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1、第四篇第四篇 钢结构钢结构2021/7/111.1.较高的抗拉强度较高的抗拉强度fu u和屈服点和屈服点fy y；2.2.较好的较好的塑性、韧性塑性、韧性；3.3.良好的良好的工艺性能工艺性能（冷、热加工，可焊性）；（冷、热加工，可焊性）；4.4.对环境的良好适应性。对环境的良好适应性。16 16 建筑钢材建筑钢材16.1 16.1 建筑钢材的主要机械性能建筑钢材的主要机械性能2021/7/122021/7/13A.A.有屈服点钢材有屈服点钢材-曲线可以分为曲线可以分为五个阶段五个阶段： (1) (1)弹性阶段弹性阶段(OB(OB段段) )ABAB段有一定的段有一定的塑性变形塑性变形, , 但
2、但整个整个OBOB段卸载段卸载时，时，=0=0；E=20610E=206103 3N/mmN/mm2 2OBCDAEOA段材料处于纯弹性段材料处于纯弹性。16.1.1 16.1.1 强度和塑性强度和塑性注意比例极限和弹注意比例极限和弹性极限性极限2021/7/14（2 2）弹塑性阶段（）弹塑性阶段（BC)BC) 该段很短该段很短, ,表现出钢材的非弹性性质表现出钢材的非弹性性质; ; B B屈服上限屈服上限; ; C C屈服下限屈服下限( (屈服点屈服点) )（3 3）屈服阶段（）屈服阶段（CD)CD) 该段该段基本基本 保持不变（水保持不变（水 平平), ), 急剧急剧 增大增大, ,称为屈
3、称为屈 服台阶或流服台阶或流 幅段幅段, ,变形模变形模 量量 E = 0E = 0OBCDAE2021/7/15（4 4）应变硬化阶段）应变硬化阶段(DE(DE段段) )极限抗拉强度极限抗拉强度f fu u（5 5）颈缩阶段）颈缩阶段(EF(EF段段) )随荷载的增加随荷载的增加缓慢增大缓慢增大, ,但但增加较快增加较快OBCDAE2021/7/16B.B.注意：应力应变曲线的简化注意：应力应变曲线的简化1)F1)Fp p和和f fe e和和f fy y相差很小；相差很小；2)2)超过超过 f fy y到屈服台阶终止到屈服台阶终止的变形约为的变形约为2.5%-3%2.5%-3%，足，足以满足
4、考虑结构的塑性变以满足考虑结构的塑性变形发展的要求。形发展的要求。 （1 1）钢材可以简化为）钢材可以简化为理想弹塑性体理想弹塑性体2.5%-3%fy 00.15%2021/7/17 （2 2）钢材在静载作用下：）钢材在静载作用下： 强度计算以强度计算以f fy y为依据为依据;f;fu u为结构的安全储备。为结构的安全储备。（3 3）断裂时变形约为弹性变形的）断裂时变形约为弹性变形的200200倍，在破坏前倍，在破坏前 产生明显可见的塑性产生明显可见的塑性 变形，变形， 可及时补救，可及时补救， 故几乎不可能发生。故几乎不可能发生。O0.15%22%fufyf fu u-f-fy y2021
5、/7/18C.单向拉伸时钢材的机械性能指标 （1 1）屈服点屈服点f fy y-应力应变曲线开始产生塑性流动时应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力，它是衡量钢材的对应的应力，它是衡量钢材的承载能力承载能力和确定钢材和确定钢材强度设计值强度设计值的重要指标。的重要指标。 （2 2）抗拉强度抗拉强度f fu u-应力应变曲线最高点对应的应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。力，它是钢材最大的抗拉强度。2021/7/192、塑性、塑性：当钢材应力超过屈服点后，能产当钢材应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立生显著的残余变形（塑性变形）而不立即破坏的性质。即破坏
6、的性质。 主要指标：主要指标： 伸长率伸长率： x100 断面收缩率断面收缩率 ： x1002021/7/11016.1.2冷弯性能 衡量钢材常温衡量钢材常温冷加工弯曲产生冷加工弯曲产生塑性性能和质量塑性性能和质量优劣的综合指标。优劣的综合指标。add+2.1a2021/7/11116.1.316.1.3冲击韧性冲击韧性 衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应衡量钢材在动力（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。收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。2021/7/112(a)梅氏U型缺口 (b)夏比V型缺
7、口 由试件断裂吸收的能量由试件断裂吸收的能量CvCv来衡钢材的冲击韧性，来衡钢材的冲击韧性， 单位：单位：J J。CvCv受温度的影响受温度的影响2021/7/113冲击韧性试验装置冲击韧性试验装置2021/7/114钢材的机械性能指标1 1、屈服点、屈服点f fy y；2 2、伸长率、伸长率；3 3、抗拉强度、抗拉强度f fu u；4 4、冷弯试验；、冷弯试验；5 5、冲击韧性、冲击韧性CvCv ( (包括常温冲击韧性、包括常温冲击韧性、 0 0度时冲击韧性度时冲击韧性 负温冲击韧性）。负温冲击韧性）。小 节2021/7/11516.1.4 钢材的可焊性能钢材的可焊性能可焊性：可焊性：在一定
8、的焊接工艺条件下，所施在一定的焊接工艺条件下，所施焊的焊缝镕敷金属和母材金属不发生裂纹，焊的焊缝镕敷金属和母材金属不发生裂纹，且焊接接头的机械性能不低于母材。且焊接接头的机械性能不低于母材。影响可焊性的因素：影响可焊性的因素：钢材品种、化学成分、钢材品种、化学成分、规格、约束程度、焊接的环境温度、焊接规格、约束程度、焊接的环境温度、焊接材料、焊接工艺。材料、焊接工艺。2021/7/116一、塑性破坏一、塑性破坏 破坏前有明显的破坏前有明显的塑性变形塑性变形，破坏过程长，破坏过程长，断口发暗，可以采取补救措施。断口发暗，可以采取补救措施。 二、脆性破坏二、脆性破坏 破坏前没有明显的变形和征兆，破
9、坏时的变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，形远比材料应有的变形能力小，破坏破坏突然，断突然，断口平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。口平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。16.2 钢材的破坏形式钢材的破坏形式2021/7/117 16.3.1化学成分化学成分 普通碳素钢中普通碳素钢中FeFe占占99%99%，其他杂质元素占其他杂质元素占1%1%； 普通低合金钢中合金元素普通低合金钢中合金元素5%5%。 1. 1. 碳（碳（C C）：钢材强度的主要来源，：钢材强度的主要来源，随其含量增加，随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。强度增加，塑性降低，可焊
10、性降低，抗腐蚀性降低。 一般控制在一般控制在0.22%0.22%以下，以下， 在在0.20.2以下时，可焊性良好。以下时，可焊性良好。 16.3 16.3 影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素2021/7/118 2.2.硫硫（S S）：有有害害元元素素，热热脆脆性性。碳碳素素钢钢不不得得超超过过0.035%0.035%。合金钢不大于。合金钢不大于0.025%0.025%。 3.3.磷磷（P P）：有有害害元元素素，冷冷脆脆性性。抗抗腐腐蚀蚀能能力力略略有有提提高高，可焊性降低。不得超过可焊性降低。不得超过0.045%0.045%。 4.4.锰锰（MnMn）：合合金金元元素素。弱弱脱脱
11、氧氧剂剂。与与S S形形成成MnSMnS，熔熔点点16001600，可以消除一部分，可以消除一部分S S的有害作用的有害作用。 5.5.硅（硅（SiSi）：）：合金元素。强脱氧剂。合金元素。强脱氧剂。 6.6.钒钒（V V）：合合金金元元素素。细细化化晶晶粒粒，提提高高强强度度，其其碳碳化化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。2021/7/1197.7.氧（氧（O O）：有害杂质，与：有害杂质，与S相似。相似。8.8.氮（氮（N N）：有害杂质，与：有害杂质，与P相似。相似。9.9.铜铜（CuCu）：提提高高抗抗锈锈蚀蚀性性，提提高高强强度度
12、，对对可可焊焊性性有有影响。影响。二冶金缺陷（冶炼、浇铸、轧制和热处理）二冶金缺陷（冶炼、浇铸、轧制和热处理）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；偏析：化学成分分布的不均匀程度；非金属夹杂；非金属夹杂；气孔；气孔；裂纹等。裂纹等。2021/7/12016.3.2钢材的硬化 冷冷作作硬硬化化当当荷荷载载超超过过材材料料比比例例极极限限卸卸载载后后，出出现现残残余余变变形形，再再次次加加载载则则比比例例极极限限（或或屈屈服服点点）提提高高的的现象，也称现象，也称“应变硬化应变硬化”。 时时效效硬硬化化随随时时间间的的增增长长，碳碳和和氮氮的的化化合合物物从从晶晶体体
