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1、1,钢结构基本原理复习,Design Principles of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第1章 绪 论,知识点1:钢结构的特点,1、强度高、塑性、韧性好,2、材质均匀其实际受力和力学计算假定较符合,3、重量轻,4、密闭性能好,5、钢结构制作简便，施工周期短,6、耐热但不耐火,7、耐腐蚀性差,8、低温冷脆倾向,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,1.概率极限状态设计法,知识点2:钢结构的设计方法,2.结构的极限状态,3.承载能力极限状态,4.正
2、常使用极限状态,5.设计表达式,第1章 绪 论,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,1.较高的抗拉强度和屈服点,知识点1:建筑用钢的要求,2.较高的塑性和韧性,3.良好的工艺性能,4.对环境良好的适应能力,第2章 材 料,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,知识点2:钢材的破坏形式,第2章 材 料,1、塑性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。2、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
3、机会补救。,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第2章 材 料,知识点3:钢材的主要性能,1、强度：屈服强度、极限抗拉强度2、塑性：伸长率 3、冷弯性能：判定钢材塑性和质量的综合指标4、冲击韧性：判定钢材强度和塑性的综合指标,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第2章 材 料,知识点4:碳素钢材应力应变曲线,钢材一次拉伸过程中可分为以下四个阶段：,1.弹性阶段,在曲线 OE 段，钢材表现为弹性，即应变随着应力的增加而增加，卸载后应变为零。其中 OA 段是一条斜直线(A 点为比例极限)。当
4、 fp 时，应力和应变成正比。当 fp(即 AE 段)时，曲线弯曲，应力应变呈非线性，但钢材仍具有弹性性质，弹性阶段终点 E 点为弹性极限fe。但由于残余应力的影响，f p 和 fe 非常接近，一般不加以区分。,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第2章 材 料,知识点4:碳素钢材应力应变曲线,钢材一次拉伸过程中可分为以下四个阶段：,2.弹塑性阶段,自弹性极限fe到屈服点 fy，钢材进入弹塑性阶段，即曲线 EC 段。此阶段应力应变呈曲线关系，弹性模量逐渐降到零。fe，变形包括弹性变形和塑性变形两个部分，塑性变形不会因荷载消失而消失，故又称为
5、残余变形或永久变形。,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第2章 材 料,知识点4:碳素钢材应力应变曲线,钢材一次拉伸过程中可分为以下四个阶段：,3.塑性阶段,随着变形的加快，曲线出现锯齿形波动，直到出现应力保持不变而应变仍持续增大的现象，这就是塑性阶段，即曲线CF段。相应的应力称为屈服点fy，此时钢材的内部组织纯铁体晶粒产生滑移，钢材表现为暂时失去承载能力。在开始进入塑性流动阶段时，曲线的波动较大，即出现上屈服点和下屈服点。上屈服点和试验条件有关，而下屈服点则对此不太敏感，因而以下屈服点作为屈服点。,钢结构设计原理 Design Prin
6、ciples of Steel Structure,第2章 材 料,知识点4:碳素钢材应力应变曲线,钢材一次拉伸过程中可分为以下四个阶段：,4.强化阶段,屈服阶段后，钢材内部晶粒重新排列，又恢复了承载能力，曲线有所上升，即曲线 FB 段。此阶段以塑性变形为主，曲线最高点 B 点对应的强度即为抗拉强度fu，这就是强化阶段，或称为应变硬化阶段。随后，在试件材料质量较差的地方，截面出现横向收缩变形即“颈缩”，截面面积开始显著缩小，塑性变形迅速增大，此时应力不断降低，应变却延续发展，直至试件断裂，此阶段对应的曲线为 BD 段。,钢结构设计原理 Design Principles of Steel St
7、ructure,第2章 材 料,知识点5:影响钢材性能的因素,1、化学成分：硫（热脆）、磷（热脆）2、钢材硬化：强度提高、塑性降低 3、温度影响：正温和负温影响趋势4、应力集中：钢材变脆5、反复荷载：疲劳破坏（脆性断裂）,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第2章 材 料,知识点6:钢的疲劳破坏,1、疲劳破坏：钢材在连续反复荷载作用下，虽然应力还低于极限抗拉强度，甚至低于屈服强度，仍会发生突然的脆性断裂。2、三个阶段：裂纹形成、裂纹缓慢扩展、迅速断裂3、影响疲劳破坏的因素：,应力种类、应力循环特征和应力幅、循环次数、应力集中,决定疲劳强度,
8、反复荷载作用存在拉应力有初始缺陷或存在应力集中,发生前提,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第2章 材 料,知识点7:钢的种类和规格,1、碳素结构钢：代表Q2352、低合金高强度钢：代表Q345、Q390和Q4203、钢材的牌号：例如：Q235-A、Q235-B和Q235-C,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第3章 连 接,知识点1:焊缝形式,1、焊接连接：手工电弧焊、焊条与钢材适应2、焊缝形式：对接焊缝、角焊缝3、焊缝等级：一级、二级和三级焊缝,钢结构设计原理 Design Pr
9、inciples of Steel Structure,第3章 连 接,知识点2:角焊缝的构造,1、最大焊脚尺寸：避免金属过热而产生较大的残余应力和残余变形2、最小焊脚尺寸：避免金属冷却过快，产生淬硬组织，母材开裂3、侧面角焊缝最大计算长度：60hf(静）、40hf(动）4、侧面角焊缝最大计算长度：不小于8hf和40mm,焊缝较小：焊件局部加热严重，起灭弧所引 起的缺陷相差太近，削弱焊缝质量。焊缝过长：会有较大的应力集中。,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,知识点4:抗剪型螺栓工作性能,第3章 连 接,摩擦传力的弹性阶段(01 段)滑移阶
