鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 課件全套 第1-6章 緒論、鋼結(jié)構(gòu)的材料 - 拉彎和壓彎構(gòu)件

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理

DesignPrincipleforConcreteStructures第1章鋼結(jié)構(gòu)概述公元前2000年左右，在美索不達米亞平原就出現(xiàn)了早期的煉鐵術(shù)；公元1465年，用鍛鐵為環(huán)，相扣成鏈，建成了世界上最早的鐵鏈懸橋——蘭津橋；公元1705年（清康熙四十四年）建成的四川瀘定大渡河橋；公元1061年（宋代）在湖北荊州玉泉寺建成的13層鐵塔，目前依然存在；1846-1850年間在英國威爾士修建的布里塔尼亞橋（鉚接鍛鐵結(jié)構(gòu)）；20世紀初焊接技術(shù)的出現(xiàn)，以及1934年高強度螺栓連接的出現(xiàn)，極大地促進了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。第1章鋼結(jié)構(gòu)概述布里塔尼亞橋玉泉寺鐵塔第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.中國鋼產(chǎn)量第1章鋼結(jié)構(gòu)概述改革開放以來，尤其在黨的十四大之后，我國鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)了歷史性跨越，1996年鋼產(chǎn)量達到一億零一百二十四萬噸，首次突破一億噸，居世界首位，使我國成為世界第一產(chǎn)鋼大國，世人矚目，舉國振奮。這是我國綜合國力空前強盛的鮮明標志，是中國人民艱苦奮斗、改革開放的豐碩成果，也是我國鋼鐵工業(yè)及國民經(jīng)濟發(fā)展進程中的一個新的重要里程碑。1.中國鋼產(chǎn)量第1章鋼結(jié)構(gòu)概述第1章鋼結(jié)構(gòu)概述第1章鋼結(jié)構(gòu)概述第1章鋼結(jié)構(gòu)概述第1章鋼結(jié)構(gòu)概述第1章鋼結(jié)構(gòu)概述第1章鋼結(jié)構(gòu)概述第1章鋼結(jié)構(gòu)概述第1章鋼結(jié)構(gòu)概述第1章鋼結(jié)構(gòu)概述主要內(nèi)容：鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的組成鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法、要求鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向?qū)W習重點：鋼結(jié)構(gòu)的特點鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.1鋼結(jié)構(gòu)特點及工程應(yīng)用漢長城遺址公元前202年—220年希臘雅典神廟公元前447-前432年法隆寺公元607年蘭津橋公元1465-1487年第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.1鋼結(jié)構(gòu)特點及工程應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)是鋼材制成的工程結(jié)構(gòu)，通常由型鋼和鋼板等制成的梁、桁架、柱、板等構(gòu)件組成，各部分之間用焊縫、螺栓或鉚釘連接。工程結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu)圬工結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.1鋼結(jié)構(gòu)特點及工程應(yīng)用悉尼港大橋主跨502.9m1932年建成金門大橋主跨1280m1937年建成明石海峽大橋主跨1991m1998年建成俄羅斯島大橋主跨1104m2012年建成第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.1鋼結(jié)構(gòu)特點及工程應(yīng)用蘇滬通長江大橋主跨1092m2020年建成南京大勝關(guān)長江大橋主跨552m2009年建成南京長江大橋主跨168m1968年建成楊泗港長江大橋主跨1700m2019年建成2鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展一座大橋的跨度，折射70年發(fā)展跨度。碧波之上，港珠澳大橋飛架三地，氣貫長虹。55公里的跨度，不僅是空間距離，更承載著一個國家飛越滄海的歷史風云。2鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展習近平強調(diào)，港珠澳大橋的建設(shè)創(chuàng)下多項世界之最，非常了不起，體現(xiàn)了一個國家逢山開路、遇水架橋的奮斗精神，體現(xiàn)了我國綜合國力、自主創(chuàng)新能力，體現(xiàn)了勇創(chuàng)世界一流的民族志氣。這是一座圓夢橋、同心橋、自信橋、復(fù)興橋。大橋建成通車，進一步堅定了我們對中國特色社會主義的道路自信、理論自信、制度自信、文化自信，充分說明社會主義是干出來的，新時代也是干出來的！第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.1鋼結(jié)構(gòu)特點及工程應(yīng)用巴黎埃菲爾鐵塔高324m1889年建成紐約世貿(mào)大廈高415m1983年建成迪拜帆船酒店高321m1999年建成迪拜塔高828m2010年建成第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.1鋼結(jié)構(gòu)特點及工程應(yīng)用國家體育場（鳥巢）2008年建成國家大劇院(巨蛋)

2007年建成中央電視臺大樓2009年建成上海中心大廈高632m

2014年建成第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.1鋼結(jié)構(gòu)特點及工程應(yīng)用城市地標城市地標北京鳥巢、中國尊紐約布魯克林橋、帝國大廈上海盧浦大橋倫敦倫敦眼、千禧橋廣州小蠻腰、丫髻沙大橋巴黎埃菲爾鐵塔成都環(huán)球中心、新機場東京東京塔、晴天塔武漢武漢長江大橋、悉尼悉尼港大橋南京南京長江大橋舊金山金門大橋重慶朝天門長江大橋吉隆坡雙子塔香港青馬大橋、昂船洲大橋新加坡雙螺旋橋、金沙酒店第1章鋼結(jié)構(gòu)概述輕質(zhì)高強勻質(zhì)可靠柔韌有余制造方便密不透風優(yōu)點大跨結(jié)構(gòu)高聳結(jié)構(gòu)容器管道拆移結(jié)構(gòu)輕型結(jié)構(gòu)應(yīng)用重型廠房1.1鋼結(jié)構(gòu)特點及工程應(yīng)用第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.1鋼結(jié)構(gòu)特點及工程應(yīng)用缺點易腐蝕造價高噪音高耐火差第1章鋼結(jié)構(gòu)概述鋼結(jié)構(gòu)特點：輕質(zhì)——材料的質(zhì)量密度與強度的比值小Q235鋼C30混凝土Q235鋼

密度：7850kg/m3強度：235N/mm2

C30混凝土

密度：2450kg/m3強度：14.3N/mm2

第1章鋼結(jié)構(gòu)概述鋼結(jié)構(gòu)特點：塑性和韌性是概念上完全不同的兩個物理量塑性——承受靜力荷載時，材料吸收變形能的能力。塑性好，會使結(jié)構(gòu)一般情況下不會由于偶然超載而突然斷裂，給人以安全保證韌性——承受動力荷載時，材料吸收能量的多少。韌性好，說明材料具有良好的動力工作性能。

