钢结构设计课件.ppt

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1、钢钢 结结 构构 用于结构上的钢主要有普通碳素结构钢和低合金结构钢，也用到优质碳素结构钢。1.1.钢的种类、牌号和代号钢的种类、牌号和代号表表 1 低合金结构钢低合金结构钢 热轧成型的热轧成型的钢板钢板和和型钢型钢，冷弯（或冷压）成型，冷弯（或冷压）成型的的薄壁型钢薄壁型钢。（1）热轧钢板）热轧钢板（表示方法（表示方法:宽宽厚度厚度长度长度）分为分为:特厚钢板：特厚钢板：60mm60mm以上以上厚板厚板（厚度（厚度4mm4mm以上以上)薄板薄板（t4mm)t4mm)扁钢扁钢：厚度：厚度4-60mm4-60mm，宽度宽度12-200mm12-200mm。1).1).角钢角钢肢宽度肢宽度肢厚度肢厚

2、度 等肢角钢等肢角钢长肢宽度长肢宽度短肢宽度短肢宽度肢厚度肢厚度 不等肢角钢不等肢角钢2).2).工字钢工字钢工字钢根据截面高度工字钢根据截面高度h h及厚度分类及厚度分类a(a(或或b b、c)c)表示方法：表示方法：H高度高度宽度宽度腹板厚度腹板厚度翼缘厚度翼缘厚度如：如：Hh hb bt t1 1t t2 23).3).H型钢和型钢和T T型钢型钢分为：宽翼缘分为：宽翼缘HW、中翼缘、中翼缘HM、窄翼缘、窄翼缘HNbht1t2T T型钢由型钢由H H型钢分割成。型钢分割成。4 4）.槽钢槽钢槽钢根据截面高度槽钢根据截面高度h h及及厚度分类厚度分类a(a(或或b b、c)c)5 5）.钢

3、管钢管tD表示方法：表示方法：外径外径壁厚壁厚分为无缝管和焊接管分为无缝管和焊接管壁厚壁厚1.55mm压型钢板壁厚压型钢板壁厚0.41.5mm 结构的整体失稳破坏是指荷载尚未达到技强度计算的破坏荷载时，结构已不能继续承载并产生较大的变形，致使整体结构偏离原有位置而破坏或倒塌。使构件丧失稳定时的内力称为临界内力，截面应力称为临界应力。在保持整体稳定的条件下，结构中的局部构件或构件中的板件在未达到其强度时已不能继续承载而失去稳定。宽厚比越大，临界内力越小 保证板件局部稳定的主要方法有：限制板件的宽厚比和设置加劲板，钢结构规范中规定了各种受力状态构件中板件的宽厚比限值，以改善板件的边界约束条件。在杆

4、件系统钢结构中、受压构件一般发生失稳破坏，受拉构件或受弯构件一般发生强度破坏，它们的破坏将引起整体结构的强度破坏。除了上述破坏型式以外钢结构还可能发生重复荷载作用下的疲劳破坏、突然发生的脆性断裂破坏等。材料总是有“缺陷”的，在反复荷载作用下，先在其缺陷处生成一些极小的裂痕，此后这种微观裂痕逐渐发展成宏观裂纹，试件截面削弱，而在裂纹根部出现应力集中现象，使材料处于三向拉伸应力状态，塑性变形受到限制，当反复荷载达到一定的循环次数时，材料终于破坏，并表现为突然的脆性断裂。7.3.1 焊接连接焊接连接包括包括气焊、接触焊气焊、接触焊和和电弧焊（手工、半自动和自动）电弧焊（手工、半自动和自动）1.焊缝的

