鋼結(jié)構(gòu)基本原理(戴國欣版)PPT課件

.,1,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理TheoryofSteelStructure,.,2,參考資料,1：鋼結(jié)構(gòu)，陳紹蕃主編，中國建筑工業(yè)出版社，2003。2：鋼結(jié)構(gòu)，劉聲揚(yáng)主編，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1992。3：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，王肇民主編，同濟(jì)大學(xué)出版社，1991。4：鋼結(jié)構(gòu)，周綏平主編，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1997。5：鋼結(jié)構(gòu)疑難釋義，劉聲揚(yáng)主編，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1993。6：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定，孫紹文主編，冶金工業(yè)出版社，1993。7：建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，王肇民主編，同濟(jì)大學(xué)出版社，2001。8：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范理解與應(yīng)用，崔佳等編著，中國建筑工業(yè)出版社，2003。9：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB500172003。10：冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程GB500182002。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,.,3,主要內(nèi)容,1：緒論2：鋼結(jié)構(gòu)的材料3：鋼結(jié)構(gòu)的連接4：軸心受力構(gòu)件5：受彎構(gòu)件6：拉彎和壓彎構(gòu)件,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,.,4,第一章緒論,1.1鋼結(jié)構(gòu)的特點1.2鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法1.3鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,.,5,第一章緒論,1.1鋼結(jié)構(gòu)的特點,1.1鋼結(jié)構(gòu)的特點,1.輕質(zhì)高強(qiáng),2.塑性、韌性好,3.材質(zhì)均勻、性能穩(wěn)定,4.制作簡便，施工工期短,5.密閉性好,6.耐腐蝕性差,7.耐熱不耐火,.,6,第一章緒論,1.2鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,1.2鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,設(shè)計方法：以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法,計算疲勞仍采用容許應(yīng)力幅法,計算強(qiáng)度、穩(wěn)定、連接用荷載設(shè)計值,計算疲勞、變形用荷載標(biāo)準(zhǔn)值,對于直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)：在計算強(qiáng)度和穩(wěn)定時，動力荷載設(shè)計值應(yīng)乘動力系數(shù)在計算疲勞和變形時，動力荷載標(biāo)準(zhǔn)值不應(yīng)乘動力系數(shù),.,7,第一章緒論,1.3鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展,1.3鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展,1.鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,（1）重：重工業(yè)廠房,（2）大：大跨度結(jié)構(gòu),（3）高：高層建筑、高聳結(jié)構(gòu),（4）動：受動荷載作用的廠房,（5）輕：荷載較小的輕鋼結(jié)構(gòu),（6）小：小型、可拆裝的結(jié)構(gòu),.,8,第一章緒論,1.3鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展,2.鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展,（1）高性能鋼材的研究與應(yīng)用,（2）設(shè)計方法的改進(jìn),（3）穩(wěn)定理論的進(jìn)一步發(fā)展,（4）預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用,（5）空間鋼結(jié)構(gòu)與高層鋼結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用,（6）組合結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用,.,9,輕質(zhì)材料的質(zhì)量密度與強(qiáng)度的比值小Q235鋼C30混凝土,附1：輕質(zhì)高強(qiáng),Q235鋼密度：7850kg/m3強(qiáng)度：235N/mm2,C30混凝土密度：2450kg/m3強(qiáng)度：20N/mm2,.,10,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,第二章.鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.1鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求2.2鋼材的破壞形式2.3鋼材的主要性能2.4各種因素對鋼材主要性能的影響2.5復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件2.6鋼材的疲勞2.7鋼的種類和鋼材規(guī)格,.,11,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.1鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求,較高的強(qiáng)度,2.1鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求,足夠的變形能力。即塑性、韌性好。,良好的加工性能（包括冷加工、熱加工和可焊性）,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017-2003規(guī)定：承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗的合格保證。需要驗算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)的鋼材，應(yīng)具有常溫或負(fù)溫沖擊韌性的合格保證。對需要驗算疲勞的非焊接結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證。,.,12,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.2鋼材的破壞形式,塑性破壞：破壞前有明顯的變形，破壞歷時時間長，可以采取補(bǔ)救措施。,2.2鋼材的破壞形式,脆性破壞：破壞前沒有明顯的變形，破壞發(fā)生突然，沒有機(jī)會補(bǔ)救。,脆性破壞的原因：鋼材內(nèi)部缺陷，焊接缺陷、構(gòu)造不合理、使用不當(dāng)?shù)取?應(yīng)盡量發(fā)揮材料的塑性避免一切脆性破壞的可能性,.,13,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.3鋼材的主要性能,一、強(qiáng)度,2.3鋼材的主要性能,強(qiáng)度指標(biāo)是由鋼材的單向均勻受拉試驗測得的,強(qiáng)度指標(biāo)：比例極限；屈服強(qiáng)度；極限強(qiáng)度,試驗條件：標(biāo)準(zhǔn)試件在常溫（20）下緩慢加載，一次完成,.,14,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.3鋼材的主要性能,鋼材在單向均勻受拉時工作性能表現(xiàn)為四個階段,彈性階段:應(yīng)力最高點對應(yīng)比例極限彈性模量應(yīng)力,2.