钢结构课件总复习.ppt

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计算结构或构件的强度或稳定性及连接的强度时应采用荷载的设计值,计算疲劳和变形时，采用荷载的标准值,其它规定：

直接承受动力荷载的结构尚应考虑动力系数，按照规范进行,承载能力极限状态,承载能力极限状态为结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形的极限状态。

承载能力极限状态应考虑荷载效应的基本组合，必要时还要考虑荷载效应的偶然组合,强度、稳定性设计采用的极限状态设计表达式：

式中：

0结构重要性系数，当安全等级为一级时01.1，安全等级为二级时01.0，安全等级为三级时00.9，安全等级按照重要性程度不同而区分，见有关标准、规范；Gd永久荷载设计值在结构构件中或连接中产生的应力，Q1d第i个可变荷载设计值在结构构件或连接中的应力，c荷载组合系数；f结构构件或连接的强度设计值。

正常使用极限状态,正常使用极限状态为结构或构件达到正常使用（变形或耐久性能）的某项规定限值的极限状态。

其表示式为：

式中：

wGi永久荷载标准值在结构或构件中产生的变形；wQ1k第一个可变荷载标准值在结构或构件中产生的变形；wQik第i个可变荷载标准值在结构或构件中产生的变形；w结构或构件的容许变形值。

梁以容许挠度表示。

钢结构的连接方法,端缝、侧缝在轴向力作用下的计算,

（1）端缝,f垂直于焊缝长度方向的应力；he角焊缝有效厚度；lw角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减2t（每端减t）；ffw角焊缝强度设计值；f系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，f=1.22；直接承受动力荷载f=1.0。

（2）侧缝,f沿焊缝长度方向的剪应力。

角钢杆件与节点板连接，承受轴向力N,

（1）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算,N1、N2分别为角钢肢背和肢尖传递的内力。

k1、k2焊缝内力分配系数；,

（2）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算,端部正面角焊缝能传递的内力为：

端部：

肢背：

肢尖：

（3）角钢用“L”型焊缝与节点板连接的焊缝计算,由N2=0得：

弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝,弯矩M作用下，x方向应力,剪力V作用下，y方向应力,轴力N作用下，x方向应力,如果只承受上述M、N、V的某一、两种荷载时，只取其相应的应力进行验算,牛腿在弯矩、剪力共同作用下的角焊缝连接计算,MVe,翼缘竖向刚度较差，不能承受剪力，所以全部剪力均由竖向焊缝承受，弯矩由翼缘与腹板角焊缝共同承受。

扭矩、剪力、轴力共同作用下的搭接连接角焊缝,扭矩T作用下各点应力计算（以A点为例）：

IT=Ix+Iy为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，rx、ry为焊缝角点到焊缝形心的坐标距离。

V作用下A点,N作用下A点,注意计算时需判断应力最大点！

螺栓的排列和构造要求,受力要求,构造要求,施工要求,螺孔中距限制端距限制防止孔端钢板剪断，2d0,螺孔中距限制,下限：

防止孔间板破裂，3d0,上限：

防止板间翘曲,防止板翘曲后浸入潮气而腐蚀，限制螺孔中矩最大值,为便于拧紧螺栓，留适当间距（不同的工具有不同要求）,钢板上的螺栓容许间距,注：

1.d0为螺栓孔径，t为外层较薄板件厚度；2.钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓最大间距，可按中间排数值采用。

螺栓排列方式,抗拉螺栓连接,抗拉螺栓连接中，外力趋向于将被连接构件拉开，而使螺栓受拉，最后螺栓杆被拉断。

在采用螺栓的T形连接中，必需借助附件（角钢）才能实现。

通常角钢的刚度不大，受拉后垂直于拉力作用方向的角钢肢会发生较大的变形，并起杠杆作用，在该肢外侧端部产生撬力Q。

螺杆实际所受拉力为Pf=P+Q,确定Q比较复杂，在计算中对普通螺栓连接，一般不计Q力，而采用降低螺栓强度设计值的办法解决,如果在构造上采取一些措施加强角钢刚度，可以使其不致产生Q力，或虽产生Q力但是甚小，例如在角钢两肢间设置加劲肋（b），就是增大角钢刚度的一种有效的办法。