5、连接型式：焊缝的连接型式：按照构件相对位置：平接、搭接和顶接按照构件相对位置：平接、搭接和顶接 按照构造分为：对接焊缝和角焊缝按照构造分为：对接焊缝和角焊缝杆件与节点板连接方式有杆件与节点板连接方式有两面侧焊、三面围焊、两面侧焊、三面围焊、L型围焊型围焊焊缝形式焊缝形式（1）对接焊缝）对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝（2）角焊缝）角焊缝T型对接焊缝型对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝2、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算wcwtworfftlN NNmmlw10焊缝长度减去焊缝长度减去焊缝长度，无引弧板为焊缝长度，无引弧板为 1).对接直焊缝对接直焊缝(1)构造方面：对接焊缝是构件截面的一部分因

6、此要求焊缝的强度不低于钢材(母材)的强度。(2)轴心受力对接焊缝计算：轴心受力对接焊缝计算：2).对接斜焊缝（略）对接斜焊缝（略）(3)承受剪力时对接焊缝计算：承受剪力时对接焊缝计算：WVWVfAWWVWVSfI t（4 4）.M.M、V V共同作用共同作用max WVWWWtwftIVSfWM 221131.1Wtf对工字形截面焊缝，除验算前两项外，还要验算腹板和翼缘交接处即，VVMMmax 1 max 1 VVMM1max 0M1wMhW h验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。N=700KN，钢材，钢材Q235，E43焊条，质量等级为三级，不采用引弧板。焊条

7、，质量等级为三级，不采用引弧板。1.钢板承载能力验算钢板承载能力验算NN5008满足满足,700000860002158500NNAf 满足满足）（,/185/6.17881050070000022mmNfmmNtlNwtw 2.焊缝承载能力验算焊缝承载能力验算1311290 10(150 10)10 1951.1WWtWWVSfI tI t0380400hh3.角焊缝构造和计算角焊缝构造和计算（1）构造）构造受力形式：侧面、正面、斜向、周围角焊缝受力形式：侧面、正面、斜向、周围角焊缝两个重要参数：焊脚尺寸和焊缝长度两个重要参数：焊脚尺寸和焊缝长度 因施焊时起弧和灭弧的因素，每条焊因施焊时起弧

8、和灭弧的因素，每条焊缝的计算长度取实际长度减去缝的计算长度取实际长度减去10mm10mm。（2 2）轴心力作用下角焊缝计算）轴心力作用下角焊缝计算 注意：无论是正面角焊缝还是注意：无论是正面角焊缝还是侧面角焊缝，计算时都是假定破坏侧面角焊缝，计算时都是假定破坏面在最小截面上，即在被焊板件夹面在最小截面上，即在被焊板件夹角的平分线上。角的平分线上。900.7070.7effhhh当：elsecos2efhh：hehfhf焊缝的面积焊缝的面积eAewh l22.17.0 ffeewffwefhhhflhN 焊缝有效计算高度，焊缝有效计算高度，a.正面角焊缝：正面角焊缝：外力方向与焊缝长度方向外力方

9、向与焊缝长度方向垂直垂直的焊缝的焊缝b.侧面角焊缝：侧面角焊缝：外力方向与焊缝长度方向外力方向与焊缝长度方向平行平行的焊缝的焊缝wfwefflhN wffe wVfh l1wfffe wNfh l（3）轴心力作用下角钢和节点板连接的角焊缝计算）轴心力作用下角钢和节点板连接的角焊缝计算1）侧面角焊缝连接）侧面角焊缝连接1110.7wffwNfh l2220.7wffwNfh l11Nk N22Nk NN1N2N3N2）用三面周围角焊缝连接）用三面周围角焊缝连接3330.7wffwfNh lf111312Nk NN221312Nk NN注意端焊缝的长度！注意端焊缝的长度！分为：分为：通螺栓连接通螺

10、栓连接 高强度螺栓连接高强度螺栓连接N7.3.2 7.3.2 螺栓连接螺栓连接 高强度螺栓主要用于直接承受动力荷载结构的安装连接以及构件的现场拼接、高空安装连接的一些部位。1、普通螺栓的构造及排列、普通螺栓的构造及排列（1 1）.普通螺栓的分级普通螺栓的分级C级级-粗制螺栓粗制螺栓，性能等级为，性能等级为4.6或或4.8级；级；4表示表示f fu u400N/mm400N/mm2 2,0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)(d)1 13mm3mm。A、B级级-精制螺栓精制螺栓，性能等级

