【文章內容簡介】 的是把變形規(guī)定放松，并給設計人員以更大的決定權。5. 一般構造規(guī)定167?！?67。，規(guī)定鋼板的最小厚度為4mm(原規(guī)定5mm)，鋼管的最小厚度為3mm，角鋼兩邊之和不宜小于90mm，最小厚度為4mm(焊接結構)和5mm(螺栓連接)。167。6. 溫度區(qū)段的規(guī)定167。　單層房屋和露天結構的溫度區(qū)段長度(伸縮縫的間距)，一般情況可不考慮溫度應力和溫度變形的影響。第3節(jié) 鋼材的疲勞和疲勞計算 影響鋼材的疲勞強度的主要因素鋼材在循環(huán)應力多次反復作用下裂紋生成、擴展以致斷裂破壞的現象稱為鋼材的疲勞或疲勞破壞。疲勞破壞時，截面上的應力低于鋼材的抗拉強度，甚至低于其屈服強度；破壞斷口較整齊，其表面有較清楚的疲勞紋理，該紋理顯示以某點為中心向外呈半橢圓狀放射型的海濱沙灘痕跡般的現象；通常沒有明顯的變形，呈現出突然的脆性破壞特征。鋼材的疲勞破壞除了與鋼材質量、構件幾何尺寸和缺陷等因素有關外，主要因素有：1. 應力集中程度(包括殘余應力)2. 應力幅Δσ(焊接部位：Δσ=σmax－σmin，非焊接部位為折算應力幅：Δσ=σmax－，以拉為正)3. 應力比ρ(非焊接部位，σmax和σmin分別為絕對值最大和最小應力，并常以σmax的應力為正)4. 應力循環(huán)次數n。鋼材的疲勞試驗表明，當鋼材、試件、試驗環(huán)境條件相同、并應力比ρ為定值時，最大應力σmax隨疲勞破壞時應力循環(huán)次數n的增加而降低，且曲線具有平行于n軸的漸近線。當n趨于很大時，σmax趨于常數，表示應力循環(huán)無窮多次試件不致發(fā)生疲勞破壞的循環(huán)應力σmax的極限值，稱為鋼材的疲勞強度極限或耐久疲勞強度。由于鋼材在n＞5106時的疲勞強度變化已趨很小，實用上常取相應于n=5106次的疲勞強度作為鋼材的耐久疲勞強度；相應于其它循環(huán)次數的疲勞強度σmax稱條件疲勞強度。在鋼材軋制和結構制造過程中，構件內將產生殘余應力。尤其在焊接結構中，焊接部位常有數值很高的焊接殘余應力，特別是殘余拉應力的峰值?？山咏蜻_到鋼材的屈服強度fy。因此，結構承受荷載時，截面上實際應力將是荷載引起的應力與其殘余應力的疊加。在殘余拉應力為fy或接近fy的區(qū)域，實際應力的變化大致是由fy開始向下變動一個應力幅?？紤]fy是常數，所以只有應力幅是變量。因此，對焊接結構采用應力幅Δσ來計算疲勞強度比采用名義應力比ρ的應力和最大應力σmax更為合理，試驗和分析研究都證實了這一點。 疲勞計算1. 常幅循環(huán)應力Δσ ≤[Δσ]焊接部位為應力幅　Δσ =σmax－σmin非焊接部位為折算應力幅　Δσ =σmax－　　C和n與構件和連接的連接類別有關，根據規(guī)范附錄E確定，說明：① Δσ是廣義應力幅，不僅代表正應力幅，還代表剪應力幅，具體根據計算部位確定是正應力還是剪應力。② 根據167。，計算疲勞時，應采用荷載的標準值，是因為實質上還在沿用容許應力設計法(容許應力幅，是現行鋼結構設計規(guī)范的一大缺點)；167。，計算疲勞時，動力荷載標準值不乘動力系數，動力影響已經包含以試驗為基礎的疲勞計算公式和參數中；計算吊車梁或吊車桁架及其制動結構的疲勞和撓度時，吊車荷載應按作用在跨間內荷載效應最大的一臺吊車確定。③ 根據167。，只有當應力循環(huán)次數n≥5104次以上時，才需要計算構件或連接的疲勞；當應力循環(huán)次數n≥5106次以后，一般不會再發(fā)生疲勞破壞，所以計算疲勞的最大循環(huán)次數可取5106。④ 容許應力幅與鋼材品種和強度無關，所以如果尺寸和構造完全一樣，則采用高強度鋼材并不能提高其疲勞強度。⑤ 附錄E中，構件和連接計算部位的應力集中越嚴重，殘余應力越大，疲勞類別就越高，疲勞強度就越低，故應在構造和形狀等方面盡量減少應力集中程度。⑥ 根據167。，在應力循環(huán)中不出現拉應力的部位可不計算疲勞，原因是壓應力一般不會引起微裂縫的發(fā)展。2. 變幅循環(huán)應力(1) 167。