13、中析出，使中析出，使材料硬化的现象材料硬化的现象。 应应变变时时效效钢钢材材产产生生塑塑性性变变形形时时，碳碳、氮氮化化合合物物更更易易析析出出。即即冷冷作作硬硬化化的的同同时时可可以以加加速速时时效效硬硬化化，因因此此也称也称“人工时效人工时效”。2021/7/1212021/7/122）材材料料由由弹弹性性转转入入塑塑性性的的强强度度指指标标用用变变形形时时单单位位体体积中积聚的能量来表达；积中积聚的能量来表达；16.3.316.3.3复杂应力和应力集中的影响复杂应力和应力集中的影响假定：假定：）当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形）当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形能时，钢
14、材即由弹性转入塑性。能时，钢材即由弹性转入塑性。1复杂应力的影响复杂应力的影响2021/7/123oZXY单元体受复杂应力单元体受复杂应力（应力分量（应力分量）单元体受主应力单元体受主应力2021/7/1241.1.以应力分量表示以应力分量表示2.2.以主应力表示以主应力表示材料处于弹性状态材料处于弹性状态材料处于塑性状态材料处于塑性状态2021/7/1252、应力集中的影响、应力集中的影响应力集中的概念应力集中的概念 构构件件表表面面不不平平整整，有有刻刻槽槽、缺缺口口，厚厚度度突突变变时时，应应力力不不均均匀匀，力力线线变变曲曲折折，缺缺陷陷处处有有高高峰峰应应力力应力集中。应力集中。20
15、21/7/1262.应力集中的影响2021/7/1273.减小应力集中现象的措施 1:2.5 由于钢材具有良好的塑性性能，当承受静力荷由于钢材具有良好的塑性性能，当承受静力荷载且在常温下工作时，只要符合规范规定的设计要载且在常温下工作时，只要符合规范规定的设计要求，可以不考虑应力集中的影响。求，可以不考虑应力集中的影响。2021/7/12816.3.416.3.4温度的影响：温度的影响： 1升温情况升温情况100 100 抗拉强度、屈服点和弹性模量都有变化。抗拉强度、屈服点和弹性模量都有变化。250250左左右右抗抗拉拉强强度度略略有有提提高高，塑塑性性降降低低，脆脆性性增增加加蓝蓝脆脆现象，
16、该温度区段称为现象，该温度区段称为“蓝脆区蓝脆区”。250250350350强度下降，伸长率明显增大产生徐变现象。强度下降，伸长率明显增大产生徐变现象。600600左右弹性模量趋于零左右弹性模量趋于零 ，承载能力几乎完全丧失。，承载能力几乎完全丧失。2021/7/129 当温度低于常当温度低于常温时，钢材的脆性温时，钢材的脆性倾向随温度降低而倾向随温度降低而增加，增加，材料强度略材料强度略有提高，但其塑性有提高，但其塑性和韧性降低，该现和韧性降低，该现象称为低稳冷脆。象称为低稳冷脆。2 2负温范围负温范围脆性破坏脆性破坏转变过渡区段转变过渡区段塑性破坏塑性破坏反弯点反弯点试验温度试验温度T T
17、0 0C C冲击断裂功冲击断裂功C Cv vT1T2T0冲击韧性与温度的关系曲线冲击韧性与温度的关系曲线2021/7/130一、概念一、概念1 1、循环荷载循环荷载结构或构件承受的随时间变化的荷载。结构或构件承受的随时间变化的荷载。PP11A1-1A16.3.516.3.5 钢材的疲劳钢材的疲劳2021/7/131(b)(b)脉冲循环脉冲循环(a)(a)完全对称循环完全对称循环(c)(c)不完全对称循环不完全对称循环(d)(d)不完全对称循环不完全对称循环2021/7/1322.2.钢材的疲劳钢材的疲劳 在循环荷载（连续反复荷载）作用下，经过有限次在循环荷载（连续反复荷载）作用下，经过有限次循
18、环，钢材发生破坏的现象，称之为疲劳。循环，钢材发生破坏的现象，称之为疲劳。3.3.疲劳破坏的机理疲劳破坏的机理 疲劳破坏是积累损伤的结果。疲劳破坏是积累损伤的结果。缺陷缺陷微观裂纹微观裂纹宏观裂纹宏观裂纹。4.4.疲劳破坏的特征疲劳破坏的特征属于脆性破坏，截面平均应力小于屈服点。属于脆性破坏，截面平均应力小于屈服点。2021/7/13316.4.1钢的种类钢的种类分类：非合金钢；低合金钢；合金钢（分类：非合金钢；低合金钢；合金钢（GB/T 13304.1-2008）适合钢结构：碳素钢；低合金高强度结构钢；另外高性能建筑结适合钢结构：碳素钢；低合金高强度结构钢；另外高性能建筑结构钢；耐候结构钢构
19、钢；耐候结构钢碳素钢：碳素钢：Q235A,B-普通质量；普通质量； Q235C,D优质非合金钢优质非合金钢低合金钢：低合金钢：Q345A-普通质量；普通质量；Q345B-D Q390A-D一般用途优一般用途优质；质；Q345E，Q390E，Q420，Q460一般用途特殊质量一般用途特殊质量高性能建筑结构钢（高性能建筑结构钢（GJ）：特殊质量等级）：特殊质量等级耐候结构钢（耐候结构钢（NH或或GNH）16.416.4建筑钢材的种类和规格建筑钢材的种类和规格2021/7/13416.4.2 钢结构用钢的牌号钢结构用钢的牌号 1 1、碳素结构钢（、碳素结构钢（GB/T 700-2006GB/T 70
20、0-2006）-低碳钢牌号低碳钢牌号 Q235- Q235-质量等级（质量等级（A A、B B、C C、D D）（）（Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q275)Q275) 脱氧方式（脱氧方式（F F、b b、Z Z、TzTz）举例：举例：Q235AFQ235AF 其中其中ABAB级为级为F F、Z Z；C C级为级为Z Z；DEDE级为级为TZTZ A- A-保证保证f fu u、f fy y、，P P、S S含量含量 B- B-保证保证f fu u,f,fy y,冷弯，常温时冷弯，常温时C Cv v，P P，S S，C C含量；含量； C-C-保证保证 f fu u,f
21、,fy y,冷弯冷弯,0,0o oC C时时C Cv v，P P，S S，C C含量含量; ; D- D-保证保证f fu u,f,fy y,冷弯冷弯,-20,-20o oC C时时C Cv v，P P，S S，C C含量含量; ;16.416.4建筑钢材的种类和规格建筑钢材的种类和规格2021/7/1352.2.低合金钢低合金钢(GB/T 1591-2008)(GB/T 1591-2008)八种八种GB/T 1591-94GB/T 1591-94Q295Q390Q345Q420相应的钢材品种相应的钢材品种（GB/T 1591-94)GB/T 1591-94)09Mn、09Mnb、09Mn2、
22、12Mn12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb15MnV、15MnTi、16MnNb15MnVN、14MnTiRE 低合金钢的质量等级分低合金钢的质量等级分A A、B B、C C、D D、E E，其中，其中E E主要是要求主要是要求-40-400 0 C C 的冲击韧性。的冲击韧性。另外还有另外还有Q460;Q500;Q550; Q620;Q6902021/7/136二、钢材的选择二、钢材的选择（一）选择钢材的原则一）选择钢材的原则1 1结构或构件的重要性；结构或构件的重要性；2021/7/1372荷载情况（静力荷载，动力荷载）；荷载情况（静力荷载，动力荷载）； 静力荷载作
23、用下可选择经济性较好的静力荷载作用下可选择经济性较好的Q235Q235钢材。钢材。 动力荷载作用下应选择综合性能较好钢材。动力荷载作用下应选择综合性能较好钢材。3连接方法（焊接连接、螺栓连接）连接方法（焊接连接、螺栓连接）； 焊接结构对材质的要求严格，应严格控制焊接结构对材质的要求严格，应严格控制C C、S S、P P的的极限含量；非焊接结构对极限含量；非焊接结构对C C的要求可降低一些。的要求可降低一些。4结构所处的工作条件（环境温度，腐蚀等）；结构所处的工作条件（环境温度，腐蚀等）； 低温下工作的结构应选择低温脆断性能好的镇定钢低温下工作的结构应选择低温脆断性能好的镇定钢5.钢材的厚度。钢
24、材的厚度。 厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。2021/7/138（二）钢材选择建议1 1、承重结构的钢材宜采用、承重结构的钢材宜采用Q235Q235钢、钢、Q345Q345钢、钢、Q390Q390钢钢和和Q420Q420钢，其质量应分别符合国家标准碳素结构钢钢，其质量应分别符合国家标准碳素结构钢GB/T700GB/T700和低合金高强度结构钢和低合金高强度结构钢GB/T1591GB/T1591的规的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚符合相应有关标准定。当采用其他牌号的钢材时，尚符合相应有关标准的规定和要求。的规定和要求。 2 2、承重结构的钢材应具有抗
25、拉强度、伸长率、屈服、承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚具有含强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚具有含碳量的合格保证。碳量的合格保证。2021/7/139 3 3、对于需要验算疲劳的焊接结构，应具有常温冲击韧对于需要验算疲劳的焊接结构，应具有常温冲击韧性的合格保证；性的合格保证；当结构工作温度等于或低于当结构工作温度等于或低于00但高于但高于2020时，时，Q235Q235钢和钢和Q345Q345钢应具有钢应具有00冲击韧性合格的冲击韧性合格的保证；保证； 对于对于Q390Q390钢和钢和Q420Q420钢应具有钢应具有2020冲击韧性的冲
26、击韧性的合格保证。合格保证。 当结构工作温度等于或低于当结构工作温度等于或低于2020时，对时，对Q235Q235钢和钢和Q345Q345钢应具有钢应具有2020冲击韧性的合格保证；冲击韧性的合格保证； 对对Q390Q390和和Q420Q420钢应具有钢应具有4040冲击韧性的合格保证冲击韧性的合格保证。 2021/7/140 4 4、对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有、对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低当结构工作温度等于或低于于2020时，对时，对Q235Q235钢和钢和Q345Q345钢应具有钢应具有00冲
