工程結(jié)構(gòu)設計原理課件

結(jié)構(gòu)設計原理第一講：緒論（1/12）一、結(jié)構(gòu)的基本知識二、混凝土結(jié)構(gòu)三、鋼結(jié)構(gòu)四、砌體結(jié)構(gòu)五、本課程特點第一講：緒論（2/12）

一、結(jié)構(gòu)的基本知識（1/4）1、結(jié)構(gòu)的組成：由若干個單元所組成的結(jié)構(gòu)骨架。2、基本(單元)構(gòu)件

板：提供活動面，直接承受並傳遞荷載；

梁：板的支撐構(gòu)件，承受板傳來的荷載並傳遞；

柱：承受樓面體系（梁、板）傳來的荷載並傳遞；

牆：承受樓面體系（梁、板）傳來的荷載並傳遞；

基礎(chǔ)：將柱及牆等傳來的上部結(jié)構(gòu)荷載傳給地基；

索：懸掛構(gòu)件或結(jié)構(gòu)體系的主要傳力單元；

桿：組成空間構(gòu)件，如屋架等。第一講：緒論（3/12）

一、結(jié)構(gòu)的基本知識（2/4）3、結(jié)構(gòu)的分類

按材料分類混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)

混凝土結(jié)構(gòu):素混凝土、鋼筋混凝土、預應力混凝土纖維筋混凝土和其他形式的加筋混凝土。

砌體結(jié)構(gòu)：包括磚石砌體結(jié)構(gòu)、砌塊砌體結(jié)構(gòu)

混合結(jié)構(gòu)：磚混結(jié)構(gòu)、鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)第一講：緒論（4/12）

一、結(jié)構(gòu)的基本知識（3/4）按受力體系分類

框架結(jié)構(gòu)：主要(豎向)受力體系由梁和柱組成；

剪力牆結(jié)構(gòu)：主要(豎向)受力體系由牆組成；

筒體結(jié)構(gòu)：四周封閉的牆形成筒；

塔式結(jié)構(gòu)：下端固定、上端自由的高聳構(gòu)築物；

桅式結(jié)構(gòu)：豎立的細長桅桿和纖繩所組成的構(gòu)築物；

懸索、懸吊結(jié)構(gòu)：由拉索及邊緣構(gòu)件組成的承重結(jié)構(gòu)；

殼體結(jié)構(gòu):由曲面形板與邊緣構(gòu)件組成的空間結(jié)構(gòu)；

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)：由多根桿件通過節(jié)點連結(jié)形成的空間結(jié)構(gòu)；第一講：緒論（5/12）

一、結(jié)構(gòu)的基本知識（4/4）

板柱結(jié)構(gòu)：由樓板和柱組成承重體系的結(jié)構(gòu)；

牆板結(jié)構(gòu)：由樓板和牆組成承重體系的結(jié)構(gòu)；

折板結(jié)構(gòu)：由多塊條形平板組合而成的空間結(jié)構(gòu)；

充氣結(jié)構(gòu)：用薄膜製成的，沖入氣體後而形成的結(jié)構(gòu)；

膜結(jié)構(gòu)：用柔性受拉索和薄膜及邊緣構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)；

按使用功能分類：建築結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)、橋樑結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)等

按照建築物外形分類：單層、多層、高層、大跨和高聳結(jié)構(gòu)等

按照施工方法分類：現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)和裝配整體式結(jié)構(gòu)第一講：緒論（1）

下一講的重要內(nèi)容1、混凝土結(jié)構(gòu)組成及工作原理；2、鋼結(jié)構(gòu)組成及工作原理；3、砌體結(jié)構(gòu)組成及工作原理；4、本課程的特點。

第二講：緒論（2）

上一講的主要內(nèi)容1、結(jié)構(gòu)的組成:基本單元（桿件）2、結(jié)構(gòu)基本單元板、柱、梁、牆、基礎(chǔ)等3、結(jié)構(gòu)的分類按材料分類：混凝土、鋼、砌體、木和混合結(jié)構(gòu)按受力體系：框架、剪力牆等多種按使用功能：建築結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)、橋樑結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)按外形分類：單層、多層、高層、大跨和高聳結(jié)構(gòu)等按施工方法：現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)和裝配整體式結(jié)構(gòu)第二講：緒論（6/12）

二、混凝土結(jié)構(gòu)（1/4）1、結(jié)構(gòu)形成的原理

組成:由鋼筋和混凝土結(jié)合成一體，共同發(fā)揮作用。

混凝土：抗壓強度很高，但抗拉強度很低。

鋼筋：抗拉和抗壓強度均很高。

共同工作的目的

充分發(fā)揮兩種材料的強度優(yōu)勢，取長補短。

素混凝土梁的工作特點

開裂前：按照整截面分析，上部受拉下部受壓，受拉區(qū)的拉力由混凝土承擔。

開裂後：梁斷裂。第二講：緒論（7/12）

二、混凝土結(jié)構(gòu)（2/4）鋼筋混凝土梁如何共同工作

開裂前：受拉區(qū)的拉力由鋼筋和混凝土共同承擔。

開裂後：受拉鋼筋承擔大了部分拉力，繼續(xù)承擔荷載，直至屈服強度，受壓混凝土壓碎，梁破壞。

第二講：緒論（8/12）

二、混凝土結(jié)構(gòu)（3/4）素混凝土梁與鋼筋混凝土梁的對比

極限狀態(tài)：素砼梁：無明顯變形，開裂即破壞鋼筋砼梁：有明顯變形，鋼筋屈服，砼壓碎

承載能力：素砼梁：取決於混凝土的抗拉，低鋼筋砼梁：取決於鋼筋抗拉和砼抗壓強度，高

抗裂能力：配筋後略有增加，但不顯著

共同工作的基礎(chǔ)

兩者之間存在較好的傳遞應力的能力，粘結(jié)力；

兩種材料的溫度線膨脹係數(shù)相近；

混凝土對鋼筋的保護，抗火和耐久性提高。第二講：緒論（9/12）

二、混凝土結(jié)構(gòu)（4/4）2、優(yōu)缺點

優(yōu)點：

耐久性好；

耐火性好；

可模性好、整體性好。

可就地取材。

缺點：

自重大；

抗裂差；

施工環(huán)節(jié)多週期長；

拆除、改造難度大。3、現(xiàn)狀與發(fā)展第二講：緒論（10/12）

三、鋼結(jié)構(gòu)（1/1）1、鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)成是用鋼板、角鋼、工字鋼、槽鋼、鋼管和圓鋼等鋼材通過焊接等有效的連接方式，所形成的結(jié)構(gòu)。2、優(yōu)缺點

優(yōu)點：

強度和強度品質(zhì)比高；

材質(zhì)均勻、性能好，結(jié)構(gòu)可靠性高。

施工簡便、工期短。

延性好、抗震能力強。

易於改造和加固。

缺點：耐腐蝕性差；耐火性差；鋼材價格相對較高。3、現(xiàn)狀與發(fā)展第二講：緒論（11/12）

四、砌體結(jié)構(gòu)（1/1）1、砌體結(jié)構(gòu)的組成砌體結(jié)構(gòu)是用磚、石或砌塊，用砂漿等膠結(jié)材料砌築的結(jié)構(gòu)。2、優(yōu)缺點