第1章鋼結(jié)構(gòu)概述工程應(yīng)用：(1)大跨結(jié)構(gòu)第1章鋼結(jié)構(gòu)概述第1章鋼結(jié)構(gòu)概述第1章鋼結(jié)構(gòu)概述第1章鋼結(jié)構(gòu)概述（2）高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑第1章鋼結(jié)構(gòu)概述第1章鋼結(jié)構(gòu)概述（3）重型廠房鋼結(jié)構(gòu)第1章鋼結(jié)構(gòu)概述（4）密閉容器及管道第1章鋼結(jié)構(gòu)概述（5）可拆卸、移動式結(jié)構(gòu)第1章鋼結(jié)構(gòu)概述（6）輕型鋼結(jié)構(gòu)第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.2鋼結(jié)構(gòu)組成及制造1.2.1鋼結(jié)構(gòu)的組成原理平面體系加支撐如：穿式桁架橋、空間屋蓋結(jié)構(gòu)(1)跨越結(jié)構(gòu)穿式桁架橋空間屋蓋結(jié)構(gòu)第1章鋼結(jié)構(gòu)概述水平荷載可能居于主導(dǎo)地位。如：高層房屋結(jié)構(gòu)、塔架、桅桿。(2)高聳結(jié)構(gòu)高層房屋結(jié)構(gòu)塔架結(jié)構(gòu)桅桿結(jié)構(gòu)第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.2.2鋼結(jié)構(gòu)的制造過程工廠制造：驗收、放樣、加工、裝配、矯正、除銹和涂漆；工地安裝：擴大拼裝、吊裝就位、臨時固定、最后固定；第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.2.3鋼結(jié)構(gòu)的初始缺陷幾何缺陷：初彎曲初傾斜桿件長度誤差材料缺陷：鋼材并非理想的勻質(zhì)體和各向同性體施工缺陷：焊接、栓接施工缺陷第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法、要求1.3.1鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求結(jié)構(gòu)的功能安全性（Safety）

◎結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期間內(nèi)（一般為50年），應(yīng)能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種荷載、外加變形（如超靜定結(jié)構(gòu)的支座不均勻沉降）、約束變形等的作用；◎在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)應(yīng)能保持整體穩(wěn)定性，不應(yīng)發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生命財產(chǎn)的嚴重損失。適用性（Serviceability

）結(jié)構(gòu)在正常使用期間，具有良好的工作性能。如不發(fā)生影響正常使用的過大的變形（撓度、側(cè)移）、振動（頻率、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度。耐久性（Durability）結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護條件下，應(yīng)具有足夠的耐久性。即在各種因素的影響下（疲勞、銹蝕），結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時間有過大的降低，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在其預(yù)定使用期間內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。第1章鋼結(jié)構(gòu)概述適用性耐久性安全性結(jié)構(gòu)的可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計就是實現(xiàn)可靠性與經(jīng)濟性的最佳平衡設(shè)計方法第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.3.2鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法基本設(shè)計方法：容許應(yīng)力設(shè)計法極限狀態(tài)設(shè)計法我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法變化：1949-1957年，總安全系數(shù)的容許應(yīng)力法；1957-1974年，3個系數(shù)的極限狀態(tài)法；1974-1988年，極限狀態(tài)為依據(jù)，單一系數(shù)的容許應(yīng)力法；1988年以后，概率論為基礎(chǔ)，一次二階矩極限狀態(tài)法；第1章鋼結(jié)構(gòu)概述極限狀態(tài)LimitState結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結(jié)構(gòu)是“可靠”的或“有效”的。反之，則結(jié)構(gòu)為“不可靠”或“失效”。

承載力極限狀態(tài)

UltimateLimitState

正常使用極限狀態(tài)ServiceabilityLimitState結(jié)構(gòu)整體或部分作為剛體失去平衡結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載力受動力荷載作用而產(chǎn)生疲勞破壞結(jié)構(gòu)塑性變形過大而破壞結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系構(gòu)件由于壓屈而喪失穩(wěn)定過大的變形和側(cè)移過大的裂縫過大的振動侵蝕性介質(zhì)腐蝕等結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分達到最大承載能力或不適合繼續(xù)承載的變形狀態(tài)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值的狀態(tài)第1章鋼結(jié)構(gòu)概述結(jié)構(gòu)上的作用(Action)

（1）按隨時間的變異可分為三類：永久作用可變作用偶然作用

結(jié)構(gòu)上的作用可按下列性質(zhì)分類：在設(shè)計基準期內(nèi)其量值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計的作用。如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力、地基沉降等。在設(shè)計基準期內(nèi)其量值隨時間變化，且其變化與平均值相比不可忽略的作用。在設(shè)計基準期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時間很短的作用。如活荷載、吊車荷載、風荷載、雪荷載、溫度變化等。如爆炸力、撞擊力、罕遇的地震等?！Y(jié)構(gòu)上的作用是指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因（地震、基礎(chǔ)差異沉降、溫度變化、混凝土收縮等）。第1章鋼結(jié)構(gòu)概述固定作用自由作用在結(jié)構(gòu)上固定分布的作用。在結(jié)構(gòu)上一定范圍內(nèi)可以任意分布的作用。如結(jié)構(gòu)上固定位置的設(shè)備荷載等。如人群荷載、吊車荷載等?！o態(tài)作用動態(tài)作用使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度可以忽略不計的作用。使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度不可忽略不計的作用。如結(jié)構(gòu)自重、活荷載如地震作用、大型動力設(shè)備的作用、風荷載等?！?章鋼結(jié)構(gòu)概述結(jié)構(gòu)抗力(resistance)

結(jié)構(gòu)抗力是指整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受作用效應(yīng)（即內(nèi)力和變形）的能力。影響抗力的主要因素有：材料性能的不確定性幾何參數(shù)的不確定性計算模式的不確定性強度、變形模量等——構(gòu)件尺寸等——抗力計算所采用的基本假設(shè)和計算公式不夠精確等——第1章鋼結(jié)構(gòu)概述結(jié)構(gòu)功能的表達

S—作用效應(yīng)

ActionEffect

結(jié)構(gòu)上的作用是使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、變形和裂縫的原因的總稱，分為直接作用和間接作用，作用效應(yīng)即為作用引起的構(gòu)件內(nèi)力。R—結(jié)構(gòu)抗力

Resistant

結(jié)構(gòu)抵抗作用效應(yīng)的能力，如受彎承載力Mu、受剪承載力Vu、容許撓度[f]、容許裂縫寬度[w]。S<R

可靠S=R

極限狀態(tài)S>R

失效第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.3.3概率極限狀態(tài)設(shè)計法結(jié)構(gòu)抗力R與作用效應(yīng)S都是隨機變量，因此功能函數(shù)Z=R-S也是隨機變量Z>0結(jié)構(gòu)可靠；Z=0結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)；Z<0結(jié)構(gòu)失效

f(Z)

Z=bsZmzPfZ

=R-S

sZPS=1-Pf可靠概率：失效概率：安全的概念是相對的，所謂“安全”只是失效概率相對較小而已，失效概率不可能為零，故不存在絕對安全的結(jié)構(gòu)。應(yīng)該通過設(shè)計把失效概率控制在某一個可以接受的限制以下就可以。失效概率越小，表示結(jié)構(gòu)可靠性越大。當失效概率Pf小于某個值時，即可認為結(jié)構(gòu)設(shè)計是可靠的，即Pf≤[Pf]

。該失效概率限值稱為允許失效概率[Pf]。第1章鋼結(jié)構(gòu)概述

f(Z)

Z=bsZmzPfZ

=R-S

sZPS=1-Pf失效概率Pf來度量結(jié)構(gòu)的可靠性具有明確的意義，但計算繁瑣，可以利用可靠度指標β代替失效概率來度量結(jié)構(gòu)的可靠性。失效概率Pf與可靠指標β有著一對應(yīng)的關(guān)系β值愈大，失效概率Pf值就愈??；β值愈小，失效概率Pf值就愈大。

z——平均值；σz——標準差第1章鋼結(jié)構(gòu)概述

基本組合：荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值應(yīng)從下列組合中取最不利值確定：可變荷載效應(yīng)控制組合永久荷載效應(yīng)控制組合