单个螺栓的承载能力设计值，采用规范7.2.17计算。

对于抗剪螺栓的设计值应取受剪和承压承载力设计值中的较小者。

即,对于同时承受剪力和拉力的普通螺栓，应同时验算剪力和拉力联合作用、以及孔壁承压两种情况。

螺栓群的计算,剪力螺栓群受力通过形心时的计算,当外力通过螺栓群形心时，所需要的螺栓数目为：

在构件节点处或拼接接头的一端，当螺栓沿受力方向的连接长度l115d0时，,应将螺栓的承载力设计值乘以折减系数,当l160d0时，折减系数为0.7，d0为孔径,由于螺栓孔削弱了构件截面，因此在排列好所需的螺栓后，还需验算构件的净截面强度：

当螺栓并列布置时，,当螺栓错列布置时，构件有可能沿II或截面破坏，的净截面积可近似地取为：

取II和IIII截面之较小值，验算构件的净截面强度。

螺栓群在通过其形心的剪力V和轴力N作用下，每个螺栓受力为,剪力螺栓群在扭矩、剪力和轴力共同作用下的计算,螺栓群在力矩作M用下，每个螺栓实际受剪。

计算假定连接构件是绝对刚性的，螺栓是弹性的，则所有螺栓都绕螺栓群形心旋转，其受力大小与到螺栓群形心的距离成正比，方向与螺栓到形心的直线垂直。

由图可以看出，螺栓1的受力N1xM和N1yM与由于N和V所产生的N1xN和N1yN同方向，因此该螺栓受力最大，其合力为：

当螺栓群布置在一个狭长带时，上式可以稍作简化。

如果x13y1时，可假定所有y=0；,如果y13x1时，可假定所有x=0。

剪、拉螺栓群计算（剪力由螺栓抗剪承受，无抗剪块）,力矩M和轴力N共同作用下的螺栓群，其受力情况有两种:

