中南大學(xué)《鋼結(jié)構(gòu)原理》課件軸心受力構(gòu)件

$number{01}中南大學(xué)《鋼結(jié)構(gòu)原理》課件軸心受力構(gòu)件2024-01-31目錄課程介紹軸心受力構(gòu)件基本概念軸心受力構(gòu)件材料性能與選擇軸心受力構(gòu)件截面設(shè)計(jì)與優(yōu)化軸心受力構(gòu)件連接方式與計(jì)算目錄軸心受力構(gòu)件穩(wěn)定性分析與驗(yàn)算軸心受力構(gòu)件制作與安裝技術(shù)軸心受力構(gòu)件質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)估方法01課程介紹123鋼結(jié)構(gòu)原理概述鋼結(jié)構(gòu)連接方式介紹鋼結(jié)構(gòu)的連接方式，包括焊接、螺栓連接等，并分析其優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。鋼結(jié)構(gòu)基本原理介紹鋼結(jié)構(gòu)的基本概念、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，使學(xué)生了解鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的重要性。鋼材性能詳細(xì)闡述鋼材的力學(xué)性能、工藝性能及影響因素，為后續(xù)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算奠定基礎(chǔ)。軸心受力構(gòu)件設(shè)計(jì)原則軸心受力構(gòu)件定義軸心受力構(gòu)件類型軸心受力構(gòu)件重要性闡述軸心受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)原則，包括穩(wěn)定性、強(qiáng)度、剛度等方面的要求。明確軸心受力構(gòu)件的概念，及其在鋼結(jié)構(gòu)中的重要作用。介紹常見的軸心受力構(gòu)件類型，如柱、桁架桿件等，并分析其受力特點(diǎn)。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握鋼結(jié)構(gòu)的基本原理和鋼材的性能，為后續(xù)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算打下基礎(chǔ)。掌握鋼結(jié)構(gòu)基本原理和鋼材性能了解常見的軸心受力構(gòu)件類型和特點(diǎn)，能夠在實(shí)際工程中正確選用。熟悉軸心受力構(gòu)件類型和特點(diǎn)通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握軸心受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法，能夠獨(dú)立完成簡(jiǎn)單的軸心受力構(gòu)件設(shè)計(jì)。掌握軸心受力構(gòu)件設(shè)計(jì)方法通過課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和分析和解決問題的能力。培養(yǎng)分析和解決問題的能力學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求02軸心受力構(gòu)件基本概念軸心受力構(gòu)件是指只承受通過構(gòu)件軸線的軸向力作用的構(gòu)件，如桁架中的桿件、拱肋等。在實(shí)際工程中，真正的軸心受力構(gòu)件并不多見，但很多構(gòu)件在受力時(shí)，其主要受力方向與軸線重合或接近，此時(shí)可將這類構(gòu)件簡(jiǎn)化為軸心受力構(gòu)件進(jìn)行分析。軸心受力構(gòu)件定義受力特點(diǎn)軸心受力構(gòu)件的受力特點(diǎn)是只承受軸向力作用，不受彎矩、剪力等其他力的作用。因此，其截面上的應(yīng)力分布是均勻的，且沿構(gòu)件軸線方向不變。分類根據(jù)所受軸向力的性質(zhì)，軸心受力構(gòu)件可分為軸心受拉構(gòu)件和軸心受壓構(gòu)件兩類。前者如桁架的下弦桿、受拉拱的拱身等；后者如屋架的上弦桿、受壓柱等。受力特點(diǎn)及分類軸心受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)原則是保證構(gòu)件在規(guī)定的荷載作用下具有足夠的承載力和穩(wěn)定性。同時(shí)，還需要考慮構(gòu)造要求、連接方式和材料選擇等因素。