27、击韧性合冲击韧性合格的保证；格的保证；对对Q390Q390钢和钢和Q420Q420钢应具有钢应具有2020冲击韧性冲击韧性的合格保证。的合格保证。5、重要的受拉或受弯的焊接构件中，厚度大于等于16mm的钢材应具有常温冲击韧性合格的保证。 6 6、当焊接结构为防止钢材的层状撕裂而采用当焊接结构为防止钢材的层状撕裂而采用 Z Z 向钢向钢时，其材质应符合现行国家标准厚度方向性能钢板时，其材质应符合现行国家标准厚度方向性能钢板GB/T5313GB/T5313的规定。的规定。 2021/7/1418 8、对于外露环境，且对大气腐蚀有特殊要求的或在、对于外露环境，且对大气腐蚀有特殊要求的或在腐蚀性气态和
28、固态介质作用下的承重结构，宜采用耐腐蚀性气态和固态介质作用下的承重结构，宜采用耐候钢，其质量要求应符合现行国家标准焊接耐候钢候钢，其质量要求应符合现行国家标准焊接耐候钢GB/T4172GB/T4172的规定。的规定。 7、钢板的抗撕裂性能采用厚度方向的断面收缩率钢板的抗撕裂性能采用厚度方向的断面收缩率z z来评定。该标准将沿厚度方向的断面收缩率分为三个来评定。该标准将沿厚度方向的断面收缩率分为三个等级，即等级，即Z15Z15，Z25Z25，Z35Z35，分别对应其允许值。，分别对应其允许值。2021/7/142三、钢材的规格 热轧成型的热轧成型的钢板钢板和和型钢型钢，冷弯（或冷压）成型，冷弯（
29、或冷压）成型的的薄壁型钢薄壁型钢。（一）热轧钢板（一）热轧钢板（表示方法（表示方法 宽宽厚度厚度长度长度 ）分为分为: :厚板厚板（厚度（厚度4.5-60mm)4.5-60mm)薄板薄板（厚度（厚度0.35-4mm)0.35-4mm)扁钢扁钢： 厚度厚度4-60mm4-60mm， 宽度宽度20-200mm20-200mm。2021/7/143(二）热轧型钢1.1.工字钢工字钢2.2.槽钢槽钢工字钢根据截面高度工字钢根据截面高度h h及厚度分类及厚度分类a(a(或或b b、c)c)最大最大6363号号槽钢根据截面高度槽钢根据截面高度h h及及厚度分类厚度分类a(a(或或b b、c)c)最大最大4
30、040号号2021/7/1443.3.角钢角钢肢宽度肢宽度肢厚度肢厚度 最大：最大： 200等肢角钢等肢角钢长肢宽度长肢宽度短肢宽度短肢宽度肢厚度肢厚度最大：最大： 200 125不等肢角钢不等肢角钢2021/7/1454.4.H型钢、型钢、T T型钢型钢分为：分为：宽翼缘宽翼缘HW、中翼缘、中翼缘HM、窄翼缘、窄翼缘HN 、轻型薄壁、轻型薄壁HTbht1t2表示方法：表示方法： H高度高度宽度宽度腹板厚度腹板厚度翼缘厚度翼缘厚度如：如： Hh hb bt t1 1t t2 25.5.钢管钢管tD表示方法：表示方法：外径外径壁厚壁厚分为无缝管和焊接管分为无缝管和焊接管2021/7/146（三）
31、冷弯薄壁型钢、压型钢板壁厚壁厚1.55mm压型钢板壁厚压型钢板壁厚0.32mmS、W、V、U型型2021/7/147与与Q235Q235钢（钢（fy=235fy=235255n/mm2255n/mm2）相当的国外钢材：）相当的国外钢材： （A36A36）美国，）美国，43A43A、43B43B（英国），（英国）， St37 St37（德国），（德国）， SM41 SM41（日本），（日本）， Fe360 Fe360（ISOISO）等。）等。与与Q345Q345钢、钢、Q390Q390钢和钢和Q420Q420钢相当的国外钢种为：钢相当的国外钢种为： A242 A242，A440A440，A441
32、A441（美国）；（美国）； 50A 50AD D，55C55CE E（英国）（英国） St52 St52，St70St70（德国）；（德国）； SM50 SM50，SM53SM53，SM58SM58（日本）。（日本）。2021/7/14817 钢结构的连接钢结构的连接1.1.了解钢结构连接的种类及各自的特点；了解钢结构连接的种类及各自的特点；2.2.了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算方法及构造要求；方法及构造要求；3.3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构工作的影响；工作的影响；4.4.了解螺
33、栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算和构造要求。和构造要求。2021/7/14917.1 17.1 钢结构的连接种类及其特点钢结构的连接种类及其特点钢结构的连接种类及其特点钢结构的连接种类及其特点连接方法连接方法优优 点点缺缺 点点焊焊 接接对几何形体适应性强，构造简单，对几何形体适应性强，构造简单，省材省工，易于自动化，工效高省材省工，易于自动化，工效高对材质要求高，焊接程序对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大严格，质量检验工作量大铆铆 接接传力可靠，韧性和塑性好，质量传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷载好易于检查，抗动力荷载好
34、费钢、费工费钢、费工普通螺栓连普通螺栓连接接装卸便利，设备简单装卸便利，设备简单螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装螺栓精度高时加工和安装难度较大难度较大高强螺栓连高强螺栓连接接加工方便，对结构削弱少，可拆加工方便，对结构削弱少，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，换，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好塑性、韧性好摩擦面处理，安装工艺略摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高为复杂，造价略高射钉、自攻射钉、自攻螺栓连接螺栓连接灵活，安装方便，构件无须予先灵活，安装方便，构件无须予先处理，适用于轻钢、薄板结构处理，适用于轻钢、薄板结构不能受较大集中力不能受较大集中力20
35、21/7/150焊接焊接2021/7/151螺栓连接螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接、级、级(5.6，8.8级级)适用于受剪适用于受剪,类孔，目前被高强代类孔，目前被高强代替替.C级（级（4.6，4.8）适用与受拉，）适用与受拉， 类孔。对于受剪，适用类孔。对于受剪，适用用于静、间动荷载的次要、安装和可拆卸结构的连结。用于静、间动荷载的次要、安装和可拆卸结构的连结。高强螺栓连接高强螺栓连接摩擦型摩擦型分为分为10.9S，8.8S，利用板间摩擦力传递，利用板间摩擦力传递剪力，特点：变形小，不松动，耐疲劳剪力，特点：变形小，不松动，耐疲劳承压型承压型 后期特点与普通螺栓相同，不过其强度后期特点与普
36、通螺栓相同，不过其强度高，但剪切变形比摩擦形高。高，但剪切变形比摩擦形高。l铆钉连接铆钉连接2021/7/15217.2.1钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法1.1.手工电弧焊手工电弧焊A、焊条的选择：、焊条的选择： 焊条应与焊件焊条应与焊件钢材相适应。钢材相适应。原理：利用电弧产生热量原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形熔化焊条和母材形 成焊缝。成焊缝。 17.2 焊接连接焊接连接2021/7/153Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-5518)(E5500-5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条(E5000-50
37、48)(E5000-5048)B B、焊条的表示方法：、焊条的表示方法：EE焊条焊条(Electrode)(Electrode)第第1 1、2 2位数字为熔融金属的最小抗拉强度位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2) )第第3 3、4 4适用焊接位置、电流及药皮的类型。适用焊接位置、电流及药皮的类型。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。缺点：质量波动大，要求焊工缺点：质量波动大，要求焊工等级等级高，劳动强度大，效率低。高，劳动强度大，效率低。 优点：方便，特别在高空和野外优点：方便，特别在高空和野外作业作业，小型焊接，
38、小型焊接；Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)C C、优、缺点、优、缺点2021/7/1542.2.埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）、焊丝转盘焊丝转盘送丝器送丝器焊剂漏斗焊剂漏斗焊剂焊剂熔渣熔渣焊件焊件埋弧自动焊埋弧自动焊 通电引弧后，使焊丝、通电引弧后，使焊丝、焊件和焊剂熔化，形焊件和焊剂熔化，形成熔渣浮在金属表面成熔渣浮在金属表面与空气隔绝。与空气隔绝。2021/7/155A A、焊丝的选择应与焊件等强度。、焊丝的选择应与焊件等强度。 B B、优、缺点：、优、缺点： 优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，
