钢结构设计原理第3章+强度
钢结构基本原理：3-受拉构件
拉弯构件截面强度
全截面屈服准则：轴力—弯矩相关关系推导
1 fy
a
a
h
h 2a
a
a
b 2 fy
由平衡关系： N (h 2a)bfy (1 2a / h)Np
(1)
Mx abfy (h a) Mpx 4[a / h (a / h)2 ] (2)
其中，Np bhfy M px ( 14)bh2 fy
残余应力对静力强度的影响：无
0.10.4 3/ 2 0.7
0.3 0.4 0.1
－
－
＋ 0.6 0.4 1
＋
1
－
－
0.4 f y
0.8 f y
对构件刚度的影响? 对疲劳性能的影响? 对构件稳定的影响?
P
P/A f y
P=？
fy
－
－
－
＋ rt 0.6 f y
0.70.2 3/ 2 1
截面强度公式
y 1 fy
x
N
Mx 2 fy
工程设计公式
1
N A
Mx Wx
fy
记 屈服轴力 Np Afy
屈服弯矩 Mex Wx fy
则 N Mx 1 Np M ex
N An
Mx Wxn
fd
2
拉弯构件截面强度
全截面屈服准则 准则描述
截面各点应力（拉、压）都达到钢材屈服点
截面强度公式
截面强度
N An
fd
1
受拉构件
截面效率 截面效率：连接处能够有效传递内力的截面与计
算截面的比值
a
受拉构件
截面效率
a
截面效率系数
1a/
a ——被连接"截面"形心至连接面距离 ——连接长度
知道网课《钢结构设计原理(天津大学)》课后章节测试答案
第一章测试1【单选题】(2分)一般情况下钢结构构件不会因超载突然断裂，主要是因为钢材（）。
A.强度高B.塑性好C.材质均匀D.韧性好2【单选题】(2分)钢结构适于承受动力荷载，主要是因为钢材（）。
A.材质均匀B.韧性好C.强度高D.塑性好3【多选题】(2分)与其他建筑材料结构相比，钢结构具有如下特点：（）。
A.低温下脆断倾向提高B.耐火性好C.强度高D.工业化程度高4【判断题】(2分)计算钢结构或构件的强度、稳定以及连接的强度时，采用荷载设计值；计算疲劳和变形时，采用荷载标准值。
（）A.对B.错5【判断题】(2分)直接承受动力荷载的钢结构，计算强度和稳定时，动力荷载设计值不乘以动力系数。
（）A.对B.错第二章测试1【多选题】(2分)钢材标准试件在常温、静载下的一次单向均匀拉伸试验可以得到钢材的（）指标。
A.抗拉强度B.断后伸长率C.板件厚度方向性能D.屈服强度2【单选题】(2分)钢材的抗剪强度与抗拉强度的关系是（）。
A.前者低于后者B.前高等于后者C.需试验确定D.前者高于后者3【多选题】(2分)碳素结构钢中，碳元素含量增加，钢材（）。
A.韧性下降B.强度提高C.塑性下降D.疲劳强度提高4【判断题】(2分)建筑钢结构用钢对钢材变形能力无要求。
（）A.错B.。
钢结构基本原理第三章 构件截面承载力 强度
第三章 构件截面承载力--强度钢结构承载能力分3个层次截面承载力：材料强度、应力性质及其在截面上分布属强度问题。
构件承载力：构件最大截面未到强度极限之前因丧失稳定而失稳，取决于构件整体刚度，指稳定承载力。
结构承载力：与失稳有关。
3.1 轴心受力构件的强度及截面选择3.1.1 轴心受力构件的应用及截面形式主要用于承重钢结构，如平面、空间桁架和网架等。
轴心受力截面形式：1）热轧型钢截面2）冷弯薄壁型钢截面3）型钢和钢板连接而成的组合截面（实腹式、格构式）（P48页）对截面形式要求：1）提供强度所需截面积2）制作简单3）与相邻构件便于连接4）截面开展而壁厚较薄，满足刚度要求（截面积决定了稳定承载力，面积大整体刚度大，构件稳定性好）。
3.1.2 轴心受拉构件强度由εσ-关系可得：承载极限是截面平均应力达到抗拉强度u f ，但缺少安全储备，且y f 后变形过大，不符合继续承载能力，因此以平均应力y f ≤为准则，以孔洞为例。
规范：轴心受力构件强度计算：规定净截面平均应力不应超过钢材强度设计值f A N n ≤=/σN ：轴心拉力设计值； An ：构件净截面面积；R y f f γ/=: 钢材抗拉强度设计值 R γ:构件抗力分项系数Q235钢078.1=R γ，Q345，Q390，Q420111.1=R γ49页孔洞理解见书例题P493.1.3 轴心受压构件强度原则上与受拉构件没有区别，但一般情况下，轴心受压构件的承载力由稳定性决定，具体见4章。
3.1.4 索的受力性能和强度计算钢索广泛用于悬索结构，张拉结构，桅杆和预应力结构，一般为高强钢丝组成的平行钢丝束，钢绞线，钢丝绳等。
索是一种柔性构件，内力不仅与荷载有关，而且与变形有关，具有很强几何非线性，但我们通常采用下面的假设：1）理想柔性，不能受压，也不能抗弯。
