鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)講義同濟(jì)大學(xué)三

鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)同濟(jì)大學(xué)土木系(土木工程專業(yè))講師：張?jiān)破?概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和疲勞設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力法1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和疲勞設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力法1.1結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，此特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。

承載能力極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形

正常使用極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值結(jié)構(gòu)的工作性能可用結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)Z來描述，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)可取荷載效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R兩個(gè)基本隨機(jī)變量來表達(dá)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，即

Z=g（R，S）＝R－S

（1-1）顯然，Z是隨機(jī)變量，有以下三種情況：Z＞0結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；Z＝0結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)；Z＜0結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)?？梢?，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)是結(jié)構(gòu)由可靠轉(zhuǎn)變?yōu)槭У呐R界狀態(tài)。由于R和S受到許多隨機(jī)性因素影響而具有不確定性，Z≥0不是必然性的事件。因此科學(xué)的設(shè)計(jì)方法是以概率為基礎(chǔ)來度量結(jié)構(gòu)的可靠性。1.2可靠度按照概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，結(jié)構(gòu)的可靠度定義為結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。“完成預(yù)定功能”指對(duì)某項(xiàng)規(guī)定功能而言結(jié)構(gòu)不失效。結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿足的功能有：

(1)在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；(2)在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；(3)在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性；(4)在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期）是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目使用的年限。大陸規(guī)范規(guī)定建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。若以Pr表示結(jié)構(gòu)的可靠度，則有Pr=P（Z≥0） （1-2）記Pf為結(jié)構(gòu)的失效概率，則有Pf=P（Z<0） （1-3）顯然Pr=1－Pf（1-4）因此結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算可轉(zhuǎn)換為失效概率的計(jì)算?？煽康慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指的是使失效概率小到可以接受程度的設(shè)計(jì)，絕對(duì)可靠的結(jié)構(gòu)（失效概率等于零）是不存在的。由于與Z有關(guān)的多種影響因素都是不確定的，其概率分布很難求得，目前只能用近似概率設(shè)計(jì)方法，同時(shí)采用可靠指標(biāo)表示失效概率。

1.3可靠指標(biāo)

為了使結(jié)構(gòu)達(dá)到安全可靠與經(jīng)濟(jì)上的最佳平衡，必須選擇一個(gè)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)失效概率或目標(biāo)可靠指標(biāo)?？刹捎谩靶?zhǔn)法”求得。即通過對(duì)原有規(guī)范作反演分析，找出隱含在現(xiàn)有工程中相應(yīng)的可靠指標(biāo)值，經(jīng)過綜合分析，確定設(shè)計(jì)規(guī)范采用的目標(biāo)可靠指標(biāo)值?！督ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標(biāo)不應(yīng)小于表1-1中的規(guī)定。鋼結(jié)構(gòu)連接的承載能力極限狀態(tài)經(jīng)常是強(qiáng)度破壞而不是屈服，可靠指標(biāo)應(yīng)比構(gòu)件為高，一般推薦用4.5。表1－11概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和疲勞設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力法1.4極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式除疲勞計(jì)算外，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算

(1)對(duì)于承載能力極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采用荷載效應(yīng)的基本組合和偶然組合進(jìn)行設(shè)計(jì)

基本組合

按下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式中最不利值確定

由可變荷載效應(yīng)控制的組合：

（1-5）

由永久荷載效應(yīng)控制的組合：

（1-6）

0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，按下列規(guī)定采用：對(duì)安全等級(jí)為一級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為100年及以上的

結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.1；對(duì)安全等級(jí)為二級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.0；對(duì)安全等級(jí)為三級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為5年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于0.9；G——永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定采用：當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力不利時(shí)，對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.2，對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.35；當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力有利時(shí)，一般情況下取1.0；Q1,

Qi——第1個(gè)和第i個(gè)可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定采用：當(dāng)可變荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力不利時(shí)，在一般情況下應(yīng)取1.4，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于4.0kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載取1.3；當(dāng)可變荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力有利時(shí)，應(yīng)取為0；

S——永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；

1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和疲勞設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力法SQ1k——在基本組合中起控制作用的第1個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；

SQik——第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；

ci——第i個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)，其值不應(yīng)大于1；

R——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計(jì)值，R=Rk/R，Rk為結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力標(biāo)準(zhǔn)值，R為抗力分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)于Q235鋼，R=1.087；對(duì)于Q345、Q390和Q420鋼，R=1.111。對(duì)于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，可以采用簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)表達(dá)式：由可變荷載效應(yīng)控制的組合：

（1-7）

——簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)表達(dá)式中采用的荷載組合系數(shù)，一般情況下可取=0.9，當(dāng)只有一個(gè)可變荷載時(shí)，取=1.0。由永久荷載效應(yīng)控制的組合仍按式（1-6）計(jì)算。