彈塑性階段:應(yīng)力介于和之間彈塑性模量是變數(shù),3.塑性階段:應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度,4.強(qiáng)化頸縮階段:應(yīng)力最高點對應(yīng)抗拉極限,.,15,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.3鋼材的主要性能,鋼材的工作性能可以看作理想彈性塑性體,1.計算簡便,2.與相差不大,3.雖然，但對應(yīng)的應(yīng)變非常大（不滿足正常使用極限狀態(tài)）,4.以作為設(shè)計強(qiáng)度的依據(jù)，具有較大的強(qiáng)度儲備，若出現(xiàn)偶然因素，使人們有機(jī)會補(bǔ)救,屈強(qiáng)比：Q235鋼為0.57，Q345鋼為0.67,.,16,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.3鋼材的主要性能,簡化計算,采用理想彈塑性模型,作為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的最大應(yīng)力,作為鋼材實際破壞強(qiáng)度,.,17,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.3鋼材的主要性能,二、塑性性能,塑性：在靜力荷載作用下，鋼材吸收變形能的能力,衡量塑性性能的指標(biāo)：伸長率,.,18,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.3鋼材的主要性能,三、沖擊韌性,沖擊韌性：在動力荷載作用下，材料吸收能量的能力,衡量沖擊韌性的指標(biāo)：沖擊功,韌性是鋼材強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo),沖擊韌性受溫度的影響,沖擊韌性由沖擊韌性試驗獲得,.,19,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.3鋼材的主要性能,四、冷彎性能,冷彎性能是檢驗鋼材適應(yīng)冷加工（常溫下加工）的能力和顯示鋼材內(nèi)部缺陷狀況的一項指標(biāo),冷彎性能是考察鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)展塑性變形能力的指標(biāo),冷彎性能由冷彎試驗確定,.,20,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.3鋼材的主要性能,鋼材物理性能指標(biāo),彈性模量泊松比剪變模量線膨脹系數(shù)質(zhì)量密度,.,21,附2：拉伸試件,.,22,附3：沖擊韌性試驗,.,23,附4：冷彎試驗,.,24,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.4各種因素對鋼材主要性能的影響,一、化學(xué)成分,2.4各種因素對鋼材主要性能的影響,普通碳素鋼中Fe占99%，其他雜質(zhì)元素占1%普通低合金鋼中有5%的合金元素,碳（C）：鋼材強(qiáng)度的主要來源，但是隨其含量增加，強(qiáng)度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蝕性降低。一般控制在0.120.2%，在0.2以下時，可焊性良好,硫（S）：熱脆性，不得超過0.05%,磷（P）：冷脆性?？垢g能力略有提高，可焊性降低。不得超過0.045%,.,25,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.4各種因素對鋼材主要性能的影響,錳（Mn）：合金元素。弱脫氧劑。與S形成MnS，熔點為1600，可以消除一部分S的有害作用。,硅（Si）：合金元素。強(qiáng)脫氧劑。,氧（O）：有害雜質(zhì)，效果同S。,氮（N）：有害雜質(zhì)，效果同P。,.,26,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.4各種因素對鋼材主要性能的影響,二、冶金缺陷,常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋等。偏析化學(xué)成分分布的不均勻程度。,三、加荷速度,1材性試驗要求緩慢加載2要考慮動荷載對結(jié)構(gòu)的不利影響,加荷速度高，鋼材屈服點提高，呈脆性。因此，,.,27,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.4各種因素對鋼材主要性能的影響,四、鋼材硬化,冷作硬化當(dāng)加載超過材料比例極限卸載后，出現(xiàn)殘余變形，再次加載則屈服點提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象，也稱“應(yīng)變硬化”,應(yīng)變時效鋼材產(chǎn)生塑性變形時，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同時可以加速時效硬化，因此也稱“人工時效”。,時效硬化隨時間的增長，碳和氮的化合物從晶體中析出，使材料硬化的現(xiàn)象。,.,28,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.4各種因素對鋼材主要性能的影響,五、溫度的影響,1.正溫范圍,100以內(nèi)對鋼材性能無影響；,100以上隨溫度升高，總的趨勢是強(qiáng)度、彈性模量降低，塑性增大,250左右抗拉強(qiáng)度略有提高，塑性和韌性降低，脆性增加藍(lán)脆現(xiàn)象。該溫度區(qū)段稱為“藍(lán)脆區(qū)”。,260320在應(yīng)力不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形徐變現(xiàn)象。,600左右彈性模量趨于零，承載能力幾乎完全喪失。,.,29,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.4各種因素對鋼材主要性能的影響,2.負(fù)溫范圍,當(dāng)溫度低于常溫時，鋼材的脆性傾向隨溫度降低而增加。,T1T2之間溫度轉(zhuǎn)變脆性區(qū)，沖擊功急劇下降。而且不同的鋼材其脆性轉(zhuǎn)變區(qū)溫度不同，必須通過試驗確定。使用溫度必須高于T1，但不一定高于T2,.,30,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.4各種因素對鋼材主要性能的影響,六、應(yīng)力集中的影響,構(gòu)造缺陷：構(gòu)件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突變等,應(yīng)力集中：由于構(gòu)造缺陷，應(yīng)力不均勻，力線變曲折，缺陷處有高峰應(yīng)力。,應(yīng)力集中的危害：塑性降低，脆性增加,構(gòu)造設(shè)計時應(yīng)避免截面突變和尖銳角的情況,七、厚度的影響,隨著厚度的增加，鋼材的抗拉、抗壓、抗彎、抗剪強(qiáng)度均下降,.,31,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.5復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件,2.5復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件,假定：1.材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強(qiáng)度指標(biāo)用變形時單位體積中積聚的能量來表達(dá)；2.當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時的變形能時，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。,彈性狀態(tài),塑性狀態(tài),平面應(yīng)力狀態(tài),梁的應(yīng)力狀態(tài),純剪應(yīng)力狀態(tài),.,32,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.6鋼材的疲勞,2.6鋼材的疲勞,一、鋼材疲勞破壞的特征,1.