钢结构的塑性设计
钢结构考试简答 一
钢结构考试简答一1、对接焊缝在哪种情况下才需要进行计算？（7分）答：焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，故可认为受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等，但受拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感。
由于一、二级检验的焊缝与母材强度相等，故只有三级检验的焊缝才需进行抗拉强度验算。
（4）角度56度（3）2在抗剪连接中,普通螺栓连接与摩擦型高强度螺栓连接的工作性能有何不同？（8分）答：普通螺栓受剪时，从受力直至破坏经历四个阶段，由于它允许接触面滑动，以连接达到破坏的极限状态作为设计准则；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，因而弹性工作阶段较长。
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3、钢结构的疲劳破坏有什么特点？（7分）特点有：是一种低应力水平下的突然破坏，（3）属于一种脆性破坏；其断口不同于一般脆性断口，可分为裂纹源、裂纹扩展区和断裂区；（2）该类型破坏对缺陷十分敏感。
4、螺栓在构件上的排列有几种形式？应满足什么要求？最小的栓距和端距分别是多少？答：螺栓在构件上的排列有两种形式：并列和错列。
（2分）应满足三方面要求：①受力要求、②施工要求、③构造要求（3分）最小的栓距为，最小的端距为（3分）1、钢结构的破坏形式有哪两种？其特点如何？（7分）答：塑性破坏：破坏前具有较大的塑性变形，常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。
由于塑性破坏前总有较大的塑性变形发生，且变形持续时间较长，容易被发现和抢修加固，因此不至发生严重后果。
脆性破坏：破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形，而突然迅速断裂。
由于破坏前没有任何预兆，破坏速度又极快，无法察觉和补救，而且一旦发生常引发整个结构的破坏，后果非常严重，因此在钢结构的设计、施工和使用过程中，要特别注意防止这种破坏的发生。
塑性设计方法在钢结构工程中的应用
塑性设计方法在钢结构工程中的应用随着现代建筑技术的不断发展，塑性设计方法在钢结构工程中的应用日益广泛。
塑性设计方法是一种基于材料的塑性变形性能来设计结构的方法，与传统的弹性设计方法相比，塑性设计方法具有更高的安全性和经济性。
本文将从塑性设计方法的原理、应用案例以及存在的问题等方面进行探讨。
一、塑性设计方法的原理塑性设计方法是建立在塑性力学理论基础上的，通过研究材料在塑性变形时的应力-应变关系，确定结构的承载力，并进行设计。
传统的弹性设计方法是以结构的弹性极限为设计准则，即结构在承受设计荷载时，弹性变形不超过弹性极限。
然而，在某些情况下，结构的弹性极限往往无法满足实际需求，因此需要采用塑性设计方法。
塑性设计方法主要包括弹塑性分析、极限状态设计和变形控制设计三个阶段。
首先进行弹塑性分析，确定结构的弹塑性行为；然后根据结构和材料的安全要求，采用极限状态设计法进行设计；最后，通过变形控制设计来保证结构在使用阶段的变形满足要求。
二、塑性设计方法在钢结构工程中的应用案例塑性设计方法在钢结构工程中有着广泛的应用。
以高层建筑为例，传统的弹性设计方法在面对大跨度、高层次的建筑结构时往往存在局限，无法满足结构的安全性和经济性要求。
而采用塑性设计方法，可以充分利用钢材的塑性变形能力，合理减小结构的材料使用量，提高结构的承载能力和抗震性能。
此外，塑性设计方法还广泛应用于桥梁工程中。
在桥梁设计中，考虑到车辆和行人对桥梁的动载荷作用，结构需要具有足够的承载能力和良好的变形控制性能。
塑性设计方法可以通过合理的剪力连接和侧向刚度设计，有效提高桥梁的整体稳定性和变形控制性能。
三、塑性设计方法存在的问题尽管塑性设计方法在钢结构工程中具有诸多优势，但也存在一些问题。
首先，塑性设计方法的应用需要有一定的专业知识和经验，对工程师的要求较高。
其次，塑性设计方法对结构材料的性能要求也较高，需要材料具有良好的塑性变形能力和抗裂性能。
此外，塑性设计方法在进行结构变形控制设计时，需要综合考虑结构的承载能力、安全性和经济性，设计过程相对复杂。
钢结构塑性设计与钢材的应变硬化性能_梁远森
钢结构塑性设计与钢材的应变硬化性能*梁远森 徐建设 王 步(同济大学建筑工程系 上海 200092)李 峰(中国通信建设第四工程局 郑州 450052)摘 要:从钢结构塑性设计基本原理入手,分析了塑性设计中引入材料理想弹塑性假定的实质。
以此为基础,首先从理论上解释了没有应变硬化性能的材料不能用于结构塑性设计的原因,然后又用试验数据说明了应变硬化性能过弱的材料也不能用于塑性设计。
提出了钢结构塑性设计的用材要求。