2）材料符合虎克定理。
在此假设下内力与位移按弹性阶段进行计算。
加载初期（0-1）存在少量松弛变形，主要部分（1-2）线性关系，接近强度极限（2-3）明显曲线性质（图见下）实际工程对钢索预拉张，形成虚线应力—应变关系，很大范围是线性的高强度钢丝组成钢索初次拉伸时应力—应变曲线钢索强度计算采用容许应力法：k f A N k k //maxk N ：钢索最大拉力标准值 A ：钢索有效截面积k f :材料强度标准值 k ：安全系数2.5-3.03.2 梁的类型和强度3.2.1 梁类型按制作方法：型钢梁：热轧型钢梁（工字梁、槽钢、H 型钢）。
钢结构设计基本原理
二 极限状态设计法(limit-state design method)
极限状态设计法问世于20世纪50年代。它将变异性的设计 参数采用概率分析引入结构设计中。根据应用概率分析的程度 分为三种水准。即半概率极限状态设计法、近似概率极限状态 设计法和全概率极限状态设计法。目前，钢结构设计方法采用 的是近似概率极限状态设计法，有时也称为概率极限状态设计 法。
1ห้องสมุดไป่ตู้2钢结构的应用范围
站在现代建筑结构技术的发展前沿，可以说世 界上没有不能实现的结构，只有不合理的结构。根 据钢结构本身的特点，结合我国国民经济的发展， 钢结构在土木工程领域合理的应用范围大致如下：
1.工业厂房(industrial factory building)
工业厂房可分为轻型、中型和重型工业厂房，主要根 据是否设臵吊车以及吊车吨位的大小和运行频繁程度而定 。例如，炼钢车间、锻压车间等。近年来，轻型门式刚架 结构在工业厂房中的应用十分普遍。
7.其他构筑物
如高炉、运输通廊、栈桥、管道支架等。
1.3钢结构的设计方法
钢结构设计应遵循的一般原则是‚技术先 进、经济合理、安全适用、确保质量‛。钢结 构的设计方法可分为容许应力法和极限状态设 计法两种。分述如下：
一 容许应力法(allowable stress method)
“容许应力法‛也称为‚安全系数法‛或‚定值法‛。 即将影响结构设计的诸因素取为定值，采用一个凭经验选 定的安全系数来考虑设计诸因素变异的影响，以衡量结构 的安全度。其表达式为： (1-1)
n 0 G SGk Q1 SQ1k Qi ci SQik i 2
n 0 G S Gk Qi ci S Qik i 1
钢结构设计原理刘智敏第三章课后题答案
钢结构设计原理刘智敏第三章课后题答案第3章钢结构的连接12. 如图3-57所⽰的对接焊缝，钢材为Q235，焊条为E43型，采⽤焊条电弧焊，焊缝质量为三级，施焊时加引弧板和引出板。
已知，试求此连接能承受的最⼤荷载。
解：因有引弧板和引出板，故焊缝计算长度l w=500mm，则焊缝正应⼒应满⾜：其中，故有，故此连接能承受的最⼤荷载为。
13. 图3-58所⽰为⾓钢2∟140×10构件的节点⾓焊鏠连接，构件重⼼⾄⾓钢肢背距离，钢材为Q235BF，采⽤⼿⼯焊，焊条为E43型，，构件承受静⼒荷载产⽣的轴⼼拉⼒设计值为N=1100kN，若采⽤三⾯围焊，试设计此焊缝连接。
解:正⾯⾓焊缝且故可取，此时焊缝的计算长度正⾯焊缝的作⽤：则由平衡条件得：所以它们的焊缝长度为，取370mm，，取95mm。
17. 如图3-61所⽰的焊接⼯字形梁在腹板上设⼀道拼接的对接焊缝，拼接处作⽤有弯矩，剪⼒，钢材为Q235B钢，焊条⽤E43型，半⾃动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。
解：（1）确定焊缝计算截⾯的⼏何特征x轴惯性矩：中性轴以上截⾯静矩：单个翼缘截⾯静矩：（2）验算焊缝强度焊缝最⼤拉应⼒（翼缘腹板交接处）：查表知，，所以焊缝强度不满⾜要求。
19. 按⾼强度螺栓摩擦型连接和承压型连接设计习题18中的钢板的拼接，采⽤8.8级M20(=21.5mm)的⾼强度螺栓，接触⾯采⽤喷吵处理。
（1）确定连接盖板的截⾯尺⼨。
（2）计算需要的螺栓数⽬并确定如何布置。
（3）验算被连接钢板的强度。
解：（1）摩擦型设计查表得每个8.8级的M20⾼强度螺栓的预拉⼒，对于Q235钢材接触⾯做喷砂处理时。
单个螺栓的承载⼒设计值：所需螺栓数：（2）承压型设计查表知，。
单个螺栓的承载⼒设计值：所需螺栓数：螺栓排列图如下所⽰验算被连接钢板的强度a.承压型设计查表可知，当满⾜要求。
b.摩擦型设计净截⾯强度验算：满⾜要求；⽑截⾯强度验算：满⾜要求。
20. 如图3-62所⽰的连接节点，斜杆承受轴⼼拉⼒设计值，端板与柱翼缘采⽤10个8.8级摩擦型⾼强度螺栓连接，抗滑移系数，求最⼩螺栓直径。