偶然組合：荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值宜按下列規(guī)定確定：偶然荷載的代表值不乘分項系數(shù)；與偶然荷載同時出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗采用適當?shù)拇碇怠３休d能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式第1章鋼結(jié)構(gòu)概述正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式按荷載效應(yīng)的標準組合、頻遇組合、準永久組合或標準組合并考慮長期作用影響，采用下列極限狀態(tài)設(shè)計表達式：——正常使用極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)組合值。——結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用要求所規(guī)定的變形等的限值；

標準組合：

頻遇組合：

準永久組合：僅適用于荷載效應(yīng)為線性的情況第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.4鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向高性能鋼材的研究與應(yīng)用高強度鋼、低屈服點鋼、耐火鋼和耐候鋼計算方法的研究與完善設(shè)計方法、計算理論新結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用

結(jié)構(gòu)形式、鋼-砼組合結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的推廣第1章鋼結(jié)構(gòu)概述1.4鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向更高更快更強第1章鋼結(jié)構(gòu)概述鋼結(jié)構(gòu)的特點（優(yōu)點和缺點）？鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則與方法？1.5小結(jié)預(yù)習：鋼材的力學性能？第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料主要內(nèi)容：鋼結(jié)構(gòu)用材要求結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能影響鋼材性能的因素鋼材的破壞形式結(jié)構(gòu)鋼的類別及鋼材選用學習重點：結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能影響鋼材性能的因素鋼材破壞形式第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.1鋼結(jié)構(gòu)用材要求較高的強度。即抗拉強度fu和屈服點fy比較高。足夠的變形能力。即塑性和韌性性能好。良好的加工性能。即適合冷、熱加工，良好的可焊性。適應(yīng)低溫、有害介質(zhì)侵蝕(包括大氣銹蝕)以及重復(fù)荷載作用等的性能。容易生產(chǎn)，價格便宜?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）規(guī)定：承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗的合格保證。需要驗算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)的鋼材，應(yīng)具有常溫或負溫沖擊韌性的合格保證。對需要驗算疲勞的非焊接結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證。規(guī)范推薦的鋼種為Q235、Q345、Q390、Q420第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能輕質(zhì)高強勻質(zhì)可靠柔韌有余優(yōu)點第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能力學性能冷彎性能強度塑性沖擊韌性鋼材4個基本力學性能第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能2.2.1強度強度指標：比例極限

fp

；屈服強度fy；極限強度fu強度指標是由鋼材的單向均勻受拉試驗測得的試驗條件：標準試件在常溫（20℃）下緩慢加載，一次完成第1章鋼結(jié)構(gòu)概述2.2結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能第1章鋼結(jié)構(gòu)概述2.2結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料有屈服點鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線OBCDAEE=2.06×105MPa彈性階段(OA段)彈塑性階段(AB段)塑性階段(BC段)強化階段(CD段)頸縮階段(DE段)屈服強度fy抗拉強度fu比例極限σA2.2結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料無明顯屈服點的鋼材沒有屈服階段，塑性變形小，破壞突然。

fufy=f0.20.2%εp2.2結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能第1章鋼結(jié)構(gòu)概述不同斷開形式2.2結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼材的單調(diào)拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線

2.2結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線的簡化鋼材可以簡化為理想彈塑性體強度計算以fy為依據(jù);fu為結(jié)構(gòu)的安全儲備。ε2.5%--3%fy

ε00.15%ε屈強比fy/fuε2.5%--3%fy

ε00.15%εfyε2.5%--3%

ε00.15%ε2.2結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能2.2.2塑性塑性：在靜力荷載作用下，鋼材吸收變形能的能力伸長率斷面收縮率是衡量鋼材塑性變形能力的重要指標。當l0/d=5時，用δ5表示，當l0/d=10時，用δ10表示。A0單向一次拉伸試驗A1第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能2.2.3沖擊韌性沖擊韌性：在動力荷載作用下，材料吸收能量的能力鋼材韌性通過沖擊試驗，測定沖擊功(沖擊韌性值A(chǔ)kv,單位J或akv單位J/cm2)來表示。試驗表明：沖擊韌性值隨溫度的降低而降低。梅氏U型缺口試件:沖擊試驗的標準試件型式：夏比V型缺口試件:我國采用夏比V型缺口試件第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能2.2.4冷彎性能

冷彎性能是檢驗鋼材適應(yīng)冷加工（常溫下加工）的能力和顯示鋼材內(nèi)部缺陷狀況的一項指標

冷彎性能是考察鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)展塑性變形能力的指標

冷彎性能由冷彎試驗確定

冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力和冶金質(zhì)量的綜合指標第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能2.2.4可焊性可焊性：在一定的焊接工藝和結(jié)構(gòu)條件下，鋼材經(jīng)過焊接能獲得良好焊接接頭的性能。可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。<0.38可焊性好=0.38~0.45焊接較難→適當預(yù)熱+控制工藝>0.45焊接難→高溫預(yù)熱+嚴格工藝C\Mn\Cr\Mo\V\Ni\Cu——碳\錳\鉻\鉬\釩\鎳\銅第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2結(jié)構(gòu)鋼的主要力學性能2.2.4Z向性能xyz鋼板厚度較大或承受板厚方向拉力易發(fā)生層狀撕裂。Z向性能：沿板厚方向的受力性能，以斷面收縮率作為評定指標。拉伸試驗試件：圓柱體（d0=10mm;l0≥1.5d0）Z向性能Z15Z25Z35含硫量0.010.0070.005摘自GB5313-85第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3晶體結(jié)構(gòu)及其對金屬性能的影響定義：原子之間以金屬鍵形成的晶體。構(gòu)成微粒：金屬陽離子和自由電子，自由電子可以在金屬原子的縫隙間自由移動，它們不屬于任何一個原子。作用力:金屬鍵(金屬陽離子和自由電子之間的相互作用)。2.3.1基本概念第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3晶體結(jié)構(gòu)及其對金屬性能的影響、密排六方結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)2.3.2金屬晶體結(jié)構(gòu)實際固態(tài)金屬為多晶體，性能各方向基本一致；實際金屬存在空位、間隙、位錯、晶界等缺陷；多晶體晶格位向示意圖