概念,鋼材的疲勞鋼材在連續(xù)循環(huán)荷載作用下，當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到某一值n時鋼材的破壞,循環(huán)荷載結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受的隨時間變化的荷載,應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞時所經(jīng)歷的應(yīng)力變化次數(shù),應(yīng)力幅在循環(huán)荷載作用下，應(yīng)力從最大到最小重復(fù)一次為一次循環(huán)，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之差為應(yīng)力幅。,直接承受動力荷載重復(fù)作用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接，當(dāng)應(yīng)力變化的循環(huán)次數(shù)n5104時，應(yīng)進(jìn)行疲勞計算。,.,33,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.6鋼材的疲勞,常幅疲勞荷載所有應(yīng)力循環(huán)中，應(yīng)力幅保持常量。,變幅疲勞荷載在應(yīng)力循環(huán)過程中，應(yīng)力幅是變量。,.,34,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.6鋼材的疲勞,2.疲勞破壞的特點,（1）疲勞破壞時，應(yīng)力小于材料靜力強(qiáng)度；（2）疲勞破壞屬于突然的脆性破壞。,3.疲勞破壞的過程,4.影響疲勞強(qiáng)度的主要因素,（1）應(yīng)力幅,（2）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n,.,35,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.6鋼材的疲勞,二、常幅疲勞計算,.,36,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.6鋼材的疲勞,三、變幅疲勞計算,重級工作制吊車梁和重級、中級工作制吊車桁架的疲勞可作為常幅疲勞，按下式計算：,吊車梁和吊車桁架欠載效應(yīng)的等效系數(shù),.,37,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.6鋼材的疲勞,疲勞計算時應(yīng)注意的問題,1.直接承受動力荷載重復(fù)作用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接，當(dāng)應(yīng)力變化的循環(huán)次數(shù)n5104時，應(yīng)進(jìn)行疲勞計算。,2.疲勞計算采用容許應(yīng)力幅法，荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值。,3.由于來源于試驗，已考慮動力效應(yīng)，計算時不再考慮動力系數(shù)。,4.在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位可不計算疲勞。,.,38,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.7鋼的種類和鋼材規(guī)格,2.7鋼的種類和鋼材規(guī)格,一、鋼的種類,1.化學(xué)成分,普通碳素鋼Q235普通低合金鋼Q345、Q390、Q420,平爐成本高，質(zhì)量好（6小時100t左右）氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐成本低，質(zhì)量也可（15分鐘150t）,2.爐種,3.脫氧程度,沸騰鋼（F）脫氧較差鎮(zhèn)靜鋼（Z）脫氧充分半鎮(zhèn)靜鋼（b）脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）,.,39,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.7鋼的種類和鋼材規(guī)格,4.質(zhì)量等級,A級：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點和伸長率及硫、磷含量B、C、D級：保證抗拉強(qiáng)度、屈服點、伸長率、冷彎和沖擊韌性（分別為20、0、-20）及碳、硅、錳、硫、磷含量E級：除滿足D級的要求外，還要求-40時的沖擊韌性,5.鋼材編號,碳素鋼：Q質(zhì)量等級（AD）脫氧程度（F，b）低合金鋼：Q質(zhì)量等級（AE）如Q235-AF、Q345-C,.,40,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.7鋼的種類和鋼材規(guī)格,6.鋼材的選擇,（1）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性；（2）荷載的種類（靜荷載或動荷載）；（3）連接方法（焊接或非焊接）；（4）工作條件（溫度，腐蝕等）,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003）規(guī)定：承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗的合格保證。需要驗算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)的鋼材，應(yīng)具有常溫或負(fù)溫沖擊韌性的合格保證。對需要驗算疲勞的非焊接結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證。,.,41,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.7鋼的種類和鋼材規(guī)格,二、鋼材的規(guī)格,1.熱軋鋼板,（1）工字鋼普通工字鋼20aH型鋼HW3003001015T型鋼TW1503001015（2）槽鋼32b（3）角鋼L12510L1258010（4）鋼管4006,2.熱軋型鋼（P321，附錄7型鋼表）,.,42,3.冷彎薄壁型鋼,壁厚1.55mm,第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料,2.7鋼的種類和鋼材規(guī)格,.,43,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,第三章.鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法3.2焊接方法和焊縫連接形式3.3角焊縫的構(gòu)造與計算3.4對接焊縫的構(gòu)造與計算3.5焊接應(yīng)力和焊接變形3.6螺栓連接的構(gòu)造3.7普通螺栓連接的工作性能和計算3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,.,44,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法,3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法,焊接連接應(yīng)用最廣泛優(yōu)點：不削弱截面，方便施工，連接剛度大，密閉性好；缺點：材質(zhì)易脆，存在殘余應(yīng)力，對裂紋敏感，疲勞性能差。,螺栓連接應(yīng)用較廣泛優(yōu)點：裝拆方便，高強(qiáng)螺栓摩擦型連接的動力、疲勞性能較好。缺點：削弱了截面。,鉚釘連接已基本淘汰優(yōu)點：傳力可靠，塑性、韌性好，動力性能好。缺點：施工不便，費工費料。,.,45,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.2焊接方法和焊縫連接形式,3.2焊接方法和焊縫連接形式,電弧焊,一、焊接方法,電弧焊、電阻焊、氣焊,手工電弧焊優(yōu)點：方便，特別在高空和野外作業(yè)；缺點：質(zhì)量波動大，要求焊工等級高，勞動強(qiáng)度大，效率低。焊條：E43型適用于Q235鋼E50型適用于Q345鋼(P307，附表1.2）E55型適用于Q390鋼，Q420鋼其中43，50，55熔敷金屬的最小抗拉強(qiáng)度，單位不同鋼種的鋼材相焊接時，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條,.,46,.,47,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.2焊接方法和焊縫連接形式,2.