十一章+钢结构的特...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,*,*,*,二、钢结构的特点,一、优点,材质均匀，和力学计算的假定比较符合。,强度高，重量轻。,塑性和韧性好，具有良好的抗震性能。,工业化程度高，工期短。,密封性好。,二、缺点,造价相对较贵,耐锈蚀性差,耐火性差,第二节 钢结构的构件类型,轴心受力构件,受弯构件,拉弯构件和压弯构件,钢结构可能的破坏形式,结构的脆性断裂,结构的塑性破坏,结构的疲劳破坏,结构的损伤累积破坏,结构的整体失稳,结构和构件的局部失稳,结构的损伤累积破坏,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。,结构的整体失稳,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，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,结构或构件在保持整体稳定的条件下，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。,构件：受压柱、受弯梁,板件：受压翼缘、受压腹板,第六节 钢结构的连接,钢结构连接的基本方式,(,1),铆钉连接,螺栓连接,焊缝连接,钢结构的基本连接方式,钢结构连接的基本方式,(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,钢结构的基本连接方式,钢结构连接的基本方式,(,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,现代钢结构最基本的连接方式，应用最广泛,优点,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,钢结构连接的基本方式,(,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,螺栓连接的特点,钢结构连接的基本方式,(,5),优点,塑性、韧性好，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,钢结构连接的基本方式,(,6),栓钉将钢板与混凝土板连接起来,栓钉承受剪力,栓（焊）钉连接的特点,钢结构连接的基本方式,(,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,可采用射枪、铆枪等专用工具安装,射钉、自攻螺钉,的特点,钢结构连接的基本方式,(,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、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,基本连接方式对比,焊接连接形式及特性（,1,）,根据焊件相对位置,根据焊缝构造,根据焊缝连续性,根据施焊位置,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,焊接连接形式及特性（,2,）,用料经济，传力平稳，动力性能好,较厚的板需开剖口，费工,施工简便,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,焊接连接形式及特性（,3,）,间断焊缝,连续焊缝,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,焊接连接形式及特性（,4,）,俯焊,横焊,立焊,仰焊,质量好,质量一般,质量差,焊缝形式施焊方位,对接焊缝,的计算（,1,）,确定计算截面上的内力（荷载效应）,注意点：防止内力漏项,2.,确定焊缝质量检验等级,根据结构重要性、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,3.,确定焊缝强度设计值,抗拉强度,抗压强度,抗剪强度,4.,计算焊缝截面特性,截面面积,A,、惯性矩,I,、截面模量,W,、面积矩,S,等,5.,应力计算,6.,强度校核,计算步骤,对接焊缝,的计算（,2,）,直焊缝,引弧板,N,轴心拉力或压力,t,w,焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚）,l,w,焊缝计算长度，,有引弧板,l,w,L,，无引弧板,l,w,L,2t,（较小板厚）,对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度,焊缝应力验算,式中：,典型节点（,1,）焊缝轴心受力直缝,直缝,对接焊缝,的计算（,3,）,斜焊缝,焊缝应力,简化验算,l,w,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,）焊缝轴心受力斜缝,对接焊缝,的计算（,4,）,弯矩,M,剪力,V,平板梁,工字形梁,应力分布,应力分布,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,对接焊缝,的计算（,5,）,弯矩,M,剪力,V,梁柱连接处,柱牛腿处,a,t,w,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,典型节点（,3,）牛腿焊接弯矩、剪力作用,对接焊缝,的计算（,6,）,焊缝有效抗剪面积,，,整个焊缝截面的面积；,典型节点（,4,）牛腿焊接弯矩、剪力、轴力作用,角焊缝,的,构造,（,1,）,直角焊缝,斜角焊缝,角焊缝截面,（,1,）按,两焊角边夹角划分,除钢管结构外,对于,135o,或,6mm,时，,h,f,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,角焊缝,的,构造,（,5,）,（,3,）,最小焊脚尺寸,hf,min,角焊缝截面尺寸,式中,:,t,2,-,较厚焊件厚度。,当,t2,4mm,时,hf,min,=,t2,另,:,对于,自动埋弧焊,h,f,min,可减去,1mm;,对于,T,型连接单面角焊缝,hf,min,应加上,1mm;,角焊缝,的,构造,（,6,）,（,4,）,侧缝的最大计算长度,角焊缝截面尺寸,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！,角焊缝,的,构造,（,7,）,（,6,）,搭接连接的构造要求,角焊缝截面尺寸,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！