39、优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。焊接质量好。 缺点：设备投资大，施工位置受限等。缺点：设备投资大，施工位置受限等。 送送丝丝器器机机器器2021/7/1563.3.气体保护焊气体保护焊优、缺点：优、缺点： 优点：焊接速度快，焊优点：焊接速度快，焊接接质质量好。量好。 缺点：施工条件受限制等。缺点：施工条件受限制等。2021/7/15717.2.2 焊缝形式焊缝形式1. 按构件的相对位置分按构件的相对位置分对接对接搭接搭接T形接头形接头角接接头角接接头2021/7/158 对接焊缝对接焊缝v直缝直缝v斜缝斜缝 角焊缝角焊缝v端缝端缝 v侧缝侧缝2. 按焊缝的种类分按焊缝的
40、种类分l直交直交l斜交斜交l全焊透全焊透l部分焊透部分焊透第二节 焊接方法、形式、质量等级2021/7/1593. 按施焊位置分按施焊位置分平焊（俯焊）平焊（俯焊）立焊立焊横焊横焊仰焊仰焊2021/7/16017.2.317.2.3焊缝缺陷及焊缝质量检查焊缝缺陷及焊缝质量检查1.1.焊缝缺陷焊缝缺陷2021/7/1612.2.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。内部无损检验：检验内部缺陷。 内部检验主要采用超声内部检验主要采用超声 波，有时还用磁粉检验波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方荧光检验等辅助检验方
41、法。还可以采用法。还可以采用X X射线或射线或射线透照或拍片。射线透照或拍片。2021/7/162钢结构工程施工及验收规范规定：钢结构工程施工及验收规范规定： 焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。和三级。 三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；三级质量标准； 一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。2021/7/16317.3 对接焊缝连接对接焊缝连接对接焊缝的形式和构造对
42、接焊缝的形式和构造1主要形式主要形式直边缝，直边缝，缝（小）缝（小）单边单边V形（中）形（中）双边双边V形（中）形（中）J形（中）形（中）U形（中）形（中）K形（较厚）形（较厚）X形（较厚）形（较厚）2021/7/1642 2、V V形、形、U U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；3 3、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧、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焊缝的计算长度等于实际长度减去2t2t1 1，t t1 1较
43、薄焊较薄焊件厚度；件厚度；4 4、当板件厚度或宽度在一侧相差大于、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm4mm时，应做坡时，应做坡度不大于度不大于1:2.5(1:2.5(静载静载) )或或1:4(1:4(动载动载) )的斜角，以平缓的斜角，以平缓过度，减小应力集中。过度，减小应力集中。1:2.51:2.52021/7/165二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算1、轴心受力的对接焊缝的计算、轴心受力的对接焊缝的计算注意的取值。注意的取值。2021/7/1662、斜向受力的对接的焊接分别验证正应力、剪应力，有一定的近似性二、对接焊缝的计算2021/7/16717.4 角焊缝连接角焊缝连接17.4.1
44、 角焊缝的构造角焊缝的构造1 角焊缝的形式角焊缝的形式直角角焊缝直角角焊缝普通型普通型平坦型平坦型凹面型凹面型斜角角焊缝斜角角焊缝斜锐焊缝斜锐焊缝斜钝焊缝斜钝焊缝斜凹角焊缝斜凹角焊缝一般采用普通型，对于正面角焊缝可采用平坦型或凹面型；对于承受一般采用普通型，对于正面角焊缝可采用平坦型或凹面型；对于承受动力荷载，正面宜平坦型、侧面宜采用凹面型。动力荷载，正面宜平坦型、侧面宜采用凹面型。注意焊角尺寸和计算厚度注意焊角尺寸和计算厚度2021/7/1682、角焊缝的尺寸要求、角焊缝的尺寸要求（1）最小焊角尺寸）最小焊角尺寸当焊件较厚而焊脚尺寸太小当焊件较厚而焊脚尺寸太小时，焊缝内部将因冷却过快时，焊缝
45、内部将因冷却过快产生淬硬组织，易产生裂纹。产生淬硬组织，易产生裂纹。2021/7/169（2）最大焊角尺寸）最大焊角尺寸过大，易使焊件形成烧伤过大，易使焊件形成烧伤烧透等烧透等“过烧过烧”现象，产生现象，产生较大的残余应力残余变形较大的残余应力残余变形2021/7/170（3）不等焊脚尺寸）不等焊脚尺寸（4）角焊缝最小计算长度）角焊缝最小计算长度（5）侧面角焊缝最大计算长度）侧面角焊缝最大计算长度较薄满足最大焊脚尺寸要求较薄满足最大焊脚尺寸要求较厚满足最小焊脚尺寸要求较厚满足最小焊脚尺寸要求侧面角焊缝内力均匀侧面角焊缝内力均匀分布，不受此限制。分布，不受此限制。局部受热严重，起落弧的弧坑间距太
46、近局部受热严重，起落弧的弧坑间距太近其他可能的缺陷，焊缝不够可靠。其他可能的缺陷，焊缝不够可靠。2021/7/171（6）当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：）当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：bt1t2A、为了避免应力传递的过分弯折而、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，规范规定：使构件中应力不均，规范规定：B、为了避免焊缝横向收缩时引、为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲太大，规范规定：起板件的拱曲太大，规范规定：2021/7/172一、角焊缝的构造（7 7）在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度）在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的的5 5倍，且不得小于倍，且
47、不得小于25mm25mm。（8） 当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2h2hf f的的绕角焊绕角焊，且转角处必须连续施焊。，且转角处必须连续施焊。b2hf f2021/7/17317.4.2 角焊缝的计算角焊缝的计算（1）当平行于焊缝长度方向时，（侧面焊缝）当平行于焊缝长度方向时，（侧面焊缝）17.4.2.1 轴心力作用时角焊缝作用轴心力作用时角焊缝作用2021/7/174（2）当力垂直于焊缝长度方向时，）当力垂直于焊缝长度方向时，(正面焊正面焊缝缝)2021/7/175（3）当两方向力综合作用时）当两方向力综合作用时2021/7/176（4）当作用力斜向
48、于焊缝长度方向时）当作用力斜向于焊缝长度方向时2021/7/17717.4.3.217.4.3.2角钢角焊缝连接角钢角焊缝连接A A、仅采用侧面角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: :故故: :Ne1e2bN1N2xxlw1w1lw2w22021/7/178对于校核问题对于校核问题: :对于设计问题对于设计问题: :Ne1e2bN1N2xxlw1w1lw2w22021/7/179B B、采用三面围焊、采用三面围焊由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: :余下的问题同情况余下的问题同情况A，即，即: :Ne1e2bN1N2xxN3lw1w1lw2w22021/7/180
49、对于校核问题对于校核问题: :对于设计问题对于设计问题: :Ne1e2bN1N2xxN3lw1w1lw2w22021/7/181C C、采用、采用L L形围焊形围焊代入下式代入下式3-203-20，3-213-21得得: :对于设计问题对于设计问题: :Ne1e2bN1xxN3lw1w12021/7/1822021/7/1832021/7/1842021/7/1852021/7/1862021/7/1872021/7/1882021/7/18917.6 17.6 普通螺栓连接普通螺栓连接17.6.1 普通螺栓连接的构造普通螺栓连接的构造1.1.普通螺栓的形式和规格普通螺栓的形式和规格C级级-粗
50、制螺栓，性能等级为粗制螺栓，性能等级为4.6或或4.8级；级；4表示表示f fu u400N/mm400N/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔，孔径类孔，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d) (d) 1 13mm3mm。A、B级级-精制螺栓，性能等级为精制螺栓，性能等级为5.6或或8.8级级; ;5或或8表示表示f fu u500500或或800N/mm800N/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔，孔径类孔，孔径(d(do o)-)-栓杆直
