石油化工结构设计基础知识

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1、石油化工石油化工结构设计基础知识结构设计基础知识n一、结构的基本知识n二、混凝土结构n三、钢结构n四、砌体结构一、结构的基本知识（一、结构的基本知识（1/4）1、结构的组成：由若干个单元所组成的结构骨架。2、基本(单元)构件 板：提供活动面，直接承受并传递荷载； 梁：板的支撑构件，承受板传来的荷载并传递； 柱：承受楼面体系（梁、板）传来的荷载并传递； 墙：承受楼面体系（梁、板）传来的荷载并传递； 基础：将柱及墙等传来的上部结构荷载传给地基； 索：悬挂构件或结构体系的主要传力单元； 杆：组成空间构件，如屋架等。第一讲：绪论（第一讲：绪论（3/12） 一、结构的基本知识（一、结构的基本知识（2/4

2、）3、结构的分类按材料分类混凝土结构、钢结构、砌体结构、木结构和混合结构 混凝土结构:素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土纤维筋混凝土和其它形式的加筋混凝土。 砌体结构：包括砖石砌体结构、砌块砌体结构 混合结构：砖混结构、钢与混凝土组合结构第一讲：绪论（第一讲：绪论（4/12） 一、结构的基本知识（一、结构的基本知识（3/4）按受力体系分类 框架结构：主要(竖向)受力体系由梁和柱组成； 剪力墙结构：主要(竖向)受力体系由墙组成； 筒体结构：四周封闭的墙形成筒； 塔式结构：下端固定、上端自由的高耸构筑物； 桅式结构：竖立的细长桅杆和纤绳所组成的构筑物； 悬索、悬吊结构：由拉索及边缘构件组成的承重结

3、构； 壳体结构:由曲面形板与边缘构件组成的空间结构； 网架结构：由多根杆件通过节点连结形成的空间结构；第一讲：绪论（第一讲：绪论（5/12） 一、结构的基本知识（一、结构的基本知识（4/4）板柱结构：由楼板和柱组成承重体系的结构； 墙板结构：由楼板和墙组成承重体系的结构； 折板结构：由多块条形平板组合而成的空间结构； 充气结构：用薄膜制成的，冲入气体后而形成的结构； 膜结构：用柔性受拉索和薄膜及边缘构件组成的结构；按使用功能分类：建筑结构、特种结构、桥梁结构、地下结构等按照建筑物外形分类：单层、多层、高层、大跨和高耸结构等按照施工方法分类：现浇结构、装配结构和装配整体式结构 二、二、 混凝土结

4、构（混凝土结构（1/4）1、结构形成的原理 组成:由钢筋和混凝土结合成一体，共同发挥作用。 混凝土：抗压强度很高，但抗拉强度很低。 钢筋：抗拉和抗压强度均很高。 共同工作的目的充分发挥两种材料的强度优势，取长补短。 素混凝土梁的工作特点 开裂前：按照整截面分析，上部受拉下部受压，受拉区的拉力由混凝土承担。开裂后：梁断裂。二、二、 混凝土结构（混凝土结构（2/4）钢筋混凝土梁如何共同工作 开裂前：受拉区的拉力由钢筋和混凝土共同承担。开裂后：受拉钢筋承担大了部分拉力，继续承担荷载，直至屈服强度，受压混凝土压碎，梁破坏。 二、二、 混凝土结构（混凝土结构（3/4）素混凝土梁与钢筋混凝土梁的对比 极限

5、状态：素砼梁：无明显变形，开裂即破坏钢筋砼梁：有明显变形，钢筋屈服，砼压碎 承载能力：素砼梁：取决于混凝土的抗拉，低钢筋砼梁：取决于钢筋抗拉和砼抗压强度，高 抗裂能力：配筋后略有增加，但不显著共同工作的基础 两者之间存在较好的传递应力的能力，粘结力； 两种材料的温度线膨胀系数相近； 混凝土对钢筋的保护，抗火和耐久性提高。 二、二、 混凝土结构（混凝土结构（4/4）2、优缺点 优点： 耐久性好；耐火性好； 可模性好、整体性好。 可就地取材。 缺点：自重大；抗裂差；施工环节多周期长；拆除、改造难度大。3、现状与发展三、三、 钢结构（钢结构（1/1）1、钢结构的构成是用钢板、角钢、工字钢、槽钢、钢管

6、和圆钢等钢材通过焊接等有效的连接方式，所形成的结构。2、优缺点 优点：强度和强度质量比高； 材质均匀、性能好，结构可靠性高。 施工简便、工期短。 延性好、抗震能力强。 易于改造和加固。 缺点：耐腐蚀性差；耐火性差；钢材价格相对较高。3、现状与发展四、砌体结构四、砌体结构 （1/1）1、砌体结构的组成砌体结构是用砖、石或砌块，用砂浆等胶结材料砌筑的结构。2、优缺点 优点：耐久性好；耐火性好； 就地取材；施工技术要求低；造价低廉。缺点：强度低，砂浆与砖石之间的粘接力较弱； 自重大；砌筑工作量大，劳动强度高。 粘土用量大，不利于持续发展。3、现状与发展 三、结构功能和极限状态（三、结构功能和极限状态

