1、1钢结构基本原理复习Design Principles of Steel StructureDesign Principles of Steel Structure1 SummarizeKey 1:What are the features of steel structure?(1)High strength of steel,light weight of structure（钢（钢材强度高，结构质量轻）材强度高，结构质量轻）(2)Isotropic material,high reliability（材质均匀，可靠（材质均匀，可靠度高）度高）(3)Convenient fabricati
2、on,quick erection（制作方便，（制作方便，施工快速）施工快速）(4)Good leakproofness（密闭性好）（密闭性好）(5)Heat-resistant but not refractory（耐热不耐火）（耐热不耐火）(6)Be corroded easily,maintained costly（易腐蚀，维（易腐蚀，维修费用大）修费用大）The structural limit stateKey 2:The Design Method of Steel Structurea.The ultimate limit states:The basic combination
3、 of load effects shall be considered and,if necessary,the accidental combination of load effects shall also be considered.b.The serviceability limit state:The load standard combination of steel structure design is only considered.Design Principles of Steel Structure1 Summarize(1)Higher fy and fu（有较高
4、的fy 和 fu）(2)Good Plasticity and impact toughness（有良好的塑性和冲击韧性）(3)Good machinability（有良好的加工性能）(4)Good adaptability to working circumstance（对环境良好的适应能力）Design Principles of Steel Structure2 steel materialKey 1:The requirements of steel structure materialKey 2:Failure modes of steel structure material(1)
5、Plastic failure(塑性破坏塑性破坏)There is obvious deformation or collapse omen before failure.(2)Brittle failure(脆性破坏脆性破坏)There is little deformation or no warning before failure.(3)影响脆性破坏的因素化学成分、冶金质量、温度影响脆性破坏的因素化学成分、冶金质量、温度（低温）、冷作硬化、时效、应力集中、复杂应力。（低温）、冷作硬化、时效、应力集中、复杂应力。Design Principles of Steel Structure2
6、steel materialDesign Principles of Steel Structure2 steel materialKey 3:The main mechanical properties of steel(1)Strength fu,fy fu,fy,f(2)Plasticity 材料发生塑性变形而不断裂的性质(3)Cold bending performance钢材发生塑变时对产生裂纹的抵抗能力，是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标。(4)Impact toughness动力指标，钢材在断裂或塑变时吸收能量的能力，是强度与塑性的综合表现。(5)Weldability(6)Du
7、rability注：承重结构的钢材至少应保证注：承重结构的钢材至少应保证fu,fy,d d三项指标满足要求。三项指标满足要求。Key 4:(1)The influence of chemical composition(化学成分)C,Mn,Si,S(hot shortness),P(Cold shortness).(2)The influence of steel-making(钢材生产过程)(3)Temperature influence(温度)High and low Temperature(4)Hardening influence(硬化)f,d d,Akv(5)The influenc
8、e of stress concentration(应力集中)Design Principles of Steel Structure2 steel materialKey 5:Design Principles of Steel Structure2 steel material(1)疲劳破坏的特征：脆性破坏(2)影响因素：构件和连接的构造类型循环次数循环应力比应力幅残余应力Key 6:(1)(1)碳素碳素结构钢：结构钢：代表代表Q235Q235(2)(2)低低合金高强度钢：合金高强度钢：代表代表Q345Q345、Q390Q390和和Q420Q420(3)(3)钢材钢材的牌号：的牌号：例如例