設(shè)計(jì)原則在設(shè)計(jì)軸心受力構(gòu)件時(shí)，需要遵循相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，如《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》等。這些規(guī)范對(duì)構(gòu)件的承載力、穩(wěn)定性、變形和裂縫等方面都做出了明確的規(guī)定。此外，還需要注意構(gòu)件的防火、防腐和抗震等方面的要求。規(guī)范要求設(shè)計(jì)原則與規(guī)范要求03軸心受力構(gòu)件材料性能與選擇包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等，這些指標(biāo)決定了鋼材在受力時(shí)的表現(xiàn)。鋼材的力學(xué)性能碳、硅、錳、硫、磷等元素的含量對(duì)鋼材的性能有很大影響，如碳含量過高會(huì)降低鋼材的塑性和韌性。鋼材的化學(xué)成分包括冷彎性能、焊接性能等，這些性能決定了鋼材在加工過程中的難易程度。鋼材的工藝性能鋼材性能參數(shù)介紹03注意材料的耐腐蝕性和耐久性對(duì)于長(zhǎng)期暴露在室外或潮濕環(huán)境中的構(gòu)件，應(yīng)選擇具有較好耐腐蝕性和耐久性的鋼材。01依據(jù)構(gòu)件的受力特點(diǎn)選擇材料軸心受力構(gòu)件主要承受軸向拉力或壓力，因此應(yīng)選擇具有較高強(qiáng)度和良好塑性的鋼材。02考慮材料的可焊性和可加工性對(duì)于需要焊接或加工的構(gòu)件，應(yīng)選擇具有良好可焊性和可加工性的鋼材。材料選擇依據(jù)及注意事項(xiàng)案例一01Q235鋼與Q345鋼的比較。Q345鋼強(qiáng)度較高，但價(jià)格相對(duì)較貴，適用于受力較大的構(gòu)件；而Q235鋼強(qiáng)度適中，價(jià)格較低，適用于一般受力情況的構(gòu)件。案例二02不銹鋼與碳素鋼的比較。不銹鋼具有良好的耐腐蝕性和耐久性，但價(jià)格較高；而碳素鋼雖然耐腐蝕性和耐久性較差，但價(jià)格較低，適用于對(duì)耐腐蝕性要求不高的場(chǎng)合。案例三03高強(qiáng)度鋼與普通鋼的比較。高強(qiáng)度鋼具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性，但焊接性能較差；而普通鋼強(qiáng)度和塑性適中，焊接性能良好，適用于一般受力情況且需要焊接的構(gòu)件。案例分析：不同材料對(duì)構(gòu)件性能影響04軸心受力構(gòu)件截面設(shè)計(jì)與優(yōu)化123軸心受力構(gòu)件主要承受軸向拉力或壓力，因此應(yīng)選擇能夠均勻分布應(yīng)力的截面形狀，如圓形、矩形等。根據(jù)受力情況選擇截面形狀根據(jù)構(gòu)件的受力大小、材料強(qiáng)度等因素，通過計(jì)算確定截面的尺寸，以滿足承載力和穩(wěn)定性的要求。確定截面尺寸在確定截面形狀和尺寸時(shí)，還應(yīng)考慮加工和連接的方便性，以降低制造成本和提高施工效率?？紤]加工和連接方便性截面形狀及尺寸確定方法

截面優(yōu)化設(shè)計(jì)策略減輕構(gòu)件重量在保證承載力和穩(wěn)定性的前提下，通過優(yōu)化截面形狀和尺寸，減輕構(gòu)件的重量，以降低材料成本和運(yùn)輸成本。提高材料利用率通過合理的截面設(shè)計(jì)，使材料的分布更加均勻，提高材料的利用率，避免浪費(fèi)?？紤]局部穩(wěn)定性對(duì)于某些截面形狀，如矩形截面，應(yīng)考慮其局部穩(wěn)定性問題，采取適當(dāng)?shù)募觿糯胧?，以防止局部失穩(wěn)。實(shí)例二矩形截面設(shè)計(jì)。某軸心受力構(gòu)件采用矩形截面，設(shè)計(jì)時(shí)考慮了局部穩(wěn)定性問題，并采取了加勁措施，保證了構(gòu)件的穩(wěn)定性和承載能力。實(shí)例一圓形截面設(shè)計(jì)。某軸心受力構(gòu)件采用圓形截面，通過計(jì)算確定了其截面尺寸，并進(jìn)行了優(yōu)化，減輕了構(gòu)件的重量，提高了材料利用率。實(shí)例三異形截面設(shè)計(jì)。某特殊形狀的軸心受力構(gòu)件，通過定制異形截面，滿足了特定的受力要求，同時(shí)保證了構(gòu)件的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。案例分析：典型截面設(shè)計(jì)實(shí)例05軸心受力構(gòu)件連接方式與計(jì)算將構(gòu)件通過電弧產(chǎn)生的熱量熔化局部金屬，再冷卻結(jié)晶形成永久性的連接，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、連接剛度大、不削弱構(gòu)件截面等優(yōu)點(diǎn)，但焊接殘余應(yīng)力和焊接變形對(duì)結(jié)構(gòu)性能有一定影響。