《鋼結(jié)構(gòu)》教學(xué)課件

1、鋼結(jié)構(gòu)第 一 章概述1.1鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史公元前200年，秦始皇時(shí)代，鐵造橋墩；公元60年，漢明帝時(shí)代，鐵鏈懸橋（蘭津橋） 濟(jì)寧寺甘露寺大渡河鐵索橋廣州中山紀(jì)念堂圓屋頂 錢塘江大橋南京長江大橋首都體育館 上海體育館 大型企業(yè)廠房300多年前上世紀(jì)30年代上世紀(jì)5060年代中國國際貿(mào)易中心 京廣中心大廈深圳發(fā)展中心 地王大廈黑龍江電視塔1990年北京亞運(yùn)會場館現(xiàn)在，金茂大廈421m，環(huán)球金融中心460m 帝國大廈381m新加坡雙塔大廈450msears tower 443m世界貿(mào)易中心402m結(jié)論：材料： 連接：上世紀(jì)80年代后國外結(jié)構(gòu)形式：橋 塔 工業(yè)與民用建筑鑄鐵 鍛鐵 鋼銷釘 鉚釘 焊接

2、螺栓金 茂 大 廈臺 北 101大 廈 448/508最最高高使屋用頂樓高層度438448mm環(huán) 球 金 融 中 心新 加 坡 雙 塔 大 廈 95層- = 畫 一l.-l-,摹二謂五m- ， -I名秪臺101上海氓球金融中心瑞合腰塌七期Lott e World 2 TowerPetronas Towers城市臺北上海香港華山吉隆坡匝別中囡中回中囡南韓，再來西空現(xiàn)況完工停工施工中尚未陰工完工竣工20032007200720101998凄磨10110110210788商度508 m492 m474 m464.5 m451.9 m廿”1I痰州中囮I1上海 中四完工1 998884 2 0 . 5m

3、大逋 中施工中200778420m舌港 中 囮完工2003904 1 3 . 8m完工I1 99780391.1 m詔圳中囮 紐約美囮 香港中即香港中囮 禹雄中國 完工完工完工完工完工1996 1931 19921990 1997 69384 m 102381 m 78374 m72 85347.5 m 地王大皮帝國大廈中氓痰塌中銀大度Tuntex 85 Sky Tower世 貿(mào) 中 心英國倫敦千年穹頂D320m02年世界杯韓國大邱體育場國家大劇院上海八萬人體育場上海八萬人體育場施工現(xiàn)場組合鋼管懸挑空間桁架70m多澳門東亞運(yùn)動會體育館澳門東亞運(yùn)動會體育館 亞洲跨度最大的桁架上海南站鋼結(jié)構(gòu)圓屋頂

4、D265m長31km東海大橋鋼結(jié)構(gòu)工程海上段28km橋?qū)?1.5m336m320m建設(shè)中的迪拜塔建筑高度是絕密，現(xiàn)已建成629m迪拜塔效果圖鳥 巢水立方水立方中國工程院院士 董石麟：“(水立方)結(jié)構(gòu)形式我們現(xiàn)在 叫它多面體空間鋼架結(jié)構(gòu)。這一種結(jié)構(gòu)在過去，不單單 在我們國家，在世界上還是沒有的”。濟(jì)南奧體中心效果圖（十一屆全運(yùn)會 ）濟(jì)南奧體中心1.2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用 一.鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)自重輕、承載力高；為同跨度、同荷載鋼筋混凝土屋架的（1/31/4） 重。特別是地質(zhì)條件差的地區(qū)，降低地基、基礎(chǔ)的造價(jià)。鋼材的塑性和韌性好；（后面介紹）接近于勻質(zhì)等向體；內(nèi)部組織均勻，各方向物理性能基本相同，在使用階

5、 段，變形較小。此特點(diǎn)與力學(xué)假定吻合較好。焊接性能；指鋼材在焊接過程中和焊后，保持焊接部分不開裂的 完整性的性質(zhì)。不滲漏；便于做成密閉容器。7.耐腐蝕性差；涂防腐漆 混凝土包裹8.耐熱好，防火差。t 150，性能變化大t 600，強(qiáng)度為0涂防火涂料混凝土包裹二. 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用1. 工業(yè)廠房跨度、柱距較大，有100t以上重級或中級工作制吊車 的廠房，有熱輻射的廠房。現(xiàn)什么廠房都可采用。2. 大跨結(jié)構(gòu)解決辦法解決辦法網(wǎng)架、網(wǎng)殼、懸索周圍溫度超過150， 采取防護(hù)措施廠房 鋼屋架 體育館、會館高聳結(jié)構(gòu)和高層結(jié)構(gòu)自重輕、截面小，減小風(fēng)荷載。受動力荷載作用的結(jié)構(gòu)鋼材的韌性好，動力性能高。容器與管道可拆卸

6、和移動的結(jié)構(gòu)如流動式展覽館、活動房。其它。如海洋平臺、碼頭、輸煤棧橋等?？傊捎娩摻Y(jié)構(gòu)，工期短、造價(jià)高，應(yīng)從綜合經(jīng) 濟(jì)效益來考慮。1.3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須滿足一定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，即在滿足功能要求的前提下，做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、確保 質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)合理。一.安全系數(shù)法（容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法）Kyo S A f構(gòu)件中應(yīng)力容許應(yīng)力S：全部荷載引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的內(nèi)力； A：幾何特性，即截面面積或截面抵抗矩等； fy ：材料的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，針對鋼材為屈服點(diǎn)； K：安全系數(shù)。安全系數(shù)憑經(jīng)驗(yàn)而定，因而不同構(gòu)件的安全度不可 能相同，故不合理。注意：疲勞計(jì)算還采用此法。 二.極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法極限狀態(tài)：當(dāng)結(jié)構(gòu)或其

7、組成部分超過某一特定狀態(tài)，就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，此特定狀態(tài)就 稱為該功能的極限狀態(tài)。承載力極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(tài)如傾覆。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強(qiáng)度而破壞（包 括疲勞強(qiáng)度），或因過度變形而不適于繼續(xù) 承載； 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系； 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定； 地基喪失承載能力而破壞。分為具體為承載力極限狀態(tài)：指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或是出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形。包括靜力強(qiáng)度、動力強(qiáng)度、穩(wěn)定、傾覆等。 整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡；正常使用極限狀態(tài)：指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項(xiàng)規(guī)定限值。 影響正常使用或外觀的變形； 影響正常使用或耐久性的局部損壞（包括 裂

8、縫）； 影響正常使用的振動； 影響正常使用的其它特定狀態(tài)。具體為1.極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法是以概率理論為基礎(chǔ)，把有變異性的設(shè)計(jì)參數(shù)通過 概率分析引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。根據(jù)應(yīng)用概率分析的程度分為三種水準(zhǔn)：半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法； 近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法； 全概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。作用：是使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形的所有原因。 又稱荷載效應(yīng)，以S表示。如荷載、溫度變化、地震力等?？沽Γ航Y(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力，以R表示。它取決于材料的強(qiáng)度和構(gòu)件的幾何因素?？煽啃裕褐附Y(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、規(guī)定的條件（正常設(shè) 計(jì)、正常施工、正常使用、正常維護(hù)）下，完成 預(yù)定功能的能力。預(yù)定功能：就是對于規(guī)定的某種功能來說，結(jié)構(gòu)不失效。可靠性是結(jié)構(gòu)安

