六钢结构构件

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1、钢 结 构 构 件 第一节 钢结构的特点及应用 一、钢结构的特点 1 1、材料强度高、强重比大；塑性、韧性好。、材料强度高、强重比大；塑性、韧性好。 2 2、材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高。、材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高。 3 3、工厂化生产，工业化程度高，施工速度快。、工厂化生产，工业化程度高，施工速度快。 4 4、钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。、钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。 二、钢结构的应用 1 1、重型结构及大跨度建筑结构。、重型结构及大跨度建筑结构。 二、钢结构的应用 2 2、多层、高层及超高层建筑结构。、多层、高层及超高层建筑结构。 二、钢结构的应用 3

2、3、塔桅等高耸结构。、塔桅等高耸结构。 二、钢结构的应用 4 4、钢混凝土组合结构。、钢混凝土组合结构。 第二节 钢结构的设计方法 极限状态设计法极限状态设计法 承载能力极承载能力极 限状态限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态 经济、安全、适用、耐久经济、安全、适用、耐久 强度破坏强度破坏 疲劳破坏疲劳破坏 丧失稳定丧失稳定 变为可变体系变为可变体系 第二章 钢结构的材料 第一节 钢结构对钢材性能的要求 钢钢 材材 性性 能能 要要 求求 较高的强度较高的强度 足够的变形能力（较好的塑性和韧性）足够的变形能力（较好的塑性和韧性） 良好的加工性能良好的加工性能 钢 材 的 主 要 力 学 性

3、 能 强度 塑性 冲击韧性 冷弯性能 可焊性 Z向收缩率 屈服强度fy 为设计依据 抗拉强度fu为安全储备 伸长率、断面收缩率衡量 钢材承受动力荷载的能力钢材承受动力荷载的能力 是判别钢材塑性及冶金质 量的综合指标 第三节 钢材的主要力学性能 一、强度 n强度体现了材料的承载能力，主要指标有 屈服点fy 和抗拉强度fu ，通过静力拉伸试 验得到。 n屈服点 ：为设计时钢材可达到的最大应力 。 n 抗拉强度 fu是钢材破坏前能够承受的最大 应力。钢材达到 fu 时，已产生很大塑性变 形而失去使用性能，但fu 高则可以增加结 构的安全保障，故fu/fy 的值可看作钢材强 度储备系数。 根据钢材单向

4、拉伸性能曲线，工程应用中， 钢材的性能按理想弹塑性体考虑，fy定为钢 材拉、压强度标准值。 A B C O D 二、塑性 n 钢材的塑性为当应力超过屈服点后， 能产生显著的残余变形（塑性变形） 而不立即断裂的性质。塑性好坏可用 伸长率和断面收缩率表示。通过静 力拉伸试验得到。 伸长率 n伸长率为试件拉断时原标距间长度 伸长值与原标距比值的百分率。 n L1 为试件拉断后标距间长度。 断面收缩率 n断面收缩率是指试件拉断后，颈缩区的断 面面积缩小值与原断面面积比值的百分率 。 A0 试件原来的断面面积； A1 试件拉断后颈缩区的断面面积； n 结构或构件在受力时（尤其承受动力荷载 时）材料塑性好

5、坏往往决定了结构是否安 全可靠，因此钢材塑性指标比强度指标更 为重要。 三、冲击韧性 n钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂的过 程中吸收能量的能力，也是表示钢材抵抗 因冲击荷载、应力集中等而致脆性断裂能 力的一项机械性能，它是强度与塑性的综 合表现。 n用 材料在断裂时所吸收的总能量来量度， 其值为图中应力应变曲线与横坐标所包围 的总面积，面积越大韧性越高。 四、可焊性 n钢材的可焊性是指在一定工艺和结构条件 下，钢材经过焊接能够获得良好的焊接接 头的性能。 n可焊性分为施工上的可焊性和使用性能上 的可焊性。 n施工上的可焊性指对产生裂纹的敏感性， 使用性能上的可焊性是指焊接构件在焊接 后的力学

6、性能是否低于母材。 五、冷弯性能 n冷弯性能是指钢材在冷加工（常温下 加工）产生塑性变形时，对产生裂缝 的抵抗能力。冷弯性能用试验方法来 检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变 形性能，检查试件弯曲部分的外面、 里面和侧面是否有裂纹、裂断和分层 。 六、耐久性 n耐久性需要考虑的有：耐腐蚀性、“时 效”现象、疲劳现象等。 n 时效：随着时间的增长，钢材的力 学性能有所改变。 n 疲劳：多次反复荷载作用下，钢材 低于屈服点fy 发生的破坏。 七、钢材Z向收缩率 n当钢材较厚时，或承受沿厚度方向的 拉力时，要求钢材具有板厚方向的收 缩率要求，以防厚度方向的分层、撕 裂。 第四节 复杂应力作用下结构钢材的

