钢结构知识要点.doc

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1、第一章 绪论1 钢结构的特点：1 轻质高强；2 塑性韧性好；3 材质均匀、各项同性、与力学假定吻合、计算结果精确可靠；4 制造简便、拆卸搬运方便、施工周期短；5 密闭性好、不渗漏；6 耐热性好、耐火性差；7 耐腐蚀性差。2 钢结构的应用范围：1 大跨度结构；2 重型工业厂房；3承受动力荷载或地震作用的结构；4高层建筑与高耸结构；5 道路桥梁结构；6 水利水工结构；7 轻型房屋钢结构；8 可拆卸、移动房屋及移动结构；9 建筑小品3 钢结构的结构形式：桁架结构 框架结构 网络结构 拱与拱架结构 板式结构 张拉结构4 钢结构的发展方向：1 高效能钢材的发展和应用；2 钢结构设计方法的改进；3 结构形

2、式的革新；4 钢结构的加工制造。5 塑性：承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力。塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保证。6 韧性：承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。韧性好说明材料具有良好的动力工作性能。7 极限状态：当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态称为结构的极限状态。8 承载能力极限状态：结构和连接的强度破坏、疲劳破坏和过度变形而不适于继续承载，结构和构件失稳、倾覆、变为机动体系。9 正常使用极限状态包括：影响正常使用或外观的变形、影响正常使用的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破坏等状态。（要求分别采用荷载的标准

3、组合、频遇组合和准永久组合，并使变形等不超过相应的规定限值。）10 可靠度：结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。用Ps表示。11 失效概率：结构不能完成预定功能的概率。用Pf表示。12 全概率设计法：对结构的各种基本变量均采用随机变量或随机过程来描述，对结构进行精确的概率分析，求得结构最优失效概率作为结构可靠度的直接度量。13 结构优化设计：以质量最轻和造价最低为目标，包括确定最优结构方案和最优截面尺寸。第二章 钢结构的材料1 钢结构对材料的要求：1 较高的抗拉强度fu和屈服点fy；2 较好的塑性、韧性；3 良好的工艺性能（冷、热加工，可焊性）；4 对环境的良好适应性。2 塑性

4、破坏：破坏前有明显的塑性变形，破坏过程长，断口发暗，可以采取补救措施。3 脆性破坏：破坏前没有明显的变形和征兆，破坏时的变形远比材料应有的变形能力小，破坏突然，断口平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。4 有屈服点钢材-曲线阶段：弹性阶段 弹塑性阶段 塑性阶段 应变硬化阶段 颈缩阶段5 钢材主要性能：1 单项均匀拉伸性能：弹性模量 剪切模量（屈服点 抗拉强度 伸长率 断面收缩率）2 冷弯性能：试件外表面有无裂纹和分层判断 3 冲击韧性6 单向拉伸时钢材的机械性能指标：屈服点 抗拉强度 伸长率 断面收缩率7 屈服点fy：应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力，它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计

5、值的重要指标。8 抗拉强度fu：应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材最大的抗拉强度。9 伸长率=（L L。）/ L。 10010 断面收缩率=（A。 A）/ A。10011 冷弯性能：衡量钢材在冷加工（常温）塑性变形时抵抗裂纹的能力。12 冲击韧性：衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。13 可焊性：指采用一般焊接工艺就可达到合格焊缝性能。具体变现为：施工上正常焊接工艺下，焊缝不出现裂纹；使用上焊缝力学性能不低于母材力学性能。14 影响钢材性能的主要因素：化学成分影响；冶炼、烧制、轧制过程及热处理的影响；钢材的硬化；温度

6、影响；应力集中影响；重复荷载作用影响；复杂应力作用下钢材的屈服条件。15 钢材化学成分：碳（C）：钢材强度的主要来源，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0.22%以下， 在0.2以下时，可焊性良好。硫（S）：有害元素，热脆性。不得超过0.05%。磷（P）：有害元素，冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。不得超过0.045%。锰（Mn）：合金元素。弱脱氧剂。与S形成MnS，熔点1600，可消除一部分S的有害作用。硅（Si）：合金元素。强脱氧剂。钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。氧（O）：有害杂质，与S相