钢结构第三章课后作业
l lw1 2hf 131mm 2 10mm 151mm , 取160mm。
两块被拼接钢板间留出10mm间隙，则拼接盖板的长度为：
L 2l 10mm=2 160mm+10mm=330mm 。
3.3
查表，Q235钢材，E43焊条，
N=320kN
N3 192 103 hf3 7.8mm ，端、背都取8mm。 w 0.7 2lw3 f ff 0.7 2 90 1.22 160
N1 N N3 320 192 128kN
N1 128 103 计算长度：lw1 = 71.4mm， 48mm lw1 360mm。 w 2he ff 2 0.7 8 160
翼缘与腹板连接处的折算应力：
My 260 106 230 2 = =123.05N / mm Ix 48600 104 VSx1 130 103 160 20 240 2 = =14.67N / mm I xt 48600 104 14
w 2 +3 2 123.052 +3 14.67 2 =125.65N / mm 2 1.1 f t2 203.5N/mm 2
两块被拼接钢板间留出10mm间隙，则拼接盖板的长度为：
L 2l 10mm=2 380mm+10mm=770mm 。
（2）采用三面围焊 已知正面角焊缝的长度
' lw 370mm ，两条正面角焊缝所能承受的力为：
' N ' =0.7hf lw f ffw 0.7 10 2 370 1.22 200 1263.9kN
200 55 50 100 100 100 50 40 F 14 55 55
（完整版）钢结构课后习题第三章
（完整版）钢结构课后习题第三章第三章部分习题参考答案3.8 已知A3F 钢板截⾯mm mm 20500?⽤对接直焊缝拼接，采⽤⼿⼯焊焊条E43型，⽤引弧板，按Ⅲ级焊缝质量检验，试求焊缝所能承受的最⼤轴⼼拉⼒设计值。
解：焊缝质量等级为Ⅱ级，抗拉的强度设计值20.85182.75/w f f f N mm == 采⽤引弧板，故焊缝长度500w l b mm ==承受的最⼤轴⼼拉⼒设计值3500*20*182.75*101827.5N btf kN -===3.9 焊接⼯字形截⾯梁，在腹板上设⼀道拼接的对接焊缝(如图3-66)，拼接处作⽤荷载设计值：弯矩M=1122kN ·mm ，剪⼒V=374kN ，钢材为Q235B ，焊条为E43型，半⾃动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。
解：（1）焊缝截⾯的⼏何特性惯性矩3341(28102.827.2100)26820612x I cm =-= ⼀块翼缘板对x 轴的⾯积矩3128 1.4(507)2234.4X S cm =??+=半个截⾯对x 轴的⾯积矩31500.8253234.4X X S S cm =+??=（2）焊缝强度验算焊缝下端的剪应⼒33214374102234.41038.9/268206108x x w VS N mm I t τ===?? 焊缝下端的拉应62max4112210500209/0.852********x M h N mm f I σ??=?==>? 所以，该焊缝不满⾜强度要求（建议将焊缝等级质量提为⼆级）则 max σ2209/N mm =<215f =2/N mm下端点处的折算应2222max 3219.6/ 1.1236.5/N mm f N mm στ+=<=且焊缝中点处剪应⼒33224374103234.41056.3/125/268206108w x v x w VS N mm f N mm I t τ===<=??3.10 试设计如图3-67所⽰双⾓钢和节点板间的⾓焊缝连接。
11钢结构基本原理(3-构件强度09)
轴心受拉构件强度计算公式 N f An
An 构件净截面面积 f 抗拉强度设计值
轴心受压构件的强度计算---与受拉构件强度计算完全相同， 仍采用以上公式
注意：轴心受压构件的破坏形式有强度破坏、整体失稳破坏和 局部失稳破坏(设计方法后述)。
——强度计算往往不是起控制作用？
轴心压杆（柱）的设计和计算内容—概述 1． 截面选择
最优截面改变处是离支座1/6跨度处。
b'
≤１：４
M' M1
b
M' M
M
a=l/6 l
1
按强度条件选择梁截面
h
a=l/6
多层翼缘板的梁，可用切断外层板的方法来改变梁的截面。
双层翼缘焊接梁
梁截面一般只改变一次，对于跨度较小的组合梁，不宜改变截面。
四、拉弯、压弯构件的应用和强度计算
压弯（拉弯）构件——同时承受轴向力和弯矩的构件 弯矩的产生
塑性阶 段
弯曲正应力的特点是什么?