工業(yè)純鐵顯微組織第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3晶體結(jié)構(gòu)及其對金屬性能的影響點缺陷：屈服點增高，影響物理、化學性能；線缺陷：對金屬塑性變形、強度、擴散、相變、疲勞、腐蝕等性能起重要作用；面缺陷：晶界的厚度及狀態(tài)直接改變著金屬性能；體缺陷：裂紋或空洞影響金屬的性能；第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3晶體結(jié)構(gòu)及其對金屬性能的影響鐵碳合金的組成元素是鐵（Fe）和碳（C）；普通碳鋼和鑄鐵均屬鐵碳合金；鐵碳合金基本組織：鐵素體、滲碳體；2.3.3鐵碳合金結(jié)構(gòu)形式表示符號晶格形式含碳量鐵素體固溶體F體心立方0.006％滲碳體化合物Fe3C復(fù)雜形式6.69％第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素金屬黑色金屬鐵碳合金純鐵鋼碳素鋼合金鋼生鐵鐵合金鑄鐵有色金屬非鐵金屬貴金屬稀有金屬C<0.04%C>2.3%第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素碳素鋼低碳鋼C<0.25%中碳鋼0.25%<C<0.6%高碳鋼C>0.6%合金鋼低合金鋼<5%中合金鋼5%~10%高合金鋼>10%鋼材普通鋼P≤0.045%，S≤0.05%優(yōu)質(zhì)鋼P≤0.035%，S≤0.035%高級優(yōu)質(zhì)鋼P≤0.035%，S≤0.03%第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素牌號等級CSiMnPSNbVTiCrNiMoNAl≤≥Q235qC≤0.17≤0.35≤1.40.0300.0300.30.30.0120.015D0.0250.025E0.0200.010Q345qC≤0.20≤0.550.9-1.70.0300.0250.060.080.030.80.50.20.0120.015D≤0.180.0250.020E0.0200.010Q420qC≤0.18≤0.551.0-1.70.0300.0250.060.080.030.80.70.350.0120.015D0.0250.020E0.0200.010Q550qC≤0.18≤0.551.0-1.70.0300.0200.060.080.030.81.00.40.0120.015D0.0250.015E0.0200.010第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素根據(jù)國標《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591-2018規(guī)定，2019年2月1日起，取消Q345鋼材牌號，改為Q355，跟歐盟標準的S355鋼材牌號對應(yīng)。Q355是普通的低合金高強度鋼，屈服強度355MPa。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素Q345qC化學成分

第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料CVNbSiMnAlSPCrNiOHNTi2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料CVNbSiMnAlSPCrNiOHNTi2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素2.4.1化學成分碳（C）<0.2％

隨著含碳量的提高，鋼的強度逐漸增高，而塑性和韌性下降，冷彎性能、焊接性能和抗銹蝕性能等也變劣。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素碳素鋼：低碳鋼（＜0.25％）中碳鋼（0.25％～0.6％）高碳鋼（＞0.6％）含碳量超過0.3％時，鋼材的抗拉強度很高，但卻沒有明顯的屈服點，且塑性很小。含碳量超過0.2％時，鋼材的焊接性能將開始惡化。因此，規(guī)范推薦的鋼材，含碳量均不超過0.22％，對于焊接結(jié)構(gòu)則嚴格控制在0.2％以內(nèi)。

第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素錳（Mn）1.0％～1.7％

提高強度除硫?qū)︿摰臒岽嘤绊懜纳其摰睦浯鄡A向?qū)附有阅懿焕?章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素硅（Si）

硅的含量在一般鎮(zhèn)靜鋼中為0.12％～0.30％，在低合金鋼中為0.2％～0.55％。與錳共同除氧。細化晶粒提高強度惡化焊接性能惡化抗銹蝕性能第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素釩（V）、鈮（Nb）、鈦（Ti）

微細碳化物，細化晶粒和彌散強化作用，從而提高鋼材的強度和韌性，又可保持良好的塑性鋁（Al）、鉻（Cr）、鎳（Ni）

鋁是強脫氧劑，可提高鋼的強度和低溫韌性，低合金鋼C、D、E級中，含量不小于0.015％。鉻、鎳是提高鋼材強度的合金元素，用于Q390及以上牌號的鋼材中。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素硫（S）

ABCD0.050.01硫化鐵沖擊韌性熱脆層狀撕裂抗銹性能疲勞強度溫度1100～1200℃時，硫化鐵熔化使鋼材變脆，能引發(fā)熱裂紋強度抗銹塑性韌性磷（P）

2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素磷元素脆性轉(zhuǎn)變溫度升高冷脆AD0.0450.020第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素OSNP氧（O）、氮（N）氮可作為一種合金元素來提高低合金鋼的強度和抗腐蝕性第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素氫脆——氫溫度的降低而降低，在結(jié)構(gòu)疏松區(qū)域富集生成氫分子，產(chǎn)生巨大的內(nèi)壓力，使鋼材開裂氫（H）

氫疏松孔洞錯位晶界含碳量較低且硫、磷含量較少的鋼，氫脆敏感性低。鋼的強度等級越高，對氫脆越敏感。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素2.4.2冶金缺陷

鋼的熔煉和澆注工藝決定了鋼的化學成分和金相組織，同時也造成一些缺陷。偏析：鋼中化學成分不一致性和不均勻性。硫磷偏析使塑性、冷彎性能、沖擊韌性及可焊性變壞夾雜：鋼中含硫化物和氧化物等雜質(zhì)。硫化物引起“熱脆”，氧化物降低機械性能和工藝性能裂紋：鋼材微觀或宏觀開裂。降低冷彎性能、沖擊韌性、疲勞強度及抗脆性破壞能力分層：鋼材厚度方向不密合。降低冷彎性能、沖擊韌性、疲勞強度及抗脆性破壞能力第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素2.4.3鋼材的硬化鋼材的硬化有三種情況：時效硬化、冷作硬化（或應(yīng)變硬化）和應(yīng)變時效硬化。冷作硬化

在冷加工（或一次加載）使鋼材產(chǎn)生較大的塑性變形的情況下，卸荷后再重新加載，鋼材的屈服點提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為冷作硬化。

時效硬化高溫時溶于鐵中的少量氮和碳，隨著時間的增長逐漸由固溶體中析出，生成氮化物和碳化物，對晶粒的塑性滑移起到遏制作用，從而使鋼材的強度提高，塑性和韌性下降。這種現(xiàn)象稱為時效硬化（也稱老化）。

人工時效、應(yīng)變時效第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4.3鋼材的硬化2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4.4溫度影響2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素鋼材對溫度敏感的影響十分明顯。在150℃以內(nèi)，鋼材強度、彈模和塑性與常溫相近；在250℃左右，抗拉強度有局部提高，伸長率和斷面收縮率降至最低，出現(xiàn)藍脆現(xiàn)象；在300℃以后，強度和彈模開始顯著下降，塑性顯著上升；達到600℃時，強度為零，塑性上升。

第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4.4溫度影響2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素當溫度低于常溫時，隨著溫度的降低，鋼材的強度提高，而塑性和韌性降低，逐漸變脆，稱為鋼材的低溫冷脆。鋼材的沖擊韌性對溫度十分敏感。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4.5應(yīng)力集中2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素

