钢结构B复习

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为什么焊脚尺寸不能过小?
焊脚尺寸过小,在施焊过程中高温的焊缝热量很快被焊件吸收, 焊缝冷却过快,焊缝易变脆。
为什么焊脚尺寸也不能过大?
焊脚尺寸过大,可能造成焊件过烧或被烧穿; 焊脚尺寸过大,冷却时的收缩变形加大,增大焊接应力,焊件 易产生翘曲变形。
1. 最小焊脚尺寸 hf min
h f 1.5 t (mm) 手工焊: h f 1.5 t - 1 (mm) 自动焊: T形连接单面焊缝: h f 1.5 t 1 (mm) t 4mm时,则取h f t 当焊件厚度 式中 t 为较厚焊件的厚度(mm)
水工钢结构
复习
考试题型
选择 填空 名词解释 简答 计算
教学内容:
钢结构材料 钢结构的设计方法 钢结构焊接、螺栓连接 梁的设计要点 钢柱与钢压杆
钢结构的主要优点:
1、材料强度高、结构重量轻 强度是混凝土强度的20倍以上,截面尺寸小,比如,钢屋 架重量是钢筋混凝土屋架重量的1/3~1/4 。 2、钢材材质均匀,各向同性。可简化为理想的弹塑性体。 3、塑性性能好 破坏前产生显著的变形,有明显的预兆。抗震性能好。 4、具有良好的韧性,适宜于承受动荷载 5、良好的加工性能、焊接性能 专业化工厂加工制造,运至现场安装。易于保证质量、缩短 工期。 6、密闭性好,适用于高压容器、管道、大型油罐等 7、便于拆装 ,重复使用 如塔吊、挂篮、架桥机、拱架、钻井塔架。
(3)普通螺栓群偏心受剪(同时受剪和受扭)
由扭矩T=F· e引起的剪力: N1Tx
由轴心力F引起的剪力:
T y1 xi2 yi2
N1Ty
T x1 xi2 yi2
N1F
F n
b ( N1Tx ) 2 ( N1Ty N1F ) 2 N min
(4)普通螺栓群在扭矩、剪力、轴心力作用下的抗剪计算
V
e
F
2 h1 h h2 x
1
σf1 σf2
x h1
τf
M M
2’
M h2 对于2点: f2 Iw 2
强度验算公式:
2
V f1 f he2lw 2
f2 2 f2 f f w f
h2 —腹板焊缝的实际长度;lw2—腹板焊缝的计算长度; he2—腹板焊缝截面有效高度。
当l1>15d0 时 当l1>60d0 时
N n b N min
l1 1.1 150d 0
0.7 N n b N min
当采用搭接或拼接板的单面连接传递轴心力,考虑偏心影响,应 将螺栓数目按计算增加10%。
(2) 普通螺栓群受扭
螺栓群在扭矩作用下的 抗剪计算 基本假定: ① 被连接构件是绝对 刚性的,而螺栓则是 弹性的; ② 各螺栓绕螺栓群形 心o旋转,其受力大 小与其至螺栓群形心 o的距离r成正比,力 的方向与其至螺栓群 形心的连线相垂直。
普通螺栓的构造和计算 Bolted Connections
螺栓排列:
1. 最小容许距离 2. 最大容许距离 3. 排列方式
剪力螺栓破坏的5种形式
(1) 普通螺栓群轴心受剪
所需螺栓数目 假定所有螺栓受力相等
( l1 15d0 ) 沿受力方向螺栓中心间的总距离 l1>15d0 (孔径)时,螺栓受力 不均匀,端部螺栓受力最大,先破坏,然后依次向内逐个破坏(“解 纽扣现象”)。规范对此予以折减:
f
l
h
(2 )V、M共同作用下焊缝强度计算
V
e
F
2 h1 h h2 x
1
σf1 σf2
x h1
τf
M M
2’
假设:腹板焊缝承受全部剪力,全部焊缝承受弯矩
对于1点:
M h1 f1 f f f w Iw 2
式中:Iw—全部焊缝有效截面对中性轴的惯性矩; h1—两翼缘焊缝有效截面最外纤维间的距离
M
1 2 3 4
M
N1 N2 N3 N4
y1 y2 中 和 轴 受压区
由力学知识可得:
N3 Nn N1 N 2 y1 y2 y3 yn
M N1 y1 N 2 y2 N n yn
因此,设计时只要满足下式即可:
N1
M y1 yi2
i 1 n
N tb
承压型高强螺栓 剪力超过摩阻力时,构件之间产生相对滑动,螺 杆和孔壁接触,由摩阻力、螺杆剪力、承压力共同传力。以螺栓剪 坏或孔壁承压破坏为承载力极限状态。类似于普通螺栓的受力性能。
预拉力控制方法:扭矩法、扭剪法、转角法。
摩擦型高强螺栓
单个螺栓抗剪承载力
N
b v
n f P
R
0.9n f P
2. 最大焊脚尺寸 hf max
h f 1.2t
t为较薄焊件的厚度。 板件厚度为t1的板件边缘焊缝尚应满足: (1) 当t1 6mm时,h f t1; (2) 当t 6mm时,h t (1 ~ 2)mm。
1 f 1
3. 焊缝的计算长度
1). 角焊缝的计算长度不宜过小;
lw 8h f , 且lw 40mm
(3)三面围焊受扭矩、剪力联合作用时角焊缝的计算
e a
y
rx
A
e1
将F向焊缝群形心简化得: 轴心力 V=F 扭矩 T=Fe
F
x
h
x
V r
0
T
A’
y l2
承受偏心力的三面围焊
计算时按弹性理论假定: ①被连接件绝对刚性,它有绕焊缝形心 O旋转的趋势,而焊缝本身为弹性。 ②扭距在角焊缝群上产生的任一点的应 力方向垂直于该点与形心的连线,且应 力大小与连线长度r成正比。 ③在轴心力V作用下,焊缝群上的应力 均匀分布。
(4) 螺栓群同时受剪力和拉力
每个螺栓的剪力为:
V N v N cb n
按(2)或(3)的方法计算每个螺栓的拉力
Nv Nt b b 1 N N v t
2
2
高强螺栓
高强螺栓,通过拧紧螺母,在螺杆中施加很大的预拉力,此预 拉力将连接件夹紧,使接触面间产生很大摩擦阻力,抵消外荷载产 生的剪力。 摩擦型高强螺栓 完全依靠被连接件间的摩阻力传力,当剪力等于 最大摩擦力时即为承载能力极限状态。使用于动载结构。
钢材的规格
第一章
概率极限状态设计法
绪 论
结构的极限状态
(1)承载能力极限状态
(2)正常使用极限状态
对接焊缝连接的构造和计算 Details &. Design of Groove Welds
一、构造要求 二、焊缝强度计算方法
强度计算
1、承担轴心力
N f t w或f cw ([ tw ]或[ cw ]) l wt
fu fy=f0.2