9、全性、適用性、耐久性的概稱。 可靠度：用來衡量結(jié)構(gòu)可靠性的指標(biāo)。指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的概率。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗力等于荷載效應(yīng)時(shí)，此結(jié)構(gòu)或 構(gòu)件達(dá)極限狀態(tài)。極限狀態(tài)方程Z g(R.S) R - S 0RS時(shí)，可靠 R0)失效概率用pf 表示，pfg(R-S 0) pf + ps = 1.0結(jié)構(gòu)可靠就是指失效概率小到人們可以接受的程度。 可接受的失效概率為萬分之幾。設(shè)計(jì)中，荷載、材料強(qiáng)度等指標(biāo)大都是隨機(jī)變量，多呈正態(tài)分布，一些非正態(tài)分布的隨機(jī)變量（如風(fēng)載） 可以通過數(shù)學(xué)變換成當(dāng)量的正態(tài)分布。故此認(rèn)為R、S為正態(tài)分布。所以，極限狀態(tài)函數(shù)Z=R-S也是正態(tài)分布的隨機(jī)變量。Z的概

10、率分布曲線 Z0失效概率R、S 表示R、S的標(biāo)準(zhǔn)差Zf (Z)ZZ即 R-S 1640205120406020011560100190110無屈服點(diǎn)的鋼材，如熱處理低合金鋼，如何確定屈服點(diǎn)？以卸載后殘余應(yīng)變?yōu)?.2時(shí)所對應(yīng)的應(yīng)力為屈服點(diǎn)。以0.2 表示， 又稱為條件屈服點(diǎn)。冷彎性能：更嚴(yán)格的衡量塑性變形能力的指標(biāo)，通過冷彎試驗(yàn)確定。冷彎試驗(yàn)是按材料的原有厚度經(jīng)表面加工成板狀，作180冷彎，以彎曲處的 外面、側(cè)面不起層、不開裂為合格。不同厚度的鋼材，d不同。注意：焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的 鋼材必須具有冷彎性能的合格保證。0.20.2%d+2.1ada3厚度方向斷面收縮率（又稱Z

11、向收縮率）：量大，質(zhì)量好，不易出現(xiàn)層狀撕裂，故無此要求。Z 向收縮率用Z 表示A0：原橫截面面積 A1：拉斷時(shí)，斷口處橫截面面積Z15 相應(yīng)的Z15 Z25 相應(yīng)的Z25 Z35 相應(yīng)的Z35Z15鋼 Z25鋼 Z35鋼MA0A1 100% = A0z-厚 板 厚 度1. 5d0d0 =10厚度40mm以上鋼板，受力時(shí)可 能會發(fā)生層狀撕裂，故應(yīng)滿足 Z 向收縮率要求。 薄鋼板軋制時(shí)，壓縮分為三個(gè)質(zhì)量等級鋼材受動荷時(shí)的韌性指標(biāo)：衡量鋼材承受動荷作用時(shí)抵抗脆性破壞的指標(biāo)就是 沖擊韌性。韌性是鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，吸收能量多，韌性好。確定沖擊韌性的 方法就是沖擊試驗(yàn)， 試驗(yàn)采用夏

12、比V 型 缺口試件。Q235鋼 Q345鋼 Q390鋼AKV27J (20、0、-20) AKV34J (20、0、-20) AKV27J (- 40)實(shí)際結(jié)構(gòu)中，脆斷總是發(fā)生在缺陷應(yīng)力集中處， 因?yàn)樵撎幋嬖谕柪瓚?yīng)力場，使塑性變形受到限制。4055450R=0.25102862.2建筑鋼材在多軸應(yīng)力下的工作性能雙向、三向受力時(shí)，不能以單向受力時(shí)的 fy為屈服 點(diǎn)，采用第四強(qiáng)度理論較為合適。單向拉伸達(dá)塑性狀態(tài)時(shí)，積聚 于單位體積中的形狀改變能為：三向主應(yīng)力作用下，單位體積形狀改變能為：式中： 泊桑比f2y3E1 U U231223312221o - 1 3Exxyyzzxyzxxz231yxz

13、y能量理論認(rèn)為：U= U時(shí)，多向應(yīng)力狀態(tài)下的鋼 材進(jìn)入塑性。即由彈性轉(zhuǎn)為塑性狀態(tài)的工作條件為：當(dāng)折算應(yīng)力eq fy 時(shí)，彈性； 當(dāng)折算應(yīng)力eq fy 時(shí)，塑性。多向應(yīng)力下，以折算應(yīng)力eq作為強(qiáng)度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)， 將折算應(yīng)力eq變形為：fy311223232221+- (+) =)+o =+o o 31232223122eq1+- (+12233112=oo222eq)(- )(- )(-令：分析： 有異號應(yīng)力，且同號應(yīng)力差較大，就易進(jìn)入 塑性，說明異號應(yīng)力場下易發(fā)生塑性破壞。 三個(gè)主應(yīng)力同號且接近， eq小，不易進(jìn)入塑 性，直至破壞，也不進(jìn)入塑性；三向等值壓縮時(shí)，不會破壞；說明同號拉應(yīng)力場下易脆性

14、破壞。 用正應(yīng)力和剪應(yīng)力表示折算應(yīng)力：鋼結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件厚度小，厚度方向應(yīng)力小，忽略， 形成平面應(yīng)力狀態(tài)，)+=o 2zx2yz2xy2zxyyzzx2y2xeq- (+) + 3(2xy2yxy2xeq+ 3+=o - 即：純剪時(shí)：=3 o eq3 f y3 = 0.58f y達(dá)到屈服時(shí)：即： =f y因此時(shí)屈服， 用 fyv 代替 ，即有： fyv 0.58fy2.3各種因素對鋼材性能的影響19381950年，在-14左右的冬季條件下，比利時(shí)共 有14座大橋斷裂。1954年11月，英國制造的32000 t 油船世界協(xié)和號， 在海浪4.56m 高的大海中航行時(shí)，船底斷裂。事故原因？化學(xué)成分C：鐵

15、以外最重要的元素，C0.3%或C0.1%時(shí)，鋼材 無明顯屈服點(diǎn)。C強(qiáng)度、 塑性、 沖擊韌性、 焊接性 能、脆性、低溫脆斷危險(xiǎn)。鋼結(jié)構(gòu)采用低碳鋼，C0.25% ，焊接結(jié)構(gòu) C0.2%S： 有害元素，8001000時(shí)，硫化鐵熔化使鋼材變 脆，因此熱加工或焊接時(shí)，有可能引起熱裂紋，稱為“熱脆”。S沖擊韌性、焊接性能、疲勞強(qiáng)度， 所以， S0.045% (Q235以上鋼材）S0.05%(Q235鋼材）Mn：有益元素，弱脫氧劑。提高強(qiáng)度，不過多降低塑 性和韌性，消除熱脆，改善冷脆；Mn過多，降低焊接性能。Si： 強(qiáng)脫氧劑。Si0.2%時(shí)，提高強(qiáng)度，而不顯著影 響塑性、韌性、冷彎性能、焊接性能；Si 含量

16、達(dá)1時(shí)，則不然。P： 提高強(qiáng)度和抗銹蝕能力，嚴(yán)重降低塑性、韌性、 焊接性能。所以， P0.04%(Q235以上鋼材) P0.045% (Q235鋼材)V： 提高強(qiáng)度、抗銹蝕能力，不顯著降低塑性。N、O：有害元素，O熱脆，N冷脆。式中化學(xué)符號表示該化學(xué)元素含量的百分?jǐn)?shù)。 CE0.38時(shí)，焊接性能好，可直接施焊； 0.38CE0.45%時(shí)，施焊前預(yù)熱，控制焊接工藝； CE0.45時(shí)，嚴(yán)格控制焊接工藝和預(yù)熱溫度。通常采用可焊性試驗(yàn)的方法來檢驗(yàn)鋼材的焊接性能， 從而制定重要結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的焊接制度和工藝。6515二鋼材的焊接性能鋼材的焊接性能受含碳量和合金元素含量的影響。 碳素鋼：當(dāng)0.12C0.20%時(shí)

