【正文】 一章 緒 論 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展 —————————— 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Page 5 第一章 緒論 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 1. 輕質(zhì)高強(qiáng) ★ 2. 塑性 、 韌性好 ★ 3. 材質(zhì)均勻 、性能穩(wěn)定 4. 制作簡(jiǎn)便，施工工期短 ★ 5. 密閉性好 6. 耐腐蝕性差 7. 耐熱 不耐火 ★ Page 6 第一章 緒論 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法 ? 設(shè)計(jì)方法： 以概率理論為基礎(chǔ)的 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 ? 計(jì)算疲勞 仍采用 容許應(yīng)力幅法 ? 計(jì)算 強(qiáng)度、穩(wěn)定、連接 用 荷載 設(shè)計(jì)值 ? 計(jì)算 疲勞、變形 用 荷載 標(biāo)準(zhǔn)值 ? 對(duì)于 直接 承受 動(dòng)力荷載 的結(jié)構(gòu)： 在計(jì)算 強(qiáng)度和穩(wěn)定 時(shí)，動(dòng)力荷載設(shè)計(jì)值 應(yīng) 乘 動(dòng)力系數(shù) 在計(jì)算 疲勞和變形 時(shí)，動(dòng)力荷載標(biāo)準(zhǔn)值 不應(yīng) 乘 動(dòng)力系數(shù) Page 7 第一章 緒論 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展 1. 鋼結(jié)構(gòu)的 應(yīng)用 （ 1） 重： 重工業(yè)廠房 ★ （ 2） 大： 大跨度結(jié)構(gòu) ★ （ 3） 高： 高層建筑、高聳結(jié)構(gòu) ★ （ 4） 動(dòng)： 受動(dòng)荷載作用的廠房 （ 5） 輕： 荷載較小的輕鋼結(jié)構(gòu) ★ （ 6） ?。?小型、可拆裝的結(jié)構(gòu) Page 8 第一章 緒論 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展 2. 鋼結(jié)構(gòu)的 發(fā)展 （ 1） 高性能鋼材 的研究與應(yīng)用 （ 2） 設(shè)計(jì)方法 的改進(jìn) （ 3） 穩(wěn)定理論 的進(jìn)一步發(fā)展 （ 4） 預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu) 的研究與應(yīng)用 （ 5） 空間鋼結(jié)構(gòu) 與 高層鋼結(jié)構(gòu) 的研究與應(yīng)用 （ 6） 組合結(jié)構(gòu) 的研究與應(yīng)用 Page 9 輕質(zhì) —— 材料的質(zhì)量密度與強(qiáng)度的比值 小 Q235鋼 C30混凝土 附 1：輕質(zhì)高強(qiáng) Q235鋼 密度 ： 7850kg/m3 強(qiáng)度 ： 235N/mm2 C30混凝土 密度 ： 2450kg/m3 強(qiáng)度 ： 20N/mm2 Page 10 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 第二章 .鋼結(jié)構(gòu)的材料 鋼結(jié)構(gòu)對(duì) 材料 的要求 鋼材的 破壞形式 鋼材的 主要性能 各種 因素 對(duì)鋼材主要性能的影響 復(fù)雜應(yīng)力 作用下鋼材的 屈服條件 鋼材的 疲勞 鋼的 種類 和鋼材 規(guī)格 Page 11 第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求 ? 較高的強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求 ? 足夠的變形能力。需要驗(yàn)算 疲勞 的 焊接結(jié)構(gòu) 的鋼材，應(yīng)具有常溫或負(fù)溫 沖擊韌性 的合格保證。 ?脆性破壞的原因 ：鋼材內(nèi)部缺陷，焊接缺陷、構(gòu)造 不合理、使用不當(dāng)?shù)取? 不得超過 % Page 25 第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響 錳（ Mn）：合金元素。 強(qiáng)脫氧劑 。 偏析 —— 化學(xué)成分分布的不均勻程度。 時(shí)效硬化 —— 隨時(shí)間的增長(zhǎng) ， 碳和氮的化合物 從晶體中析出，使材料硬化的現(xiàn)象。 600℃ 左右 彈性模量趨于零 ，承載能力幾乎完全喪失。而且不同的鋼材其脆性轉(zhuǎn)變區(qū)溫度不同，必須通過試驗(yàn)確定。 直接 承受 動(dòng)力荷載 重復(fù)作用 的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其 連接，當(dāng)應(yīng)力變化的 循環(huán)次數(shù) n≥5 104時(shí)， 應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。 