7、（1/2）1、结构的功能（1）安全性：要求结构承担正常施工和正常使用条件下，可能出现的各种作用，而不产生破坏。并且在偶然事件发生时以及发生后，能保持必需的整体稳定性，不至于因局部损坏而产生连续破坏。（2）适用性：要求结构在正常使用时满足正常的要求，具有良好的工作性能。（3）耐久性要求结构在正常使用和维护下，在规定的使用期内，能够满足安全和使用功能要求。如材料的老化、腐蚀等不能超过规定的限制等。三、结构功能和极限状态（三、结构功能和极限状态（2/2）2、极限状态(1)定义：极限状态是判别结构是否能够满足其功能要求的标准，指结构或结构一部分处于失效边缘的状态。(2)分类： 承载能力极限状态是判别结

8、构是否满足安全性要求的标准，指结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续加载的变形。 正常使用极限状态：是判别结构是否满足正常使用和耐久性要求的标准，指结构或构件达到正常使用或耐久性的某些规定限值。第三讲：第三讲：材料的性能材料的性能(1/34) 内容提要内容提要n一、钢材的物理力学性能n二、混凝土的物理力学性能n三、砌体的材料及力学性能第第11讲：讲：材料的性能材料的性能(2/34) 一、钢材的物理力学性能（一、钢材的物理力学性能（1/13） 1、简单应力下钢材的性能(1)钢材的应力-应变关系 曲线形式： 有明显流幅的：弹性、屈服、强化和颈缩阶段 没有明显流幅的：没有明显的屈服阶段 曲线简化

9、：屈服前：完全弹性的；屈服后：完全塑性的。第第11讲：讲：材料的性能材料的性能(3/34) 一、钢材的物理力学性能（一、钢材的物理力学性能（2/13）(2)钢材的强度指标屈服强度：设计时钢材允许达到的最大应力 有明显流幅的钢材：取屈服点的应力； 无有明显流幅的钢材：取条件屈服强度。 条件屈服强度：残余应变为0.2%对应的应力。极限强度：材料能承受的最大应力反映安全储备屈强比：屈服强度/极限强度(3)钢材的塑性指标伸长率：拉断后构件伸长率截面收缩率：拉断后面积缩小率冷弯性能：以冷弯的角度来衡量第第12讲：讲：材料的性能材料的性能(8/34) 一、钢材的物理力学性能（一、钢材的物理力学性能（7/1

10、3）3影响钢材性能的一般因素(1)化学成分 碳：提高强度；但塑性，可焊性、耐锈蚀性等劣化。 锰：提高强度，改善脆性；但对可焊性和耐锈力不利。 硅：提高强度，但含量过高，对塑性可焊性耐锈力不利。 硫：高温时变脆，降低塑性韧性抗疲劳能力和耐锈能力。 磷：提高强度和耐锈力，低温变脆，降低塑性可焊性等。(2)钢材缺陷 偏析:钢中化学成分的不一致性和不均匀性 裂纹：先天的裂纹，或是微观的或是宏观的 分层：在厚度方向分成多层，各层相互连接，并不脱离 夹杂物：尤其是硫化物和氧化物等第第13讲：讲：材料的性能材料的性能(9/34) 一、钢材的物理力学性能（一、钢材的物理力学性能（8/13）(3)钢材的硬化时效

11、硬化：现象：时间增加，强度提高，塑性下降。 特点：过程很长，反复荷载和高温下易产生。冷作硬化：常温下产生塑性变形后屈服点提高，塑性降低。应变时效：产生塑性变形后，特别是在高温下，使已经产 生冷作硬化的钢材又发生时效硬化。第第13讲：讲：材料的性能材料的性能(10/34) 一、钢材的物理力学性能（一、钢材的物理力学性能（9/13）(4)温度 在正常温度下：基本不随温度变化 在高温度下：温度升高，强度、弹性模量均有下降趋势 蓝脆现象：250左右，抗拉强度反而提高， 塑性和韧性下降。 在低温时：温度降低，强度略提高， 塑性等下降，有脆性倾向。 冷脆现象：当温度降低至某一温度以下时， 材料变脆。第第1

12、3讲：讲：材料的性能材料的性能(11/34) 一、钢材的物理力学性能（一、钢材的物理力学性能（10/13）(5)应力集中 现象：当构件内部缺陷或截面形状等改变时，应力分布 不均匀，出现局部高峰应力，促使钢材变脆。 影响因素：截面变化愈剧烈，应力集中现象愈明显。 第第13讲：讲：材料的性能材料的性能(12/34) 一、钢材的物理力学性能（一、钢材的物理力学性能（11/13）4、结构对钢材的要求及钢材的分类(1)结构对钢材的要求 具有较高的屈服强度和极限强度； 具有良好的塑性和韧性 具有良好的工艺加工性能； 良好的耐锈蚀能力 与混凝土良好的粘结力(2)钢材的选择： 结构或构件的类型及重要性； 作用