17、，焊接性能好，含碳量超過上述范圍，焊縫和熱影響區(qū)容易變脆。低合金鋼：焊接性能用碳當(dāng)量 CE 來衡量，C = C+ Mn + Cr + Mo+ V + Ni+ CuE三冶金缺陷缺陷有：偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋、起層等。 氣孔：CO氣體沒有逸出形成。非金屬夾雜：鋼材中含有氧化物、硫化物，使鋼材 變脆。偏析：化學(xué)雜質(zhì)元素分布的不均勻性，主要的偏析是S 、P的偏析，偏析 塑性、韌性、焊接性能、 疲勞強(qiáng)度。四應(yīng)力集中當(dāng)試件表面不平整，有缺口存在時(shí)，在軸心荷載作用下，截面上應(yīng)力分布不均勻，缺口附近的應(yīng)力特別 高，稱應(yīng)力集中。缺口尖端max凈截面平均應(yīng)力：o N /A0nAn：凈截面面積 應(yīng)力集中系數(shù)：

18、k =max / 0缺口處，方向與軸向 不一致，力線傾斜，因而產(chǎn)生 橫向剪力y 。在孔邊緣形成雙向拉應(yīng)力場（若考慮厚度，三向拉應(yīng)力場），這就是 脆斷的原因。帶槽口試件的曲線，也證明了此點(diǎn)。 無明顯屈服點(diǎn)，塑性降低，脆性增大。N標(biāo)準(zhǔn)試件 1-11212 3 3 2-2 max 3-3o y應(yīng)力集中現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：構(gòu)件的不正確造型（設(shè)計(jì)時(shí)避免） 殘余應(yīng)力（研究不夠）非金屬夾雜五鋼材的硬化鋼材中，C、N的固溶物存在于存鐵體的結(jié)晶體中，隨時(shí)間增長， 它們析出，存在于晶粒之間的間層 中，對純鐵體的塑性變形起到抑制 作用，使鋼材的強(qiáng)度上升，塑性降低，此種現(xiàn)象稱“時(shí)效硬化”。又稱“應(yīng)變硬化”。 加熱使此過程

19、迅速完成，稱“人工時(shí)效”。彈性階段：不影響鋼材性能加卸荷 彈塑性階段：強(qiáng)度提高，即彈性變形區(qū)域擴(kuò)大，塑性降低現(xiàn)象，稱“冷作硬化”。 鋼材經(jīng)冷作硬化后又發(fā)生時(shí)效硬化，稱“應(yīng)變時(shí)冷作硬化后 的塑性區(qū)o 時(shí)效硬化應(yīng)變時(shí)效、時(shí)效硬化和人工時(shí)效與冷作硬化的區(qū)別：相同點(diǎn)：擴(kuò)大了彈性工作范圍，減少了塑性。的同時(shí)，還提高了抗 拉強(qiáng)度，而后者沒有 提高抗拉強(qiáng)度。冷作硬化通常是在經(jīng)過冷加工后產(chǎn)生的，冷加工區(qū)域的邊緣會產(chǎn) 生冷作硬化，成為產(chǎn)生裂縫的根源。冷加工：在常溫或低于再結(jié)晶溫度的情況下，通過機(jī) 械的力量使鋼材產(chǎn)生所需要的永久塑性變形，獲得需要的 薄板或型鋼的工藝。 如冷拉、冷彎、沖孔、機(jī)械剪切等。 所以，要消

20、除冷作硬化區(qū)域（受動荷的重要構(gòu)件，冷作硬化區(qū)域必須除去）。冷作硬化后的塑性區(qū)應(yīng)變時(shí)效不同點(diǎn)：前者在擴(kuò)大彈性范圍時(shí)效硬化六加荷速度快速拉伸，沿0B線變化，此時(shí)試件的溫度有所降低，持荷保稱“彈性后效”。若突然快速卸荷，沿AC線變化，試件溫度上升，隨后放熱后 冷卻，回到 0 點(diǎn)。加荷速度提高，鋼材的屈服強(qiáng)度提高，呈脆性，故 試驗(yàn)時(shí)按規(guī)定的速度加荷。通常作法：加載后持荷5分鐘后讀數(shù)，得到準(zhǔn)確的試 驗(yàn)值。持不變，試件吸收熱量，產(chǎn)生BA， B AC七溫度影響溫度從常溫下降fy稍有、 脆性、塑性、韌性。當(dāng)溫度降到某一數(shù)值時(shí)，沖擊 韌性AKV突然顯著下降，鋼材易產(chǎn)生 脆性斷裂，稱“低溫冷脆”。所以，應(yīng)針對結(jié)構(gòu)

21、所處的溫度對鋼材提出AKV要 求。溫度從常溫上升，200以下，強(qiáng)度、塑性，250左右，強(qiáng)度、塑性、AKV，鋼材變脆，稱為 “藍(lán)脆現(xiàn)象”。所以，經(jīng)常受高溫時(shí)，應(yīng)采取隔熱措施。以上介紹影響鋼材性能因素的目的是了解鋼材在什t (溫度)AKV溫度脆性區(qū)為了防止脆性破壞的發(fā)生，需注意以下三點(diǎn)：合理的設(shè)計(jì)：構(gòu)造應(yīng)合理，應(yīng)能均勻、連續(xù)地傳遞應(yīng)力， 避免構(gòu)件截面劇烈變化，合理的選用材料。正確的制造：應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制作，如避免材料 出現(xiàn)硬化，要通過擴(kuò)孔或刨邊除掉硬化區(qū)，選擇合理 的焊接工藝，對制作和安裝過程中所造成的缺陷應(yīng)進(jìn) 行清理和修復(fù)。正確的使用：不得隨意改變結(jié)構(gòu)使用用途或超負(fù)荷使用結(jié) 構(gòu)，不在主要

22、結(jié)構(gòu)上焊接附加的零件、懸掛重物，避 免在運(yùn)輸和安裝過程中對結(jié)構(gòu)造成撞擊。本節(jié)開始時(shí)所述事故原因：前者：應(yīng)力集中、殘余應(yīng)力、低溫AKV值太小。 后者：大部分板件不滿足沖擊韌性要求。2.4建筑鋼材的動力工作性能 一 鋼材疲勞破壞的特征循環(huán)荷載：隨時(shí)間而變化的荷載， 如吊車梁和支承振動的平臺梁maxminmintmax每一個(gè)循環(huán)中 max-min 稱為應(yīng)力幅若為常數(shù)，即1 2n 稱為常幅應(yīng)力循環(huán)。若為變數(shù)，即1 2 n稱為變幅應(yīng)力循環(huán)。應(yīng)力循環(huán)特征用應(yīng)力比值 min /max表示-1，完全對稱循環(huán)0，脈沖循環(huán)1，靜力荷載作用-11疲勞破壞：鋼材在循環(huán)荷載作用下，當(dāng)應(yīng)力還低于鋼材的 抗拉強(qiáng)度，甚至低于

23、屈服點(diǎn)時(shí)，就發(fā)生斷裂破壞。疲勞破壞的原因：鋼材中存在一些局部缺陷，如不均勻的 雜質(zhì)，軋制時(shí)形成的微裂紋或加工時(shí)造成的刻槽、孔 洞、裂紋等，在荷載作用下，缺陷處的截面上應(yīng)力分 布不均，形成應(yīng)力集中現(xiàn)象，在應(yīng)力高峰附近出現(xiàn)微 觀裂紋，而在循環(huán)荷載作用下，微觀裂紋不斷擴(kuò)展， 逐漸形成宏觀裂紋，這時(shí)截面被削弱，裂紋處的應(yīng)力 集中現(xiàn)象更嚴(yán)重，在應(yīng)力高峰附近形成雙向或三向同 號拉應(yīng)力場，使鋼材的塑性變形受到限制，荷載循環(huán) 到一定次數(shù)時(shí)，削弱處的截面就會發(fā)生脆性斷裂破壞。疲勞破壞過程一般經(jīng)歷三個(gè)階段，即裂紋的萌生、裂 紋的緩慢擴(kuò)展和最后迅速斷裂。破壞前無明顯的宏觀塑性變形，屬于脆性破壞。 斷口特征：具有光滑