3. 疲勞破壞的過程 缺陷 微觀裂紋 宏觀裂紋 斷裂 4. 影響疲勞強(qiáng)度的主要因素 （ 1） 應(yīng)力幅 ??（ 2） 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n 材料內(nèi)部缺陷 （ 3） 缺陷 構(gòu)造缺陷（應(yīng)力集中） 殘余應(yīng)力 Page 35 第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 鋼材的疲勞 二、常幅疲勞計(jì)算 ][ ?? ???? ? ? ?采用頁(yè)，表類，按類別分為參數(shù)，根據(jù)構(gòu)件和連接—，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)—＝，（常幅疲勞的容許應(yīng)力幅—力取負(fù)值）（拉應(yīng)力取正值，壓應(yīng)力中的最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)計(jì)算部位每次應(yīng)力循環(huán)—值）中的最大拉應(yīng)力（取正計(jì)算部位每次應(yīng)力循環(huán)—＝，力＝對(duì)焊接部位為應(yīng)力幅，—)/ 非 焊 接部位 為 折算 應(yīng)/12m i nm axm i nm axm i nm ax?????????????CnnCmmN ?????????????Page 36 第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 鋼材的疲勞 三、變幅疲勞計(jì)算 6102][ ????? ??? f? ?欠載效應(yīng)的等效系數(shù)—力幅時(shí)的常幅疲勞的容許應(yīng)循環(huán)次數(shù)—fn?? 6102 1026 ??? ?重級(jí)工作制吊車梁和重級(jí)、中級(jí)工作制吊車桁架 的疲勞可作 為 常幅疲勞 ，按下式計(jì)算： 吊車類別 重級(jí)工作制硬鉤吊車（如均熱爐車間夾鉗吊車） 重級(jí)工作制軟鉤吊車 中級(jí)工作制吊車 吊車梁和吊車桁架欠載效應(yīng)的等效系數(shù) f?Page 37 第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 鋼材的疲勞 ? 疲勞計(jì)算時(shí)應(yīng)注意的問題 1. 直接 承受 動(dòng)力荷載 重復(fù)作用 的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接，當(dāng)應(yīng) 力變化的 循環(huán)次數(shù) n≥5 104時(shí)，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。 Page 38 第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 鋼的種類和鋼材規(guī)格 鋼的種類和鋼材規(guī)格 一、 鋼的種類 1. 化學(xué)成分 普通碳素鋼 Q235 普通低合金鋼 Q34 Q390、 Q420 平爐 成本高，質(zhì)量好（ 6小時(shí) 100t左右） 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐 成本低，質(zhì)量也可（ 15分鐘 150t） 2. 爐種 3. 脫氧程度 沸騰鋼（ F） 脫氧較差 鎮(zhèn)靜鋼（ Z） 脫氧充分 半鎮(zhèn)靜鋼（ b） 脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間 特殊鎮(zhèn)靜鋼（ TZ） Page 39 第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 鋼的種類和鋼材規(guī)格 4. 質(zhì)量等級(jí) A級(jí)：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)和伸長(zhǎng)率及硫、磷含量 B、 C、 D級(jí)：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長(zhǎng)率、冷彎和沖擊 韌性（分別為 20℃ 、 0 ℃ 、 20℃ ）及碳、硅、 錳、硫、磷含量 E級(jí)： 除滿足 D級(jí)的要求外，還要求 40℃ 時(shí)的沖擊韌性 5. 鋼材編號(hào) 碳素鋼： Q 質(zhì)量等級(jí)（ A～ D）脫氧程度（ F， b） 低合金鋼： Q 質(zhì)量等級(jí)（ A～ E） 如 Q235A對(duì)需要驗(yàn)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。 ? 鉚釘連接 已基本淘汰 優(yōu)點(diǎn)： 傳力可靠，塑性、韌性好，動(dòng)力性能好。 3. 氣體保護(hù)焊 優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量好； 缺點(diǎn)：對(duì)環(huán)境要求高。 焊腳尺寸過小，會(huì)在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產(chǎn)生 淬硬組織。 