关键词:钢结构 塑性设计 极限分析 应变硬化性能PLASTIC DESIGN OF STEEL STRUCTURE AND STR AIN HARDENING PERFORMANC E OF STEELLi ang Yuansen Xu Jianshe Wang Bu(Department of Struc tural and Building Engineering,Tongji Universi ty Shanghai 200092)Li Feng(The Forth Engineeri ng Bureau for the Communication Construction of China Zhengzhou 450052)Abstract :On the pri mary principles of the plas tic design of a steel structure,the real purpose of adopti ng the hypothesis that the materialused in the plastic design being of ideal elastic -plastic property i s revealed in thi s paper.Furthermore,the reason that why the material without any s train hardening performance cannot be us ed in plas tic desi gn is explai ned.Then,a tes t data s hows that the material with over -weak performance on strain hardening is not fit to plas tic design,either.At las t,a way of selecting proper sorts of steel for the plastic desi gn of a s teel s tructure is suggested here.Keywords :s teel s tructure plastic desi gn ultimate -l oad s analysis s train hardening performance*郑州市科委科研攻关项目资助。
钢结构塑性设计的基本概念剖析
问题 、 节点设计等要 点。以迭到建筑节材的效果， 并保证建筑结构安全可靠。
关键词 ： 结 构 ； 陛设计 ； 钢 垫 基本概 念 ； 剖析
中图分类号：Ｕ ７ ｔ Ｔ ９３ ３
文献标识码 ： Ａ
文章编号：６ １Ｏ４ （０ ６０ — ０４ ０ １７ 一 １２２０ ）３０ １— ３
建筑“ 四节” 的设计理念体现到轻钢结构 中Ｉ 就是应用塑性设计方法 ， ， 即利用钢材具有 良好塑性 的 优点 ， 考虑一定数 目的截面形成了塑性铰 ， 使结构（ 整体或局部 ） 变为机构而引起破坏 ， 以此作为承载力 极限状态进行设计 ， 从而充分发挥材料的潜能的设计方法【 由于借助超静定结构形成塑性铰 ， ２ Ｉ 。 实现应力 重分布， 所以结构承载力增大 ， 用钢量节省 ， 具有 良好的经济性。 但是 ， 在设计过程中， 应注意塑性设计方 法的适用条件 、 钢材的要求 、 塑性稳定问题以及节点设计等要点 。
１ 塑性设计 的基本要求 、
１１钢 材 要求 ．
结构钢材中的软钢（ 常用的如 Ｑ ３ 和 Ｑ ４ 钢及相当钢种 ） ２５ ３５ 用于钢 结构塑性设计 ， 这些钢材一般应满足以下要求 ： （ ） 限强度与屈服强度的比值不应小于 １ ， ，／ １极 ． 即 ＝ ≥１ 。 ２ ｌ ． 要求钢 ２ 材的应力一应变关系ｆ １ 图 所示 的 ｓ曲线） 一 具有强化阶段 ， 也就是要求
超静定钢结构在形成机构过程 中， 各个塑性铰都要发生不同程度的转动 。在转动的全过程 中， 要求 各个塑性铰截面的抗弯能力始终保持地塑性弯矩 Ｍ 的水平。但是如果截面尺寸的比例设计不 当， 或者 缺乏足够的支撑来阻止构件发生侧 向弯曲和扭转，则在最后一个塑性铰 尚未形成之前就可能发生局部
失稳或整体失稳而提前破坏。因此 ， 在钢结构塑性设计中， 应对稳定 问题给予足够的重视。 防止钢结构构件在构成机构之前局部失稳 ，必须对板件的宽厚 比严格限制。在塑性铰截面及其近 旁， 板件都处在屈服应力之下。 翼缘的情况 比腹板的更为严重 ， 还有一部分应力超过 ， 但是 ， ＝ ， 实验表明， 如果板件的宽厚 比取得适 当，尽管结构中陆续出现塑性铰和围绕这些铰的转动 ，板件是可 以保持稳定
浅析钢结构塑性设计的要点
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．
１ 钢 材要 求
结构钢 材中的软钢 （ 常用 的如 ０２ ５和 （３ ５钢及相 当钢种 ） ．３ １４ 用于钢结构塑性设 计 ， 这些钢 材一 般应 满 足以下三 方面 的要求 ： １ 极限强度与屈服强度的 比值（ ） 强屈 比） 不应小于 １ ２ 即 ．， ≥ １２ ． 。要求钢材的应力一应变关 系（ 一 ￡曲线 ） 具有 强化阶段 ， 也 就是要求钢材具有一 定 的应变 硬化性 能 。这 个要求 包含 两层 意 义： 一是保证钢材达 屈服 阶段后 仍具 有相 当的安 全储 备 ， 二是保
样可用于塑性设计 。但是由于工程经验不足 ， 而加 以限制。 故
性设计时， 规范规定： 工字形截面的受压翼缘 ｂ ｔ ， ３／，箱 ／≤９／２５ｆ ， ，
形截面 ６／≤３ ， ２５ｆ； ０ｆ ０／ ３／，对所有板 件的腹板则要求 ＾／ ≤３ － ０ｆ ５
，
２ 稳 定 问题
－ ／， ３ 材料屈服点 越高 ， 要求板件宽厚 比限制得 超静定钢结构 在形 成机构过程 中 ， 各个 塑性 铰都要发生不 同 ／２５ｆ。显而易见 ，
给予 足够 的重视 。
３ １ 全部 采用螺 栓连接 ．