7、屈服条件 只有正应力只有正应力 只有剪应力只有剪应力 既有正应力又有剪应力既有正应力又有剪应力 第五节 钢材的破坏形式 塑性破坏 脆性破坏 疲劳破坏 破坏时有很大的塑性变形 破坏突然、几乎不出现塑性变形 没有明显变形的突然破坏 原因：1、钢材质量差 2、结构、构件的构造不当 3、制造安装质量差 4、结构受较大动力荷载 第六节 结构钢材的种类及其选用 一、钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类一、钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类 n钢材牌号由：“Q、屈服点值、质量等级、脱氧方法”四部 分组成。 nQ：表示“屈”字拼音首位字母，意为“屈服强度”； n质量等级：分AE五级（字序越高质量越好）； n脱氧

8、方法：F沸腾钢；Z镇静钢（一般省略）； n b半镇静钢；TZ特殊镇静钢。 n注：炭素结构钢分：A、B、C、D 四级，含所有脱氧方法 ；低合金结构钢分：A、B、C、D、E五级，只有镇静钢 和特殊镇静钢。 n 如前所述建筑结构用钢，宜选炭素结构钢中的Q235 及低合金钢中的Q345、Q390、Q420四种钢材。 n钢结构所用的钢材主要有：圆钢、角 钢、槽钢、工字钢、钢管、“H”型钢 和一些冷弯薄壁型钢。 二、结构钢材选材原则 2 2、荷载性质、荷载性质 1 1、结构或构件的重要性、结构或构件的重要性 4 4、应力特征、应力特征 3 3、连接方法、连接方法 5 5、结构的工作温度、结构的工作温度 6

9、 6、钢材厚度、钢材厚度 第三章 钢结构的连接 第一节第一节 连接分类及特点连接分类及特点 一、连接概述一、连接概述 连连 接接 焊缝连接焊缝连接 紧固件连接紧固件连接 连接方法 优 点 缺 点 焊 接 对几何形体适应性强，构造简 单，省材省工，易于自动化， 工效高 对材质要求高，焊接程序严格 ，质量检验工作量大 铆 接 传力可靠，韧性和塑性好，质 量易于检查，抗动力荷载好 费钢、费工 普通螺栓 连接 装卸便利，设备简单 螺栓精度低时不宜受剪，螺栓 精度高时加工和安装难度较大 高强螺栓 连接 加工方便，对结构削弱少，可 拆换，能承受动力荷载，耐疲 劳，塑性、韧性好 摩擦面处理，安装工艺略为复

10、杂，造价略高 射钉、自 攻螺栓连 接 灵活，安装方便，构件无须予 先处理，适用于轻钢、薄板结 构 不能受较大集中力 二、焊缝连接二、焊缝连接 焊接优点焊接优点 用料经济用料经济 不削弱截面不削弱截面 连接密封性好、整体性好连接密封性好、整体性好 焊接缺点焊接缺点 焊接部位附近材质变脆焊接部位附近材质变脆 产生残余应力及残余应变产生残余应力及残余应变 焊缝连接形式和种类 按被连接钢材的相对位置分 按施焊的方位分 对接、搭接、T行连接、角接 平焊、立焊、横焊、仰焊 角焊缝 对接焊缝 对接焊缝：对接焊缝：在两焊件连接面的间隙内，用溶在两焊件连接面的间隙内，用溶 化的焊条金属填设，并与焊件溶化部分相结

11、化的焊条金属填设，并与焊件溶化部分相结 合，形成的焊缝。合，形成的焊缝。 角焊缝：角焊缝：焊缝金属填充在被连接件形成的直焊缝金属填充在被连接件形成的直 （斜）角区域内的焊缝。（斜）角区域内的焊缝。 焊接质量检验 焊缝质量检验方法分： 外观检查、超声波探伤检验、X射线检验。 焊缝质量分三级: 一级焊缝需经外观检查、超声波探伤、x射线 检验都合格； 二级焊缝需外观检查、超声波探伤合格； 三级焊缝需外观检查合格。 三、铆钉、螺栓连接三、铆钉、螺栓连接 铆钉连接铆钉连接 普通螺栓连接普通螺栓连接 高强度螺栓连接高强度螺栓连接 承压型承压型 摩擦型摩擦型通过摩擦力抗剪通过摩擦力抗剪 通过孔壁与螺栓杆通过