7、似。氮（N）：有害杂质，与P相似。铜（Cu）：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影响。16 钢材生产过程：冶炼 浇注 轧制 热处理17 常见的冶金缺陷有：偏析（化学成分分布的不均匀程度） 非金属夹杂 气孔 裂纹等。18 常用脱氧剂：锰 硅 铝（钛） 逐渐增强19 薄钢板的优点：压制次数多的薄钢板缺陷少，比厚钢板强度高，塑性和冲击韧性好。20 热处理的目的：使钢材既获得高强度，又保持良好的塑性和韧性。21 热处理方式：正火（加热至850至900度 空气自然冷却） 回火（加热至650度 空气自然冷却） 淬火（加热至900度以上 放入水或油中快速冷却） 淬火+回火（调制处理）22 冷作硬化：当荷载超

8、过材料比例极限卸载后，出现残余变形，再次加载则比例极限（或屈服点）提高的现象，也称“应变硬化”。23 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。24 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”。25 低温冷脆：当温度低于常温时，钢材的脆性倾向随温度降低而增加，材料强度略有提高，但其塑性和韧性降低，该现象称为低温冷脆。26 应力集中：构件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，应力线变曲折，缺陷处有高峰应力。27 钢材的疲劳：在循环荷载（连续反复荷载）作用下，经过有限次循环，钢材发生破坏的现象，

9、称之为疲劳。【破坏的表现】：突然发生的脆性断裂。【机理】：是累积损伤的结果。缺陷微观裂纹宏观裂纹。【破坏的特征】：属于脆性破坏，截面平均应力小于屈服点。28 防止钢材的脆性破坏措施：合理的设计 正确的制造 正确的使用（对于设计工作，要适当选择材料和正确处理细部构造设计，也不能忽视制造工艺的影响，并提出使用期应注意的主要问题。）29 应力循环：构件截面应力随时间的变化。30 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。31 变幅循环应力的合理验算方法：将变幅应力谱按各应力幅出现的概率，根据线性积累损伤原理，找出应力幅为常数的等效应力幅，然后按常幅

10、疲劳验算。32 缺陷种类：材料内部缺陷 构造缺陷（应力集中） 残余应力33 注：一、疲劳强度计算用容许应力幅法，荷载应采用标准值，不考虑荷载分项系数和动力系数，而且应力按弹性工作计算。二、在完全压应力（不出现拉应力）循环中，裂纹不会继续发展，故规范规定此种情况可不予验算。三、根据试验，可认为，疲劳容许应力幅与钢种无关。34 钢材按脱氧程度分类： 沸腾钢 半镇静钢 镇静钢 特殊镇静钢35 钢的种类：碳素结构钢 低合金高强度结构钢36 钢材选用原则：结构的重要性 荷载情况 连接方法 工作条件 钢材厚度37 钢材规格：热轧钢板 热轧型钢（角钢 工字钢 槽钢 H型钢 T型钢 钢管） 薄壁型钢第三章 钢

11、结构的连接1 钢结构的连接原则：安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便、节约钢材。2 钢结构的连接方式：焊缝连接 镏钉连接 螺栓连接3 焊缝连接 优点：不削弱截面，方便施工，易于自动化操作，连接刚度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感，低温冷脆。4 常用焊接方法：手工电弧焊 埋弧焊（自动或半自动）气体保护焊 电阻焊5 铆钉连接 优点：连接刚度大，塑性和韧性好，传力可靠，适于直接承受动力荷载；缺点：用钢量多，对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，施工速度慢。6 普通螺栓连接 优点：施工简单、拆装方便。缺点：用钢量较多，适用于安装连接和需要经常拆装的结构。7 高强度螺栓连接：与普通螺

12、栓连接的区别：材料强度高，施工时给螺栓杆施加很大的预拉力。分为摩擦型：以摩擦力被克服作为承载能力的极限状态，承受动力荷载。承压型：以螺栓杆被剪坏和孔壁承压破坏作为承载能力的极限状态，不直接承受动力荷载。8 焊接连接形式：平接 搭接 T型连接 角部连接9 焊缝形式：对接焊缝（正 斜 T型） 角焊缝（正面角焊缝长度方向与力垂直，侧面角焊缝长度方向与力平行）10 焊缝按分布不同分为：连续角焊缝 断续角焊缝11 焊缝按施焊位置分为：平焊（俯焊） 立焊 横焊 仰焊12 焊缝缺陷分为：热裂纹 冷裂纹 气孔 烧穿 夹渣 根部未焊透 边缘未融合 焊缝层间未融合 咬边 焊瘤13 焊缝质量检查：外观检查（检查外观

