知識資料鋼結(jié)構(gòu)(五)(新版)

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁需要課件請或三、拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件構(gòu)件除承受軸力外，同時承受不可忽略的彎矩作用，即拉彎構(gòu)件或壓彎構(gòu)件，例如鋼架中的斜梁、柱等。(一)拉彎構(gòu)件1．截面形式用于軸心受拉構(gòu)件的截面形式，除圓鋼外，普通都可以用于拉彎構(gòu)件，也即截面要能提供必須的抗彎剛度和抗彎承載力。2．計(jì)算(1)強(qiáng)度拉彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算公式為≤f(15—2—26)式中N--軸心拉力設(shè)計(jì)值；MxMy--同一截面繞x軸、y軸的彎矩設(shè)計(jì)值；An——構(gòu)件凈截面面積；WnxWnyx軸、y軸的凈截面模量；γxγy——分離為x軸、y軸的截面塑性發(fā)展系數(shù)。應(yīng)用以上公式時，需要控制如下要點(diǎn)：首先，強(qiáng)度計(jì)算是針對各個截面舉行的，所以公式中的軸心拉力和繞兩主軸的彎矩是同一截面的內(nèi)力。第二，強(qiáng)度計(jì)算是針對最危險(xiǎn)截面舉行的；在截面有削弱處，必須使用凈截面計(jì)算面積和截面模量。關(guān)于截面塑性發(fā)展系數(shù)，是考慮利用鋼材的塑性變性能力，假定塑性區(qū)在截面高度的1／8--l／4范圍內(nèi)發(fā)展而導(dǎo)出的結(jié)果。但是，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：對需要計(jì)算疲勞的構(gòu)件，截面塑性發(fā)展系數(shù)宜取為1；對實(shí)腹式構(gòu)件的自由外伸板件寬厚比介于13和15之間時，截面塑性發(fā)展系數(shù)應(yīng)取為1．0(自由外伸板件寬厚比超過15時，不僅不能考慮截面塑性發(fā)展，還應(yīng)有須要的承載力折減)。(2)穩(wěn)定通常拉彎構(gòu)件不需要計(jì)算整體穩(wěn)定，但是，當(dāng)拉力較小而彎矩很大時，應(yīng)和梁一樣計(jì)算其整體穩(wěn)定是否滿意要求：倘若浮上翼緣或腹板受壓，也要與梁的板件一樣考慮局部穩(wěn)定問題。(3)剛度拉彎構(gòu)件的剛度用長細(xì)比控制，見公式(15-2-20)和相應(yīng)的表格。(二)壓彎構(gòu)件1．截面形式彎矩較小或承受反號彎矩的壓彎構(gòu)件，其截面普通采用雙軸對稱形式，有工字形截面、箱形截面和雙肢、四肢的格構(gòu)式截面。有些情況下，壓彎構(gòu)件承受的彎矩不變號，或某一方向彎矩顯然起控制作用，如工業(yè)廠房中承受很大吊車荷載的柱子，這時也采用單軸對稱截面，將較大面積放在壓力擰大一側(cè)。2．實(shí)腹式壓彎構(gòu)件計(jì)算本節(jié)以單向壓彎構(gòu)件為例說明壓彎構(gòu)件的計(jì)算主意。(1)強(qiáng)度單向壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算公式為≤f(15-2-27)式中N、Mx軸心壓力和繞x軸的彎矩設(shè)計(jì)值；An，Wnx——凈截面面積和凈截面模量；γx——截面塑性發(fā)展系數(shù)。截面塑性發(fā)展系數(shù)的取值與拉彎構(gòu)件中的規(guī)定相同，參見公式(15-2-26)后的說明(2)整體穩(wěn)定彎矩作用平面內(nèi)≤f(15-2-28)，對于截面很不對稱的單軸對稱截面，當(dāng)偏心位于較大翼緣一邊時，還應(yīng)符合下式≤f(15-2-29)，彎矩作用平面外≤f(15—2—30)式中N所計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi)的軸心壓力設(shè)計(jì)值；φx~--彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；Mx所計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi)的最大彎矩設(shè)計(jì)值；N’EX——參數(shù)，N’EX=π2EA/1.1；Wix——彎矩作用平面內(nèi)較大受壓纖維的毛截面模量；W2x--彎矩作用平面內(nèi)較小受壓(或受拉)纖維的毛截面模量；βmx——等效彎矩系數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定采用；1)框架柱和兩端支承的構(gòu)件：①無橫向荷載作用時：βmx=0.65+0.35M2/M1,M1和M2為端彎矩，使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率(無反彎點(diǎn))時取同號，使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率(有反彎點(diǎn))時取異號，|M1|≥|M2②有端彎矩和橫向荷載同時作用時；使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率時，βmx=1.0；使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率時，βmx=0．