中南大学钢结构复习提要

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1、中南大学中南大学钢结构钢结构复习提要复习提要一、课程的任务与要求一、课程的任务与要求1、本课程的任务，通过理论学习和设计计算训练，使学生熟悉钢结构构件的类型、构造，掌握各种基本构件的设计原理和方法；具备一般工业与民用建筑钢结构设计的基本技能；为将来从事建筑钢结构的设计、施工打下坚实的基础。2、课程教学的基本要求教学过程中要注意理论联系实际，突出基本理论的应用，重点使学生掌握钢结构构造的方法和规范的应用。通过作业练习和课程设计，强化学生对规范条文的理解的设计技能，达到能熟练地运用钢结构设计规范进行构件和连接的设计。二、教学内容及重点、难点如下：教学内容及重点、难点如下：第一章 概述（一）教学内容

2、1钢结构的特点和应用；2钢结构的计算原理和计算方法；3. 钢结构的设计原理；（二）要求掌握内容（二）要求掌握内容：了解钢结构的特点及其在工程中的应用；掌握钢结构设计规范中采用的设计方法。1. 结构的设计目的使所设计的结构满足各种预定的功能要求。安全性：结构能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种作用，在偶然事件发生时及发生后，任能保持必需的整体稳定性、不致倒塌。适用性：结构在正常使用时具有良好的工作性能，满足预定的使用要求，如不发生影响正常使用的过大变形、振动等。耐久性：结构在正常维护下，随时间变化任能满足预定的功能要求，如不发生严重锈蚀而影响寿命。2恒载（永久荷载）设计基准期内，不随时间变化

3、或其变化与平均值相比很小的荷载。3.活载（可变荷载）设计基准期内，随时间变化或其变化与平均值相比很小的荷载。4. 结构所受作用：作用：使结构产生内力、变形、应力和应变的所用原因。1）直接作用：施加在结构上的荷载（自重，风荷载、雪荷载及活荷载）2）间接作用：引起结构变形和约束变形从而产生内力和其它作用（地震、基础沉降、温度变化、焊接等）5. 作用效应：结构上作用引起的结构或其构件内力和变形（弯矩、轴力、剪力、扭矩、挠度、转角等）。6. 承载力极限状态极限准则：1）最大承载力2）不适于继续承载变形7. 正常使用极限状态对钢结构来说，控制结构构件刚度，避免出现影响正常使用的过大变形或动力作用下的较大

4、振动。8钢结构的设计方法1）概率极限状态设计法（作用效应和构件抗力之间的关系设计法）2）分项系数表达法第二章：钢结构的材料（一）教学内容：1建筑钢材的两种破坏形式；2钢材的主要性能；3影响钢材主要性能的因素：4建筑钢材的种类和规格，合理的选择建筑钢材。（二）重点掌握知识点：（二）重点掌握知识点：1掌握钢材的两种破坏形式；塑性破坏和脆性破坏及各自破坏时的特点2掌握钢材力学性能及其技术指标：力学性能有：屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、冲击韧性及可焊性1）掌握钢材的主要性能（1）钢材的静力工作性能抗拉强度、屈服强度、伸长率、冷弯 180 度（2）钢材的动力工作性能冲击韧性、允许应力幅3掌握影响

5、钢材力学性能的主要因素；化学成分、冶炼和轧制、钢材的硬化、温度、复杂应力和应力集中的影响、残余应力、钢材的疲劳4应力集中：应力集中概念、应力集中的原因、应力集中的后果、改善和避免应力集中的措施5掌握我国钢结构常用钢材的种类、牌号，能正确选用钢材1）钢材的品种和牌号碳素结构钢低合金结构钢2）钢材的选择6什么是钢材的时效硬化与冷作硬化？它们对钢材性能有什么影响？7掌握建筑钢材的不同分类：按化学成分分；按用途分；按冶炼方法分及按浇铸方法分。8钢材的疲劳破坏和脆性短裂1）钢材的疲劳破坏2）钢材疲劳破坏的特征3）钢材疲劳破坏的原因4）钢材疲劳破坏的影响因素第三章：钢结构的连接（一）教学内容1钢结构的连接

6、方法；2焊缝连接的特性；3对接焊缝的构造和计算；4角焊缝的构造和计算；5焊接残余应力和焊接残余变形；6普通螺栓连接的构造和计算；7高强度螺栓连接的性能和计算。（二）重点掌握知识点（二）重点掌握知识点1.钢结构的连接方法有：焊接连接，铆钉连接，螺栓连接 连接方法 优 点 缺 点 焊接连接 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 铆接连接 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

7、，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好 摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高 2. 对接焊缝的优缺点 优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。 缺点：需剖口，焊件长度要精确。 3. 对接焊缝的构造处理 （1）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去 5mm。 （2）变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于 1：4 的斜面，避免应力集中。 （3）变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于 1：4 的斜边，避免应力集中。 4.对接焊缝的计算轴心受力的对接焊缝： w cw t wfftlN或斜向受力

8、的对接焊缝： 同时受弯、剪时，分别验算最大正应力、最大剪应力 5.角焊缝的计算角焊缝的计算包括如下几个类型：（1）端缝 （正面角焊缝）（2）侧缝 （侧面角焊缝）6.角钢与连接板之间的连接方式：可采用两侧焊、三面围焊和 L 形围焊三种方式7.普通螺栓连接的计算螺栓的承载力每个普通螺栓的抗剪承载力 ： 每个普通螺栓的承压承载力： 式 中： nv受剪面数 d 螺杆直径 同一方向承压构件较小总厚度 、 螺栓抗剪、抗压强度设计值 8.根据受力性能不同，高强度螺栓可分为：摩擦型、承压型和承拉型对接焊缝计算对接焊缝计算例 1.某 6m 跨度简支梁的截面和荷栽（含梁自重在内的设计值）如图3.14。在距支座 2