通過螺栓和螺母將兩個(gè)構(gòu)件連接在一起，分為普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接。普通螺栓連接依靠螺栓抗剪和孔壁承壓來(lái)傳遞剪力，而高強(qiáng)度螺栓連接則通過擰緊螺帽使螺栓產(chǎn)生預(yù)拉力，靠摩擦力傳遞剪力。螺栓連接具有裝拆方便、適用于承受動(dòng)力荷載和變荷載的結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。通過鉚釘將兩個(gè)構(gòu)件連接在一起，鉚釘在鉚接前需先制出釘孔，鉚接時(shí)釘桿被鉚成釘頭，靠鉚合面的局部擠壓形成鉚釘連接。鉚釘連接具有塑性和韌性較好、傳力可靠、易于檢查等優(yōu)點(diǎn)，但構(gòu)造復(fù)雜、用鋼量大、勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本較高等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。焊接連接螺栓連接鉚釘連接連接方式分類及特點(diǎn)介紹焊接連接計(jì)算根據(jù)焊縫形式、焊腳尺寸和焊縫長(zhǎng)度等參數(shù)，計(jì)算焊縫的有效面積和有效長(zhǎng)度，進(jìn)而計(jì)算焊縫的承載力和連接剛度。需要考慮焊接殘余應(yīng)力和焊接變形對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響，必要時(shí)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定和檢驗(yàn)。螺栓連接計(jì)算根據(jù)螺栓的直徑、材質(zhì)和預(yù)拉力等參數(shù)，計(jì)算單個(gè)螺栓的承載力和連接剛度。需要考慮螺栓群的受力分布和螺栓孔對(duì)截面的削弱影響，以及高強(qiáng)度螺栓連接的摩擦面抗滑移系數(shù)等因素。鉚釘連接計(jì)算根據(jù)鉚釘?shù)闹睆?、材質(zhì)和鉚合面狀態(tài)等參數(shù)，計(jì)算單個(gè)鉚釘?shù)某休d力和連接剛度。需要考慮鉚釘群的受力分布和鉚釘孔對(duì)截面的削弱影響，以及鉚合面的質(zhì)量等因素。連接計(jì)算方法及步驟某鋼結(jié)構(gòu)廠房中，采用了焊接連接、普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接三種方式連接鋼梁和鋼柱。通過對(duì)比分析三種連接方式的承載力、剛度、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度螺栓連接在綜合性能方面表現(xiàn)最優(yōu)，普通螺栓連接次之，焊接連接最差。某橋梁工程中，采用了焊接連接和鉚釘連接兩種方式連接鋼構(gòu)件。通過對(duì)比分析兩種連接方式的施工工藝、質(zhì)量控制、承載力和耐久性等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)鉚釘連接在施工工藝和質(zhì)量控制方面要求較高，但承載力和耐久性較好；而焊接連接則具有施工速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但在質(zhì)量控制方面存在一定難度。某高層建筑中，采用了高強(qiáng)度螺栓連接和焊接連接兩種方式連接鋼柱和鋼梁。通過對(duì)比分析兩種連接方式的抗震性能、承載力和穩(wěn)定性等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度螺栓連接在抗震性能方面表現(xiàn)較好，而焊接連接則在承載力和穩(wěn)定性方面更具優(yōu)勢(shì)。綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo)，最終選擇了高強(qiáng)度螺栓連接作為該建筑的連接方式。案例一案例二案例三案例分析：不同連接方式下構(gòu)件性能比較06軸心受力構(gòu)件穩(wěn)定性分析與驗(yàn)算軸心受力構(gòu)件在受到壓力作用時(shí)，如果壓力達(dá)到一定數(shù)值，構(gòu)件會(huì)突然發(fā)生彎曲變形而喪失承載能力，這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)或屈曲。