自動（半自動）埋弧電弧焊優(yōu)點：質(zhì)量好，效率高；缺點：需要專用設(shè)備。,3.氣體保護(hù)焊優(yōu)點：質(zhì)量好；缺點：對環(huán)境要求高。,.,48,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.2焊接方法和焊縫連接形式,二、焊縫連接形式及焊縫形式,1.焊縫連接形式,對接連接（用蓋板的對接）、搭接連接、T形連接、角部連接,.,49,附5：對接,.,50,附6：搭接,.,51,附7：T型連接,.,52,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.2焊接方法和焊縫連接形式,2.焊縫形式,焊縫：對接焊縫、角焊縫,按受力方向劃分,.,53,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.2焊接方法和焊縫連接形式,按沿長度方向的布置劃分,角焊縫：連續(xù)角焊縫、間斷角焊縫,按施焊位置劃分,平焊、橫焊、立焊、仰焊,.,54,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.2焊接方法和焊縫連接形式,三、焊縫缺陷和焊縫質(zhì)量檢驗,1.焊縫缺陷,裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔等,2.焊縫質(zhì)量檢驗,一級：外觀檢查、超聲波檢驗、X射線檢查二級：外觀檢查、超聲波檢驗三級：外觀檢查,.,55,.,56,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.2焊接方法和焊縫連接形式,四、焊縫的標(biāo)注方法,.,57,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,一、角焊縫的形式和強(qiáng)度,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,按截面形式劃分,角焊縫一般用直角角焊縫。夾角的斜角角焊縫，不宜用作受力焊縫（鋼管結(jié)構(gòu)除外）,.,58,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,按受力方向劃分,正面角焊縫：焊縫軸線垂直于力線1）應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，應(yīng)力分布很不均勻2）三種破壞情況，ab面剪斷、ac面拉斷、ao面開裂3）破壞強(qiáng)度高，塑性差,.,59,B.正面角焊縫的破壞形式,.,60,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,2.側(cè)面角焊縫：焊縫軸線平行于力線1）主要受剪，剪應(yīng)力分布不均勻，兩端大，中間小，焊縫越長剪應(yīng)力分布越不均勻2）剪斷面常在45o斜截面上3）強(qiáng)度低，但塑性好,正面角焊縫的強(qiáng)度是側(cè)面角焊縫強(qiáng)度的1.351.55倍,3.斜角角焊縫：焊縫軸線傾斜于力線,.,61,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,二、角焊縫的構(gòu)造要求,1.最小焊腳尺寸,注：對埋弧自動焊，最小焊腳尺寸可減小1mm；對T形連接的單面角焊縫，應(yīng)增加1mm。當(dāng)焊件厚度4mm時，最小焊腳尺寸應(yīng)與焊件厚度相同。,焊腳尺寸過小，會在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬硬組織。,2.最大焊腳尺寸,焊腳尺寸過大，易使母材形成“過燒”現(xiàn)象，使構(gòu)件產(chǎn)生翹曲、變形和較大的焊接應(yīng)力。,.,62,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,對于貼邊焊,3.角焊縫的最小計算長度,焊縫焊腳尺寸大而長度較小時，焊件局部加熱嚴(yán)重且起落弧的弧坑相距太近，以及可能產(chǎn)生的缺陷，使焊縫不夠可靠。此外，焊縫集中在一很短距離，焊件的應(yīng)力集中也較大。,.,63,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,4.側(cè)面角焊縫的最大計算長度,側(cè)面角焊縫沿長度方向受力不均勻，兩端大中間小，所以一般均規(guī)定其最大計算長度。,注：若內(nèi)力沿角焊縫全長分布，則計算長度不受此限,注意：焊腳尺寸和焊縫計算長度取mm的整數(shù)，小數(shù)點以后都進(jìn)為1。,.,64,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,5.搭接連接的構(gòu)造要求,為了避免應(yīng)力傳遞的過分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力不均勻,僅有兩條側(cè)面角焊縫時,為了避免焊縫橫向收縮時引起板件的拱曲太大,.,65,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,2）僅有正面角焊縫時,為了減少收縮應(yīng)力以及因偏心在鋼板與連接件中產(chǎn)生的次應(yīng)力,3）圍焊的轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。非圍焊時，可在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處作長度為的繞角焊,.,66,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,焊縫實際長度取為5mm的倍數(shù)，如192mm取為195mm，196mm取為200mm。,.,67,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,三、直角角焊縫強(qiáng)度計算的基本公式,有效截面：,作用在焊縫有效截面上的應(yīng)力：,角焊縫的通用計算公式,.,68,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,角焊縫的基本計算公式,角焊縫的基本計算公式,.,69,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,計算步驟,（4）區(qū)分正面角焊縫受力和側(cè)面角焊縫受力，視荷載種類(靜荷或動荷）代入角焊縫的基本計算公式進(jìn)行計算。,（1）求出同一平面焊縫群的形心,（2）將荷載向形心簡化，找出最不利位置,（3）分別求出各荷載分量在最不利位置產(chǎn)生的應(yīng)力,.,70,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,四、各種受力狀態(tài)下直角角焊縫連接的計算,1.承受軸心力作用,(1)用蓋板的對接連接,.,71,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,例3-1雙蓋板對接連接的角焊縫計算,條件：已知鋼板截面為25014，蓋板截面為219010，承受軸心靜力荷載設(shè)計值700kN，鋼材為Q235，焊條為E43型，手工焊。要求：設(shè)計此蓋板。,解：確定角焊縫的焊腳尺寸,.,72,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,1）采用側(cè)面角焊縫,用雙蓋板，接頭一側(cè)共有四條角焊縫，每條焊縫所需的計算長度為：,.,73,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,2）采用三面圍焊,正面角焊縫所能承受的內(nèi)力為：,.,74,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,(2)承受斜向軸心力,.,75,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,(3)承受軸心力的角鋼角焊縫計算,1）三面圍焊,.,76,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,2）兩面?zhèn)群?,.,77,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,3）L形圍焊:,.,78,附8：角鋼與節(jié)點板的連接,.,79,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,.,80,.,81,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,.,82,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,.,83,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,.,84,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,2.