(應力循環(huán)內的應力幅隨機變化)疲勞，若能預測結構在使用壽命期間各種荷載的頻率分布、應力幅水平以及頻次分布總和所構成的設計應力譜，則可將其折算為等效常幅疲勞，按下式進行計算：Dse≤[Ds] ()式中 Dse——變幅疲勞的等效應力幅，按下式確定： ()∑ni——以應力循環(huán)次數表示的結構預期使用壽命；ni——預期壽命內應力幅水平達到Dsi的應力循環(huán)次數。實際上，由于ni較難確定，故難以用()計算Dse，實際工程設計一般采用下列近似方法計算。(2) 167。、中級工作制吊車桁架的疲勞可作為常幅疲勞，按下式計算： 式中　af——欠載效應的等效系數，；——循環(huán)次數n為2106次的容許應力幅， 采用。 構造要求167?！?67。 減小疲勞破壞的措施1. 合理設計：選材，截面，焊接，形式。2. 合理制造：減小焊接應力，刨邊，嚴格檢查。3. 合理使用：受拉部位不焊接掛物。第4節(jié) 鋼結構的連接 常用連接方法及其優(yōu)缺點1. 焊接：對接焊縫、角焊縫優(yōu)點：(1) 不需要打孔，省工省時，不削弱構件截面；　　　(2) 構造簡單，適應性強；(對接焊縫傳力平順，動力性能好，但施工較煩)　　　(3) 密封性好，剛度大。缺點：(1) 熱影響區(qū)材質變脆；　　　(2) 焊接殘余應力使鋼材易脆性破壞，降低結構和構件和剛度及穩(wěn)定性；焊接殘余變形需進行矯正；　　　(3) 裂縫易擴展，易低溫脆斷。2. 螺栓連接普通螺栓：有A級、B級和C級，其中A、B級為精制螺栓，C級為粗制螺栓。實際工程中主要采用C級普通螺栓，其優(yōu)點是施工方便，便于拆遷，但剪切變形大；高強度螺栓：受拉連接，變形小，強度高。受剪連接：摩擦型連接，受力性能好，變形小，剛度大，動力性能好；　　　　　承壓型連接，承載力高，但變形大。 對接焊縫的構造和計算1. 構造　坡口：不同厚度的鋼板應采用不同的坡口形式和尺寸(167。)。不等寬和不等厚的對接，采用不大于1:(承受動力荷載并需要計算疲勞的構件1:4)的坡度過渡，但厚度差不大于4mm時可采用焊縫找坡(167。)。焊接材料的選用原則，熔敷(即焊縫)金屬的強度不低于母材的強度。手工焊：Q235:采用E43系列型焊條；Q345:采用E50系列型焊條；Q390、Q420:采用E55系列型焊條。自動焊：Q235: A、B、C級F4A0H08A，D級F4A2H08A；Q345: F50F501H08A、H08MnA、H10Mn2；Q390: F501 H08MnA、H10MnH08MnMoA；Q420: F601 H10MnH08MnMoA。2. 計算167。 對接焊縫或對接與角接組合焊縫的強度計算。(1) 在對接接頭和T形接頭中，垂直于軸心拉力或軸心壓力的對接焊縫或對接與角接組合焊縫，其強度應按下式計算： () 式中 N——軸心拉力或軸心壓力；lw——焊縫長度；無引弧板和引出板施焊時，每條焊縫的長度計算時應各減去2t。t——在對接接頭中為連接件的較小厚度；在T形接頭中為腹板的厚度；、——對接焊縫的抗拉、抗壓強度設計值。焊縫質量要求：167。(2) 在對接接頭和T形接頭中，承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫或對接與角接組合焊縫，其正應力和剪應力應分別進行計算。但在同時受有較大正應力和剪應力處(例如梁腹板橫向對接焊縫的端部)，應按下式計算折算應力： 注：l 當直縫強度不夠時，可改用斜焊縫對接，只要焊縫與作用力間的夾角θ符合tanθ≤，其強度可不計算。2 當對接焊縫和T 形對接與角接組合焊縫無法采用引弧板和引出板施焊時，每條焊縫的長度計算時應各減去2t。 角焊縫的構造和計算1. 構造(1) 角焊縫兩焊腳邊的夾角(167。)：α一般為90o(直角角焊縫)。夾角α 135176?；颚? 60176。的斜角角焊縫，不宜用作受力焊縫(鋼管結構除外)。 (2) 角焊縫的尺寸應符合下列要求(167。)：1) 最小焊腳尺寸 (一般焊縫)對埋弧自動焊，最小焊腳尺寸可減小1mm；對T形連接的單面角焊縫，應增加1mm。當焊件厚度等于或小于4mm 時，則最小焊腳尺寸應與焊件厚度相同。2) 最大焊腳尺寸hfmax=板件(厚度為t)邊緣的角焊縫最大焊腳尺寸，尚應符合下列要求： 3) 側面角焊縫或正面角焊縫的最小計算長度lwmin= 8hf ≥ 40mm。