9、如：Q235AQ235A、Q235BQ235B和和Q235CQ235C 有有何区别何区别(4)(4)型钢型钢(profiled steel):I-,H-,L-,T-,-shape.Design Principles of Steel Structure2 steel materialKey 1:The main types of connections(1)welded connections(焊缝连接焊缝连接)手工电弧焊、焊条与钢材适应手工电弧焊、焊条与钢材适应(2)bolt connections(螺栓连接螺栓连接)Common Bolts(refined bolts and crude
10、bolt)High-strength Bolts(friction-type and pressure-type)(3)rivet connections(铆钉连接铆钉连接)Design Principles of Steel Structure3 ConnectionsKey 2:Types of Welds(1)Groove welds(对接焊缝)坡口形式；引、落弧板；变厚度与变宽度的连接坡口形式；引、落弧板；变厚度与变宽度的连接标注方法：(2)Fillet welds(角焊缝)标注方法：(3)Strength and quality inspection of welding line（
11、焊缝质量检验与焊缝强度）Design Principles of Steel Structure3 ConnectionsKey 3:Details of fillet welding lineDesign Principles of Steel Structure3 Connections部位项目构造要求备注焊脚尺寸hfmaxmin焊缝计算长度lwmaxmin板端部与节点板仅用两侧面角焊缝长度距离搭接连接长度板件hft,t6mm边缘hft-(12)mm,t6mmhf1.2t1(钢管构件除外)t1为较薄焊件厚度，t为板边角焊缝的板件厚度 25.1thf；当t24，hf=t2t2为较厚焊件。自动
12、焊可减1mm；单面T形焊应加1mm 60flhmax 8,40flhmm若超出限值，则超出部分在计算中不考虑。内力沿侧缝全长均匀分布者不限 wlbt1为较薄焊件厚度，lw为每条侧面焊缝的长度，b为两条侧面焊缝之间的距离b16t1,当t112mmb190mm,t112mm1max 5,25Ltt1为较薄焊件厚度1 1、轴心力作用下、轴心力作用下Ne1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2)213(2)203(2322311 NNkNNNkN)193(33 wffefbhN Key 4:Calculations of Fillet weldsDesign Principles of S
13、teel Structure3 Connections受力分析：受力分析：Ne1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2)153()143(222111 wfewfwfewffhlNfhlN 校核校核:1 1、轴心力作用下、轴心力作用下例题详见作业。例题详见作业。Key 4:Calculations of Fillet weldsDesign Principles of Steel Structure3 Connections2 2、N N、M M、V V共同作用共同作用NeNx xNy y2wl2wlMANxNxM MNyNy 2,6weewxAflhMhlN ewyAfhlN ,
14、wfAffAff 2,2,h he eh he et tKey 4:Calculations of Fillet weldsDesign Principles of Steel Structure3 Connections(1)(1)焊接焊接应力产生原因：应力产生原因：不均匀加热与冷却不均匀加热与冷却(2)(2)焊接残余应力的类型：焊接残余应力的类型：(3)(3)对对结构性能的影响：结构性能的影响：静力强度：静力强度：无影响无影响 结构刚度：结构刚度：降低降低 稳定承载力：稳定承载力：降低降低 低温工作：低温工作：变脆变脆 疲劳强度疲劳强度：降低降低(4)(4)减小焊接残余应力、变形的设计和工
15、艺措施减小焊接残余应力、变形的设计和工艺措施:Key 5:The stress and deformation of weldsDesign Principles of Steel Structure3 Connections(1)(1)螺栓螺栓排列：排列：并列、错列并列、错列(2)(2)螺栓螺栓排列：排列：需要考虑受力、构造和施工要求需要考虑受力、构造和施工要求(3)(3)端端距要求：距要求：不应小于不应小于2d2d0 0(4)(4)中中距要求：距要求：最小中距最小中距3d3d0 0(5)(5)排列排列要求要求：参见规范参见规范Key 6:Details of bolts connectin
16、g Design Principles of Steel Structure3 Connections（1 1）螺栓杆被剪断）螺栓杆被剪断（2 2）孔壁的挤压破坏）孔壁的挤压破坏（3 3）板件被拉断）板件被拉断 以上破坏形式予以以上破坏形式予以计算计算解决解决Key 7:Strength failure of the shear boltDesign Principles of Steel Structure3 Connections（4 4）板件端部被剪断）板件端部被剪断（拉豁拉豁)（5 5）栓杆弯曲破坏栓杆弯曲破坏这这两两种种破破坏坏构构造造解解决决Key 7:Strength failu