承受彎矩、軸心力和剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計算,.,85,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,.,86,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,.,87,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,.,88,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,.,89,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,3.圍焊縫承受剪力和扭矩作用時的計算,假定：（1）構(gòu)件是完全剛性的，角焊縫處于彈性狀態(tài)；（2）角焊縫群上任意一點的應(yīng)力方向垂直于該點與形心的連線，且應(yīng)力大小與連線長度r成正比。,.,90,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,.,91,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,.,92,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,.,93,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,截面特性計算,截面積：上、下翼緣及腹板截面積之和,中和軸（形心）位置：按全截面對某軸的面積矩等于各塊板分別對該軸的面積矩之和求得。,慣性矩：各板塊自身慣性矩再加上各板塊面積乘以板塊中心至中和軸距離的平方。,.,94,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,各點抵抗矩：慣性矩除以該點至中和軸的距離。,各點面積矩：該點以上（或以下）的截面積對中和軸的面積矩。,如按b點以下面積矩計算，中和軸以上部分取負(fù)值，以下部分取正值,.,95,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,.,96,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,.,97,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,.,98,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3角焊縫的構(gòu)造與計算,問題：,圖1中應(yīng)驗算點的角焊縫強(qiáng)度？,圖2中應(yīng)驗算點的角焊縫強(qiáng)度？,.,99,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.4對接焊縫的構(gòu)造與計算,3.4對接焊縫的構(gòu)造與計算,一、對接焊縫的構(gòu)造,對接焊縫的坡口形式,.,100,附10：帶引弧板的對接焊縫連接,.,101,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.4對接焊縫的構(gòu)造與計算,二、焊透的對接焊縫的計算,對接焊縫是焊件截面的組成部分，焊縫中的應(yīng)力分布情況與焊件的情況相同，其計算方法與構(gòu)件的強(qiáng)度計算一樣。,1、軸心受力的對接焊縫計算,（1）正對接焊縫,通過一、二級檢驗的對接焊縫的強(qiáng)度可以認(rèn)為與母材等強(qiáng)度，連接不必驗算,.,102,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.4對接焊縫的構(gòu)造與計算,（2）斜對接焊縫,如果用正對接焊縫不能滿足強(qiáng)度要求，可采用斜對接焊縫。,.,103,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.4對接焊縫的構(gòu)造與計算,2.承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫,分別驗算最大正應(yīng)力和最大剪應(yīng)力，對于同時受有較大正應(yīng)力和較大剪應(yīng)力處，還應(yīng)驗算折算應(yīng)力。,.,104,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.4對接焊縫的構(gòu)造與計算,.,105,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.4對接焊縫的構(gòu)造與計算,.,106,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.4對接焊縫的構(gòu)造與計算,.,107,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.4對接焊縫的構(gòu)造與計算,.,108,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.4對接焊縫的構(gòu)造與計算,問題：,圖1、圖2所示的對接焊縫截面，強(qiáng)度驗算應(yīng)分別驗算哪些點？,最大正應(yīng)力驗算：圖1點，圖2點。,最大剪應(yīng)力驗算：圖1點，圖2點。,折算應(yīng)力驗算：圖1點，圖2點。,.,109,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.5焊接應(yīng)力和焊接變形,3.5焊接應(yīng)力和焊接變形,2.特點：焊接應(yīng)力是自相平衡的。,一、焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因和特點,原因：焊接過程中存在不均勻的溫度場和局部高溫，焊縫和焊縫附近的鋼材不能自由地膨脹和收縮，受到約束而產(chǎn)生焊接應(yīng)力。,.,110,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.5焊接應(yīng)力和焊接變形,2.降低構(gòu)件的剛度,二、焊接應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的影響,對強(qiáng)度無影響：,.,111,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.5焊接應(yīng)力和焊接變形,4.降低構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度,3.降低構(gòu)件的穩(wěn)定承載力,5.加劇低溫冷脆,1構(gòu)件不平整，安裝困難2變軸心受力構(gòu)件為偏心受力構(gòu)件,三、焊接變形對構(gòu)件工作性能的影響,.,112,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.5焊接應(yīng)力和焊接變形,1設(shè)計方面,四、減少焊接應(yīng)力和焊接變形的措施,（1）對稱布置焊縫，減小變形（2）焊縫不宜過于集中，不要出現(xiàn)三向交叉焊縫（3）注意施焊方便，以保證焊接質(zhì)量,2制造方面,（1）焊前預(yù)熱（2）焊后熱處理（3）焊后機(jī)械校正（4）合理施焊順序（5）焊前反變形,.,113,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.6螺栓連接的構(gòu)造,3.6螺栓連接的構(gòu)造,3.施工要求：螺栓間距不能太近，滿足凈空要求，便于安裝,2.構(gòu)造要求：螺栓間距不能太大，避免壓不緊潮氣進(jìn)入導(dǎo)致腐蝕,1.受力要求,螺栓或鉚釘?shù)淖畲蟆⒆钚∪菰S距離見P52，表3.43.7,螺栓及其孔眼圖例見P29，表3.3,.,114,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,普通螺栓按加工精度可分為：,1.