如图２） ａ所示为采用梁端板方式 的高强螺栓 连接。该种连接 ２ １ 整 体 稳 定 ． 方式 的优点是便 于现场安装 ， 适用 于钢 板厚度不大 的轻 型钢结 构 在 弹性设计 时（ Ｍ≤ Ｍ ， ）对不需要进 行梁 整体稳定 的计算 ， 连接 ， 可以避免现场焊接引起 的构件变形 ， 梁截面上没有 因螺 栓开 在规范 中做 了规定 ： ） 刚性 铺板 密铺在 梁 的受压翼 缘 上 ， 能 １有 并 孔而造成 的截面损失 ， 在保证稳 定的前提 条件下 可以达到截 面的 阻止梁截 面扭 转时； ） ２ 工字型截面简 支梁受压翼 缘的 自由长度与 极 限弯矩 ＾ 因而在 内力重分布过程 中能保持节点的足够 强度 。 ， 其宽 度之 比 ｌ ｂ ／ 不超过规范的规定时 。 如图２） ｂ 所示为采用角钢作为连接件 的形式 。它适用于 受荷 但在 塑性设计 中 ， 仅满足 以上两 个条件是不 够的 。既要 求梁 载较 大的节点 ， 与端 板连接方式相 比 ， 所用螺 栓数量增多 ， 而且梁 的抗 弯能 力达 到塑性 弯矩 Ｍ 又要求 塑性 铰转 动一定 的角． ， 度后 有 螺栓孔 引起 的截面削弱情况。考虑梁截 面达到 塑性 弯矩 ， 必须 还不失稳 。如 图 １ 示描 述了对 梁 的临界 弯矩 和塑性 铰转 角的 所 控制 截面削弱的程度 ， 满足条件 ： Ａ， ≥ Ａ 。 影响情 况Ｌ ： ４ 当较小时 （ １区段 ， Ｊ 第 塑性 区）梁 整体失稳时 的临界 ，
钢结构专业英语
钢结构设计专用术语1．1结构术语1 焊接钢结构welded steel structure以手工电弧焊接或自动、半自动埋弧焊接作为连接手段并用金属焊条、焊丝作为连接材料，将钢结构和部件连接成整体的结构。
2 铆接钢结构riveted steel structure以铆钉作为连接件将钢结构或部件连接成整体的结构。
3 螺栓连接钢结构bolted steel structure以普通螺栓作为连接件将钢结构或部件连接成整体的结构。
4 高强螺栓连接钢结构high-strength boltec steel structure以高强螺栓作为连接件将钢结构件或部件连接成整体的结构。
5 冷弯薄壁型钢结构cold-formed thin-walled steel structure以冷弯薄壁型钢作为主要材料所制成的结构。
6 钢管结构steel tubular structure以圆钢管或方钢管或矩形钢管作为主要材料制成的结构7 预应力钢结构prestressed steel structure通过张拉高强度钢丝束或钢绞线等手段或调整支座等方法，再钢结构构件或结构体系内建立预加应力的结构。
1.2 构件、部件术语1 实腹式钢柱solid-web steel column腹板为整体的竖向受压钢构件2格构式钢柱built-up steel column;laced or battened compression member由钢缀才将各分肢组成整体的竖向受压钢构件。
分双肢，三肢和四肢格构式钢柱3分离式钢柱separated steel column支承屋盖的竖向刚肢体和支承吊车梁的竖向刚肢体两者用水平钢板连接而成整体的双肢受压钢构件。
4 缀才(缀件) lacing and batten elements在格构式受压钢构件中用以连接肢体并承受剪力的腹杆。
分缀条和缀板4.1缀条lacing bar在格构式受压钢构件中用以连接肢体并承受剪力的条状腹杆缀板batten plate5 钢柱分肢steel column compnent组成格构式钢柱或分离式钢柱的竖向肢体6钢柱脚steel column base扩大钢柱底端与基础相连接的加强部分。
关于钢结构中塑性设计的分析与探讨
关于钢结构中塑性设计的分析与探讨作者：李强来源：《装饰装修天地》2016年第10期摘要：塑性设计方法由于借助超静定结构形成塑性铰，实现应力重分布，所以结构承载力增大，用钢量节省，具有良好的经济性，被广泛应用。
本文主要分析探讨了钢结构中塑性设计。
关键词：钢结构；塑形设计；方法前言钢结构的设计有弹性设计法和塑性设计法。
采用弹性设计法时，往往是控制最大内力截面上的最大应力不超过材料的强度设计值。
对于塑性材料的结构，特别是超静定结构，当最大应力到达屈服极限，甚至某一局部已进入塑性阶段时，结构并没有破坏，也就是说，并没有耗尽全部承载能力。
弹性设计没有考虑材料超过屈服极限后结构的这一部分承载力，因而弹性设计是不够经济合理的。
塑性设计法就是为了消除弹性设计法的缺点而发展起来的，以理想弹塑性材料为对象的更为经济合理的设计方法。
在钢结构中，钢材是塑性性能较好的材料，且大多数建筑物采用框架或刚架结构，因而可以充分利用结构和构件的塑性性能，使结构出现若干个塑性铰直至形成破坏机构，作为承载能力的极限状态，从而充分挖掘材料的潜力，减少钢材的用量，使结构设计达到最优。
一、塑性设计的概述1.塑性设计的概念塑性设计是指对超静定结构（如超静定梁和框架等）按承载能力极限状态设计时，采用荷载设计值，考虑构件截面的塑性发展及由此引起的内力重分配，用简单的塑性理论进行分析（即结构构件以受弯为主，假定材料是理想的弹塑性体，采用一阶理论分析（不考虑二阶效应），荷载按比例增加，计算内力时考虑塑性铰及由此引起的内力重分布，使结构转化为破坏机构体系）。
2.塑性设计在国内外的应用情况早在20世纪初期国外就已提出塑性设计概念，并得到试验及工程的验证。
1914年匈牙利建成第一幢按塑性设计方法的公寓，1948年英国规范 BSS499 首次把塑性设计方法引进其设计规范。
英国在1952年、加拿大在1956年、美国在1957年建成按塑性设计的第一幢建筑物。
而后，以美国和英国为中心开始迅速普及塑性设计，由于塑性设计简单合理而且能够节约钢材，所以英国和荷兰低层建筑几乎全部采用塑性设计。
高等钢结构-第三章作业
ANSYS 中，悬臂梁长 2.5m，材料及截面参数同上，选用 Beam188 单元进行 模拟计算，材料参数采用理想的弹塑性模型 S1 截面计算
S2 截面计算
S3 截面计算
S4 截面计算
