钢结构课件

塑性 冲击韧性
冷弯性能 可焊性 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。 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。 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。 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。 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 强度、塑性、冲击韧性、冷弯性能、可焊性、Z向性能 强度、塑性、冲击韧性、冷弯性能、可焊性、
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
二、对接焊缝的计算
1、轴向受力的对接焊缝
例题：试验算左图所示钢板的对 例题：
接焊缝的强度。图中a=540mm， 接焊缝的强度。图中a=540mm， t=22mm， t=22mm，轴心拉力的设计值 N=2150KN。钢材为Q235BF， N=2150KN。钢材为Q235BF，手 工焊，焊条为E43型 三级焊缝， 工焊，焊条为E43型，三级焊缝， 施焊时使用引弧板。 施焊时使用引弧板。
1
2、变幅疲劳计算
第七节 结构钢材的种类、规格及其选 结构钢材的种类、 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”； 表示“ 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）； 五级（ 质量等级： 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 沸腾钢； 半镇静钢； 镇静钢（ 脱氧方法： 省 TZ－特殊镇静钢。 略）； TZ－特殊镇静钢。 炭素结构钢（Q235)分 四级， 注：1、炭素结构钢（Q235)分：A、B、C、D 四级，含 有脱氧方法； 所 有脱氧方法； 2、低合金结构钢(Q345\Q390\Q420)分： 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。 五级，只有镇静钢和特殊镇静钢。
N σ= ≤ f t w或f cw l wt
当 tgθ ≤ 1.5即θ ≤ 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
σmax τ max
Mymax w w = ≤ ft 或fc Ix VSx w = ≤ fv I xt
σ 2 + 3τ 2 ≤1.1 ft w
一、焊缝连接的 优缺点
σ f βf
+
2
τ
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 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， 的节点板连接， 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h =8mm，求焊缝的最小长度l N=300KN，焊角高度hf=8mm，求焊缝的最小长度l1和 l2.
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。 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。 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。 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。 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。 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。 多层、高层及超高层建筑结构。
二、钢结构的应用
3、塔桅等高耸结构。 塔桅等高耸结构。
二、钢结构的应用
4、钢－混凝土组合结构。 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 经济、安全、适用、 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
优点：用料经济、不削弱截面、连接密封性好、整体性好。 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。 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 、按被连接钢材的相对位置分：对接、搭接、 行连接 行连接、 2、按施焊的方位分：平焊、立焊、横焊、仰焊 、按施焊的方位分：平焊、立焊、横焊、 3、按受力特点分：对接焊缝、角焊缝 、按受力特点分：对接焊缝、
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） 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
钢 材 的 主 要 力 学 性 能
强度
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 是判别钢材塑性及冶金质 量的综合指标
钢
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
结 构
概述 建筑钢材 钢结构的连接 轴心受力构件 受弯构件） 梁（受弯构件） 拉弯与压弯构件
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 本课程的主要内容、 第五节 本课程的主要内容、特点和学 习方法
l f ≤ 60h f
四、直角角焊缝的强度验算
he − 焊角有效高度 he = 0.7h f
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
σ f 和τ f 同时作用
r
N σf = ≤ β f f fw helw
N τf = ≤ f fw helw
σ f βf
+
N1 + N 2 − N = 0
N1 =
e2 N = k1 N e1 + e2
N1e1 − N 2 e2 = 0
e1 N2 = N = k2 N e1 + e2
2、弯矩、轴力和剪力共同作用时角焊缝连接计算 弯矩、
例题1 钢板A通过两条角焊缝固定在H型钢柱上， 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 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）， 等于30度 手工焊（ 焊条采用E43手工焊（采用引弧板）， θ等于30度， 焊角高h =8mm，试验算焊缝的强度。 焊角高hf=8mm，试验算焊缝的强度。
H型钢柱
钢板A 钢板A
一、角焊缝的形式
N τf = ≤ f fw 焊缝长度方向∥受力方向） 侧面角焊缝（焊缝长度方向∥受力方向） helw
N 正面角焊缝 （焊缝长度方向⊥受力方向） σ f = 焊缝长度方向⊥受力方向） ≤ β f f fw helw
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
焊接部位附近材质变 脆
焊接缺点
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、
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
第五节 复杂应力作用下结构钢材的屈服条件
只有正应力
σ≤f
τ≤ f
只有剪应力
3
既有正应力又有剪应力
σ 2 + 3τ 2 ≤ f
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
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
三、高强度螺栓连接（摩擦型、承压型） 摩擦型、承压型） N 四、对接焊缝的计算 σ= ≤ f w或f w
1、轴向受力的对接焊缝
1 σmax = 、
l wt
t
c百度文库
2、对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用
Mymax VS ≤ ft w或fcw 2、τ max = x ≤ fvw Ix I xt
3 σ 2 + 3 2 ≤1.1 ft w 、 τ
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
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。
疲劳计算 1、常幅疲劳计算
∆σ ≤ [∆σ ] C β 常幅疲劳容许应力幅 ∆σ ] = [ 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？
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 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、 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
疲劳破坏
没有明显变形的突然破坏
一、 只有正应力 ≤ f σ
只有剪应力τ ≤ fν = f 3
2 2
有正应力和剪应力 σ + 3 ≤ f τ
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
2
τ
2 f
≤f
w f
N ≤ βf f h l
w f e w
N ≤ f hl
w f e w
1、承受轴心力作用时角焊缝连接计算
例题1 两钢板A 例题1：两钢板A、B通过上下两块拼接板连接在一起。已 通过上下两块拼接板连接在一起。 =500mm， =300mm，角焊缝采用E43型的手工 知l1=500mm，l2=300mm，角焊缝采用E43型的手工 采用引弧板），焊角高度h =7mm， ），焊角高度 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 承担的最大拉力N。
第三节 角焊缝连接设计
一、角焊缝形式
侧面角焊缝 斜角焊缝
正面角焊缝
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 t max
最大焊角尺寸
h f ≤ 1.2t min
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
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
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 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？
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 连接密封性好、
例题2 钢板A通过两条角焊缝固定在H型钢柱上， 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 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h =8mm， 等于30 ），焊角高 30度 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。 算焊缝的强度。