13、缺陷和几何尺寸） 内部无损检验（检验内部缺陷 超声波 磁粉检验 荧光检验等）13 引弧板作用：对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去2t1，t1较薄焊件厚度。13.5 对接焊缝分为：焊透 部分焊透 （动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受力方向的连接焊缝；）14 角焊缝的形式：直角角焊缝 斜角焊缝15 焊接残余应力：由焊缝冷却收缩受到阻止引起的应力16焊接残余应力的分类：A、纵向焊接残余应力沿焊缝长度方向 B、横向焊接残余应力垂直于焊缝长度方向 C、沿厚度方向的焊接残余应力 D、约束状态下产生的焊接残余应力。

14、17 焊接残余应力对结构的影响：1 对结构静力强度：没有影响；2 对结构刚度：增大了结构的变形，即降低了结构的刚度；3 对于轴心受压构件：焊接残余应力使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力；4 对低温冷脆：对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力，限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向，故降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要措施；5 对疲劳强度：在焊缝及其附近主体金属焊接残余拉应力通常达到钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响。18 焊接残余变形原因：由焊缝及其周围不均匀热胀冷缩引起19 焊接残余变形包括：纵

15、向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、扭曲变形 20 减小焊接残余应力和焊接变形的措施：1、设计上的措施（1）焊接位置的合理安排（2）焊缝尺寸要适当（3）焊缝数量要少，且不宜过分集中（4）应尽量避免两条以上的焊缝垂直交叉（5）应尽量避免母材在厚度方向的收缩应力。2、加工工艺上的措施（1）采用合理的施焊顺序（2）采用反变形处理（3）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理。21 螺栓分类：普通螺栓 高强度螺栓（大六角头螺栓 扭剪型螺栓）22 螺栓的排列：并列（简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构件截面削弱大） 错列（排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截面削弱小）23 螺栓排列要求：（1）受力要求：

16、顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，端距不能太小，端距应不小于2d0；垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、截面削弱过多而降低承载力，螺栓的中距不能太小；对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，中距不能太大。（2）构造要求：螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。（3）施工要求：为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。24 普通螺栓抗剪连接破坏形式：螺栓杆被剪坏 孔壁的挤压破坏 板件被拉断 板件端部被剪坏(拉豁) 栓杆弯曲破坏25 高强度螺栓按受力特征分类：摩擦型高强度螺栓通过板件间摩擦力传递内力，破坏准则为克服摩擦

17、力；承压型高强度螺栓受力特征与普通螺栓类似。26 高强度螺栓预拉力的建立方法：转角法 扭矩法 扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）27 高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强度确定的，并考虑了以下修正系数：1 考虑材料的不均匀性的折减系数0.9；2 为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.9；3 考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数1.2；4 附加安全系数0.9。第四章 轴心受力构件1 轴心受力构件的应用：桁架 网架 塔架2 截面形式分为：实腹式 格构式（由两个或多个型钢肢件通过缀材连接而成）3 轴心受拉构件的失稳形式：弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲4 弯曲失稳：只发

18、生弯曲变形，截面只绕一个主轴旋转，杆纵轴由直线变为曲线，是双轴对称截面常见的失稳形式。5 扭转失稳：失稳时除杆件的支撑端外，各截面均绕纵轴扭转，是某些双轴对称截面可能发生的失稳形式。6 弯扭失稳：单轴对称截面绕对称轴屈曲时，杆件发生弯曲变形的同时必然伴随着扭转。7 轴心受压构件的破坏形式：截面强度破坏（发生在截面有较大削弱处或非常粗短的构件中） 构件整体失稳 构件中板件的局部失稳8 理想的轴心受压构件的假设：（1）杆件本身绝对直杆；（2）材料均匀、各向同性；（3）无偏心荷载，且在荷载作用之前无初始应力；（4）杆端为两端铰支。（无初偏心、无初弯曲、无残余应力、材料均匀、各向同性，荷载无偏心，两端

19、铰支的挺直压杆）9 理想轴心受压杆初始缺陷：力学（残余应力、材料不均匀等） 几何（初弯曲、初偏心等）9.5 残余应力产生的原因：焊接时的不均匀加热和冷却，如前所述；型钢热扎后的不均匀冷却；板边缘经火焰切割后的热塑性收缩；构件冷校正后产生的塑性变形。10 锯割法测量短柱残余应力：构件中残余应力的分布和数值可以通过先将短柱锯割成条以释放应力，然后就每条在应力释放后出现的应变直接计算确定。11 确定轴心受压构件临界应力的方法：（1）屈服准则：以理想压杆为模型，弹性段以欧拉临界力为基础，弹塑性段以切线模量为基础，用安全系数考虑初始缺陷的不利影响；（2）边缘屈服准则：以有初弯曲和初偏心的压杆为模型，以截

