鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理復(fù)習(xí)總結(jié)

1、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：1. 鋼材強(qiáng)度高、塑性和韌性好 2.鋼結(jié)構(gòu)的重量輕 3.材質(zhì)均勻，和力學(xué)計(jì)算的假定比較符合4.鋼結(jié)構(gòu)制作簡便，施工工期短 5.鋼結(jié)構(gòu)密閉性好 6.鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差 7.鋼材耐熱但不耐火 8.鋼結(jié)構(gòu)可能發(fā)生脆性斷裂鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式 鋼材有兩種性質(zhì)完全不同的破壞形式，即塑性破壞和脆性破壞。鋼結(jié)構(gòu)所用材料雖然有較高的塑性和韌性，但一般 也存在發(fā)生塑性破壞的可能，在一定條件下，也具有脆性破壞的可能。塑性破壞 是由于變形過大，超過了材料或構(gòu)件可能的應(yīng)變能力而產(chǎn)生的，而且僅在構(gòu)件的應(yīng)力達(dá)到了鋼材的抗拉強(qiáng) 度 fu 后才發(fā)生。破壞前構(gòu)件產(chǎn)生較大的塑性變形，斷裂后的斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗。在塑性

2、破壞前，構(gòu)件發(fā)生較 大的塑性變形，且變形持續(xù)的時(shí)間較長，容易及時(shí)被發(fā)現(xiàn)而采取補(bǔ)救措施，不致引起嚴(yán)重后果。另外，塑性變形后 出現(xiàn)內(nèi)里重分布，使結(jié)構(gòu)中原先受力不等的部分應(yīng)力趨于均勻，因而提高了結(jié)構(gòu)的承載能力。構(gòu)件應(yīng)力超過屈服點(diǎn)，并且達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度后，構(gòu)件產(chǎn)生明顯的變形并斷裂。常溫及靜態(tài)荷載作用下，一般為塑 性破壞。破壞時(shí)構(gòu)件有明顯的頸縮現(xiàn)象。常為杯形，呈纖維狀，色澤發(fā)暗。在破壞前有很明顯的變形，并有較長的 變形持續(xù)時(shí)間，便于發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救。脆性破壞 前塑性變形很小，甚至沒有塑性變形，計(jì)算應(yīng)力可能小于鋼材的屈服點(diǎn)fy ，斷裂從應(yīng)力集中處開始。冶金和機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的缺陷，特別是缺口和裂縫，常是斷裂的

3、發(fā)源地。破壞前沒有任 何預(yù)兆，破壞時(shí)突然發(fā)生 的，斷口平直并呈有光澤的晶粒狀。由于脆性破壞前沒有明顯的預(yù)兆，無法及時(shí)察覺和采取補(bǔ)救措施，而且個(gè)別構(gòu) 件的斷裂常會(huì)引起整體結(jié)構(gòu)塌毀，后果嚴(yán)重，損失較大，因此，在設(shè)計(jì)，施工和使用過程中，應(yīng)特別注意防止鋼結(jié) 構(gòu)的脆性破壞。在破壞前無明顯變形，平均應(yīng)力也?。ㄒ话愣夹∮谇c(diǎn)） ，沒有任何預(yù)兆。局部高峰值應(yīng)力可能使材料局部拉斷 形成裂紋；沖擊振動(dòng)荷載；低溫狀態(tài)等可導(dǎo)致脆性破壞。平直和呈有光澤的晶粒。突然發(fā)生的，危險(xiǎn)性大，應(yīng)盡量 避免。低碳鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線：1彈性階段：OA段：純彈性階段E A點(diǎn)對(duì)應(yīng)應(yīng)力：p （比例極限）AB段：有一定的塑性變形，但整個(gè) 0B

4、段卸載時(shí) 0 B點(diǎn)對(duì)應(yīng)應(yīng)力：e （彈性極限）2. 屈服階段：應(yīng)力與應(yīng)變不在呈正比關(guān)系，應(yīng)變?cè)黾雍芸?，?yīng)力應(yīng)變曲線呈鋸齒波動(dòng)，出現(xiàn)應(yīng)力不增加而應(yīng)變?nèi)栽?繼續(xù)發(fā)展。其最高點(diǎn)和最低點(diǎn)分別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)；下屈服點(diǎn)穩(wěn)定，設(shè)計(jì)中以下屈服點(diǎn)為依據(jù)。3. 強(qiáng)化階段：隨荷載的增大，應(yīng)力緩慢增大，但應(yīng)變?cè)黾虞^快。當(dāng)超過屈服臺(tái)階，材料出現(xiàn)應(yīng)變硬化，曲線上升， 至曲線最高處，這點(diǎn)應(yīng)力 fu 稱為抗拉強(qiáng)度或極限強(qiáng)度。4. 頸縮階段： 截面出現(xiàn)了橫向收縮， 截面面積開始顯著縮小， 塑像變形迅速增大， 應(yīng)力不斷降低， 變形卻延續(xù)發(fā)展， 直至 F 點(diǎn)試件斷裂。疲勞破壞 ：鋼材的疲勞斷裂是微觀裂紋在連續(xù)反復(fù)荷載作用下不

