钢结构教学课件-基础知识.ppt

1、钢材的主要力学性能强度塑性冲击韧性冷弯性能可焊性Z向收缩率屈服强度fy 为设计依据抗拉强度fu为安全储备伸长率、断面收缩率衡量是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标 第三节第三节 钢材的主要力学性能钢材的主要力学性能f3ff223塑性破坏脆性破坏疲劳破坏破坏时有很大的塑性变形破坏突然、几乎不出现塑性变形没有明显变形的突然破坏原因：1、钢材质量差 2、结构、构件的构造不当 3、制造安装质量差 4、结构受较大动力荷载f只有正应力3ff 只有剪应力f223有正应力和剪应力二、钢材的破坏形式塑性破坏脆性破坏三、发生脆性破坏的原因 1、钢材质量差 2、结构、构件的构造不当 3、制造安装质量差 4、结构受较大

2、动力荷载钢材疲劳破坏的影响因素应力循环形式应力循环次数应力集中程度及残余应力反复荷载引起的应力种类（拉、压应力、剪应力等）应力幅（即最大应力和最小应力的差值）疲劳计算的条件直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，且当应力变化循环次数超过5万次。疲劳计算1、常幅疲劳计算例题：某承受轴心拉力的钢板（两侧为半自动切割）钢板承受重复荷载作用，预期循环次数n=5105，其容许应力幅为多少？1nC常幅疲劳容许应力幅2、变幅疲劳计算 焊缝连接形式和种类焊缝连接形式和种类按被连接钢材的相对位置分按被连接钢材的相对位置分按施焊的方位分按施焊的方位分按受力特点分按受力特点分角焊缝角焊缝对接焊缝对接焊缝Q23

3、5用E43Q345用E50wcwtwfftlN或不验验算焊缝强度可56.3 即1.5 tg当可时wtwvxxwcwtxfftIVSffIMy1 . 1322maxmaxmax或二、焊缝连接形式和种类二、焊缝连接形式和种类1 1、按被连接钢材的相对位置分：对接、搭接、按被连接钢材的相对位置分：对接、搭接、T T行连接、角接行连接、角接2 2、按施焊的方位分：平焊、立焊、横焊、仰焊、按施焊的方位分：平焊、立焊、横焊、仰焊3 3、按受力特点分：对接焊缝、角焊缝、按受力特点分：对接焊缝、角焊缝wcwtwfftlN或wtwvxxwcwtxfftIVSffIMy1 . 1332122maxmaxmax、或

4、、max5 . 1thfmm408且且ffhlffhl60min2 . 1 thffeehhh7 . 0焊角有效高度wffwefflhN同时作用和ff22fffwfwefflhNrwffwewfflhfNwewflhfN wffwefflhN22fffwfwefflhNwff021NNN02211eNeNNkNeeeNNkNeeeN2211212121 dt5de2bV2VbV4fdnN螺栓抗剪：bCbCftdN孔壁承压：bCbVbminv,;minNNN例题1：两截面为-14400mm的钢板，采用双盖板（厚度为7mm）和C级普通螺栓拼接，螺栓M20，钢板为Q235，求每个螺栓所能承担的最大剪

5、力。nNNdlvbmin,0115时：当nNNdlvbmin,0115时：当例题2：两截面为-14400mm的钢板，采用双盖板(厚度为7mm）和C级普通螺栓拼接，螺栓M20，钢材Q235，试计算该连接所能承担的最大拉力N。bV2VbV4fdnNbCbCftdNbCbVbminv,;minNNNnNNdlvbmin,0115时：当nNNdlvbmin,0115时：当nFNFi2iiTirrTN22iiiTixyxyTN22iiiTiyyxxTNbvTiyFiTixiNNNNNmin,22)()(btbtfANe单个螺栓抗拉承载力：2iiMiyyMNnNNi21(max)1iyMynNN025(m