優(yōu)點：

耐久性好；

耐火性好；

就地取材；

施工技術(shù)要求低；

造價低廉。

缺點：

強度低，砂漿與磚石之間的粘接力較弱；

自重大；

砌築工作量大，勞動強度高。

粘土用量大，不利於持續(xù)發(fā)展。

3、現(xiàn)狀與發(fā)展第二講：緒論（12/12）

五、本課程特點（1/1）1、是原理課，應突出原理和概念2、基本構(gòu)件由不同材料組成，在瞭解共性特點的同時，應注意由於組成材料不同而導致的計算方法的不同3、強調(diào)不同材料構(gòu)件的計算原理和方法4、涉及內(nèi)容多，系統(tǒng)性差5、公式多、公式的條件多6、簡化、近似和經(jīng)驗處理多第二講：緒論（2）

下一講的主要內(nèi)容1、作用及作用效應

2、作用的分類

3、荷載的隨機性與概率模式

4、荷載的代表值第三講：計算原則（1）

上一講的主要內(nèi)容1、混凝土結(jié)構(gòu)組成及工作原理：由鋼筋和混凝土結(jié)合成一體，共同發(fā)揮作用。發(fā)揮材料優(yōu)勢（混凝土的壓、鋼筋的拉），取長補短。是一種複合材料構(gòu)件，工作過程相對複雜。2、鋼結(jié)構(gòu)組成及工作原理：單一材料構(gòu)件，材料理想，工作原理簡單。3、砌體結(jié)構(gòu)組成及工作原理：用砂漿等膠結(jié)材料把磚、石或砌塊等砌築成一體的結(jié)構(gòu)。是一種複合材料構(gòu)件，工作過程相對複雜。第三講：結(jié)構(gòu)基本計算原則（1/28）一、結(jié)構(gòu)上的作用二、結(jié)構(gòu)的抗力三、結(jié)構(gòu)的功能和極限狀態(tài)四、設計的基本原則五、基於近似概率法的設計運算式六、本章要點第三講：計算原則（2/28）

一、結(jié)構(gòu)上的作用（1/5）1、作用及作用效應

(1)作用引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的一切原因。

直接作用：直接以力的不同集結(jié)形式作用於結(jié)構(gòu)，也稱為荷載；

間接作用：不是直接以力出現(xiàn)，但是對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力。

(2)作用效應作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力和變形等。

由直接作用(荷載)引起的效應稱為荷載效應。第三講：計算原則（3/28）

一、結(jié)構(gòu)上的作用（2/5）2、作用的分類

(1)按照隨時間的變異性分類

永久作用：不隨時間變化，或變化幅度可以忽略；

可變作用：隨時間變化，且變化幅度不可以忽略；

偶然作用：可能，但不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)效應很大。

(2)按照隨位置的變異性分類

固定作用：在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定的分佈；

可動作用：在結(jié)構(gòu)空間位置一定範圍內(nèi)可以任意分佈。

(3)按照結(jié)構(gòu)的反應分類：

靜態(tài)作用：對結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生動力效應，或小的可以忽略；

動態(tài)作用：對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動力效應，且不可以忽略。第三講：計算原則（4/28）

一、結(jié)構(gòu)上的作用（3/5）3、荷載的隨機性與概率模式

(1)永久荷載

性質(zhì)：其量值是不確定的，其量值不隨時間變化

數(shù)學描述：隨機變數(shù)概率模式，基本服從正態(tài)分佈

(2)可變荷載

性質(zhì)：其量值是不確定的，其量值也隨時間變化

數(shù)學描述：把隨機過程模式簡化成隨機變數(shù)模式

簡化方法：分析荷載最大值分佈規(guī)律，是一隨機變數(shù)

分佈規(guī)律：極值I型概率分佈模式第三講：計算原則（5/28）

一、結(jié)構(gòu)上的作用（4/5）4荷載的代表值

(1)實質(zhì)：以確定值（代表值）表達不確定的隨機變數(shù)，便於設計時，定量描述和運算。

(2)取值原則：根據(jù)荷載概率分佈特徵,控制保證率。第三講：計算原則（6/28）

一、結(jié)構(gòu)上的作用（5/5）(2)代表值取值

永久荷載的代表值

標準值：取分佈的平均值，保證率50%；

可變荷載的代表值

標準值：基本代表值，保證率尚未統(tǒng)一；

準永久值：對可變荷載穩(wěn)定性的描述，等於標準值乘準永久值係數(shù)；

組合值：兩種或（以上）可變荷載作用時，都以標準值出現(xiàn)的概率小，因此對標準值乘以組合係數(shù)進行折減。第三講：計算原則（1）

下一講的主要內(nèi)容1、抗力的不定因素及取值2、結(jié)構(gòu)的功能3、極限狀態(tài)第四講：計算原則（2）

上一講的主要內(nèi)容1、作用及作用效應作用：引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的一切原因。作用效應：作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力和變形等。2、作用的分類按時間分：永久作用；可變作用；偶然作用。按位置分：固定作用、可動作用。按反應分：靜態(tài)作用、動態(tài)作用：3、荷載的隨機性及代表值目的：以確定值（代表值）表達不確定的隨機變數(shù)；種類：標準值、準永久值、

組合值。第四講：計算原則（7/28）

二、結(jié)構(gòu)的抗力（1/2）1、抗力及其不定因素

抗力：抵抗作用效應的能力

性質(zhì)：與時間有關(guān)的隨機過程

材料的性能，結(jié)構(gòu)尺寸等都是隨機變數(shù)；

有些材料的力學性能是隨時間變化的。

簡化：忽略隨時間的變化，用隨機變數(shù)模型描述。

抗力不定性主要因素：

材料性能的不定性

幾參數(shù)的不定性

計算模式的不定性第四講：計算原則（8/28）

二、結(jié)構(gòu)的抗力（2/2）2、材料強度的標準值

(1)實質(zhì)：以確定值（標準值）表達不確定值，便於應用。

(2)標準值取值：根據(jù)材料強度概率分佈的0.05分位值，即95%保證率的要求確定。3、抗力的概率分佈模式

(假設)對數(shù)正態(tài)分佈第四講：計算原則（9/28）

三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（1/2）1、結(jié)構(gòu)的功能（1）安全性：要求結(jié)構(gòu)承擔正常施工和正常使用條件下，可能出現(xiàn)的各種作用，而不產(chǎn)生破壞。並且在偶然事件發(fā)生時以及發(fā)生後，能保持必需的整體穩(wěn)定性，不至於因局部損壞而產(chǎn)生連續(xù)破壞。（2）適用性：要求結(jié)構(gòu)在正常使用時滿足正常的要求，具有良好的工作性能。（3）耐久性要求結(jié)構(gòu)在正常使用和維護下，在規(guī)定的使用期內(nèi)，能夠滿足安全和使用功能要求。如材料的老化、腐蝕等不能超過規(guī)定的限制等。第四講：計算原則（10/28）

三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（2/2）2、極限狀態(tài)

(1)定義：極限狀態(tài)是判別結(jié)構(gòu)是否能夠滿足其功能要求的標準，指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)一部分處於失效邊緣的狀態(tài)。(2)分類：

承載能力極限狀態(tài)是判別結(jié)構(gòu)是否滿足安全性要求的標準，指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大承載能力或不適於繼續(xù)加載的變形。

正常使用極限狀態(tài)：是判別結(jié)構(gòu)是否滿足正常使用和耐久性要求的標準，指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性的某些規(guī)定限值。第四講：計算原則（2）

下一講的主要內(nèi)容1、功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程2、結(jié)構(gòu)可靠度的概念第五講：計算原則（3）