實際結(jié)構(gòu)不可避免的存在孔洞、槽口、截面突然改變以及鋼材內(nèi)部缺陷等，截面中的應(yīng)力分布不再保持均勻，主應(yīng)力線在繞過孔口等缺陷時發(fā)生彎轉(zhuǎn)，不僅在孔口邊緣處會產(chǎn)生沿力作用方向的應(yīng)力高峰，而且會在孔口附近產(chǎn)生垂直于力的作用方向的橫向應(yīng)力，甚至會產(chǎn)生三向拉應(yīng)力。應(yīng)力集中系數(shù)：k=σmax/σ0第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4.5熱處理2.4影響結(jié)構(gòu)鋼性能的因素熱處理的目的在于取得高強度的同時能夠保持良好的塑性和韌性。控制降溫速度或重新加熱，改變晶體結(jié)構(gòu)和材性。淬火：快速降溫，提高強度、降低韌性；退火：爐中控制，緩慢降溫；回火：自然降溫和控制降溫相結(jié)合；正火：空氣中自然降溫；第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.5復(fù)雜應(yīng)力下鋼材屈服條件實際結(jié)構(gòu)中，鋼材常常處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)形狀改變比能理論（或稱剪應(yīng)變能量理論），鋼在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)由彈性過渡到塑性的條件，也稱米塞斯屈服準則：σyσyσxσxσzσzσ1σ1σ2σ2σ3σ3τxyτyxτyzτzxτxzσyσyσxσxτxyτxyτyxτyxσ2σ2σ1σ1鋼材的多軸應(yīng)力狀態(tài)第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式2.6.1破壞形式特征應(yīng)力小變形小無征兆斷口平直和有光澤晶粒后果突發(fā)危險特征應(yīng)力大變形大有征兆斷口杯型和纖維狀色澤發(fā)暗后果易于察覺方便補救第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式2.6.1破壞形式脆性破壞原因化學成分內(nèi)部缺陷不良構(gòu)造加工制造使用不當1071072.6鋼材的破壞形式2.6.2疲勞破壞美國PointPleasant橋韓國圣水大橋中國宜賓金沙江大橋美國I-35W密西西比河大橋1081082.6鋼材的破壞形式2.6.2疲勞破壞第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料疲勞開裂SEVENBRIDGE江陰長江大橋虎門大橋。。。。2.6鋼材的破壞形式第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式2.6鋼材的破壞形式2.6鋼材的破壞形式2.6鋼材的破壞形式2.6鋼材的破壞形式裂紋

裂紋裂紋第①類裂紋第①類裂紋（角焊縫連接失效）裂紋裂紋第②類裂紋第③類裂紋縱肋與橫肋/橫隔板的連接部位裂紋

2.6鋼材的破壞形式裂紋裂紋裂紋縱肋與面板縱向連接焊縫開裂

縱肋與橫肋連接部位弧形缺口處橫肋腹板開裂2.6鋼材的破壞形式第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式2.6.2疲勞破壞基本定義

在連續(xù)反復(fù)（循環(huán)）荷載作用下，應(yīng)力雖低于抗拉強度甚至低于屈服強度，但仍然發(fā)生斷裂破壞。脆性破壞缺陷敏感年輪花紋破壞特點第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式2.6.2疲勞破壞裂紋形成裂紋擴展擴展斷裂非焊接部位3階段焊接部位2階段第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式2.6.2疲勞破壞變幅荷載常幅荷載應(yīng)力比應(yīng)力幅循環(huán)次數(shù)r=smin

/smaxDs=smax-sminσt第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料應(yīng)力循環(huán)特性常用應(yīng)力比值來表示，以拉應(yīng)力為正值。連續(xù)重復(fù)荷載之下應(yīng)力往復(fù)變化一周叫做一個循環(huán)。完全對稱循環(huán)(

＝-1)靜荷載作用(

＝+1)脈沖循環(huán)(

＝0)一般應(yīng)力循環(huán)(-1<<+1)為應(yīng)力幅，表示應(yīng)力變化的幅度。總為正值。2.6鋼材的破壞形式第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料S-N曲線根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可以畫出構(gòu)件或連接的應(yīng)力幅△

與相應(yīng)的致?lián)p循環(huán)次數(shù)N的關(guān)系曲線。2.6鋼材的破壞形式0N（X105）n1n2fy123456S

S0............b1

1第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式基本方程第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式材料非焊接細節(jié)焊接細節(jié)應(yīng)力集中殘余應(yīng)力初始缺陷第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式名義應(yīng)力法斷裂力學熱點應(yīng)力法焊接部位:

=max-min

非焊接部位：

=max-0.7min

動荷載高周無腐蝕無高溫低應(yīng)變第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017-2017》S-N曲線11β＝4β＝3[](N/mm2)n第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式歐洲規(guī)范Eurocode3S-N曲線第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.6鋼材的破壞形式任務(wù)：如圖所示十字形焊接節(jié)點，確定比較疲勞強度。a)b)c)圖中出了3類十字形焊接節(jié)點不同焊接連接方式，圖a)為非承載角焊縫十字形焊接連接，圖b)為承載型角焊縫十字形焊接連接，圖c)為承載全熔透對接焊縫十字形焊接連接。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.7鋼材種類、規(guī)格及選用2.7.1鋼材種類第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.7鋼材種類、規(guī)格及選用2.7.2鋼材規(guī)格第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料熱軋型材的截面2.7鋼材種類、規(guī)格及選用冷彎型鋼的截面第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.7鋼材種類、規(guī)格及選用2.7.3鋼材選用(1)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性（主要的、一般的、次要的）(2)荷載性質(zhì)（靜力荷載還是動力荷載）(3)連接方式（焊接還是其它連接）(4)工作環(huán)境（溫度及腐蝕介質(zhì)）(5)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力狀態(tài)(6)鋼板厚度1、原則：保證結(jié)構(gòu)可靠安全，同時要經(jīng)濟合理。2、選擇使用鋼材時，應(yīng)考慮的主要因素：3、承重鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的保證項目三項保證五項保證六項保證第2章鋼結(jié)構(gòu)材料鋼材的塑性和韌性有何區(qū)別？影響鋼材力學性能內(nèi)在及外在因素？鋼材的破壞形式？改善與提高鋼結(jié)構(gòu)焊接細節(jié)疲勞強度的方法？第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接主要內(nèi)容：連接的分類及特點對接焊縫連接設(shè)計角焊縫連接設(shè)計焊接殘余應(yīng)力及殘余變形普通螺栓連接設(shè)計高強螺栓連接設(shè)計學習重點難點：角焊縫連接設(shè)計普通螺栓及高強螺栓連接設(shè)計第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點按結(jié)構(gòu)材料劃分木結(jié)構(gòu)石結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)其他材料結(jié)構(gòu)第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點5項原則安全可靠傳力明確構(gòu)造簡單安裝方便節(jié)約鋼材鉚接栓接焊接第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點主要連接方式a)NNNNc)NNb)螺栓連接鉚釘連接焊接連接第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點連接的要求：足夠的強度、剛度和延性圖3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法對幾何形體適應(yīng)性強，構(gòu)造簡單，不削弱截面，省材省工，易于自動化，工效高焊接殘余應(yīng)力大且不易控制，焊接變形大對材質(zhì)要求高，焊接程序嚴格，質(zhì)量檢驗工作量大傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動力荷載好費鋼、費工,逐漸被高強螺栓取代普通螺栓：裝卸便利，設(shè)備簡單普通螺栓：精度低時不宜受剪，精度高時加工和安裝難度較大高強螺栓：加工方便，對結(jié)構(gòu)削弱少，可拆換，承受動荷載，耐疲勞，塑性、韌性好高強螺栓：摩擦面處理，安裝工藝略為復(fù)雜，造價略高第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點連接類型焊接對接焊縫角焊縫鉚接栓接普通螺栓高強螺栓承壓型摩擦型第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點對接焊縫沿板厚填充承載面按最小板厚計算板件開坡口疲勞性能好角焊縫按焊腳高度填充承載面按有效高度計算不開坡口疲勞性能差第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點普通螺栓Q2354.6和4.8級螺桿受拉或受剪板件有相對位移施工簡單疲勞性能差高強螺栓承壓型45#鋼、合金鋼8.8和10.9級螺桿受拉、剪板件有相對位移工序復(fù)雜疲勞性能差高強螺栓摩擦型45#鋼、合金鋼8.8和10.9級螺桿受拉板件無相對位移工序復(fù)雜疲勞性能好第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點3.1.1焊縫連接（welded

connection）

焊條與局部焊件熔化、冷卻，凝結(jié)成焊縫。是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法。（1）焊接方法電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊和電阻焊第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點（1）手工電弧焊原理：利用電弧產(chǎn)生熱量熔化焊條和母材形成焊縫。

