钢结构知识要点

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1、第一章 绪论 1 钢结构的特点钢结构的特点：1 轻质高强；2 塑性韧性好；3 材质均匀、各项同性、与力学假定吻合、 计算结果精确可靠；4 制造简便、拆卸搬运方便、施工周期短；5 密闭性好、不渗漏；6 耐热性好、耐火性差；7 耐腐蚀性差。 2 钢结构的应用范围钢结构的应用范围：1 大跨度结构；2 重型工业厂房；3承受动力荷载或地震作用的结构； 4高层建筑与高耸结构；5 道路桥梁结构；6 水利水工结构；7 轻型房屋钢结构；8 可拆卸、 移动房屋及移动结构；9 建筑小品 3 钢结构的结构形式钢结构的结构形式：桁架结构 框架结构 网络结构 拱与拱架结构 板式结构 张拉结构 4 钢结构的发展方向钢结构的

2、发展方向：1 高效能钢材的发展和应用；2 钢结构设计方法的改进；3 结构形 式的革新；4 钢结构的加工制造。 5 塑性塑性：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。 6 韧性韧性：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。 7 极限状态极限状态：当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求 时，此特定状态称为结构的极限状态。 8 承载能力极限状态承载能力极限状态：结构和连接的强度破坏、疲劳破坏和过度变形而不适于继续承载， 结构和构件失稳、倾覆、变为机动体系。 9 正常使

3、用极限状态包括正常使用极限状态包括：影响正常使用或外观的变形、影响正常使用的振动、影响正常 使用的或耐久性的局部破坏等状态。 （要求分别采用荷载的标准组合、频遇组合和准永久组 合，并使变形等不超过相应的规定限值。 ） 10 可靠度可靠度：结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。用Ps表示。 11 失效概率失效概率：结构不能完成预定功能的概率。用Pf表示。 12 全概率设计法全概率设计法：对结构的各种基本变量均采用随机变量或随机过程来描述，对结构进行 精确的概率分析，求得结构最优失效概率作为结构可靠度的直接度量。 13 结构优化设计结构优化设计：以质量最轻和造价最低为目标，包括确定最

4、优结构方案和最优截面尺寸。第二章 钢结构的材料 1 钢结构对材料的要求：钢结构对材料的要求：1 较高的抗拉强度fu和屈服点fy；2 较好的塑性、韧性；3 良好 的工艺性能（冷、热加工，可焊性） ；4 对环境的良好适应性。 2 塑性破坏：塑性破坏：破坏前有明显的塑性变形，破坏过程长，断口发暗，可以采取补救措施。 3 脆性破坏：脆性破坏：破坏前没有明显的变形和征兆，破坏时的变形远比材料应有的变形能力小， 破坏突然，断口平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。 4 有屈服点钢材有屈服点钢材-曲线阶段：曲线阶段：弹性阶段 弹塑性阶段 塑性阶段 应变硬化阶段 颈缩阶 段 5 钢材主要性能：钢材主要性能：1 单项

5、均匀拉伸性能：弹性模量 剪切模量（屈服点 抗拉强度 伸长率 断面收缩率）2 冷弯性能：试件外表面有无裂纹和分层判断 3 冲击韧性 6 单向拉伸时钢材的机械性能指标：单向拉伸时钢材的机械性能指标：屈服点 抗拉强度 伸长率 断面收缩率 7 屈服点屈服点fy：应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力，它是衡量钢材的承载能力和 确定钢材强度设计值的重要指标。 8 抗拉强度抗拉强度fu：应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材最大的抗拉强度。 9 伸长率伸长率=（L L。 ）/ L。 100 10 断面收缩率断面收缩率=（A。 A）/ A。100 11 冷弯性能：冷弯性能：衡量钢材在冷加工（常温）塑性变形

