钢结构总复习

第一章一、钢结构的特点1.轻质高强; 由于钢材强度高，结构需要的构件截面小,结构自重轻。

2.钢材的塑性和韧性好塑性——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；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。

3.材质均匀、各向同性，接近理想的弹塑性体，与力学假定符合较好; .制作、安装简便，工期短，符合工业化要求，环保 5、密闭性好，不渗漏; 6、钢材耐热性好，耐火性差当结构表面长期受辐射热达 150 ℃以上或在短时间内可能受到火焰作用时，须采用隔热和防火措施。

7、钢材耐腐蚀性差； 8、价格较贵。

二、钢结构的应用范围 （1）大：大跨度结构 （2）重：重工业厂房（3）高：高层建筑、高耸结构（4）动：受动荷载作用的结构（5）轻：荷载较小的轻钢结构 （6）小：小型、可拆装的结构极限状态：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。

极限状态分为两类：a.承载能力极限状态: 包括：强度破坏、疲劳破坏、不适于继续承载的变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。

b.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。

根据应用概率分析的程度不同，可分为三种水准：半概率极限状态设计方法;近似概率极限状态设计方法;全概率极限状态设计方法。

结构可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率β可以作为衡量结构可靠度的一个数量指标。

β—可靠指标σ＋－＝22SRsRRZ σμμσμβ=第二章一对建筑结构用钢来说，主要有三方面的要求:1、良好的力学性能：较高的强度，结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻；塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载；2、良好的加工性能：可焊性，冷加工，热加工等3、良好的耐久性能：耐腐，抗锈蚀性能；耐疲劳；“时效”作用等伸长率%1000⨯-=l l l δ是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。

断面收缩率%100010⨯-=A A A ψ 二钢材的主要性能 一）、单向拉伸时的性能有屈服点钢材σ--ε曲线可以分为五个阶段(1)弹性阶段 材料处于纯弹性（2）弹塑性阶段 该段很短,表现出钢材的非弹性性质（3）塑性阶段 该段σ基本保持不变（水平), ε急剧增大,称为屈服台阶或流幅段,变形模量 E = 0 （4）强化阶段 随荷载的增加σ缓慢增大,但ε增加较快（5）颈缩阶段B.对无明显屈服点的钢材 该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变形小，破坏突然。

二）、冷弯性能 衡量钢材塑性性能和质量优劣的综合指标。

三）、冲击韧性 冲击韧性：在动力荷载作用下，材料吸收能量的能力 反映钢材在动力（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（冲击韧性值）来衡量。

四）、可焊性可焊性受化学成分的影响比较大 五）、耐久性能 影响结构使用寿命因素：易锈蚀“时效”高温，长期荷载 疲劳现象 六）、钢材物理性能指标 弹性模量2310206mm N E ⨯= 泊松比3.0=υ剪变模量()23107912mm N EG ⨯=+=υ线膨胀系数C 06/1012-⨯=α质量密度37850m kg =ρ三、各种因素对钢材性能的影响化学成份 普通碳素钢中Fe 占99%，其他杂质元素占1%；按碳的含量区分，小于0.25%的为低碳钢，大于0.25%而小于0.6%的为中碳钢，大于0.6%的为高碳钢 钢材生产过程常见的冶金缺陷有：偏析：化学成分分布不均匀；非金属夹杂；气孔；裂纹等。

钢材的硬化 温度 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，力线变曲折，缺陷处有高峰应力—应力集中） 残余应力 复杂应力 板厚、直径应力循环次数N ＜5×104，不需要进行疲劳计算。

塑性破坏：超过屈服点f -y 即有明显塑性变形产生的构件，当达到抗拉强度f u 时将在很大的变形的情况下断裂，这是材料的塑性破坏。

当没有塑性变形或只有很小塑性变形时即发生的破坏，是材料的脆性破坏应力幅—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 对焊接结构为min max σσσ-=∆；对非焊接部位为折算应力幅min max 7.0σσσ-=∆，应力以拉为正，压为负。

GB 50017规范定一般钢结构都是按照以概率为基础的极限状态原则进行验算的。

钢材的牌号：Q235A •F Q 是屈服强度中屈字汉语拼音的字首，后接的阿拉伯数字以N/mm 2为单位屈服强度的大小，A 、B 、C 的字母表示按质量划分的级别，最后还有一个表示脱氧方法的符号如F 或b 沸腾钢（F ）—脱氧较差 镇静钢（Z ）—脱氧充分 半镇静钢（b ）—脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间 特殊镇静钢（TZ ）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，钢材截面的应力低于钢材的抗拉强度fu ，甚至低于fy 时发生破坏的现象，称之为疲劳。

疲劳破坏的机理：疲劳破坏是积累损伤的结果。

微观裂纹（缺陷）→宏观裂纹→ 突然断裂 疲劳破坏的特征：属于脆性破坏，截面平均应力小于屈服点。

冷作硬化——当荷载超过材料屈服点卸载后，出现残余变形，再次加载则屈服强度（或屈服点）提高的现象，也称“应变硬化”。

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。

截面形式可分为：型钢截面和组合截面两大类。

选择钢材的原则:1．结构或构件的重要性；2．荷载情况3．连接方法4．结构所处的工作条件5. 钢材的厚度。

碳、硫、磷对刚才的影响：1. 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2.硫（S ）：有害元素，热脆性。