5、斷擴(kuò)展直至斷裂的脆性破壞。 鋼材的疲勞強(qiáng)度取決于構(gòu)造狀況（應(yīng)力集中程度和殘余應(yīng)力）、作用的應(yīng)力幅、反復(fù)荷載的虛幻次數(shù)，而和鋼材的靜力強(qiáng)度無明顯關(guān)系。鋼結(jié)構(gòu)的連接方法 ：焊接連接： 不削弱構(gòu)件截面， 構(gòu)造簡單， 節(jié)約鋼材， 焊縫處薄。 弱鉚釘連接： 塑性和韌性極好， 質(zhì)量容易檢查和保證，費(fèi)材又費(fèi)工。螺栓連接：操作簡單便于拆卸。焊接連接的優(yōu)點(diǎn) ： 1.焊件間可以直接相連，構(gòu)造簡單，制作加工方便2.不削弱截面，節(jié)省材料 3.連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)的剛度大 4.可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，提高焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。缺點(diǎn) ： 1.焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆2.焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受

6、壓構(gòu)件承載力降低 3.焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，容易擴(kuò)展至整個(gè)截面，低溫冷脆問題也比較突出。 焊接連接通常采用的方法 為電弧焊（包括手工電弧焊）自動(dòng)（半自動(dòng)）埋弧焊和氣體保護(hù)焊。側(cè)面角焊縫 主要承受剪力，塑性較好，應(yīng)力沿焊縫長度方向的分布不均勻，呈兩端打而中間小的狀態(tài)。焊縫越長， 應(yīng)力分布不均勻性越顯著，但臨界塑性工作階段時(shí)，產(chǎn)生應(yīng)力重分布，可使應(yīng)力分布的不均與現(xiàn)象漸趨緩和。焊腳不能過小 ：否則焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量較小，而焊件厚度較大，致使施焊是冷卻速度過快，產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母 材開裂。焊腳不能過大 ： 1 .較薄焊件容易燒穿或過燒 2 .冷卻時(shí)的收縮變形加大，增大焊接應(yīng)力，焊件容

7、易出現(xiàn)翹曲變形 計(jì)算長度不能過小 ： 1.焊件的局部加熱嚴(yán)重，焊縫起滅狐所引起的缺陷相距較近，及可能的其他缺陷使焊縫不夠可靠。對(duì)于搭接連接的側(cè)面角焊縫而言，由于力線彎折大，也會(huì)造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中。不能過長：側(cè)面角焊縫在彈性階段沿長度方向受力不均勻，兩端大而中間小，焊縫越長，應(yīng)力集中越明顯。 焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的的影響：1焊接應(yīng)力不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度2.焊接應(yīng)力的存在增大了結(jié)構(gòu)的變形，故降低了結(jié)構(gòu)的剛度。3焊接應(yīng)力必定會(huì)降低受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力 4在厚板或具有交叉焊縫的強(qiáng)狂下，將產(chǎn)生三向焊接拉應(yīng)力。阻礙了塑性變形的發(fā)展，增加了鋼材在低溫下的脆斷傾向。5會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯的不利影響。普

8、通螺栓連接的工作性能：抗剪連接時(shí)最常見的螺栓連接。在抗剪試驗(yàn)中，試件由零載一直加載至連接破壞的全過程，經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：1彈性階段：施加荷載之初，連接中的剪力較小，荷載靠板件接觸面間的摩擦力傳遞，螺栓桿與孔壁之間的間隙保 持不變2相對(duì)滑移階段：當(dāng)荷載增大，連接中的剪力達(dá)到板件間摩擦力的最大值，板件間產(chǎn)生相對(duì)滑移，其最大滑移量為 螺栓桿與孔壁之間的間隙，直至螺栓桿與孔壁接觸3彈塑性階段：荷載繼續(xù)增加，連接所承受的外力主要靠螺栓與孔壁接觸傳遞。螺栓桿主要受剪力外，還承受彎矩 和軸向拉力，而孔壁則受到擠壓。由于材料的彈性，也由于螺栓桿的伸長受到螺帽的約束，增大了板件間的壓緊力，使板件間的摩擦力增大