6、in)5iyMynNNbtNN 1nNNdlvbmin,0115时：当nNNdlvbmin,0115时：当bvTiyFiTixiNNNNNmin,22)()(btNnN21(max)1iyMynNN025(min)5iyMynNN22iiiTixyxyTN22iiiTiyyxxTNiiyNeN 2iiiyyeNN5544332211yNyNyNyNyN12btt2bVNNNNVbCNnVNVnNNdlvbmin,0115时：当nNNdlvbmin,0115时：当bvTiyFiTixiNNNNNmin,22)()(btNnN21(max)1iyMynNN025(min)5iyMynNN22iii

7、TixyxyTN22iiiTiyyxxTN 2iiiyyeNN12btt2bVNNNNVbCNnVNVPnN9 . 0fbVPN8 . 0bt1bttbvvNNNNPNN8 . 0bttbV2VbV4fdnNbCbCftdNbCbVbminv,;minNNNPN8 . 0bt2 . 1/12btt2bVbcvVNNNNNNffANRyn il0强度、整体稳定、局部稳定强度、整体稳定、局部稳定刚度（控制长细比）刚度（控制长细比）ffANRyn稳定承载力（临界力）crN22lEINcr22EANcrcrffANRyn il022lEINcr22EANcrcr22EANcrcrRcrANRyycrf

8、ff稳定系数ywyfthftb235)5 . 025(235)1 . 010(H01腹板翼缘形截面轴心受压构件工字形、ywyftbthftb23540(23515001）或腹板自由外伸翼缘箱形截面轴心受压构件 il0ANf il0ffANRyn图示轴心受压构件，图示轴心受压构件，Q235Q235钢，截面无消弱，钢，截面无消弱，翼缘为轧制边。试验算该截面是否满足要求。翼缘为轧制边。试验算该截面是否满足要求。 150mm8760mm1025. 1mm1054. 22356 . 22 . 5120024748AIIQmlmlKNNyxyx钢材 试验算截面。钢材,150,6,10220,260345,

9、5 . 30 . 7,120021mmtmmtmmLmmBQmlmlKNNyx得到由长细比yyyyyilfANxfANy得到细比由换算长oxxxxxoxil长细比增大系数1227AAxox21271xAA2211x212xox中较大值）和oxy(7 . 0max140)(5.0max1且中较大值和oxy il0fANffANRynyyyil1227AAxox212xoxmax17 . 0405.0max1且 il0一一. .柱头的定义及作用柱头的定义及作用 柱头是指柱的顶部与梁（或桁架）连接的部分。其作用是将梁等上部结构的荷载传到柱身。 二、柱头的连接方式二、柱头的连接方式 （1）将梁连于柱侧

10、面的侧面连接 （2）将梁直接放在柱顶上的顶面连接 （1 1）将梁连于柱侧面的侧面连接）将梁连于柱侧面的侧面连接 N 承压承压1承压或焊缝垫板 顶板 2焊缝加劲肋 腹板 （2 2）将梁直接放在柱顶上的顶面连接）将梁直接放在柱顶上的顶面连接 N 承压承压1承压或焊缝垫板 顶板 2焊缝加劲肋 柱端缀板 3焊缝柱身三三. .柱脚的定义及作用柱脚的定义及作用 柱下端与基础相连的部分称为柱脚。柱脚的作用是将柱身所受的力传递和分布到基础，并将柱固定于基础。 1 1、梁主要是用作承受横向荷载的实腹式构件，主要、梁主要是用作承受横向荷载的实腹式构件，主要内力为弯矩与剪力。内力为弯矩与剪力。2 2、梁的截面主要分

11、型钢与钢板组合截面。、梁的截面主要分型钢与钢板组合截面。3 3、梁格形式主要有：简式梁格、普通梁格及复式梁格。、梁格形式主要有：简式梁格、普通梁格及复式梁格。4 4、梁的正常使用极限状态为控制梁的挠曲变形。、梁的正常使用极限状态为控制梁的挠曲变形。5 5、梁的承载能力极限状态包括：强度、整体稳定性及局、梁的承载能力极限状态包括：强度、整体稳定性及局部稳定性。部稳定性。pnxyxpWfMxIMynxyxeWfM塑性阶段：整个截面达到屈服塑性阶段：整个截面达到屈服弹塑性阶段：部分截面屈服弹塑性阶段：部分截面屈服nxpnxxexpFWWMM截面形状截面形状系数系数nxpnxxexpFWWMMxpxe