24、和粗糙的兩個(gè)區(qū)域光滑部分是裂縫兩邊的材料時(shí)而相互擠壓、時(shí)而分離而形成的，而粗糙部分是截面的殘存部分不足以承受外 力，最終一瞬間突然被拉斷而形成的。提問：只承受變化壓應(yīng)力，而不出現(xiàn)變化拉應(yīng) 力時(shí)，是否會產(chǎn)生疲勞破壞？鋼材的疲勞強(qiáng)度由試驗(yàn)確定。影響疲勞強(qiáng)度的最主要因素是構(gòu)造狀況（應(yīng)力集中 程度、殘余應(yīng)力），作用的應(yīng)力幅 ，及循環(huán)荷載的循環(huán)次數(shù)。實(shí)驗(yàn)證明疲勞強(qiáng)度與靜力強(qiáng)度無明顯關(guān)系。二常幅疲勞破壞大量疲勞試驗(yàn)證明，應(yīng)力幅與疲勞壽命n 之間呈右圖所示關(guān)系當(dāng)應(yīng)力幅為1 時(shí)，循環(huán)荷載達(dá)n1次時(shí)，試件破壞 ； 當(dāng)應(yīng)力幅為2 時(shí)，循環(huán)荷載達(dá)n2次時(shí)，試件破壞 ，考慮安全系數(shù)后，得對應(yīng)于n次循環(huán)的容許應(yīng)力幅為：

25、nnn1212即： 循環(huán)荷載循環(huán)n1次時(shí)，極限應(yīng)力幅為1 ； 循環(huán)荷載循環(huán)n2次時(shí)，極限應(yīng)力幅為2 。規(guī)范規(guī)定：當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n5104時(shí)，應(yīng)進(jìn)行 疲勞計(jì)算。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按統(tǒng)計(jì)理論得到的回歸方程為：lg lgn - lgC 0n1lg 1 (lgC- lgn) lg ( C )n1 ( C ) 變形式中：C、是系數(shù)，可按不同的連接形式和類別 按規(guī)范查表，C、考慮了安全系數(shù)。 疲勞計(jì)算的構(gòu)件和連接分類（部分P407）參數(shù)C、（P38）項(xiàng)次簡圖說明類別211:41橫向?qū)雍缚p附近的主體金屬符合 GB50205-2001鋼結(jié)構(gòu)工程 施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的一級焊縫經(jīng)加工、磨平的級焊縫3211:41不同厚

26、度（或?qū)挾龋M向?qū)雍缚p附近31的主體金屬，焊縫加工成平滑過渡并符2合一級焊縫標(biāo)準(zhǔn)1構(gòu)件和連接類別12345678C(1012 )19408613.262.181.470.960.650.4144333333從式中看出，知道循環(huán)荷載的循環(huán)次數(shù)，就可求得容許應(yīng)力幅焊接結(jié)構(gòu) 非焊接結(jié)構(gòu)max minmax 0.7min計(jì)算max 、min 時(shí)，按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，不考 慮動力系數(shù)，同時(shí)不考慮恒載。注意：以上計(jì)算，只適用于常溫下，且無強(qiáng)烈腐蝕性環(huán) 境中，否則，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。三變幅疲勞計(jì)算實(shí)際結(jié)構(gòu)中作用的交變荷載一般都是變幅循環(huán)荷 載，而不是常幅循環(huán)荷載，如吊車梁、振動臺等，就是受變幅循環(huán)荷載作用。

27、若不發(fā)生疲勞破壞，應(yīng)滿足 ：計(jì)算部位的設(shè)計(jì)應(yīng)力幅。n1 ( C ) 按常幅疲勞計(jì)算如何？變幅疲勞折算成常幅疲勞計(jì)算。 統(tǒng)計(jì)出應(yīng)力幅為i 的循環(huán)次數(shù)，按循環(huán)次數(shù)的多少 取循環(huán)次數(shù)多的前10種，如1、 2 、 3 101、 2 、10 對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)分 別為n1 、 n2 、 n1 0 ，1、 2 、10 對應(yīng)的常幅疲勞破 壞循環(huán)次數(shù)分別為N1 、 N2 、N1 0 ，據(jù)線性累積損傷法則，認(rèn)為滿足下式時(shí)，受變幅 荷載的結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞破壞。2取變幅荷載的最大應(yīng)力幅，按常幅疲勞計(jì)算，但太保守。1.已知變幅荷載循環(huán)規(guī)律按線性累積損傷法則，將 i1t 1A)n (n1010 1i1ii1 Niii(2)10

28、N ni1i( e )( e )N- i 1 n i（3）推出：A nNNNN n n n1021 . 110i 1i1210i次后使受變幅荷載的（1）常幅疲勞強(qiáng)度與循環(huán)次數(shù)間的關(guān)系為：N = A () A為任意常數(shù)i將 N代入（1）式得：另設(shè)想有一常幅的應(yīng)力幅 e (需求之)，在作用結(jié)構(gòu)發(fā)生常幅疲勞破壞，有：N = A（e）-10將（3）代入（2）得：101 e n) n( i 1i10i 1o ii則有：Ni A ( i )- ，e 稱為等效應(yīng)力幅若變幅荷載作用下不發(fā)生疲勞破壞，應(yīng)滿足：e ：按常幅循環(huán)預(yù)期壽命次的容許應(yīng)力幅。2 .吊車梁疲勞計(jì)算 (未知變幅荷載循環(huán)規(guī)律)受變幅循環(huán)荷載作用

29、，若沒有測到或無法預(yù)測荷載 循環(huán)規(guī)律，按常幅疲勞計(jì)算，f 2106：在計(jì)算部位的設(shè)計(jì)應(yīng)力幅（最大應(yīng)力幅）；2106：循環(huán)次數(shù)n=2106 次的容許應(yīng)力幅； f ：欠載效應(yīng)的等效系數(shù)（查表）；考慮實(shí)際變幅荷載有時(shí)出現(xiàn)低于設(shè)計(jì)應(yīng)力幅的情況。說明： 此計(jì)算適合于重級工作制吊車梁，重級、中級工 作制吊車桁架的疲勞計(jì)算。對于輕級工作制吊車梁和吊車桁架、大多數(shù)中級 工作制吊車梁，據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可不作疲勞計(jì)算。注意： 疲勞極限狀態(tài)的概念還不清楚，只能沿用容許 應(yīng)力設(shè)計(jì)法。 以上講的疲勞為高周疲勞，此類疲勞的斷裂壽 命長，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)5104，斷裂應(yīng)力水平 低， fy ，故又稱低應(yīng)力疲勞。另有低周疲勞，其特點(diǎn)是壽命

30、短，循環(huán)次數(shù) 少，應(yīng)力水平高，低周疲勞的內(nèi)容忽略。 不出現(xiàn)循環(huán)拉應(yīng)力的部位，不計(jì)算疲勞。2.5 建筑鋼材的種類、規(guī)格和選用 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號是按屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù) 值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號的順序排列。 如 Q235 AF屈服點(diǎn)的字母：Q屈服點(diǎn)數(shù)值：195 、 215 、 235 、 255 、 275強(qiáng)度低塑性、韌性差 質(zhì)量等級符號：A： 供方保證 fy 、fu 、5及Si 、S 、P含量，C 、Mn含量不作為交貨條件，C0.2% 。B： 供方保證 fy 、fu 、5 、 C： 冷彎性能及C 、S 、Mn 、 D： Si 、P含量， C0.20%另+20的AKV另 0的AK