13、的性质（静力和动力作用）； 连接方式（焊接、铆接或螺栓连接）； 工作环境（温度和腐蚀等）。第第13讲：讲：材料的性能材料的性能(13/34) 一、钢材的物理力学性能（一、钢材的物理力学性能（12/13）(3)结构用钢材的分类 碳素钢： 强度等级：按屈服强度分五个品种，Q195Q275。 质量等级：A、B、C、D四级，对冲击韧性要求不同 脱氧方式：镇静、半镇静、沸腾和特殊镇静，用ZbF和TZ示例：Q235Bb表示屈服强度为235，B级半镇静钢 低合金钢： 强度等级：按屈服强度分五个品种，Q295Q460。 质量等级：A、B、C、D、E五级，对冲击韧性要求不同 脱氧方式：镇静和特殊镇静钢 热处理钢

14、第第13讲：讲：材料的性能材料的性能(14/34) 一、钢材的物理力学性能（一、钢材的物理力学性能（13/13）(4)(4)钢材的规格钢材的规格钢板钢板：以“宽度厚度长度”或“宽度厚度”表示型钢型钢：角钢角钢：等边“L肢宽厚度”；不等边“L长肢宽短肢宽厚度” 工字钢工字钢：普通工字钢以I+截面的高度；轻型工字钢前面加Q 槽钢槽钢：有普通槽钢和轻型槽钢两种，用截面的高度编号 H H型钢型钢：热扎和焊接两种，“高度*宽度*腹板厚度*翼缘厚度” 钢管钢管：有热轧无缝钢管和焊接钢管。以“外径壁厚”表示薄壁型钢薄壁型钢：用薄钢板冷轧而成，形式及尺寸可以变化。钢筋钢筋 按照表面形状按照表面形状：有光面钢筋

15、和变形钢筋 钢筋种类钢筋种类： 热轧钢筋：分HRB235、HRB335和HRB400或RRB400三级，符号+直径 预应力钢丝：有光面碳素、螺旋肋和三面刻痕钢丝三种，符号+直径 预应力钢绞线：多根钢丝绞合制成。“1股数公称直径”表示 热处理钢筋：HT+钢筋表示第第14讲：讲：材料的性能材料的性能(15/34) 二、混凝土的物理力学性能（二、混凝土的物理力学性能（1/11）1、简单受力下混凝土的性能 (1)受压的应力应变关系曲线特征应力小：近似线性关系应力大：非线性关系近峰值:不稳定非线性下降段：反弯点后平缓 主要影响因素混凝土强度：强度提高,峰值点应变高；下降段陡延性差加载速度：愈大，强度高，

16、峰值应变低；下降段陡延性差第第14讲：讲：材料的性能材料的性能(17/34) 二、混凝土的物理力学性能（二、混凝土的物理力学性能（3/11）(2)简单受力下混凝土的强度立方体抗压强度立方体抗压强度标准方法制作,边长150mm立方体,28天龄期，进行抗压实验得到的破坏时试件的平均压应力。立方体抗压强度标准值：95%保证率的立方体抗压强度值。用途：力学性能的基本代表值，混凝土强度等级划分依据。强度等级：按立方体抗压强度标准值分为14级，“C+标准值” 轴心抗压强度 立方体受压不是处于单轴受力状态！采用棱柱体，中间基本上是处于轴心受压。第第14讲：讲：材料的性能材料的性能(18/34) 二、混凝土的

17、物理力学性能（二、混凝土的物理力学性能（4/11）影响因素：材料成分、养护、龄期、实验方法和试件尺寸与立方体强度的关系 关系系数(比值)：小于等于C50时，取0.76； 大于C50时： 考虑混凝土脆性的折减系数，小于C40时，不折减取1.0； 大于C40时：轴心抗拉强度试验方法：直接拉伸、弯折和劈裂与立方体强度的关系第第15讲：讲：材料的性能材料的性能(20/34) 二、混凝土的物理力学性能（二、混凝土的物理力学性能（6/11）2、复杂应力下混凝土的性能 (1)复合应力下混凝土强度和变形 多向受压双向压：强度提高；三向压(约束受压)：强度和延性明显提高，双向受拉:影响不大 一拉一压：强度降低

18、剪压或剪拉：剪拉：强度降低剪压： 压应力较小：抗剪强度随压应力增加而增大； 压应力较大：抗剪强度随压应力的增加而降低。 第第15讲：讲：材料的性能材料的性能(21/34) 二、混凝土的物理力学性能（二、混凝土的物理力学性能（7/11）(2)长期荷载下混凝土的变形混凝土的徐变现象：在荷载长期作用下，变形将随时间而增加；原因：凝胶体的粘性流动，内部微裂缝不断产生和发展等影响：导致变形增大，应力重分布和内力分布等。混凝土徐变曲线特点：开始增长较快， 以后逐渐减慢， 逐渐趋于稳定(收敛)卸载时变形恢复: 瞬时弹性恢复、弹性后效，永久应变第第15讲：讲：材料的性能材料的性能(22/34) 二、混凝土的物