圖3.1.2手工電弧焊

焊機導(dǎo)線熔池焊條焊鉗保護氣體焊件電弧優(yōu)點：方便，適用于任意空間位置的焊接，特別適用于在高空和野外作業(yè)，小型焊接。缺點：質(zhì)量波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，生產(chǎn)效率低。第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點A、焊條的選擇：焊條應(yīng)與焊件鋼材（主體金屬）相適應(yīng)。Q420鋼、Q460鋼選擇E55E60型焊條Q345鋼、Q390鋼選擇E50E55型焊條Q235鋼選擇E43型焊條B、焊條的表示方法：E—焊條(Electrode)第1、2位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強度（kgf/mm2)第3、4表示適用焊接位置、電流及藥皮的類型。不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強度鋼材相適應(yīng)的焊條。第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點（2）埋弧焊（自動或半自動）電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊絲轉(zhuǎn)盤送絲器焊劑漏斗焊劑熔渣焊件圖3.1.3埋弧自動焊機器優(yōu)點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強度低，焊接質(zhì)量好。缺點：設(shè)備投資大，施工位置受限。焊絲的選擇應(yīng)與焊件等強度。第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點（3）氣體保護焊

利用焊槍噴出的CO2或其他惰性氣體代替焊劑的電弧溶焊方法。直接依靠保護氣體在電弧周圍形成保護層，以防止有害氣體的侵入。

優(yōu)點：沒有熔渣，焊接速度快，焊接質(zhì)量好。缺點：施工條件受限制，不適用于在風較大的地方施焊。（4）電阻焊

利用電流通過焊件接觸點表面的電阻所產(chǎn)生的熱量來溶化金屬，再通過壓力使其焊合。適用于板疊厚度不大于12ｍｍ的焊接。

*構(gòu)造簡單，任何形式的構(gòu)件都可直接相連；*用料經(jīng)濟，不削弱截面；*制作加工方便，可實現(xiàn)自動化操作；*連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好。

焊接的缺點*焊縫附近有熱影響區(qū)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆；*焊接的殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞、降低壓桿穩(wěn)定的臨界荷載，殘余變形使結(jié)構(gòu)形狀、尺寸發(fā)生變化；*焊接裂縫一經(jīng)發(fā)生，便容易擴展到整體；*低溫冷脆問題較為突出。焊接的優(yōu)點3.1連接的分類及特點第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點焊縫連接型式：對接、搭接、T形連接和角接（2）焊縫連接形式和焊縫種類第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點受力特點：對接焊縫和角焊縫焊縫形式角焊縫被連接板件2對接焊縫對接焊縫被連接板件1鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理DesignPrinciplesofSteelStructure對接焊縫按受力與焊縫方向分：

1）正對接焊縫(a)：作用力方向與焊縫方向正交。

2）斜對接焊縫(b)：作用力方向與焊縫方向斜交。角焊縫按受力與焊縫方向分：

1）正面角焊縫(c)：作用力方向與焊縫長度方向垂直。

2）側(cè)面角焊縫(c)：作用力方向與焊縫長度方向平行。

3）斜焊縫（c）：作用力方向與焊縫方向斜交。3.1連接的分類及特點1）對接焊縫正對接焊縫T型對接焊縫

斜對接焊縫2）角焊縫3.1連接的分類及特點角焊縫沿長度方向的布置

1）連續(xù)角焊縫：受力性能較好，為主要的角焊縫形式。

2）間斷角焊縫：在起、滅弧處容易引起應(yīng)力集中。平焊、立焊、橫焊和仰焊。

焊縫按施工位置分為施焊位置a)焊條平焊d)仰焊b)立焊c)橫焊3.1連接的分類及特點第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點焊縫缺陷：裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透，焊縫尺寸不符合要求、焊縫成形不良等（3）焊縫缺陷及質(zhì)量控制

焊縫缺陷指焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼材表面或內(nèi)部的缺陷。第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點焊縫質(zhì)量檢驗方法：外觀檢查、超聲波探傷檢驗、X射線檢驗。

焊縫質(zhì)量分三級:一級焊縫需經(jīng)外觀檢查、超聲波探傷、x射線檢驗都合格；二級焊縫需外觀檢查、超聲波探傷合格；三級焊縫需外觀檢查合格?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017》規(guī)定，焊縫應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環(huán)境以及應(yīng)力狀態(tài)等情況，分別選用不同的質(zhì)量等級。第三章連接（3）焊縫質(zhì)量等級及選用

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017--2017）中，對焊縫質(zhì)量等級的選用有如下規(guī)定：1）需要進行疲勞計算的構(gòu)件中，垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時應(yīng)為一級，受壓時應(yīng)為二級。平行于作用力方向的縱向?qū)雍缚p應(yīng)為二級。2）在不需要進行疲勞計算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強的受拉對接焊縫應(yīng)不低于二級；受壓時宜為二級。

3）重級工作制和起重量Ｑ＞50t的中級工作制吊車梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點板之間的Ｔ形接頭焊透的對接與角接組合焊縫，質(zhì)量不應(yīng)低于二級。4）角焊縫質(zhì)量等級一般為三級，但對直接承受動力荷載且需要驗算疲勞和起重量Q＞50t的中級工作制吊車梁的角焊縫的外觀質(zhì)量應(yīng)符合二級。第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點作用：表明焊縫型式、尺寸和輔助要求表示方法：由圖形符號、輔助符號和引出線等部分組成（4）焊縫的表示方法第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點3.1.2緊固件連接（1）鉚釘連接（riveted

connections）

制造分熱鉚和冷鉚材料有ML2和ML3釘孔分Ⅰ、Ⅱ兩類（2）螺栓連接（bolted

connections）

性能分A、Ｂ、C三級螺栓A5.6級屈強比抗拉強度第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1連接的分類及特點（3）高強螺栓連接（high-strength

bolted

connections）

采用高強度鋼，45號中碳鋼、20MnTiB低合金鋼制成。高強螺栓等級有8.8級和10.9級高強螺栓按承載能力極限狀態(tài)分為：摩擦型和承壓型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理DesignPrinciplesofSteelStructure精制螺栓粗制螺栓代號A級和B級C級強度等級5.6級和8.8級4.6級和4.8級加工方式車床上經(jīng)過切削而成單個零件上一次沖成加工精度螺桿與栓孔直徑之差為0.25～0.5mm螺桿與栓孔直徑之差為1.5～3mm抗剪性能好較差經(jīng)濟性能價格高價格經(jīng)濟用途構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)（機械結(jié)構(gòu)）；在鋼結(jié)構(gòu)中很少采用沿螺栓桿軸受拉的連接；次要的抗剪連接；安裝的臨時固定鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理DesignPrinciplesofSteelStructure