上一講的主要內(nèi)容1、抗力及其不定因素及材料強度的標準值標準值的實質(zhì)：以確定值表達不確定值，便於應用。標準值取值：具有95%保證率的強度值。2、結(jié)構(gòu)的功能安全性、適用性和耐久性3、極限狀態(tài)目的：判別結(jié)構(gòu)是否能夠滿足功能要求；分類：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。第五講：計算原則（11/28）

四、設計計算原則（1/11）1、功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程

(1)功能函數(shù)

Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)(2)結(jié)果分析

Z=R-S>0：處於可靠狀態(tài)；

Z=R-S<0：處於不可靠狀態(tài)，即失效；

Z=R-S=0：處於極限狀態(tài)，此方程稱極限狀態(tài)方程2、結(jié)構(gòu)的可靠性

(1)關(guān)於結(jié)構(gòu)設計

本質(zhì)：對比、控制R和S，即保證R-S>0

問題：R和S為隨機變數(shù)，功能函數(shù)值Z是隨機變數(shù)絕對保證R大於S不可能！第五講：計算原則（12/28）

四、設計計算原則（2/11）

解決方法：控制可靠度，絕大多數(shù)情況下：R>S

允許極少數(shù)情況下：R<S(2)結(jié)構(gòu)可靠度和失效概率

可靠度(可靠概率)：是結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率，以Ps表示。

失效概率：結(jié)構(gòu)不能完成預定功能的概率，以Pf表示。第五講：計算原則（13/28）

四、設計計算原則（3/11）(3)可靠度三個水準

水準I：是用隨機變數(shù)的一階矩（平均值）加以概括;

水準II：用隨機變數(shù)的一階矩和二階矩來描述;

水準III：也稱為全概率法，是以真實分佈進行計算。第五講：計算原則（3）

下一講的主要內(nèi)容1、可靠性的計算及可靠指標第六講：計算原則（4）

上一講的主要內(nèi)容1、功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程

Z=R-S2、結(jié)構(gòu)可靠性概念功能函數(shù)值Z可能<0（失效）、也可能>0（可靠）。因此要用概率控制。3、可靠概率和失效概率4、可靠度的水準：I、II、III第六講：計算原則（14/28）

四、設計計算原則（4/11）3、可靠度的計算方法及可靠指標(1)可靠指標

簡單分析：假設只有兩個隨機變數(shù)R和S，相互獨立，均服從正態(tài)分佈，已知平均值和均方差。

功能函數(shù)Z:第六講：計算原則（15/28）

四、設計計算原則（5/11）

計算結(jié)構(gòu)失效概率

進行數(shù)學變換得（把Z由正態(tài)分佈變換成標準正態(tài)分佈）

定義可靠度指標：則：第六講：計算原則（16/28）

四、設計計算原則（6/11）

分析：

可靠指標與可靠度（失效概率）相關(guān)，可靠指標越大，結(jié)構(gòu)越可靠；可靠指標越小，結(jié)構(gòu)越不可靠。

優(yōu)點：用統(tǒng)計特徵值來反映可靠度，不直接用概率。

可靠度指標取值

確定方法：校核法、類比法協(xié)商給定法

取值：與安全等級、截面破壞形態(tài)、極限狀態(tài)有關(guān)：

安全等級越高，可靠指標越大（0.5）；脆性破壞高於延性破壞（0.5）；承載力極限狀態(tài)高於正常使用極限狀態(tài)。第六講：計算原則（4）

下一講的主要內(nèi)容1、可靠指標的計算方法-中心點法第七講：計算原則（5）

上一講的主要內(nèi)容1、可靠概率和失效概率的計算用數(shù)學方法可以計算但計算工作量大。2、可靠指標的定義及計算取值：安全等級、截面破壞形態(tài)、極限狀態(tài)有關(guān)第七講：計算原則（17/28）

四、設計計算原則（7/11）(2)計算方法之一：中心點法

假設：Z中所有隨機量是相互獨立的，均服從正態(tài)分佈將Z在平均值處按泰勒級數(shù)展開，忽略二次以上項

確定Z的特徵值

求可靠指標

適用條件：基本變數(shù)的正態(tài)分佈；功能函數(shù)是線性的。

特點：直接用特徵值；概念清楚，應用簡便；誤差較大。第七講：計算原則（18/28）

四、設計計算原則（8/11）例題：某軸心受壓短柱，按中心點法求構(gòu)件可靠指標已知：抗壓承載力：恒載產(chǎn)生的壓力：活載產(chǎn)生的軸向壓力：

建立功能函數(shù):

求Z的特徵值：

求可靠指標第七講：計算原則（19/28）

四、設計計算原則（9/11）例題：上題中，要求可靠指標3.7，在其他條件不變的條件下,用中心點法求該柱應具有的承載能力平均值。

建立功能函數(shù)

求Z的特徵值

求可靠指標

承載能力平均值第七講：計算原則（4）

下一講的主要內(nèi)容1、可靠指標的計算方法-驗算點法第八講：計算原則（6）

上一講的主要內(nèi)容1、中心點法的原理假設基本變數(shù)均符合正態(tài)分佈，功能函數(shù)是線性方程；利用按泰勒級數(shù)展開（忽略二次及以上項）經(jīng)數(shù)學推導，可靠指標可以直接用平均值和均方差表示；2、中心點法的特點

直接用變數(shù)的特徵值計算；概念清楚，應用簡便；計算結(jié)果誤差較大。第八講：計算原則（20/28）

四、設計計算原則（10/11）(3)計算方法之二：驗算點法介紹

中心點法的缺陷：非正態(tài)分佈？非線形方程？誤差！

處理辦法：對中心點法進行了改進

簡單分析：僅考慮兩個相互獨立的正態(tài)分佈變數(shù)R和S極限狀態(tài)方程為：標準化變換，令以和表述的極限狀態(tài)第八講：計算原則（21/28）

四、設計計算原則（11/11）即：

可靠指標的實質(zhì)：標準正態(tài)坐標系中原點到極限狀態(tài)方程直線的最短距離。

驗算點定義：P點

非正態(tài)變數(shù)的當量正態(tài)化原則

在驗算點處，當量前後分佈函數(shù)值相等；當量前後概率密度函數(shù)值相等。第八講：計算原則（6）

下一講的主要內(nèi)容1、近似概率的設計運算式第九講：計算原則（7）

上一講的主要內(nèi)容1、驗算點法的原理是對中心點法的修正：對非正態(tài)變數(shù)等效正態(tài)化；通過數(shù)學變化尋找驗算點；2、驗算點法的特點計算結(jié)果比較準確；計算複雜，與隨機變數(shù)的分佈有關(guān)；當隨機變數(shù)為正態(tài)分佈，功能函數(shù)是線形方程時，計算結(jié)果和中心點法相同。第九講：計算原則（22/28）

五、近似概率法設計運算式(1/6)1、一般方法(1)結(jié)構(gòu)可靠性設計需要解決的問題：

理論模式問題：失效標準、概率模式和計算方法等。

社會認同問題：設計可靠指標的取值能否被社會接受。

應用方法問題：所採用的設計運算式的形式問題。(2)安全係數(shù)法簡單示例：

設Z只有兩個獨立的正態(tài)變數(shù)R和S，根據(jù)定義得：第九講：計算原則（23/28）

五、近似概率法設計運算式(2/6)即解得：

定義安全係數(shù)：則：

安全係數(shù)法設計運算式：第九講：計算原則（24/28）

五、近似概率法設計運算式(3/6)(3)分項係數(shù)法簡單示例

當功能函數(shù)有兩個隨機變數(shù)R和S時整理可得：以標準值代入整理得：

當功能函數(shù)有三個隨機變數(shù)R和SG和SQ時整理可得以標準值代入:

分項係數(shù)法設計運算式第九講：計算原則（7）

下一講的主要內(nèi)容1、現(xiàn)行設計運算式第十講：計算原則（8）

上一講的主要內(nèi)容1、安全係數(shù)法經(jīng)過變化設計運算式可以表示成：安全係數(shù)K與可靠指標和隨機變數(shù)的數(shù)字特徵有關(guān)2、分項係數(shù)法經(jīng)過變化設計運算式可以表示成：分項係數(shù)法與可靠指標和隨機變數(shù)的數(shù)字特徵有關(guān)。第十講：計算原則（25/28）

五、近似概率法設計運算式(4/6)2、我國現(xiàn)行規(guī)範採用的基本設計運算式

(1)承載能力極限狀態(tài)設計運算式

組合情況：

基本組合：永久荷載和最大的可變荷載以標準值作為代表值，其他可變荷載以組合值為代表值。

偶然組合

基本組合承載能力設計採用下列設計運算式：第十講：計算原則（26/28）

五、近似概率法設計運算式(5/6)(2)正常使用極限狀態(tài)設計運算式

組合情況：

短期效應組合

長期效應組合

在作用的短期效應組合作用下的設計運算式：

在作用的長期效應組合作用下的設計運算式：

第十講：計算原則（27/28）

五、近似概率法設計運算式(6/6)3、分項係數(shù)的確定(1)確定的原則：以驗算點法為基礎(chǔ)(2)方法：

在驗算點處將極限狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化為分項係數(shù)表達的方程

對於驗算點法

對於分項係數(shù)法

等價求分項係數(shù)。

確定原則：

對不同材料、荷載和結(jié)構(gòu)，取統(tǒng)一值；

在各項標準值等給定的前提下，誤差最小。

(3)優(yōu)化結(jié)果

荷載分項係數(shù)=1.2,=1.4

結(jié)構(gòu)抗力分項係數(shù):進一步分離成材料強度分項係數(shù)

結(jié)構(gòu)重要性係數(shù)=1.1,1.0,0.9第十講：計算原則（28/28）

本章要點（1/1）1、瞭解結(jié)構(gòu)荷載、荷載效應和結(jié)構(gòu)抗力的隨機性；2、掌握荷載、材料強度的代表值；3、掌握結(jié)構(gòu)的功能、極限狀態(tài)等基本概念；4、理解結(jié)構(gòu)可靠性的概念和原理，掌握可靠度指標概念和取值；5、瞭解可靠性設計的一般設計方法和設計基本運算式；6、掌握以概率為基礎(chǔ)的分項係數(shù)設計運算式；7、理解分項係數(shù)的概念，熟悉分項係數(shù)的種類和取值。第11講：材料的性能(1/34)

內(nèi)容提要一、鋼材的物理力學性能二、混凝土的物理力學性能三、砌體的材料及力學性能四、本章要點第11講：材料的性能(2/34)

一、鋼材的物理力學性能（1/13）

1、簡單應力下鋼材的性能

(1)鋼材的應力-應變關(guān)係

曲線形式：

有明顯流幅的：彈性、屈服、強化和頸縮階段

沒有明顯流幅的：沒有明顯的屈服階段

曲線簡化：屈服前：完全彈性的；屈服後：完全塑性的。第11講：材料的性能(3/34)

一、鋼材的物理力學性能（2/13）(2)鋼材的強度指標

屈服強度：設計時鋼材允許達到的最大應力

有明顯流幅的鋼材：取屈服點的應力；

無有明顯流幅的鋼材：取條件屈服強度。

條件屈服強度：殘餘應變?yōu)?.2%對應的應力。

極限強度：材料能承受的最大應力反映安全儲備

屈強比：屈服強度/極限強度(3)鋼材的塑性指標

伸長率：拉斷後構(gòu)件伸長率

截面收縮率：拉斷後面積縮小率

冷彎性能：以冷彎的角度來衡量第11講：材料的性能(4/34)

一、鋼材的物理力學性能（3/13）2、複雜應力下鋼材的性能(1)複雜應力狀態(tài)下的屈服條件

判別方法：用能量理論建立屈服條件，用折算應力判別

當時，鋼材沒有屈服

當時，鋼材屈服。

折算應力

以主應力表示：

以應力分量表示第11講：材料的性能(5/34)

一、鋼材的物理力學性能（4/13）

分析結(jié)果：

主應力同號時，不易屈服，塑性下降，越接近越明顯。

主應力異號時，易屈服，破壞呈塑性，差別越大越明顯。(2)反復荷載下鋼材的疲勞

疲勞破壞：在低於強度的應力反復作用下，所發(fā)生破壞。

疲勞破壞特點：

包括裂紋形成，緩慢發(fā)展和迅速斷裂三個過程

沒有明顯的變形，脆性破壞

第11講：材料的性能（1）

下一講的主要內(nèi)容1、反復荷載下鋼材的疲勞2、影響鋼材性能的一般因素第12講：材料的性能（2）

上一講的主要內(nèi)容1、鋼材的應力-應變關(guān)係有明顯流幅的鋼材和沒有明顯流幅的鋼材2、鋼材的強度指標

屈服強度、極限強度和屈強比3、鋼材的塑性指標

伸長率、截面收縮率和冷彎性能4、複雜應力狀態(tài)下的屈服條件第12講：材料的性能(5/34)

一、鋼材的物理力學性能（4/13）

分析結(jié)果：

主應力同號時，不易屈服，塑性下降，越接近越明顯。

主應力異號時，易屈服，破壞呈塑性，差別越大越明顯。(2)反復荷載下鋼材的疲勞

疲勞破壞：在低於強度的應力反復作用下，所發(fā)生破壞。

疲勞破壞特點：

包括裂紋形成，緩慢發(fā)展和迅速斷裂三個過程

沒有明顯的變形，脆性破壞

第12講：材料的性能(6/34)

一、鋼材的物理力學性能（5/13）

影響因素：

荷載的的性質(zhì)：拉、壓、剪等

應力迴圈特徵：(應力比)

靜載（=1）同號迴圈（>0）脈衝迴圈(=0)

異號迴圈(<0)

完全對稱迴圈（-1）

迴圈次數(shù):

應力比一定時，疲勞強度與荷載的迴圈次數(shù)有關(guān)。

第12講：材料的性能(7/34)

一、鋼材的物理力學性能（6/13）

疲勞極限：當最大應力小於某一數(shù)值，反復荷載迴圈無窮次，材料也不會破壞。

疲勞曲線(試驗結(jié)果)

迴圈N次

包絡線ABCD

簡化疲勞曲線

ABCD的方程BCD(拉為主)AB(壓為主)第12講：材料的性能(8/34)