,b,t,1,t,2,角焊缝,的,构造,（,8,）,（,6,）,搭接连接的构造要求,角焊缝截面尺寸,C,、角焊缝的端部位于构件转角处时，应作,2,hf,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，,且不得小于,25mm,。,b,2,h,f,t,1,t,2,角焊缝,的,构造,（,9,）,（,7,）,构造要求汇总,角焊缝截面尺寸,角焊缝,的受力特点（,1,）侧缝的应力状态,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,强度相对较低，塑性较好,破坏常发生在近似45,斜平面上,端焊缝,侧焊缝,角焊缝,的受力特点（,2,）,计算截面,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,f,h,f,h,e,有效截面,计算焊缝长度,l,w,每条连续焊缝的长度2,h,f,（每端扣,h,f,）,角焊缝的计算截面,h,f,h,e,hf,h,1,h,2,d,e,h-,焊缝厚度、,h,1,熔深,h,2,凸度、,d,焊趾、,e,焊根,角焊缝,的受力特点（,3,）,破坏面,试验公式,角焊缝的计算应力,N,y,N,x,=,f,h,e,l,w,45,O,45,O,h,f,角焊缝,的受力特点（,4,）,简化公式,f,端焊缝强度增大系数,f,直角焊缝,斜角焊缝,1.0,1.22 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,角焊缝的计算应力,角焊缝,的计算（,1,）,计算步骤,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-,n,hf,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、截面模量计算等,应力计算,强度校核,确定,焊缝（焊缝群）内力分析,角焊缝,的计算（,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,h,f,典型节点（,1,）,拼接板连接 ,承受轴力,N,作用,角焊缝,的计算（,3,）,验算,四周围焊,当焊缝受直接动力荷载时,：,由端焊缝,1,N,1,1,2,2,再验算侧焊缝,N,1,l,w1,N,2,，,l,w2,减小拼接板,角部应力集中,四周菱形围焊,简化验算 无论静载、动载,典型节点（,1,）,拼接板连接 ,承受轴力,N,作用,普通螺栓连接,的,构造,(,1),普通螺栓的分类,普通螺栓连接,的,构造,(,2),A,级,B,级区别：,仅尺寸不同，,A,级,d24，L 150mm,；,B,级,d24，L150mm,分类,钢材,强度,等级,孔径,d,0,与栓径,d,之差,(mm),加工,受力,特点,安装,应用,C,级,粗制,螺栓,普通,碳素钢,Q235,4.6,4.8,1.0 1.5,粗糙,尺寸不准,成本低,抗剪差,抗拉好,方便,承拉,应用多,临时固定,A,级,B,级,精制,螺栓,优质,碳素钢,45号钢,35号钢,8.8,0.30.5,精度高,尺寸准确,成本高,抗剪,抗拉,均好,精度,要求高,目前,应用,减少,I,类孔：,孔壁粗糙度小，孔径偏差允许,+0.25mm对应,A,、,B,级螺栓,II,类孔：,孔壁粗糙度大，孔径偏差允许,+1mm,，对应,C,级螺栓,普通螺栓的分类,普通螺栓连接,的,构造,(,3),受力要求,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,螺栓群的排列,普通螺栓连接,的,构造,(,4),螺栓最大和最小容许间距,螺栓群的排列,普通螺栓受力特点和设计承载力（,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,拉力螺栓,受力平行螺杆，螺杆承拉。,连接件有脱开趋势。,依据,受力,方式,剪力螺栓,拉力螺栓,普通螺栓的受力,普通螺栓受力特点和设计承载力（,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）,普通受剪螺栓的传力机理,螺栓安装拧紧后，在工作荷载的作用下，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，孔壁受压力作用，直至螺杆剪断或孔壁受压破坏,普通螺栓受力特点和设计承载力（,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,普通受剪螺栓的破坏模式,普通螺栓受力特点和设计承载力（,4,）,受拉螺栓的破坏模式,螺杆净截面达到设计承载力而被拉坏计算控制,螺纹滑牙破坏构造控制,普通螺栓受力特点和设计承载力（,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,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：,P,f,=N/,2,+V,刚度越小，,V,越大,N,N,撬力,加劲肋,拉力螺栓撬力的概念,高强度螺栓连接,的构造（,1,）,螺栓强度等级,螺栓采用钢材,8.8,级,45号钢，40,B,钢,10.9,级,20,MnTiB,钢，35,VB,钢,按,材质,分类,受力,特征,承载力,极限状态,安装孔,孔径,d,0,（,mm),应用,特点,摩擦型连接,外力达到最大摩擦力，有相对滑移的趋势,d0d1.5 2.0,剪切变形小，耐疲劳，动载下不易松动,承压型连接,外力超过最大静摩擦力，螺栓承剪，孔壁承压，发生相对滑移,d,0,d1.0 1.5,承载力比摩擦型大，剪切变形大，一般不用于直接动载情况,按,受力状况分类,高强度螺栓的分类,高强度螺栓连接,的构造（,2,）,螺栓,高强度螺栓,普通螺栓,材料,材质好，强度高,材质一般，强度低,传力方式,依靠连接板件摩擦传力,螺栓直接传力,变形,连接变形小，螺栓不易松动,连接变形大，螺栓易松动,安装,需专门扳手施加预拉力,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,高强度螺栓的传力机理,高强度螺栓连接,的构造（,3,）,剪力,N,变形,N,N,N,N,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,滑移后由螺杆承剪承压。,高强度螺栓的设计准则,高强度螺栓连接,的构造（,4,）,高强度螺栓设计预拉力,P（kN,）,摩擦系数,高强度,设计参数,