钢结构教学基础知识(课堂PPT)
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21
第一节 连接分类及特点
一、连接概述
焊缝连接 连 接
紧固件连接
22
二、焊缝连接
焊接优点
用料经济 不削弱截面 连接密封性好、整体性好
焊接缺点
焊接部位附近材质变 脆
产生残余应力及残余应变
23
焊缝连接形式和种类
按被连接钢材的相对位置分
按施焊的方位分 按受力特点分
对接焊缝 角焊缝
24
三、铆钉、螺栓连接
能
可焊性
11
Z向收缩率
一、钢结构的特点
1、材料强度高、强重比大；塑性、韧性好。 2、材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高。 3、工厂化生产，工业化程度高，施工速度快。 4、钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。 二、钢结构的应用
重型工业厂房、大跨度建筑的屋盖、多层及超高层建筑、 高耸结构、组合结构
三、钢结构的设计方法（极限状态设计法） 1、承载能力极限状态设计法 2、正常使用极限状态设计法
铆钉连接
高强度螺栓连接
摩擦型 承压型
通过摩擦力抗剪
通过孔壁与螺栓杆 相互挤压抗剪
普通螺栓连接
25
第二节 对接焊缝连接设计
一、对接焊缝的构造
焊接材料与构件钢材匹配
Q235用E43 Q345用E50
对接焊缝的坡口形式 见P54图3.9
厚度不等的两钢板的对接 关于用引弧板焊接的问题
26
二、对接焊缝的计算
9
第一节 钢结构对钢材性能的要求
较高的强度
钢
材
性
足够的变形能力（较好的塑性和韧性）
能
要
求
良好的加工性能
10
第三节 钢材的主要力学性能
钢
材
强度
屈服强度fy 为设计依据 抗拉强度fu为安全储备
的
主
塑性
伸长率δ、断面收缩率Ψ衡量
要
冲击韧性
力
钢材承受动力荷载的能力
学
冷弯性能
性
是判别钢材塑性及冶金质 量的综合指标
1、轴向受力的对接焊缝
N lwt
ftw或fcw
例题：试验算左图所示钢板的对
接焊缝的强度。图中a=540mm， t=22mm，轴心拉力的设计值 N=2150KN。钢材为Q235BF，手 工焊，焊条为E43型，三级焊缝， 施焊时使用引弧板。
当tg 1.5即 56.可 3 时
可不验验算焊缝强 27 度
2、对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用
破坏？ 5、导致构件发生脆性破坏的原因有哪些？ 6、影响疲劳破坏的因素有哪些？ 7、什么情况下构件需要验算其疲劳强度？ 8、钢材中碳的含量与钢材的各项力学性能之间有什么关系？ 9、什么情况下会发生应力集中现象？它对构件有什么影响？
20
第三章 钢结构的连接
第一节 连接分类及特点 第二节 对接焊缝连接设计 第三节 角焊缝连接设计 第四节 焊接残余应力和焊接残余应变 第五节 普通螺栓连接设计 第六节 高强度螺栓连接设计
没有明显变形的突然破坏
14
一、 只有正应力 f
只有剪 应 f力 f 3 有正应力和剪应 2力 32 f
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、结构受较大动力荷载
15
钢材疲劳破坏的影响因素
应力幅（即最大应力和最小应力的差值） 反复荷载引起的应力种类（拉、压应力、剪应力等） 应力循环形式 应力循环次数 应力集中程度及残余应力
A、 B、C、D、E五级，只有镇静钢和特殊镇静钢。
18
二、结构钢材选材原则 1、结构或构件的重要性 2、荷载性质 3、连接方法 4、应力特征 5、结构的工作温度 6、钢材厚度
19
1、为什么要求结构用钢有较高的屈服强度和抗拉强度？ 2、结构用钢的力学性能有哪些？ 3、什么是承载能力极限状态？什么是正常使用极限状态？ 4、塑性破坏和脆性破坏的特点是什么？什么时候容易发生脆性
四、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向性能 12
第五节 复杂应力作用下结构钢材的屈服条件
只有正应力
f
只有剪应力 既有正应力又有剪应力
f
3
2 32 f
13
第六节 钢材的破坏形式
塑性破坏
破坏时有很大的塑性变形
脆性破坏 疲劳破坏
破坏突然、几乎不出现塑性变形
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
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。
16
疲劳计算 1、常幅疲劳计算
1
常幅疲劳容许 应 力 C幅
n
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=5×105，其 容许应力幅为多少？
2、变幅疲劳计算
17
第七节 结构钢材的种类、规格及其选
用
一、结构钢材的种类
Q235A.b
1、Q：表示“屈”字拼音首位字母，意为“屈服强度”；
2、质量等级：分A~E五级（字序越高质量越好）；