偶然組合對(duì)于偶然組合，極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式宜按下列原則確定：偶然作用的代表值不乘以分項(xiàng)系數(shù)；與偶然作用同時(shí)出現(xiàn)的可變荷載，應(yīng)根據(jù)觀測(cè)資料和工作經(jīng)驗(yàn)采用適當(dāng)?shù)拇碇怠?2)對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)不同設(shè)計(jì)目的，分別選用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，使變形、裂縫等荷載效應(yīng)的設(shè)計(jì)值符合下式的要求：Sd≤C

（1-8）

Sd——變形、裂縫等荷載效應(yīng)的設(shè)計(jì)值；C——設(shè)計(jì)對(duì)變形、裂縫等規(guī)定的相應(yīng)限值。

1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和疲勞設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力法鋼結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)只涉及變形驗(yàn)算，僅需考慮荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合：

（1-9）1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和疲勞設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力法1.5鋼結(jié)構(gòu)的疲勞計(jì)算

疲勞斷裂的概念

鋼結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂是裂紋在連續(xù)重復(fù)荷載作用下不斷擴(kuò)展以至斷裂的脆性破壞。疲勞破壞經(jīng)歷三個(gè)階段：裂紋的形成，裂紋的緩慢擴(kuò)展和最后迅速斷裂。與疲勞破壞有關(guān)的幾個(gè)概念

應(yīng)力集中應(yīng)力循環(huán)特征連續(xù)重復(fù)荷載之下應(yīng)力從最大到最小重復(fù)一周叫做一個(gè)循環(huán)。應(yīng)力循環(huán)特征常用應(yīng)力比來表示，拉應(yīng)力取正值，壓應(yīng)力取負(fù)值。應(yīng)力幅應(yīng)力幅表示應(yīng)力變化的幅度，用△=max-min表示，應(yīng)力幅總是正值。

1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和疲勞設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力法疲勞壽命（致?lián)p循環(huán)次數(shù)）疲勞壽命指在連續(xù)反復(fù)荷載作用下應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)，一般用n表示。（1）疲勞曲線（—n曲線）

(1-11)1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和疲勞設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力法1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和疲勞設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力法1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和疲勞設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力法大陸2鋼結(jié)構(gòu)材料2.1結(jié)構(gòu)鋼材的破壞形式:

塑性破壞脆性破壞

2.2鋼結(jié)構(gòu)對(duì)鋼材性能的要求

(1)較高的強(qiáng)度:屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)）fy和抗拉強(qiáng)度fu

(2)良好的塑性:伸長(zhǎng)率鋼材拉伸圖(3)韌性好:沖擊韌性值Cv沖擊韌性圖(4)可焊性好

(5)合格的冷彎性能

2.3影響鋼材性能的主要因素

(1)化學(xué)成分

鋼材由各種化學(xué)成分組成的，其基本元素為鐵（Fe），碳素結(jié)構(gòu)鋼中鐵占99%。碳和其它元素僅占1%，但對(duì)鋼材的性能有著決定性的影響。普通低合金鋼中還含有低于5%的合金元素。2鋼結(jié)構(gòu)材料碳（C）、硫（S）、磷（P）、氧（O）和氮（N）、錳（Mn）、硅（Si）(2)冶煉、軋制、熱處理

(3)鋼材的硬化

時(shí)效硬化冷作硬化

(4)溫度的影響

(5)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)(6)應(yīng)力集中

(7)反復(fù)荷載作用

2.4

結(jié)構(gòu)鋼材種類及其選擇

(1)鋼材的種類和牌號(hào)

碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)的數(shù)值（N/mm2）、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)和脫氧方法符號(hào)等四個(gè)部分按順序組成。如Q235－AF表示屈服強(qiáng)度為235N／mm2的A級(jí)沸騰鋼；Q235-Bb表示屈服強(qiáng)度為235N／mm2的B級(jí)半鎮(zhèn)靜鋼；Q235-C表示屈服強(qiáng)度為235N／mm2的C級(jí)鎮(zhèn)靜鋼。

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

低合金鋼是在冶煉過程中添加一種或幾種少量合金元素，其總量低于5％的鋼材。其牌號(hào)與碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)的表示方法相同，常用的低合金鋼有Q345、Q390、Q420等。2鋼結(jié)構(gòu)材料低合金鋼的脫氧方法為鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼。Q345-B表示屈服強(qiáng)度為345N／mm2的B級(jí)鎮(zhèn)靜鋼；Q390－D表示屈服強(qiáng)度為390N／mm2的D級(jí)特殊鎮(zhèn)靜鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼都可以采取適當(dāng)?shù)臒崽幚?如調(diào)質(zhì)處理)進(jìn)一步提高其強(qiáng)度。例如用于制造高強(qiáng)度螺栓的45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼以及40硼（40B）、20錳鈦硼（20MnTiB）就是通過調(diào)質(zhì)處理提高強(qiáng)度的。(2)鋼材的選用原則鋼材選用的原則是既要使結(jié)構(gòu)安全可靠和滿足使用要求，又要最大可能節(jié)約鋼材和降低造價(jià)。為保證承重結(jié)構(gòu)的承載力和防止在一定條件下可能出現(xiàn)的脆性破壞，應(yīng)綜合考慮下列因素：結(jié)構(gòu)的重要性、荷載的性質(zhì)、連接方法、結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境、鋼材厚度

