）受剪螺栓的破坏形式,1,）栓杆被剪断,2,）钢板被挤压破坏（螺栓承压破坏）,3,）钢板被拉断,4,）钢板被剪坏,5,）杆身弯曲破坏,117,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,（,3,）针对以上破坏形式，应采取以下措施,1,）通过计算保证螺栓抗剪,2,通过计算保证螺栓抗挤压,3,）通过计算保证板件有足够的拉压强度,4,）螺栓端距,避免钢板被拉豁,118,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,2.,抗剪连接的计算,（,1,）单个普通螺栓的抗剪承载力,在普通螺栓受剪的连接中，单个普通螺栓的承载力设计值应取抗剪承载力和承压承载力设计值中的,较小值。,单个普通螺栓的,抗剪,承载力设计值,单个普通螺栓的,承压,承载力设计值,119,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,（,2,）普通螺栓群的抗剪连接计算,1,）普通螺栓群,轴心受剪,120,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,普通螺栓群,轴心受剪,的计算流程,121,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,340,122,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,120,120,50,50,340,123,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,2,）普通螺栓群,偏心受剪,124,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,125,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,126,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,127,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,普通螺栓群,偏心受剪,的计算流程,128,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,50,50,100,100,129,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,50,50,100,100,130,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,131,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,二、普通螺栓的抗拉连接,抗拉连接的工作性能,抗拉螺栓的工作特点,杠杆效应,由于被连接件的刚度不够，在螺栓中产生附加应力。,规范中考虑杠杆效应，降低了螺栓的抗拉强度，同时要求设计中应采取构造措施以减少不利影响。,抗拉螺栓连接中，外力使被连接件的,接触面互相脱离而使螺栓受拉，最后,螺栓杆被拉断而破坏。,132,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,2.,抗拉连接的计算,（,1,）单个普通螺栓的抗拉承载力,133,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,（,2,）普通螺栓群的抗拉连接计算,1,）普通螺栓群,轴心受拉,134,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,假定：,在弯矩作用下，板件绕,最边缘,的螺栓旋转；,每个螺栓受力大小与其到旋转中心的距离成正比。,2,）普通螺栓群,弯矩受拉,135,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,3,）普通螺栓群,偏心受拉,136,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,137,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,三、既受剪又受拉的普通螺栓连接,138,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,200,100,100,100,100,50,50,139,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,200,100,100,100,100,50,50,140,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,200,100,100,100,100,50,50,141,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,200,100,100,100,100,50,50,142,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,580=400,143,第三章 钢结构的连接,3.7,普通螺栓连接的工作性能和计算,580=400,144,第三章 钢结构的连接,3.8,高强度螺栓连接的工作性能和计算,3.8,高强度螺栓连接的工作性能和计算,一、高强螺栓的构造,优质碳素钢：,8.8,级,8.8S,材料,合金结构钢：,10.9,级（韧性差，只用一次）,10.9S,在摩擦阻力被克服后继续靠栓杆承受荷载，承载力高，连接变形,比摩擦型的大。,仅用于承受静力荷载和间接承受动力荷载结构中,的连接。,采用高强度钢材制作的螺栓称为高强螺栓。