19、理力学性能（二、混凝土的物理力学性能（8/11）影响徐变的主要因素应力水平：应力越大，徐变也越大 应力小于0.5fc，线性徐变；大于0.5fc，非线性徐变。龄期：加载时龄期越短，徐变越大 组成：水泥用量越多，水灰比越大，徐变也越大； 骨料强度和弹性模量越高，徐变越小。养护和使用环境：养护温度高，湿度大，徐变越小； 受力后环境温度越高，湿度低，徐变就越大。第第16讲：讲：材料的性能材料的性能(23/34) 二、混凝土的物理力学性能（二、混凝土的物理力学性能（9/11）(3)重复荷载下混凝土性能一次重复加载下加载：随应力增加应变增加卸载：不重复加载轨迹，有弹性后效和残余变形多次重复加载下峰值小于疲

20、劳强度：每循环成环，面积逐渐减少，至直线；峰值大于疲劳强度：开始与小应力的相似； 成直线后，凸凹方向改变，斜率降低，裂缝和变形严重混凝土疲劳破坏：因荷载重复作用而引起的破坏混凝土疲劳强度：疲劳破坏需要重复荷载的最小应力峰值(4)混凝土的收缩、膨胀和温度变形第第16讲：讲：材料的性能材料的性能(24/34) 二、混凝土的物理力学性能（二、混凝土的物理力学性能（10/11）3、钢筋与混凝土的粘结(1)钢筋与混凝土粘结的作用作用：保证力的相互传递，是共同工作的基本条件单元分析：假设：一端力T，另端为T+dT根据平衡条件：分析结果应力变化大，粘结力大，变化小，粘结小当钢筋应力没有变化时，粘结应力等于零

21、第第16讲：讲：材料的性能材料的性能(25/34 ) 二、混凝土的物理力学性能（二、混凝土的物理力学性能（11/11）有关的设计问题钢筋端部的锚固裂缝间应力的传递裂缝截面：拉力为零离开一段距离：混凝土有拉力 两条裂缝中间：混凝土拉力最大 (2)粘结力的组成 化学吸附 摩擦 机械咬合 附加咬合等作用第第17讲：讲：材料的性能材料的性能(26/34) 三、砌体的物理力学性能（三、砌体的物理力学性能（1/8）1、砌体的材料及种类(1)块体材料砖 普通砖：240mm115mm53mm实心 空心砖：全国无统一规格 分级：按极限抗压强度为6级，以“MU+极限强度”表示砌块按材料分：粉煤灰、煤渣混凝土和混凝

22、土等 按内部结构分：有实心的，也有空心的 按尺寸分：小型900mm 分级：按照极限抗压强度分5级，以“MU+极限强度”石材 按照加工的程度：分细料石、粗料石和毛料石。 分级：按极限抗压强度，分9级，以“MU+极限强度”第第17讲：讲：材料的性能材料的性能(27/34) 三、砌体的物理力学性能（三、砌体的物理力学性能（2/8）(2)砂浆作用：使块体连成整体；抹平块体表面；填补块体间缝隙；分类：按照组成成分：无塑性掺合料的水泥砂浆、有塑性掺合 料的混合砂浆、不含水泥的砂浆 按照重力密度：大于1.5t/m3重砂浆，小于1.5t/m3轻砂浆分级：按抗压极限强度分7级，以“M+极限强度”表示砌体对砂浆的

23、基本要求符合强度和耐久性要求；应具有一定的可塑性，在砌筑时容易且较均匀地铺开；应具有足够的保水性，即在运输和砌筑时保持质量的能力。第第17讲：讲：材料的性能材料的性能(28/34) 三、砌体的物理力学性能（三、砌体的物理力学性能（3/8）(3)砌体的种类 砌体是由块体用砂浆砌筑成的整体。砖砌体：实心砌体，或空心砌体， 有一顺一顶或三顺一顶砌筑法。 石砌体：料石、毛石和毛石混凝土砌体。砌块砌体砌块排列是要有规律性，减少通缝。配筋砌体:在砌体内配置适量的钢筋，形成配筋砌体，如 在水平灰缝中配置网状钢筋，形成网状配筋砌体； 在砌体外或预留槽内配置纵向筋形成组合砌体。第第17讲：讲：材料的性能材料的性

24、能(29/34) 三、砌体的物理力学性能（三、砌体的物理力学性能（4/8）2、砌体的力学性能(1)砌体的抗压强度破坏过程及应力特点受力全过程： 第一阶段：自受力到单块砖内出现竖向裂缝； 第二阶段：单块砖内裂缝发展，连接并穿过若干皮砖 第三阶段：裂缝贯通，把砌体分成若干1/2砖立柱，失稳应力特点： 不仅存在压应力， 而且有弯曲应力和剪切应力，以及横向拉压应力第第17讲：讲：材料的性能材料的性能(30/34) 三、砌体的物理力学性能（三、砌体的物理力学性能（5/8）原因分析：水平灰缝厚度和密实度不均匀砖表面力分布不均匀且上下不对应横向变形时相互约束 受压时横向膨胀，砖和砂浆 横向变形系数不同，相互