由上图可以看到，ANSYS 塑性分析，采用 beam188 单元，其屈曲的考虑是 通过屈曲特征分析，对原模型修正得到，但由于 ANSYS 屈曲分析并不区分整体 和局部失稳，所以很难得到纯粹的局部屈曲模型，故一般的修正都是伴随着整 体失稳的。对于塑性发展，可以明显的观察到：悬臂梁的塑型发展是不全面 的，总是存在一定弹性内核，而且塑性不是停留在一个面，而是和现实一样是 一段区域。而且在模拟是，尤其是 s4 截面，会发现腹板部分会有明显较大应力 区域，这是明显不合理的；不合理的单元划分、屈曲修正过度都可能导致。由 于个人时间有限以及 ANSYS 操作能力有限，不做调整。 个人还尝试用 shell63 模拟，但是也是由于个人能力有限，没有成功实现， 迫于学习时间紧迫，并未进行深入分析原因。
4.2a 钢支撑的滞回曲线有何特点？试采用梁单元来模拟钢 支撑的滞回性能，并阐述模拟的要点。
1、钢支撑的滞回曲线特点： 图 1 所示是钢支撑在轴力作用下的典型变形过程和单循环滞回曲线。由于 支撑存在初始缺陷，其两端施加的轴力会在跨中位置产生附加弯矩。在轴力到 达 A 点之前，支撑处于弹性压缩阶段，承担的轴力和跨中附加弯矩比例增加。 当跨中截面在压弯共同作用下屈服时( 图 2) ，支撑在跨中位置将形成塑性 铰，宏观上支撑开始发生屈曲现象(B 点) 。支撑屈曲后，塑性铰的转动导致支 撑侧向变形增大，轴力产生的附加弯矩迅速增加，杆件的受压承载力迅速下降 ( BC 段) 。从 C 点开始支撑进入卸载和反向拉伸阶段，支撑受压屈曲后的卸载 刚度明显低于初始弹性刚度。拉伸到 D 点时跨中截面在拉弯共同作用下再次屈 服并形成塑性铰，但此时塑性铰的转动方向与受压时相反，支撑的侧向变形不 断减小。随着拉伸变形的不断增加，支撑到达 E 点时接近全截面受拉屈服。EF 段支撑进入塑性拉伸变形阶段，而在 F 点后支撑开始弹性卸载并进入下一循 环。由于包辛格效应和残留的侧向变形，后一循环的支撑稳定承载力将会明显 低于前一循环的。随着循环次数的增加，塑性损伤逐渐累积，支撑的稳定承载 力、屈曲后软化刚度和屈曲后卸载刚度等都将不断降低。支撑典型的多循环滞 回曲线见图 3。
剪应力对钢结构塑性设计的影响
剪应力对钢结构塑性设计的影响郭殿申1，王雪梅2 ，林珑11辽宁工程技术大学土木工程学院，阜新（123000） 2沈阳航空职业技术学院材料工程系，沈阳（124010）E-mail ：gds781005@摘 要：根据钢结构塑性设计基本原理及畸变能屈服准则建立理论模型，分析剪应力对固端梁塑性弯矩的影响，说明剪应力使塑性弯矩降低的程度和梁的荷载类型及梁的高跨比等因素有关。
然后通过实验数据验说明理论模型的正确性。
关键词：钢结构，塑性设计，剪应力，全塑性弯矩1. 引言超静定梁截面出现塑性铰后仍能继续承载，并且随着荷载的增大，塑性铰发生转动，结构内力产生重分布。
钢结构塑性设计就是利用内力塑性重分布，以充分发挥材料的潜力，达到节约材料的目的。
塑性设计的概念在20世纪初期就已经提出了，世界上许多国家和地区的规范或设计文件中，都对塑性设计作了反映。
我国GB50017规范也专门列出“塑性设计”一章，并指出：不直接承受动荷载的固端梁、连续梁以及由实腹构件组成的单层和两层框架结构，可采用塑性设计。
可见，钢结构塑性设计已经在全球范围内得到了重视。
2. 钢结构塑性设计及其适用条件2.1钢结构塑性设计基木原理简述钢结构的塑性设计，就是考虑一定数目的截面形成了塑性铰，使结构为机构而引起破坏，以此作为承载力极限状态进行设计。
即首先要确定结构破坏时所能承担的荷载——极限荷载。
然后将极限荷载除以荷载系数得出容许荷载。
并以此为依据进行设计[2]。
为了确定极限荷载，必须考虑材料的塑性变形，进行结构的极限分析(或塑性分析)。
所谓极限分析，就是对结构在变成机构前的变形不加考虑，直接计算极限荷载。
2.2钢结构塑性设计的适用条件由于我国尚缺乏塑性设计方面的实践经验，因而现行《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）与《钢结构设计规范》( GBJ17- 88)规定[4]：1)塑性设计适用于不直接承受动力荷载的固端梁、连续梁以及由实腹构件组成的单层和两层框架结构。
钢结构设计中的弹塑性分析与实例研究
钢结构设计中的弹塑性分析与实例研究一、弹塑性分析的概念和意义弹塑性是一种理论分析方法，基于材料的力学性质和物理特性，从宏观角度考虑材料的弹塑性行为，在设计结构时应用的强度设计方法。
弹塑性分析可以用于钢结构设计中，主要应用于研究结构的稳定性和承载能力，以及分析结构在承受荷载时的变形和应力分布情况。
在结构设计中，弹性分析只能适用于弹性阶段，无法考虑到结构在超过弹性阶段时的变形和破坏情况。
因此，在遇到变形较大或荷载较大的结构时，弹性分析方法往往不够准确，需要借助弹塑性分析方法。
弹塑性分析方法也可以用于结构安全评估和重构设计中。
二、钢结构设计中的弹塑性分析方法在进行钢结构设计中的弹塑性分析时，需要先确定结构和荷载的边界条件和约束条件，并制定有效的力学模型。
钢结构的强度破坏比较复杂，因此一般采用能量法来进行分析。
能量方法的主要思想是，在结构的弹性和塑性阶段中，通过实现结构内部能量的平衡来分析结构的承载能力。
在进行弹塑性分析时，需要考虑以下因素：1.材料的力学特性，包括弹性模量、屈服强度、极限强度等。
2.材料的应力-应变曲线，以及材料在超过屈服强度时的应力-应变曲线。
3.结构的截面形状和截面面积。
4.材料破坏之前的变形能力和变形特点。
5.荷载在结构上的分布和作用方式，以及荷载的大小。
在进行弹塑性分析时，可以采用平衡法，即根据平衡条件来建立结构的方程，然后逐步增加荷载，计算结构的应力和应变。
如果结构发生变形或产生裂缝，则需要进一步考虑塑性形变的影响，再进行一次力学计算。
重复以上步骤，直到满足结构的强度和稳定性要求为止。