受弯构件（梁）的强度
1、正应力—抗弯强度
三种强度准则： 1）按边缘屈服准则
(对需计算疲劳的)
Mx f Wnx
2）按全截面塑性准则
Mx f W pnx
3）按有限塑性准则(规范用公式)
(对一般受弯构件)
Mx f xWnx
梁的抗弯强度计算公式---应用和注意
h he
梁的建筑高度要求决定了梁的最大高度hmax ； 梁的刚度要求决定了最小高度： hmin f l ＝ ； l 1.34 10 6 vT
1
梁的经济条件决定了梁的经济高度：he 7Wx 3 30(cm)
b. 腹板厚度
抗剪要求
(整理)钢结构设计原理复习题-答案
钢结构设计原理复习题第1章 绪论一、选择题1、在结构设计中，失效概率P f 与可靠指标β的关系为（ B ）。
A 、P f 越大，β越大，结构可靠性越差B 、P f 越大，β越小，结构可靠性越差C 、P f 越大，β越小，结构越可靠D 、P f 越大，β越大，结构越可靠 2、钢结构的主要缺点是（ C ）。
A 、结构的重量大B 、造价高C 、易腐蚀、不耐火D 、施工困难多3、大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（ B ）A.密封性好B.自重轻C.制造工厂化D.便于拆装 4、当结构所受荷载的标准值为：永久荷载k G q ，且只有一个可变荷载k Q q ，则荷载的设计值为（ D ）。
A ．k G q ＋k Q qB ．1.2（k G q ＋k Q q ）C ．1.4（k G q ＋k Q q ）D ．1.2k G q ＋1.4k Q q二、填空题1、结构的可靠度是指结构在 规定的时间 内，在 规定的条件 下，完成预定功能的概率。
三、简答题1、两种极限状态指的是什么？其内容有哪些？答：两种极限状态指的是承载能力极限状态和正常使用极限状态。
承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或是出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系或出现过度的塑性变形等。
正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，包括出现影响正常使用或影响外观的变形，出现影响正常使用或耐久性能的局部损坏以及影响正常使用的振动等。
第2章 钢结构材料 一、选择题1、钢材应力应变关系的理想弹塑性模型是（ A ）。
2、在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是（ B ）的典型特征。
(A)脆性破坏 (B)塑性破坏 (C)强度破坏 (D)失稳破坏3、钢材的设计强度是根据（ C ）确定的。
(A)比例极限 (B)弹性极限 (C)屈服点 (D)极限强度 4、结构工程中使用钢材的塑性指标，目前最主要用（ D ）表示。
《钢结构设计原理》3-1 钢结构的连接-焊缝连接
8
3.1.3 螺栓连接 普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。 1 普通螺栓连接 普通螺栓分为A、B、C三级。 A与B级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。 A级和B级螺栓材料性能等级则为5.6级或8.8级。 C级螺栓材料性能等级为4.6级或4.8级。 小数点前面的数字表示螺栓成品的抗拉强度不 小于400N/mm2，小数点及小数点以后数字表示 其屈强比为0.6或0.8。
焊件常需做成坡口，焊缝金属填充在坡口内。
坡口形式与焊件厚度有关：
焊件厚度很小(小于等于10mm)：直边缝。
一般厚度(t=10~20mm) :具有斜坡口的单边V形或V形焊
缝。
斜坡口和离缝b共同组成一个焊条能够运转的施焊空间，
使焊缝易于焊透；钝边p有托住熔化金属的作用。
较厚的焊件(t＞20mm)，则采用U形、K形和X形坡口。 V形缝和U形缝需对焊缝根部进行补焊。
16
3.2焊缝和焊接连接形式
3.2.2 焊接连接的形式
1.焊接连接形式
被连接板件的相互位置：对接、搭接、T形连接和角部
连接四种。
连接所采用的焊缝主要有坡口焊缝和角焊缝。
对接连接：主要用于厚度相同或接近相同的两构件的
相互连接。
采用对接焊缝，两构件在同一平面内，传力均匀平缓，
没有明显的应力集中，用料经济，但是焊件边缘需要
围焊缝 正面、侧面、斜焊缝组成的混合焊缝。
2021年8月30日
第六届全国混凝土结构基本理论及 工程应用学术会议
25
侧面角焊缝 主要承受剪 应力，塑性较好，弹性模 量低，强度也较低。
传力线通过时产生弯折， 应力沿焊缝长度方向的分 布不均匀，呈两端大而中 间小的状态。
焊缝越长，应力分布不均 匀性越显著，但在届临塑 性工作阶段时，产生应力 重分布，可使应力分布的 不均匀现象渐趋缓和。
第 3 章构件的截面承载能力
第 3 章构件的截面承载能力——强度3.1轴心受力构件的强度及截面选择3.1.1轴心受力构件的应用和截面形式一、轴心受力构件的应用1.主要承重钢结构，如平面、空间和架和网架等。
2.工业建筑的平台和其他结构的支柱3.各种支撑系统二、轴心受力构件的截面形式1. 轴心受力构件的截面分类第一种：热轧型钢截面：圆钢、圆管、方管、角钢、工字钢、T 型钢和槽钢等，如图3-1（a）。
第二种：冷弯薄壁型钢截面：带卷边或不带卷边的角形、槽形截面和方管等，如图3-1（b）。
第三种：用型钢和钢板连接而成的组合截面：实腹式如图3-1（c），格构式如图3-1（d）。