11、为，性能等级为5.6或或8.8级级;5或或8表示表示f fu u500500或或800800N/mmN/mm2 2,0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)(d)0.30.30.5mm0.5mm。按其加工的精细程度和强度分为按其加工的精细程度和强度分为:A、B、C三个级别。三个级别。（2）、螺栓的排列和构造）、螺栓的排列和构造a.a.并列并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大；件截面削弱大；B B 错列错列A A 并列并列中距中距中

12、距中距边距边距边距边距端距端距b.b.错列错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；面削弱小；螺栓排列的要求螺栓排列的要求（1 1）受力要求）受力要求:垂直受力方向：垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、为了防止螺栓应力集中相互影响、截面削弱过多而降低承载力，截面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和端距不螺栓的边距和端距不能太小；能太小；顺力作用方向：顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，为了防止板件被拉断或剪坏，端距端距不能太小；不能太小；对于受压构件：对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，为防止连接板件发生鼓曲，中距不中距不能太大。能

13、太大。（2 2）构造要求；）构造要求；螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。不密，潮气侵入腐蚀钢材。（3 3）施工要求）施工要求 为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3d3do o。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。2.2.普通螺栓连接计算普通螺栓连接计算螺栓连接的受力形式螺栓连接的受力形式FNFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉力剪力和拉力共同作用共同作用（1 1）剪力螺栓）剪力螺栓破坏形式破坏形式A A 螺栓杆被剪坏螺栓杆

14、被剪坏 栓杆较细而板件较厚时栓杆较细而板件较厚时B B 孔壁的挤压破坏孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时栓杆较粗而板件较薄时C C 板件被拉断板件被拉断 截面削弱过多时截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。以上破坏形式予以计算解决。N/2NN/2NNNND 板件端部被剪坏板件端部被剪坏(拉豁拉豁)端矩过小时；端矩不应小于端矩过小时；端矩不应小于2dONNE E 栓杆弯曲破坏栓杆弯曲破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d5d这这两两种种破破坏坏构构造造解解决决N/2NN/21 1）单个剪力螺栓承载力）单个剪力螺栓承载力 由破坏形式知由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取

15、抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单栓抗剪承载力由以下两式决定故单栓抗剪承载力由以下两式决定:nv剪切面数目剪切面数目；d螺栓杆直径；螺栓杆直径；fvb、fcb螺栓抗剪和承压强度设计值；螺栓抗剪和承压强度设计值；t t连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。,minminbbbvvcNNN，单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：2(7.3.11)4bbvvvdNnf抗剪承载力：抗剪承载力：bbcc(7.3.12)Ndtf承压承载力：承压承载力：d剪切面数目剪切面数目n nv vNN1 vn单单剪剪：NN/2N/22

16、 vn双双剪剪：4 vn四四剪剪：N/2N/3N/3N/3N/22 2）.普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算 N/2Nl l1 1N/2平均值平均值螺栓的内力分布螺栓的内力分布 试验证明试验证明,栓群在轴栓群在轴力作用下各个螺栓的内力力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，沿栓群长度方向不均匀，两端大两端大,中间小。中间小。minbNnN所以，连接所需螺栓数为：所以，连接所需螺栓数为：普通螺栓抗拉连接的工作性能普通螺栓抗拉连接的工作性能（2）拉力螺栓）拉力螺栓 抗拉螺栓连接在外力作用下，抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有连接板件接触面有脱开趋势脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉栓杆被拉断为其破坏形式。断为其破坏形式。1）单单个普通螺栓的抗拉承载力设计值个普通螺栓的抗拉承载力设计值7.3.164bbbetettdNA ff式中：式中：A Ae e-螺栓的有效截面面积；螺栓的有效截面面积；d de e-螺栓的有效直径；螺栓的有效直径；f ft tb b-螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。2 2）普通螺