粗制螺栓（C級）,優(yōu)點：安裝簡單，便于拆裝缺點：螺桿與鋼板孔壁不夠緊密，傳遞剪力時，連接變形較大。宜用于承受拉力的連接中，或用于次要結(jié)構(gòu)和可拆卸結(jié)構(gòu)的受剪連接及安裝時的臨時固定。,2.精制螺栓（A、B級）,優(yōu)點：受力性能好缺點：安裝費時費工，且費用較高。目前建筑結(jié)構(gòu)中已較少使用。,.,115,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,抗剪連接板件之間有相互錯動的趨勢抗拉連接板件之間有相互脫開的趨勢,.,116,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,一、普通螺栓的抗剪連接,（1）單個螺栓的受剪工作性能,4）彈塑性階段（34）：連接的剪切變形迅速增大，直至破壞。,1.抗剪連接的工作性能,1）彈性階段（01）：板件間相互擠壓，靠摩擦阻力傳力；,2）滑移階段（12）：摩擦阻力被克服后，板件間產(chǎn)生滑移，栓桿與孔壁相接觸，滑移量取決于栓桿與孔的間距；,3）栓桿直接傳力的彈性階段（23）：螺栓桿既受剪又受彎，孔壁受到擠壓；,.,117,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,（2）受剪螺栓的破壞形式,1）栓桿被剪斷2）鋼板被擠壓破壞（螺栓承壓破壞）3）鋼板被拉斷4）鋼板被剪壞5）桿身彎曲破壞,.,118,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,（3）針對以上破壞形式，應(yīng)采取以下措施,1）通過計算保證螺栓抗剪2）通過計算保證螺栓抗擠壓3）通過計算保證板件有足夠的拉壓強(qiáng)度4）螺栓端距避免鋼板被拉豁,.,119,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,2.抗剪連接的計算,（1）單個普通螺栓的抗剪承載力,在普通螺栓受剪的連接中，單個普通螺栓的承載力設(shè)計值應(yīng)取抗剪承載力和承壓承載力設(shè)計值中的較小值。,單個普通螺栓的抗剪承載力設(shè)計值,單個普通螺栓的承壓承載力設(shè)計值,.,120,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,（2）普通螺栓群的抗剪連接計算,1）普通螺栓群軸心受剪,.,121,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,普通螺栓群軸心受剪的計算流程,.,122,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,.,123,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,.,124,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,2）普通螺栓群偏心受剪,.,125,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,.,126,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,.,127,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,.,128,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,普通螺栓群偏心受剪的計算流程,.,129,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,.,130,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,.,131,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,.,132,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,二、普通螺栓的抗拉連接,抗拉連接的工作性能,抗拉螺栓的工作特點杠桿效應(yīng)由于被連接件的剛度不夠，在螺栓中產(chǎn)生附加應(yīng)力。,規(guī)范中考慮杠桿效應(yīng)，降低了螺栓的抗拉強(qiáng)度，同時要求設(shè)計中應(yīng)采取構(gòu)造措施以減少不利影響。,抗拉螺栓連接中，外力使被連接件的接觸面互相脫離而使螺栓受拉，最后螺栓桿被拉斷而破壞。,.,133,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,2.抗拉連接的計算,（1）單個普通螺栓的抗拉承載力,.,134,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,（2）普通螺栓群的抗拉連接計算,1）普通螺栓群軸心受拉,.,135,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,假定：在彎矩作用下，板件繞最邊緣的螺栓旋轉(zhuǎn)；每個螺栓受力大小與其到旋轉(zhuǎn)中心的距離成正比。,2）普通螺栓群彎矩受拉,.,136,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,3）普通螺栓群偏心受拉,.,137,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,.,138,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,三、既受剪又受拉的普通螺栓連接,.,139,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,.,140,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,.,141,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,.,142,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,.,143,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,580=400,.,144,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.7普通螺栓連接的工作性能和計算,580=400,.,145,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,一、高強(qiáng)螺栓的構(gòu)造,在摩擦阻力被克服后繼續(xù)靠栓桿承受荷載，承載力高，連接變形比摩擦型的大。僅用于承受靜力荷載和間接承受動力荷載結(jié)構(gòu)中的連接。,采用高強(qiáng)度鋼材制作的螺栓稱為高強(qiáng)螺栓。,高強(qiáng)度螺栓的連接形式分為兩種：,只靠擠壓力產(chǎn)生的摩擦阻力傳遞剪力，摩擦阻力被克服即為破壞。,1.摩擦型連接,2.承壓型連接,.,146,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,高強(qiáng)螺栓的設(shè)計準(zhǔn)則：,以荷載設(shè)計值引起的剪力不超過摩擦阻力為設(shè)計準(zhǔn)則,1.高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接（01）,以連接達(dá)到破壞的極限狀態(tài)為設(shè)計準(zhǔn)則,2.高強(qiáng)度螺栓承壓型連接（04）,高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的的預(yù)拉力P和連接處構(gòu)件接觸面的處理方法應(yīng)與高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接相同。,.,147,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,二、預(yù)拉力的建立,轉(zhuǎn)角法：通過工藝試驗，確定滿足預(yù)拉力要求所需角度，在實際工程中采用固定轉(zhuǎn)角，不精確,2.扭矩法：通過工藝試驗，確定滿足預(yù)拉力要求所需扭矩，制做特殊扳手，如機(jī)械扳手，光電扳手等,3.