25、约束。弹性地基梁作用 砂浆层受压将产生压缩变形， 砖就象在弹性地基上的梁， 其内部将产生弯曲应力和剪应力竖向灰缝处的应力集中第第18讲：讲：材料的性能材料的性能(31/34) 三、砌体的物理力学性能（三、砌体的物理力学性能（6/8）影响砌体强度的主要因素块体和砂浆的强度砂浆的弹塑性性能:变形越大，弯曲剪切等越大，强度越低；砂浆的流动性:砂浆的流动性大，对提高砌体强度有利；灰缝厚度：过薄或过厚将引起弯曲剪切应力，强度降低砌筑质量 砌体抗压强度计算及取值考虑因素：块体强度和砂浆强度及种类等取值：第第18讲：讲：材料的性能材料的性能(32/34) 三、砌体的物理力学性能（三、砌体的物理力学性能（7/

26、8）(2)砌体的抗拉、抗弯和抗剪强度粘结分类 法向粘结力 切向粘结力轴心抗拉强度通缝截面：强度低且离散性大，不能设计为轴心受拉构件沿齿缝截面：与砂浆的强度等级有关：沿块体截面：不考虑竖向灰缝，与块体的强度等级有关 第第18讲：讲：材料的性能材料的性能(33/34) 三、砌体的物理力学性能（三、砌体的物理力学性能（8/8）弯曲抗拉强度 通缝截面破坏和沿齿缝截面破坏: 块体截面破坏： 抗剪强度应力应变关系曲线 弹性模量取值： 与抗压强度成正比，比例系数与砂浆等级等有关。剪切模量： 第第19讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 41 1n工程结构是由各种基本构件通过连接组成的整体结构物，使其实现

27、共同工作。n钢结构：钢板、型钢等组成的基本构件（工厂制作） 现场安装（吊装、连接） 结构整体。n钢筋混凝土结构：有现浇、装配式和装配整体式三种施工方法。钢筋的接长、预制构件（预制楼板、叠合梁、叠合板等）的拼装也存在大量的连接。 4.1钢结构钢结构连接连接n1.焊接；2.螺栓连接（普通螺栓、高强度螺栓）；3.铆钉连接。第第19讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 42 2n特点： 1.焊接：不削弱构件断面，节省材料，经济；构造简单，加工简便且易实现自动化操作，提高焊接质量；连接刚度大，密闭性好，整体性好。 焊缝附近的材质变脆；焊件中存在焊接残余应力和残余变形，对结构的承载能力有不利影响；焊接

28、结构对裂纹很敏感，尤其是在低温下更易发生脆性断裂。 2.螺栓：普通螺栓分为A、B、C三级；高强度螺栓由中碳钢或低合金钢等经热处理后制成，强度较高。我国高强度螺栓的强度级别可分为8.8级（8.8S）和10.9级（10.9S）。高强度螺栓的连接分为摩擦型和承压型连接。 螺栓连接简便、快速，可拆卸，常用于现场的安装连接中。 但对构件断面有所削弱。第第19讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 43 3焊接焊接n焊接（电弧焊）分为手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊和气体保护焊等。n原理：n焊接连接和焊缝形式： 平接、搭接和顶接（T形）三种 1.对接焊缝； 2.角焊缝。n焊缝的符号（形式、尺寸和要求）第第

29、19讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 44 4n焊缝的强度和质量等级（附表I32） 1. 焊缝质量直接影响连接的强度。如果焊缝质量优良，焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度高于焊件母材，破坏部位多位于焊缝附近热影响区的母材上。焊缝中可能有气孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷。焊缝缺陷将削弱焊缝的受力面积，并在缺陷处产生应力集中，对结构受力很不利。因此，对焊缝进行质量检查很重要。 2. 焊缝质量等级分为三级，其中一、二级焊缝除外观缺陷检查外，还需要进行内部无损探伤。 3. 三级受拉对接焊缝强度应折减。 4. 合理选用焊缝种类等级。 5. 焊条选用：Q235E43xx； Q345E50xx；Q3

30、90E55xx第第20讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 47 7对接焊缝的计算和构造对接焊缝的计算和构造n对接焊缝充满整个被连接件的截面，可视为焊件截面的延续，焊缝中的应力分布情况基本与焊件原有情况相似，对接焊缝的有效截面与焊件的截面相同。焊缝应力可以由材料力学的有关计算公式进行计算。n对接焊缝两端的起弧、灭弧处，常因不能焊透而出现凹形焊口或存在缺陷，以致该处由于应力集中易出现裂纹。因此，施焊时应在焊缝两端设置引弧板，对于一般受静力荷载的结构，也可不设引弧板，但令焊缝的计算长度比实际长度减小10mm。n轴心受力的对接焊缝计算：第第20讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 48 8n