2.对轴心受力构件截面形式的共同要求是（1）能提供强度所需要的截面积;（2）制作比较简便;（3）便于和相邻的构件连接;（4）截面开展而壁厚较薄，以满足刚度要求：对于轴心受压构件，截面开展更具有重要意义，因为这类构件的截面积往往取决于稳定承载力，整体刚度大则构件的稳定性好，用料比较经济。
对构件截面的两个主轴都应如此要求。
根据以上情况，轴心压杆除经常采用双角钢和宽翼缘工字钢截面外，有时需采用实腹式或格构式组合截面。
格构式截面容易使压杆实现两主轴方向的等稳定性，同时刚度大，抗扭性能好，用料较省。
轮廓尺寸宽大的四肢或三肢格构式组合截面适用于轴心压力不甚大，但比较长的构件以便满足刚度、稳定要求。
在轻型钢结构中采用冷弯薄壁型钢截面比较有利。
3.1.2轴心受拉构件的强度由钢材的应力应变关系可知，轴心受拉构件的承载极限是截面的平均应力达到钢材的抗拉强度。
但拉杆达到此强度极限时会发生突然的断裂，缺少必要的安全储备。
另外，当构件毛截面的平均应力超过钢材的屈服强度时，由于构件塑性变形的发展，会使结构的变形过大以致不符合继续承载的要求。
因此，拉杆毛截面上的平均应力应以不超过屈服强度为准则。
对于有孔洞的受拉构件，孔洞附近有如图3-2（a）所示的应力集中现象。
孔壁边缘最大应力可能达到弹性阶段的3～4倍。
钢结构设计原理复习题-答案
钢结构设计原理复习题第1章 绪论一、选择题1、在结构设计中，失效概率P f 与可靠指标β的关系为（ B ）。
A 、P f 越大，β越大，结构可靠性越差B 、P f 越大，β越小，结构可靠性越差C 、P f 越大，β越小，结构越可靠D 、P f 越大，β越大，结构越可靠2、钢结构的主要缺点是（ C ）。
A 、结构的重量大B 、造价高C 、易腐蚀、不耐火D 、施工困难多3、大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（ B ）A.密封性好B.自重轻C.制造工厂化D.便于拆装4、当结构所受荷载的标准值为：永久荷载k G q ，且只有一个可变荷载k Q q ，则荷载的设计值为（ D ）。
A ．k G q ＋k Q qB ．1.2（k G q ＋k Q q ）C ．1.4（k G q ＋k Q q ）D ．1.2k G q ＋1.4k Q q二、填空题1、结构的可靠度是指结构在 规定的时间 内，在 规定的条件 下，完成预定功能的概率。
三、简答题1、两种极限状态指的是什么？其内容有哪些？答：两种极限状态指的是承载能力极限状态和正常使用极限状态。
承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或是出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系或出现过度的塑性变形等。
正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，包括出现影响正常使用或影响外观的变形，出现影响正常使用或耐久性能的局部损坏以及影响正常使用的振动等。
第2章 钢结构材料一、选择题1、钢材应力应变关系的理想弹塑性模型是（ A ）。
2、在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是（ B ）的典型特征。
(A)脆性破坏 (B)塑性破坏 (C)强度破坏 (D)失稳破坏3、钢材的设计强度是根据（ C ）确定的。
(A)比例极限 (B)弹性极限 (C)屈服点 (D)极限强度4、结构工程中使用钢材的塑性指标，目前最主要用（ D ）表示。
钢结构材料强度
钢结构材料强度钢是一种常用的建筑材料，其优点在于强度高、耐用性好、施工方便等特点。
而钢结构材料的强度是评定其质量和可靠性的重要指标之一。
本文将就钢结构材料的强度进行相关讨论。
1. 钢的强度概述钢是一种合金材料，其中主要成分是铁和碳，同时还会添加一些其他元素以提高其性能。
钢的强度通常分为屈服强度、抗拉强度和屈服比等指标。
屈服强度是指在永久变形前最大的应力值；抗拉强度是指在拉伸试验中材料抵抗拉伸应力的能力；屈服比是指屈服强度与抗拉强度之比。
而钢结构的设计和选材需要考虑这些强度指标。
2. 钢结构材料的强度计算钢结构的强度计算通常使用弹性力学理论和有限元分析等方法。
弹性力学理论是一种非常经典的计算方法，可以通过应力应变关系来计算钢结构材料的强度。
而有限元分析则是一种数字仿真方法，可以模拟各种复杂加载情况下的应力分布和变形情况，以计算材料的强度。
3. 钢结构材料的强度测试钢结构材料的强度测试是评定其性能的重要手段之一。
常见的测试方法包括拉伸试验、弯曲试验、冲击试验等。
通过这些试验可以得到钢材的各项强度指标，判断其是否符合设计要求。
4. 钢结构材料的强度设计钢结构的设计需要满足一定的强度要求，以保证结构的安全可靠。
通常设计师会根据建筑的用途、荷载情况等因素来选择合适的钢材材料和设计方案，确保其强度能够满足使用要求。
5. 钢结构材料的强度提升为了进一步提高钢结构材料的强度，可以通过合金元素的添加、热处理工艺的改进、表面处理等方式来增强钢材的性能。
同时，科研工作者也在不断探索新的材料和工艺，以提升钢结构材料的强度和耐久性。
总结：钢结构材料的强度是建筑工程中至关重要的一环，其性能直接关系到建筑结构的安全和可靠性。
设计师和工程师在选择钢材材料、进行强度计算和测试、设计结构方案等方面都需要充分考虑钢结构材料的强度特性，以确保建筑工程的质量和安全。
希望本文对钢结构材料的强度有所帮助，谢谢阅读。
钢结构基本原理 3 钢结构的可能破坏形式
我国新修订的2004年钢结构规范中已考虑了பைடு நூலகம் 扭屈曲的相关设计理论。
