《建筑工程鋼結(jié)構(gòu)》.ppt

鋼 結(jié) 構(gòu) 翟愛良8241865，,鋼結(jié)構(gòu)課程的學習方法,本課程的特點是：大家對鋼結(jié)構(gòu)的感性認識少，結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，理論性強（特別是穩(wěn)定理論）,學習難度大； 受課時限制，不能過多的講理論、講公式產(chǎn)生、詳解例題； 加強課前預(yù)習與課后復(fù)習; 認真聽好課，要記好筆記； 多作習題與思考題，避免眼高手低。,第1章 緒論,3,第 1章 緒 論,第一節(jié) 我國鋼結(jié)構(gòu)的概況,1、古代鋼結(jié)構(gòu) 我國是最早應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的國家，但是歷史的原因致使現(xiàn)代建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及發(fā)展與發(fā)達國家相比， 已有相當大的差距，最大的差距在于建筑鋼結(jié)構(gòu)。,鐵鏈橋 蘭津橋（西南地區(qū)） 四川瀘定大渡河橋,第1章 緒論,4,2、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu),什么是鋼結(jié)構(gòu)？,鋼結(jié)構(gòu)是鋼材（鋼板和型鋼）經(jīng)過設(shè)計、加工，形成各種基本構(gòu)件，如拉桿（有時還包括鋼索）、壓桿、梁、柱及桁架等，然后將這些基本構(gòu)件按一定的方式通過焊接和螺栓等方式連接組成的工程結(jié)構(gòu)形式。,五大結(jié)構(gòu)形式之一：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 砌體結(jié)構(gòu) 木結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu) 組合結(jié)構(gòu)。,隨著鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計理論、制造、安裝等方面技術(shù)的迅猛發(fā)展，各地建成了大量的高層鋼結(jié)構(gòu)建筑、輕鋼結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)、市政設(shè)施等。,鋼結(jié)構(gòu)的主要形式及應(yīng)用,（1）桁架,平面桁架 空間桁架 (網(wǎng)架),（2）框架,（3）拱架,（4）索,（5）殼體,輕質(zhì)高強,鋼與混凝土、木材相比，雖然質(zhì)量密度較大，但其屈服點強度較混凝土和木材要高得多，其質(zhì)量密度與屈服點強度的比值相對較低。在承載力相同的條件下，鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)相比，構(gòu)件較小，重量較輕，便于運輸和安裝。,第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的特點和應(yīng)用范圍,1、特點,鋼和混凝土容重比：3.4 強度比：210136 所以重量輕。,鋼材質(zhì)地均勻，各向同性，彈性模量大，有良好的塑性和韌性，為理想的彈塑性體，完全符合目前所采用的計算方法和基本理論。,材質(zhì)性能好 可靠性高,由于焊接結(jié)構(gòu)可以做到完全密封，一些要求氣密性和水密性好的高壓容器及大型油庫、氣柜、管道等板殼結(jié)構(gòu)都采用鋼結(jié)構(gòu)。,密封性好,鋼結(jié)構(gòu)因自重輕、質(zhì)地均勻，具有較好的延性，因而抗震及抗動力荷載性能好。,抗震性能好,生產(chǎn)、安裝工業(yè)化程度高，施工周期短。 鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)具備成批大件生產(chǎn)和高度準確性的特點，可以采用工廠制作、工地安裝的施工方法，所以其生產(chǎn)作業(yè)面多，可縮短施工周期，進而為降低造價、提高效益創(chuàng)造條件。,工業(yè)化程度高、工期短,耐熱但不耐火,抗腐蝕性較差,造價稍高,抗腐蝕性較差,鋼結(jié)構(gòu)的最大缺點是易于銹蝕。新建造的鋼結(jié)構(gòu)一般都需仔細除銹、鍍鋅或刷涂料。以后隔一定時間又要重新刷涂料，維護費用較高。目前國內(nèi)外正在發(fā)展不易銹蝕的耐候鋼，可大量節(jié)省維護費用，但還未能廣泛采用。,往往會影響業(yè)主選擇，工程造價略有增加，但與基礎(chǔ)、工期等因素綜合考慮后，造價并不一定比混凝土結(jié)構(gòu)真正地高。,溫度在250以內(nèi)，鋼的性質(zhì)變化很?。?