31、V另-20的AKV不同質(zhì)量等級的同一類鋼材，力學(xué)性能指標(biāo)基本相 同，化學(xué)成分和 AKV 不同，A級鋼不保證冷彎性能。 脫氧方法：沸騰鋼（F）：Mn為脫氧劑，脫氧不完全，質(zhì)量差，鎮(zhèn)靜鋼（Z）：Mn、Si為脫氧劑，脫氧完全，質(zhì)量好， 半鎮(zhèn)靜鋼（b）：脫氧程度及質(zhì)量介于以上兩者之間， 特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）：外加鋁脫氧，質(zhì)量更好。A 、B級鋼：脫氧方法有 F 、Z 、b C 級鋼：脫氧方法只有 ZD 級鋼：脫氧方法只有 TZ Z 、TZ 可省略。二 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼在碳素結(jié)構(gòu)鋼中加入少量幾種合金元素形成，合金 元素的總量低于5，C0.2%，質(zhì)量好。牌號編制與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同如 Q295 、Q345 、Q

32、390 、Q420 、Q460分為A、B 、C 、D 、E五個(gè)質(zhì)量等級，每一級的質(zhì)量保證項(xiàng)目類似碳素結(jié)構(gòu)鋼，A級鋼應(yīng)進(jìn)行冷彎試驗(yàn)，E級質(zhì)量保證項(xiàng)目同 B 、C 、D ，另外 還要保證 -40的AKV 。C 、D 、E 級為特殊鎮(zhèn)靜鋼， A、B級為鎮(zhèn)靜鋼， 不標(biāo)注脫氧方法。三優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，雜質(zhì)少，S、P含量小于0.035 鋼號：如 45 或 45Mn ，前面兩位數(shù)表示含C量的萬分?jǐn)?shù)，前者表示含Mn量 較少，后者表示含Mn量較多。鋼結(jié)構(gòu)中較少應(yīng)用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。四 鋼材的規(guī)格鋼板： 厚鋼板 4.560mm，薄鋼板 0.354mm， 表示方法：寬厚長（長度可不標(biāo)）。如1008100

33、0角鋼： 分為等邊角鋼和不等邊角鋼，長度419m， 表示方法：長邊寬短邊寬厚度邊寬厚度 如20012514 。工字鋼：它的編號以截面高度（cm）表示，長519 m，如I36a根據(jù)腹板厚度分為a 、b 、c三類，a 類腹板較薄，用于受彎經(jīng)濟(jì)，c 類腹板較厚，不經(jīng)濟(jì)，生產(chǎn)較少。槽鋼：編號規(guī)則同工字鋼，如28b 。鋼管：表示方法：D外徑壁厚，長度312m，無縫鋼管：壁厚，經(jīng)濟(jì)性差，最大可達(dá) D219， 焊接卷管：經(jīng)濟(jì)性好。分為H型鋼：表示方法：代號+高度H寬度B腹板厚翼緣厚H W ：表示寬翼緣H型鋼 代號 H M ：表示中翼緣H型鋼 H N：表示窄翼緣H型鋼特點(diǎn)：翼緣板的內(nèi)外表面平行。如H W400

34、4001321H型鋼可剖分為T型鋼，代號為TW、TM 、TN五鋼材的選用應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)力狀態(tài)、連接方法、鋼材厚度和工作環(huán)境等因素綜合考 慮，既要滿足結(jié)構(gòu)安全可靠，又要盡可能節(jié)約鋼材、降 低造價(jià)。承重結(jié)構(gòu)鋼材應(yīng)具有 fu、fy、和S、P的合格保證； 焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)具有C含量的合格保證；焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)鋼材應(yīng)具有冷彎性能的合格保證。主要焊接結(jié)構(gòu)不能采用Q235A級鋼。因含碳量不作為交貨條件，無法保證含碳量。Q235-BF鋼，厚度不宜大于25mm， 因厚度大，質(zhì)量不易保證。4. 需驗(yàn)算疲勞的結(jié)構(gòu)鋼材，應(yīng)具有常溫AKV的保證。-20的AKV(Q390、Q42

35、0)-20的AKV(Q235、Q345)-40的AKV(Q390、Q420) 直接受動荷，且需驗(yàn)算疲勞； 直接受動荷，不需驗(yàn)算疲勞，但工作溫 度-20；及受靜載的受彎和受拉的重 要承重結(jié)構(gòu)； 工作溫度-30的所有承重結(jié)構(gòu)。非焊接結(jié)構(gòu)：工作溫度-20的直接受動載，且需驗(yàn) 算疲勞的結(jié)構(gòu)。0的AKV(Q235、Q345)-20工作溫度0工作溫度-20焊接結(jié)構(gòu)非焊接結(jié)構(gòu)、工作溫度-20 0的AKV(Q235、Q345)-20的AKV(Q390、Q420)5.下列情況不能采用Q235沸騰鋼，焊接結(jié)構(gòu)6.吊車起重量不小于50 t 的中級工作制吊車梁，對AKV 的要求與需驗(yàn)算疲勞的結(jié)構(gòu)相同。（結(jié)合前面吊車

36、梁疲勞驗(yàn)算）?？偨Y(jié)：針對結(jié)構(gòu)選材來說：受拉構(gòu)件的材性要較受壓構(gòu)件為高； 焊接結(jié)構(gòu)的材性要較非焊接結(jié)構(gòu)為高；受動荷結(jié)構(gòu)的材性要較受靜載結(jié)構(gòu)為高； 低溫地區(qū)結(jié)構(gòu)的材性要較高溫地區(qū)為高?！敖Y(jié)構(gòu)工作溫度” 解釋不詳，建議采用 采暖通風(fēng) 與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ19-87(2001版)中的“最低日平均溫度”。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件中，應(yīng)注明建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使 用年限、鋼材牌號、連接材料的型號（或鋼號）和對 鋼材所要求的附加保證項(xiàng)目。此外，還應(yīng)注明所要求 的焊縫型式、焊縫質(zhì)量等級、端面刨平頂緊部位及對 施工的要求。設(shè)計(jì)使用年限：設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)間。15年， 臨時(shí)性結(jié)構(gòu)2

37、5年， 易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件50年， 普通房屋和構(gòu)筑物100年， 紀(jì)念性建筑和特別重要的建 筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用 年限分為小結(jié)如疲勞破壞yfy 取決于？鋼材為什么分組？同號？ 異號？第二章1.破壞形式 脆性破壞塑性破壞鋼材種類 碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼關(guān)系編號及不同質(zhì)量 等級的保證項(xiàng)目有屈服點(diǎn)的鋼材 無屈服點(diǎn)的鋼材受壓f取值？ 受彎受剪同受拉yvf=0.58fy多向 應(yīng)力下1222eq =2 (1-2) + (2-3) + (3-1) 構(gòu)造缺陷：應(yīng)力集中； 鋼材硬化：時(shí)效硬化等； 加荷速度；溫度影響：藍(lán)脆、低溫冷脆。6.鋼材的選用。fu ：衡量經(jīng)巨量變形后的抗拉能力；fy ：衡量鋼材承載能力的指標(biāo)