（3）鋼材的規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材主要為熱軋成型的鋼板、型鋼，以及冷彎成型的薄壁型鋼等。鋼板

鋼板有薄鋼板（厚度0.35~4mm）、厚鋼板（厚度4.5~60mm）、特厚板（板厚＞60mm）和扁鋼(厚度4~60mm，寬度為12~200mm)等。鋼板用“—寬×厚×長(zhǎng)”或“—寬×厚”表示，單位為mm，如—450×8×3100，—450×8。型鋼

鋼結(jié)構(gòu)常用的型鋼是角鋼、工字型鋼、槽鋼和H型鋼、鋼管等。除H型鋼和鋼管有熱軋和焊接成型外，其余型鋼均為熱軋成型。冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼采用薄鋼板冷軋制成。其壁厚一般為1.5~12mm，但承重結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件的壁厚不宜小于2mm。薄壁型鋼能充分利用鋼材的強(qiáng)度以節(jié)約鋼材，在輕鋼結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。常用冷彎薄壁型鋼截面型式有等邊角鋼]、卷邊等邊角鋼、Z型鋼、卷邊Z型鋼、槽鋼、卷邊槽鋼（C型鋼）、鋼管等。2鋼結(jié)構(gòu)材料3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法在傳力過程中，連接部位應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。被連接件間應(yīng)保持正確的位置，以滿足傳力和使用要求。

鋼結(jié)構(gòu)的連接通常有焊接，鉚接和螺栓連接三種方式（圖3-1）。

3.2焊接連接的特性

鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法有電弧焊，電渣焊、氣體保護(hù)焊和電阻焊等。焊縫連接形式按構(gòu)件的相對(duì)位置可分為平接、搭接、T形連接和角接四種。（圖3-2）焊縫形式主要有對(duì)接焊縫和角焊縫。其中對(duì)接焊縫按受力方向可分為對(duì)接正焊縫和對(duì)接斜焊縫；角焊縫長(zhǎng)度方向垂直于力作用方向的稱正面角焊縫，平行于力作用方向的稱側(cè)面角焊縫。

焊縫缺陷和焊縫等級(jí)焊縫中可能存在裂紋、氣孔、燒穿、夾渣、未焊透、咬邊、焊瘤等缺陷。（圖3-3）

《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205）規(guī)定，焊縫依其質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)分為三級(jí)，其中三級(jí)焊縫只要求通過外觀檢查，即檢查焊縫實(shí)際尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求和有無看得見的裂紋，咬邊等缺陷。對(duì)于重要結(jié)構(gòu)或要求焊縫金屬?gòu)?qiáng)度等于被焊金屬?gòu)?qiáng)度的對(duì)接焊縫，必須進(jìn)行一級(jí)或二級(jí)質(zhì)量檢驗(yàn)，即在外觀檢查的基礎(chǔ)上再做無損檢驗(yàn)。其中二級(jí)要求用超聲波檢驗(yàn)每條焊縫的20％長(zhǎng)度，且不小于200mm；一級(jí)要求用超聲波檢驗(yàn)每條焊縫全部長(zhǎng)度，以便揭示焊縫內(nèi)部缺陷。

焊縫代號(hào)

焊縫符號(hào)主要由圖形符號(hào)、輔助符號(hào)和引出線等部分組成。（表3-1a）（表3-1b）3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3.3

對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算

對(duì)接焊縫按坡口形式分為I形縫、V形縫、帶鈍邊單邊V形縫、帶鈍邊V形縫（也叫Y形縫）、帶鈍邊U形縫、帶鈍邊雙單邊V形縫和雙Y形縫等。（圖3-4）

對(duì)基焊縫計(jì)算對(duì)接焊縫的應(yīng)力分布情況基本上與焊件相同?？捎糜?jì)算焊件的方法計(jì)算對(duì)接焊縫。對(duì)于重要的構(gòu)件，按一、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量，焊縫和構(gòu)件等強(qiáng)，不必另行計(jì)算，只有對(duì)三級(jí)焊縫，才需要計(jì)算。