0.2%
εp
无屈服点钢材的应力-应变曲线
影响钢材力学性能的主要因素
1.化学成分 2.冶金缺陷 3.钢材硬化 4.温度的影响 5.复杂应力和应力集中的影响 6.荷载类型的影响 7.残余应力
用轧钢机将钢锭轧成钢胚,再通过一系列不同形状和孔径的轧 机,轧成所需形状和尺寸的钢材。 钢材的热轧成型,压密钢的晶粒,改善钢的材质。薄的钢材, 辊轧次数多,压缩比大,因而屈服点及伸长率均大于厚板。 钢材的力学性能按板厚或直径分组。
2、承担弯矩和剪力
M ft w Ww VS w f vw I wt
在正应力和剪应力同时作用点处:

2
3
2
1.1 f t w 或 1.1 f cw
1.1为考虑到最大折算应力只在局部出现,而将强度设计值适当提高系数。
角焊缝的构造和计算 Configuration &. Design of Fillet Weld
在扭矩作用下,螺栓1受力: N1Ty N1T
x1 r1
y1 N N r1
T 1x T 1
在剪力V和轴心力N作用下,螺栓均匀受力:
N1Vy V n
N1N N n x
则螺栓1承受的最大剪力N1应满足:
T V T b N1 ( N1N N1x )2 ( N1y N1y )2 Nmin x
低碳钢在常温下的拉伸试验
Lo
d
标准试件
主要力学性能指标:

E
B
比例极限;
屈服点; 抗拉强度; 伸长率; 冷弯试验; 冲击韧性。
O
u
ACD
y A
E

对无明显屈服点的钢材
设计时以卸载后试件中残余应变为0.2%所对应的应力 作为屈服点 ——“条件屈服点”或“名义屈服点”