51、径栓杆直径(d)(d)0.30.30.5mm0.5mm。按其加工的精细程度和强度分为按其加工的精细程度和强度分为: :A、B、C三个级别。三个级别。注意注意:螺栓螺栓M16,20,24,30,(22),(27)。 l/d=462021/7/19017.6.1.2螺栓的排列螺栓的排列1.1.并列并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大；件截面削弱大；B B 错列错列A A 并列并列中距中距中距中距边距边距边距边距端距端距2.2.错列错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；面削弱小； 2021
52、/7/1913.3.螺栓排列的要求螺栓排列的要求（1 1）受力要求）受力要求: : 垂直受力方向：垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、为了防止螺栓应力集中相互影响、截面削弱过多而降低承载力，截面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和中距不能螺栓的边距和中距不能太小；太小； 顺力作用方向：顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，为了防止板件被拉断或剪坏，端距端距不能太小；不能太小； 对于受压构件：对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，为防止连接板件发生鼓曲，中距不中距不能太大。能太大。（2 2）构造要求；）构造要求； 螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件
53、间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。不密，潮气侵入腐蚀钢材。2021/7/192（3 3）施工要求）施工要求 为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。 根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。2021/7/193螺栓和孔的图例螺栓和孔的图例2021/7/194螺栓连接的受力形式螺栓连接的受力形式FNFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉力剪力和拉力共同作用共同作用17.6.2 普通螺栓的受力普通螺栓的受力性能和计算性能和计算 2021/7/195抗剪螺栓抗剪螺栓-依靠螺杆抗剪和螺杆对孔壁的依靠螺杆抗剪和螺杆对孔壁的承压，传递垂直于螺栓的外力。承压，传递垂直于螺栓的外力。抗拉螺栓
54、抗拉螺栓-依靠螺杆受拉传递平行于螺杆依靠螺杆受拉传递平行于螺杆的外力。的外力。拉剪螺栓拉剪螺栓-两者兼而有之两者兼而有之。2021/7/19617.6.2.1 受剪螺栓连接（1） 受力性能和破坏形式受力性能和破坏形式受力性能受力性能(a)C级普通螺栓级普通螺栓p第一阶段阶段 弹性阶段弹性阶段p第二阶段第二阶段 相对滑动阶段相对滑动阶段p第三阶段第三阶段 弹塑性阶段弹塑性阶段2021/7/197破坏形式破坏形式 a）螺栓剪断）螺栓剪断 b）钢板孔壁挤压破坏）钢板孔壁挤压破坏 c）钢板由于螺孔削弱而净截面拉断）钢板由于螺孔削弱而净截面拉断 d）钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏）钢板因螺孔端距或螺
55、孔中距太小而剪坏 e） 螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏另外还有另外还有 螺栓双剪破坏等。螺栓双剪破坏等。注意：后两种破坏可以通过最小容许端距注意：后两种破坏可以通过最小容许端距2d0和使螺栓和使螺栓的夹紧长度为的夹紧长度为46倍（普通）和倍（普通）和57倍（高强度）螺栓倍（高强度）螺栓直径的条件防止。直径的条件防止。2021/7/198螺栓剪断螺栓剪断2021/7/1992021/7/11002021/7/11012021/7/11022021/7/11032021/7/1104（2）受剪螺栓的承载力计算方法）受剪螺栓的承载力计算方法d
56、对于承压型高强度螺栓：抗剪承载力设计值计算中取有效直径对于承压型高强度螺栓：抗剪承载力设计值计算中取有效直径2021/7/1105（3）受剪螺栓连接计算）受剪螺栓连接计算(a) 确定螺栓需要数目确定螺栓需要数目承载力的折减系数：当承载力的折减系数：当l115d0 时时2021/7/1106NNbt tt t1 1b1（b b）验算净截面强度）验算净截面强度拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面截面: :A A、螺栓采用并列排列时、螺栓采用并列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面截面: :11222021/7/1107NNt tt t1 1bc2c3c4c1B B、螺栓
57、采用错列排列时、螺栓采用错列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1和和1-1截面截面: :11112021/7/1108NNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2和和2-2截面截面: :22222021/7/11091 受力性能和破坏特征受力性能和破坏特征17.6.2.2 受拉螺栓连接 抗拉螺栓连接在外力作用下，抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有连接板件接触面有脱开趋势脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉栓杆被拉断为其破坏形式。断为其破坏形式。（1）单单个受拉螺栓的承载力设计值个受拉螺栓的承
58、载力设计值 式中：式中：A Ae e-螺栓的有效截面面积；螺栓的有效截面面积； d de e-螺栓的有效直径；螺栓的有效直径； f ft tb b-螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。2 计算方法计算方法2021/7/1110dedndmd公式的两点说明：（1）螺栓的有效截面面积）螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径有效直径de而不是净直径而不是净直径dn，现行国家标准取：，现行国家标准取：2021/7/1111(2(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响 A、螺
59、栓受拉时，一般是通过螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板件传递，即螺与螺杆垂直的板件传递，即螺杆并非轴心受拉，当连接板件杆并非轴心受拉，当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的发生变形时，螺栓有被撬开的趋势趋势（杠杆作用），（杠杆作用），使螺杆中使螺杆中的拉力增加的拉力增加（撬力（撬力Q）并产生并产生弯曲现象。弯曲现象。连接件刚度越小撬连接件刚度越小撬力越大。力越大。试验证明影响撬力的试验证明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取规范采取简化计算的方法，取f ft tb b=0.8f=0.8f（ff螺栓钢材的抗拉螺栓钢材的抗拉强度设计值）强度设计值
60、）来考虑其影响。来考虑其影响。2021/7/1112 B、 在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，来减小杠杆作用引起的撬力，如来减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋设加劲肋，可以减小，可以减小甚至消除撬力的影响。甚至消除撬力的影响。2021/7/1113(2）螺栓群受拉螺栓连接的计算N2021/7/11141)、螺栓群受轴心力作用时受拉螺栓的计算2)、拉力通过形心，、拉力通过形心，但与端板成一夹但与端板成一夹角。角。2021/7/11152021/7/11162021/7/11172021/7/111817.7 17.7 高强度螺栓连接高强度螺栓连接17
61、.7.1概述概述摩擦型高强度螺栓连接：钢板间摩擦力承受摩擦型高强度螺栓连接：钢板间摩擦力承受剪力。剪力。承压型高强度螺栓连接：栓杆受剪、孔壁承承压型高强度螺栓连接：栓杆受剪、孔壁承压。压。受拉时两者一致。受拉时两者一致。2021/7/111917.7.1.1 材料和性能等级材料和性能等级高强螺栓的材料8.8级表示最低抗拉强度800N/mm2, fy/fu=0.810.9级表示最低抗拉强度1000N/mm2, fy/fu=0.917.17.7.1.2高强螺栓预拉力高强螺栓预拉力P 高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强度确定的，并考虑了以下修正系数：考虑材料的不均匀性的折减系数0.9；为防止施
