钢结构基本知识ppt

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1、钢结构基本知识讲授,江苏科技大学钢结构 2017年2月,第一章 概述,一、钢结构的特点 1、强度高，塑性和韧性好 2、材质均匀，符合力学假定 3、钢结构制造简便，施工周期短 4、钢结构的质量轻 强度与密度之比远大于混凝土 5、耐腐蚀性差 6、耐热不耐火 250，500600 强度为零防火处理：蛭石板、蛭石喷涂、石膏板等 7、钢结构的密封性好 容器等 8、低温冷脆,第一章 概述,二、钢结构的应用范围 1、重型厂房结构 2、大跨结构 3、高层建筑 4、塔桅结构 5、板壳结构 容器、储液库、煤气库、管道等 6、可移动式结构 活动房屋、水工闸门、起重运输机等 7、桥梁结构 8、轻型钢结构 9、承受振动

2、荷载和地震作用的结构,第一章 概述,三、钢结构设计的基本要求 1、安全可靠。在运输、安装和使用中，具有足够的强度、刚度和稳定性 2、合理选用材料、结构方案和构造措施，满足使用要求 3、节约钢材，减轻自重 4、钢结构要便于运输和维护 5、尽量注意美观,第一章 概述,四、现代钢结构的发展 1、高强度钢材的应用 Q235、Q345、Q420、45号钢等 2、钢结构设计计算理论的研究与改进 3、新型结构形式的应用 4、钢混凝土组合结构的应用 5、钢结构优化原理及其应用 6、生产制造工业化、产业化,第二章 钢结构的材料,一、钢的种类 碳素钢和合金钢 1、碳素钢 分结构钢（低碳钢）和工具钢（高碳钢）； 碳

3、素结构钢GB70088质量等级：A、B、C、D四级； A只保证抗拉强度、屈服点和伸长率；B、C、D保证抗拉强度、屈服点和伸长率、冷弯性能和冲击韧性（分别为20、 0 和20），同时严格控制C、S、P的极限含量； 钢号：Q235-A、Q235-B、Q235-C、Q235-D等,第二章 钢结构的材料,2、合金钢 分为结构钢、工具钢和特殊钢 结构钢（低合金钢）GB/159194质量等级：A、B、C、D、E五级； A、 B、C、D的规定同碳素结构钢，E级要求40的冲击韧性； 钢号：Q345-A、Q390-B、Q420-C、Q235-D等,第二章 钢结构的材料,二、炼钢的种类 转炉钢质量较差，杂质含量较

4、多。 空气底吹转炉钢质量甚差，国内已不生产。 空气侧吹转炉钢质量略差，各项性能不如氧气顶吹转炉钢。 氧气顶吹转炉钢有害元素少、杂质少、纯洁度高；质量和加工性能都接近平炉钢；生产效率高，成本低，投资省，建厂快。 平炉钢原料广泛，容积大，广量高，冶炼工艺较简单，钢材质量优良，化学成分稳定（偏析度小），机械性能可靠，能冶炼各种用途的钢。缺点为生产成本高，建厂规模大，工期长，投资大。 电炉钢质量最好，成本最高，土建少用。,三、炼钢的脱氧方法 脱氧剂Mn、Si等 沸腾钢用Mn脱氧，不充分，质量不好，成本低。 镇静钢除锰外，还用硅和铝为脱氧剂，脱氧完全，质量好，成本高。 半镇静钢介于沸腾钢和镇静钢之间。,

5、第二章 钢结构的材料,四、钢材的力学性能 1、钢材均匀受拉时的力学性能 曲线五个阶段：弹性阶段；弹塑性阶段；屈服阶段；强化阶段；颈缩阶段。 强度指标： 屈服强度fy；抗拉强度fu 理想的弹塑性体 塑性性能： 伸长率10和5； 断面收缩率,第二章 钢结构的材料, 钢材的物理性能指标：弹性模量E20610（N/mm）剪切模量G79 10（N/mm） ；线膨胀系数12 10-6 ；质量密度7850kg/m3 。 2、冷弯性能不分层、不裂纹 3、冲击韧性k断裂工程中吸收能量的能力k A k /A（J/cm2）,第二章 钢结构的材料,五、钢结构对材料的要求 较高的抗拉强度fu和屈服点fy 较高的塑性和韧