❖大跨度波纹拱屋盖 我国东北、内蒙古、新疆曾有大量使用，用于仓 库、临时罩棚等设施。但有些结构在大雪后倒塌。 破坏原因：波纹拱的畸变屈曲没有给予很好的 考虑。
破坏后
❖宁波某轻钢门式刚架施工阶段倒塌。 破坏原因：施工顺序不当、未设置必要的支撑等。
解具有单值性
稳定 问题
与整个构件 的所有截面
均有关系
要考虑构件已变 形状态下的平衡 关系，属于二阶 分析
几何非线性 问题，叠加原
理不再适用
可能有多个平衡 位置(特征值)解具 有多值性。一般要 寻求最小临界力
2）判别稳定性的基本原则
❖对处于平衡状态的体系施加一个微小干扰，当
干扰撤去后，如体系恢复到原来的位置，该平衡 是稳定平衡，否则是不稳定的。
微扭）平衡状态。
相应的荷载NE——屈曲荷载、临界荷载、平衡分 岔荷载
稳定分岔失稳 此类稳定又可分为两类：不稳定分岔失稳
❖非理想轴压或压弯构件或结构的稳定(imperfect) 又称：极值点失稳或第二类稳定问题 (limit-load-instability)
定义：平衡状态渐变，不发生分岔现象。 相应的荷载Nmax——失稳极限荷载或压溃荷载。
我国其它一些地方的门式刚架也发生过倒塌事故， 从设计、制作、到安装阶段都有可能出现问题。
§3-2-2 稳定问题分类
1）按平衡状态分
❖理想轴压或压弯构件或结构的稳定(perfect)
又称：分岔失稳或第一类稳定问题
(bifurcation instability) 定义：由原来的平衡状态变为一种新的微弯（或
钢结构第3章作业参考答案
T 163 T 250 ， Ty Tx IP IP F F F Vy he lw 910 0.7 8 5096
Ty Vy f
2 w Tx f 160Mpa f
2
2
即
F T 250 2 T 163 2 IP 5096 160 1.22 IP F 463 F 250 2 463 F 163 2 IP 5096 160 1.22 IP
(1)
采用三面围焊时，
N 3 2helw3f f fw 2 0.7 8 1251.22160 273.3KN
N3 273 .3 N1 a1 N 0.67 1000 533 .35 KN 2 2
533.35103 60 h f 480 mm (满 足) lw1 298m m8 h 64 mm 且 40 mm (满 足) f 2 0.7 8 160
e2 205 － 42 ＝ 163m m T F e1 e2 ＝ (163 300) 463 F
0.7 8 5003 Ix 2 0.7 8 205 2502 20183 .3cm4 12 0.7 8 2053 2 2 Iy 0.7 8 500 42 2 0.7 8 205 60.5 12 2138.39cm4 Ip Ix Iy 22321 .69cm4
3.5 焊接工字形梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝（图 3.83），拼接处作用有弯矩M=1122KN•m，剪力V=374KN，钢材为 Q235B钢，焊条用E43型，半自动焊，三级检验标准，试验算该 焊缝的强度。 w 解： 查表得 ft 185Mpa，
第三章 钢结构的连接-普通螺栓连接
公式的两点说明：
（1）螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以抗拉时公式取的是有效
直径de而不是净直径dn，现行国家标准取：
ded1 23 43t (t螺)距
dn de dm d
(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响
A、螺栓受拉时，一般是通过
与螺杆垂直的板件传递，即螺 杆并非轴心受拉，当连接板件 发生变形时，螺栓有被撬开的 趋势（杠杆作用），使螺杆中 的拉力增加（撬力Q）并产生 弯曲现象。连接件刚度越小撬 力越大。试验证明影响撬力的 因素较多，其大小难以确定， 规范采取简化计算的方法，取 ftb=0.8f（f—螺栓钢材的抗 拉强度设计值）来考虑其影响。
由假定‘(2)’得
y1 r1
N1Tx N1T
x N1Ty
T
N 1 TN 2 TN 3 T N nT
r1 r2 r3
rn
由上式得:
N 2 TN r1 1 Tr2 ； N 3 TN r1 1 Tr3 ； N nT N r1 1 Trn
得:
T N r 1 1 Tr 1 2 r 2 2 r n 2N r 1 1 Ti n 1r i2
简化计算： 令:xi=0，则NiTy=0
N 1Tx T ny r1 i2y r1 1T ny y1 i2
y 1 N1Tx
y1
r1
N1T
x N1Ty
i 1
i 1
x1
N 1 2 T x N 1 F 2 N m b in
三、普通螺栓的抗拉连接
（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能
N 1 TT nr1n
Tr1
n
ri2
xi2 yi2
钢结构第二版第三章答案
第三章3.9图为一两端铰接的焊接工字形等截面钢梁，钢材为Q235。
梁上作用有两个集中荷载P =300 kN （设计值），集中力沿梁跨度方向的支承长度为100mm 。
试对此梁进行强度验算并指明计算位置。
解：首先计算梁的截面模量，计算出梁在荷载作用下的弯矩和剪力，然后按照规定的计算公式度、局部承压强度和折算应力强度等。