31、当采用引弧板时，对接焊缝抗压、抗剪和一、二级焊缝抗拉强度与母材相等，在焊件强度保证的条件下可不必计算焊缝强度；只在三级焊缝受拉力作用时才需按上式进行验算。n如果采用直缝不能满足强度要求时，可采用斜对接焊缝以增加焊缝长度。根据试验结果，当焊缝与作用力间的夹角满足： 时，斜焊缝强度不低于母材强度，可不再验算。第第20讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 49 9n承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算 1矩形截面：焊缝中的焊缝中的最大正应力和最大剪应力不在同一点，应分别进行计算： 2.工字形截面：在同时 受有较大正应力和较大 剪应力的梁腹板与翼缘 相交处，还应计算其折 算应力第第20讲：讲：构件

32、连接（构件连接（4 4） 4 41010n对接焊缝构造 1.根据焊件板厚、焊接工艺要求和施工条件对焊件边缘加工合适的坡口； 2.对受力较大的重要对接焊缝应尽可能采用引弧板； 3.不同宽度和厚度的钢板拼接。 a直边缝；b单边V形缝； c双边V形缝；dU形缝； eK形缝；fX形缝第第21讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 41313角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算n1.当焊缝轴线与外力作用方向平行时， 称为侧面角焊缝，又称侧缝； 2. 垂直时，称为正面角焊缝，又称端缝； 3. 呈夹角时，称为斜焊缝。 角焊缝的受力性能和强度与受力方向有直接关系。n直角角焊缝截面形式： 角焊缝较小的焊脚尺寸

33、为hf 有效高度为he=0.7 hf， 忽略了焊缝余高和熔深第第21讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 41414角焊缝的受力性能角焊缝的受力性能n侧面角焊缝主要承受剪力作用，塑性较好，强度较低。在弹性阶段，侧缝剪应力沿焊缝程度方向分布不均匀，两端大而中间小。n破坏面通常在焊缝的最小截面（45o斜截面）。破坏起点在侧缝两端，该处出现裂缝后，迅速蔓延扩展，使焊缝断裂。第第21讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 41515角焊缝的受力性能角焊缝的受力性能n端缝的应力状态比侧缝复杂的多，应力集中较明显。焊缝的根部出现应力高峰，易于开裂。n破坏时首先在焊缝根部开裂，然后扩展至整个焊缝截面。

34、n根据试验结果，端缝的强度比侧缝高，但塑性较差，根部又存在很大的收缩应力，性质较脆。第第21讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 41616角焊缝的强度角焊缝的强度n无论是侧缝与端缝，焊缝计算时一律取与焊脚边呈45o的斜面为计算截面，即焊缝有效厚度0.7hf。计算截面上平均破坏应力为焊缝强度（力除以焊缝破坏面积）。n焊脚尺寸（mm）正面角焊缝（N/mm2）侧面角焊缝（N/mm2） 4 432.5 326.0 8 362.2 270.0 12 332.0 250.0n规范规定的角焊缝设计强度是侧面角焊缝的强度，不分抗拉、抗压和抗剪，不分焊缝级别均采用相同的值， 例如Q235钢材，ffw=16

35、0N/mm2。第第21讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 41717直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算n计算简化假定： 1.沿角焊缝45o方向的焊缝 有效截面为计算时的破坏面； 2.在通过焊缝形心的拉力、 压力和剪力作用下，假定沿 焊缝长度的应力是均匀分布的。第第21讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 41818直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算n基本计算公式：n端缝应力： 侧缝应力： 称为正面角焊缝的强度设计值增大系数 对于直接承受动力荷载的结构，第第22讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 42121轴心力作用下的角焊缝计算轴心力作用下的角焊缝计算n当轴心力（拉力、压力、剪力）

36、通过焊缝计算截面形心时，角焊缝有效截面上的应力为均匀分布。n当外力平行于焊缝长度方向时，属侧面角焊缝受力，n当外力垂直于焊缝长度方向时，属正面角焊缝受力，n当外力方向与焊缝长度方向呈夹角时，斜焊缝受力，第第22讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 42222轴心力作用下的角焊缝计算轴心力作用下的角焊缝计算n当角钢杆件与板件采用角焊缝连接时，由于角钢是不对称截面，必须使焊缝传递的合力作用线与角钢杆件的轴线重合，才能避免偏心受力。第第22讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 42323弯矩和剪力作用下的角焊缝计算弯矩和剪力作用下的角焊缝计算n以焊缝有效截面为依据，根据基本假定3，首先应计算

37、角焊缝有效截面的几何特性，然后按材料力学公式求出控制点应力值，最后根据该点的应力状态进行强度验算。nA点： C点：第第22讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 42424扭矩和剪力作用下的角焊缝计算扭矩和剪力作用下的角焊缝计算n一般假定被连接件是绝对刚性体，而焊缝则是弹性的；n焊缝上任一点的应力方向将垂直与该点与形心O的连线，而其大小则与该点至形心O的距离成正比。n焊缝1点处的强度 应满足：第第22讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 42525角焊缝的构造角焊缝的构造n焊脚尺寸和焊缝计算长度 1.最小焊脚尺寸：焊缝冷却过快而变脆，容易产生裂纹； 2.最大焊脚尺寸：防止“过烧”现象，焊