一、鋼材的物理力學性能（7/13）3影響鋼材性能的一般因素(1)化學成分

碳：提高強度；但塑性，可焊性、耐銹蝕性等劣化。

錳：提高強度，改善脆性；但對可焊性和耐鏽力不利。

矽：提高強度，但含量過高，對塑性可焊性耐鏽力不利。

硫：高溫時變脆，降低塑性韌性抗疲勞能力和耐鏽能力。

磷：提高強度和耐鏽力，低溫變脆，降低塑性可焊性等。(2)鋼材缺陷

偏析:鋼中化學成分的不一致性和不均勻性

裂紋：先天的裂紋，或是微觀的或是宏觀的

分層：在厚度方向分成多層，各層相互連接，並不脫離

夾雜物：尤其是硫化物和氧化物等第12講：材料的性能（2）

下一講的主要內(nèi)容1、鋼材的硬化性能2、溫度對鋼材性能的影響3、鋼材的應力集中問題4、鋼材的分類5、土木結(jié)構(gòu)對鋼材的要求。第13講：材料的性能（3）

上一講的主要內(nèi)容1、反復荷載下鋼材的疲勞影響因素：應力迴圈特徵、迴圈次數(shù)疲勞破壞、疲勞極限、疲勞強度和疲勞曲線2、化學成分對鋼材性能的影響3、鋼材缺陷對鋼材性能的影響

第13講：材料的性能(9/34)

一、鋼材的物理力學性能（8/13）(3)鋼材的硬化

時效硬化：

現(xiàn)象：時間增加，強度提高，塑性下降。

特點：過程很長，反復荷載和高溫下易產(chǎn)生。

冷作硬化：常溫下產(chǎn)生塑性變形後屈服點提高，塑性降低。

應變時效：產(chǎn)生塑性變形後，特別是在高溫下，使已經(jīng)產(chǎn)生冷作硬化的鋼材又發(fā)生時效硬化。第13講：材料的性能(10/34)

一、鋼材的物理力學性能（9/13）(4)溫度

在正常溫度下：基本不隨溫度變化

在高溫度下：溫度升高，強度、彈性模量均有下降趨勢

藍脆現(xiàn)象：250℃左右，抗拉強度反而提高，塑性和韌性下降。

在低溫時：溫度降低，強度略提高，塑性等下降，有脆性傾向。

冷脆現(xiàn)象：當溫度降低至某一溫度以下時，材料變脆。

第13講：材料的性能(11/34)

一、鋼材的物理力學性能（10/13）(5)應力集中

現(xiàn)象：當構(gòu)件內(nèi)部缺陷或截面形狀等改變時，應力分佈不均勻，出現(xiàn)局部高峰應力，促使鋼材變脆。

影響因素：截面變化愈劇烈，應力集中現(xiàn)象愈明顯。第13講：材料的性能(12/34)

一、鋼材的物理力學性能（11/13）4、結(jié)構(gòu)對鋼材的要求及鋼材的分類(1)結(jié)構(gòu)對鋼材的要求

具有較高的屈服強度和極限強度；

具有良好的塑性和韌性

具有良好的工藝加工性能；

良好的耐銹蝕能力

與混凝土良好的粘結(jié)力(2)鋼材的選擇：

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的類型及重要性；

作用的性質(zhì)（靜力和動力作用）；

連接方式（焊接、鉚接或螺栓連接）；

工作環(huán)境（溫度和腐蝕等）。第13講：材料的性能(13/34)

一、鋼材的物理力學性能（12/13）(3)結(jié)構(gòu)用鋼材的分類

碳素鋼：

強度等級：按屈服強度分五個品種，Q195~Q275。

品質(zhì)等級：A、B、C、D四級，對衝擊韌性要求不同

去氧方式：鎮(zhèn)靜、半鎮(zhèn)靜、沸騰和特殊鎮(zhèn)靜，用ZbF和TZ

示例：Q235Bb表示屈服強度為235，B級半鎮(zhèn)靜鋼

低合金鋼：

強度等級：按屈服強度分五個品種，Q295~Q460。

品質(zhì)等級：A、B、C、D、E五級，對衝擊韌性要求不同

去氧方式：鎮(zhèn)靜和特殊鎮(zhèn)靜鋼

熱處理鋼第13講：材料的性能(14/34)

一、鋼材的物理力學性能（13/13）(4)鋼材的規(guī)格

鋼板：以“―寬度厚度長度”或“―寬度厚度”表示

型鋼：

角鋼：等邊“L肢寬厚度”；不等邊“L長肢寬短肢寬厚度”

工字鋼：普通工字鋼以I+截面的高度；輕型工字鋼前面加Q

槽鋼：有普通槽鋼和輕型槽鋼兩種，用截面的高度編號

H型鋼：熱紮和焊接兩種，“高度*寬度*腹板厚度*翼緣厚度”

鋼管：有熱軋無縫鋼管和焊接鋼管。以“φ外徑壁厚”表示

薄壁型鋼：用薄鋼板冷軋而成，形式及尺寸可以變化。

鋼筋

按照表面形狀：有光面鋼筋和變形鋼筋

鋼筋種類：熱軋鋼筋：分HRB235、HRB335和HRB400或RRB400三級，符號+直徑預應力鋼絲：有光面碳素、螺旋肋和三面刻痕鋼絲三種，符號+直徑預應力鋼絞線：多根鋼絲絞合製成。“φ1股數(shù)公稱直徑”表示熱處理鋼筋：φHT+鋼筋表示

第13講：材料的性能（3）

下一講的主要內(nèi)容1、受壓的應力應變關(guān)係2、簡單受力下混凝土的強度第14講：材料的性能（4）

上一講的主要內(nèi)容1、鋼材的硬化時效硬化、冷作硬化和應變時效

2、溫度的影響常溫度下、高溫下和低溫時藍脆現(xiàn)象和冷脆現(xiàn)象3、應力集中的現(xiàn)象和影響因素4、鋼材的分類和規(guī)格5、結(jié)構(gòu)對鋼材的要求

第14講：材料的性能(15/34)

二、混凝土的物理力學性能（1/11）1、簡單受力下混凝土的性能(1)受壓的應力應變關(guān)係

曲線特徵應力?。航凭€性關(guān)係應力大：非線性關(guān)係近峰值:不穩(wěn)定非線性下降段：反彎點後平緩

主要影響因素

混凝土強度：強度提高,峰值點應變高；下降段陡延性差

加載速度：愈大，強度高，峰值應變低；下降段陡延性差第14講：材料的性能(16/34)

二、混凝土的物理力學性能（2/11）

數(shù)學模型

普通混凝土：(C50以下)=0.002

，n=2

0.002(均勻壓),0.0033(不均勻壓、彎)

高強混凝土(C50以上)第14講：材料的性能(17/34)

二、混凝土的物理力學性能（3/11）(2)簡單受力下混凝土的強度

立方體抗壓強度

立方體抗壓強度標準方法製作,邊長150mm立方體,28天齡期，進行抗壓實驗得到的破壞時試件的平均壓應力。

立方體抗壓強度標準值：95%保證率的立方體抗壓強度值。

用途：力學性能的基本代表值，混凝土強度等級劃分依據(jù)。

強度等級：按立方體抗壓強度標準值分為14級，“C+標準值”

軸心抗壓強度

立方體受壓不是處於單軸受力狀態(tài)！

採用棱柱體，中間基本上是處於軸心受壓。第14講：材料的性能(18/34)

二、混凝土的物理力學性能（4/11）

影響因素：材料成分、養(yǎng)護、齡期、實驗方法和試件尺寸

與立方體強度的關(guān)係

關(guān)係係數(shù)(比值)：小於等於C50時，取0.76；大於C50時：考慮混凝土脆性的折減係數(shù)，小於C40時，不折減取1.0；大於C40時：