失穩(wěn)會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件承載能力急劇下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐蓸?gòu)件破壞和工程事故。穩(wěn)定性問題產(chǎn)生原因及危害危害產(chǎn)生原因歐拉公式適用于理想軸心受壓構(gòu)件的臨界力計(jì)算。折減系數(shù)法考慮實(shí)際構(gòu)件存在的初彎曲、初偏心等缺陷，對(duì)歐拉公式進(jìn)行修正，得到更為準(zhǔn)確的臨界力計(jì)算公式。有限元法適用于復(fù)雜形狀和邊界條件的軸心受力構(gòu)件穩(wěn)定性分析。穩(wěn)定性分析方法介紹首先根據(jù)構(gòu)件的截面尺寸、材料屬性和受力情況，計(jì)算出構(gòu)件的臨界力；然后將實(shí)際受到的軸力與臨界力進(jìn)行比較，判斷構(gòu)件是否穩(wěn)定。驗(yàn)算步驟在進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，需要考慮構(gòu)件的實(shí)際受力情況、約束條件、材料非線性等因素；同時(shí)，對(duì)于重要或特殊的軸心受力構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行更為詳細(xì)的穩(wěn)定性分析和驗(yàn)算。注意事項(xiàng)驗(yàn)算步驟及注意事項(xiàng)07軸心受力構(gòu)件制作與安裝技術(shù)鋼材矯正對(duì)鋼材進(jìn)行矯正，以保證其平直度和尺寸精度。放樣與號(hào)料根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在鋼材上放出實(shí)際大樣并進(jìn)行號(hào)料。切割與加工采用適當(dāng)?shù)那懈罘椒ǎ缁鹧媲懈?、機(jī)械剪切等，對(duì)鋼材進(jìn)行切割和加工。制孔與組裝在鋼材上制出連接孔，并進(jìn)行組裝，形成軸心受力構(gòu)件的基本形狀。制作工藝流程簡(jiǎn)介連接與固定定位與校正安裝前準(zhǔn)備安裝技術(shù)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)檢查構(gòu)件的尺寸、形狀和重量等是否符合設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)備好所需的安裝設(shè)備和工具。采用適當(dāng)?shù)倪B接方法，如螺栓連接、焊接等，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行連接和固定。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行定位和校正，確保其位置準(zhǔn)確、垂直度和平整度符合要求。問題一問題二問題三案例分析鋼材矯正不到位，導(dǎo)致構(gòu)件尺寸偏差。解決方案：加強(qiáng)鋼材矯正工藝控制，確保鋼材平直度和尺寸精度符合要求。放樣與號(hào)料不準(zhǔn)確，導(dǎo)致構(gòu)件形狀偏差。解決方案：提高放樣與號(hào)料精度，采用先進(jìn)的放樣技術(shù)和設(shè)備。焊接質(zhì)量不合格，導(dǎo)致構(gòu)件承載能力下降。解決方案：加強(qiáng)焊接工藝控制和質(zhì)量檢驗(yàn)，確保焊接質(zhì)量符合要求。08軸心受力構(gòu)件質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)估方法遵循《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》等相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)軸心受力構(gòu)件的材料、尺寸、偏差、焊縫等進(jìn)行全面檢測(cè)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范制定詳細(xì)的檢測(cè)流程，包括檢測(cè)前的準(zhǔn)備工作、具體檢測(cè)步驟、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果判定等，確保檢測(cè)工作的規(guī)范化和準(zhǔn)確性。檢測(cè)程序質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及程序包括構(gòu)件承載能力、穩(wěn)定性、疲勞性能等，用于評(píng)估構(gòu)件在使用過程中的安全性能。安全性指標(biāo)針對(duì)構(gòu)件的使用環(huán)境和條件，考慮其耐候性、耐腐蝕性、抗震性能等，確保構(gòu)件在