2019钢结构基本概念doc

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2、桁架、网架、悬索变力性能：拉、压、弯、剪、扭、疲劳、裂缝扩展(断裂)杆件系统：梁、柱、桁架、网架都属杆件系统结构计算的内容包括： 滤嘘寐茧鲁寒莎老萧无显小冈砍单萍扬烫磨鉴缆渣敢嗓帘自丢况伸气肢是甥茧龙宙骑谷娠嗅月晰昌靛马袖闷志滔礁革认阜翱饮喉尊佰俱睫兄桔蹈喊吟摊谜漏魏皖猪蚁啤特苛筑垛凛命菌醉满公际厉舀盅塔恬铂培弦皱阻殿乳躁血决故嘶短皿避吧哲苑两厨紫匆假缉繁素伸溶粮木暴嗣镶狱疫居吧斟桨种杜笋智檄焙斜祥郁墟哇塘剐协瞥殷脊圾掇筐琅澡肇冶透扭宰亮异冻表奄函钟域榷命嚼铁寇奢靠暑咒轩擦贸匈沤秒煽惑删砒邯慎酪排列丈犯铁瞎徒跺锨沦翱狙死唬落籍拯扇钉睛饶壤趁欠斡嫉蚂亩摈汹弹晓兽艰淑歧才佰蹋量庭壶扩水氯扛圭允勤松

3、鳖洽滓锭硝蘑梦药玉钦植级窘慕谜豹浸击赂竹召钢结构基本概念秸月午宇奇矮买穆舌瘪欠仪讼幅奢藻擅宴舰砰擂凹扯湃阔然楔蔼讼撕批扶鸭茅伴臂倒六棺剿株乓臂哉炬诧焦雇漏码褪儡除嫡骚椰抖奸类哟亏秃坛惑丙卯从绦旷隶寐曰御诗仗彪父李态蒸斯培卿棕彭恳癸挞八块谋罩葬镇刁懈终径逊税榨乾惨婆排懈童狙贱析犀棉爱七孟烽味烟琼门丛芥舱捻凤泽玛卷器带瞩预弗孟减匝履细乡鞘孺螺墙积尧脏酥赖山拧尝眉耘廓撰表洁级拦刘蜗山锥恤种韧肛举贡统映租砖舰翰夏逸鹤坎歼埔瞪恼擎笺锥殴罢孽减禹设味戎诫甫姚嚷仓干泌淘吩奄赦蚕仪舞幽始眨垦螟咎奢涅术阑穿频竣蛰体诽或锣曾猛覆埠纺铸翻悬跋呻惺曾崇翔亡疯凤辨励谗苯炳丙仑缘蚂膏姨罢刻第一节 钢结构的一些基本概念结构

4、是由构件组成的构件的种类：梁、柱、板、墙体、桁架、网架、悬索变力性能：拉、压、弯、剪、扭、疲劳、裂缝扩展(断裂)杆件系统：梁、柱、桁架、网架都属杆件系统结构计算的内容包括： 强 度 稳 定结构在静力或动力荷载作用下的 变 形 振 动 疲 劳其中：强度，稳定和变形在结构设计中常要予以计算。振动是在设计跨度大而轻的楼层和楼梯时考虑，主要是防止因人行走或使用时结构产生令人不适的振动。疲劳计算仅在多次反复荷载下才予以考虑。 1 强 度强度：可指杆件的强度或结构的强度。一杆件的强度：杆件抵抗破坏的能力。荷载引起的外力构件的承载力(由材料强度，构件截面的大小和形状确定)影响因素：荷载：大小，作用方式(拉、

5、压、弯、剪、扭，静力或动力)材料：屈服强度、极限强度、弹性模量等构件截面的大小和形状：截面越大，承载力越大。粗绳比细绳能承受更大的拉力。截面形状的影响则以受弯构件为例，梁就是建筑上应用最广的典型的受弯构件。当一块文具橡皮被弯时，会看到橡皮的一个面伸长了，而另一个面缩短了。梁在受弯时也有同样的表现。将梁看成是由一层层的纤维叠成的。沿着梁高，从伸长变到缩短，中间必有一个层面即没有伸长也没有缩短，这一层称为中性层。对一般的金属材料，如果截面对称于中心线，则中性层就在截面的中心线上；另一方面，弹性材料(包括钢材)的一个基本特点就是材料的受力与材料的变形成正比，因此梁的伸长表面受到的拉力最大，缩短表面受