9、.4m 处有翼缘和腹板的拼接连接，实验算其拼接的对接焊缝。已知钢材为 Q235，采用 E43 型焊条，手工焊，三级质量标准，施焊时采用引弧板。解：解：计算焊缝截面处的内力mkNmkNqabM8 .1036)4 . 20 . 6(4 . 22402121kNkNalqV1444 . 2324021 计算焊缝截面几何特征值： 4643310289810002401032250121mmmmIW363610616. 5516102898mmmmWW363 110032. 250816250mmmmSW363 110282. 325010500mmmmSSWW 计算焊缝强度查附表得 2/185mmNf

10、w t2/125mmNfw v22 66max/185/6 .18410616. 5108 .1036mmNfmmNWMw t W 22 663max/125/3 .161010289810282. 310144mmNfmmNtIVSw v wWW2 max0 1/9 .1786 .18410321000mmNhh2 663 1 1/1 .101010289810032. 210144mmNtIVSwWW折算应力：22222 12 1/5 .2031851 . 11 . 1/8 .1791 .1039 .1783mmNfmmNw t角焊缝计算：角焊缝计算：例 2. 设计图示双盖板对接连接。已知

11、钢板宽 a=240mm，厚度 t=10mm，钢材为 Q235 钢，焊条为 E43，手工焊，轴力设计值 N=550KN。解解：（1）确定盖板尺寸为了保证施焊，盖板 b 取为 b=240mm-40mm=200mm按盖板与构件板等强度原则计算盖板厚度取 t1=6mmmmt62002102401(2) 计算焊缝按构造要求确定焊角高度 hfmmthf74. 45 . 1maxmint1=6mm hfmaxt1=6mm 因此取 hf=6mm若只设侧面角焊缝，则每侧共有四条焊缝，每条角焊缝长度为mmmmmmfhNlw ffw2051016067 . 0410550107 . 043 取 所需盖板全长mmmm

12、lw200210mmmmllw430102若采用三面围焊，则端缝承载力为KNNfbhNw ffe32832793616022. 167 . 0200221每条焊缝的长度为：mmmmmmfhNNlw ffw88516067 . 0410)328550(57 . 043 1取 所需盖板全长mmlw90mmmmllw190102普通螺栓连接计算：普通螺栓连接计算：例 3两截面为-40012 的钢板，采用双盖板，C 级普通螺栓拼接，螺栓采用 M20，钢板为 Q235，承受轴心拉力设计值 N=870KN，试设计此连接。（ ）2/130mmNfb v2/305mmNfb cmmd5 .210解：解：（1）

13、选定连接盖板截面采用双盖板截面，强度不低于被连接构件，故选截面为-4006，Q235钢。（2）计算所需螺栓数目和排列布置单个螺栓抗剪承载力设计值：NfdnNb vvb V813811304202422 单个螺栓抗压承载力设计值为： NftdNb cb c732003051220取 n=1288.1173200850000minbNNn(3)验算连接板件的净截面强度连接钢板与盖板受最大内力相同，均为 N，且两者在最大内力处的材料、净截面均相同。按螺栓孔径 d0=21.5mm 计算2 03768125 .214400mmtndbAn（不满足要求）22/215/89.2303768870000mmN

14、mmNANn第四章：轴心受力构件（一）教学内容1轴心受力构件的应用和截面形式；2轴心受拉构件的受力性能和计算；3轴心受压构件的受力性能和整体稳定计算；4轴心受压构件的局部稳定计算；5实腹式轴心压杆的截面设计；6格构式轴心压杆设计；7柱头的构造设计；8柱脚设计。（二）重点掌握知识点（二）重点掌握知识点1. 轴心受力构件正常工作的基本要求：满足强度、刚度及稳定性条件2掌握轴心受力构件的强度与刚度设计准则和计算方法3了解轴心受压构件弯曲屈曲，扭转屈曲，弯扭屈曲临界力的确定方法4掌握轴心受压构件整体稳定设计准则，影响轴心受压杆整体稳定的因素及规范采用的设计方法5影响轴心受压构件整体稳定性的因素有哪些？

15、长细比是主要影响因素，除此之外还分别有：构件初始缺陷、加工制作过程中产生的残余应力、杆件轴线的初始弯曲及轴向力的初始偏心等因素。6建立薄板稳定的基本概念；掌握由薄板临界力导出的实腹式轴心受压构件腹板，翼缘保证局部稳定的宽厚比限值7掌握实腹式轴心压杆的截面设计方法和柱身构造要求8掌握格构式轴心压杆对虚轴的换算长细比的概念；掌握格构式轴心压杆的截面设计、缀件设计及柱身构造要求9掌握柱头、柱脚的构造，会分析柱头、柱脚的传力并正确计算例：例：某焊接工字形截面柱，截面几何尺寸如图所示。柱的上、下端均为铰接，柱高 4.2m，承受的轴心压力设计值为 1000kN，钢材为 Q235，翼缘为火焰切割边，焊条为 E43 系列，手工焊。试验算该柱是否安全。 解：已知 lx= ly =4.2m，f=215N/mm2。 计算截面特性： A=2251220.6=63.2cm2， Ix=225111.520.6223/12=7144.9cm4， Iy=21253/12=2604.2cm4， cm63.10/AIixx，cm42. 6/AIiyy。 验算整体稳定