力矩M较小时（b）和力矩M较大（c）时。

a）当力短M较小时，构件B绕螺栓群形心O转动（b），可得底排和顶排螺栓的受力：

当计算得到的Nmin0时，说明所有螺栓均受拉，构件B绕螺栓群形心转动,由计算得到的Nmax必须满足强度条件：

b）当力矩较大，如果计算得的Nmin0时，说明连接下部受压。

这时，构件B绕底排螺栓转动，应对底排螺栓取矩，顶排螺栓受力为：

式中，e轴向力到螺栓转动中心（即最下一排螺栓）的距离。

拉力螺栓群计算（螺栓群受拉、弯，剪力用抗剪块或支托抵抗）,对于粗制螺栓，一般不容许受剪（承受静载的次要连接或临时安装连接除外）。

此时可设支托承受剪力，螺栓只受力矩和轴力引起的拉力，按照前述方法计算。

当必须由螺栓同时承受剪力和拉力时，以采用精制螺栓为宜，此时可不设支托，而由螺栓承受剪力V。

每个螺栓的剪力为：

螺栓的最大拉力计算如前，然后由下式核算强度：

此处,高强度螺栓连接的构造,高强度螺栓连接有摩擦型和承压型两种，高强度螺栓用高强度钢制成。

高强度螺栓连接与普通螺栓连接的主要区别在于：

普通螺栓连接在抗剪时依靠螺杆杆身承压和抗剪来传递剪力，在拧紧螺帽时虽有预加拉力，但是很小，其影响可以忽略不计。

高强度螺栓除材料强度高之外，还给螺栓施加很大的预拉力，使被连接构件的接触之间产生挤压力。

因而，垂直于螺栓杆的方向有很大摩擦力。

这种挤压力和摩擦力对外力的传递有很大影响。

预拉力、抗滑移系数和钢材种类都直接影响到高强度螺栓连接的承载力。

高强度螺栓连接传力机理,净截面强度计算公式：

通过以上分析，在高强度螺栓连接中，开孔对构件截面削弱影响较普通螺栓为小。

设连接一侧的螺栓数目为n，所计算截面（最外列螺栓处）上的螺栓数目为n1，,则构件净截面所受力为：

轴压杆件的弹性微分方程,轴压杆件的弹性微分方程为：

式中：

N轴心压力；,Ix、Iy对主轴x-x和y-y的惯性矩；,I扇性惯性矩；,其中为以扭转中心为极的扇性坐标,It截面的抗扭常数；,u、v、构件剪力中心轴的三个初始位移分量，即考虑初弯曲和初扭曲等初始缺陷；,x0、y0剪力中心坐标；,r截面上的残余应力，以拉应力为正。

根据杆件的对称与否可分为：

双轴对称截面的弯曲失稳和扭转失稳,单轴对称截面的弯曲失稳和扭转失稳,不对称截面的弯曲失稳和扭转失稳,轴压杆整体失稳的三种形式,截面的初步选择,设计截面时，首先要根据使用要求和上述原则选择截面形式，确定钢号，然后根据轴力设计值N和两个主轴方向的计算长度（l0x和l0y）初步选定截面尺寸。

具体步骤如下：

假定柱的长细比,稳定系数,截面两个主轴方向所需回转半径,根据构造要求、局部稳定和钢材规格等条件，确定截面所有其余尺寸,1、2分别为系数，表示h、b1和回转半径ix、iy间的近似数值关系。

例如，由三块钢板组成的工字形截面，有10.43，20.24,一般在60100范围内，当轴力大而计算长度小时，取较小值，反之取较大值。

如轴力很小，可取容许长细比。

根据及截面分类查表,截面验算,强度验算整体稳定验算局部稳定验算刚度验算,截面验算,强度验算,整体稳定验算,局部稳定验算,刚度验算,强度验算公式为,N轴心压力设计值；An压杆的净截面面积；f钢材的抗压强度设计值。

当轴心压杆与其他杆件连接采用螺栓或高强度螺栓时，连接处的强度验算应按有关公式进行,整体稳定验算公式为,验算整体稳定时，应对截面的两个主轴方向进行验算,局部稳定验算应根据截面形式按轴心受压实腹构件宽厚比限值进行。

刚度验算公式为,式中容许长细比。

压杆长细比过大在杆件运输、安装和使用过程中易变形，需加以限制。

构造规定,当实腹柱的腹板计算高度h0与tw厚度之比大于80时，应设置成对的横向加劲肋。

横向加劲肋的作用是防止腹板在施工和运输过程中发生变形，并可提高柱的抗扭刚度。

横向加劲肋的间距不得大于3h0，外伸宽度bs不小于h0/30+40cm，厚度tw应不小于bs/15。

当实腹柱的腹板因宽厚比大于限值而采用纵向加劲肋加强时，纵向加劲肋应成对配置，,一侧外伸宽度不应小于10tw，厚度不应小于0.75tw,除工字形截面外，其余截面的实腹柱应在受有较大水平力处、在运输单元的端部以及其它需要处设置横隔。