85；③無端彎矩但有橫向荷載作用時，βmx=1。2)懸臂構(gòu)件和分析內(nèi)力未考慮二階效應(yīng)的無支撐純框架和弱支撐框架柱，βmx=1。Φy——彎矩作用平面外的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)，按5．1．2條決定；Φb——勻稱彎曲的受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)，按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017—2003)附錄B計(jì)算，其中工字形(含H型鋼)和T形截面的非懸臂(懸伸)構(gòu)件可按附錄B第B．5節(jié)決定；對閉口截面Φb=1．0；Mx所計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi)的最大彎矩；η--截面影響系數(shù)，閉口截面η=O．7，其他截面η=1．0；βtx--等效彎矩系數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定采用；1)在彎矩作用平面外有支承的構(gòu)件，應(yīng)按照兩相鄰支承點(diǎn)間構(gòu)件段內(nèi)的荷載和內(nèi)力情況決定：①所考慮構(gòu)件段無橫向荷載作用時：βtx=0.65+0.35M2/M1，M1和M2是在彎矩作用平面內(nèi)的端彎矩，使構(gòu)件段產(chǎn)生同向曲率時取同號，產(chǎn)生反向曲率時取異號，|M1|≥|M2|②所考慮構(gòu)件段內(nèi)有端彎矩和橫向荷載同時作用時，使構(gòu)件段產(chǎn)生同向曲率時，βtx=1.0；使構(gòu)件段產(chǎn)生反向曲率時，βtx=0.85；③所考慮構(gòu)件段內(nèi)無端彎矩但有橫向荷載作用時：βtx=1．0。2)彎矩作用平面外為懸臂的構(gòu)件，βtx=1．0。應(yīng)用以上公式時要注重：計(jì)算采用的軸心壓力和彎矩不一定是同一截面的內(nèi)力值，這與截面強(qiáng)度計(jì)算是不同的。(3)局部穩(wěn)定受壓翼緣板的自由外伸寬度b與其厚度t之比的限值為：b/t≤13(15—2—3la)當(dāng)在強(qiáng)度和整體穩(wěn)定計(jì)算中截面塑性發(fā)展系數(shù)γx取為1．0時，上式右端可改為15工字形截面和H形截面腹板的高度h0與其厚度tw之比的限值為：當(dāng)0≤ao≤1．6時h0/tw≤(16ao十0.5λ十25)(15—2—3lb)當(dāng)1.6<ao≤2．0時h0/tw≤(48ao十0.5A—26.1)(15—2—31c)式中a0=；σmax——腹板計(jì)算高度邊緣的最大壓應(yīng)力，計(jì)算時不考慮構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；σmin-腹板計(jì)算高度另一邊緣相應(yīng)的應(yīng)力，壓應(yīng)力取正當(dāng)，拉應(yīng)力取負(fù)值；λ——構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的長細(xì)比；當(dāng)λ<30時，取λ=30；當(dāng)λ>100時，取A=1000；箱形截面在兩腹板間的受壓翼緣寬厚比bo／t的限值與軸心受壓時相同，見式(15-2-~24a)。腹板高厚比的限值不應(yīng)超過公式(15-2-31a)或(15-2-31b)的右端乘以0．8后的值，當(dāng)此值小于40時，將40作為高厚比的限值。當(dāng)腹板的高厚比不能滿意以上規(guī)定時，同樣可以采用設(shè)置縱向加勁肋或按有效截面法舉行強(qiáng)度和整體穩(wěn)定計(jì)算。參見軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定計(jì)算的有關(guān)內(nèi)容。(4)剛度壓彎構(gòu)件同樣用控制長細(xì)比來保證剛度。有關(guān)規(guī)定參見軸心受壓構(gòu)件剛度計(jì)算的內(nèi)容。倘若彎矩很大，則需計(jì)算因彎矩引起的撓度是否過大以至不能滿意使用要求。3．格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的計(jì)算原則截面強(qiáng)度的計(jì)算與實(shí)腹式壓彎構(gòu)件相同。當(dāng)彎矩繞虛軸作用時，彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定計(jì)算公式如下：≤f式中W1x=Ix/y0。Ix為對I軸的毛截面慣性矩，y0為由x軸到壓力較大分肢的軸線距離或者到壓力較大分肢腹板邊緣的距離，二者取較大者；φx、N’EX由換算長細(xì)比決定。彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定性可不計(jì)算，但應(yīng)計(jì)算分肢的穩(wěn)定性，分肢的軸心力應(yīng)按桁架的弦桿計(jì)算。對綴板柱的分肢尚應(yīng)考慮由剪力引起的局部彎矩。