38、；4.性能 伸長率：衡量鋼材塑性變形能力的指標(biāo)；指標(biāo) 冷彎性能：更嚴(yán)格衡量塑性變形能力的指標(biāo)； Z向收縮率：衡量鋼材抗層狀撕裂能力的指標(biāo)； 沖擊韌性：衡量鋼材抵抗動荷能力的指標(biāo)。化學(xué)元素；鋼材的焊接性能； 冶金缺陷：偏析等；5.影響鋼材性能的因素思考題為什么鋼材在同號拉應(yīng)力場易發(fā)生脆性破壞？ 在異號 應(yīng)力場下易發(fā)生塑性破壞？為什么不同厚度的鋼材（厚差達(dá)到一定數(shù)值）強(qiáng)度取值不同？為什么厚鋼板要滿足Z向收縮率的要求？無屈服點(diǎn)的鋼材，如何確定其屈服點(diǎn)？在選用鋼材時(shí)應(yīng)注意哪些問題？第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接23456鳥巢節(jié)點(diǎn)73.1連接的種類和特點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)中連接占用重要地位，因?yàn)椋?構(gòu)件、結(jié)構(gòu)通過連接來實(shí)現(xiàn)；

39、連接方式影響結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、工藝、造價(jià)； 連接質(zhì)量影響結(jié)構(gòu)的安全、使用壽命。焊接連接螺栓連接 鉚釘連接 對接連接 搭接連接 垂直連接焊接連接焊接連接是鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法連接型式連接方法 不削弱截面、經(jīng)濟(jì)； 構(gòu)件間可直接焊接、構(gòu)造簡單、制造省工； 連接的密封性好、剛度大。 焊縫熱影響區(qū)材料變脆； 產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形； 對裂縫敏感，局部裂紋發(fā)生易擴(kuò)展到整體。1.鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法 手工電弧焊采用焊條，操作靈活方便，特別適于短焊縫。Q235E43 Q345E50Q390、Q420E55不同鋼種的鋼材相焊接時(shí)，宜采用低組配方案，8即宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)焊條型號應(yīng)與

40、主體 金屬的強(qiáng)度相適應(yīng)9焊條型號 E前兩位數(shù)字表示熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度；kgf/mm2 第三位數(shù)字表示適用的施焊方位0、1 全方位施焊；2平焊；4立焊。第四位數(shù)字表示藥皮種類和電流，藥皮的作用：在焊接過程中產(chǎn)生氣體，保護(hù)電弧和熔 化金屬，并形成熔渣覆蓋著焊縫，防止 空氣中的氧氣、氮?dú)馀c熔化金屬接觸形 成易脆的化合物。 埋弧焊埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法，電 弧完全被埋在焊劑之內(nèi)。自動埋弧電弧焊半自動埋弧電弧焊分為自動埋弧電弧焊：焊絲送進(jìn)和電弧移動由專門機(jī)構(gòu)控制。 半自動埋弧電弧焊：焊絲送進(jìn)由專門機(jī)構(gòu)控制，而電弧 的移動由人工操作。焊接時(shí)，要采用與被焊鋼材強(qiáng)度相應(yīng)的焊絲、焊劑。 氣體

41、保護(hù)焊氣體保護(hù)焊是利用二氧化碳或其它惰性氣體作為保護(hù) 介質(zhì)的一種電弧熔焊方法。氣體代替焊劑，是由焊槍中噴出的，在電弧周圍形成 局部的保護(hù)層，防止有害氣體的侵入。電弧加熱集中，焊 接速度快，熔化深度大，結(jié)果是焊縫強(qiáng)度高，塑性好。氣體保護(hù)焊即可手工操作，也可進(jìn)行自動焊接。適用10全方位施焊，施焊時(shí)應(yīng)采取避風(fēng)措施。112.焊縫形式和焊接連接的型式 焊縫的形式對接焊縫 角焊縫承受動載。板厚時(shí)開坡口 焊接連接的型式 對接連接：傳力平順、厚板時(shí)開坡口、費(fèi)工。 搭接連接：省工、費(fèi)料、力線彎折、應(yīng)力集中較嚴(yán) 重。垂直連接：省工、省料、截面有突變、應(yīng)力集中較嚴(yán)重，用在不承受動力荷 載結(jié)構(gòu)中。開K形坡口，減小應(yīng)力

42、集中，可12 焊縫的施焊方位根據(jù)所持焊條與焊件間的相互位置，施焊方位 分為平焊(俯焊)、立焊、橫焊、仰焊四種，按照文字所述順序操作漸難，質(zhì)量保證漸難。3. 焊縫的缺陷 裂紋：最危險(xiǎn)缺陷，出現(xiàn)在焊縫內(nèi)部或熱影響區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致裂紋尖端 應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，易脆斷。13鋼材化學(xué)成分不當(dāng)，含C量過高； 焊接工藝不合適，電流、速度等； 所用焊條不符合要求及施焊次序不恰當(dāng)。 氣孔：氣體在焊縫金屬冷卻前沒有逸出而形成。 降低塑性、密實(shí)性。 夾渣：是在焊縫金屬內(nèi)部或與母材熔合處形成的非金屬 夾雜物。危害同氣孔。焊接工藝不當(dāng)；焊接材料不符合要求。 未熔合：指母材與熔化金屬之間局部未熔合的現(xiàn)象。 削弱連接強(qiáng)度，產(chǎn)生應(yīng)力

43、集中，易脆斷。產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 咬肉：是在焊縫一側(cè)或兩側(cè)與母材交界處形成的凹坑。 減少母材有效面積，造成應(yīng)力集中。 未焊透削弱連接強(qiáng)度，產(chǎn)生應(yīng)力集中4.焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)分為三級：三級：只要求做外觀檢查，即檢查焊縫尺寸、有無裂 紋、咬肉等現(xiàn)象。通過此檢查的焊縫稱三級質(zhì)量焊縫。 二級：三級基礎(chǔ)上 + 超聲波檢查，通過此檢查的焊縫稱二級質(zhì)量焊縫。 一級：二級基礎(chǔ)上 + X射線檢查，14通過此檢查的焊縫稱一級質(zhì)量焊縫。二螺栓連接粗制螺栓連接 精制螺栓連接高強(qiáng)螺栓摩擦型連接 高強(qiáng)螺栓承壓型連接 15hff hfhf5.焊縫的表示方法單面角焊縫hf雙面角焊縫三面圍焊縫圍焊縫 h現(xiàn)場安裝焊縫普通螺栓

44、連接高強(qiáng)螺栓連接螺栓連接對接焊縫a （坡口角度）ph （對接間隔）（P：鈍邊高度）16糙，螺桿直徑比螺孔小31.5 mm，要 求類孔，栓孔間隙大，受剪時(shí)易產(chǎn)生 滑移，導(dǎo)致螺栓群中各個(gè)螺栓受力不 均，故宜用于受拉，不宜用于受剪。緊，使部件的接觸面間產(chǎn)生很大的摩擦力。粗制普通螺栓： 由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成，螺栓粗（C級螺栓）類孔： 采用沖孔或不用鉆模鉆成的孔。 類孔： 采用鉆模鉆孔或沖孔后擴(kuò)孔，孔壁平滑，質(zhì)量高。精制普通螺栓：切削加工而成，孔徑等于桿徑，類（A、B級螺栓）孔，抗剪性能好，但成本高，現(xiàn)較少采用。高強(qiáng)螺栓安裝時(shí)使用特別的扳手，以較大的扭矩?cái)Q緊 螺帽，使螺桿產(chǎn)生很大的預(yù)拉力。預(yù)拉力把連

45、接的部件夾摩擦型連 傳力機(jī)理靠板件間的摩擦阻力傳力，以摩擦 接：阻力被克服為承載力的極限狀態(tài)。類孔，受力好，耐疲勞，用于承受動力荷 載結(jié)構(gòu)，孔徑大于螺栓公稱直徑1.5承2壓.0型mm連。接：靠摩擦阻力和栓桿共同傳力，以栓桿被剪斷 或板件被擠壓破壞為承載力的極限狀態(tài)。 承載力較前者高。類孔，孔徑大于螺栓公稱直徑1.01.5mm受剪變形大，只適用于承受靜載。螺栓的性能統(tǒng)一用螺栓的性能等級表示，如4.6級、8.8級、 10.9級。小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字表示螺栓材料的抗拉強(qiáng)度，小數(shù)點(diǎn)1及7 后面的數(shù)字表示屈強(qiáng)比4.6級、8.8級、 10.9級螺栓強(qiáng)度分別屬于400N/mm2 、800N/mm2 、1000N/