6、性 良好的工艺性能（冷、热加工性能和可焊性） 六、钢材的破坏形式塑性破坏和脆性破坏 塑性破坏：fu发生，变形超过材料的变形能力。破坏前发生较大的塑性变形，断口呈纤维状,色泽发暗。 脆性破坏： fu 甚至fy，没有明显的塑性变形，破坏突然，没有预兆。断口平直呈晶粒状,色泽发亮。 在设计、施工和使用钢结构时，应当注意防止出现脆性破坏,第二章 钢结构的材料,七、影响钢材力学性能的因素化学成分的影响：含C量增加，强度增高，塑性降低；S、P、O、N为有害元素，必须严格控制；Mn和Si为有益元素，要适量。 冶金缺陷的影响：镇静钢的屈服点高于沸腾钢（约40N/mm2 ）；非金属夹杂、裂纹、分层等。 时效的影

7、响：钢材随时间的增长，强度增加、塑性降低而脆性增加。冷作硬化的影响：钢材在冷加工（拉、剪、冲、压、拔等）的条件下，强度增加、塑性降低而脆性增加。,第二章 钢结构的材料,温度的影响：低温冷脆；冷脆转变温度（冷脆临界温度) 应力集中的影响：在空洞、槽口、凹角、裂缝、截面变化处，产生局部高峰应力应力集中现象。应力集中：产生同号平面或立体应力场，钢材变脆。 时效的影响：钢材随时间的增长，强度增加、塑性降低而脆性增加。疲劳的影响：钢材在连续反复或循环荷载作用下，当应力循环次数n达到某个大数时，发生突然的脆断。此时，应力fu 甚至fy 疲劳破坏。,第二章 钢结构的材料,八、钢材的规格和选用1、钢材的规格热

8、轧钢板：厚钢板（厚4.560mm）；薄钢板（厚0.354mm）；扁钢（厚460mm，宽30200mm）。 普通热轧型钢：角钢：等边和不等边；槽钢：热轧普通槽钢和低合金热轧轻型槽钢；工字钢：同槽钢；钢管：有无缝和焊接两种；H型钢：宽翼缘工字钢。 薄壁型钢：用薄钢板（1.55.0mm)经模压和冷弯而成，一般为Q235或Q345钢。 各种彩钢板和压型钢板。,第二章 钢结构的材料,2、钢材的选用结构的重要性：一级（重要的）、二级（一般的）和三级（次要的）。 荷载情况：分静态荷载和动态荷载。直接承受动力荷载和强烈地震区的结构，选用性能好的钢材。 连接方法：焊接结构和非焊接结构。焊接结构由于受焊接应力和焊

9、接变形等的影响，选用Q235-B等可焊性好的钢材。 结构所处的温度和环境：例低温冷脆、露天时效、腐蚀、疲劳断裂等。 钢材厚度。厚度大的焊接结构应采用材质好的钢材。,第二章 钢结构的材料,第三章 钢结构的连接,一、钢结构的连接方法焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接,1、焊缝连接的特点 构造简单，连接方便； 用料经济，不削弱截面； 加工方便，可实现自动化操作； 密闭性好，结构刚度大； 缺点：焊接应力和焊接变形；热影响区材质变脆；对裂纹比较敏感；低温冷脆；对动力荷载比较敏感，等。,第三章 钢结构的连接,2、铆钉连接的特点 塑性和韧性较好； 连接紧密，传力方便； 用于直接承受动力荷载的结构中（如桥梁）； 缺

10、点：构造复杂，费工费料。很少使用。3、螺栓连接的特点分普通螺栓连接和高强螺栓连接 （1）普通螺栓连接 A、B、C三级：A和B为精制螺栓，C级为粗制螺栓； 材料等级： A和B为8.8级，C级为4.6级或4.8； 加工：A、B级由毛坯在车床上精确加工而成精制；C级为由未经加工的圆钢压制而成粗制；,第三章 钢结构的连接, 螺孔：A、B级需要钻模钻成（类孔），孔径比螺杆大0.3mm左右；C级为一次冲成或不用钻模钻成（类孔）孔径比螺杆大1.53.0mm。 受力：A、B级受力性能好，连接变形小，可以既受拉又受剪，用于重要的连接；C级螺栓连接性能不如A、B级好，主要受拉，用于承受静力荷载和间接承受动力荷载的