高強度螺栓是高強螺桿和配套螺母的合稱。由45號、40B和20MnTiB鋼經(jīng)過熱處理加工而成。

45號－8.8級；40B和20MnTiB－10.9級

（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理DesignPrinciplesofSteelStructure高強度螺栓摩擦型連接高強度螺栓承壓型連接傳力機理利用預(yù)拉力把被連接的部件夾緊，使部件的接觸面間產(chǎn)生很大的摩擦力，外力通過摩擦力來傳遞允許接觸面滑移，依靠螺栓桿和螺孔之間的承壓來傳力栓孔直徑＝螺桿的公稱直徑+1.5～2.0mm＝螺桿的公稱直徑+1.0～1.5mm特點剪切變形小，彈性性能好，特別適用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)連接緊湊，但剪切變形大，不得用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)高強度螺栓摩擦型連接和承壓型連接比較連接方法優(yōu)點缺點焊接對幾何形體適應(yīng)性強，構(gòu)造簡單，省材省工，易于自動化，工效高。焊接殘余應(yīng)力大且不易控制，焊接變形大。對材質(zhì)要求高，質(zhì)量檢驗工作量大。鉚接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動力荷載好。

費鋼、費工。目前很少采用普通螺栓連接裝卸便利，設(shè)備簡單螺栓精度低時不宜受剪，螺栓精度高時加工和安裝難度較大。高強螺栓連接加工方便，對結(jié)構(gòu)削弱少，能承受動力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好。摩擦面處理，安裝工藝略為復(fù)雜，造價略高主要連接方法及優(yōu)缺點對接焊縫分類：

1）正對接焊縫：作用力方向與焊縫方向正交。

2）斜對接焊縫：作用力方向與焊縫方向斜交。3.2對接焊縫設(shè)計正對接焊縫T型對接焊縫

斜對接焊縫第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接判別標準填充范圍有無坡口承載面對接焊縫角焊縫第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2對接焊縫設(shè)計什么是坡口？坡口是根據(jù)設(shè)計或工藝要求，將焊件待焊部位加工成一定幾何形狀的溝槽。透保證根部焊透清方便清理焊渣調(diào)調(diào)節(jié)焊縫金屬比例形獲得良好焊縫形狀為什么要開坡口？3.2.1對接焊縫的構(gòu)造

第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2對接焊縫設(shè)計3.2.1對接焊縫的構(gòu)造

坡口形式I形單V形V形X形K形U形墊板墊板墊板根部加墊板對接焊縫的引弧板引弧板3.2對接焊縫設(shè)計3.2.1對接焊縫的構(gòu)造

用料經(jīng)濟傳力均勻無明顯的應(yīng)力集中利于承受動力荷載需開坡口焊件長度要求精確3.2對接焊縫設(shè)計第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2對接焊縫設(shè)計3.2.1對接焊縫的構(gòu)造

不同寬度或厚度的鋼板拼接第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2對接焊縫設(shè)計3.2.2對接焊縫的計算

計算原則：對接焊縫全截面受力，計算方法與構(gòu)件強度計算相同對接焊縫的抗壓、抗剪強度與母材相同一、二級對接焊縫的抗拉強度與母材相同受拉力作用的三級焊縫抗拉強度取母材強度的85%不采用引弧板時，焊縫計算長度取實際長度減2倍薄板厚度第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2對接焊縫連接設(shè)計3.2.2對接焊縫的計算

（1）軸心受力的對接焊縫第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2對接焊縫連接設(shè)計3.2.2對接焊縫的計算

（2）受彎剪作用的對接焊縫第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2對接焊縫連接設(shè)計3.2.2對接焊縫的計算

（3）例題NVM

1

1

.1202036010200牛腿與鋼柱間連接的對接焊縫，鋼材Q235BF，焊條E43型，手工焊，焊縫質(zhì)量三級。驗算焊縫強度。偏心力N=400kN（間接動力荷載引起），e=25cm。第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2對接焊縫連接設(shè)計V=N=400kN,M=Ne=400×25=10000kN-cm(2)強度驗算①確定焊縫強度設(shè)計值查《規(guī)范》，ftw=185,fvw=125(書p.248,附表1.2)②最大應(yīng)力驗算

解：（1）計算截面幾何量與外力第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2對接焊縫連接設(shè)計③折算應(yīng)力驗算1點彎曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力1點折算應(yīng)力滿足驗算要求。（3）受軸力、彎矩和剪力聯(lián)合作用的對接焊縫

軸力和彎矩作用下對接焊縫產(chǎn)生正應(yīng)力，剪力作用下產(chǎn)生剪應(yīng)力，其計算公式為：

同樣對于工字形、箱形截面，還要計算腹板與翼緣交界處的折算應(yīng)力，其公式為：

式中3.2對接焊縫連接設(shè)計第三章連接

對于梁柱節(jié)點處的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪應(yīng)力均勻分布，其計算公式為：Aw——牛腿處腹板的焊縫計算面積。

對接焊縫的計算除考慮焊縫長度是否減少，焊縫強度要否折減外，對接焊縫的計算方法與母材的強度計算完全相同。

3.2對接焊縫連接設(shè)計第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.2對接焊縫連接設(shè)計僅用于次要構(gòu)件或受力較小部位的連接；部分焊透對接焊縫按角焊縫進行計算；3.2.3部分焊透對接焊縫第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫設(shè)計角焊縫形式受力方向端焊縫側(cè)焊縫斜焊縫連續(xù)性連續(xù)焊縫間斷焊縫截面形式直角斜角表面形狀凸形坦形凹形第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫連接設(shè)計3.3.1角焊縫的形式

a）端焊縫：作用力方向與焊縫長度方向垂直b）側(cè)焊縫：作用力方向與焊縫長度方向平行c)斜焊縫:作用力與焊縫長度方向斜交角焊縫的種類Na)Nb)θNc)按焊縫連續(xù)性：a）連續(xù)焊縫：受力較好b）斷續(xù)焊縫：易發(fā)生應(yīng)力集中

按焊縫受力方向：第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫連接設(shè)計3.3.1角焊縫的形式

a）直角角焊縫b）斜角角焊縫按焊縫截面形式：按焊縫表面形狀：a）凸形b）坦式c)凹形第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫設(shè)計3.3.2角焊縫的受力特點側(cè)面焊縫正面焊縫第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫設(shè)計3.3.2角焊縫的受力特點承受剪應(yīng)力分布不均勻側(cè)面焊縫受力復(fù)雜焊根應(yīng)力集中正面焊縫第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫設(shè)計3.3.2角焊縫的受力特點強度低彈模低塑性好側(cè)面焊縫強度高彈模高塑性差正面焊縫第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理DesignPrinciplesofSteelStructure

（2）正面角焊縫：焊縫垂直于受力方向，受力后應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜。焊縫截面各面都有正應(yīng)力和剪應(yīng)力，應(yīng)力集中嚴重，焊縫根部形成高峰應(yīng)力，易于開裂。破壞強度要高一些，但塑性差，彈性模量大。