3、脱氧方法：F－沸腾钢；b－半镇静钢； Z－镇静钢（一般 省
略）； TZ－特殊镇静钢。 注：1、炭素结构钢（Q235)分：A、B、C、D 四级，含
所 有脱氧方法； 2、低合金结构钢(Q345\Q390\Q420)分：
钢 结构
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
概述 建筑钢材 钢结构的连接 轴心受力构件 梁（受弯构件） 拉弯与压弯构件
1
第一章 概述
第一节 钢结构的特点及应用 第二节 钢结构的设计方法 第三节 钢结构的设计要求 第四节 钢结构的发展方向 第五节 本课程的主要内容、特点和学
习方法
2
第一节 钢结构的特点及应用
一、钢结构的特点
1、材料强度高、强重比大；塑性、韧性好。 2、材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高。 3、工厂化生产，工业化程度高，施工速度快。 4、钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。
3
二、钢结构的应用
1、重型结构及大跨度建筑结构。
4
二、钢结构的应用
2、多层、高层及超高层建筑结构。
5
二、钢结构的应用
3、塔桅等高耸结构。
6
二、钢结构的应用
4、钢－混凝土组合结Leabharlann Baidu。
7
第二节 钢结构的设计方法
经济、安全、适用、耐久
颠覆 强度破坏
承载能力极 限状态 疲劳破坏
丧失稳定
极限状态设计法
变为可变体系
正常使用极限状态
8
第二章 钢结构的材料
第一节 钢结构对钢材性能的要求 第二节 结构钢材的主要力学性能 第三节 影响结构钢材力学性能的主要因素 第四节 复杂应力作用下结构钢材的屈服条件 第五节 钢材的破坏形式 第六节 结构钢材的种类、规格及其应用 第七节 钢结构的连接材料
第一节 连接分类及特点
一、连接概述
焊缝连接 连 接
紧固件连接
22
二、焊缝连接
焊接优点
用料经济 不削弱截面 连接密封性好、整体性好
焊接缺点
焊接部位附近材质变 脆
产生残余应力及残余应变
23
焊缝连接形式和种类
按被连接钢材的相对位置分
按施焊的方位分 按受力特点分
对接焊缝 角焊缝
24
三、铆钉、螺栓连接
能
可焊性
11
Z向收缩率
一、钢结构的特点
1、材料强度高、强重比大；塑性、韧性好。 2、材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高。 3、工厂化生产，工业化程度高，施工速度快。 4、钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。 二、钢结构的应用
重型工业厂房、大跨度建筑的屋盖、多层及超高层建筑、 高耸结构、组合结构
三、钢结构的设计方法（极限状态设计法） 1、承载能力极限状态设计法 2、正常使用极限状态设计法
铆钉连接
高强度螺栓连接
摩擦型 承压型
通过摩擦力抗剪
通过孔壁与螺栓杆 相互挤压抗剪
普通螺栓连接
25
第二节 对接焊缝连接设计
一、对接焊缝的构造
焊接材料与构件钢材匹配
Q235用E43 Q345用E50
对接焊缝的坡口形式 见P54图3.9
厚度不等的两钢板的对接 关于用引弧板焊接的问题
26
二、对接焊缝的计算
9
第一节 钢结构对钢材性能的要求
较高的强度
钢
材
性
足够的变形能力（较好的塑性和韧性）
能
要
求
良好的加工性能
10
第三节 钢材的主要力学性能
钢
材
强度
屈服强度fy 为设计依据 抗拉强度fu为安全储备
的
主
塑性
伸长率δ、断面收缩率Ψ衡量
要
冲击韧性
力
钢材承受动力荷载的能力
学
冷弯性能
性
是判别钢材塑性及冶金质 量的综合指标
1、轴向受力的对接焊缝
N lwt
ftw或fcw
例题：试验算左图所示钢板的对
接焊缝的强度。图中a=540mm， t=22mm，轴心拉力的设计值 N=2150KN。钢材为Q235BF，手 工焊，焊条为E43型，三级焊缝， 施焊时使用引弧板。
当tg 1.5即 56.可 3 时
可不验验算焊缝强 27 度
2、对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用
破坏？ 5、导致构件发生脆性破坏的原因有哪些？ 6、影响疲劳破坏的因素有哪些？ 7、什么情况下构件需要验算其疲劳强度？ 8、钢材中碳的含量与钢材的各项力学性能之间有什么关系？ 9、什么情况下会发生应力集中现象？它对构件有什么影响？
20
第三章 钢结构的连接
第一节 连接分类及特点 第二节 对接焊缝连接设计 第三节 角焊缝连接设计 第四节 焊接残余应力和焊接残余应变 第五节 普通螺栓连接设计 第六节 高强度螺栓连接设计
没有明显变形的突然破坏
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一、 只有正应力 f
只有剪 应 f力 f 3 有正应力和剪应 2力 32 f