三、钢结构设计中的弹塑性分析实例对于一座高层钢结构建筑，需要进行弹塑性分析来评估其承载能力和稳定性。
该建筑的主体结构部分采用钢筋混凝土框架结构，顶部采用钢桁架悬挑式结构，所使用的钢材为Q345B，其屈服强度为345MPa，极限强度为470MPa。
首先，对建筑主体结构进行弹性分析，并确定其基本弯曲挠度和初始静力系数。
塑性力学对钢吊车梁中的设计及影响
塑性力学对钢吊车梁中的设计及影响一、概述近年来，钢结构吊车在重型厂房中的应用越来越广泛。
钢结构吊车的设计安全与工作安全直接影响着重型厂房的生产能否顺利进行。
为安全起见，对动力荷载的钢结构吊车梁，一般是不采用塑性设计的，这主要是因为担心采用塑性设计后，对这类结构的疲劳寿命会产生下利影响。
然而，实际工程中，结构承受静力或动力荷载时，是不可能在任何时候，内应力都只限制在弹性范围内，它不可避免地会产生塑性变形，因而，如果能明智地在设计中运用结构的塑性性能进行塑性设计，是有利于节省材料和方便计算的。
现在，在结构疲劳方面，人们已能较精确地估算结构的疲劳寿命。
因而，当采用两个独立的设计准则—极限强度设计准则和疲劳设计准则中的前项设计准则控制设计时，考虑结构塑性进行设计就很值得重视。
二、吊车梁系统2.1 吊车梁系统组成吊车梁系统一般由吊车梁、制动结构、辅助桁架、水平支撑和垂直支撑等构件组成。
吊车梁系统的结构形式随着荷载、跨度、造价和工程特点等因素变化多端。
一般分为三种：（a）、吊车梁跨度小，重量小，采用三块板焊接而成工字型截面；（b）、吊车梁位于边列柱，且起重量较大，采用辅助制动结构；（c）、吊车梁跨度大，采取使用槽钢作为制动结构。
2.2 吊车梁主要类型及分类吊车梁通常分为实腹式和空腹式两种类型，实腹式的为吊车梁，空腹式的为吊车桁架。
按构造连接，一般将吊车梁分为焊接梁、栓焊梁和铆接梁。
焊接梁制作简单，在工程上得到了广泛的应用；栓焊梁的可靠度高，抗疲劳性好；铆接梁因用钢量大，制作复杂，现在已经很少使用。
钢结构吊车梁主要有以下几种结构类型:1)焊接工字型钢吊车梁:是目前焊接钢结构吊车梁中应用最为广泛的一种结构形式。
其主体由三块钢板焊接而成，与普通的工字钢的结构形式相近。
其优点是构造简单，施工方便。
2)悬挂式吊车梁:一般也是采用工字型钢制作而成。
主要应用在无桥式吊车的工业厂房。
3)型钢吊车梁:主要由型钢制作而成。
其优点是制作简单，运输安装方便。
钢结构塑性设计
第三章作业钢结构塑性设计3.1a 综述有关塑性铰的概念、假设、适用情形、研究和应用进展。
（重点阐述有关钢结构的内容，可以适当扩展到钢-混凝土组合结构，不要长篇大论有关纯钢筋混凝土结构）答：1、概念如果不考结构分析中钢材应变硬化，钢结构在承受荷载时，随着荷载的增大，构件的内力不断增大，当构件的某个界面达到极限弯矩，使得构件某一区域截面完全屈服，能够承受一定的弯矩并能够有限转动，该区域便成为塑性铰。
塑性铰不是集中在一点，而是形成一小段局部变形很大的区域；塑性铰为单向铰，仅能沿弯矩作用方向产生一定限度的转动，而理想铰不能承受弯矩；塑性铰能承受一定的弯矩，但转动能力以及长度受到荷载、边界条件和截面几何等限制。
塑性铰及其性质2、假设简单塑性分析（simple plastic analysis）也称为极限分析（limit analysis），其基本假设如下：（1）结构构件以弯曲为主，且钢材是理想的弹塑性体，不考虑钢材的强化效应；（2）所有的荷载均按同一比例增加，即满足简单加载条件；（3）假设结构平面外有足够的侧向支撑，构件的组成板件满足构造要求，能够保证结构中塑性铰的形成及充分的转动能力，直到结构形成机构之前，不会发生侧扭屈曲，板件不会发生局部屈曲。
（4）采用一阶分析方法，不考虑二阶效应。
分析时假设变形均集中于塑性铰，塑性铰间的杆件保持刚性；（5）继续加荷载时，先出现塑性铰的截面所承受的弯矩维持不变，产生转动，没有出现塑性铰的截面所承受的弯矩继续增加，直到结构几何可变。
3、适用情形：我国规范规定塑性设计适用于不直接承受动力荷载的固端梁、连续梁以及由实腹构件组成的单层和两层框架结构。
考虑到只采用简单的塑性理论进行分析，所以规定塑性设计只适用于形成破坏机构过程中能产生内力重分配的超静定梁和超静定实腹框架。
由于变截面构件的塑性铰位置很难确定，目前的塑性设计仅适用于等直截面梁和等截面框架结构。
一、二层的实腹框架中，构件截面除受弯矩作用外，还有一定的轴心力，因而构件实为压弯构件或拉弯构件。
钢结构设计方法--童根树
4 几何非线性、弹塑性分析
（方法变化很多，有集中塑性铰法，每根构件2～4个单元，有考虑 塑性铰是逐步形成的，而且有一定的长度，称为塑性区法的。塑性 区法的单元不能少于4个。 要考虑初始缺陷)
几何线性 －－平衡条件建立在未变形的基础上 几何非线性－－平衡条件建立在变形后的基础上 真正的平衡是建立在变形后的平衡：
《冷弯薄壁型钢技术规范》GB 50018-2002 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 CECS102 : 2002
檩条 墙檩 腹板允许局部屈曲
2 其他的截面设计方法： 边缘纤维屈服准则；采用截面III
截面形成塑性铰；采用截面II
部分塑性开展：上述两者之间：采用截面IIa；
允许内力充分重分布的设计：塑性分析，采用截面 I
2
r r r r h/b<1.2: r =0.5f y h/b>1.2: r =0.3f y r
h
1.5t fy 3.0t -0.29fy fy fy
r
h/t=20
h
-0.29fy
3.0t
b
h
fy
热轧工字形截面的残余应力
焊接箱形截面残余应力
初始几何缺陷的存在－原因之三