12、MMMmaxxexMMmax令Fx1塑性发展系数塑性发展系数xexMMnxyxWfMynxxfWMfWMnxxnxyxeWfMpnxyxpWfM抗弯强度验算抗弯强度验算 4848mm1026. 0mm1059. 0yxIIvwfItVS fltFzwc fltFzwcvwfItVSfWMWMnyyynxxxfcceq12223 fltFzwc fcceq12223vwfItVSfWMWMnyyynxxx某焊接工字形等截面简支楼盖梁，截面尺寸如下图所某焊接工字形等截面简支楼盖梁，截面尺寸如下图所示，无削弱。材料为示，无削弱。材料为Q345Q345钢。集中荷载设计值为钢。集中荷载设计值为P Pk

13、k=429kN=429kN，为，为间接动力荷载，均布荷载间接动力荷载，均布荷载q=1.35KN/mq=1.35KN/m，试计算该梁的强度。，试计算该梁的强度。 （I Ix x=230342cm=230342cm2 2,A=146cm,A=146cm2 2) )wItVStttttItMdzdGIM开口薄壁构件开口薄壁构件TMtMM某焊接工字形等截面简支楼盖梁，截面尺寸如下图所某焊接工字形等截面简支楼盖梁，截面尺寸如下图所示，无削弱。材料为示，无削弱。材料为Q345Q345钢。集中荷载设计值为钢。集中荷载设计值为P Pk k=400kN=400kN，为，为间接动力荷载，均布荷载间接动力荷载，均布

14、荷载q=1KN/mq=1KN/m，试计算该梁的强度。，试计算该梁的强度。47482mm1025. 1mm1054. 2mm8760yxIIAEIGIlIIlEIMtyycr22221。修正稳定系数时用公式当bb28. 56 . 0ybyxybbfhtWAh2354 . 414320212ybfhlbt 2355701fWMbxx整体稳定系数整体稳定系数fWMWMyyybxxfWMbxx 例题：某工字形截面焊接组合简支梁（Q345钢）， 在跨长三分点处布置次梁，如下图所示。次梁传来的计算集中力 ，不考虑梁自重，试验算该梁的整体稳定性。 442cm3660cm416000cm140yxIIA一、概

15、述一、概述1 1、同轴压构件一样，为提高梁的刚度与强度及整体稳定承载力，、同轴压构件一样，为提高梁的刚度与强度及整体稳定承载力，应遵循应遵循“肢宽壁薄肢宽壁薄”的设计原则，从而引发板件的局部稳定承载力的设计原则，从而引发板件的局部稳定承载力问题。问题。2 2、翼缘板受力较为简单，仍按限制板件宽厚比的方法来保证局部、翼缘板受力较为简单，仍按限制板件宽厚比的方法来保证局部稳定性。稳定性。3 3、腹板受力复杂，而且为满足强度要求，截面高度较大，如仍采、腹板受力复杂，而且为满足强度要求，截面高度较大，如仍采用限制梁的腹板高厚比的方法，会使腹板取值很大，不经济，一般用限制梁的腹板高厚比的方法，会使腹板取

16、值很大，不经济，一般采用加劲肋的方法来减小板件尺寸，从而提高局部稳定承载力。采用加劲肋的方法来减小板件尺寸，从而提高局部稳定承载力。图中：图中：1 1横向加劲肋横向加劲肋 2 2纵向加劲纵向加劲肋肋 3 3短加劲肋短加劲肋二、梁受压翼缘板的局部稳定二、梁受压翼缘板的局部稳定0 . 1不考虑塑性发展0 . 1考虑塑性发展yftb23513yftb23515三、梁腹板的局部稳定三、梁腹板的局部稳定时当ywfth235800时当ywyfthf235802351500时当ywyfthf235802351700时当ywfth2351500时当ywfth2351700按构造配横向加劲肋或不配加劲肋按构造配