扭剪型高強(qiáng)螺栓：一種特制螺栓，用特殊扳手，擰斷為止預(yù)拉力建立完成,.,148,附11：扭剪型高強(qiáng)度螺栓,.,149,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,三、高強(qiáng)度螺栓的計算,高強(qiáng)度螺栓的抗剪計算,（1）高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接,.,150,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,（2）高強(qiáng)度螺栓承壓型連接,.,151,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,2.高強(qiáng)度螺栓的抗拉計算,（1）高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接,（2）高強(qiáng)度螺栓承壓型連接,.,152,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,3.同時承受剪力和拉力的高強(qiáng)度螺栓計算,（1）高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接,（2）高強(qiáng)度螺栓承壓型連接,.,153,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,1.高強(qiáng)螺栓群在彎矩作用下的計算,2.高強(qiáng)螺栓群偏心受拉的計算,四、高強(qiáng)螺栓群的計算,.,154,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,3.高強(qiáng)螺栓群在拉力、彎矩和剪力共同作用下的計算,（1）高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接,（2）高強(qiáng)度螺栓承壓型連接,.,155,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,.,156,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,.,157,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,.,158,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,.,159,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,.,160,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,.,161,第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算,作業(yè)：P6970，習(xí)題3.1、3.2、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9,.,162,第4章軸心受力構(gòu)件,4.軸心受力構(gòu)件,4.1概述4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定4.4軸心受壓柱的設(shè)計4.5柱頭和柱腳,.,163,第4章軸心受力構(gòu)件,4.1概述,4.1概述,軸心受拉構(gòu)件：桁架拉桿、網(wǎng)架、塔架軸心受壓構(gòu)件：桁架壓桿、工作平臺柱、各種結(jié)構(gòu)柱,承載能力極限狀態(tài)：強(qiáng)度、穩(wěn)定正常使用極限狀態(tài)：剛度,一、軸心受力構(gòu)件的特點,軸心受拉構(gòu)件：強(qiáng)度、剛度控制軸心受壓構(gòu)件：強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定必須同時滿足,軸心受力構(gòu)件應(yīng)滿足兩個極限狀態(tài)：,.,164,第4章軸心受力構(gòu)件,4.1概述,實腹式構(gòu)件：單個型鋼截面焊接組合截面冷彎薄壁型鋼,二、軸心受力構(gòu)件的截面形式,格構(gòu)式構(gòu)件,三、柱的組成,.,165,.,166,.,167,.,168,第4章軸心受力構(gòu)件,4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度,4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度,一、強(qiáng)度計算,.,169,第4章軸心受力構(gòu)件,4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度,關(guān)于凈截面面積,.,170,第4章軸心受力構(gòu)件,4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度,用摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)件的強(qiáng)度計算,構(gòu)件凈截面上所受的力應(yīng)扣去已傳走的力,同時還應(yīng)驗算構(gòu)件截面無削弱處的強(qiáng)度：,孔前傳力由于摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓是靠摩擦力傳力的，每個螺栓所傳的力已由摩擦力在螺栓孔前傳走。,用摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)件，存在孔前傳力,.,171,第4章軸心受力構(gòu)件,4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度,.,172,第4章軸心受力構(gòu)件,4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度,.,173,第4章軸心受力構(gòu)件,4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度,二、剛度計算,受拉和受壓構(gòu)件的剛度是以保證其長細(xì)比限值來實現(xiàn)的,.,174,第4章軸心受力構(gòu)件,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,第二類穩(wěn)定由于初始缺陷，壓桿一開始就是偏心受力，沒有平衡分枝現(xiàn)象，變形從小到大，直到失穩(wěn)破壞為止。計算方法：極限平衡法,穩(wěn)定問題分為兩類：,第一類穩(wěn)定由直桿平衡轉(zhuǎn)為微微彎曲的平衡，即發(fā)生平衡形式的轉(zhuǎn)移，變形從無到有，稱為平衡分枝現(xiàn)象，這種失穩(wěn)通常稱為屈曲。計算方法：歐拉臨界力,.,175,第4章軸心受力構(gòu)件,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,兩端鉸接的等截面軸心壓桿的屈曲臨界力為：,對于其它支承情況：,歐拉臨界應(yīng)力,歐拉（Euler）臨界力理想軸心壓桿彎曲屈曲臨界力,理想軸心壓桿的穩(wěn)定曲線,.,176,第4章軸心受力構(gòu)件,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,一、軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定,1.理想軸心受壓構(gòu)件,理想的軸心壓桿等截面、無初始變形、無初偏心、無殘余應(yīng)力、材質(zhì)均勻的軸心壓桿。,由于截面形式不同，軸心受壓構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定的形式有三種:,理想軸心壓桿的穩(wěn)定屬于第一類穩(wěn)定問題,.,177,第4章軸心受力構(gòu)件,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,2.實際軸心受壓構(gòu)件,實際軸心受壓構(gòu)件存在初始缺陷，這些初始缺陷包括：初彎曲、初偏心、殘余應(yīng)力,由于存在初始缺陷，實際軸心壓桿的失穩(wěn)屬于第二類穩(wěn)定問題,.,178,第4章軸心受力構(gòu)件,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,初始缺陷對軸心壓桿穩(wěn)定極限承載力的影響：,1）初彎曲和初偏心的影響,初彎曲（初偏心）越大，則變形越大，承載力越小。,無論初彎曲（初偏心）多么小，,壓力一開始就產(chǎn)生撓曲，并隨荷載增大而增大。