没有明显屈服点的钢 材在拉伸过程中没有 屈服阶段,塑性变形 小,破坏突然。
f f f2 f f w
2
角焊缝的计算
1.轴心力(拉力、压力和剪力)作用时角焊缝的计算 (1)用盖板的对接连接
lw
N
N
角焊缝计算长度=l实-2hf
B、采用三面围焊连接
lw
N
lw

N
(3)承受轴心力的角钢端部连接
K1—角钢肢背焊缝的内力分配系数 K2—角钢肢尖焊缝的内力分配系数
(3)高强度螺栓群偏心受拉
N
1 2 3 4 N1 N2
钢材的疲劳 Fatigue
钢材在连续交变荷载作用下,会逐渐积累损伤、产生裂纹即裂 纹逐渐扩展,当循环次数达到某定值时,发生突然破坏的现象,称为 疲劳。(high-cycle fatigue low-cycle fatigue) 高周低应力疲劳:破坏前的应力循环次数n≥5×104 ,疲劳破坏 时的应力较低, f y 。 一般属于此类疲劳。 低周高应力疲劳:破坏前的应力循环次数n=102~5×104 ,疲劳破 坏时的应力水平较高, f y 。
应力比:
min max
应力幅:
max min
循环次数: n (要求n≥ 5×104时,应进行疲劳计算)
钢材的选择
钢材的选用应保证结构安全可靠和经济合理,选用时应考虑: 结构的类型及重要性;结构所受荷载性质(动载、静载); 连接的方法;焊接、螺栓连接;结构的工作温度和所处的环 境,钢材厚度。
2). 侧面角焊缝不宜过长; lw 40h f (动载) lw 60h f (静载) lw若超出上述规定值,超长部分不予考虑。 侧面角焊缝沿长度方向受力不均匀,两端大而中间小,故规 定有效长度。 若内力是沿侧面角焊缝全长分布时,其计算长度不受此限制。
直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为:
故:该连接的设计控制点为A点和A’点
焊接应力和焊接变形 Welding Stress & Welding Deformation
焊接残余应力及其影响
增大结构的变形,降低结构刚度,影响受压柱的稳定承载力, 局部形成三向拉应力场。
1.对结构静力强度的影响
2、对结构刚度的影响
减少或消除焊接残余应力及残余变形的措施 1. 合理的焊缝设计和焊接工艺 2. 反变形 3. 预热、后热等矫正方法
R=1.111
单个螺栓抗拉承载力
Ntb 0.8P
高强螺栓群连接的计算
分析方法和计算公式与普通螺栓同。
高强度螺栓群受剪 (1)轴心受剪
设一侧的螺栓数为n,平均受 剪,承受外力N。轴力通过螺 栓群的形心,所需螺栓数目:
对于摩擦型连接:
N n b Nv
(2)高强度螺栓群非轴心受剪
n1 N (1-0.5 ) f n An
普通螺栓的受拉连接 单个螺栓的承载力 轴心受拉
N Ae f t
b t b
d e2
4
ft
b
同时受拉和受剪
Nv Nt b b 1 N N v t
2
2
(2) 螺栓群受弯矩
(3) 螺栓群偏心受拉
偏心较小,即弯矩较小,全部螺栓受拉。 偏心较大,即弯矩较大,在端板底部将出现受压区。
在扭矩或扭矩和剪力共同作用时的抗剪计算方法与普通螺栓群 相同,但应该采用高强度螺栓承载力设计值进行计算。
高强度螺栓群受拉
(1)轴心受拉
高强度螺栓连接所需的螺栓数目: 对于摩擦型连接:
N n b Nt
N tb 0.8P
(2)高强度螺栓群受弯矩作用
由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力P,故在弯矩作用 下,连接板件接触面始终处于紧密接触状态,弹性性能较好,可认 为是一个整体,所以假定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合,最外侧 螺栓受力最大。
2.复杂受力时角焊缝连接计算
(1)受弯矩M 、剪力V 、轴力N联合作用时角焊缝的计算 e
θ M A Ny Nx
lw 2
lw
2
N
he t he
σNx
σM τNy
由轴心拉力Nx产生的应力:
由弯矩M产生的最大应力:
Nx Nx N Ae 2helw
A点产生的剪应力:
M
Ny
w e
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M 6M 2 We 2helw
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