（1）軸心受力的對(duì)接焊縫

＝N／（lwt）≤fwt或fwc(3-1)式中N——軸心拉力或壓力的設(shè)計(jì)值；

lw——焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，當(dāng)采用引弧板施焊時(shí)，取焊縫實(shí)際長(zhǎng)度；當(dāng)無法采用引弧板時(shí)，每條焊縫取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t；t——在對(duì)接接頭中為連接件的較小厚度，不考慮焊縫的余高；在T形接頭中為腹板厚度;ftw，fcw——對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值?？箟汉缚p和質(zhì)量等級(jí)為一、二級(jí)的抗拉焊縫與母材等強(qiáng)，三級(jí)抗拉焊縫強(qiáng)度為母材的85%。（2）受彎、受剪的對(duì)接焊縫計(jì)算

＝M／Ww≤fwt(3-2)＝VS／（Iwt）≤fwV(3-3)(3-4)3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算

(1)角焊縫的截面角焊縫兩邊夾角一般為900（直角角焊縫），夾角大于1350或小于600的斜角交焊縫，除鋼管結(jié)構(gòu)外，一般不宜用作受力焊縫。（圖3-5）

角焊縫的有效截面為平分角焊縫夾角的截面，破壞往往從這個(gè)截面發(fā)生。有效截面的高度（不考慮焊縫余高）稱為角焊縫的有效厚度he

，當(dāng)

≤90o時(shí)，he

＝0.7hf

；當(dāng)

>90o時(shí)，he

＝hf

cos(/2)。

(2)角焊縫的尺寸限制

焊腳尺寸

hf

應(yīng)與焊件的厚度相適應(yīng)，不宜過大或過小。對(duì)手工焊，hf應(yīng)不小于，t為較厚焊件的厚度（mm），對(duì)自動(dòng)焊，可減小1mm；

hf應(yīng)不大于較薄焊件厚度的1.2倍。對(duì)于板件邊緣的焊縫，當(dāng)t≤6mm時(shí)，

hf≤t；當(dāng)t>6mm時(shí)，

hf＝t－(1~2)mm。（圖3-6）

焊縫長(zhǎng)度lw也不應(yīng)太長(zhǎng)或太短，其計(jì)算長(zhǎng)度不宜小于8hf或40mm，且不宜大于60hf。(3)角焊縫計(jì)算的基本公式

(3-5)式中

f——正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)，

；但對(duì)直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的角焊縫，由于正面角焊縫的剛度大，韌性差，應(yīng)取f＝1.0；x、y——按角焊縫有效截面計(jì)算，垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的正應(yīng)力；z

——按角焊縫有效截面計(jì)算，沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力。

3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)

(4)常用連接方式的角焊縫計(jì)算

①受軸心力作用時(shí)（圖3-7）焊縫長(zhǎng)度與受力方向垂直（正面角焊縫）：(3-6)焊縫長(zhǎng)度與受力方向平行（側(cè)面角焊縫）

：(3-7)式中l(wèi)w為連接一側(cè)所有焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度之和，每條焊縫按實(shí)際長(zhǎng)度減去2hf。三面圍焊時(shí)，先按式（3－6）計(jì)算計(jì)算正面角焊縫受力N1，再由N－

N1按式（3－7）計(jì)算。

②彎矩單獨(dú)作用時(shí)（圖3-8）(3-8)式中Ww——角焊縫有效截面的截面模量。

③扭矩單獨(dú)作用時(shí)（圖3-9）(3-9)式中J

——角焊縫有效截面的極慣性矩，J=Ix＋I(xiàn)y；rA——A點(diǎn)至形心o點(diǎn)的距離。

3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)

將

A分解到x和y方向，有

④彎矩、扭矩、軸心力共同作用時(shí)，分別計(jì)算受力最不利點(diǎn)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，按下式計(jì)算：

(3-10)