12、孔壁与螺栓杆 相互挤压抗剪相互挤压抗剪 第二节第二节 对接焊缝连接设计对接焊缝连接设计 一、对接焊缝的构造一、对接焊缝的构造 焊接材料与构件钢材匹配焊接材料与构件钢材匹配 Q235用E43 Q345用E50 对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式 厚度不等的两钢板的对接厚度不等的两钢板的对接 关于用引弧板焊接的问题关于用引弧板焊接的问题 a）直边缝：适合板厚t 10mm b）单边V形：适合板厚t 1020mm c）双边V形：适合板厚t 1020mm d）U形：适合板厚t 20mm e）K形：适合板厚t 20mm f）X形：适合板厚t 20mm 对接焊缝的形式： 对接焊缝的构造 n在对接焊缝的拼接

13、处，当焊件的宽度 不同或厚度相差4mm以上时，应分别 在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧 做成坡度不大于1:2.5的斜角，以使截 面过渡和缓，减小应力集中。 二、对接焊缝的计算 对接焊缝的强度与所用钢材的牌号、焊条型号及 焊缝质量的检验标准等因素有关。 如果焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度 是高于母材的。全由于焊接技术问题，焊缝中可能 有气孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷。实验证明， 焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，故可 认为受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等，但受 拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感。当缺陷面积与焊件 截面积之比超过5%时，对接焊缝的抗拉强度将明 显下降。由于三级检验的焊缝允许

14、存在的缺陷较多 ，故其抗拉强度为母材强度的85%，而一、二级 检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。 对接焊缝的应力分布认为与焊件原来的应力分 布基本相同。计算时，焊缝中最大应力（或折算应 力）不能超过焊缝的强度设计值。 n 轴心拉力或压力; n 焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝长度取实 长减去2t，有引弧板时，取实长; n 平接时为焊件的较小厚度，顶接时取腹板厚; 、 对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。 或fcw 1、轴心受力的对接焊缝 n在一般加引弧板施焊的情况下，所有受 压、受剪的对接焊缝以及受拉的一、二 级焊缝，均与母材等强，不用计算，只 有受拉的三级焊缝才需要进行计算。 n当直焊缝不

15、能满足强度要求时，可采用 斜对接焊缝。当斜焊缝倾角56.3， 即tg1.5时，可认为与母材等强，不 用计算。 fvw对接焊缝抗剪强度设计值 斜对接焊缝的计算斜对接焊缝的计算 2、承受弯矩和剪力联合作用的对接焊缝 由于焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分别为三角 形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。 焊缝截面抵抗矩 焊缝截面上计算点处以上截面对中和轴的面积矩 对于腹板和翼缘的交界点，正应力、剪应力虽不是最大， 但都比较大，所以需验算折算应力，即： 1、1为腹板与翼缘交界点处的正应力和剪应力；1.1为 考虑到最大折算应力只在部分截面的部分点出现，而将强 度设计值适当提高。 3、承受轴心力

16、，弯矩和剪力联合作用的 对接焊缝 当轴心力与弯矩、剪力联合作用 时，轴心力和弯矩在焊缝中引起的正 应力应进行叠加，剪应力仍按上面的 式验算，折算应力仍按上面的式验算 。 例题1 试验算下图所示钢板的对接焊缝的强度 。图中a=540mm,t=22mm，轴心力的设计 值为N=2500kN。钢材为Q235-B，手工焊 ，焊条为E43型，三级检验标准的焊缝，施焊 时加引弧板。 第三节第三节 角焊缝连接设计角焊缝连接设计 一、角焊缝形式一、角焊缝形式 正面角焊缝正面角焊缝 侧面角焊缝侧面角焊缝 斜角焊缝斜角焊缝 二、角焊缝截面形状二、角焊缝截面形状 直角角焊缝直角角焊缝 斜角角焊缝斜角角焊缝 三、角焊缝的尺寸要求三、角焊缝的尺寸要求 最小焊角尺寸最小焊角尺寸 最大焊角尺寸最大焊角尺寸 侧面角焊缝的侧面角焊缝的 最小计算长度最小计算长度 侧面角焊缝的侧面角焊缝的 最大计算长度最大计算长度 四、直角角焊缝的强度验算四、直角角焊缝的强度验算 四、直