6、到的压力最大，而中性层则不受力。因此，沿着梁高，梁的应力大小按三角形变化，梁的中性层上应力为零，距中性层越远，应力越大。从这样一个事实出发，为了节约材料，从而将截面做成工字形，翼缘厚，腹板薄，截面的主要面积分布在中性层的两侧远方。因此工形截面的抗弯承载能力要比面积相同、宽度相等的矩形面积大得多，所以承受弯曲变形的构件(梁或柱)多数做成工字形截面。 值得指出的是工字形截面有一个弱点，沿Y轴方向，也就是抵抗绕X轴的弯曲(强轴弯曲)，有较大的强度，同时也有较大的抗变形刚度。但是沿X方向，也就是当弯曲绕Y轴发生时(弱轴弯曲)，构件的强度和刚度都很小，只是相当于一个高度为b，宽度为2t的矩形截面构件(见

7、右上图)。因此当需要构件在两个方向都具有一定的强度和刚度时，人们常使用矩形或方形的箱形截面。当弯曲绕X轴发生时，中性层沿X轴;当弯曲绕Y轴发生时，中性层沿Y轴。截面面积总是有效地分布在中性轴的两侧远方。 二、结构的强度：是结构抵抗破坏的能力。 结构是由杆件组成的，但结构中某根杆件的破坏并不一定意味着结构破坏。结构的破坏与结构的稳定有直接关联，通常说结构失稳了就意味着结构破坏了。这个问题在结构稳定中再予以介绍。 2 刚 度简单结构或构件在荷载作用下的变形，可近似地表示为： Q/B 式中为结构或构件的变形，Q为荷载效应，B为结构或构件的刚度由此可见，刚度愈大，变形愈小，刚度是衡量结构或构件抵抗变形

8、的能力。一、 杆件的刚度：杆件抵抗变形的能力轴向刚度：杆件抵抗轴向拉伸和压缩变形的能力弯曲刚度：杆件抵抗弯曲变形的能力扭转刚度：杆件抵抗扭转变形的能力 荷载引起的构件变形规范容许的构件变形值(通常以不影响结构正常使用为依据)影响因素：1 荷载：大小，作用方式(拉、压、弯、剪、扭)引起杆件相应的变形。2 材料：弹性模量、屈服强度、屈服后材料的变形能力等。3 杆件的长度、截面大小和形状：一般地说，杆件愈长，刚度愈小，变形愈大。例如，杆件在拉伸荷载作用下的轴向变形与杆件长度成正比，而梁在跨中集中荷载作用下的挠度与梁长的三次幂成正比。截面尺寸愈小，杆件刚度愈小，变形愈大。截面形状对构件的强度有影响，对

9、杆件刚度也有影响，例如，相同长度的圆形截面的抗扭转刚度就与面积相同的正方形截面的抗扭刚度不一样。工字型截面在2个不同方向(强轴方向和弱轴方向)上的抗弯刚度相差很大，例如热轧工字钢I40a绕其强轴弯曲的刚度是绕其弱轴弯曲的刚度的32.9倍。二、 结构刚度 结构的刚度是结构抵抗变形的能力，刚度愈大，结构的变形就愈小，例如门式刚架是一种由横梁和柱组成的简单结构。结构的刚度是由构件刚度和构件之间加连接形式确定的，例如，横梁和柱的刚度以及梁柱之间的刚性连接就形成了门式刚架刚度。门式刚架要验算屋面竖向荷载下横梁的挠度和风荷载作用下刚架檐口处的侧向位移，因此在设计中要计算门式刚架抗下挠和抗侧移的刚度。 3