溫度達到300以上，強度逐漸下降； 達到450650時，強度降為零。 因此，鋼結(jié)構(gòu)可用于溫度不高于250的場合。,2、應(yīng)用范圍, 重型廠房、受振動荷載作用的廠房結(jié)構(gòu), 大跨度建筑物 體育館、展覽館、影劇院、會議中心、機庫, 多層、高層和超高層建筑, 輕型鋼結(jié)構(gòu),沒有嚴格的定義。由冷彎薄壁型鋼組成的結(jié)構(gòu)；由熱軋輕型型鋼（工字鋼、槽鋼、 H型鋼、L型鋼、T型鋼等）組成的結(jié)構(gòu)；由焊接輕型型鋼（工字鋼、槽鋼、 H型鋼、L型鋼、T型鋼等）組成的結(jié)構(gòu)；由圓管、方管、矩形管組成的結(jié)構(gòu)；由薄鋼板焊成的構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)。,塔桅結(jié)構(gòu) 電視塔、天線、發(fā)射架、海洋平臺,可拆卸和搬遷的結(jié)構(gòu) 流動展覽館、舞臺、施工時的臨時房屋、溫室大棚等,板殼結(jié)構(gòu) 儲油庫、煤氣庫、高爐等各種容器, 大跨度橋梁, 特種結(jié)構(gòu),海洋平臺、水工閘門、鍋爐骨架、起重機、棧橋、管道支架井架,1.070,1.280,1.510,1.820,2.201,2.720,3.300,中國鋼產(chǎn)量,第三節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向,一、研制高強度、特種鋼材 高強度Q420: 高強度,高韌性,焊接性能,加工性能,并有高超的耐磨損 和腐蝕性 耐候鋼:耐候性是耐大氣腐蝕性能,為普通鋼材的28倍 耐火鋼，600度時屈服點不低于2/3 Z向鋼,抗層狀撕裂能力強,二、推廣應(yīng)用新型鋼材成品,（1）H型鋼、T型鋼 （2）彩（色）涂（層）鋼板、熱鍍鋅或鍍鋁鋅鋼板 （3）冷彎（薄壁）型鋼,三、改進設(shè)計方法 建筑科學研究院PKPM（STS）、冶金部建筑研究總院PS2000等 四、新型結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用和發(fā)展 1、大跨空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，懸掛結(jié)構(gòu) 2、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu) 3、索膜結(jié)構(gòu)：膜結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中最新發(fā)展起來的一種形式，它以性能優(yōu)良的織物為材料，或是向膜內(nèi)充氣，由空氣壓力支撐膜面，或是利用柔性鋼索或剛性支撐結(jié)構(gòu)將面繃緊，從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大跨度空間的結(jié)構(gòu)體系。 4、預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu),第四節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)計規(guī)范,一、 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容 1、結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置； 2、確定選用的鋼材牌號 ； 3、建立計算簡圖，確定其所受的各類荷載 ； 4、結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，確定各構(gòu)件在最不利組合下的最大內(nèi)力 ； 5、構(gòu)件的截面設(shè)計； 6、構(gòu)件相互間的連接設(shè)計； 7、繪制施工詳圖，編制材料表。,第四節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)計規(guī)范,二、 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB500l72003是我國進行房屋建筑和一般構(gòu)筑物鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計必須遵循的國家標準。 2、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GB50018-2002 ； 3、鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范GB50205 ；,三、本課程基本內(nèi)容 （1）鋼結(jié)構(gòu)的特點和應(yīng)用范圍。 （2）結(jié)構(gòu)鋼材的基本性能及影響性能的主要因素，鋼 材牌號的正確選用。 （3）鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則。 （4）鋼結(jié)構(gòu)的連接方法及其計算。 （5）基本構(gòu)件的截面形式、破壞特征、工作性能、構(gòu) 造要求及計算方法等。 （6）構(gòu)件間的連接構(gòu)造及計算，包括柱頭、柱腳、梁與梁的連接、梁與柱的連接等。 （7）鋼屋架設(shè)計。 （8）鋼結(jié)構(gòu)疲勞計算、吊車梁設(shè)計等。,第5節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,一、 結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的,在經(jīng)濟合理的前提下使所設(shè)計的結(jié)構(gòu)滿足各種預(yù)定的功能。 建筑結(jié)構(gòu)的功能： 結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種作用；在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，結(jié)構(gòu)仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。 在正常使用荷載情況下，結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能，滿足正常的使用要求，例如不發(fā)生影響正常使用的過大變形等。 在正常維護下，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的耐久性能，如不發(fā)生嚴重的銹蝕而影響結(jié)構(gòu)的使用壽命等。,二、結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法 容許應(yīng)力應(yīng)力法: 設(shè)計應(yīng)力必須小于或等于容許應(yīng)力，表達式為：,結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計法： 承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力或達到不適于繼續(xù)承載的變形時的極限狀態(tài)。 正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用的某項規(guī)定的限值時的極限狀態(tài)。 (1)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài) (2)結(jié)構(gòu)的可靠度,功能函數(shù)Z=R-S的正態(tài)分布圖,(3)可靠指標,表 正態(tài)分布隨機函數(shù)的可靠 指標與失效概率pf的對應(yīng)值,三、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的方法,建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準（GB50068）規(guī)定采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，要保證結(jié)構(gòu)具有必要的可靠度，以一定的概率保證所設(shè)計的結(jié)構(gòu)不超過極限狀態(tài)。 實用設(shè)計表達式為,對于承載能力極限狀態(tài) （1）由可變荷載效應(yīng)控制的組合 （2）由永久荷載效應(yīng)控制的組合,對于承載能力極限狀態(tài) 對于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，可采用簡化規(guī)則，并應(yīng)從下列組合值中取最不利值確定：,（2）由永久荷載效應(yīng)控制的組合仍相同式采用。,（1）由可變荷載效應(yīng)控制的組合,基本組合的荷載分項系數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定采用： 永久荷載的分項系數(shù) 1）當其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時： 對由可變荷載效應(yīng)控制的組合，取1.2； 對由永久荷載效應(yīng)控制的組合，取1.35； 2）當其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時： 一般情況下取1.0； 對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移和漂浮驗算，取0.9。 