（1）側(cè)面角焊縫：焊縫長度方向與受力方向平行，應(yīng)力分布簡單。主要承受剪應(yīng)力，強度低，彈性模量低，但塑性較好。彈性階段分布并不均勻，剪應(yīng)力兩端大，中間小。角焊縫的工作性能角焊縫的應(yīng)力分布破壞形式

角焊縫構(gòu)造包括三個方面：焊腳尺寸、焊縫長度和減小焊縫應(yīng)力集中的措施。角焊縫的焊腳尺寸是指焊縫根腳至焊縫外邊的尺寸--hf（1）焊腳尺寸為了保證焊縫的最小承載能力以及防止焊縫由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開裂

a)最小焊腳尺寸(hf,min)3.3.3角焊縫的構(gòu)造

b)最大焊腳尺寸(hfmax)

為了避免焊縫局部過熱，燒穿較薄的焊件，減小焊接殘余應(yīng)力和殘余變形3.3角焊縫連接設(shè)計第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫連接設(shè)計3.3.3角焊縫的構(gòu)造

焊腳尺寸應(yīng)與焊件的厚度相適應(yīng)。對手工焊，hf應(yīng)不小于，t為較厚焊件的厚度（mm），對自動焊，可減小1mm；hf應(yīng)不大于較薄焊件厚度的1.2倍。第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫連接設(shè)計3.3.3角焊縫的構(gòu)造

對于板件邊緣的焊縫，當t≤6mm時，hf≤t；當t

>6mm時，hf＝t-(1～2)mm。側(cè)焊縫長度lw也不應(yīng)太長或太短，其計算長度不宜小于8hf或40mm，不宜大于60hf。第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫連接設(shè)計3.3.3角焊縫的構(gòu)造

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理DesignPrinciplesofSteelStructure（3）減小角焊縫應(yīng)力集中的措施tblw側(cè)焊縫引起焊件拱曲為了避免焊縫橫向收縮引起板件的拱曲太大，b≤16t（t>12mm）或200mm（t≤12mm）；a)構(gòu)件端部僅有兩邊側(cè)縫連接時：試驗結(jié)果表明，連接的承載力與b/lw有關(guān)。為了避免應(yīng)力傳遞的過分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力不均，每條側(cè)縫長度b

/lw≤1；b為兩側(cè)縫之間的距離；lw為焊縫長度；t為較薄焊件的厚度。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理DesignPrinciplesofSteelStructure

c)直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中，角焊縫表面應(yīng)做成直線形或凹形，焊腳尺寸的比例：正面角焊縫宜為1:1.5，長邊與內(nèi)力方向一致；側(cè)面角焊縫可用直角焊縫為1:1。

b)僅用正面角焊縫的搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍或25mm。

d)當焊縫端部在焊件轉(zhuǎn)角處時，應(yīng)將焊縫延續(xù)繞過轉(zhuǎn)角加焊2hf。避開起落弧發(fā)生在轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中。b)2hfa)2hf2hf繞角焊縫鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第三章連接

e)在次要構(gòu)件或次要焊接連接中，可采用斷續(xù)角焊縫。斷續(xù)角焊縫的長度不得小于10hf或50mm，斷續(xù)角焊縫之間的凈距，不應(yīng)大于15t（對受壓構(gòu)件）或30t（對受拉構(gòu)件），t為較薄焊件的厚度。以防板件局部凸曲鼓起，而對受力不利或潮氣易于侵入而引起銹蝕。斷續(xù)角焊縫第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫設(shè)計3.3.5角焊縫計算公式將45o喉部截面作為計算截面hfhehh1h2焊根h—焊縫厚度、h1—熔深h2—凸度hf—焊腳尺寸截面有效高度——he＝0.7hf焊趾有效截面上的應(yīng)力狀態(tài)3.3角焊縫設(shè)計τ//τ┴σ┴角焊縫有效截面上的應(yīng)力直角角焊縫有效截面上有三個應(yīng)力：

—正應(yīng)力，與焊縫長度方向（面外垂直）

∥—剪應(yīng)力，與焊縫長度方向（面內(nèi)平行）

—剪應(yīng)力，與焊縫長度方向（面內(nèi)垂直）Von.mises屈服準則3.3角焊縫設(shè)計ffw——角焊縫強度設(shè)計值我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》采用了折算應(yīng)力公式，引入抗力分項系數(shù)后得角焊縫計算公式為：ffw由角焊縫抗剪條件確定，所以公式右邊相當于角焊縫抗拉強度設(shè)計值。第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫設(shè)計3.3.5角焊縫計算公式NyNx第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫設(shè)計3.3.5角焊縫計算公式第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫連接設(shè)計3.3.5角焊縫的計算公式承受軸心力作用時角焊縫連接的計算

僅有側(cè)面角焊縫：σf=0

lwNNNNlw’僅有側(cè)面角焊縫：τf=0

第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫連接設(shè)計3.3.6角焊縫的計算（1）承受軸心力作用時角焊縫連接的計算

用蓋板的對接連接：

lwNNlw’NxNyNθ承受斜向軸向力角焊縫：

第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫連接設(shè)計3.3.6角焊縫的計算（1）承受軸心力作用時角焊縫連接的計算

承受軸力的角鋼端部連接：

Ne1e2blw1lw2N1N2兩邊側(cè)焊

三邊圍焊

Ne1e2blw1lw2N1N2N3第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫連接設(shè)計3.3.6角焊縫的計算（2）彎矩、剪力、軸力共同作用時角焊縫連接計算

偏心軸力作用下：

Fθe第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫連接設(shè)計3.3.6角焊縫的計算（2）彎矩、剪力、軸力共同作用時角焊縫連接計算

彎矩及剪力作用下工形截面

eMFxxhh2BB’Ah1h1h2A點：B點：第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫連接設(shè)計3.3.6角焊縫的計算（2）彎矩、剪力、軸力共同作用時角焊縫連接計算

彎矩及剪力作用下T形截面

eMFxxy2AA點：第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫連接設(shè)計3.3.6角焊縫的計算（3）扭矩或扭矩與剪力共同作用時角焊縫連接計算

環(huán)焊縫受扭矩作用下第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫連接設(shè)計3.3.6角焊縫的計算（3）扭矩或扭矩與剪力共同作用時角焊縫連接計算

兩平行直線角焊縫扭矩作用下xFerxxyyAA’ry0τfσTσf鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第三章連接承受偏心力的三面圍焊Fe1rxahl2xxyyAA’0TVre將F向焊縫群形心簡化得:

軸心力V＝F扭矩

T=Fe故：該連接的設(shè)計控制點為A點和A’點計算時按彈性理論假定:①被連接件絕對剛性，它有繞焊縫形心O旋轉(zhuǎn)的趨勢，而焊縫本身為彈性。②扭距在角焊縫群上產(chǎn)生的任一點的應(yīng)力方向垂直于該點與形心的連線，且應(yīng)力大小與連線長度r成正比。③在軸心力V作用下，焊縫群上的應(yīng)力均勻分布。（3）扭矩或扭矩與剪力共同作用時角焊縫連接計算

3.3角焊縫連接設(shè)計第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.3角焊縫連接設(shè)計3.3.6角焊縫的計算（3）扭