46、mm2級。C級螺栓為4.6級或4.8級，由Q235鋼制造。A、B級螺栓為5.6級或8.8級，采用低合金鋼或再經(jīng)熱 處理后制成。高強(qiáng)螺栓為8.8級或10.9級，材料為45號鋼、 40B鋼、20MnTiB鋼制成。螺栓表示方法：三鉚釘連接鉚釘通常采用BL2和BL3鋼制成。鉚釘孔的質(zhì)量影響連接的質(zhì)量和受力性能，重要結(jié)1構(gòu)8永久螺栓高強(qiáng)度螺栓安裝螺栓19鉚釘連接分為熱鉚和冷鉚兩種，熱鉚由燒紅的釘坯插 入構(gòu)件的孔中，用鉚釘槍或壓鉚機(jī)鉚合而成，冷鉚是在常 溫下鉚合而成。在建筑結(jié)構(gòu)中一般都采用熱鉚。鉚釘打好后，釘桿由高溫逐漸冷卻而發(fā)生收縮，但被頂頭之間的鋼板阻止，故釘桿中產(chǎn)生了收縮拉緊力，拉緊 力使連接十分緊

47、密。當(dāng)構(gòu)件受剪力作用時(shí)，鋼板接觸面上 產(chǎn)生很大的摩擦力，可大大提高連接性能。鉚釘連接制造工藝復(fù)雜，費(fèi)工費(fèi)料，現(xiàn)已很少采用。3.2角焊縫的構(gòu)造、工作和計(jì)算角焊縫的構(gòu)造角焊縫分為直角角焊縫和斜角角焊縫。直角角焊縫：hf ：焊腳尺寸he：有效厚度， he0.7 hfhfhfhe20斜角角焊縫：主要用于鋼管，非鋼管中，135 ，不宜用于受力。 直角角焊縫的截面型式：普通焊縫不易焊透hf1.5hfhfhf傳力平順，改善應(yīng) 力集中，可受動荷。平坡焊縫深熔焊縫二 角焊縫的焊腳尺寸與計(jì)算長度fh 小 熱量小，冷卻快，焊縫易產(chǎn)生裂紋力線彎折，應(yīng)力集中。21熱影響區(qū)大，容易脆裂hf max 1.2 tt ：薄焊件

48、厚 貼邊角焊縫還應(yīng)滿足：hf maxt(t6mm)hf maxt (12)mm(t 6mm)hf min1.5t 4mmt ：較厚焊件厚 對埋弧自動焊，hf min減小1mm，對T 形連接的單面角焊縫， hf min增加1 mm。f薄焊件易燒穿，冷卻后，焊接變形大h 大故： hf min hf hf max角焊縫的計(jì)算長度(并非幾何長度)lw l 2 h flw過短 起落弧太近，影響焊縫的可靠性 局部過熱，材質(zhì)變脆l(xiāng)wmin 8 h f 40mm貼邊22lw過長應(yīng)力分布不均多余長度不計(jì)入lw ，但焊接 工字梁翼緣與腹板連接處的焊縫、 加勁肋與腹板的焊縫，不受此限。故：搭接：t：薄焊件厚度 目的

49、：減小附加彎矩引起的應(yīng)力b 12mm)b 190 mm(t12mm)目的防止橫向收縮、起拱。 5t 25mmb且：l wmax 60 h flwmin lw lwmax要求： lw b(減小力線彎折程度)lw23轉(zhuǎn)角處構(gòu)件應(yīng)力集中，如在此處起弧、落弧，可能出現(xiàn)弧坑 和咬肉現(xiàn)象，加大應(yīng)力集中程度，故 采用繞角焊，減小應(yīng)力集中程度。或圍起來。t： 薄件厚，但轉(zhuǎn)角處不能斷焊。 三 角焊縫連接的基本計(jì)算公式焊縫長度方向和受力方向平行的焊縫為側(cè)面焊縫， 焊縫長度方向和受力方向垂直的焊縫為正面焊縫， 焊縫長度方向和受力方向既不平行又不垂直的焊縫為斜焊縫。2hf2hf間斷角焊縫的間斷距離繞角焊：l 15t

50、（受壓）l 30t（受拉）24試驗(yàn)表明：側(cè)面焊縫的破壞截面多在45截面； 正面焊縫的破壞截面多不在45截面；正面焊縫的破壞強(qiáng)度大，也認(rèn)為在45截面 破壞。1.側(cè)面焊縫的受力分析將N轉(zhuǎn)化為剪力V和彎矩MNe， M 產(chǎn)生垂直于軸向方向的 ， 較小，忽略。V產(chǎn)生沿軸向的(f )， 沿軸向分布不均，規(guī)范規(guī)定在規(guī)定的計(jì)算長 度范圍內(nèi)是均勻分布的。NNNflffwew)N( hNNVMe25式中：he0.7 hff fw ：角焊縫的設(shè)計(jì)強(qiáng)度（實(shí)際為抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度）2.正面焊縫的受力分析將N轉(zhuǎn)化為V和MNe(小、忽略) V作用下，應(yīng)力分布較復(fù)雜，計(jì) 算時(shí)按均布。將應(yīng)力f 分解為：NN NNeV=N ffNew

51、 f w(h l )o（*）)Nsin ew (hlNcos (h e l w )2)2 (N f h e l w2o fNew2 (hl)NsinNcosf263.一般情況N 分解為 Nx 和Nz ，Nz產(chǎn)生f（） ，Nx產(chǎn)生f ，即 ，焊縫計(jì)算截面上產(chǎn)生剪應(yīng)力f，正應(yīng)力 ，剪應(yīng)力 ，處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)。相當(dāng)于角焊縫的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。采用上式，需求截面上的應(yīng)力分量，繁瑣。NzxNhef) Ncosew ( hlfewNsin f 2 ( hl)2 Nsin f 2 ( h e l w )2 3() o222ff3 f w折算應(yīng)力 eq NxNzff fw3ff ：正面焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)分析

52、： 當(dāng)0，即側(cè)面焊縫，此時(shí)f 1.0 當(dāng) 00 ，即兩水平焊縫不能完全承擔(dān)扭矩，則T2由豎直焊縫承擔(dān)fw21.22()TAxVTAyAy2 ()fA點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)滿足：wfe2w2hlVf剪力V=N由豎直焊縫承受：wf362hlV1.22 h T 6(e2w2l 2e2w22)f2) (1e1w1f w hf扭矩的承擔(dān)分兩種情況：兩水平焊縫承擔(dān)的扭矩為：T hlxyANBaeh注：此種焊縫也可采用近似計(jì)算方法：將 N 移至豎直焊縫處，則扭矩為：T N(e a)五關(guān)于斜角角焊縫1.60135的T形接頭，斜角角焊縫的計(jì) 算同直角角焊縫，取f =1.0 。要求bi5mm ，若bi 5mm ，改為圖（b）形

53、式i2.當(dāng)b 1.5mm時(shí)，當(dāng)1.5 bi5mm時(shí)，efh hcos sin 2h1 (hb1)cos 1e1f 1372)cossin b2h222he2 (f 2 3.當(dāng)135時(shí)，斜角角焊縫不用作受 力焊縫 （鋼管除外）。4.對于斜T形接頭的角焊縫，在設(shè)計(jì)圖中應(yīng)繪制 大樣，詳細(xì)標(biāo)明斜角角焊縫的焊腳尺寸。3.3對接焊縫的構(gòu)造、工作和計(jì)算 對接焊縫的構(gòu)造對接焊縫往往設(shè)坡口，應(yīng)根據(jù)焊件厚度按保證焊 縫質(zhì)量，便于施焊及減小焊縫截面積的原則選用。cc55pc60p坡口形式： 直邊縫：單邊V形縫：雙邊V形縫：適用板厚10mm適用1020mm3839p 稱為鈍邊，有拖住熔化金屬的作用，p 取大了或角度取