可變荷載的分項系數(shù) 1）一般情況下取1.4； 2）對標準值大于4KN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載取1.3。,對于正常使用極限狀態(tài) 根據(jù)不同的設(shè)計要求，采用荷載效應(yīng)的標準組合、準永久組合，并按下列設(shè)計表達式進行設(shè)計： SC 正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計表達式與下式相同，但取結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)=1.0，各種荷載的分項系數(shù)等也一律取為1.0。,第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,對鋼結(jié)構(gòu)用材的要求 鋼材的主要性能 影響鋼材性能的因素 鋼材的延性破壞和非延性破壞循環(huán)加載和快速加載 建筑鋼材的類別及鋼材的選用,主要內(nèi)容：,重點：,對鋼結(jié)構(gòu)用材的要求 建筑鋼材的類別及鋼材的選用,2.1 對鋼結(jié)構(gòu)用材的要求,較高的強度。即抗拉強度fu和屈服點fy比較高。 足夠的變形能力。即塑性和韌性性能好。 良好的加工性能。即適合冷、熱加工，良好的可焊性。 適應(yīng)低溫、有害介質(zhì)侵蝕(包括大氣銹蝕)使用環(huán)境,具有承受重復(fù)荷載作用的性能。 容易生產(chǎn)，價格便宜。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB500172002)推薦: 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235鋼 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼Q345、Q390及Q420 符合上述要求的。,2.2 鋼材的主要性能,圖2.1 鋼材的一次拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線,2.2.1 單向拉伸時的工作性能 條件：常溫、靜載條件下一次拉伸,1.比例極限P 這是應(yīng)力-應(yīng)變圖中直線段的最大應(yīng)力值。嚴格地說，比 P略高處還有彈性極限，但彈性極限與 P極其接近，所以通常略去彈性極限的點，把 P看做是彈性極限。 2.屈服點y 應(yīng)變在P之后不再與應(yīng)力成正比，而是漸漸加大，應(yīng)力-應(yīng)變間成曲線關(guān)系，一直到屈服點。 3.抗拉強度(極限強度)u 屈服平臺之后，應(yīng)變增長時又需有應(yīng)力的增長，但相對地說應(yīng)變增加得快，呈現(xiàn)曲線關(guān)系直到最高點。,4.伸長率5和10 伸長率是斷裂后試件的永久變形與原標定長度的百分比。 取圓形試件直徑d的五倍或十倍為標定長度，其相應(yīng)的伸長率用5和10表示，伸長率代表材料斷裂前具有的塑性變形的能力。 屈服點、極限強度和伸長率，是鋼材的三個重要力學性能指標。 鋼結(jié)構(gòu)中所采用的鋼材都應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對這三項力學性能指標的要求。,屈服點是建筑鋼材的一個重要力學特性，其意義是： 1作為結(jié)構(gòu)計算中材料強度標準，或材料抗力標準。可以認為應(yīng)力達到y(tǒng)時為彈性變形的終點。同時，達到y(tǒng) 后在一個較大的應(yīng)變范圍內(nèi)應(yīng)力不會繼續(xù)增加，表示結(jié)構(gòu)一時喪失繼續(xù)承擔更大荷載的能力，故此以y作為彈性計算時強度的標準。 2y之前，鋼材近于理想彈性體， y之后，塑性應(yīng)變范圍很大而應(yīng)力保持不增長，所以接近理想塑性體。因此，可以用兩根直線的圖形作為理想彈塑性體的應(yīng)力-應(yīng)變模型。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對塑性設(shè)計的規(guī)定，就以材料是理想彈塑性體的假設(shè)為依據(jù)，忽略了應(yīng)變硬化的有利作用。,3.鋼材的塑性為當應(yīng)力超過屈服點后，能產(chǎn)生顯著的殘余變形（塑性變形）而不立即斷裂的性質(zhì)。塑性好壞可用伸長率和斷面收縮率表示。通過靜力拉伸試驗得到。 伸長率根據(jù)試件原標距長度 l0與試件中間部分的直徑d0 的比值為10或5而分為10或5，為試件拉斷時原標距間長度伸長值與原標距比值的百分率。 式中 ： l1 為試件拉斷后標距間長度。,斷面收縮率是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮小值與原斷面面積比值的百分率。 