62、工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.9；考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数1.2。附加安全系数0.9。 我国规范p=(0.90.90.9/1.2)fuAe=0.607fuAe17.7 17.7 高强度螺栓连接高强度螺栓连接2021/7/11202021/7/112117.7.1.3 紧固方法紧固方法17.7 17.7 高强度螺栓连接高强度螺栓连接由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢加工而成，并经过热处理钢加工而成，并经过热处理 （a a）大六角头螺栓）大六角头螺栓 （b b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓注意注意:螺栓螺栓M16M30。 l/d=5
63、72021/7/112217.7 17.7 高强度螺栓连接高强度螺栓连接1 1、高强度螺栓预拉力的建立方法、高强度螺栓预拉力的建立方法通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法：通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法： A A、转角法、转角法 施工方法：施工方法：初拧初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密； 终拧终拧初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的角度，一般为一定的角度，一般为120120度度-180-180度完成终拧。度完成终拧。2021/7/1123特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧特点：预拉力的建立简单、有效，但
64、要防止欠拧、漏拧 和超拧；和超拧；B B、扭矩法、扭矩法 施工方法：施工方法： 初拧初拧用力矩扳手拧至终拧力矩的用力矩扳手拧至终拧力矩的50%50%以上，使以上，使 板件贴紧密；板件贴紧密； 终拧终拧初拧基础上，按初拧基础上，按100%100%设计终拧力矩拧紧。设计终拧力矩拧紧。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。17.7 高强度螺栓连接高强度螺栓连接2021/7/1124C C、扭断螺栓尾部梅花卡头法（扭剪型高强度螺栓）、扭断螺栓尾部梅花卡头法（扭剪型高强度螺栓）施工方法：施工方法： 初拧初拧拧至终拧力矩的拧至终拧力矩的60%60%80%8
65、0%； 终拧终拧初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等高强度螺栓的施工要求：高强度螺栓的施工要求： 由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺栓杆的预拉力，因此施工要求较严格栓杆的预拉力，因此施工要求较严格：1 1）终拧力矩偏差不应大于）终拧力矩偏差不应大于10%10%；2 2）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；3 3）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。 如
66、工字型梁为：如工字型梁为：上翼缘上翼缘下翼缘下翼缘腹板腹板。2021/7/112517.7.2 2 摩擦型连接的计算摩擦型连接的计算17.7.2.1 受剪高强度螺栓摩擦型受剪高强度螺栓摩擦型（1）单个螺栓的抗剪承载力设）单个螺栓的抗剪承载力设计值计值 传力机理：靠钢板间的磨擦面传力机理：靠钢板间的磨擦面传力传力17.7 高强度螺栓连接高强度螺栓连接2021/7/1126（2 2）螺栓群的受剪高强度螺栓计算）螺栓群的受剪高强度螺栓计算 假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：对于摩擦型连接：对于摩擦型连接：NN2021/7/1127NNbt tt t1 1b1 高强度
67、螺栓群轴心力作用下高强度螺栓群轴心力作用下, ,为了防止板件被拉断为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算尚应进行板件的净截面验算. .主板的危险截面为主板的危险截面为1-11-1截面截面。11考虑孔前传力考虑孔前传力50%50%得：得： 1-11-1截面的内力为：截面的内力为：2021/7/1128NNbt tt t1 1b1拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面。截面。22考虑孔前传力考虑孔前传力50%得：得： 2-2截面的内力为：截面的内力为：2021/7/1129注意：毛截面处，虽然截面面积有所增大注意：毛截面处，虽然截面面积有所增大但承担全部力但承担全部力N，有时可能比开孔
68、处截面，有时可能比开孔处截面还危险，故对其也要进行验算：还危险，故对其也要进行验算：2021/7/1130二二 摩擦型连接受拉高强度螺摩擦型连接受拉高强度螺栓的受力性能和计算栓的受力性能和计算1 受力性能和单个高强度受力性能和单个高强度螺栓的抗拉承载力设计值螺栓的抗拉承载力设计值2021/7/11312 摩擦型连接螺栓群的摩擦型连接螺栓群的受拉高强度螺栓的计算受拉高强度螺栓的计算轴力：轴力：2021/7/11322 摩擦型连接螺栓群的摩擦型连接螺栓群的受拉高强度螺栓的计算受拉高强度螺栓的计算弯矩：弯矩：2021/7/113317.7 17.7 高强度螺栓连接高强度螺栓连接2021/7/1134
69、2021/7/11352021/7/113618 轴心受力构件轴心受力构件一、构件举例一、构件举例2021/7/11372021/7/11382021/7/11392021/7/11402021/7/11412021/7/1142二、构件破坏举例广告破坏广告破坏2021/7/1143脚手架坍塌脚手架坍塌2021/7/1144雪后钢结构破坏雪后钢结构破坏2021/7/1145柱脚破坏柱脚破坏2021/7/1146截面形式可分为：截面形式可分为：型钢截面型钢截面和和组合截面组合截面两大类。两大类。1、型钢截面、型钢截面特点：价格低，制作工作量少，省时又省工，成本较低。特点：价格低，制作工作量少，省
70、时又省工，成本较低。18 轴心受力构件轴心受力构件2021/7/1147截面形式可分为：截面形式可分为：实腹式实腹式和和格构式格构式两大类。两大类。（1）实腹式组合截面）实腹式组合截面2、组合截面、组合截面2021/7/1148（2）格构式组合截面截面由两个或多个型钢肢件通过缀材连接而成。截面由两个或多个型钢肢件通过缀材连接而成。2021/7/1149缀条柱缀条柱2021/7/1150缀板柱缀板柱2021/7/115118.2 轴力杆件的强度和刚度轴力杆件的强度和刚度1、强度计算、强度计算 当轴心受拉杆与其他构件采用摩擦型高强螺栓连接当轴心受拉杆与其他构件采用摩擦型高强螺栓连接时，应同时进行净
71、截面和毛截面强度计算：时，应同时进行净截面和毛截面强度计算：式中：式中： n在节点或拼接处，构件一端连接的高强螺栓数目；在节点或拼接处，构件一端连接的高强螺栓数目； n1计算截面（最外列螺栓处）上高强螺栓数目；计算截面（最外列螺栓处）上高强螺栓数目； A 构件的毛横截面面积；构件的毛横截面面积； An 构件的净横截面面积。构件的净横截面面积。2021/7/11522、刚度计算、刚度计算2021/7/11532021/7/115418.3 轴压构件整体稳定轴压构件整体稳定强度：刚度：整体稳定：当截面应力达到临界应力时，压杆不能维持直线当截面应力达到临界应力时，压杆不能维持直线 平衡，而发生弯曲，
72、并维持曲线平衡的状态。平衡，而发生弯曲，并维持曲线平衡的状态。2021/7/1155一、确定轴心受压构件整体稳定承载力的方法一、确定轴心受压构件整体稳定承载力的方法 （一）传统方法（一）传统方法1 1、轴心受压构件的失稳形式轴心受压构件的失稳形式理想轴心理想轴心压杆假定压杆假定杆件为等截杆件为等截面理想直杆面理想直杆压力作用线与压力作用线与杆件形心轴重合杆件形心轴重合材料为匀质、各向材料为匀质、各向同性、无限弹性。同性、无限弹性。（虎克定律）（虎克定律）2021/7/1156弯曲失稳弯曲失稳弯扭失稳弯扭失稳扭转失稳扭转失稳2021/7/1157（1 1）弯曲失稳弯曲失稳-只发生弯曲变形，截面只
73、绕一个主只发生弯曲变形，截面只绕一个主轴旋转，杆纵轴由直线变为曲线，是双轴对称截面常见轴旋转，杆纵轴由直线变为曲线，是双轴对称截面常见的失稳形式；的失稳形式；2021/7/11582021/7/1159（2 2）弯扭失稳弯扭失稳单轴对称截面绕对称轴屈曲时，杆单轴对称截面绕对称轴屈曲时，杆件发生弯曲变形的同时必然伴随着扭转。件发生弯曲变形的同时必然伴随着扭转。2021/7/1160（3 3）扭转失稳扭转失稳-失稳时除杆件的支撑端外，各截面失稳时除杆件的支撑端外，各截面均绕纵轴扭转，均绕纵轴扭转，是某些双轴对称截面可能发生的失稳形是某些双轴对称截面可能发生的失稳形式；式；2021/7/11612
74、2、理想轴心压杆的弹性屈曲、理想轴心压杆的弹性屈曲 上述推导过程中，假定上述推导过程中，假定E为常量为常量（材料满足虎克定（材料满足虎克定律），所以律），所以E E不应大于材料的比例极限不应大于材料的比例极限f fp p，即：，即：2021/7/11622021/7/11632 2、理想轴心压杆的弹塑性屈曲、理想轴心压杆的弹塑性屈曲传统方法仍然以理想轴心压杆的假定为基础，即传统方法仍然以理想轴心压杆的假定为基础，即除了材料不再为无限弹性体、不符合虎克定律外除了材料不再为无限弹性体、不符合虎克定律外其他条件相同。该理论也采用欧拉理论的力学模其他条件相同。该理论也采用欧拉理论的力学模式：当压力小于