17、横向加劲肋或不配加劲肋根据计算值配横向加劲肋根据计算值配横向加劲肋根据计算值配横向和纵向根据计算值配横向和纵向加劲肋加劲肋0025 . 0hah0cywfth235100005 . 2 ha 5 . 22cchh范范4 4、加劲肋可以成对布置于腹板两侧，也可以单侧布、加劲肋可以成对布置于腹板两侧，也可以单侧布 置，置， 支承加劲肋及重级工作制吊车梁必须两侧对称布置。支承加劲肋及重级工作制吊车梁必须两侧对称布置。5 5、加劲肋必须具备一定刚度，截面尺寸及惯性矩应满足、加劲肋必须具备一定刚度，截面尺寸及惯性矩应满足 一定的要求一定的要求6 6、横向加劲肋应按右图示切角，避免多向焊缝相交，、横向加劲

18、肋应按右图示切角，避免多向焊缝相交，产生复杂应力场。产生复杂应力场。7.支承加劲肋的计算支承加劲肋的计算 当加劲肋的端部刨平顶紧时当加劲肋的端部刨平顶紧时, ,应按下式计算端面承压应应按下式计算端面承压应力力: :cececefAFfMWxxmaxfMWxmax4 . 05222xxeWWhwwwwwthVthtmax2 . 1,5 . 3IVStTw111wffffhT17 . 021IfVSfThwfwff4 . 14 . 1111 1、拉弯与压弯构件实际上就是轴力与弯矩共同作用的构件，也、拉弯与压弯构件实际上就是轴力与弯矩共同作用的构件，也就是为轴心受力构件与受弯构件的组合，典型的三种拉

19、、压弯构就是为轴心受力构件与受弯构件的组合，典型的三种拉、压弯构件如下图所示。件如下图所示。2 2、同其他构件一样，拉、压弯构件也需同时满足正常使用及承、同其他构件一样，拉、压弯构件也需同时满足正常使用及承载能力两种极限状态的要求。载能力两种极限状态的要求。 承载能力极限状态：需满足强度、整体稳定、局部稳定的要求。承载能力极限状态：需满足强度、整体稳定、局部稳定的要求。3 3、截面形式：同轴心受力构件，分、截面形式：同轴心受力构件，分 实腹式截面与格构式截面实腹式截面与格构式截面正常使用极限状态：满足刚度要求。正常使用极限状态：满足刚度要求。第二节第二节 拉弯、压弯构件的强度与刚度计算拉弯、压

20、弯构件的强度与刚度计算一、强度验算一、强度验算弹性工作阶段：以边缘屈服为特征点（弹性承载力）弹性工作阶段：以边缘屈服为特征点（弹性承载力）弹塑性工作阶段：以塑性铰弯距为特征点（极限承载力）弹塑性工作阶段：以塑性铰弯距为特征点（极限承载力）fWMANnxxxnfWMWMANnyyynxxxn二、刚度二、刚度一般情况，刚度由构件的长细比控制，即：一般情况，刚度由构件的长细比控制，即： yx,maxmax第三节第三节 实腹式压弯构件的整体稳定实腹式压弯构件的整体稳定 实腹式压弯构件在轴力及弯距作用下，即可能发生实腹式压弯构件在轴力及弯距作用下，即可能发生弯矩作用平面弯矩作用平面内的弯曲失稳内的弯曲失稳，也可能发生，也可能发生弯矩作用平面外的弯曲扭转失稳弯矩作用平面外的弯曲扭转失稳（类似（类似梁）。两方面在设计中均应保证。梁）。两方面在设计中均应保证。一、弯矩作用平面内的整体稳定一、弯矩作用平面内的整体稳定fNNWMANExxxxmxx)8 . 01 (11fNNWMANExxxxmx)25. 11 (11二、弯矩作用平面外的稳定性二、弯矩作用平面外的稳定性fWMANxbxtxy1