6、时抵抗裂纹的能力。12 冲击韧性：冲击韧性：衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应力作用下抗脆性破坏能力的指标，用 断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。 13 可焊性：可焊性：指采用一般焊接工艺就可达到合格焊缝性能。具体变现为：施工上正常焊接工 艺下，焊缝不出现裂纹；使用上焊缝力学性能不低于母材力学性能。 14 影响钢材性能的主要因素：影响钢材性能的主要因素：化学成分影响；冶炼、烧制、轧制过程及热处理的影响；钢 材的硬化；温度影响；应力集中影响；重复荷载作用影响；复杂应力作用下钢材的屈服条 件。 15 钢材化学成分：钢材化学成分： 碳（C）：钢材强度的主要来源，随其含量增加，强度增加，塑性

7、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）：有害元素，热脆性。不得超过0.05%。 磷（P）：有害元素，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1600，可消除一部分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，与S相似。 氮（N）：有害杂质，与P相似。 铜（Cu）：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影响。 16 钢材生产过程：钢材生产过程：冶炼

8、浇注 轧制 热处理 17 常见的冶金缺陷有：常见的冶金缺陷有：偏析（化学成分分布的不均匀程度） 非金属夹杂 气孔 裂纹等。 18 常用脱氧剂：常用脱氧剂：锰 硅 铝（钛） 逐渐增强 19 薄钢板的优点：薄钢板的优点：压制次数多的薄钢板缺陷少，比厚钢板强度高，塑性和冲击韧性好。 20 热处理的目的：热处理的目的：使钢材既获得高强度，又保持良好的塑性和韧性。 21 热处理方式：热处理方式：正火（加热至850至900度 空气自然冷却） 回火（加热至650度 空气自然 冷却） 淬火（加热至900度以上 放入水或油中快速冷却） 淬火+回火（调制处理） 22 冷作硬化：冷作硬化：当荷载超过材料比例极限卸载

9、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” 。 23 时效硬化：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。 24 应变时效：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” 。 25 低温冷脆：低温冷脆：当温度低于常温时，钢材的脆性倾向随温度降低而增加，材料强度略有提高， 但其塑性和韧性降低，该现象称为低温冷脆。 26 应力集中：应力集中：构件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，应力线变曲折， 缺陷处有高峰应力。 27 钢材的疲劳：钢材的疲劳：在循环荷载（连

10、续反复荷载）作用下，经过有限次循环，钢材发生破坏的 现象，称之为疲劳。 【破坏的表现】：突然发生的脆性断裂。 【机理】：是累积损伤的结果。 缺陷微观裂纹宏观裂纹。 【破坏的特征】：属于脆性破坏，截面平均应力小于屈服点。 28 防止钢材的脆性破坏措施：合理的设计 正确的制造 正确的使用（对于设计工作，要适 当选择材料和正确处理细部构造设计，也不能忽视制造工艺的影响，并提出使用期应注意 的主要问题。 ） 29 应力循环：应力循环：构件截面应力随时间的变化。 30 应力幅：应力幅：在循环荷载作用下，应力从最大到最小重复一次为一次循环，最大应力与最小 应力之差为应力幅。 31 变幅循环应力的合理验算方

11、法：变幅循环应力的合理验算方法： 将变幅应力谱按各应力幅出现的概率，根据线性积累损伤原理，找出应力幅为常数的等效应力幅，然后按常幅疲劳验算。 32 缺陷种类：缺陷种类：材料内部缺陷 构造缺陷（应力集中） 残余应力 33 注：注：一、疲劳强度计算用容许应力幅法容许应力幅法，荷载应采用标准值标准值，不考虑荷载分项系数荷载分项系数和动动 力系数力系数，而且应力按弹性工作弹性工作计算。二、在完全压应力（不出现拉应力）循环中，裂纹不 会继续发展，故规范规定此种情况可不予验算。三、根据试验，可认为，疲劳容许应力幅疲劳容许应力幅 与钢种钢种无关。 34 钢材按脱氧程度分类：钢材按脱氧程度分类： 沸腾钢 半镇