9、，曲線呈上升狀態(tài)。荷載繼續(xù)增加，在此階段即使有很小的增量，連接的剪切變形也迅速加大，直到連接的最后破壞。螺栓抗剪連接達(dá)到極限承載力時(shí)，可能的破壞形式：1螺桿剪斷：螺栓桿直徑較小而板件較厚 2.孔壁擠壓破壞：直徑較大、板件較薄3構(gòu)件拉斷：板件截面可能因?yàn)槁菟?削弱太多而被拉斷 4端部鋼板沖剪破壞：端距太小，端距范圍內(nèi)的板件可能會(huì)被螺栓桿沖剪破壞。前三種似乎通過計(jì)算避免破壞，第四種通過構(gòu)造方法避免高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能：高強(qiáng)度螺栓連接和普通螺栓連接的主要區(qū)別在于普通螺栓連接在受剪時(shí)依靠螺栓栓桿 承壓和抗剪來傳遞剪力，在擰緊螺帽是螺栓產(chǎn)生的預(yù)拉力很小，其影響可以忽略。而高強(qiáng)度螺栓除了其材料強(qiáng)度高

10、 之外，擰緊螺栓還施加很大的預(yù)拉力，使被連接板件的接觸面之間產(chǎn)生壓緊力，因而板件間存在很大的摩擦力。預(yù) 拉力、連接板件抗滑移系數(shù)和鋼材種類都直接影響其承載力。高強(qiáng)螺栓受剪受拉強(qiáng)度中，受拉強(qiáng)度較大。由于預(yù)拉 力作用，板件間在承受荷載前已經(jīng)存在較大的壓緊力，拉力作用首先要抵消這種壓緊力。軸心受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求。軸心受拉構(gòu)件的設(shè)計(jì)需要分別進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的計(jì)算，軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)需要進(jìn)行強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和剛度計(jì)算。軸心受力構(gòu)件的剛度通 過限制其長細(xì)比來保證。理想軸心受壓構(gòu)件：假設(shè)構(gòu)件完全挺直，荷載沿構(gòu)件形心軸作用，在受荷之前構(gòu)件無初始應(yīng)力、初彎曲和

11、初偏心等 缺陷，截面沿構(gòu)件時(shí)均勻的。三種屈曲形式喪失穩(wěn)定：1彎曲屈曲：構(gòu)件的截面只繞一個(gè)主軸旋轉(zhuǎn)，構(gòu)件縱軸有直線變?yōu)榍€，這是雙軸對(duì)稱截面構(gòu)件最常見的屈曲形式。（工字形）2.扭轉(zhuǎn)屈曲：失穩(wěn)時(shí)構(gòu)件除支承端外的各截面均繞縱軸扭轉(zhuǎn)（十字形截面）3彎扭屈曲：單軸對(duì)稱截面構(gòu)件繞對(duì)稱軸屈曲是，在發(fā)生彎曲變形的同時(shí)必然伴隨著扭轉(zhuǎn)（T形）工字形截面受壓翼緣翼緣板外伸部分的寬厚比與長細(xì)比的關(guān)系:bLt(10取構(gòu)件兩方向長細(xì)比的較大值，小于1.長細(xì)比2.鋼種雙肢綴條式格構(gòu)式構(gòu)件的換算長細(xì)比30取30，大于100取1000x2ax 27（也是等穩(wěn)法則的穩(wěn)定條件?？刻撦S、實(shí)軸等穩(wěn)即等穩(wěn)A法則。）x整個(gè)構(gòu)件對(duì)虛軸的長細(xì)

12、比A1 一個(gè)節(jié)間內(nèi)兩側(cè)斜綴條毛截面面積之和cMx"T和c異號(hào)時(shí), 和c同號(hào)時(shí),yi31 fFItw11.2i1.1（c腹板計(jì)算高度邊緣同一點(diǎn)的彎曲正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力）b0.6時(shí)梁已進(jìn)入非彈性工作階段，整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力有明顯降低，必須對(duì)其修正。b 1.0702821.0 當(dāng) bbfy則控制構(gòu)件強(qiáng)度用fy來控制而不用受壓翼緣板的外伸部分為三邊簡支板當(dāng)梁在彎曲MX作用的強(qiáng)度按彈性計(jì)算：E 15 235tX fyt為翼緣板的厚度，b1翼緣板的外伸寬度彎曲應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力共同作用下，計(jì)算腹板的局部穩(wěn)定是，首先應(yīng)布置加勁肋（增加局部穩(wěn)定），然后進(jìn)行局部穩(wěn)定計(jì)算，若不滿足要求，應(yīng)調(diào)整加勁肋間距重新驗(yàn)算。不考慮腹板屈曲后強(qiáng)度時(shí)，組合梁腹板宜按下列規(guī)定配置加勁