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钢结构设计原理复习第1章 绪 论基本要求：1．掌握钢结构的特点和正确理解钢结构的应用范围；2．了解钢结构在我国的发展趋势；§1．2钢结构的特点及其合理的应用范围一. 特点 钢结构是由钢板、型钢、冷弯薄壁型钢等通过焊接或螺栓连接所组成的结构1. 轻质高强 2. 塑性、韧性好※ 塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量 塑性——承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力 塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保证； 韧性——承受动力荷载时，材料吸收能量的多少韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能 3. 各向同性，性能稳定 可以直接应用力学中给出的结论，如叠加原理等 4. 可焊性，不易渗漏 可焊性使连接简化，使结构应用范围增大，容易做成复杂形状 不易渗漏：各种压力容器 ※后果：存在残余应力 5. 制造简便，施工周期短 6. 耐腐蚀性差 7. 耐热但不耐火 100℃以内 强度无影响 150℃以上 必须进行遮挡处理 ※600℃左右 E→0 结构倒塌 措施： 防火涂料，防火漆，外包混凝土 8. 存在稳定问题——设计时考虑二. 合理的应用范围 大——跨度大。

l 重——主要是重工业厂房，内有大吨位重级工作制吊车，l 高——高层建筑，塔桅结构地王大厦（84层），京广大厦（53层），广州（上海，汕头）电视塔，北京气象塔（325米）等l 动——受动力作用的厂房，机座，地震区内要求较高的建筑l 轻——荷载较小的轻型结构，其用钢量可能低于RC的用钢量，如大棚等l 小——小型、可拆装结构，临时建筑等如塔吊，临时展棚等第2章 钢结构的材料基本要求1. 掌握钢结构的两种破坏形式；2.掌握结构用钢材的主要性能及其机械性能指标；3.掌握影响钢材性能的主要因素特别是导致钢材变脆的主要因素；4.掌握钢材疲劳的概念和疲劳计算方法；5.了解结构用钢材的种类、牌号、规格6.理解钢材选择的依据，做到正确选择钢材 §2.1 钢结构对材料的要求（1）较高的强度——良好塑性和韧性（2）足够的变形能力——良好塑性和韧性（3）良好的加工性能——适应冷、热加工，可焊性好（4）对环境的良好适应性——耐腐蚀、耐火、耐疲劳§2．2 钢材主要性能钢材的两种破坏形式塑性破坏——破坏前有明显的变形，破坏历时时间长，断口发暗，可以采取补救措施脆性破坏——破坏前没有明显的变形和征兆，破坏时产生的变形远比材料应有的变形能力小，破坏发生突然，断口平齐、发亮，无机会补救。

从拉伸曲线可以得到 ，，∵ ∴ 通过对曲线的分析，假定钢材为理想的弹性塑性体因为：1）计算简便； 2）与相差不大 3）虽然＞＞，但对应的应变非常大 4）以作为设计强度的依据，具有较大的强度储备，出现偶然因素，使人们有机会补救二.冷弯性能常温下弯曲180°(按原有厚度)，检查外表面，不能有裂纹、起层（或分层）．这是衡量材料塑性及均匀程度的更加严格的要求．三．冲击韧性材料在受动力荷载时的韧性指标低温下，冲击韧性急剧下降．故应测其负温冲击韧性§2·3各种因素对钢材性能的影响一． 化学成分 普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1%；普通低合金钢中有＜5%的合金元素● 碳（C）：钢材强度的主要来源，但是随其含量增加，强度增加， 塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低一般控制在0.22%以下，在0.2以下时，可焊性良好 ●硫（S）：热脆性不得超过0.05%● 磷（P）：冷脆性抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低不得超过0.045%● 锰（Mn）：合金元素弱脱氧剂与S形成MnS，（熔点为1600℃），可以消除一部分S的有害作用●硅（Si）：合金元素强脱氧剂●钒（V）：合金元素。

细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构 ●氧（O）：有害杂质●氮（N）：有害杂质二． 冶金缺陷 常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹等偏析——化学成分分布的不均匀程度三． 构造缺陷 试件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处有高峰应力——应力集中结果：塑性降低，脆性增加原因：不正确的设计（构造不合理）、制造（不光滑）及使用五． 钢材的硬化冷作硬化——当荷载超过材料比例极限卸载后，出现残余变形，再次加载则比例极限（或屈服点）提高的现象，也称“应变硬化”主观的）时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使材料硬化的现象客观的）应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出即冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此也称“人工时效”六．温度的影响七．厚度、直径的影响八．残余应力的影响§2．5钢材的疲劳钢材疲劳破坏的特征钢材的疲劳——钢材在连续循环荷载作用下，当循环次数达到某一值n时钢材的破坏 2．特点：（1）疲劳破坏时，应力远小于材料静力强度； （2）破坏属于突然的脆性破坏。