塑性机构分析法i类截面满足塑性分析4条件简支梁iiiiii类等截面模型弯矩i类截满足塑性分合梁塑性设计等截面模型弯矩调幅法30i类截面满足塑性分析4条件等截面模型弯矩调幅法20ii类截面变截面模型弯矩调幅法15i类截面规范方法变截面模型弯矩调幅法10ii类截面钢混凝土组合梁弹性设计简支梁可以利用塑性开展iiiiiia类截面可以不完全抗剪组合等截面模型弯iii完全抗剪组合梁的要求等截面模型弯矩调幅法15iiiiiia类截面完全抗剪组合变截面模型弯矩不调幅iiiiiia类截面完全抗剪组合塑性机构分析法满足塑性分析的条件i类截面应用范围弹性分析25i类截面水平力很小或水平力钢框架主梁的弯矩调幅法80以上由支撑架或剪力墙承担的结构弹性分析15ii类截面弹性分析10iii类截面弹性分析0iiiiv类截面内力分析模型调幅比例截面类型梁的建模等截面30i类截面惯性矩放大建模变截面15i类截面钢混凝土框架组合主梁采用弯矩调幅的设计
钢结构的塑性设计
钢结构的塑性设计钢结构是一种广泛应用于建筑、桥梁和其他工程领域的结构形式。
在设计和施工阶段，塑性设计是一个重要的考虑因素，它能够提高结构的耐力和韧性，使其在发生超载或地震等极端情况下具备可靠的性能。
本文将探讨钢结构的塑性设计原理和相关技术，并重点介绍其在建筑领域中的应用。
1. 塑性设计的原理塑性设计的核心原理是通过合理利用材料的塑性变形能力，使结构在超过弹性限度后仍能继续进行塑性变形，从而增加结构的耐力和韧性。
塑性设计通过以下几个方面来实现：1.1 弹性阶段设计在结构设计的初期，通过合理选取钢材的弹性模量和截面尺寸，使结构在正常工作荷载下可以保持弹性阶段，以确保结构的正常变形性能和刚度。
1.2 塑性形变控制钢结构发生超载时，通过引导和控制塑性变形的形式和位置，使结构能够在适当的位置产生塑性变形，从而减小结构的刚度降低和剪力增大。
1.3 轴力-弯矩耦合效应考虑结构中轴力对弯矩分布的影响，通过设计合适的截面形状和尺寸，使结构在受力时能够形成有利的轴力-弯矩耦合效应，提高结构的承载力和韧性。
2. 钢结构塑性设计的方法在钢结构的设计过程中，塑性设计主要包括强度折减设计和性能设计两种方法。
2.1 强度折减设计强度折减设计是一种传统的塑性设计方法，它通过在正常工作荷载下采用较小的设计参数（如截面尺寸、材料强度等），以防止结构在极限荷载下发生脆性破坏。
该方法的优点是简单易行，但存在结构刚度较大、变形较小的问题。
2.2 性能设计性能设计是一种相对较新的塑性设计方法，它通过在结构设计过程中考虑结构在超载情况下的整体性能，包括强度、刚度和变形等方面的要求。
性能设计主要包括强度性能设计和位移性能设计两个方面。
强度性能设计通过合理选择截面尺寸、钢材特性和连接方式，使结构能够在发生极限荷载时保持足够的强度和韧性，以满足结构在抗震、抗风等极端情况下的安全性能要求。
位移性能设计则通过合理控制结构的刚度和变形能力，使结构能够在超载情况下发生预期的塑性变形，从而减小结构和周围环境的损伤程度。
钢结构试题
1. 轴心受压钢构件(如工字形截面)翼缘和腹板的宽厚比验算时，公式中的长细比取截面两主轴方向较大者是因为()(5.0 分)a 这样更为安全b 这样更为经济c 这样更容易通过d 材料力学公式中总体稳定由较大长细比方向控制2. 一般常用的低碳钢含碳量不超过() %(5.0 分)a 0.25b 0.30c 0.35d 0.403. 当缀条柱单肢的长细比不满足不需进行稳定计算的规定时，需进行单肢的稳定性计算。
这时，单肢稳定计算应按()(5.0 分)a 轴心受拉验算b 轴心受压验算c 压弯构件验算d 拉弯构件验算4. 吊车钢梁在设计荷载作用下应按哪个应力阶段设计计算()(5.0 分)a 弹性阶段b 弹塑性阶段c 全塑性阶段d 强化阶段5. 下列情况中，属于正常使用极限状态的情况是()(5.0 分)a 强度破坏b 丧失稳定c 连接破坏d 动荷载作用下过大的振动二判断题1. 结构丧失稳定的形式有两种，第一类稳定性即平衡分枝失稳，第二类稳定性即极值点失稳(5.0 分)a 错b 对2. 偏心支撑框架中的耗能连梁不得采用屈服强度高于 345N/mm2 的钢材(5.0 分)a 错b 对3. 在计算屋面压型钢板的可变荷载时，与刚架荷载计算类似，需要考虑屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载(5.0 分)a 错b 对4. 极限分析方法有破坏机构法和极限平衡法(5.0 分)a 错b 对5. 钢结构的震害主要有节点连接的破坏、构件的破坏以及结构的整体倒塌三种形式(5.0 分)a 错b 对6. 螺栓群偏心受拉包括大偏心受拉和小偏心受拉两种情况(5.0 分)a 错b 对7. 焊接残余应力是自相平衡的。
(5.0 分)a 错b 对8. 横向水平支撑的间距不宜大于 60m，当温度区段长度较长时，应在中部增设上下弦横向水平支撑(5.0 分)a 错b 对9. 只有当主梁两侧次梁的梁端弯矩差较小时，才采用这种连接方式(5.0 分)a 错b 对10. 双肢格构式轴心受压构件分肢间距是通过绕虚轴与绕实轴等稳定原则确定。
简述建筑钢结构工程设计及其注意事项
简述建筑钢结构工程设计及其注意事项摘要：建筑行业的飞速发展，使得施工手段越发丰富多元化，与此同时建筑工程项目结构处理方式逐渐增多。
钢结构施工处理作为一种较为常见的类型，其在实际应用中不仅提升了建筑项目的整体质量，并且契合了环保理念，具有较为广阔的发展前景。
然而，惊喜与难题一同到来，虽然钢结构应用价值较高，但是在设计中如果无法确保方案合理，将产生各种安全隐患，对建筑造成恶劣的影响。
故此，强化钢结构工程设计至关重要。
关键词：建筑；钢结构；工程设计；注意事项引言建筑工程的建设，不可或缺的结构便是钢结构，相应的设计与工程建设的质量有着直接关系。