彎矩繞實(shí)軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件，其彎矩作用平面內(nèi)和平面外的穩(wěn)定性計(jì)算均與實(shí)腹式構(gòu)件相同。但在計(jì)算彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定性時，長細(xì)比應(yīng)取換算長細(xì)比，φb應(yīng)取1．0。例1：計(jì)算偏心受壓箱形截面局部穩(wěn)定時,兩腹板的受壓翼緣寬厚比h0/t應(yīng)滿意(B)。A.≤15B.≤40C.≤15D.≤40本題屬于記憶型題目,異常應(yīng)注重B、D的區(qū)別。2.有一焊接工字形截面軸心受壓構(gòu)件因?yàn)檩S壓力較小,可按照剛度條件挑選構(gòu)件截面面積A,已知lox=7500mm,loy=4500mm,[λ]=150,Ix=2A2,Iy＝0.5A2,則較經(jīng)濟(jì)的A為(C)mm2。A.1250B.1500C.1800D.2100≤[λ],則:≤150，解之得:A≥1250mm2同樣≤[λ],則:≤150解之得:A≥1800mm2所以A應(yīng)取1800。3.焊接組合梁腹板的計(jì)算高度ho=2400mm,按照局部穩(wěn)定計(jì)算和構(gòu)造要求,需在腹板一側(cè)配置橫向加勁肋鋼板,其經(jīng)濟(jì)合理的截面尺寸是(C)。A.-120×8B.-140×8C.-150×10D.180×12【解】本題屬于容易計(jì)算題,但應(yīng)注重題目條件"一側(cè)配置"。由本節(jié)加勁肋的設(shè)置要求,得:1.2bs≥1.2（h0/30+40)=1.2(十400)=144,取為150,ts≥1.2bs/15=10,所以取-150X10。4.工字形截面軸心受壓構(gòu)件翼緣外伸寬厚比b'/t的限值為(D)(A)15;(B)13;(C)40(D)(10十0.lλ)。5．如圖15－2－4由兩槽鋼（單個[25a,A=3491mm2，Iy=3359×104mm4,I1=175×104mm4,iy=98.2mm，y0＝20.7mm］和綴條（單個角鋼L45×4,Al=349mm2）組成格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件。構(gòu)件承受軸向壓力設(shè)計(jì)值N=800kN，構(gòu)件計(jì)算長度lox＝loy=10m，鋼材為Q235，在滿意實(shí)軸（y軸）穩(wěn)定承載力的情況下，要滿意虛軸（x軸）穩(wěn)定承載力要求時，則虛軸（x軸）的長細(xì)比λx為（A）。A．100.5；B105.5；.C.120.4；D.135.6第三節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的銜接一、鋼結(jié)構(gòu)的銜接主意和特點(diǎn)銜接主意：焊接、鉚接、螺栓銜接。二、焊接銜接(一)焊接銜接和焊接結(jié)構(gòu)的特性1．焊接主意：電弧焊、電阻焊、氣焊。電弧焊有埋弧焊和電渣焊等。2．焊接結(jié)構(gòu)的特性優(yōu)點(diǎn)：(1)不需打孔鉆眼，省工省時，截面不受削弱。(2)任何形狀的構(gòu)件都可以直接銜接，銜接構(gòu)造容易。(3)密封性能好，結(jié)構(gòu)剛度大。缺點(diǎn)：(1)焊接熱影響區(qū)的鋼材性能變差，材質(zhì)變脆。(2)焊接應(yīng)力和焊接變形促使結(jié)構(gòu)易于脆性破壞。(3)剛度大，裂縫一經(jīng)發(fā)生便容易擴(kuò)展到整體，易低溫冷脆而導(dǎo)致脆斷。3．焊接過程中可能產(chǎn)生的缺陷因?yàn)樯倭拷饘?焊條)的迅速熔化和周圍母材的散熱而造成迅速冷卻，容易在焊縫和周圍的熱影響區(qū)內(nèi)浮上熱裂紋和冷裂紋。焊接缺陷除裂紋外，尚有氣孔、未熔透(未焊透)、夾渣、咬邊、燒穿、凹坑、塌陷、未焊滿等。焊接缺陷的存在，會降低焊接銜接的強(qiáng)度。尖銳的裂紋會引起顯著的應(yīng)力擴(kuò)散，危害更為嚴(yán)重。氣孔、未熔透、夾渣、咬邊等將減少受力的截面面積。在動力荷載作用下，焊接缺陷常是隱患和禍根。4．焊接質(zhì)量檢驗(yàn)(1)外觀檢驗(yàn)——焊縫金屬表面焊波應(yīng)勻稱，不得有裂紋、夾渣、焊瘤、燒穿、弧坑和針狀氣孔等。(2)超聲波探傷——超聲波是由一個石英晶體構(gòu)成的探頭產(chǎn)生，用可變高頻電場法也石英體按其固有頻率發(fā)生振動，探頭沿著焊縫移動，可決定內(nèi)部缺陷的位置和尺寸。(3)x射線透照——用專用設(shè)備舉行X射線透照，可攝成底片以詳細(xì)查看。一級焊縫——采用外觀檢驗(yàn)，超聲波檢驗(yàn)，x射線檢驗(yàn)。二級焊縫——采用外觀檢驗(yàn)，超聲波檢驗(yàn)。三級焊縫——采用外觀檢驗(yàn)。角焊縫采用外觀檢查(三級焊縫)。對接焊縫可采用一級焊縫、二級焊縫和三級焊縫，隨著檢查方式不同，采用不同焊縫強(qiáng)度。5．焊接應(yīng)力和焊接變形焊接時局部區(qū)域受到強(qiáng)烈的高溫作用，不勻稱的加熱和冷卻過程，使構(gòu)件產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形，焊接應(yīng)力和焊接變形是另一類焊接缺陷。(二)焊縫和焊接銜接的形式銜接形式