11、次要连接。 费用： A、B级成本昂贵，C级螺栓价格便宜，能用C级螺栓的地方不用A、B级螺栓。（2）高强螺栓连接高强螺栓分为摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓,第三章 钢结构的连接, 摩擦型高强螺栓：只依靠构件接触面之间的摩擦力来传递剪力，以剪力等于接触面摩擦力为设计极限状态。 承压型高强螺栓：允许接触面滑移（剪力超过摩擦力），以螺杆与构件之间的挤压而发生的连接破坏作为承载力极限状态。 受力： 摩擦型高强螺栓剪切变形小，弹性性能好，耐疲劳，特别适用动力荷载；承压型高强螺栓的承载力高于摩擦型，剪切变形大，不得用于承受动力荷载的结构。 材料等级：采用45号钢、40B和20MnTiB钢（热处理），材料等级

12、为 8.8级或10.9级。 孔径：摩擦型高强螺栓孔径比螺栓大1.52.0mm；承压型高强螺栓孔径比螺栓大1.01.5mm。,第三章 钢结构的连接,二、焊接方法和焊缝连接形式1、钢结构常用的焊接方法介绍 手工电弧焊。焊条选择：Q235选择E43型；Q345采用E50型焊条；Q390和Q420采用E55型焊条；不同钢种之间（例Q235与Q345)宜选用低组配方案（E43型） 自动或半自动埋弧焊。 气体保护焊。2、焊缝缺陷及焊接质量检验焊缝缺陷：裂纹、焊瘤、烧穿、气孔、未焊透、夹渣、咬边、未熔合等,第三章 钢结构的连接, 焊缝质量检验：外部检验外部（外部尺寸和缺陷）和内部检验（内部缺陷）。内部检验方

13、法：超声波（主要)；磁粉（辅助）；荧光检验（辅助）；x射线、射线等（x射线应用广）。 焊缝质量等级：钢结构工程施工质量验收规范对焊缝分为一级、二级和三级。三级焊缝只要求进行外观检验并符合标准；一级、二级除了外观检查外，还必须进行一定量的超声波检验并符合相应的标准。 焊缝等级的选用：疲劳验算的构件：垂至于作用力方向的横向对接焊缝受拉时为一级，受压时为二级；,第三章 钢结构的连接,不进行疲劳计算的构件：对接焊缝要求等强时受拉焊缝不低于二级，受压时宜为二级；重级工作制吊车和Q50T的中级工作制的吊车，吊车梁腹板与上翼缘之间的T形焊透的对接与角接组合焊缝，不低于二级；角焊缝一般为三级，只有直接承受动力

14、荷载的焊缝应为二级。3、焊缝连接形式和焊缝形式 焊缝连接形式：按照被连接构件的相对位置来分为对接（直接对接和盖板对接）、搭接、T形连接和角部连接等,第三章 钢结构的连接, 焊缝形式：对接焊缝和角焊缝 对接焊缝：正对接焊缝和斜对接焊缝 角焊缝：正面角焊缝（端缝）、侧面角焊缝（侧缝）和斜角焊缝（斜缝）连续角焊缝（重要构件）和间断角焊（次要构件）：间断角焊缝间断距离l15t（受压）和l30t（受拉），t为较薄件的厚度 按照施焊位置分：平焊（俯焊）、横焊、立焊和仰焊四种。焊接质量影响较大。 4、焊缝代号、螺栓及其孔眼图例 焊缝代号： 螺栓及其孔眼：,第三章 钢结构的连接,三、角焊缝1、角焊缝的形式 正

15、面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝； 直角角焊缝和斜角角焊缝。2、角焊缝的构造要求最大焊角尺寸：hf1.2 tmin ；对于构件边缘焊缝，当板件厚度h6mm时，一般取 hf t-(12)mm；当h6mm时，取hf t；最小焊角尺寸：hf1.5 mm；对于T形拉紧的单面角焊缝，应增加1mm；当板件厚度t 4mm时，取 hf t；侧面焊缝的最大计算长度：lw 60 hf，当实际长度对于上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑；角焊缝的最小计算长度： lw 8 hf，而且不得小于40mm。,第三章 钢结构的连接,3、搭接连接的构造要求 当搭接仅有两条侧面角焊缝时，连接的承载力与b/lw有关，当b/lw 1时，连接的承载力随b/lw比值的增大而明显降低。因此，一般使b/lw 1 ，而且b不宜大于12t（t 12mm）或200mm（t 12mm），t为较薄构件。 当搭接仅有正面角焊缝时，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，而且不得小于25mm。当搭接采用三面围焊时，在转角处截面突变，会产生应力集中，如在此处起灭弧，可能出现弧坑或咬肉等缺陷，从而加大应力集中的影响。故所有围焊的转角处必须连续施焊。对于非围焊情况，当脚焊缝的端部在构件转角处时，可连续地作长度为2hf的绕角焊。,