54、小了，導(dǎo)致焊不透，p 取小了或角度取大了，導(dǎo)致焊條和工時(shí)的浪費(fèi)，p、c 常取2mm。也可由施工單位據(jù) 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程 并 結(jié)合實(shí)際情況確定。當(dāng)間隙c較大時(shí)，可采用墊板， 施焊后，墊板可保留，也可除去。cpU形縫：K形縫：X形縫：適用20mmc55pc 60p40焊縫的起點(diǎn)和終點(diǎn)，不易焊透而出現(xiàn)凹陷的焊口，易引起裂紋和應(yīng)力集中，故設(shè)引弧板，使 起弧、落弧在引弧板上發(fā)生。若設(shè)引弧板困難而沒設(shè)，則計(jì)算長度(t：薄板厚度)厚差小于4mm時(shí)，由焊縫找坡，計(jì)算時(shí)，焊縫厚度 取薄板厚度。引弧板1:4 (動載)（且需計(jì)算疲勞）變截面鋼板拼接：1:2.5(靜載)改變寬度：改變厚度：1：2.5（靜載）1：

55、4（動載 且需驗(yàn)算疲勞）為：l w l 2t41二對接焊縫的工作和計(jì)算焊透的對接焊縫部分焊透的對接焊縫焊透：是指焊縫金屬充滿整個(gè)連接截面并與母材 熔合成一體。（一） 焊透的對接焊縫的計(jì)算焊縫有缺陷， 規(guī)范規(guī)定：對接焊縫的抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng) 度與母材相同。受拉的對接焊縫對焊縫的缺陷敏感，降 低靜力強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度， 規(guī)范規(guī)定：通過一、二級質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的焊縫，其抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度與母材的抗拉設(shè)計(jì) 強(qiáng)度相同，質(zhì)量屬于三級的焊縫，焊縫的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度 等于母材抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度的0.85倍。對接焊縫往往做成加高形式，取計(jì)算厚度時(shí)不計(jì)加高部分，承受動力荷載時(shí)需磨平。對接焊縫分1.受軸心拉力對接焊縫的計(jì)算（三級質(zhì)量焊縫受拉）t：

56、兩塊對接板較小厚度， T形連接腹板厚度lw：焊縫的計(jì)算長度，用引弧板時(shí)，取實(shí)際長度， 不設(shè)引弧板時(shí)，取實(shí)際長度減2t 。f t：對接焊縫抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。w當(dāng)焊縫中應(yīng)力大于焊縫的強(qiáng)度時(shí)，采用斜焊縫增加 焊縫長度，降低焊縫中應(yīng)力，以提高連接承載力。NNlwltwto N f w焊縫中應(yīng)力：NNcos NNsinbaltwtoNsin f wflw Vwt Ncosfvw ：抗剪 強(qiáng)度設(shè)計(jì)值4243以上公式是近似的，沒有考慮共同作用。若取 tg=a/b1.5 ，焊縫強(qiáng)度不低 于母材強(qiáng)度，不必計(jì)算。2.對接焊縫在彎矩和剪力共同作用下的計(jì)算式中：f cw：對接焊縫抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 三級質(zhì)量焊縫 f c

57、f twwIw ：計(jì)算截面對中和軸的慣性矩；Wx ：計(jì)算截面最外邊緣對中和軸的抵抗矩；SW ：計(jì)算截面某點(diǎn)以外處截面面積對中和軸 的面積矩。計(jì)算點(diǎn)處的折算應(yīng)力VVMMtlw+w txWMofw c或 ffw VwtIVS ww t22zo1.1 fo 3NNcos NNsinba1.1：考慮最大折算應(yīng)力只發(fā)生在焊縫的局部而將 設(shè)計(jì)強(qiáng)度提高的系數(shù)。注意工字形截面特點(diǎn)：3.對接焊縫在彎矩、剪力和軸力共同作用下的計(jì)算M作用下，產(chǎn)生M ，V作用下，產(chǎn)生。111 m ax危險(xiǎn)點(diǎn)為1點(diǎn)tMN VVNMlwMNtNNl wo M NN作用下：t44MNz( )2 32 1.1 f w危險(xiǎn)點(diǎn)折算應(yīng)力：M+N

58、+危險(xiǎn)點(diǎn)45S：坡口根部至焊縫表面（不考慮余高）的最短距離。 由于未焊透，連接處存在縫隙，應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，易脆裂。故計(jì)算時(shí)采用焊縫的有效厚度he ， 按角焊 縫計(jì)算，上節(jié)公式適用。V形坡口：當(dāng)60，heS；當(dāng)，當(dāng)無殘余應(yīng)力時(shí)，全截面受拉： N1降低剛度如圖，外拉力作用下2crEI( l ) 2壓桿的臨界力： N61 降低疲勞強(qiáng)度殘余拉應(yīng)力加快疲勞裂紋開展的速度。 加劇低溫冷脆危險(xiǎn)存在雙向、三向同號拉應(yīng)力場，不能發(fā)展塑性。2.焊接殘余變形對結(jié)構(gòu)的影響 影響構(gòu)件尺寸 構(gòu)件產(chǎn)生初彎曲和初偏心，受荷時(shí)產(chǎn)生附加彎 矩。三防止或減小焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的措施1.設(shè)計(jì)方面 適宜的 hf 、lw ，應(yīng)

59、細(xì)長，免短粗。 焊縫應(yīng)盡可能對稱布置，不宜過分集中。 避免三向焊縫相交，以免形成同號拉應(yīng)力場。 要便于施焊，以保證質(zhì)量。622.制造和焊接工藝方面 減小焊接殘余應(yīng)力的方法 焊件預(yù)熱法 錘擊法 退火法：將鋼構(gòu)件加熱到一定溫度，保溫一段 時(shí)間，隨后在爐中或埋入導(dǎo)熱性較差 的介質(zhì)中緩慢冷卻。適用小構(gòu)件。 減小焊接殘余變形的方法反變形法合理施焊次序變形后校正熱校正局部加熱法 冷校正頂壓焊前預(yù)熱錘擊， 減小 z1342 3214 221533633.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算螺栓（高強(qiáng)螺栓、鉚釘）的排列和構(gòu)造要求中距不能過大，否則連接件接觸不緊密，潮汽易侵入縫隙，造成銹蝕。端矩 中矩邊矩 中矩 邊矩端矩

60、邊矩邊矩中矩并列排列：簡單整齊，連接板尺 寸小，栓孔對構(gòu)件截面削弱大。錯(cuò)列排列：布置松散，連接板尺 寸大，栓孔對構(gòu)件截面削弱小。螺栓的排列要求：受力要求：端矩2d0 ，否則順力方向剪壞； 中矩過大，受壓時(shí)起拱；中矩過 小，則截面削弱大。d0：孔徑構(gòu)造要求：64c. 施工要求：中距3d0 ，否則無轉(zhuǎn)動扳手的空間。據(jù)a、b、c綜合考慮，得出螺栓容許距離。表螺栓或鉚釘?shù)淖畲?、最小距離注：t：為外層較薄板件的厚度名 稱位置和方向最大容許距離（取兩者的較小 值）最小容 許距離外排（垂直內(nèi)力方向或順內(nèi)力方向）8d0 或 12t垂直內(nèi)力方向016d 或 24t構(gòu)件受壓力順內(nèi)力方向構(gòu)件受拉力中 間 排12d0