軸心抗拉強度

試驗方法：直接拉伸、彎折和劈裂

與立方體強度的關(guān)係第14講：材料的性能（4）

下一講的主要內(nèi)容1、混凝土的模量2、複合應力下混凝土強度和變形

3、長期荷載下混凝土的變形第15講：材料的性能（5）

上一講的主要內(nèi)容1、受壓的應力應變關(guān)係曲線特徵、影響因素和數(shù)學模型2、簡單受力下混凝土的強度立方體抗壓強度軸心抗壓強度軸心抗拉強度3、混凝土強度指標之間的關(guān)係第15講：材料的性能(19/34)

二、混凝土的物理力學性能（5/11）(3)混凝土的變形模量

原點彈性模量

定義：過原點作切線的斜率

取值：

變形模量

定義：原點和任意點作割線的斜率。

關(guān)係：彈性特徵係數(shù)

切線模量：過任一點作切線的斜率為時的切線模量

剪切模量：根據(jù)彈性模量和泊松比確定：

第15講：材料的性能(20/34)

二、混凝土的物理力學性能（6/11）2、複雜應力下混凝土的性能(1)複合應力下混凝土強度和變形

多向受壓

雙向壓：強度提高；

三向壓(約束受壓)：強度和延性明顯提高，

雙向受拉:影響不大

一拉一壓：強度降低

剪壓或剪拉：

剪拉：強度降低

剪壓：壓應力較?。嚎辜魪姸入S壓應力增加而增大；壓應力較大：抗剪強度隨壓應力的增加而降低。

第15講：材料的性能(21/34)

二、混凝土的物理力學性能（7/11）(2)長期荷載下混凝土的變形

混凝土的徐變

現(xiàn)象：在荷載長期作用下，變形將隨時間而增加；

原因：凝膠體的粘性流動，內(nèi)部微裂縫不斷產(chǎn)生和發(fā)展等

影響：導致變形增大，應力重分佈和內(nèi)力分佈等。

混凝土徐變曲線

特點：開始增長較快，以後逐漸減慢，逐漸趨於穩(wěn)定(收斂)

卸載時變形恢復:

暫態(tài)彈性恢復、彈性後效，永久應變第15講：材料的性能(22/34)

二、混凝土的物理力學性能（8/11）

影響徐變的主要因素

應力水準：應力越大，徐變也越大應力小於0.5fc，線性徐變；大於0.5fc，非線性徐變。

齡期：加載時齡期越短，徐變越大

組成：水泥用量越多，水灰比越大，徐變也越大；骨料強度和彈性模量越高，徐變越小。

養(yǎng)護和使用環(huán)境：養(yǎng)護溫度高，濕度大，徐變越??；受力後環(huán)境溫度越高，濕度低，徐變就越大。

第15講：材料的性能（5）

下一講的主要內(nèi)容1、重複荷載下混凝土性能2、鋼筋與混凝土的粘結(jié)第16講：材料的性能（6）

上一講的主要內(nèi)容1、混凝土的變形模量彈性模量、變形模量切線模量和剪切模量2、複雜應力下混凝土的強度和變形三向受壓雙向受壓、雙向受拉、一拉一壓剪壓或剪拉3、混凝土的徐變徐變曲線、影響因素第16講：材料的性能(23/34)

二、混凝土的物理力學性能（9/11）(3)重複荷載下混凝土性能

一次重複加載下

加載：隨應力增加應變增加

卸載：不重複加載軌跡，有彈性後效和殘餘變形

多次重複加載下

峰值小於疲勞強度：每迴圈成環(huán)，面積逐漸減少，至直線；

峰值大於疲勞強度：開始與小應力的相似；成直線後，凸凹方向改變，斜率降低，裂縫和變形嚴重

混凝土疲勞破壞：因荷載重複作用而引起的破壞

混凝土疲勞強度：疲勞破壞需要重複荷載的最小應力峰值

(4)混凝土的收縮、膨脹和溫度變形

第16講：材料的性能(24/34)

二、混凝土的物理力學性能（10/11）3、鋼筋與混凝土的粘結(jié)(1)鋼筋與混凝土粘結(jié)的作用

作用：保證力的相互傳遞，是共同工作的基本條件

單元分析：假設：一端力T，另端為T+dT根據(jù)平衡條件：

分析結(jié)果

應力變化大，粘結(jié)力大，變化小，粘結(jié)小

當鋼筋應力沒有變化時，粘結(jié)應力等於零

第16講：材料的性能(25/34)

二、混凝土的物理力學性能（11/11）

有關(guān)的設計問題

鋼筋端部的錨固

裂縫間應力的傳遞裂縫截面：拉力為零離開一段距離：混凝土有拉力兩條裂縫中間：混凝土拉力最大

(2)粘結(jié)力的組成

化學吸附

摩擦

機械咬合

附加咬合等作用第16講：材料的性能（6）

下一講的主要內(nèi)容1、砌體的材料及種類2、砌體的受力特點第17講：材料的性能（7）

上一講的主要內(nèi)容1、重複荷載下混凝土性能一次和多次重複加載下的變形曲線混凝土疲勞破壞和混凝土疲勞強度2、鋼筋與混凝土粘結(jié)力粘結(jié)力作用粘結(jié)力組成3、與粘結(jié)有關(guān)的設計問題鋼筋端部的錨固裂縫間應力的傳遞第17講：材料的性能(26/34)

三、砌體的物理力學性能（1/8）1、砌體的材料及種類

(1)塊體材料

磚

普通磚：240mm115mm53mm實心

空心磚：全國無統(tǒng)一規(guī)格

分級：按極限抗壓強度為6級，以“MU+極限強度”表示

砌塊

按材料分：粉煤灰、煤渣混凝土和混凝土等

按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分：有實心的，也有空心的

按尺寸分：小型<350、中型360～900和大型>900mm

分級：按照極限抗壓強度分5級，以“MU+極限強度”

石材

按照加工的程度：分細料石、粗料石和毛料石。

分級：按極限抗壓強度，分9級，以“MU+極限強度”

第17講：材料的性能(27/34)

三、砌體的物理力學性能（2/8）(2)砂漿

作用：使塊體連成整體；抹平塊體表面；填補塊體間縫隙；

分類：

按照組成成分：無塑性摻合料的水泥砂漿、有塑性摻合料的混合砂漿、不含水泥的砂漿

按照重力密度：大於1.5t/m3重砂漿，小於1.5t/m3輕砂漿

分級：按抗壓極限強度分7級，以“M+極限強度”表示

砌體對砂漿的基本要求

符合強度和耐久性要求；

應具有一定的可塑性，在砌築時容易且較均勻地鋪開；

應具有足夠的保水性，即在運輸和砌築時保持品質(zhì)的能力。第17講：材料的性能(28/34)

三、砌體的物理力學性能（3/8）(3)砌體的種類砌體是由塊體用砂漿砌築成的整體。

磚砌體：實心砌體，或空心砌體，有一順一頂或三順一頂砌築法。

石砌體：料石、毛石和毛石混凝土砌體。

砌塊砌體砌塊排列是要有規(guī)律性，減少通縫。

配筋砌體:在砌體內(nèi)配置適量的鋼筋，形成配筋砌體，如在水準灰縫中配置網(wǎng)狀鋼筋，形成網(wǎng)狀配筋砌體；在砌體外或預留槽內(nèi)配置縱向筋形成組合砌體。第17講：材料的性能(29/34)