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、结构受较大动力荷载
15
钢材疲劳破坏的影响因素
应力幅（即最大应力和最小应力的差值） 反复荷载引起的应力种类（拉、压应力、剪应力等） 应力循环形式 应力循环次数 应力集中程度及残余应力
A、 B、C、D、E五级，只有镇静钢和特殊镇静钢。
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二、结构钢材选材原则 1、结构或构件的重要性 2、荷载性质 3、连接方法 4、应力特征 5、结构的工作温度 6、钢材厚度
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1、为什么要求结构用钢有较高的屈服强度和抗拉强度？ 2、结构用钢的力学性能有哪些？ 3、什么是承载能力极限状态？什么是正常使用极限状态？ 4、塑性破坏和脆性破坏的特点是什么？什么时候容易发生脆性
四、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向性能 12
第五节 复杂应力作用下结构钢材的屈服条件
只有正应力
f
只有剪应力 既有正应力又有剪应力
f
3
2 32 f
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第六节 钢材的破坏形式
塑性破坏
破坏时有很大的塑性变形
脆性破坏 疲劳破坏
破坏突然、几乎不出现塑性变形
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
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。
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疲劳计算 1、常幅疲劳计算
1
常幅疲劳容许 应 力 C幅
n
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=5×105，其 容许应力幅为多少？
2、变幅疲劳计算
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第七节 结构钢材的种类、规格及其选
用
一、结构钢材的种类
Q235A.b
1、Q：表示“屈”字拼音首位字母，意为“屈服强度”；
2、质量等级：分A~E五级（字序越高质量越好）；
3、脱氧方法：F－沸腾钢；b－半镇静钢； Z－镇静钢（一般 省
略）； TZ－特殊镇静钢。 注：1、炭素结构钢（Q235)分：A、B、C、D 四级，含
所 有脱氧方法； 2、低合金结构钢(Q345\Q390\Q420)分：
钢 结构
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
概述 建筑钢材 钢结构的连接 轴心受力构件 梁（受弯构件） 拉弯与压弯构件
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第一章 概述
第一节 钢结构的特点及应用 第二节 钢结构的设计方法 第三节 钢结构的设计要求 第四节 钢结构的发展方向 第五节 本课程的主要内容、特点和学
习方法
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第一节 钢结构的特点及应用
一、钢结构的特点
1、材料强度高、强重比大；塑性、韧性好。 2、材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高。 3、工厂化生产，工业化程度高，施工速度快。 4、钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。
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二、钢结构的应用
1、重型结构及大跨度建筑结构。
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二、钢结构的应用
2、多层、高层及超高层建筑结构。
5
二、钢结构的应用
3、塔桅等高耸结构。
6
二、钢结构的应用
4、钢－混凝土组合结Leabharlann Baidu。
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第二节 钢结构的设计方法
经济、安全、适用、耐久
颠覆 强度破坏
承载能力极 限状态 疲劳破坏
丧失稳定
极限状态设计法
变为可变体系
正常使用极限状态
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第二章 钢结构的材料
第一节 钢结构对钢材性能的要求 第二节 结构钢材的主要力学性能 第三节 影响结构钢材力学性能的主要因素 第四节 复杂应力作用下结构钢材的屈服条件 第五节 钢材的破坏形式 第六节 结构钢材的种类、规格及其应用 第七节 钢结构的连接材料