3．原因： 缺陷—→微观裂纹—→宏观裂纹§2．6钢材的种类和规格一． 钢种 普通碳素钢 Q235（A3钢）普通低合金钢 Q345，Q390，Q420，三．脱氧程度按脱氧程度可分为镇静钢和沸腾钢四．钢类甲类（A）：按机械性能供应，保证，及硫、磷含量； 乙类（B）：按化学成分供应，保证C，Si，Mn， S，P含量；特类（C）：按机械性能及化学成分供应，保证，，，冷弯及C，Si，Mn，S，P含量 五．钢材编号Q×××质量等级（A～D）和脱氧程度（F,b,Z,TZ）Q—屈服点×××— 屈服点值A—无冲击功规定；B—20℃冲击功=27 J；C— 0 ℃冲击功=27 J；D─ －20℃冲击功=27 J；F—沸腾钢；b—半镇静钢；Z—镇静钢；TZ—特殊镇静钢 如Q235A·F 六．钢材的选择在选择钢材时应考虑：1．结构或构件的重要性；2．荷载的种类（静，动）；3．连接方法；4．工作条件（温度，腐蚀等）5.钢板厚度例如 重级工作制吊车梁：A3及五项保证； 焊接钢屋架：A3F，C＜0.2%及四项保证七．钢材的规格1．热轧钢板 “— 宽×厚度×长度”2．热轧型钢 1）工字钢 “I20a”2）槽钢 “[ 20b” 3）角钢 “∠63×5” “∠125×80×8” 4）钢管 “Φ273×5” 5）H型钢 “HK300×300×11×19” “HZ200×100×5.6×8.5” 3．冷弯薄壁型钢 “B[ 120×40×2.5”第3章钢结构的连接基本要求：1．要了解钢结构采用的焊缝连接和螺栓连接两种常用的连接方法及其特点；2．理解对接焊缝及角焊缝的工作性能，掌握轴力作用下，焊接连接的构造和计算方法；3．理解普通螺栓和高强螺栓的工作性能和破坏形式，4．掌握螺栓连接在传递各种内力时连接的构造和计算方法，熟悉螺栓排列方式和构造要求。

§3．1钢结构的连接连接类型：焊接连接、螺栓连接、铆钉连接一．焊接连接优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感1．焊接方法（1）手工焊原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝原则：焊缝和母材等强度 优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；2．焊缝的形式（1）连接形式：平接（对接），搭接，垂直连接（2）对接连接的形式 I型（垂直坡口），V型，单面V型，U型，单面U型，X型，K型；直焊缝(图a)，斜焊缝(图b)2．螺栓连接（1）普通螺栓粗制螺栓（C级螺栓）：用未加工的圆钢制成，尺寸不够精确，、只需II类孔 精制螺栓（A、B级）：栓杆由车床加工而成，表面光滑，尺寸准确，用I类孔 （2）高强螺栓按材料等级分两种类型： 8.8级 （≥） 10.9级 （≥）按计算、设计方法分两种类型：摩擦型——只靠挤压力产生的摩擦阻力传递剪力，摩擦阻力被克服即为破坏， 只要求II类孔； 承压型——在摩擦阻力被克服后继续靠栓杆承担荷载，连接变形比摩擦型大， 只能用于承受静荷，要求用I类孔§3．2对接焊缝及其连接的计算一． 焊透的对接焊缝的计算1．轴心受拉（压）≤ or ——对接连接中较小的厚度，忽略焊缝起鼓；——对接焊缝抗拉强度；——对接焊缝抗压强度；——焊缝的计算长度（板宽减去10mm），若加引弧板（如下图）则焊缝的计算长度即为板宽。

关于焊缝质量检验标准：一、 二级检验——通过外观检查、X或γ射线及超声波探伤； 三级检验——仅通过外观检查 因此通过一、二级检验的对接焊缝的强度可以认为与母材等强度，连接不必验算；而仅通过三级检验的焊缝，=0.85,需要如上验算若经验算强度不够，可采用斜焊缝；当a/b≤1.5时，可以不算§3．3直角角焊缝连接的构造和计算一． 定义侧焊缝——焊缝轴线平行于力线；端焊缝——焊缝轴线垂直于力线；斜焊缝——焊缝轴线倾斜于力线二． 直角角焊缝应力分析试验证明：1．侧焊缝以45°“咽喉截面”破坏居多；2．端焊缝的强度是侧焊缝强度的1.35～1.55倍规范规定：在焊缝计算时以侧焊缝强度为基准（）,端焊缝强度为1.22，斜焊缝强度为 三． 直角角焊缝的构造1．最小焊缝高度：=，—较厚板件的厚度；2．最大焊缝高度：，—较薄板件的厚度； 对于贴边焊 当t≤6mm时，= t； 当t>6mm时，= t－（1～2）mm 要求： ≤≤3．最大焊缝长度： =60 （静荷） =40 （动荷） 若内力沿角焊缝全长分布，则计算长度不受此限；4．最小焊缝长度： = 8 ≮40mm 要求：≤≤四． 直角角焊缝的计算1．所有角焊缝只承受剪应力，只区分侧焊缝和端焊缝；2．焊缝计算截面为45°“咽喉截面”，面积为0.7(－10mm)；3．在静力条件下，考虑端焊缝强度提高22%；动力荷载下，不考虑其强度的提高；4．计算公式：≤ 其中： ——端焊缝受力总和； ——侧焊缝受力总和； ——焊缝强度提高因数，动力荷载时为1.0，静力荷载时为1.22。

斜焊缝为5．几种典型的焊缝受力分析（1）焊缝受轴心拉力（端焊缝）≤（2）焊缝受轴心剪力（侧焊缝）≤（3）角钢连接焊缝的计算。