3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3鋼結(jié)構(gòu)伍的連接律設(shè)計(jì)3.5螺栓連吹接的排過列和構(gòu)親造要求螺栓叉在構(gòu)腰件上領(lǐng)的排樓列可蠟以是并列或錯(cuò)列（寇圖3-境11），排列禿時(shí)應(yīng)考攜慮下列項(xiàng)要求:1．受力蠶要求：對(duì)矛于受壓拉構(gòu)艱件，竹螺栓留的栓諸距和役線距齊不應(yīng)龍過小燭，否頸則對(duì)表鋼板交截面析削弱地太多限，構(gòu)灶件有私可能蒸沿直問線或吃折線吵發(fā)生忙凈截遷面破畫壞。件對(duì)于匯受壓頃構(gòu)件桂，沿媽作用培力方俘向螺范栓間飛距不榜應(yīng)過禁大，隙否則國(guó)被連扣接的役板件捐間容謀易發(fā)跨生凸膠曲現(xiàn)戴象。暫因此拾，從根受力常角度色應(yīng)規(guī)虛定螺柜栓的補(bǔ)最大睬和最液小容堅(jiān)許間信距。2．構(gòu)造要哥求：若栓宏距和線缸距過大滿，則構(gòu)凝件接觸待面不夠輛緊密，位潮氣易國(guó)于侵入霉縫隙而慨產(chǎn)生腐幅蝕，所邁以，構(gòu)騙造上要我規(guī)定螺卻栓的最臺(tái)大容許徹間距。3．施工館要求：為便到于轉(zhuǎn)動(dòng)驢螺栓扳輪手，就衫要保證騙一定的阿作業(yè)空貪間。所討以，施塊工上要孟規(guī)定螺曬栓的最串小容許鋸間距。圖3-1顫1鋼板上打螺栓的求排列(a)并列公；(b)錯(cuò)列炊；(c)容許鐮間距3鋼結(jié)構(gòu)爆的連接梁設(shè)計(jì)根據(jù)趕以上付要求壇，規(guī)吉范規(guī)秧定螺下栓的弟最大鼠和最惑小容早許間融距見以表3-2。注:1村.d0為螺猴栓孔璃徑，t為外陣層薄煩板件巧厚度聰。2.鋼板邊難緣與剛賭性構(gòu)件(如角孫鋼、搖槽鋼)相連的裹螺栓最邪大間距告，可按腦中間排掉數(shù)值采辛用。表3-2螺栓的班最大和瘋最小容熄許間距3鋼結(jié)構(gòu)則的連接截設(shè)計(jì)3.6普通概螺栓悲連接加的性惕能和舟計(jì)算1.普通螺皮栓連接赤的性能普通牛螺栓梳連接槳按螺窩栓傳舍力方云式，鉤可分冒為抗剪炭螺栓恒連接和抗拉蒙螺栓梯連接?？辜袈萁ㄟB接有五種折破壞形承式，見圖3-灑12。3鋼結(jié)攏構(gòu)的青連接吼設(shè)計(jì)??3鋼結(jié)構(gòu)蘆的連接幻玉設(shè)計(jì)抗拉死螺栓束連接3鋼結(jié)構(gòu)堪的連接辨設(shè)計(jì)2.螺栓拿群計(jì)毫算當(dāng)螺賊栓連接雀處于葡彈性清階段鍛時(shí)，棄螺栓無群中寫各螺爽栓受布力并滅不相娃等，雄兩端擠大而新中間膊小(圖3-1籃5a)；當(dāng)螺刺栓群券連接箏長(zhǎng)度l1不太大曾時(shí)，隨窯著外力福增加連控接超過痕彈性變柳形而進(jìn)近入塑性密階段后禮，因內(nèi)誦力重分勁布使各井螺栓受邪力趨于乒均勻(圖3-1波5b)。但當(dāng)構(gòu)萬件的節(jié)識(shí)點(diǎn)處或廣拼接縫謠的一側(cè)拴螺栓很易多，且睡沿受力賞方向的扒連接長(zhǎng)貌度l1過大仔時(shí)，座端部呢的螺蚊栓會(huì)嚇因受淹力過甚大而染首先防發(fā)生篩破壞騾，隨登后依灶次向首內(nèi)逐爸排破透壞（悅即所私謂解屯鈕扣拾現(xiàn)象省）。外因此階規(guī)范源規(guī)定殊當(dāng)連布接長(zhǎng)度l1大于15d0時(shí)，應(yīng)將搖螺栓的深承載力侍乘以折順減系數(shù)=1.1－l1/15指0d0，當(dāng)l1大于60d0時(shí)，折減井系數(shù)取0.收7。因此迅，當(dāng)外踐力通過叛螺栓群沖中心時(shí)洋，可認(rèn)企為所有握的螺栓飄受力相雙同。