钢结构设计课件.ppt

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1、钢 结 构,7.1 钢结构材料7.2 钢结构的可能破坏型式7.3 钢结构的连接7.4 轴心受力构件7.5 钢梁7.6 钢屋盖结构,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。,普通碳素结构钢简称碳素结构钢，化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁-碳合金。,碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧程度符号四部分按顺序组成。碳素结构钢可分为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五个牌号。其他各符号含义见表1。如Q235A、F，表示屈服强度为235MPa，质量等级为A级的沸腾钢。,1.钢的种类、牌号和代号,7.1 钢结构材料,表 1,一般

2、是在普通碳素钢的基础上，添加少量的一种或几种合金元素而成。常用的合金元素有硅、锰、钒、钛、铌、铬、镍及稀土元素。其目的是为了提高钢的屈服强度、抗拉强度、耐磨性、耐蚀性及耐低温性能等。低合金高强度结构钢综合性能较为理想，尤其在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构中更适用，而且与使用碳素钢相比，可节约钢材20%30%，但成本并不很高。,低合金结构钢,低合金高强度结构钢共有5个牌号。其牌号的表示方法由屈服点字母Q、屈服点数值、质量等级三个部分组成，屈服点数值共分295MPa、345MPa、390MPa、420MPa、460MPa五种，质量等级按照硫、磷等杂质含量由多到少分为A、B、C、D、E五级。如Q

3、345A表示屈服点为345MPa的A级钢。,2、常用钢材规格,热轧成型的钢板和型钢，冷弯（或冷压）成型的薄壁型钢。,（1）热轧钢板,（表示方法:宽厚度长度）,分为:特厚钢板：60mm以上厚板（厚度4mm以上)薄板（t4mm),扁钢：厚度4-60mm，宽度12-200mm。,1).角钢,(2）热轧型钢,2).工字钢,工字钢根据截面高度h及厚度分类a(或b、c),表示方法：H高度宽度腹板厚度翼缘厚度,如：Hhbt1t2,3).H型钢和T型钢,分为：宽翼缘HW、中翼缘HM、窄翼缘HN,T型钢由H型钢分割成。,4）.槽钢,槽钢根据截面高度h及厚度分类a(或b、c),5）.钢管,（3）冷弯薄壁型钢和压型

4、钢板,壁厚1.55mm,压型钢板壁厚0.41.5mm,（1）钢材：摘自GB50017-2003,3.钢材和连接的强度设计值,（2）连接,1）焊缝,2）螺栓,具体强度值查阅规范,7.2 钢结构可能的破坏型式,（1）整体失稳,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。,（2）结构和构件的局部失稳,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

5、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。,（3）结构的强度破坏,即丧失承载力的破坏,在杆件系统钢结构中、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

6、坏，并表现为突然的脆性断裂。,7.3 钢结构的连接,7.3.1 焊接连接,包括气焊、接触焊和电弧焊（手工、半自动和自动）,焊缝的连接型式：按照构件相对位置：平接、搭接和顶接 按照构造分为：对接焊缝和角焊缝,杆件与节点板连接方式有两面侧焊、三面围焊、L型围焊,钢结构的连接方法有焊接、螺栓连接和铆接。,焊缝形式,（1）对接焊缝,（2）角焊缝,2、对接焊缝的构造和计算,1).对接直焊缝,(1)构造方面：对接焊缝是构件截面的一部分因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：,2).对接斜焊缝（略）,(3)承受剪力时对接焊缝计算：,（4）.M、V共同作用,例题1,验算如图所

7、示的钢板对接焊缝的连接。N=700KN，钢材Q235，E43焊条，质量等级为三级，不采用引弧板。,解：,钢板承载能力验算,焊缝承载能力验算,3.角焊缝构造和计算,（1）构造,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,因施焊时起弧和灭弧的因素，每条焊缝的计算长度取实际长度减去10mm。,（2）轴心力作用下角焊缝计算,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面在最小截面上，即在被焊板件夹角的平分线上。,焊缝的面积,a.正面角焊缝：外力方向与焊缝长度方向垂直的焊缝,b.侧面角焊缝：外力方向与焊缝长度方向平行的焊缝,（3）轴心力作用下角钢和节点板连接的角

8、焊缝计算,1）侧面角焊缝连接,2）用三面周围角焊缝连接,分为：通螺栓连接 高强度螺栓连接,7.3.2 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,（1）.普通螺栓的分级,C级-粗制螺栓，性能等级为4.6或4.8级；4表示fu400N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)13mm。,A、B级-精制螺栓，性能等级为5.6或8.8级;5或8表示fu500或800N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)0.30.5

9、mm。,按其加工的精细程度和强度分为:A、B、C三个级别。,（2）、螺栓的排列和构造,a.并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大；,b.错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；,螺栓排列的要求,（1）受力要求:垂直受力方向：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，螺栓的边距和端距不能太小；顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，端距不能太小；对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，中距不能太大。（2）构造要求；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。,（3）施工要求,为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。根据以上要求

10、，规范给定了螺栓的容许间距。,2.普通螺栓连接计算,螺栓连接的受力形式,A 只受剪力,B 只受拉力,C 剪力和拉力共同作用,（1）剪力螺栓,破坏形式,A 螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板件较厚时B 孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时C 板件被拉断 截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。,D 板件端部被剪坏(拉豁)端矩过小时；端矩不应小于2dO,E 栓杆弯曲破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d,1）单个剪力螺栓承载力,由破坏形式知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，故单栓抗剪承载力由以下两式决定:,nv剪切面数目；d螺栓杆直径；fvb、fcb螺栓抗剪和承压强度设计值；t连接接头

11、一侧承压构件总厚度的较小值。,单栓抗剪承载力：,抗剪承载力：,承压承载力：,剪切面数目nv,2）.普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算,试验证明,栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两端大,中间小。,所以，连接所需螺栓数为：,普通螺栓抗拉连接的工作性能,（2）拉力螺栓,抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉断为其破坏形式。,1）单个普通螺栓的抗拉承载力设计值,式中：Ae-螺栓的有效截面面积；de-螺栓的有效直径；ftb-螺栓的抗拉强度设计值。,2）普通螺栓群的轴拉设计,一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：,7.4 轴心

12、受力构件,包括轴心受拉构件和轴心受压构件。,强度,刚度（长细比）,整体稳定性,D.局部稳定性：用宽厚比限定,例题,验算钢屋架的受压腹杆见图。N=148.5kN,计算长度lox=2291mm,loy=2864mm,A=1473.4mm2,ix=23.3mm,iy=33.7mm。钢材Q235。,解：,强度（略）,刚度,整体稳定性,7.5 钢梁（受弯构件）,抗弯强度,抗剪强度,整体稳定性,刚度,局部稳定性：用宽厚比限定,为提高构件局部稳定性，可按规定设置加劲肋，包括横向加劲肋和纵向加劲肋。,7.6 钢屋架,一、钢屋架类型,钢屋盖结构由屋面、屋架和支撑三部分组成据屋面材料和屋架间距不同分：有檩屋盖和无檩屋盖常用屋架有：三角形、梯形等,二、常见杆件截面形式,常用双角钢T型,三、屋架节点构造,基本规定节点处各杆件重心线交于一点节点板形状规整、简单板厚一般为1012mm,