（1）计算截面模量324x 188002280104041255342933mm12I =⨯⨯+⨯⨯⨯= 334y 11210280800836620800mm 1212I =⨯⨯⨯+⨯⨯=3x1280104041131200mm S =⨯⨯=3x2400113120040081771200mm 2S =+⨯⨯= （2）验算截面强度梁上剪力和弯矩图分布如图所示，由此确定危险点。
①弯曲正应力B 、C 两点间梁段弯矩最大()128010213.51310b t -==>，不考虑截面发展塑性 6x max x nx 60010410196MPa 215MPa 11255342933M f W σγ⨯⨯===<=⨯②剪应力A 、B 两点间梁段和C 、D 两点间的梁段上的剪力最大3x2maxv x w 30010177120052.9MPa 125MPa 12553429338VS f I t τ⨯⨯===<=⨯ ③局部承压在集中力作用B 、C 两点处没有加劲肋，应验算局部承压应力。
x y R 52100510150mm l a h h =++=+⨯=3c z w 130010250MPa>215MPa 1508Ff l t ψσ⨯⨯====⨯④折算应力B 左截面、C 右截面处同时存在较大的弯矩、剪力和局部压应力，应计算腹板与翼缘交界处的折算应力。
局部承压验算已不满足，此处不必验算折算应力。
3.10一焊接工字形截面简支梁，跨中承受集中荷载P=1500kN （不包含自重），钢材为Q235，梁的跨度及几何尺寸如图所示。
钢结构第三章课后答案
《钢结构设计原理》作业答案 3. 连接3.8 试设计如图所示的对接连接 （直缝或斜缝） 。
轴力拉力设计值 N=1500kN， 钢材 Q345-A，焊条 E50 型，手工焊，焊缝质量三级。
解： 三级焊缝 查附表 1.3： f t w 265N/mm2 ， f vw 180N/mm2 不采用引弧板： l w b 2t 500 2 10 480mmN 1500 103 312.5N/mm2 f t w 265N/mm2 ，不可。
lw t 480 10改用斜对接焊缝： 方法一：按规范取 θ=56°，斜缝长度： (b / sin ) 2t (500/ sin 56) 20 (500/ 0.829) 20 583mm lwN sin 1500 103 0.829 213N/mm2 f t w 265N/mm2 t lw 583 10N cos 1500 103 0.559 144N/mm2 fvw 180N/mm2 t lw 583 10设计满足要求。
方法二：以 θ 作为未知数求解所需的最小斜缝长度。
此时设置引弧板求解 方便些。
3.9 条件同习题 3.8，受静力荷载，试设计加盖板的对接连接。
解：依题意设计加盖板的对接连接，采用角焊缝连接。
10500NN查附表 1.3： f fw 200N/mm2 试选盖板钢材 Q345-A，E50 型焊条，手工焊。
设盖板宽 b=460mm，为 保证盖板与连接件等强，两块盖板截面面积之和应不小于构件截面面积。
所需盖板厚度： t2 A1 500 10 5.4mm ，取 t2=6mm。
2b 2 460由于被连接板件较薄 t=10mm，仅用两侧缝连接，盖板宽 b 不宜大于 190，要保证与母材等强，则盖板厚则不小于 14mm。
钢结构设计原理第三章(2)讲解
N1Tx
N1T
y1 r1
Ty1 ri2
Ty1 xi2
yi2
N1Ty
N1T
x1 r1
Tx1 ri2
Tx1 xi2 yi2
NV 1y
V n
NN 1x
N n
N
1
(
NT 1x
NN 1x
)2
N N T
V
1y
1y
2
Nb min
3.8.2 普通螺栓的抗拉连接 1. 一个普通螺拴的抗拉承载力
轴心力N由每个螺栓平均分担，螺栓数n
n
N Nmb in
N
b m
in
—一个螺栓抗剪承载力设计值与承压承载力设计值的
较小值
当l1＞l5d0时，连接工作进入弹塑性阶段后，各螺杆所
受内力不易均匀，端部螺栓首先达到极限强度而破坏，
随后由外向里依次破坏。为防止端部螺栓提前破坏，因
此，当l1＞l5d0 时，螺栓的抗剪和承压承载力设计值应 乘以折减系数η予以降低：
N1 N2 N3 ... Nn
y1 y2 y3
yn
M N1 y1 N2 y2 N3 y3 ... Nn yn
N1
y2
N2
y2
N 3
y2
...
N n
y2
y1 1
y2 2
y3 3
yn n
Ni
Myi
y2 i
N1
My 1 y2 i
N
b t
4、弯矩和拉力共同作用的普通螺栓群计算
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3.4.2 截面验算
验算时要包含自重产生的效应 ﹡强度 ﹡弯曲正应力
单向弯曲时 双向弯曲时
Mx f xWnx
Mx My f xWnx yWny
剪应力: 局部压应力:
VS Itw
fv
c
F
twlz
f
折算应力:
刚度：限制长细比
压弯构件
压弯构件极限状态
﹡承载能力极限状态 强度: 端弯矩很大或截面有较大削弱 平面内弯曲失稳 平面外弯扭失稳 局部稳定 ﹡正常使用极限状态 刚度: 限制长细比
3.6.2 拉弯、压弯构件的强度计算
静载、实腹式拉、压弯构件强度极限状态： 受力最不利截面出现塑性铰
N
第三章
构件的截面承载力—强度
钢结构的承载力
＊截面：强度 ＊构件：强度、整体稳定、局部稳定、刚度 ＊结构：体系破坏
主要内容
3.1 轴心受力构件的强度 3.2 梁的类型和强度 3.3 梁的局部压应力和组合应力 3.4 按强度条件选择梁截面
3.5 梁的内力重分布和塑性设计
3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算
