钢结构教学课件-基础知识

一、 只有正应力 f
只有剪应力 f f 3
有正应力和剪应力 2 3 2 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
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
钢
第一章
结 构
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
第二章
第三章 第四章 第五章 第六章
第一章 概述

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 习方法
钢结构的特点及应用 钢结构的设计方法 钢结构的设计要求 钢结构的发展方向 本课程的主要内容、特点和学
1
2、变幅疲劳计算
第七节 结构钢材的种类、规格及其选
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： A、 B、C、D、E五级，只有镇静钢和特殊镇静钢。
N f t w或f cw l wt
当 tg 1.5 即 56.3 可时 可不验验算焊缝强度
2、对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用
max max
2
My max w w f t 或f c Ix VS x w fv I xt
2 w
3 1.1 f t
钢板A
例题2：试验算图3.43（a）所示牛腿与钢柱连接角焊缝的强度。 钢材为Q235，焊条为E43型，手工焊。荷载设计值N=365KN， 偏心距e=350mm，焊角尺寸hf1=8mm，hf2=6mm。 图3.43（b）为焊缝有效截面。
第四节 焊接残余应力和焊接残余变形
一、焊接残余应力产生的原因 二、焊接残余应力对结构性能的影响
f f
2

2 f
f
w f
例题3：如下图所示，两等边角钢2∟125×10通过角焊缝 与一厚度为8mm的节点板连接，不采用引弧板，已知 N=300KN，焊角高度hf=8mm，求焊缝的最小长度l1和 l2.
N1 N 2 N 0
e2 N1 N k1 N e1 e2 N2 e1 N k2 N e1 e2
二、钢结构的应用
3、塔桅等高耸结构。
二、钢结构的应用
4、钢－混凝土组合结构。
第二节 钢结构的设计方法
颠覆 经济、安全、适用、耐久 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
第二章 钢结构的材料



第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
1、承受轴心力作用时角焊缝连接计算
例题1：两钢板A、B通过上下两块拼接板连接在一起。已 知l1=500mm，l2=300mm，角焊缝采用E43型的手工 焊（采用引弧板），焊角高度hf=7mm，求该角焊缝所能 承担的最大拉力N。
例题2：钢板A通过两条角焊缝固定在H型钢柱上，已知作用 在钢板A上的拉力N=500KN，L=600mm，焊条采用E43手 工焊（采用引弧板），焊角高hf=8mm，θ 等于30度。试验 算焊缝的强度。
一、焊缝连接的 优缺点
优点：用料经济、不削弱截面、连接密封性好、整体性好。 缺点：焊接部位附近材质变脆，产生残余应力及残余应变。
二、焊缝连接形式和种类
1、按被连接钢材的相对位置分：对接、搭接、T行连接、角接 2、按施焊的方位分：平焊、立焊、横焊、仰焊 3、按受力特点分：对接焊缝、角焊缝
三、高强度螺栓连接（摩擦型、承压型） N 四、对接焊缝的计算 f w或f w
第三章 钢结构的连接



第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
连接分类及特点 对接焊缝连接设计 角焊缝连接设计 焊接残余应力和焊接残余应变 普通螺栓连接设计 高强度螺栓连接设计
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
二、焊缝连接
用料经济
焊接优点
不削弱截面 连接密封性好、整体性好
N1e1 N 2e2 0
2、弯矩、轴力和剪力共同作用时角焊缝连接计算
例题1：钢板A通过两条角焊缝固定在H型钢柱上，已知作用 在钢板A上的拉力N=500KN，L=600mm，偏心距e=100mm 焊条采用E43手工焊（采用引弧板）， θ等于30度， 焊角高hf=8mm，试验算焊缝的强度。
H型钢柱
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向收缩率
屈服强度fy 为设计依据 抗拉强度fu为安全储备
伸长率δ 、断面收缩率Ψ 衡量 钢材承受动力荷载的能力
ห้องสมุดไป่ตู้
是判别钢材塑性及冶金质 量的综合指标
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 四、钢材的主要力学性能
钢结构对钢材性能的要求 结构钢材的主要力学性能 影响结构钢材力学性能的主要因素 复杂应力作用下结构钢材的屈服条件 钢材的破坏形式 结构钢材的种类、规格及其应用 钢结构的连接材料
第一节 钢结构对钢材性能的要求
较高的强度
钢 材 性 能 要 求
足够的变形能力（较好的塑性和韧性）
良好的加工性能
第三节 钢材的主要力学性能
e 2d
2、抗剪连接的工作性能
0-1 摩擦传力的弹性阶段
1-2 滑移阶段
2-3栓杆直接传力的弹性阶段
3-4栓杆直接传力的弹塑性阶段
3、单个普通螺栓的抗剪承载力计算
例题1：两截面为-14×400mm的钢板，采用双盖板（厚度为7mm） 和C级普通螺栓拼接，螺栓M20，钢板为Q235，求每个螺栓所能承 担的最大剪力。
例题2：两截面为-14×400mm的钢板，采用双盖板(厚度为 7mm）和C级普通螺栓拼接，螺栓M20，钢材Q235，试计算 该连接所能承担的最大拉力N。
受剪
普通螺栓连接按受力分类 1、受剪连接的五种破坏形式
螺栓杆受剪破坏 孔壁挤压破坏
受拉 剪拉共同作用
四、直角角焊缝的强度验算
正面角焊缝的验算 侧面角焊缝的验算
f 和 f 同时作用
r
N f f f fw helw
N f f fw helw
f f

2

2 f
f
w f
N f f h l
w f e w
N f hl
w f e w
H型钢柱
钢板A
一、角焊缝的形式
N w f f f 侧面角焊缝（焊缝长度方向∥受力方向） helw
helw
正面角焊缝 （焊缝长度方向⊥受力方向） f N f f fw
斜角焊缝 一、角焊缝的尺寸要求
1、最小焊角尺寸 2、最大焊角尺寸 3、侧面角焊缝的最小计算长度 4、侧面角焊缝的最大计算长度
强度、塑性、冲击韧性、冷弯性能、可焊性、Z向性能
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
f
只有剪应力
3
既有正应力又有剪应力
3 f
2 2
第六节 钢材的破坏形式
塑性破坏 脆性破坏 破坏时有很大的塑性变形 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 疲劳破坏 没有明显变形的突然破坏
直角角焊缝
二、角焊缝截面形状
斜角角焊缝
三、角焊缝的尺寸要求
最小焊角尺寸
h f 1.5 tmax
最大焊角尺寸
hf 1.2tmin
l f 8h f 且 且 40mm
侧面角焊缝的 最小计算长度
侧面角焊缝的 最大计算长度
l f 60h f
四、直角角焊缝的强度验算
he 焊角有效高度 he 0.7 h f
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
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 对接焊缝 按受力特点分 角焊缝
三、铆钉、螺栓连接
铆钉连接
摩擦型 高强度螺栓连接 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
第二节 对接焊缝连接设计
一、对接焊缝的构造
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。
二、钢结构的应用
1、重型结构及大跨度建筑结构。
二、钢结构的应用
2、多层、高层及超高层建筑结构。
螺栓受剪破坏 孔壁挤压破坏
2 πd b b 螺栓抗剪：N V nV fV 4 b b 孔壁承压：N C d t f C
N
b v,min
min N ; N