4) 側面角焊縫的最大計算長度lwmax=60hf當實際焊縫計算長度大于上述數值時，其超過部分在計算中不予考慮。若內力沿側面角焊縫全長分布時，其計算長度不受此限。說明：上述四條構造要求中，前三條與第4)有兩點不一樣：① 前3條是構造限制，任何一條不滿足的焊縫就不能作為受力焊縫，只能按不受力的構造焊縫處理，而第4)僅是計算限制，實際焊縫可以任意長，只是計算時其長度只能取到lwmax；② 前3條對側面角焊縫或正面角焊縫或者兩者的混合都必須滿足，而第(4)僅對側面角焊縫限制(因正面角焊縫傳遞的內力沿焊縫長度基本上分布均勻，而側面角焊縫傳遞的剪力沿焊縫長度分布不均勻，兩頭大，中間小。)5) 角焊縫的兩焊腳尺寸一般為相等。當焊件的厚度相差較大且等焊腳尺寸不能符合第1)、2)條的要求時，可采用不等焊腳尺寸，與較薄焊件接觸的焊腳邊應符合hfmax的要求；與較厚焊件接觸的焊腳邊應hfmin的要求。(3) 角焊縫的其它構造要求見167。～167。2. 計算(1) 角焊縫的基本計算公式(167。) 式中 σf——按焊縫有效截面(helw)計算，σf⊥lw，但σf與he成45176。，并非真正的正應力；τf——按焊縫有效截面計算，沿焊縫長度方向的剪應力，即τf∥lw，且τf確是切應力；——角焊縫的強度設計值；βf——正面角焊縫的強度設計值增大系數：對承受靜力荷載和間接承受動力荷載的結構，βf =；對直接承受動力荷載的結構，βf = 1. 0。正面角焊縫(作用力垂直于焊縫長度方向，這時τf=0): 側面角焊縫(作用力平行于焊縫長度方向，這時σf=0): 說明角焊縫的強度設計值是根據側面角焊縫確定的，正面角焊縫的強度要比側面角焊縫高(βf≥)。(2) σf和τf計算1) 承受形心力作用(相對焊縫而言，構件是軸力或剪力) 式中 he——角焊縫的計算厚度，對直角角焊縫he=，hf為焊腳尺寸；lw——角焊縫的計算長度，對每條焊縫取其實際長度減去2hf；鋼管構件承受軸力，端焊縫按上式計算，而雙角鋼承受軸力則較復雜，具體計算如下 。① 兩側邊焊肢背一側承擔N1力，肢尖一側承擔N2。內力分配系數分別為k1和k2，見下表。角鋼組合k1k2等邊角鋼不等邊角鋼，長邊相連不等邊角鋼，短邊相連 進十法精確到10mm。 進十法精確到10mm。② 三面圍焊 進十法精確到10mm。 進十法精確到10mm。③ L形圍焊 進一法精確到8mm…… 進十法精確到10mm。2) 承受扭矩T和形心力N(橫向)、V(豎向)所謂扭矩是指其平面與計算平面平行的力矩。 3) 承受彎矩M和形心力N(橫向)、V(豎向)所謂彎矩是指其平面與計算平面垂直的力矩。 普通螺栓連接的構造和計算1. 構造直徑：M1M1M1M1MM2M2M30螺栓孔： M1M1M16 d0=d+1mmM1MM24 d0=d+M2M30 d0=d+2mm性能等級：、排列考慮構造要求、受力要求和施工要求。2. 計算(1) 受剪連接1) 破壞形式：①螺栓桿被剪斷②螺栓孔承壓破壞③構件端部被剪壞④構件凈截面強度破壞其中①和②通過螺栓連接計算來防止，③通過限制端距來防止，④通過構件凈截面強度計算防止。2) 單個螺栓受剪承載力螺栓桿被剪斷的承載力設計值 螺栓孔承壓破壞的承載力設計值 實際計算以兩者中的較小者控制： 當連接一側兩端排螺栓的距離l0較大時，與側面角焊縫的應力分布相類似，也是兩頭大中間小，所以也應該進行折減：當 15d0＜l0 ≤60d0時，折減系數當 l0＞60d0時，折減系數 3) 螺栓群受剪計算① 承受形心力N 一般求所需要的螺栓數： 再按排列構造要求布置螺栓。② 承受形心力N(橫向)和V(豎向)、扭矩T (2) 受拉連接1) 破壞形式：有螺紋的橫截面面積最小，所以一般都會在該部位被拉斷。2) 單個螺栓受拉承載力設計值 3) 螺栓群受拉計算① 承受形心力 一般按上式計算所需要的螺栓數： 再按排列構造要求布置螺栓。② 承受形心拉力N和彎矩M(一般C級普通螺栓不宜同時受拉受剪) 　　當≥0時，說明所有螺栓均受拉，按下式計算抗拉強度：當﹤0時，說明端板與柱翼緣之間存在壓力，而該壓力端板與柱翼緣之間直接承壓傳遞，螺栓反而松弛退出工作。常用的計算方法是假定受壓一側最外排螺栓軸線為中和軸，忽略端板與柱翼緣之間存在的壓力影響，對中和軸取矩，按下式計算抗拉強度： 高強度螺栓連接的構造和計算1. 構造直徑： MM2M2M30螺栓孔： MM24