三、砌體的物理力學性能（4/8）2、砌體的力學性能(1)砌體的抗壓強度

破壞過程及應力特點

受力全過程：第一階段：自受力到單塊磚內(nèi)出現(xiàn)豎向裂縫；第二階段：單塊磚內(nèi)裂縫發(fā)展，連接並穿過若干皮磚第三階段：裂縫貫通，把砌體分成若干1/2磚立柱，失穩(wěn)

應力特點：不僅存在壓應力，而且有彎曲應力和剪切應力，以及橫向拉壓應力

第17講：材料的性能(30/34)

三、砌體的物理力學性能（5/8）

原因分析：

水準灰縫厚度和密實度不均勻

磚表面力分佈不均勻且上下不對應

橫向變形時相互約束

受壓時橫向膨脹，磚和砂漿橫向變形係數(shù)不同，相互約束。

彈性地基梁作用砂漿層受壓將產(chǎn)生壓縮變形，磚就象在彈性地基上的梁，其內(nèi)部將產(chǎn)生彎曲應力和剪應力

豎向灰縫處的應力集中第17講：材料的性能（7）

下一講的主要內(nèi)容1、影響砌體強度的主要因素2、砌體的抗壓強度3、砌體的抗拉強度4、砌體的抗彎強度5、砌體的抗剪強度6、砌體的模量第18講：材料的性能（8）

上一講的主要內(nèi)容1、砌體的材料塊體材料：磚、砌塊和石材砂漿：水泥砂漿、混合砂漿、其他砂漿2、砌體的種類磚砌體、石砌體、砌塊砌體和配筋砌體3、砌體的受壓性能破壞過程：三個階段應力特點：存在壓、彎和剪，以及橫向拉壓應力

第18講：材料的性能(31/34)

三、砌體的物理力學性能（6/8）

影響砌體強度的主要因素

塊體和砂漿的強度

砂漿的彈塑性性能:變形越大，彎曲剪切等越大，強度越低；

砂漿的流動性:砂漿的流動性大，對提高砌體強度有利；

灰縫厚度：過薄或過厚將引起彎曲剪切應力，強度降低

砌築品質(zhì)

砌體抗壓強度計算及取值

考慮因素：塊體強度和砂漿強度及種類等

取值：

第18講：材料的性能(32/34)

三、砌體的物理力學性能（7/8）(2)砌體的抗拉、抗彎和抗剪強度

粘結(jié)分類

法向粘結(jié)力

切向粘結(jié)力

軸心抗拉強度

通縫截面：強度低且離散性大，不能設計為軸心受拉構(gòu)件

沿齒縫截面：與砂漿的強度等級有關(guān)：

沿塊體截面：不考慮豎向灰縫，與塊體的強度等級有關(guān)第18講：材料的性能(33/34)

三、砌體的物理力學性能（8/8）

彎曲抗拉強度

通縫截面破壞和沿齒縫截面破壞:

塊體截面破壞：

抗剪強度

應力應變關(guān)係曲線

彈性模量取值：與抗壓強度成正比，比例係數(shù)與砂漿等級等有關(guān)。

剪切模量：第18講：材料的性能(34/34)

四、本章要點一、材料的力學性能

1、強度及強度指標

2、變形及變形指標

3、應力應變關(guān)係及模量二、不同條件下的強度特點

1、簡單條件下（壓、拉等）

2、複雜條件下（約束受力、反復荷載、長期荷載等）三、強度取值及選用

1、不同強度的獲取方法：實驗

2、不同強度之間的關(guān)係：實驗回歸四、不同建築材料的規(guī)格、特點及應用第19講：構(gòu)件連接（4）

4－1工程結(jié)構(gòu)是由各種基本構(gòu)件通過連接組成的整體結(jié)構(gòu)物，使其實現(xiàn)共同工作。鋼結(jié)構(gòu)：鋼板、型鋼等組成的基本構(gòu)件（工廠製作）現(xiàn)場安裝（吊裝、連接）結(jié)構(gòu)整體。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：有現(xiàn)澆、裝配式和裝配整體式三種施工方法。鋼筋的接長、預製構(gòu)件（預製樓板、疊合梁、疊合板等）的拼裝也存在大量的連接。4.1

鋼結(jié)構(gòu)連接1.焊接；2.螺栓連接（普通螺栓、高強度螺栓）；3.鉚釘連接。第19講：構(gòu)件連接（4）

4－2特點：1.焊接：不削弱構(gòu)件斷面，節(jié)省材料，經(jīng)濟；構(gòu)造簡單，加工簡便且易實現(xiàn)自動化操作，提高焊接品質(zhì)；連接剛度大，密閉性好，整體性好。焊縫附近的材質(zhì)變脆；焊件中存在焊接殘餘應力和殘餘變形，對結(jié)構(gòu)的承載能力有不利影響；焊接結(jié)構(gòu)對裂紋很敏感，尤其是在低溫下更易發(fā)生脆性斷裂。2.螺栓：普通螺栓分為A、B、C三級；高強度螺栓由中碳鋼或低合金鋼等經(jīng)熱處理後製成，強度較高。我國高強度螺栓的強度級別可分為8.8級（8.8S）和10.9級（10.9S）。高強度螺栓的連接分為摩擦型和承壓型連接。螺栓連接簡便、快速，可拆卸，常用於現(xiàn)場的安裝連接中。但對構(gòu)件斷面有所削弱。第19講：構(gòu)件連接（4）

4－3焊接焊接（電弧焊）－分為手工電弧焊、自動或半自動埋弧焊和氣體保護焊等。原理：焊接連接和焊縫形式：平接、搭接和頂接（T形）三種1.對接焊縫；2.角焊縫。焊縫的符號（形式、尺寸和要求）第19講：構(gòu)件連接（4）

4－4焊縫的強度和品質(zhì)等級（附表I－32）1.焊縫品質(zhì)直接影響連接的強度。如果焊縫品質(zhì)優(yōu)良，焊縫中不存在任何缺陷，焊縫金屬的強度高於焊件母材，破壞部位多位於焊縫附近熱影響區(qū)的母材上。焊縫中可能有氣孔、夾渣、咬邊、未焊透等缺陷。焊縫缺陷將削弱焊縫的受力面積，並在缺陷處產(chǎn)生應力集中，對結(jié)構(gòu)受力很不利。因此，對焊縫進行品質(zhì)檢查很重要。2.焊縫品質(zhì)等級分為三級，其中一、二級焊縫除外觀缺陷檢查外，還需要進行內(nèi)部無損探傷。3.三級受拉對接焊縫強度應折減。4.合理選用焊縫種類等級。5.焊條選用：Q235－E43xx；

Q345－E50xx；Q390－E55xx第19講：構(gòu)件連接（4）

下一講的主要內(nèi)容4－5

1、對接焊縫在軸心力作用下的計算；2、承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫計算；3、對接焊縫的構(gòu)造。第20講：構(gòu)件連接（4）

上一講內(nèi)容

4－61.連接的類型2.鋼結(jié)構(gòu)連接的主要方法及特點3.焊縫連接的原理、連接及焊縫形式4.焊縫的強度及品質(zhì)等級第20講：構(gòu)件連接（4）