38、接残余变形和残余应力； 3.最小焊缝长度： 和 mm； 4.最大计算长度：不宜大于60（承受静力荷载或间接承受动力荷载时）或40（承受动力荷载时）；第第22讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 42626角焊缝的构造角焊缝的构造n构造措施：第第23讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 42727角焊缝的构造角焊缝的构造n焊脚尺寸和焊缝计算长度 1.最小焊脚尺寸：焊缝冷却过快而变脆，容易产生裂纹； 2.最大焊脚尺寸：防止“过烧”现象，焊接残余变形和残余应力； 3.最小焊缝长度： 和 mm； 4.最大计算长度：不宜大于60（承受静力荷载或间接承受动力荷载时）或40（承受动力荷载时）；第第2

39、3讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 42828角焊缝的构造角焊缝的构造n构造措施：第第24讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 43636普通螺栓的构造与计算普通螺栓的构造与计算n普通螺栓的形式和规格 1.粗牙普通螺纹，其代号用字母M与公称直径表示，工程中常用M16、M20、(M22)和M24。 2. C级螺栓的螺孔采用类孔，M16M24螺栓的孔径比螺栓公称直径大1.5mm。第第24讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 43737普通螺栓的构造与计算普通螺栓的构造与计算n螺栓的排列 采用并列和错列两种形式 1.受力要求； 2.构造要求； 3.施工要求。 规定螺栓的最大、最小 容

40、许距离。第第24讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 43838普通螺栓连接的受力性能普通螺栓连接的受力性能n螺栓传力方式分为 1.受剪螺栓连接剪力螺栓； 2.受拉螺栓连接拉力螺栓； 3.同时承受剪拉的螺栓连接n受剪螺栓连接第第24讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 43939普通螺栓连接的受力性能普通螺栓连接的受力性能n栓杆剪断当螺栓直径较小而钢板相对较厚时可能发生n孔壁挤压破坏当螺栓直径较大而钢板相对较薄时可能发生n钢板拉断当钢板顺螺孔削弱过多可能发生n端部钢板剪断当顺受力方向的端距过小时可能发生n栓杆受弯破坏当螺栓过长时可能发生第第24讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4

41、44040普通螺栓连接的受力性能普通螺栓连接的受力性能n后两种在选用最小容许端距2d0和使螺栓的夹紧长度不超过46倍螺栓直径的条件下，均不会产生。但对其他三种形式的破坏，则须通过计算来防止第第25讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 44747高强度螺栓连接的材料和施工方法高强度螺栓连接的材料和施工方法n螺栓的性能等级：10.9级和8.8级。 10.9S级螺栓材料为20MnTiB (适用规格M24)或35VB（M30）钢；8.8S级的为40B（M24）、45号（M22）或35号（M20）钢。螺栓孔:钻孔。n受力都是依靠螺栓对板叠强大的的法向压力，即紧固预拉力。控制螺栓的坚固程度，是保证连接

42、质量的一个关键性因素。n紧固方法：1.扭矩法扭力扳手；2.拧掉梅花头扭剪型高强螺栓。 分初拧、终拧两个阶段。第第25讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 44848高强度螺栓连接的材料和施工方法高强度螺栓连接的材料和施工方法n例如M20，8.8级，紧固力（预拉力）P=110kN； 10.9级，P=155kN。第第26讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 45454承压型高强度螺栓连接承压型高强度螺栓连接n与普通螺栓连接的异同？ 1.产生滑移后由栓杆受剪和孔壁承压直至破坏达到承载能力极限状态，和普通螺栓连接的相同；受力状态相同；材料强度不同； 2.承压型螺栓的受剪承载力设计值NbV，不得

43、大于按摩型连接计算值的1.3倍，即在正常使用状态连接不致产生滑移。第第27讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 45959钢筋混凝土构件连接n钢筋的连接 1.钢筋的接头可选用焊接接头、机械接头或搭接接头，重要受力钢筋的接头宜优先采用焊接接头或机械接头。 2.钢筋焊接接头类型有闪光对接焊、电弧焊、电渣压力焊、气压焊等。 3.机械接头有套管式轴向挤压接头、锥螺纹套管接头等。 4.当受力钢筋直径22mm时，不宜采用非焊接的搭接接头 5.钢筋也可以采用搭接连接（搭接长度、位置）。第第27讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 46060第第27讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 46161

44、钢筋混凝土构件连接第第27讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 46262预制板的连接（装配式钢筋混凝土楼盖）n常用的方法是将预制的楼板密铺在楼面梁或砖墙上。常用的预制铺板有预应力空心板、带肋槽形板和实心板。n确保楼盖在荷载尤其是水平荷载作用下共同工作，将外力直接可靠地传递至基础，需要简单而妥善地处理好各部分的连接。第第27讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 46363预制板的连接（装配式钢筋混凝土楼盖）n板与板的连接一般情况下可采用灌缝的办法。n板缝内加短钢筋网，必要时可在板上浇注一层4050厚的细石混凝土整浇层，内配4150或6250双向钢筋网。第第27讲：讲：构件连接（构件连接