75、临界力时，构件处于直线平衡状式：当压力小于临界力时，构件处于直线平衡状态；当压力达临界力时，处于微弯平衡状态。态；当压力达临界力时，处于微弯平衡状态。说明：弹性阶段，说明：弹性阶段，E常量，各类钢常量，各类钢材材cr仅与长细比有关。仅与长细比有关。 弹塑性阶段：弹塑性阶段：Et变量，各类变量，各类钢材钢材cr与长细比和与长细比和Et都有关系。而都有关系。而Et又与抗压强度有关。又与抗压强度有关。钢号影响。钢号影响。2021/7/1164香莱轴心压杆的非弹性稳定香莱轴心压杆的非弹性稳定2021/7/1165传统方法的缺陷：未考虑初弯曲、初偏心和残余应力传统方法的缺陷：未考虑初弯曲、初偏心和残余应
76、力对轴心压杆稳定承载能力的影响。对轴心压杆稳定承载能力的影响。2021/7/1166（二）现代方法（二）现代方法 20世纪世纪60年代以后，新的压杆整体稳定理论在年代以后，新的压杆整体稳定理论在大量的试验基础上提出。实际情况说明压杆不大量的试验基础上提出。实际情况说明压杆不可能完全处于理想状态，有初弯曲、初偏心、可能完全处于理想状态，有初弯曲、初偏心、残余应力等多种不利因素的影响。试验曲线表残余应力等多种不利因素的影响。试验曲线表明，压杆在承受轴压力的整个过程中都有侧向明，压杆在承受轴压力的整个过程中都有侧向位移，只是开始侧向位移较小而接近极限承载位移，只是开始侧向位移较小而接近极限承载力时侧
77、向位移较大，到最后甚至不能收敛。力时侧向位移较大，到最后甚至不能收敛。2021/7/1167初初始始缺缺陷陷力学缺陷：力学缺陷：残余应力残余应力、材料不均匀等。、材料不均匀等。几何缺陷：几何缺陷：初弯曲、初偏心初弯曲、初偏心等；等；2021/7/116818.3.3 实际轴心受压构件的计算方法实际轴心受压构件的计算方法为保证轴压构件不会发生整体失稳为保证轴压构件不会发生整体失稳应满足：应满足：即：即：可见稳定计算关键是求可见稳定计算关键是求 ，亦即求，亦即求2021/7/1169Nu的的 数值受初变形，初偏心，残余应力，材料不均匀程度等因数值受初变形，初偏心，残余应力，材料不均匀程度等因素影响
78、，不再是素影响，不再是 的唯一函数，而是一个随机变量。的唯一函数，而是一个随机变量。1、GB50017-2003规范采用的柱子曲线（规范采用的柱子曲线（ ） 所谓柱子曲线指压杆失稳时的临界应力所谓柱子曲线指压杆失稳时的临界应力 与长细比与长细比间的关系曲线。间的关系曲线。基本假定：基本假定： 1) 初弯曲初弯曲v0 2) 残余应力选用残余应力选用13种形式种形式 3) 假定材料为理想弹塑性，残余应力沿杆长各截面分布相同假定材料为理想弹塑性，残余应力沿杆长各截面分布相同 4) 按两端铰接计算按两端铰接计算 稳定系数附表稳定系数附表4.14.4P392-3932021/7/1170从从200多条曲
79、线中选出有代表性的多条曲线中选出有代表性的96条曲线进行分类，条曲线进行分类，合并（合并（3类）得到实用柱子曲线类）得到实用柱子曲线; 厚板为第厚板为第4类。类。2021/7/11712、截面类型的划分、截面类型的划分2021/7/11723 构件长细比和换算长细比的确定构件长细比和换算长细比的确定、截面为双轴对称或极对称构件：、截面为双轴对称或极对称构件：xxyy对于双轴对称十字形截面，为了防对于双轴对称十字形截面，为了防止扭转屈曲，尚应满足：止扭转屈曲，尚应满足：、截面为单轴对称构件：、截面为单轴对称构件：xxyy绕对称轴绕对称轴y y轴屈曲时，一般为弯轴屈曲时，一般为弯扭屈曲，其临界力低
80、于弯曲屈曲，扭屈曲，其临界力低于弯曲屈曲，所以计算时，以换算长细比所以计算时，以换算长细比yzyz代替代替y y ，计算公式如下：，计算公式如下：xxyyb bt t2021/7/11732021/7/1174、单角钢和双角钢、单角钢和双角钢2021/7/11752021/7/1176实腹式轴压杆整体稳定的实用计算公式实腹式轴压杆整体稳定的实用计算公式小结小结： 强度：强度： 刚度：刚度： 整体稳定：整体稳定：稳定系数附表稳定系数附表4.14.4P392-3932021/7/11772021/7/11782021/7/117918.5 实腹式轴心受压构件的局部稳定实腹式轴心受压构件的局部稳定局
81、部失稳：在一定的受压应力、剪应力作用下，局部失稳：在一定的受压应力、剪应力作用下，板件（板件或受压翼缘）有可能偏离其正常位板件（板件或受压翼缘）有可能偏离其正常位置而形成波形屈曲。置而形成波形屈曲。等稳定准则：整体稳定等稳定准则：整体稳定 局部稳定局部稳定2021/7/1180一一 翼缘自由外伸宽厚比的限值翼缘自由外伸宽厚比的限值 为三边简支，一边自由板，为三边简支，一边自由板， 取取k=0.425令：令：得：得： 构件两个方向最大长细比构件两个方向最大长细比 100时，取时，取 1002021/7/1181二二 腹板高厚比的限值腹板高厚比的限值为四边弹性嵌固的均匀受压板，其非弹性为四边弹性嵌
82、固的均匀受压板，其非弹性临界屈曲时的临界应力为：临界屈曲时的临界应力为：取取1.3，k=4， 0.4根据等稳定原则：根据等稳定原则：2021/7/1182对于热轧部分对于热轧部分T形钢：形钢：焊接焊接T形钢：形钢：箱形截面的翼缘和箱形截面的翼缘和腹板：腹板：对于大型工字钢截面和箱形截面轴心受压构件的腹板对于大型工字钢截面和箱形截面轴心受压构件的腹板由于高度较大，因此为满足高厚比的要求，往往采用由于高度较大，因此为满足高厚比的要求，往往采用较厚的钢板，不经济。为节约材料，可采用较薄钢板较厚的钢板，不经济。为节约材料，可采用较薄钢板设置纵向加劲肋或有效截面法。设置纵向加劲肋或有效截面法。2021/
83、7/1183 对于对于H形、工字形和箱形截面腹板形、工字形和箱形截面腹板高厚比不满足以上规定时，也可以高厚比不满足以上规定时，也可以设纵向加劲肋来加强腹板。设纵向加劲肋来加强腹板。 纵向加劲肋与翼缘间的腹板，纵向加劲肋与翼缘间的腹板，应满足高厚比限值。应满足高厚比限值。 纵向加劲肋宜在腹板两侧成对纵向加劲肋宜在腹板两侧成对配置，其一侧的外伸宽度不应小于配置，其一侧的外伸宽度不应小于10t10tw w，厚度不应小于，厚度不应小于0.75t0.75tw w。10t10tw w0.75t0.75tw wh h0 0纵向加劲肋横向加劲肋2021/7/1184 或者按截面有效宽度的计算方法，就是将腹板计
84、算或者按截面有效宽度的计算方法，就是将腹板计算高度边缘范围内两侧宽度各为高度边缘范围内两侧宽度各为20倍腹板厚度的部分及翼倍腹板厚度的部分及翼缘作为有效截面，忽略其余腹板中央部分，按有效截面计缘作为有效截面，忽略其余腹板中央部分，按有效截面计算构件的强度和稳定，但计算稳定系数时仍按全截面。算构件的强度和稳定，但计算稳定系数时仍按全截面。 轧制型钢，由于翼缘和腹板比较厚，无需计算局部稳轧制型钢，由于翼缘和腹板比较厚，无需计算局部稳定。定。2021/7/1185一 设计原则（1 1）等稳定性。等稳定性。尽量满足两主轴方向的等稳定要尽量满足两主轴方向的等稳定要求，即：求，即： 以达到经济要求；以达到
85、经济要求；（3 3）制作省工。制作省工。尽可能构造简单，易加工制作，易尽可能构造简单，易加工制作，易取材。取材。 （2 2）宽肢薄壁。宽肢薄壁。截面积的分布尽量展开，以增加截面截面积的分布尽量展开，以增加截面的惯性矩和回转半径，从而提高柱的整体稳定性和刚的惯性矩和回转半径，从而提高柱的整体稳定性和刚度；度；（4 4）连接简便。连接简便。便于其他构件的连接；便于其他构件的连接；18.5 实腹式轴心受压构件的截面设计实腹式轴心受压构件的截面设计2021/7/1186二 设计方法（1）截面面积）截面面积Areq的确定的确定假定假定=50=50100100，当压力大而杆长小时取小值，当压力大而杆长小时
86、取小值，反之取大值，初步确定钢材种类和截面分类，查得反之取大值，初步确定钢材种类和截面分类，查得稳定系数，从而：稳定系数，从而：（2 2）求两主轴方向的回转半径）求两主轴方向的回转半径i ixreqxreq,i,iyreqyreq：2021/7/1187（3）由截面面积）由截面面积A和和两主轴方向的回转半径，优先选两主轴方向的回转半径，优先选用轧制型钢，如工字钢、用轧制型钢，如工字钢、H型钢等。型钢截面不满足型钢等。型钢截面不满足时，选用组合截面，组合截面的尺寸可由回转半径确时，选用组合截面，组合截面的尺寸可由回转半径确定定: :2021/7/1188（4 4）由求得的）由求得的A A、h h
87、、b b，综合考虑构造、局部稳定、钢，综合考虑构造、局部稳定、钢材规格等，确定截面尺寸；材规格等，确定截面尺寸；（5 5）构件的截面验算：）构件的截面验算： A A、截面有削弱时，进行强度验算；、截面有削弱时，进行强度验算； B B、整体稳定验算；、整体稳定验算； C C、局部稳定验算；、局部稳定验算； 对于热轧型钢截面，因板件的宽厚比较小，可不对于热轧型钢截面，因板件的宽厚比较小，可不进行局部稳定的验算。进行局部稳定的验算。 D D、刚度验算：、刚度验算： 可与整体稳定验算同时进行。可与整体稳定验算同时进行。2021/7/1189三 构造要求 对于实腹式柱，当腹板的高厚比对于实腹式柱，当腹板
88、的高厚比h h0 0/t/tw w8080时，为时，为提高柱的抗扭刚度，防止腹板在运输和施工中发生过提高柱的抗扭刚度，防止腹板在运输和施工中发生过大的变形，应设横向加劲肋，要求如下：大的变形，应设横向加劲肋，要求如下： 横向加劲肋间距横向加劲肋间距3h3h0 0； 横向加劲肋的外伸宽度横向加劲肋的外伸宽度b bs shh0 0/30+40 mm/30+40 mm； 横向加劲肋的厚度横向加劲肋的厚度t ts sbbs s/15/15。 对于组合截面，其翼缘与对于组合截面，其翼缘与腹板间腹板间 的焊缝受力较小，可不于计算，按构的焊缝受力较小，可不于计算，按构 造选定焊脚尺寸即可。造选定焊脚尺寸即可