很多建筑自身的重量，因此，对其承载负荷标准要求非常高。
所以，在对钢结构工程开展的设计工作，需要细致并且严谨，这样才能提升施工效率，使得工程综合效益得到提升，强化建筑的建设质量。
本文针对建筑钢结构工程设计及其注意事项给出了如下分析。
一、钢结构工程设计的基本要求1.1钢构件材料选用在结构设计中，为使钢结构的材料特性能充分发挥出来，在方案设计阶段，选用合适的钢材，不但能确保结构的安全性能，还能方便制作和安装，同时也能使建设成本更加经济。
根据GB50017—2017《钢结构设计标准》，选用材料可归纳为以下几点。
（1）所有承重构件的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格性保证，对焊接材料还要具有碳含量的合格保证。
（2）焊接承重构件以及重要的非焊接承重构件的钢材应具有冷弯试验的合格保证。
（3）对需要验算疲劳的结构，还应分别按照当地环境条件，具有相应的冲击韧性的合格保证。
（4）对布置有大吨位起重机（不小于50t）的中级及以上工作制的起重机，也应满足冲击韧性的要求。
（5）对于厚度大于40mm的厚钢板，材料还应有Z向性能的保证。
正确选用材料，遵循技术可靠、经济合理的原则，结合结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、工作环境、材料厚度和价格因素，选用合适的钢材牌号和材性保证项目。
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4 塑性设计中的节点设计
4.1 全部采用螺栓连接 4.2 螺栓和焊缝混合连接 4.3 短梁过渡连接
4.1 全部采用螺栓连接 a
b
4.2 螺栓和焊缝混合连接 4.3 短梁过渡连接 d
由于剪切变形会引起刚架的梁柱端刚度的退化，所以 必须采取措施加强节点域的刚度。
（a）采用小板对柱翼缘加强 （b）加设斜向加劲肋 （c）在腹板两侧焊上板来加厚，从而保证钢结构塑形充 分发展和内力重分布
1.塑性设计的基本介绍 1.塑性设计的基本介绍 2.塑性设计的基本假定及使用条件 2.塑性设计的基本假定及使用条件 3.塑性设计中的稳定性问题 3.塑性设计中的稳定性问题 4.塑性设计中节点设计 4.塑性设计中节点设计
3.塑性设计中的稳定性问题 3.塑性设计中的稳定性问题
3.1 防止局部屈曲
防止板件在结构成为机构之前局部屈曲需要对它的宽 防止板件在结构成为机构之前局部屈曲需要对它的宽 厚比严格控制 厚比严格控制
2.塑性设计的基本假定及使用条 2.塑性设计的基本假定及使用条 件
2.1 钢结构塑性设计的基本原理及基本 假定 2.2 塑性设计的适用条件 2.3 塑性设计中材料的应变硬化性能的 重要性
2.3塑性设计重要性
采用塑性设计法进行设计的主要原因之一是可以避 免繁琐的计算，原因之二是弹性设计过于保守。在 塑性设计中，为了计算上的方便，引入了材料理想 弹塑形的假定。这一假定当然是合理的，但有时可 能会造成对材料的应变硬化性能的忽视；另外，塑 性设计强调材料抵御变形的能力，因此用于塑性设 计的材料必须具有足够变形的能力，以满足结构形 成机构而达到承载力极限状态的要求。从这一点来 看，具有明显屈服平台的材料，如软钢是用于塑性 设计的理想材料。值得注意的是，在强调材料延性 设计的理想材料。值得注意的是，在强调材料延性 的同时，还要重视对材料应变硬化性能的要求。 的同时，还要重视对材料应变硬化性能的要求。
试验结果：B 试验结果：B、C两截面 的弯矩均达Mp,但 的弯矩均达Mp,但D截面 弯矩约达Mp/2时，C 弯矩约达Mp/2时，C处 受拉翼缘就被拉断致使 梁丧失承载力。（试验 过程中采用了防止翼缘 局部屈曲的特殊措施） D截面弯矩没有达到塑 性设计的塑性弯矩Mp， 性设计的塑性弯矩Mp， 梁的弯矩重分布不完全， 也就没有达到塑形设计 中形成机构的极限状态。
2.3.1无应变硬化性能的材料不适用塑形设计 2.3.1无应变硬化性能的材料不适用塑形设计
在塑性设计中，计算构件的塑性铰弯矩Mp时，一 在塑性设计中，计算构件的塑性铰弯矩Mp时，一 般将具有明显屈服台阶的材料看作理想弹塑性体， 即忽略材料应变硬化阶段。这样处理主要是为了 使得计算简化，算得的承载力和实际相差不大， 并偏于安全。但是这种简单化并不意味着所用的 材料可以不具有应变硬化性能。恰恰相反 ，材料 必须具有一定的应变硬化工作阶段才有可能达到 形成机构的极限状态。
1.塑性设计的发展 1.塑性设计的发展
1914年匈牙利建立了世界上第一座塑性设计的建筑 1914年匈牙利建立了世界上第一座塑性设计的建筑 物，随后英、加、美等国均在本国建立了塑性设计 的工程。英国在1948年第一个把塑性设计方法引进 的工程。英国在1948年第一个把塑性设计方法引进 了BSS499规范。随后，以英国和美国为中心，迅速 BSS499规范。随后，以英国和美国为中心，迅速 地普及塑性设计。现已公认，塑性设计简单、合理， 而且可以节约钢材，所以英国和荷兰的低层建筑几 乎全部采用塑性设计，美国和加拿大的大部分低层 建筑也应用塑性设计。我国1988年的《 建筑也应用塑性设计。我国1988年的《钢结构设计 规范》 GBJ17-88）开始列入塑性设计，新修订的 规范》（GBJ17-88）开始列入塑性设计，新修订的 GB50017规范又进行了局部修改。 GB50017规范又进行了局部修改。
3.2 防止弯扭屈曲
防止构件在成为机构前弯扭屈曲要靠适当布置侧向支 撑（可用限制侧向长细比 撑（可用限制侧向长细比λy作为保证梁段在塑性铰处 的转动能力的一项措施 ） 构造要求
钢结构的塑性设计
1.塑性设计的基本介绍 1.塑性设计的基本介绍 2.塑性设计的基本假定及使用条件 2.塑性设计的基本假定及使用条件 3.塑性设计中的稳定性问题 3.塑性设计中的稳定性问题 4.塑性设计中节点设计 4.塑性设计中节点设计