①螺栓找群在紡軸心泛力作做用下跑的抗千剪計(jì)勒算n=N/Nbmin(3-債15)此時(shí)應(yīng)娘驗(yàn)算板族的凈截周面強(qiáng)度=N/An≤f(3-戲16)??3鋼結(jié)悄構(gòu)的數(shù)連接歉設(shè)計(jì)②螺栓燥群在秩扭矩康作用搬下的本抗剪鍬計(jì)算圖3-雷18螺栓群照受扭矩恒作用3鋼結(jié)嶄構(gòu)的挺連接蓬設(shè)計(jì)③螺栓脖群在僅扭矩消、剪市力、意軸心腸力共林同作艘用下罩的抗坡剪計(jì)少算分別算到出扭矩緩、剪力袍、軸心超力作用梁下受力扔最大螺聞栓的受誦力，將望其分解板到x和y兩個(gè)違方向山，按毒下式嫌驗(yàn)算腐：④螺栓群臘在軸心統(tǒng)力作用紐奉下的抗固拉計(jì)算n=N/Ntb(3-課19)⑤螺栓店群在兄彎矩促作用牢下的幅抗拉調(diào)計(jì)算螺栓群出在彎矩殼作用下誦上部螺泰栓受拉助，因而攜有使連郊接上部威分離的骨趨勢(shì)，俊使螺栓綿群形心吸下移。廊通常假角定中和裁軸在最劉下排螺邊栓處，慢則螺栓程的最大猶拉力為鬼：圖3-傾19彎矩作揚(yáng)用下的禁抗拉螺貨栓計(jì)算?3鋼結(jié)構(gòu)鋼的連接披設(shè)計(jì)⑥螺栓候群同糖時(shí)承受剪交力和拉希力的計(jì)鐮算圖3-膏20螺栓照群同萍時(shí)承牙受剪哥力和由拉力此時(shí)連草接傳遞依的力有匪彎矩M=V?e和剪力V，Nt按式(3-紋20)計(jì)算。3鋼結(jié)滋構(gòu)的惜連接紛設(shè)計(jì)3.兵7高強(qiáng)鄙螺栓障連接菌的性做能和覽計(jì)算1.高強(qiáng)確螺栓城連接震的性毀能高強(qiáng)螺寸栓連接絨按受力裝特征分誓為高強(qiáng)慶螺栓青摩擦甲型連葛接、高強(qiáng)睡螺栓托承壓宏型連嫂接和承受拉傾力的高緞強(qiáng)螺栓摔連接。高強(qiáng)螺亭栓連接額的預(yù)拉蜓力高強(qiáng)戚度螺撒栓預(yù)量拉力捎設(shè)計(jì)猴值按材料強(qiáng)窗度和螺栓姐有效么截面駛積確定，酸取值時(shí)攀考慮①味螺栓材福料抗力傷的變異黨性，引約入折減敲系數(shù)0.9；②施懂加預(yù)應(yīng)珠力時(shí)為賄補(bǔ)償預(yù)盈拉力損命失超張秘拉5%什~1稅0%，引殊入折叮減系宅數(shù)0.9；③在罪扭緊螺黑栓時(shí)，迅扭矩使丟螺栓產(chǎn)卷生的剪罷力將降賺低螺栓融的抗拉鋪承載力極，引入趟折減系末數(shù)1/1仇.2；④拴鋼材映由于姜以抗挽拉強(qiáng)吵度為傳準(zhǔn)，紹引入腿附加旋安全啄系數(shù)0.9。故梢高強(qiáng)請(qǐng)度螺資栓預(yù)疏拉力影為3鋼結(jié)構(gòu)統(tǒng)的連接伸設(shè)計(jì)高強(qiáng)度必螺栓連篇接的摩百擦面抗邪滑移系訓(xùn)數(shù)2.高強(qiáng)螺密栓的抗歪剪承載澇力設(shè)計(jì)停值高強(qiáng)寺度螺熊栓摩忍擦型福連接??3鋼結(jié)紀(jì)構(gòu)的秘連接鹽設(shè)計(jì)高強(qiáng)度墾螺栓承棄壓型連宣接極限毅承載與力由線螺栓腳桿身族抗剪慢和孔殃壁承料壓決耽定，艇摩擦季力只忠起延因緩滑探動(dòng)作隆用，匠計(jì)算伐方法賢與普符通螺籌栓相豈同，遠(yuǎn)見式(3-改11)和(3-伸12)。3.高強(qiáng)來螺栓廊群的尼抗剪偏計(jì)算①軸心昏力作詢用時(shí)螺栓魄數(shù)按式(3悔-1殼5)計(jì)算，龍其中Nbmi死n對(duì)摩擦惰型為式(3鳥-2芽3)，對(duì)承譯壓型用雖高強(qiáng)度球螺栓的友抗剪、好承壓承銀載力設(shè)賠計(jì)值。構(gòu)件百凈截愁面強(qiáng)坊度對(duì)于承肝壓型連迷接，與西普通螺匙栓驗(yàn)算勢(shì)相同；凝對(duì)于摩付擦型連協(xié)接，要穗考慮摩嘗擦力的串作用，希一部分功剪力由扇孔前接肉觸面?zhèn)饕u遞(圖3-貓21晚)。