横隔的中距不得大于柱截面较大宽度的9倍，也不得大于8m。

轴心受压实腹柱的纵向焊缝（如工字形截面柱中翼缘与腹板的连接焊缝）受力很小，不必计算，可按构造要求确定焊脚尺寸。

格构式轴心受压构件,轴心受压格构柱的设计包括以下一些主要内容：

截面选择,强度验算,整体稳定验算,单肢验算,刚度计算,缀条或缀板设计,连接节点设计,柱脚设计,本节主要介绍前六项内容。

截面形式,截面选择,轴心受格构柱一般采用双轴对称对称截面。

常用的截面形式是用两根槽钢或工字钢作为肢件（ac），,有时也采用四个角钢或三个圆管作为肢件（d、e）。

格构柱的优点是肢件间的距离可以调整，能使构件对两个主轴的稳定性相等。

工字钢作为肢件的截面一般用于受力较大的构件。

用四个角钢作肢件的截面形式往往用于受力较小而长细比较大的构件。

肢件采用槽钢时，宜采用a的形式，在轮廓尺寸相同的情况下，可得到较大的惯性矩Ix，比较经济而且外观平整，便于和其他构件连接。

肢件采用槽钢时，宜采用a的形式，在轮廓尺寸相同的情况下，可得到较大的惯性矩Ix，比较经济而且外观平整，便于和其他构件连接。

缀条式格构柱常采用角钢作为缀条,缀条可布置成不带横杆的三角形体系,或带横杆的三角形体系,缀板式格构柱常采用钢板作为缀板,轴心受压柱脚的计算,底板的计算,底板与基础之间接触面上的压应力可假定是均匀分布的，,底板长度L和宽度B按下式确定,式中：

N柱的轴心压力；fce基础所用钢筋混凝土的局部承压强度设计值；A0锚栓孔的面积。

底板的厚度由底板在基础的反力作用下产生的弯矩计算决定。

靴梁、肋板、隔板和柱的端面等均可作为底板的支承边，将底板分成几块各种支承形式的区格，其中有四边支承、三边支承、两相邻边支承和一边支承（如图b、d）。

梁的截面,翼缘,腹板,焊缝,截面初选,设计资料,1.腹板2.翼缘3.焊缝,高度,厚度,hmax,hmin,he,由设计资料和使用要求确定,由控制挠度确定,或,hminhhehmax,1.抗剪要求2.经验公式,1.强度要求2.稳定要求,先假设b=0.9,通常翼缘焊缝为双面角焊缝,在集中荷载作用处，一般设置支承加劲肋，所以不考虑翼缘焊缝传递集中荷载。

截面验算,梁的设计内容,1.梁的跨度2.支承情况3.荷载：

类型、位置、数值4.材料：

Q235BorQ345B5.设计要求：

最大高度最小高度挠度控制,截面验算,强度验算,刚度验算,整体稳定验算,局部稳定验算,截面整体强度,腹板抗剪强度,挠度vv,翼缘：

l1/b1=?

b0.6?

Ifnot，?

腹板：

h0/tw=?

加劲肋配置、设计,腹板区格局部稳定验算,加劲肋设计,最小间距为0.5h0，最大间距为2h0,横向加劲肋,外伸宽度,在腹板的一侧配置的钢板横向加劲肋，其外伸宽度应大于按上述公式算得的1.2倍，厚度应不小于其外伸宽度的1/15。

纵向加劲肋,当时，,当时，,当加劲肋在两侧成对配置时，取腹板的轴线（上图b、d、e）；当加劲肋在腹板的一侧配置时，取与加劲肋相连的腹板边缘线（上图c、f、g）。

厚度,短向加劲肋最小间距为0.75h1，钢板短向加劲肋的外伸宽度应取横向加劲肋外伸宽度的0.71.0倍，厚度不应小于短加劲肋外伸宽度的1/15。

短向加劲肋,横向加劲肋与上下翼缘焊牢能增加梁的抗扭刚度，但会降低疲劳强度。

吊车梁横向加劲肋的上端应与上翼缘刨平顶紧（当为焊接吊车梁时，并应焊牢）。

中间横向加劲肋的下端不应与受拉翼缘焊牢，一般在距受拉翼缘50100mm处断开。

为了提高梁的抗扭刚度，也可另加短角钢与加劲肋下端焊牢，但抵紧于受拉翼缘而不焊,为了避免焊缝的集中和交叉以及减小焊接应力，焊接梁的横向加劲肋于翼缘连接处，应做成切角，当切成斜角时，其宽度约为bs/3（但不大于40mm），高约为bs/2（但不大于60mm），bs为加劲肋的宽度。