2.1 钢结构塑性设计的基本原理及基本 假定 2.2 塑性设计的适用条件 2.3 塑性设计中材料的应变硬化性能的 重要性
2.1钢结构塑性设计的基本原理 2.1钢结构塑性设计的基本原理
结构的塑性设计就是考虑一定数目的截面形成了 塑性铰，使结构（整体或局部）变为机构而破坏， 以此作为承载力极限状态进行设计。即首先要确 定结构破坏时所能承担的荷载——极限荷载，然 定结构破坏时所能承担的荷载——极限荷载，然 后将极限荷载除以荷载系数得出容许荷载，并以 此为依据进行设计。为了确定极限荷载，必须考 虑材料的塑形变形，进行结构的极限分析（或塑 性分析）。所谓极限分析就是对结构变成机构前 性分析）。所谓极限分析就是对结构变成机构前 的变形不考虑，避开破坏前的全部分析，直接计 算极限荷载。 算极限荷载。
简单塑性理论
钢结构的简单塑性理论是指：假定钢材为理想弹塑 形体，采用一阶理论分析，不考虑二阶效应；保证 在形成机构前不发生侧扭屈曲破坏，其组成板件不 发生局部屈曲破坏；荷载按比例增加，内力计算时 考虑产生塑性铰而使结构转化为破坏机构体系。 用简单塑性理论进行框架分析是不考虑二阶效应的。 按塑性分析的结构，变形较大，结构刚度也有所降 低，二阶效应必然比弹性分析要大；如果再加上残 余应力、初弯曲、初偏心等初始缺陷的影响，承载 力会进一步降低。对于一般的连续梁、单层和两层 框架，钢材硬化的有利影响可以抵消二阶效应对承 载力的不利影响；如果设计者掌握了二阶理论的分 析和设计方法，并有足够的依据时，也不排除在两 层以上的框架设计中采用塑性设计 。
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除防止侧向弯扭屈曲的要求之外，塑性设计的结构 尚应考虑下述构造要求：
(1) 为避免引起过大的二阶效应，受压构件的长细比不 宜大于 。这比弹性设计的稍严。 (2) 所有节点及其连接应有足够的刚度，以保证节点处 各构件间的夹角保持不变。为达此目的，采用螺栓的安 装接头应避开梁和柱的交接线，或者采用加腋等扩大式 接头。构件拼接和构件间的连接应能传递该处最大弯矩 设计值的1.1倍，且不得低于 设计值的1.1倍，且不得低于 ，以便使节点强度 稍有余量，减少在连接处产生永久变形的可能性。 (3) 为了保证在出现塑性铰处有足够的塑性转动能力， 当板件采用手工气割或剪切机切割时，应将预期会出现 塑性铰部位的边缘刨平。当螺栓孔位于构件塑性铰部位 的受拉板件上时，应采用钻成孔或先冲后扩钻孔。这是 因为剪切边和冲孔周围带来的金属冷加工硬化，将降低 钢材的塑性，从而降低塑性铰的转动能力。
（1）与通常的弹性设计方法相比，可以节 约钢材（10％～15％）和降低造价； 约钢材（10％～15％）和降低造价； （2）对整个结构的安全度有更直观的估计。 通常的弹性设计方法在弹性范围内可以给出 精确的内力和位移，但给不出整个结构的极 限承载能力； （3）对连续梁和低层框架的内力分析较弹 性方法简便。
1.塑性设计的基本介绍 1.塑性设计的基本介绍
1.1 塑性设计的发展 1.2 塑性设计的优点
1.2 塑性设计的优点
钢材具有良好的延性，在保证结构构件不丧失局 部稳定和侧向稳定的情况下，可以在超静定结构 中的若干部位形成具有充分转动能力的塑性铰， 引起结构内力的重分配（redistribution 引起结构内力的重分配（redistribution of internal forces），从而发挥结构各部分的潜能。 forces），从而发挥结构各部分的潜能。 这种以整个结构的极限承载力作为结构极限状态 的塑性设计（plastic design）方法具有如下的 的塑性设计（plastic design）方法具有如下的 优点：
2.3.2 应变硬化性能过弱的材料也不适用于塑性设计 A.P.Hrennikoff用铝合 A.P.Hrennikoff用铝合 金连续梁的实验表明： 不仅缺少应变硬化性能 的材料不适合用于塑形 设计，硬化程度很弱的 材料同样不适用。 工字形截面，材料没有 明显屈服点，以残余变 形0.2%确定屈服应力 0.2%确定屈服应力 fy=269MPa,极限强度 fy=269MPa,极限强度 fu=298MPa,二者比值 fu=298MPa,二者比值 仅仅是1.1 仅仅是1.1
钢结构的塑性设计
1.塑性设计的基本介绍 1.塑性设计的基本介绍 2.塑性设计的基本假定及使用条件 2.塑性设计的基本假定及使用条件 3.塑性设计中的稳定性问题 3.塑性设计中的稳定性问题 4.塑性设计中节点设计 4.塑性设计中节点设计
1.塑性设计的基本介绍 1.塑性设计的基本介绍
1.1 塑性设计的发展 1.2 塑性设计的优点
2.2钢结构塑性设计的适用条件 2.2钢结构塑性设计的适用条件
塑性设计适用于不直接承受动力荷载的固端梁、 连续梁以及由实腹构件组成的单层和两层框架结 构 。 采用塑性设计的结构或构件按承载力极限状态进 行设计时，应采用荷载的设计值，考虑构件截面 内塑性的发展以及由此而引起的内力重分布，采 用简单塑性理论进行内力分析。 简单塑性理论进行内力分析。 按正常使用极限状态设计时，采用荷载的标准值， 并按弹性理论进行计算。
极限分析的假定
极限分析的假定包括：
1 材料为理想的弹塑体
极限分析的假定
2 理想截面，即假定塑形区只集中在一个截面 上 3 比例加载
2.塑性设计的基本假定及使用条 2.塑性设计的基本假定及使用条 件
2.1 钢结构塑性设计的基本原理及基本 假定 2.2 塑性设计的适用条件 2.3 塑性设计中材料的应变硬化性能的 重要性
2.3.3适用于钢结构塑性设计的钢材 2.3.3适用于钢结构塑性设计的钢材