45、（4 4） 4 46464预制板的连接（装配式钢筋混凝土楼盖）n板与墙或梁的连接 依靠支座处坐浆和一定的支承长度来保证。坐浆厚1020mm，板在混凝土梁上的支承长度应不少于6080mm，在支承墙上应不少于100mm。第第27讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 46565预制构件的连接n框架（全现浇、半现浇和装配式）。n半现浇式框架是指梁、柱为现浇，楼板为预制，或者柱现浇，而梁板预制的结构。n装配式框架是指梁、柱、楼板均为预制，然后通过焊接拼装连接成整体的框架结构。n节点是梁、柱连接的区域，节点设计是框架结构设计中极重要的一环。原则： 安全可靠、受力明确、构造简单、安装方便、经济合理。n现

46、浇框架和半现浇框架一般做成刚接节点。应保证框架节点区的混凝土强度等级不低于柱的混凝土等级；同时伸入节点区的梁、柱钢筋必须有足够的锚固长度。第第27讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 46666柱与柱的连接 1.榫式连接：第第27讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 46767柱与柱的连接 2.钢板套连接：第第27讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 46868梁与柱的连接n刚性节点和铰接节点 1.钢筋混凝土明牛腿 刚性连接第第27讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 46969梁与柱的连接 2.齿槽式刚性连接（齿的尺寸）第第27讲：讲：构件连接（构件连接（4 4） 4 470

47、70梁与柱的连接 3.暗牛腿刚性连接（在节点处的剪力不大时采用） 施工阶段：铰接； 使用阶段：刚接。 4.牛腿铰接连接（铰接连接一般用于梁端剪力较小的梁柱连接中。预制梁搁置在牛腿上，梁端预埋钢板与柱预埋钢板仅构造连接，起固定作用）工业建筑结构设计n一、工业建筑分类n1、按使用功能分为：nA、建筑物：办公楼、值班室、分析化验室、控制室、配电室、泵房、加药间、仓库、成品库、包装、维修车间等nB、构筑物：设备基础、混凝土框架、钢框架、管廊、烟囱、塔架、水池等n2、按结构形式分为：nA、混凝土结构nB、钢结构nC、砖混结构n二、建筑物结构布置n1、砖混结构：n砖混结构由于受砖块尺寸限制，其墙厚、开间、

48、进深、层高均有一定的模数要求：n墙的尺寸：120、180、240、370、490等n开间尺寸：2400、2700、3000、3300、3600、3900、4200、4500等n进深尺寸：3300、3600、3900、4200、4500、4800、5400、6000等n层高尺寸：2700、3000、3300、3600等n2、混凝土结构：n柱网布置：柱距：4500、6000、6600、7200、7800、8500、9000。经济柱距为6000。n层高：3600、4200、4500、6000n柱尺寸：一般H/15（H：柱层高）300X300600X600n梁尺寸：主梁高度：L/8L/10，宽度：20

49、0400次梁高度：L/12L/15，宽度：200300板厚：L/30L/45（L：梁跨度）传力途径：板次梁主梁柱基础地基n3、钢结构n柱网布置：柱距：25009000。经济柱距为6000。n跨度：600030000n层高：3600、4200、4500、6000、9000、12000n柱尺寸：按受力选择常用尺寸：300X300n梁尺寸：主梁高度：L/15L/20，宽度：200400次梁高度：L/20L/25，宽度：200300板：5厚花纹钢板或50厚钢格板传力途径：板次梁主梁柱基础地基二、构筑物结构布置n1、混凝土框架n柱网布置：柱距：4500、6000、6600、7200。经济柱距为6000。

50、n层高：3600、4200、4500、6000n柱尺寸：一般H/12（H：柱层高）300X300800X800n梁尺寸：主梁高度：L/8L/10，宽度：200400次梁高度：L/10L/15，宽度：200300板厚：L/30L/45（L：梁跨度）传力途径：板次梁主梁柱基础地基n2、钢框架n柱网布置：柱距：3000、4500、6000、6600、7200、9000。经济柱距为6000。n层高：3600、4200、4500、6000n柱尺寸：按受力选择常用尺寸：300X400n梁尺寸：主梁高度：L/10L/15，宽度：200400次梁高度：L/15L/25，宽度：100250板：5厚花纹钢板或50厚钢格板传力途径：板次梁主梁柱基础地基三、管架及管廊设计n1、管架形式：T、干、干、开、开2、适用范围nA、T形及干干形管架适用于管数较少，管道平面布置宽度小于2米，管架高度不大于6米，自跨越约6米的管道；但不能承受管道水平推力。可采用钢材及混凝土制做。nB、形及开开形管架适用于管数较多，管道平面布置宽度大于2米，且管架间以纵梁连接形成管廊后，可布置电器仪表槽板及任何尺寸管道。多采用钢结构制做。祝同志们身体健康，万事如意！ 再见！ 赵福运