支承加劲肋除满足上述刚度要求外，还应按所承受的支座反力或集中荷载计算其稳定性、断面承压强度和焊缝强度,压弯构件截面极限强度相关曲线,绘出的阴影部分是工字形截面通常尺寸比例情况下的N、M关系曲线的范围。

从图中可以看出，曲线均呈凸形。

对于其他形式的截面也是如此。

因此在设计中为了简化，可以偏安全地采用直线关系式，即图中的虚线，,

（2）,

（1）,比较式

（1）和式

（2）可以看出，两者都是直线关系式，差别仅在于第二项。

在式

（1）中因在弹性阶段，用的是截面的弹性抵抗矩W,而在式

（2）中因在全塑性阶段，用的则是截面的塑性抵抗矩Wp,因此介于弹性和全塑性阶段之间的弹塑性阶段也可以采用直线关系式,（3）,截面塑性发展系数，其值与塑性区的深度有关。

1时，即为式

（1）,时，即为式

（2）,因此可将式（3）作为通式使用。

规范规定的平面内稳定实用计算公式,规范规定的实用计算公式为,式中：

N、M轴心压力和弯矩；,A截面面积；,W1弯矩作用平面内截面的最大受压纤维的毛截面抵抗矩；,NEx欧拉临界力；,x构件在弯矩作用平面内的轴心受压稳定系数。

对于实腹式压弯构件，由于在达到稳定极限承载力时，截面上可以考虑塑性发展，因此不宜直接采用上式。

经过多种方案的比较，发现仍可借用此种形式，但应根据理论计算值进行修正如下：

对于加强受压翼缘的工字形截面的压弯构件，当弯矩较大使较大翼缘受压时，较小翼缘或T形、槽形截面的另一边缘有可能由于较大的拉应力而首先屈服。

对此种情况，尚应对较小翼缘侧进行如下计算：

W2x为弯矩作用平面内受压较小翼缘的最外毛截面抵抗矩。

等效弯矩系数,等效弯矩系数mx,在以上各式中，等效弯矩系数mx应按下列规定采用,1）弯矩作用平面内，有侧移的框架柱以及悬臂构件mx=1.0；,2）弯矩作用平面内，无侧移的框架柱和两端支承构件,无横向荷载作用时,当算得的mx小于0.4时，取mx0.4,M1和M2是作用于两端的端弯矩，使构件产生同向曲率时取同号，反之取异号，且|M1|M2|,有端弯矩和横向荷载同时作用时：

使构件产生同向曲率时，mx1.0；,使构件产生反向曲率时，mx0.85。

无端弯矩但只有一个跨中横向荷载作用时,无端弯矩但有横向均布荷载或几个横向集中荷载作用时mx1.0,平面外稳定实用计算公式,y构件在弯矩作用平面外的轴心受压稳定系数,b受弯构件的整体稳定系数，,对工字形和T形截面按计算确定，,对箱形截面取b1.4,Mx弯矩，取所计算构件段范围内的最大值,tx等效弯矩系数，按下列规定采用：

1）在弯矩作用平面外有支承的构件，应根据两相邻支承点间构件段内的荷载和内力情况确定,构件段无横向荷载作用时,但tx不得小于0.4。

M1和M2是构件段在弯矩作用平面内的端弯矩，使构件段产生同向曲率时取同号，反之取异号，且|M1|M2|。

构件段内有端弯矩和横向荷载作用：

使构件产生同向曲率时，tx1.0；,使构件产生反向曲率时，tx0.85。

构件段内无端弯矩但有横向荷载作用时tx1.0。

2）悬臂构件tx1.0。