按規(guī)斧范規(guī)茄定，城孔前問傳力挎占螺稠栓傳海力的50典%，則截顧面1－1處凈截勇面?zhèn)髁︷嚍橛辛薔′以后扛，凈呼截面航驗(yàn)算輪按式(3-涂16)進(jìn)行。②扭矩作好用時(shí)，抱及扭矩午、剪力率、軸心早力共同隙作用時(shí)博的抗剪餅高強(qiáng)度夢(mèng)螺栓所耐受剪力答的計(jì)算毒，其方京法與普衫通螺栓罰相同，把單個(gè)螺鑰栓所受贈(zèng)剪力應(yīng)獄不超過攜高強(qiáng)度港螺栓的離承載力灰設(shè)計(jì)值店。圖3-2得1摩擦珍型高你強(qiáng)螺參栓孔欣前傳絹力3鋼結(jié)蔬構(gòu)的慣連接哄設(shè)計(jì)4.高強(qiáng)帥螺栓械群的起抗拉貌計(jì)算抗拉糊承載毯力設(shè)瓶計(jì)值高強(qiáng)度市螺栓連角接由于蛾螺栓中至的預(yù)拉讓力作用叨，構(gòu)件認(rèn)間在承月受外力昆作用前頑已經(jīng)有鮮較大的搶擠壓力致，高強(qiáng)園度螺栓詞受到外兆拉力作慨用時(shí)，故首先要興抵消這祝種擠壓桃力。分偷析表明翁，當(dāng)高同強(qiáng)度螺界栓達(dá)到蹄規(guī)范規(guī)教定的承搬載力0.8P時(shí)，坑螺栓疏桿的絮拉力頃僅增瞇大7%左右，群可以認(rèn)幟為基本速不變?；橐?guī)范規(guī)餡定一個(gè)譜高強(qiáng)度裕螺栓抗懲拉承載咐力設(shè)計(jì)熱值為Nbt=0表.8P(3戀-2逆5)①受軸團(tuán)心拉裂力作玩用時(shí)廚，螺倚栓數(shù)自為n=攝N/Nbt=N/趁(0盡.8P)姜(長(zhǎng)3-2確6)②受彎矩蝕作用，孫當(dāng)板沒萍有被拉瓣開時(shí)，濕接觸面孔保持緊陶密貼合鹽，中和矛軸可以訂認(rèn)為在擴(kuò)螺栓群嚇的形心已軸線上(圖3－22項(xiàng))，則娘受力聚最大撕的螺們栓應(yīng)北滿足N1M=M汁y1/m∑yi2(3-糞27)對(duì)于柿承受瀉靜力猶荷載鬼的結(jié)蔑構(gòu)，售板被捕拉開自并不陽(yáng)等于歐達(dá)到纖承載僑能力雅的極她限，測(cè)此時(shí)恨可按革圖(3-貧19)所示的遍內(nèi)力分請(qǐng)布計(jì)算涉。圖3-始22高強(qiáng)螺掀栓受彎扎連接?3鋼結(jié)剛構(gòu)的不連接弱設(shè)計(jì)5.同時(shí)承賴受剪力集和拉力嫁的高強(qiáng)謎螺栓群分連接計(jì)陽(yáng)算對(duì)于高它強(qiáng)度螺灣栓摩擦坡型連接，按下陽(yáng)式計(jì)算對(duì)于高碎強(qiáng)度螺愿栓承壓梯型連接，按煉下式舅計(jì)算3鋼結(jié)構(gòu)墻的連接撥設(shè)計(jì)3鋼結(jié)構(gòu)普的連接拔設(shè)計(jì)4軸心獅受力尼構(gòu)件枕設(shè)計(jì)4軸心孟受力瓦構(gòu)件束設(shè)計(jì)4.果1軸心潮受力清構(gòu)件塑的應(yīng)燭用和倘截面脖形式軸心黎受力獲構(gòu)件姥的截乞面形傲式有璃三種題：第逐一種棚是熱軋型鉛鋼截面，如呀圖4-符1(a)中的組工字用鋼、H型鋼、邀槽鋼、沒角鋼、T型鋼治、圓導(dǎo)鋼、息圓管刑、方范管等戴；第內(nèi)二種珍是冷彎街薄壁堪型鋼驗(yàn)截面，如投圖4-腎1(b)中冷彎姨角鋼、竟槽鋼和壞冷彎方對(duì)管等；袖第三種貪是用型南鋼和鋼因板或鋼婚板和鋼耗板連接雖而成的組合歐截面，如圖4-1靜(c)所示的禽實(shí)腹式般組合截悟面和圖4-珠1(d)所示的園格構(gòu)式縮慧組合截猴面等。4軸心受韻力構(gòu)件聽設(shè)計(jì)4.壞2軸心勁受力勺構(gòu)件刻的強(qiáng)陵度和盤剛度強(qiáng)度軸心受豎力構(gòu)件段的強(qiáng)度兆應(yīng)以凈截膀面的逐平均強(qiáng)應(yīng)力湯不超浸過鋼替材的之屈服飄強(qiáng)度為準(zhǔn)汪則：應(yīng)力粥－應(yīng)岸變關(guān)霉系圖對(duì)于高屑強(qiáng)螺栓黃的摩擦誰型連接胞，計(jì)算方板件強(qiáng)逼度時(shí)要怪考慮孔戒前傳力殖的影響（式3-2幣4）。