10、段(12 段)栓杆传力的弹性阶段(23 段)弹塑性阶段(34 段),钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,知识点5:普通螺栓抗剪连接破坏形式,第3章 连 接,（1）螺栓杆被剪断（2）孔壁的挤压破坏（3）板件被拉断 以上破坏形式予以计算解决,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,知识点5:普通螺栓抗剪连接破坏形式,第3章 连 接,（4）板件端部被剪断（拉豁),（5）栓杆弯曲破坏,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,知识点6:普通螺栓与高强螺
11、栓,第3章 连 接,1、普通螺栓：靠螺栓杆自身的抗剪能力来抵抗外荷载2、高强螺栓：通过预压力所产生的摩擦力来抵抗外荷载,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第4章 轴 压,知识点1:轴心受力构件的强度和刚度,对于承载能力极限状态，轴心受拉构件只有强度问题，而轴心受压构件同时有强度和稳定问题。对于正常使用极限状态，两种构件都有刚度方面的要求，一般是通过限制其长细比来达到的。,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第4章 轴 压,知识点2:轴心受压构件的整体稳定,对于构件或结构，随着荷载的增加
12、，变形逐步增加，这样构件就有可能从稳定的平衡状态，经过临界平衡状态，进入不稳定的平衡状态，此时轻微的扰动将使结构或构件产生很大的变形而最后丧失承载能力，这种现象称为结构或构件失去稳定性。,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第4章 轴 压,知识点3:轴压构件的屈曲形式,1、弯曲屈曲：双轴对称工字型截面2、扭转屈曲：双轴对称十字型截面3、弯扭屈曲：单轴对称T型截面,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第4章 轴 压,知识点4:实际轴压构件的临界应力,实际轴压构件的临界应力：,理想轴心压杆的
13、弹性弯曲稳定临界力：,欧拉公式,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第4章 轴 压,知识点5:实际轴压构件的临界应力,工程中实际的轴心压杆与理想的弹性直杆有很大区别，杆件不可避免地存在诸如初弯曲、初偏心、残余应力以及材质不均匀等初始缺陷，导致杆件的稳定性与理想压杆有很大的区别。其中初弯曲、初偏心称为几何缺陷，材质不均匀导致的截面各部分屈服强度不一致和残余应力为力学缺陷，其中影响承载力最大的是残余应力、初弯曲和初偏心。,按照设计原则，压杆所受的压力N不应超过压杆的极限承载力Nu（即压溃荷载）,或者压应力u不应超过压杆的整体稳定极限应力,考虑分
14、项系数R得：规范规定轴心压杆的整体稳定计算采用下式：,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第4章 轴 压,知识点5:实际轴压构件的临界应力,只需计算稳定系数即可,截面大小和形状钢材种类杆件长度弯曲方向残余应力水平及分布,第4章 轴 压,知识点6:柱子曲线,工程上将压杆的整体稳定系数与长细比之间的关系曲线称为柱子曲线规范采用最大强度准则的逆算单元长度法，取不同的截面尺寸和残余应力模式，这四条曲线各代表一组截面，截面分类见表 4.4(a)表 4.4(b),第4章 轴 压,知识点7:计算长度,1.对截面为双轴对称或极对称的构件：,2.对截面为单轴
15、对称的构件，绕非对称主轴弯曲：,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第4章 轴 压,知识点8:计算长度,第4章 轴 压,知识点9:截面类型,第4章 轴 压,知识点10:换算长细比,格构式轴心受压构件的设计,当构件绕虚轴发生弯曲失稳时，因为剪力要由比较柔弱的缀材负担，剪切变形较大，导致构件产生较大的附加侧向变形，这对构件临界力的降低是不能忽略的。经理论分析，用加大的长细比（称作换算长细比）0 x 来代替对 x 轴的长细比x，就可以计算出考虑剪切变形影响的格构式轴心压杆的临界力。,第4章 轴 压,知识点11:整体稳定与局部稳定,1、整体稳定：当
16、荷载增大到某一限值时，构件在弯曲的同时，将发生侧向弯曲和扭转变形而破坏。,2、局部稳定：轴心受压杆件一般是由若干个板件组成，且板件的厚度与宽度相比都比较小，当杆件受压时，由于沿外力作用方向受压应力作用，板件本身也有可能发生翘曲变形而退出工作。,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第3章 连 接,计算1:角焊缝连接计算,1、轴心力作用下,焊脚尺寸：,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第3章 连 接,1、两面侧焊缝,计算1:角焊缝连接计算,钢结构设计原理 Design Principles
17、 of Steel Structure,第3章 连 接,2、三面围焊,计算1:角焊缝连接计算,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第3章 连 接,高强度螺栓群在拉力、弯矩和剪力共同作用下的连接计算：,计算2:摩擦型高强螺栓连接计算,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第3章 连 接,单个螺栓抗剪承载力：,计算2:摩擦型高强螺栓连接计算,单个螺栓抗拉承载力：,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第3章 连 接,单个螺栓所受的剪力：,计算2:摩擦型高强螺栓连接计算,1 号螺栓在 N、M 作用下所受拉力：,单栓抗剪承载力如前所述为：,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第3章 连 接,计算3:轴心受压构件承载力计算,轴心受压构件：,（2）整体稳定,x=lx/ix，y=ly/iy 由x、y查表得x、y，并确定=Min x、y；,（3）刚度检算,（1）强度,