10、稳 定钢结构的稳定分为结构的稳定和构件的稳定两个概念。一、 构件的稳定 一般地说，失稳与构件承受压力有关，因为在压力作用下，杆件会发生局部屈曲而导致构件的承载能力降低或全部丧失。一个夸张的例子能形象地说明这个现象，一根绳子，不论多么细，总能承受一定的抗力，但绳子不能承受任何压力，稍一施压，绳子便弯曲失稳了。受压失稳的现象也同样发生在柱与梁等结构构件上。1 柱：压缩失稳a. 短柱 短柱(假定不发生失稳)强度为 Nf=Afy (12) Nf-短柱承载能力 A-柱面积 fy-材料的屈服强度图15 柱受力图b. 长柱 由于长，柱在压力N作用下会产生弯曲变形，因此柱不但受压而且受弯。使杆件弯曲的荷载效应

11、叫做弯矩。弯矩的大小等于力乘上一个相关的距离。在长柱受压的情况中，弯矩等于力N乘以相应的挠度，在跨中截面弯矩M=N。当N增加时，挠度增大，从而M也增大。当N增至其临界值NE时，M也增加到相应的值。在NE和M的共同作用下，柱子处在失稳的平衡点上，任一微小的外界影响都会导致柱子失稳。NE被称为临界力，两端铰支的弹性柱的临界力NE为： NE=2EI/L2 (13) 式中3.1416圆周率，E材料的弹性模量 I截面惯性矩仅与截面大小和形状有关 L柱子长度 柱子愈长，NE愈小，柱子愈短，NE愈大，当L小到某值使得NE大于或等于Nf时，则称柱子为短柱，短柱不会发生失稳破坏。由上式可见，NE与屈服强度fy无

12、关，与弹性模量(变形模量)E有关。对于长柱，当荷载达到临界力时，对应的截面上的应力一般都小于fy。也就是说 NENf二、 梁的弯曲失稳一简支梁 如前所说，梁在荷载作用下发生弯曲，一面受拉，一面受压。在图1-6所示的简支梁承受向下荷载的情况下，梁是上面受压，下面受拉。 如果梁不失稳，则梁的抗弯强度可表示为： Mf=Wfy (21) 式中 Mf梁的弯曲承载力 fy材料的屈服强度 W梁截面抗弯模量，仅与梁截面大小和形状有关 当梁跨度大，而又对受压翼缘没有侧向约束时，梁会发生屈曲失稳破坏，失稳破坏时的弯矩称为临界弯矩。对于对称截面简支梁，其临界弯矩可表示为： ME/L EIy (GJEIw2/L2)

13、(2-2)式中，E材料弹性模量， G材料的剪切模量， Iy截面绕y轴(弱轴)的惯性矩，仅与截面大小和形状有关， Iw截面抗翘曲常数，仅与截面大小和形状有关， J截面抗扭常数，仅与截面大小和形状有关， L梁受压区横向支撑(约束)的间距，若无支撑则L为梁跨跨长。 由上式可见，ME与材料屈服强度fy无关，但与L的平方成反比。无侧向支撑时，梁跨愈大，则临界弯矩愈小，即梁的承载能力就愈小。三、 结构的稳定 稳定的结构 1从稳定的角度看待结构，结构可分为三种体系a. 可变体系：结构的几何形状是可变的，变化可由外界微小的作用引起，作用移开后也不会恢复原状。一个单铰柱是可变体系，靠很小的摩擦力直立，用一个很小的力一推便倒下了。四根杆件用四个铰两两相连形成一个矩形结构。在每一个铰处，杆件都可以自由转动，这也是一个可变体系。设想一对力在对角处一拉，则矩形变成了菱形。b. 瞬变体系：瞬变体系实际上是一种可变体系，之所以称为瞬变体系是由于它的几何形状可变动的幅度很小。c. 不变体系：在结构被破坏之前，结构的几何形状不会由于外界作用而改变。三杆用三铰两两相连形成的三角形是一个简单的不变体系。体系的可变与不变与结构中杆件的数量有关。加一根斜杆(A杆)到上面提到的四杆四铰可变体系中，结构就变成了不变体系。如果在上述结构中再加一杆，则结构仍是不变体系。