20、面边缘应力达到屈服点为其承载力极限；（3）最大强度准则：以有初始缺陷的压杆为模型，考虑截面的塑性发展，以最终破坏的最大荷载为其极限承载力；（4）经验公式：以试验数据为依据。12 丧失局部稳定：在均匀压力的作用下，当压力达到某一数值时，板件不能继续维持平面平衡状态而产生凸曲现象。而板件是构件的一部分，所以把这种屈曲现象称为丧失局部稳定。13 等稳原则：对于普通钢结构，一般要求：局部失稳不早于整体失稳，即板件的临界应力不小于构件的临界应力。14 设计柱头、柱脚原因：为了使柱子实现轴心受压，并安全将荷载传至基础。15 柱头、柱脚设计原则：传力明确、过程简洁、经济合理、安全可靠，并具有足够的刚度且构造

21、又不复杂。第五章 受弯构件1 梁按功能分：楼盖梁 平台梁 吊车梁 檩条 墙架梁2 梁按制作方法分：型钢梁 组合（截面）梁3 梁的截面形式：实腹式 空腹式 格构式（桁架） 异种钢组合梁 钢混凝土组合梁4 局部压应力 来源：由固定或移动的集中荷载F引起 位置：梁腹板与翼缘交界处5 提高梁局部承压强度的措施：对固定荷载设置腹板支撑加劲肋 对移动荷载增加腹板厚度6 剪力中心位置的特点：有对称的截面在对称轴上 两块板组成的截面在板的交点上7 扭转的产生：横向荷载未通过构件剪切中心，或有扭矩作用。8 扭转分类：自由扭转（纯扭转，圣维南扭转） 约束扭转（弯曲扭转）9 开口截面自由扭转特点：剪力分布在壁厚范围

22、内组成一个封闭的剪力流；剪应力的方向与壁厚中心线平行，大小沿壁厚直线变化，中心线处为零，壁内外边缘处为最大。闭口截面自由扭转特点：截面壁厚两侧的剪力方向相同；由于是薄壁，认为剪力沿厚度均匀分布，方向为切线方向。10 临界弯矩：梁维持其稳定平衡状态所承担的最大荷载或最大弯矩，称为临界荷载或临界弯矩。11 梁的临界弯矩Mcr建立基本假定：（1）弯矩作用在最大刚度平面，屈曲时钢梁处于弹性阶段；（2）梁端为夹支座（只能绕x轴，y轴转动，不能绕z轴转动，只能自由挠曲，不能扭转）；（3）梁变形后，力偶矩与原来的方向平行(即小变形)。12 影响梁整体稳定的因素：1 截面刚度的影响：侧向抗弯刚度EIy、抗扭刚

23、度GIt、抗翘曲刚度EIw越大，临界弯矩Mcrx越大；2 侧向支撑距离的影响：侧向支撑1越小，临界弯矩Mcrx越大；3荷载类型的影响；4 荷载作用位置的影响；5 受压翼缘的影响；6 支座位移约束程度的影响。13 型钢梁设计原则：强度、整体稳定、刚度要求、局压承载力，局部稳定一般均满足要求。14 组合梁截面选择原则：强度、稳定、刚度、经济性等要求。15 组合梁截面验算：1、强度验算：抗弯强度、抗剪强度、局压强度、折算应力；2、整体稳定验算；3、局部稳定验算，对于腹板一般通过加劲肋来保证；4、刚度验算；5、动荷载作用，必要时尚应进行疲劳验算16 梁的局部失稳：当荷载达到某一值时，梁的腹板和受压翼缘将不能保持平衡状态，发生出平面波形鼓曲，称为梁的局部失稳。17 提高梁腹板局部稳定的措施：加大腹板厚度 设置加颈肋18 屈后强度：板屈曲后并不意味着破坏，而是部分区域退出工作，整个班仍有一定程度的承载力。19 板件局部稳定控制准则：不容许发生局部失稳（等稳定准则 强度准则 实际应力准则） 容许发生局部失稳（利用屈后强度）20 梁的支座三种形式：平板支座 弧形支座 绞轴式支座第六章 拉弯和压弯构件压弯构件平面内整体稳定计算方法：极限承载力准则 边缘屈服准则。梁与柱的连接：铰接（只受梁端的竖向剪力，夹角可以自由改变）、半钢接（受一定程度约束）、钢接（竖向剪力 弯矩 夹角不变）