mmhl fw 408m i n 且不小于?Page 63 第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算 4. 側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度 側(cè)面角焊縫沿長(zhǎng)度方向受力不均勻，兩端大中間小，所以一般 均規(guī)定其最大計(jì)算長(zhǎng)度。 lPage 67 第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算 三、直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式 ? 有效截面 ： we lh ?? 作用在焊縫有效截面上的應(yīng)力： 剪應(yīng)力平行于焊縫長(zhǎng)度方向的—剪應(yīng)力剪應(yīng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的—剪應(yīng)力垂直于焊縫有效截面—正應(yīng)力∥?????? 角焊縫的 通用計(jì)算公式 ? ? wff33 222 ??? ?? ∥??? 3 1 ，附表角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，查— Pf wfPage 68 第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算 ? 角焊縫的 基本計(jì)算公式 weyf lhN??2f??? ????wexf lhN＝∥?? ?? ? 得：代入，將 ∥∥ wff33 222 ??? ???? ??????（直接動(dòng)荷）（靜荷或間接動(dòng)荷）系數(shù)，正面角焊縫的強(qiáng)度增大—??fff ???wffff f?????????? 22??? —— 角焊縫的基本計(jì)算公式 ??? ??? 的合應(yīng)力）和，引起：垂直于焊縫長(zhǎng)度方向，引起：平行于焊縫長(zhǎng)度方向分解為 ∥?????(fyfxNNNf?????045 045yNxNNfhehwl∥?? ?ff??? ??Page 69 第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算 ? 計(jì)算步驟 （ 4） 區(qū)分 正面角焊縫 受力和 側(cè)面角焊縫 受力，視 荷 載種類 (靜荷或動(dòng)荷）代入角焊縫的基本計(jì)算公 式進(jìn)行計(jì)算。 要求：設(shè)計(jì)此蓋板。要求：驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度是。 ? ?? ?42323232 4 0 6 0 5 4 121121121cmI x????????????????????????????Page 94 第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算 y400 80 x xy1yb－ 200 20 － 100 20 10 4333102121136121202121cmI y?????????????各點(diǎn)抵抗矩 ： 慣性矩除以該點(diǎn)至中和軸的距離。確定焊縫連接的最大作用受靜力荷載，尺寸，焊腳焊，手工型，焊條鋼，為鋼材柱翼緣板用搭接連接，如圖所示為牛腿板與例FmmhmmNfEQfwf8/160432352??焊縫截面的慣性矩：計(jì)算角焊縫群的形心和解 :? ? cmx ＝?????????423 6 3 0 121 cmIx ??????????? ? 4232 cmI y ??????? ???????????4800717076300 cmIII yxp ?????2l1lfh[ F12?tx xA300 200 200 xAyy 300 ox200 Page 96 第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算 )()()(mmkNFFTkNFVF???????向焊縫群形心簡(jiǎn)化：將力點(diǎn)的各應(yīng)力分量計(jì)算 A? ?? ?? ?? ?? ?23243243/3 0 02 0 10/108 0 0 71 5 4 2/108 0 0 7 0 4 2mmNFFlhVmmNFFIrTmmNFFIrTweVfpyTfpxTf???????????????????????????fh[ F12?tx xA300 200 200 xAyy 300 ox200 Page 97 第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算 ? ?? ?22//mmNFmmNFFFTffVfTff????????????fh[ F12?tx xA300 200 200 ? ?kNkNFFFfwffffff167167 2222為焊縫連接的最大承載力解得：得：代入和將力????????????????????????xAyy 300 ox200 Page 98 第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算 1l2lTVFA1e2exx o1l2lTV FA1e2exxo BB問題： 圖 1中應(yīng)驗(yàn)算 點(diǎn)的角焊縫強(qiáng)度？ 圖 2中應(yīng)驗(yàn)算 點(diǎn)的角焊縫強(qiáng)度？