4－7對接焊縫的計算和構(gòu)造對接焊縫充滿整個被連接件的截面，可視為焊件截面的延續(xù)，焊縫中的應力分佈情況基本與焊件原有情況相似，對接焊縫的有效截面與焊件的截面相同。焊縫應力可以由材料力學的有關(guān)計算公式進行計算。對接焊縫兩端的起弧、滅弧處，常因不能焊透而出現(xiàn)凹形焊口或存在缺陷，以致該處由於應力集中易出現(xiàn)裂紋。因此，施焊時應在焊縫兩端設置引弧板，對於一般受靜力荷載的結(jié)構(gòu)，也可不設引弧板，但令焊縫的計算長度比實際長度減小10mm。軸心受力的對接焊縫計算：第20講：構(gòu)件連接（4）

4－8當採用引弧板時，對接焊縫抗壓、抗剪和一、二級焊縫抗拉強度與母材相等，在焊件強度保證的條件下可不必計算焊縫強度；只在三級焊縫受拉力作用時才需按上式進行驗算。如果採用直縫不能滿足強度要求時，可採用斜對接焊縫以增加焊縫長度。根據(jù)試驗結(jié)果，當焊縫與作用力間的夾角滿足：時，斜焊縫強度不低於母材強度，可不再驗算。第20講：構(gòu)件連接（4）

4－9承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫計算1．矩形截面：焊縫中的焊縫中的最大正應力和最大剪應力不在同一點，應分別進行計算：2.工字形截面：在同時受有較大正應力和較大剪應力的梁腹板與翼緣相交處，還應計算其折算應力第20講：構(gòu)件連接（4）

4－10對接焊縫構(gòu)造1.根據(jù)焊件板厚、焊接工藝要求和施工條件對焊件邊緣加工合適的坡口；2.對受力較大的重要對接焊縫應盡可能採用引弧板；3.不同寬度和厚度的鋼板拼接。

a—直邊縫；b—單邊V形縫；

c—雙邊V形縫；d—U形縫；

e—K形縫；f—X形縫第20講：構(gòu)件連接（4）

下一講的主要內(nèi)容4－11

1、角焊縫的分類與受力特徵；2、角焊縫的強度；3、角焊縫的計算；4、角焊縫的構(gòu)造。第21講：構(gòu)件連接（4）

上一講內(nèi)容4－121、對接焊縫在軸心力作用下的計算2、承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫計算3、對接焊縫的構(gòu)造第21講：構(gòu)件連接（4）

4－13角焊縫的構(gòu)造與計算1.當焊縫軸線與外力作用方向平行時，稱為側(cè)面角焊縫，又稱側(cè)縫；2.垂直時，稱為正面角焊縫，又稱端縫；3.呈夾角時，稱為斜焊縫。角焊縫的受力性能和強度與受力方向有直接關(guān)係。直角角焊縫截面形式：角焊縫較小的焊腳尺寸為hf有效高度為he=0.7hf，忽略了焊縫餘高和熔深第21講：構(gòu)件連接（4）

4－14角焊縫的受力性能側(cè)面角焊縫主要承受剪力作用，塑性較好，強度較低。在彈性階段，側(cè)縫剪應力沿焊縫程度方向分佈不均勻，兩端大而中間小。破壞面通常在焊縫的最小截面（45o斜截面）。破壞起點在側(cè)縫兩端，該處出現(xiàn)裂縫後，迅速蔓延擴展，使焊縫斷裂。第21講：構(gòu)件連接（4）

4－15角焊縫的受力性能端縫的應力狀態(tài)比側(cè)縫複雜的多，應力集中較明顯。焊縫的根部出現(xiàn)應力高峰，易於開裂。破壞時首先在焊縫根部開裂，然後擴展至整個焊縫截面。根據(jù)試驗結(jié)果，端縫的強度比側(cè)縫高，但塑性較差，根部又存在很大的收縮應力，性質(zhì)較脆。第21講：構(gòu)件連接（4）

4－16角焊縫的強度無論是側(cè)縫與端縫，焊縫計算時一律取與焊腳邊呈45o的斜面為計算截面，即焊縫有效厚度0.7hf。計算截面上平均破壞應力為焊縫強度（力除以焊縫破壞面積）。焊腳尺寸（mm）正面角焊縫（N/mm2）側(cè)面角焊縫（N/mm2） 4 432.5 326.0 8 362.2 270.0 12 332.0 250.0 規(guī)範規(guī)定的角焊縫設計強度是側(cè)面角焊縫的強度，不分抗拉、抗壓和抗剪，不分焊縫級別均採用相同的值，例如Q235鋼材，ffw=160N/mm2。第21講：構(gòu)件連接（4）

4－17直角角焊縫的計算計算簡化假定：1.沿角焊縫45o方向的焊縫有效截面為計算時的破壞面；2.在通過焊縫形心的拉力、壓力和剪力作用下，假定沿焊縫長度的應力是均勻分佈的。第21講：構(gòu)件連接（4）

4－18直角角焊縫的計算基本計算公式：端縫應力：側(cè)縫應力：稱為正面角焊縫的強度設計值增大係數(shù)對於直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，第20講：構(gòu)件連接（4）

下一講的主要內(nèi)容4－191、角焊縫在軸心力作用下的計算2、角焊縫在彎矩和剪力作用下的計算3、角焊縫在扭矩和剪力作用下的計算4、角焊縫的構(gòu)造第22講：構(gòu)件連接（4）

上一講內(nèi)容

4－201、角焊縫的分類與受力特徵2、角焊縫的強度與計算假定3、角焊縫的計算公式第22講：構(gòu)件連接（4）

4－21軸心力作用下的角焊縫計算當軸心力（拉力、壓力、剪力）通過焊縫計算截面形心時，角焊縫有效截面上的應力為均勻分佈。當外力平行於焊縫長度方向時，屬側(cè)面角焊縫受力，當外力垂直於焊縫長度方向時，屬正面角焊縫受力，當外力方向與焊縫長度方向呈夾角時，斜焊縫受力，第22講：構(gòu)件連接（4）

4－22軸心力作用下的角焊縫計算當角鋼桿件與板件採用角焊縫連接時，由於角鋼是不對稱截面，必須使焊縫傳遞的合力作用線與角鋼桿件的軸線重合，才能避免偏心受力。第22講：構(gòu)件連接（4）

4－23彎矩和剪力作用下的角焊縫計算以焊縫有效截面為依據(jù)，根據(jù)基本假定3，首先應計算角焊縫有效截面的幾何特性，然後按材料力學公式求出控制點應力值，最後根據(jù)該點的應力狀態(tài)進行強度驗算。A點：C點：第22講：構(gòu)件連接（4）

4－24扭矩和剪力作用下的角焊縫計算一般假定被連接件是絕對剛性體，而焊縫則是彈性的；焊縫上任一點的應力方向?qū)⒋怪迸c該點與形心O的連線，而其大小則與該點至形心O的距離成正比。焊縫1點處的強度應滿足：第22講：構(gòu)件連接（4）

4－25角焊縫的構(gòu)造焊腳尺寸和焊縫計算長度1.最小焊腳尺寸：焊縫冷卻過快而變脆，容易產(chǎn)生裂紋；2.最大焊腳尺寸：防止“過燒”現(xiàn)象，焊接殘餘變形和殘餘應力；3.最小焊縫長度：和mm；4.最大計算長度：不宜大於60（承受靜力荷載或間接承受動力荷載時）或40（承受動力荷載時）；第22講：構(gòu)件連接（4）

4－26角焊縫的構(gòu)造構(gòu)造措施：第22講：構(gòu)件連接（4）

下一講的主要內(nèi)容4－27

1、普通螺栓