17、re of the shear boltDesign Principles of Steel Structure3 Connections普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算FFN1F)373(1 nFNFbFNNmin1Key 8:Uniform shear of bolts groupDesign Principles of Steel Structure3 Connections普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算 )343(minmin bcbvbNNN，)323(42 bvvbvfdnN)333(bcbc ftdNKey 8:Unifo
18、rm shear of bolts groupDesign Principles of Steel Structure3 ConnectionsKey 9:The working performance of boltDesign Principles of Steel Structure3 Connections(1)普通受剪螺栓：从受力直至破坏经历四个阶段，由于它允许接触面滑动，以螺杆剪断或孔壁受压破坏的极限状态作为设计准则(2)普通受拉螺栓：以螺栓被拉断作为承载力极限状态(3)高强度螺栓：高强度螺栓在拧紧时，螺杆中产生了很大的预拉力，而被连接板件间则产生很大的预压力。连接受力后，由于接触
19、面上产生的摩擦力，能在相当大的荷载情况下阻止板件间的相对滑移。当外力超过了板间摩擦力后，板件间即产生相对滑动。高强度螺栓摩擦型连接是以板件间出现滑动为抗剪承载力极限状态；而承压型是允许板件产生相对滑移后螺栓受力，最后以螺栓被剪断或挤压破坏为抗剪承载力极限状态。(1)弯曲弯曲屈曲：屈曲：双轴对称工字型截面双轴对称工字型截面(2)扭转扭转屈曲：屈曲：双轴对称十字型截面双轴对称十字型截面(3)弯弯扭屈曲：扭屈曲：单轴对称单轴对称T T型截面型截面Key 1:Buckling modes of strut Design Principles of Steel Structure4 Axial forc
20、ed memberKey 2:Factors affecting column stability Design Principles of Steel Structure4 Axial forced member Effect of residual stress in member(焊接残余应力)Initial out-of-straightness(初弯矩)Accidental non-concentric loading(初偏心)Different End Conditions(端部约束不同)Key 3:Checking of Axial forced memberDesign Pri
21、nciples of Steel Structure4 Axial forced member（1）强度验算强度验算nNfA（2 2）刚度验算）刚度验算 max0maxilKey 3:Checking of Axial forced memberDesign Principles of Steel Structure4 Axial forced member（3 3）整体稳定验算）整体稳定验算fAN（4 4）局部稳定验算）局部稳定验算(100.1)235/ybft翼缘翼缘ywfth/235)5.025(0腹板腹板Key 3:Design principles of Axial forced m
22、emberDesign Principles of Steel Structure4 Axial forced member1）Equistability principle 双向等稳2）Width limb and thin wall 宽肢薄壁3）Manufacture saving of labor 制造省工4）Connect convenient 连接方便Key 1:Factor influencing Mcr Design Principles of Steel Structure5 Beams(1)EIy,GIt,EIw,Mcr.(2)Spacing of lateral suppo
23、rts in the compression flange of beam,l1,Mcr.(4)Loading position(a)on cross section:On top flange(a0),Mcr.(3)Loading pattern(5)The stronger restraint,Mcr.(6)Geometric parameter about asymmetric section(截面不对称几何特性截面不对称几何特性),By:enlarges the compression flange of beam,Mcr.Key 2:Situations not be needed