4軸心岸受力所構(gòu)件劉設(shè)計(jì)剛度剛度腔通過公限制宇構(gòu)件賞的長(zhǎng)細(xì)叢比來實(shí)現(xiàn)。4軸心受炊力構(gòu)件蛛設(shè)計(jì)4.3實(shí)腹式侵軸心受頑壓構(gòu)件坦的整體問穩(wěn)定計(jì)記算實(shí)際的草壓桿不覆可避免異地存在室著初彎墻曲、荷滅載作用損點(diǎn)的初鑒偏心和肺截面的武殘余應(yīng)守力，它插們對(duì)壓尾桿的承姓載力有尼不利的嫌影響。府同時(shí)，勁構(gòu)件兩抬端可能芬存在著幅不同程捆度的約走束，使務(wù)得構(gòu)件祝的承載慈力有所媽提高。糕對(duì)于桿辯端約束秒，可以施用計(jì)算查長(zhǎng)度l0代替秘構(gòu)件叮的幾狡何長(zhǎng)圣度l，將其鮮等效反為兩然端簡(jiǎn)鋸支的錢構(gòu)件撒，即l0=l，稱計(jì)算徐長(zhǎng)度系粱數(shù)。典漆型約束的理論使值和建頌議值見甩表4－3。對(duì)于初彎曲狐、初偏錯(cuò)心和殘濱余應(yīng)力的因影響，技考慮到俱材料的追彈塑性干性能，抄用數(shù)值早積分法震求得構(gòu)押件的極高限強(qiáng)度Nu，相應(yīng)含的穩(wěn)竊定系化數(shù)=Nu/(Afy)。按照凝概率戀統(tǒng)計(jì)哭理論脹，影毅響柱糧承載陡力的獄幾個(gè)報(bào)不利圓因素援，其靈最大雜值同膏時(shí)出是現(xiàn)的毀可能鏟性是辣極小擇的。返理論爭(zhēng)分析歡表明五，考婚慮初埋彎曲此和殘扔余應(yīng)益力兩什個(gè)最賓主要違的不航利因哄素比畏較合斤理，扇初偏劃心不創(chuàng)必另歸行考塔慮。檢初彎辜曲的溪矢高防取構(gòu)適件長(zhǎng)害度的傳千分渡之一妄，殘鋤余應(yīng)在力根下?lián)亟^面的羅加工讀條件帥確定珍。軸出心受領(lǐng)壓構(gòu)剩件應(yīng)辦按下和式計(jì)常算整瓜體穩(wěn)蚊定：4軸心醬受力種構(gòu)件籌設(shè)計(jì)p764軸心受懇力構(gòu)件端設(shè)計(jì)軸心宵受壓授構(gòu)件蛇的整瓣體穩(wěn)神定系偉數(shù)E4軸心受賽力構(gòu)件吐設(shè)計(jì)圖4-拐3袋G揭B5屋00滑17的柱曲季線4軸心為受力壤構(gòu)件學(xué)設(shè)計(jì)為便于蓮計(jì)算，列規(guī)范根耐據(jù)構(gòu)件君的長(zhǎng)細(xì)柴比、鋼濃材屈服窯強(qiáng)度和歷截面分繪類編制控了計(jì)算許表格。另外，愚穩(wěn)定系舒數(shù)值可釣以用Per擊ry公式插：4軸心受豆力構(gòu)件乞設(shè)計(jì)4軸心圈受力退構(gòu)件幫設(shè)計(jì)4軸心受允力構(gòu)件哄設(shè)計(jì)4.弊4實(shí)腹否式軸申心受隱壓構(gòu)深件的剖局部盤穩(wěn)定泛計(jì)算對(duì)于局扎部屈曲傭問題，紫通常有胖兩種考反慮方法近：一是削不允許搞板件屈樂曲先于腔構(gòu)件整落體屈曲淹，目前繞一般鋼甚結(jié)構(gòu)的對(duì)規(guī)定就槍是不允見許局部暖屈曲先副于整體笑屈曲來坑限制板叮件寬厚迅比。另姿一種做倚法是允巖許板件慶先于整陳體屈曲兩，采用海有效截貢面的概舟念來考倦慮局部幕屈曲對(duì)繡構(gòu)件承娃載力的老不利影它響，冷鍬彎薄壁堆型鋼結(jié)膜構(gòu)，輕絞型門式量剛架結(jié)女構(gòu)的腹牛板就是宇這樣考丸慮的。飯這里板吵件寬厚懇比的規(guī)草定是基炎于局部后屈曲不聾先于整歉體屈曲芳考慮的里，根據(jù)禍板件的拍臨界應(yīng)互力和構(gòu)糟件的臨扭界應(yīng)力污相等的閱原則即錄可確定透