端部有正面角焊缝时： hf≥0.75t, l1≥b；hf<0.75t, l1≥1.5b
端部无正面角焊缝时： l1≥2b
3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算
3.6.1 拉弯、压弯构件的应用
拉弯构件
﹡承载能力极限状态
截面出现塑性铰(格构式或 冷弯薄壁型钢为截面边缘纤维 屈服)、整体失稳、局部失稳 （弯矩很大时） ﹡正常使用极限状态
3.1轴心受力构件的强度
3.1.1 轴心受力构件的应用和截面选择 应用：空间结构、支柱、支撑等 截面形式：
热轧型钢截面
②冷弯薄壁型钢截面
③型钢和钢板的组合截面
实腹式组合截面 格构式组合截面
对截面形式要求：
﹡能提供强度所需要的截面积； ﹡制作比较简便； ﹡便于和相邻的构件连接； ﹡截面开展而壁厚较薄。
2 3 2 1.1 f
2
2 c
c
3 2
1 f
刚度→第六章 整体稳定→第四章 局部稳定→第四章 吊车梁疲劳→第二、八章
3.4.3 梁截面沿长度的变化
﹡弯矩 ﹡剪力 ﹡加工因素 ﹡不考虑整体稳定
两种变化方式
变化截面高度、变化翼缘面积
变翼缘面积
﹡变化翼缘宽度 ﹡变化翼缘厚度
2 3 2 1.1 f
2
2 c
c
3 2
1 f
1 与c 异号时取1.2，同号时取1.1。
横向荷载不过剪心时：
M B f
Wenx W
3.4 按强度条件选择梁截面
3.4.1 初选截面
型钢梁
Wnx
Mx
x f
HW4144051828，Wx=4490cm3，g=233kg/m
工字形截面对轴强在1.10和1.17之间
！截面塑性发展系数：x和y，取值1.0~F之间。如工字形截
面x=1.05， y=1.2；箱形截面 x= y=1.05
截面塑性发展系数（课本80页表3-4）
截面塑性发展系数（课本80页表3-4）
GB50017计算公式：
单向弯曲时
Mx f xWnx
dA
A
2 y0bf y
2
y0 h
bhf y
2
y0 h
NP
M
A
ydA
b
h 2
y0
y0
h 2
fy
bh2 4
1
4
y02 h2
fy
1
4
y02 h2
MP
N NP
2
M MP
1
偏于安全且计算简便，以直线关系表示
强度计算与轴心受拉一样，一般承载力由稳定控制
3.2 梁的类型和强度
3.2.1 梁的类型
分类： ﹡按制作方式：型钢梁和组合梁
按受力情况：单向弯曲梁和双向弯曲梁
梁的极限承载能力：
﹡截面的强度：弯、剪、扭、局部压应力及综合 效应。 ﹡构件的整体稳定 ﹡板件的局部稳定 ﹡直接受重复荷载时，疲劳
3.2.2 梁的弯曲、剪切强度
﹡梁的强度 弯曲正应力 剪应力 扭转 局部压应力 组合应力
本章主要内容
﹡弯曲正应力 四个工作阶段 设计准则 边缘纤维屈服 全截面塑性 部分塑性发展 GB50017公式
﹡梁的剪应力
本章主要内容
﹡梁的扭转 自由扭转 约束扭转
﹡梁的局部应力 ﹡折算应力 ﹡按强度选择梁截面的过程
本章主要内容
﹡拉弯、压弯构件的强度 准则：受力最不利的截面出现塑性铰 规范：考虑部分塑性发展
双向弯曲时 Mx My f xWnx yWny
！对于x和y： (1) 疲劳计算取1.0;
(2) 13 235 / fy b1 / t 15 235 / fy 取1.0。
塑性设计时： Mx Wpnx f
GB50018：
Mx f
Wenx
Mx My f
3.1.2 轴心受拉构件的强度
截面平均应力达到fu、毛截面平均应力达fy
应力集中
设计准则：净截面平均应力不超过钢材的设计强度 f
设计公式： N f
An
f fy /R --钢材的抗拉强度设计值
！对高强螺栓摩擦型连接，净截面强度验算要考虑 孔前传力的影响。
3.1.3 轴心受压构件的强度
HM5943021423，Wx=4620cm3，g=175kg/m
HN6923001320，Wx=4980cm3，g=166kg/m
焊接组合截面梁
1. 截面高度 容许最大高度hmax 容许最小高度hmin
经济高度he
he 7 3 Wx 30 (cm)
hmin≤h≤hmax，h≈he
1. 梁的正应力
正应力发展的四个阶段
﹡弹性阶段：疲劳计算、冷弯薄壁型钢 ﹡弹塑性阶段：一般受弯构件 ﹡塑性工作阶段：塑性铰 ﹡应变硬化阶段：一般不利用
正应力发展的四个阶段
﹡弹性阶段
Me=Wnfy
﹡塑性工作阶段 Mp=Wpnfy
Wpn= S1n+ S2n
﹡弹塑性阶段 F=Wp/W
！对矩形截面F=1.5; 圆形截面F=1.7; 圆管截面F=1.27;
强度计算准则：
( N )2 M 1
NP
MP
﹡边缘屈服：GB50018；GB50017的计算疲劳
的构件和部分格构式构件
﹡全截面屈服：塑性设计
﹡部分发展塑性准则：GB50017
N M f
An xWnx
N Mx My f
An xWnx yWny
本章主要内容
﹡轴心受力构件的强度 准则：净截面的平均应力不超过屈服强度 规范公式
2. 腹板高度hw
腹板高度hw比h略小。
3. 腹板厚度tw
抗剪:
tw
V
hw fv
可取1.2~1.5。
局部稳定:
tw
hw 11
(cm)
4. 翼缘尺寸b和t 所需截面模量为：
WxLeabharlann 2Ix h
1 6 tw
hw3 h
bt h12 h
初选时取h≈h1≈hw
bt Wx twhw hw 6
Wenx Weny
2. 梁的剪应力
VS Itw
fv
3.3 梁的局部压应力和组合应力
3.3.1 局部压应力
c
F
twlz
f
— 集中荷载增大系数，对重级工作制吊车梁取
= 1.35，其他取= 1.0
lz a 5hy 2hR lz a 2.5hy
3.3.2 多种应力的组合效应