,.,179,第4章軸心受力構(gòu)件,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,2）殘余應(yīng)力的影響,按有效截面的慣性矩近似計算兩端鉸接的等截面軸壓構(gòu)件的臨界力和臨界應(yīng)力：,由于k1，所以殘余應(yīng)力對構(gòu)件穩(wěn)定的不利影響對弱軸比對強(qiáng)軸嚴(yán)重得多。,.,180,第4章軸心受力構(gòu)件,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,3.軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的計算,對于具有截面削弱的構(gòu)件，在滿足之后，還需驗算,軸心受壓構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)不大于構(gòu)件整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力：,.,181,第4章軸心受力構(gòu)件,5.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,構(gòu)件長細(xì)比的確定：,（1）截面為雙軸對稱或極對稱的構(gòu)件：,（2）截面為單軸對稱的構(gòu)件：,截面剪心和形心不重合的構(gòu)件，沿形心縱軸受壓時必須考慮繞對稱軸（y軸）發(fā)生彎扭屈曲的可能性。,構(gòu)件繞非對稱軸（x軸）仍然發(fā)生彎曲屈曲。,.,182,第4章軸心受力構(gòu)件,5.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,把按彈性穩(wěn)定理論算得的彎扭屈曲臨界力換算成為長細(xì)比較大的彎曲屈曲桿件，再按換算長細(xì)比從規(guī)范中查得相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)。,軸壓彎扭屈曲的實用計算方法是：,.,183,第4章軸心受力構(gòu)件,5.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,.,184,第4章軸心受力構(gòu)件,5.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,.,185,第4章軸心受力構(gòu)件,5.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,.,186,第4章軸心受力構(gòu)件,5.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,.,187,第4章軸心受力構(gòu)件,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,.,188,第4章軸心受力構(gòu)件,5.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,.,189,第4章軸心受力構(gòu)件,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,.,190,第4章軸心受力構(gòu)件,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,二、軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定,1.局部穩(wěn)定性,軸心受壓構(gòu)件的截面大多由若干矩形平面薄板所組成，這些組成板件分別受到沿縱向作用于板件中面的均勻壓力。當(dāng)壓力大到一定程度時，在構(gòu)件尚未喪失整體穩(wěn)定性之前，個別板件可能先不能保持其平面平衡狀態(tài)而發(fā)生波形凸曲，喪失了穩(wěn)定性這種現(xiàn)象稱作構(gòu)件失去局部穩(wěn)定性。,.,191,第4章軸心受力構(gòu)件,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,二、軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定,2.均勻受壓板件的臨界應(yīng)力,在單向壓應(yīng)力作用下，板件的臨界應(yīng)力為：,.,192,第4章軸心受力構(gòu)件,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,3.軸心壓桿的局部穩(wěn)定,軸心壓桿局部穩(wěn)定計算采用等穩(wěn)定準(zhǔn)則，即保證板件的局部失穩(wěn)臨界應(yīng)力不小于構(gòu)件整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力。,以工字形截面的軸壓構(gòu)件為例：（P125，表5.5）,（1）翼緣板三邊簡支，一邊自由的均勻受壓板,.,193,第4章軸心受力構(gòu)件,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,（2）腹板兩邊簡支，兩邊彈性嵌固的均勻受壓板,.,194,第4章軸心受力構(gòu)件,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,.,195,第4章軸心受力構(gòu)件,4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定,.,196,第4章軸心受力構(gòu)件,4.4軸心受壓柱的設(shè)計,4.4軸心受壓柱的設(shè)計,對于一個軸心受壓構(gòu)件，有三種可能出現(xiàn)的問題:已知荷載、截面，驗算截面。已知截面求承載力。已知荷載設(shè)計截面。,一、實腹柱設(shè)計,截面形式,實腹式軸心受壓柱一般采用雙軸對稱截面，應(yīng)考慮以下幾個原則：,面積的分布應(yīng)盡量開展使兩個主軸方向等穩(wěn)定性便于與其他構(gòu)件進(jìn)行連接盡可能構(gòu)造簡單，制造省工，取材方便,2.截面設(shè)計,.,197,第五章軸心受力構(gòu)件,5.4軸心受壓柱的設(shè)計,對于第種情況的計算框圖,.,198,第4章軸心受力構(gòu)件,4.4軸心受壓柱的設(shè)計,.,199,第4章軸心受力構(gòu)件,4.4軸心受壓柱的設(shè)計,構(gòu)造要求：,.,200,第4章軸心受力構(gòu)件,4.4軸心受壓柱的設(shè)計,.,201,第4章軸心受力構(gòu)件,4.4軸心受壓柱的設(shè)計,.,202,第4章軸心受力構(gòu)件,4.4軸心受壓柱的設(shè)計,.,203,第五章軸心受力構(gòu)件,5.4軸心受壓柱的設(shè)計,屋架上弦桿AB（l=5m）軸心受壓，在屋架平面內(nèi)的計算長度？在屋架平面外的計算長度？,.,204,第4章軸心受力構(gòu)件,4.4軸心受壓柱的設(shè)計,1.格構(gòu)柱的截面形式,格構(gòu)柱由綴材和柱肢組成，穿過柱肢板的軸為實軸，穿過綴材平面的軸為虛軸。,二、格構(gòu)柱設(shè)計,.,205,第4章軸心受力構(gòu)件,4.4軸心受壓柱的設(shè)計,2.格構(gòu)柱繞虛軸的換算長細(xì)比,格構(gòu)柱繞實軸的整體穩(wěn)定計算與實腹柱相同，繞虛軸的整體穩(wěn)定應(yīng)采用換算長細(xì)比進(jìn)行計算。,(1)雙肢格構(gòu)柱的換算長細(xì)比,.,206,第4章軸心受力構(gòu)件,4.4軸心受壓柱的設(shè)計,采用以上公式計算雙肢格構(gòu)柱的換算長細(xì)比時應(yīng)保證：,斜綴條與柱軸線間的夾角應(yīng)在400700之間；,.,207,第4章軸心受力構(gòu)件,4.4軸心受壓柱的設(shè)計,綴板線剛度之和應(yīng)大于6倍的分肢線剛度。,.,208,第4章軸心受力構(gòu)件,4.4軸心受壓柱的設(shè)計,3格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的分肢穩(wěn)定,分肢穩(wěn)定承載力不小于整體穩(wěn)定承載力,.,209,第4章軸心受力構(gòu)件,4.4軸心受壓柱的設(shè)計,4.綴材設(shè)計,(1)軸心受壓格構(gòu)柱的橫向剪力,(2)綴條的設(shè)計綴條式格構(gòu)柱可看作桁架體系，柱肢是桁架弦桿，綴條是腹桿。,.,210,第4章軸心受力構(gòu)件,4.4軸心受壓柱的設(shè)計,按軸心壓桿選擇綴條截面,綴條一般采用單角鋼，考慮到偏心受力和受壓時的彎扭，按軸心受力構(gòu)件設(shè)計時，強(qiáng)度設(shè)計值