不得超过0.05%。

3.磷（P ）：有害元素，冷脆性。

强度、抗腐蚀能力略有提高，但塑性、可焊性降低。

不得超过0.045%强度计算（承载能力极限状态包括：强度、整体稳定、局部稳定）f A N≤=nσN —轴心拉力或压力设计值；A n —构件的净截面面积；f —钢材的抗拉或抗压强度设计值 一般将毛截面的模量比值W p /W 称为截面的形状系数F刚度计算][0λλ<=i l 截面的回转半径；-=AIi ][][00λλλλ≤=≤=yy y x xx i l i l塑性发展系数是考虑构件截面再受力时截面有一定的塑性发展,有一定塑性发展的截面弯矩与截面边缘达刚到屈服应力时的截面弯矩的比值，考虑到截面在受力时不能无限制的应用塑性,所以规范规定对于一定的截面只利用一部分截面塑性,规范对于给定的截面给出了截面塑性系数的值.。

分别为x γ、y γ，对需要计算疲劳或直接承受动载的梁，不考虑截面塑性发展，即取x γ=y γ=1.0抗弯强度计算：(1)单向弯曲梁f W M ≤nx x x γ(2)双向弯曲梁f W M W M ≤+nyy y nx x xγγ若承受静载，则y pn P f W M = n n pn S S W 21+=当梁承受翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比大于y f /23513还要小于y f /23515梁的强度计算的内容：抗弯强度、抗剪强度、局部压应力、折算应力抗弯强度计算：梁设计时只是有限制地利用截面的塑性，如工字形截面塑性发展深度取a ≤h/8。

(1)单向弯曲梁f W M ≤nx x x γ(2)双向弯曲梁f W M W M ≤+nyy y nx x xγγ y x ,γγ—截面塑性发展系数，对于工字形截面梁: 2.1;05.1y x ==γγ 当翼缘外伸宽度b 与其厚度t 之比满足:yy f t b f 2351523513≤<时，0.1x =γ需要计算疲劳强度的梁: 0.1y x ==γγ （二）抗剪强度v f t I SV ≤⋅⋅≤wmax τ （三）局部压应力 当梁的翼缘受有沿腹板平面作用的固定集中荷载且荷载处又未设置支承加劲肋时，或有移动的集中荷载时，应验算腹板高度边缘的局部承压强度。

f l t F≤=zw c ψσ F ——集中力,对动力荷载应考虑动力系数；ψ——集中荷载增大系数，重级工作制吊车为1.35，其他为1.0；f l t F≤=zw c ψσl z --集中荷载在腹板计算高度边缘的假定分布长度：跨中集中荷载：R y z h h a l 25++= 梁端支座反力：15.2a h a l y z ++= a --集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，对吊车轮压可取为50mm ，hy --自梁承载边缘到腹板计算高度边缘的距离；hr --轨道的高度，计算处无轨道时取0；a1 --梁端到支座板外边缘的距离，按实际取，但不得大于2.5hy 。

腹板的计算高度h o 的规定：1．轧制型钢，两内孤起点间距; 2．焊接组合截面，为腹板高度; 3．铆接时为铆钉间最近距离。

（a ）（四）折算应力f 12c 2c 23βτσσσσ≤+-+nxI yM ⋅=σ其中： c ,σσ应带各自符号，拉为正。

1β—计算折算应力的设计值增大系数。

c ,σσ异号时，;2.11=βc ,σσ同号时或,0c =σ1.11=β 原因：1．只有局部某点达到塑性2．异号力场有利于塑性发展——提高设计强度 习题3.7失稳的类别：分支点失稳、极值点失稳理想压杆与实际压杆相比，存在哪些缺陷：理想的轴心受压构件(杆件挺直、荷载无偏心、无初始应力、截面均匀等）残余应力产生的原因及其分布：A 、产生的原因①焊接时的不均匀加热和冷却，如前所述；②型钢热轧后的不均匀冷却；③板边缘经火焰切割后的热塑性收缩；④构件冷校正后产生的塑性变形。

实际轴心受压构件的柱子曲线：我国规范给定的临界应力σcr ，是考虑初弯曲和残余应力两个缺陷，按二阶弹塑性分析采用最大强度准则，并通过数值分析确定的。

由于各种缺陷对不同截面、不同对称轴的影响不同，纵坐标是柱的截面平均应力u σ与屈服强度yf 的比值。

所以σcr-λ曲线（柱子曲线），呈相当宽的带状分布，为减小误差以及简化计算，规范在试验的基础上，给出了四条曲线（四类截面），并引入了稳定系数。

ycrf σϕ=实际轴心受压构件的整体稳定计算fANff f A N Ry y cr R cr ⋅≤=⋅=⋅=≤=ϕσϕγσγσσ即：表得到。

类和构件长细比查稳定系数，可按截面分-ϕ构件长细比的确定①截面为双轴对称或极对称构件：y oy y x ox x i l l ==λλA 、等边单角钢截面，图（a ）⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=>⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=≤42200220405.13178.454.085.0154.0b t l t b b l b t l b b l b y yz yy y yz y λλλ时：当时：当B 、等边双角钢截面，⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=>⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=≤42200220406.1819.358.0475.0158.0b t l t b b l b t l b l t b y yz yy y yz y λλλ时：当时：当 C、长肢相并的不等边角钢截面⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=>⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=≤422202202220422024.1711.548.009.1148.0b t l t b b l b t l b b l t b y yz yy y yz y λλλ时：当时：当D、短肢相并的不等边角钢截面，⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=>=≤4122011011017.5217.356.056.0b t l t b b l b b l t b y yz yy yz y λλλ时：当时，近似取：当轴心受压构件的屈曲形态：弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲局部稳定： 1.翼缘板：A 、工字形、T 形、H形截面翼缘板（D ）y()。