12、静钢 镇静钢 特殊镇静钢 35 钢的种类：钢的种类：碳素结构钢 低合金高强度结构钢 36 钢材选用原则：钢材选用原则：结构的重要性 荷载情况 连接方法 工作条件 钢材厚度 37 钢材规格：钢材规格：热轧钢板 热轧型钢（角钢 工字钢 槽钢 H型钢 T型钢 钢管） 薄壁型钢第三章 钢结构的连接 1 钢结构的连接原则钢结构的连接原则：安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便、节约钢材。 2 钢结构的连接方式钢结构的连接方式：焊缝连接 镏钉连接 螺栓连接 3 焊缝连接焊缝连接 优点优点：不削弱截面，方便施工，易于自动化操作，连接刚度大；缺点缺点：材质易 脆，存在残余应力，对裂纹敏感，低温冷脆。 4 常用

13、焊接方法常用焊接方法：手工电弧焊 埋弧焊（自动或半自动）气体保护焊 电阻焊 5 铆钉连接铆钉连接 优点优点：连接刚度大，塑性和韧性好，传力可靠，适于直接承受动力荷载；缺点缺点： 用钢量多，对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，施工速度慢。 6 普通螺栓连接普通螺栓连接 优点优点：施工简单、拆装方便。缺点缺点：用钢量较多，适用于安装连接和需要 经常拆装的结构。 7 高强度螺栓连接高强度螺栓连接：与普通螺栓连接的区别与普通螺栓连接的区别：材料强度高，施工时给螺栓杆施加很大的预 拉力。分为分为摩擦型：以摩擦力被克服作为承载能力的极限状态，承受动力荷载。承压型： 以螺栓杆被剪坏和孔壁承压破坏作为

14、承载能力的极限状态，不直接承受动力荷载。 8 焊接连接形式焊接连接形式：平接 搭接 T型连接 角部连接 9 焊缝形式焊缝形式：对接焊缝（正 斜 T型） 角焊缝（正面角焊缝长度方向与力垂直，侧面角焊 缝长度方向与力平行） 10 焊缝按分布不同分为焊缝按分布不同分为：连续角焊缝 断续角焊缝 11 焊缝按施焊位置分为焊缝按施焊位置分为：平焊（俯焊） 立焊 横焊 仰焊 12 焊缝缺陷分为焊缝缺陷分为：热裂纹 冷裂纹 气孔 烧穿 夹渣 根部未焊透 边缘未融合 焊缝层间未 融合 咬边 焊瘤 13 焊缝质量检查焊缝质量检查：外观检查（检查外观缺陷和几何尺寸） 内部无损检验（检验内部缺陷 超声波 磁粉检验 荧

15、光检验等） 13 引弧板作用引弧板作用：对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后将其切 去；不能做引弧板时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去2t1，t1较薄焊件厚度。 13.5 对接焊缝分为对接焊缝分为：焊透 部分焊透 （动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受 力方向的连接焊缝；） 14 角焊缝的形式角焊缝的形式：直角角焊缝 斜角焊缝 15 焊接残余应力焊接残余应力：由焊缝冷却收缩受到阻止引起的应力 16焊接残余应力的分类焊接残余应力的分类：A、纵向焊接残余应力沿焊缝长度方向 B、横向焊接残余应力 垂直于焊缝长度方向 C、沿厚度方向的焊接残余应力 D、约束状态下产生的

16、焊接残余应 力。 17 焊接残余应力对结构的影响焊接残余应力对结构的影响：1 对结构静力强度：对结构静力强度：没有影响；2 对结构刚度：对结构刚度：增大了结 构的变形，即降低了结构的刚度；3 对于轴心受压构件对于轴心受压构件：焊接残余应力使其挠曲刚度减小， 降低压杆的稳定承载力；4 对低温冷脆：对低温冷脆：对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应 力，限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向，故降低或消除焊接残余应力是改善 结构低温冷脆性能的重要措施；5 对疲劳强度：对疲劳强度：在焊缝及其附近主体金属焊接残余拉应力通常达到钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感区域。因此焊接残余应力 对结构的疲劳强度有明显的不利影响。 18 焊接残余变形原因焊接残余变形原因：由焊缝及其周围不均匀热胀冷缩引起 19 焊接残余变形包括焊接残余变形包括：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、扭曲变形 20 减小焊接残余应力和焊接变形的措施减小焊接残余应力和焊接变形的措施： 1、设计上的措施、设计上的措施（1）焊接位