89、。b bs s横向加劲肋横向加劲肋3h3h0 0h h0 0t ts s2021/7/11902021/7/11912021/7/11926-13 梁与柱的连接一、铰接连接（一）连接构造（一）连接构造 为为了了使使柱柱子子实实现现轴轴心心受受压压，并并安安全全将将荷荷载载传传至至基基础础，必须合理构造柱头、柱脚。必须合理构造柱头、柱脚。 设设计计原原则则是是：传传力力明明确确、过过程程简简洁洁、经经济济合合理理、安安全可靠，并具有足够的刚度且构造又不复杂。全可靠，并具有足够的刚度且构造又不复杂。2021/7/11931 1、实腹式柱头顶部连接、实腹式柱头顶部连接A A、顶部插入式连接、顶部插入
90、式连接2021/7/1194B B、梁柱顶部连接、梁柱顶部连接2021/7/1195c c、格构式柱头顶部连接、格构式柱头顶部连接2021/7/11962 2、梁柱侧向连接、梁柱侧向连接2021/7/1197（二）、传力途径传力路线：传力路线：梁梁 突缘突缘 柱顶板柱顶板 加劲肋加劲肋 柱身柱身焊缝焊缝垫板垫板焊缝焊缝焊缝焊缝柱顶板柱顶板加劲肋加劲肋柱柱梁梁梁梁突缘突缘垫板垫板填板填板填板填板构造螺栓构造螺栓2021/7/1198（三）、柱头的计算(1)(1)梁端局部承压计算梁端局部承压计算梁设计中讲授梁设计中讲授(2)(2)柱顶板柱顶板 平面尺寸超出柱轮平面尺寸超出柱轮廓尺寸廓尺寸15-20
91、mm15-20mm，厚度不，厚度不小于小于16mm16mm。（3 3）加劲肋）加劲肋 加劲肋与柱腹板的连接焊缝按承受剪力加劲肋与柱腹板的连接焊缝按承受剪力V=N/ /2和弯矩和弯矩M=Nl/ /4计算。计算。N/2l/2l15-20mm15-20mm15-20mm15-20mmt14mmt14mm2021/7/119918.7 柱脚作用作用:将柱身内力传给基础，将柱身内力传给基础，设计设计:应使其构造简单、传力可靠，符合结构计算简图应使其构造简单、传力可靠，符合结构计算简图 便于安装固定。便于安装固定。分类分类:分为铰接和刚接。轴心受压常用铰接柱分为铰接和刚接。轴心受压常用铰接柱脚；框脚；框
92、架柱多用刚接柱脚。架柱多用刚接柱脚。一一 铰接柱脚铰接柱脚1 形式和构造形式和构造2021/7/12002021/7/12012021/7/12022021/7/1203第19章2021/7/12045-1 梁及梁格布置梁梁承受横向荷载的受弯实腹式构件承受横向荷载的受弯实腹式构件 格构式梁格构式梁桁架桁架一、受弯构件的种类一、受弯构件的种类2021/7/1205按制作方法分：型钢梁、组合（截面）梁按制作方法分：型钢梁、组合（截面）梁 楼盖梁楼盖梁 平台梁平台梁按功能分按功能分 吊车梁吊车梁 檩条檩条 墙梁等墙梁等按支撑情况分：简支梁、连续梁、伸悬梁按支撑情况分：简支梁、连续梁、伸悬梁 和框架梁
93、和框架梁按荷载作用分：单向弯曲梁、双向弯曲梁按荷载作用分：单向弯曲梁、双向弯曲梁2021/7/12061.型钢梁二、梁的截面形式和应用二、梁的截面形式和应用2021/7/12073.3.单向弯曲梁与双向弯曲梁单向弯曲梁与双向弯曲梁2.组合梁2021/7/12084.梁的计算内容正常使用极限状态正常使用极限状态 刚度刚度承载能力极限状态承载能力极限状态强度强度抗弯强度抗弯强度抗剪强度抗剪强度局部压应力局部压应力折算应力折算应力整体稳定整体稳定局部稳定局部稳定2021/7/120919.2 梁的强度和刚度VmaxMmax1.1.工作性能工作性能（1 1）弹性阶段）弹性阶段( (边缘屈服准则边缘屈服
94、准则） x x19.2.1抗弯强度抗弯强度fy弹性阶段的最大弯矩弹性阶段的最大弯矩: :2021/7/1210(2)(2)弹塑性阶段（弹塑性阶段（有限塑性发展的强度原则有限塑性发展的强度原则）(3)(3)塑性工作阶段（塑性工作阶段（全截面塑性准则全截面塑性准则）弹性区消失，形成塑性铰弹性区消失，形成塑性铰 。 x xf fy ya aa af fy yf fy y分为分为 和和 两个区域两个区域。2021/7/1211式中：式中：S S1n1n、S S2n2n分别为中和轴以上、以下截面对中分别为中和轴以上、以下截面对中和轴和轴X X轴的面积矩；轴的面积矩；Wpn截面对中和轴的塑性抵抗矩。截面对
95、中和轴的塑性抵抗矩。 x xfyaafyfy2021/7/1212塑性铰弯矩 与弹性最大弯矩 之比:只取决于截面几何形状而与材料的性质无关只取决于截面几何形状而与材料的性质无关的形状系数。的形状系数。对对X X轴轴对对Y Y轴轴X XXYYA1Aw2021/7/12132.抗弯强度计算 梁设计时只是有限制地利用截面的塑性，如工字梁设计时只是有限制地利用截面的塑性，如工字形截面塑性发展深度取形截面塑性发展深度取ah/8ah/8。(1)(1)单向弯曲梁单向弯曲梁(2)(2)双向弯曲梁双向弯曲梁 x xaafy2021/7/1214式中：式中：截面塑性发展系数，对于工字形截面梁截面塑性发展系数，对于
96、工字形截面梁: : 其他截面见表其他截面见表5.25.2。当翼缘外伸宽度当翼缘外伸宽度b b与其厚度与其厚度t t之比之比满足满足: :需要计算疲劳强度的梁需要计算疲劳强度的梁: :X XX XY YY Yb bt t2021/7/121519.2.1.2抗剪强度VmaxMmaxtmax x x2021/7/121619.2.2 梁的刚度 分别为全部荷载下和可变荷载下受弯构分别为全部荷载下和可变荷载下受弯构件挠度限值，按规范取件挠度限值，按规范取, ,见书附表见书附表2.12.1。 对于的算法可用材料力学算法解出，也可用简便算法。对于的算法可用材料力学算法解出，也可用简便算法。等截面简支梁：等
97、截面简支梁：梁的最大挠度，按荷载标准值计算。梁的最大挠度，按荷载标准值计算。 2021/7/121719.3 梁的整体稳定一、梁整体稳定概念一、梁整体稳定概念侧向弯曲，伴随扭转侧向弯曲，伴随扭转出平面弯扭屈曲出平面弯扭屈曲 。2021/7/12182021/7/1219原因： 受压翼缘应力达临应力，受压翼缘应力达临应力，其弱轴为其弱轴为 1 -1 1 -1轴，但由于有轴，但由于有腹板作连续支承，（下翼缘和腹板作连续支承，（下翼缘和腹板下部均受拉，可以提供稳腹板下部均受拉，可以提供稳定的支承），只有绕定的支承），只有绕y y轴屈曲，轴屈曲，侧向屈曲后，弯矩平面不再和侧向屈曲后，弯矩平面不再和截面
98、的剪切中心重合，必然产截面的剪切中心重合，必然产生扭转。生扭转。XXYY11XXYY 梁维持其稳定平衡状态所承担的最大荷载或最大弯梁维持其稳定平衡状态所承担的最大荷载或最大弯矩，称为临界荷载或矩，称为临界荷载或临界弯矩临界弯矩。2021/7/1220二、梁丧失整体稳定的临界弯矩（1 1）弯矩作用在最大刚度平面，屈曲时钢梁处于弹性）弯矩作用在最大刚度平面，屈曲时钢梁处于弹性 阶段；阶段；（2 2）梁端为夹支座（只能绕）梁端为夹支座（只能绕x x轴，轴，y y轴转动，不能绕轴转动，不能绕z z轴轴 转动，只能自由挠曲，不能扭转）；转动，只能自由挠曲，不能扭转）；（3 3）梁变形后，力偶矩与原来的方
99、向平行）梁变形后，力偶矩与原来的方向平行( (即小变形即小变形) )。 1 1基本假定基本假定2021/7/1221注1：影响梁整体稳定的主要因素1 1侧向抗弯刚度、抗扭刚度；侧向抗弯刚度、抗扭刚度；2 2受压翼缘的自由长度受压翼缘的自由长度( (受压翼缘侧向支承点间距受压翼缘侧向支承点间距););3 3荷载作用种类；荷载作用种类；4 4荷载作用位置；荷载作用位置；5 5梁的支座情况。梁的支座情况。注注2：提高梁整体稳定性的主要措施：提高梁整体稳定性的主要措施1.1.增加受压翼缘的宽度；增加受压翼缘的宽度；2.2.在受压翼缘设置侧向支撑。在受压翼缘设置侧向支撑。2021/7/1222（1）在最
100、大刚度主平面内单向受弯的梁 三、梁的整体稳定计算2021/7/1223（2）在两个主平面受弯的H型钢或工字钢界面梁 规范给出了一经验公式：2021/7/1224任意横向荷载作用下： （1）、等截面焊接工字钢和轧制H型钢简支梁四、梁的整体稳定系数2021/7/12252021/7/1226u 上述稳定系数时按弹性理论得到的，当上述稳定系数时按弹性理论得到的，当 时梁已经进入弹塑性工作状态，整体稳定临界离时梁已经进入弹塑性工作状态，整体稳定临界离 显著降低，因此应对稳定系数加以修正，即：显著降低，因此应对稳定系数加以修正，即：2021/7/1227五五 不需要计算整体稳定的条件不需要计算整体稳定的
101、条件1)1)、有铺板、有铺板( (各种钢筋混凝土板和钢板各种钢筋混凝土板和钢板) )密铺在梁的受压密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连、能阻止其发生侧向位移时；翼缘上并与其牢固相连、能阻止其发生侧向位移时；2)2)H H型钢或等截面工字形简支梁受压翼缘的自由长度型钢或等截面工字形简支梁受压翼缘的自由长度l1 1与与其宽度其宽度b b1 1之比不超过下表规定时；之比不超过下表规定时；12.015.09.5Q42012.515.510.0Q39013.016.510.5Q34516.020.013.0Q235荷载作用在下翼缘荷载作用在上翼缘跨中受压翼缘有侧向支承点的梁,不论荷载作用在何处跨中无侧向支承点的梁 l1/b1 条件 钢号2021/7/12283）对于箱形截面简支梁，其截面尺寸满足：）对于箱形截面简支梁，其截面尺寸满足：可不计算整体稳定性。可不计算整体稳定性。b bb b0 0t t1 1h h0 0t tw wt tw wt t2 2b b1 1b b2 2h h2021/7/1229 全篇结束！全篇结束！ 感谢同学们一学期的支持！感谢同学们一学期的支持！ 祝同学们期末考出好成绩！祝同学们期末考出好成绩！2021/7/1230