24、to cal.O.S.of beams Design Principles of Steel Structure5 Beams（1 1）有）有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其上并与其牢固连接牢固连接，能阻止受压翼缘侧向位移（截面扭转）时。能阻止受压翼缘侧向位移（截面扭转）时。（2 2）H H型钢或工字形截面简支梁型钢或工字形截面简支梁受压翼缘自由长度与其宽受压翼缘自由长度与其宽度之比度之比l l1 1/b/b1 1不超过表不超过表5.35.3所列数值时。所列数值时。（3 3）箱形截面简支梁的截面尺寸）箱形截面简支梁的截面尺寸h/bh/b0 06 6且且l l1 1/
25、b/b0 095(235/fy)95(235/fy)时。时。1.强度验算：强度验算：包括包括正应力、剪应力、局部压应力正应力、剪应力、局部压应力验算，对组合梁还要验验算，对组合梁还要验算翼缘与腹板交界处的算翼缘与腹板交界处的折算应力折算应力。(1)正应力正应力(2)剪应力剪应力vxxyftISV(3)局部压应力局部压应力cw zFft l(4)折算应力折算应力fcc12223ffWMRyxxxDesign Principles of Steel Structure5 BeamsKey 3:Checking of beams 2.刚度验算：刚度验算：均布荷载下等均布荷载下等截面简支梁截面简支梁x
26、xxxxEIlMEIlMEIql104853845224 标准荷载下梁的最大挠度标准荷载下梁的最大挠度 受弯构件的挠度限值，按表规定采用受弯构件的挠度限值，按表规定采用梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。Design Principles of Steel Structure5 BeamsKey 3:Checking of beams 3.整体稳定验算：整体稳定验算：(1)判断梁是否需要进行整体稳定验算。判断梁是否需要进行整体稳定验算。(2)如需要则按照梁的截面类型选择适当的计算公式计如需要则按照梁的截面类型选择适当的计算公式计算整体稳定系数
27、。算整体稳定系数。(3)不论哪种情况算得的稳定系数大于不论哪种情况算得的稳定系数大于0.60.6，都应采用修，都应采用修正公式进行修正。正公式进行修正。bxxMfW(4)采用公式验算整体稳定承载力是否满足要求。采用公式验算整体稳定承载力是否满足要求。0.1282.007.1bbDesign Principles of Steel Structure5 BeamsKey 3:Checking of beams 4.局部稳定验算：局部稳定验算：)对于焊接组合梁，翼缘可以通过限制板件宽厚比保对于焊接组合梁，翼缘可以通过限制板件宽厚比保证其不发生局部失稳。证其不发生局部失稳。)腹板则较为复杂，一种方法
28、是通过设置加劲肋的方腹板则较为复杂，一种方法是通过设置加劲肋的方法保证其不发生局部失稳；另一种方法是允许腹板法保证其不发生局部失稳；另一种方法是允许腹板发生局部失稳，利用其屈曲后承载力。发生局部失稳，利用其屈曲后承载力。Design Principles of Steel Structure5 BeamsKey 3:Checking of beams(1)The GB code provision about Layout of stiffenersDesign Principles of Steel Structure5 BeamsKey 3:The local stability of w
29、eb Longitudinal stiffeners:防止不均匀弯曲压应力作用防止不均匀弯曲压应力作用下局部失稳。下局部失稳。Short stiffeners:防止单边横向压应力作用下局部失稳。防止单边横向压应力作用下局部失稳。Bearing stiffeners:支承和传递集中力。支承和传递集中力。Transverse stiffeners:提高腹板的临界应力并作为纵提高腹板的临界应力并作为纵向加劲肋的支承，防止剪应力作用下局部失稳。向加劲肋的支承，防止剪应力作用下局部失稳。(2)The type and effect of stiffenerNMNM+Design Principles o
30、f Steel Structure5 Beam-columnsKey 1:Checking of beam-columns 1、压弯构件的强度、压弯构件的强度fWMANnxxxn2、压弯构件的刚度、压弯构件的刚度,maxmaxyxDesign Principles of Steel Structure5 Beam-columnsKey 1:Checking of beam-columns 2）实腹式压弯构件的整体稳定（）实腹式压弯构件的整体稳定（平面外稳定平面外稳定=弯扭失稳弯扭失稳）1）实腹式压弯构件的整体稳定（）实腹式压弯构件的整体稳定（平面内稳定平面内稳定=弯曲失稳弯曲失稳）mxxxx1
31、Ex1 0.8/xMNfAWN Ntxxybx1MNfAW3、实腹式压弯构件的整体稳定、实腹式压弯构件的整体稳定Design Principles of Steel Structure5 Beam-columnsKey 1:Checking of beam-columns 00w235(160.525)yhtf当当0 o1.6时时:当当1.6 o2.0时时:00w235(480.526.2)yhtf4、实腹式压弯构件的局部稳定、实腹式压弯构件的局部稳定翼缘稳定翼缘稳定腹板稳定腹板稳定yftb23513 Design Principles of Steel Structure5 Beam-columnsKey 1:Checking of beam-columns