式中： A0 試件原來的斷面面積； A1 試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積； 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在受力時（尤其承受動力荷載時）材料塑性好壞往往決定了結(jié)構(gòu)是否安全可靠，因此鋼材塑性指標比強度指標更為重要。,圖2.2 鋼材的冷彎試驗,2.2.2 冷彎性能,根據(jù)試樣厚度，按規(guī)定的彎心直徑將試樣彎曲180度，其表面及側(cè)面無裂紋或分層則為“冷彎試驗合格”。 “冷彎試驗合格”一方面同伸長率一樣，表示材料塑性變形能力符合要求，另一方面表示鋼材的冶金質(zhì)量(顆粒結(jié)晶及非金屬夾雜分布，甚至在一定程度上包括可焊性)符合要求，因此，冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力及冶金質(zhì)量的綜合指標。 重要結(jié)構(gòu)中需要有良好的冷熱加工工藝性能，應(yīng)有冷彎試驗合格保證,2.2.3 沖擊韌性,韌性是鋼材斷裂時吸收機械能能力的量度。是與抵抗沖擊作用有關(guān)的性能。吸收較多能量才斷裂的鋼材，是韌性好的鋼材。 鋼材在一次拉伸靜載作用下斷裂時所吸收的能量，等于應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積。塑性好的鋼材，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積大，所以韌性值大。 實際工作中，而用沖擊韌性衡量鋼材抗沖擊性能。因為實際結(jié)構(gòu)中脆性斷裂并不發(fā)生在單向受拉的地方，而總是發(fā)生在有缺口高峰應(yīng)力的地方，在缺口高峰應(yīng)力的地方常呈三向受拉的應(yīng)力狀態(tài)。,AkV沖擊功。,夏比V形 缺口，單位J,圖 鋼材的沖擊試驗,缺口韌性值受溫度影響，溫度低于某值時將急劇降低。設(shè)計處于不同環(huán)境溫度的重要結(jié)構(gòu)，尤其是受動載作用的結(jié)構(gòu)時，要根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境溫度對應(yīng)提出沖擊韌性的保證要求。,2.2.4 可焊性,可焊性是指采用一般焊接工藝就可完成合格(無裂紋的)焊縫的性能。 鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。碳含量在0.120.20范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好。碳含量再高可使焊縫和熱影響區(qū)變脆。,2.3 影響鋼材性能的因素,鋼是含碳量小于2的鐵碳合金，碳大于2時則為鑄鐵。 鋼結(jié)構(gòu):碳素鋼及低合金鋼。 碳素結(jié)構(gòu)鋼由鈍鐵、碳及雜質(zhì)元素組成，其中純鐵約占99，碳及雜質(zhì)元素約占1。 低合金結(jié)構(gòu)鋼中，除上述元素外還加入合金元素，后者總量通常不超過3。碳及其他元素雖然所占比重不大，但對鋼材性能卻有重要影響。,2.3.1 化學成分的影響,碳（C） 碳是碳素結(jié)構(gòu)鋼中僅次于鐵的主要元素，是影響鋼材強度的主要因素。隨著含碳量的增加，鋼材強度提高，而塑性和韌性、尤其是低溫沖擊韌性下降，同時可焊性、抗腐蝕性、冷彎性能明顯降低。因此結(jié)構(gòu)用鋼的含碳量一般不應(yīng)超過0.22%，對焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)低于0.2%。 錳（Mn） 錳是一種弱脫氧劑，適量的錳含量可以有效地提高鋼材強度，又能消除硫、氧對鋼材的熱脆影響，而不顯著降低鋼材的塑性和韌性。錳在碳素結(jié)構(gòu)鋼中的含量為0.3%-0.8%，在低合金鋼中一般為1.0%-1.7%。,硅（Si） 硅是一種強脫氧劑，適量的硅可提高鋼材的強度，而對塑性、韌性、冷彎性能和可焊性無明顯不良影響。 但硅含量過大時，會降低鋼材的塑性、韌性、抗銹蝕性和可焊性。 釩(V)、鈮(Nb)、鈦(Ti) 我國的低合金鋼都含有這三種元素。釩、鈮、鈦都能使鋼材晶粒細化。作為錳以外的合金元素，既可提高鋼材強度，又保持良好的塑性、韌性。,鋁(Al)、鉻(Cr)、鎳(Ni) 鋁是強脫氧劑，用鋁進行補充脫氧，不僅進一步減少鋼中的有害氧化物，而且能細化晶粒。 鉻和鎳是提高鋼材強度的合金元素，用于Q390鋼和Q420鋼。 硫（S） 硫是一種有害元素，降低鋼材的塑性、韌性、可焊性、抗銹蝕性等。在高溫時使鋼材變脆，即熱脆。 鋼材中硫的含量不得超過0.05%，在焊接結(jié)構(gòu)中不超過0.045%。,磷(P) 磷既是有害元素也是能利用的合金元素。磷是碳素鋼中的雜質(zhì)，它在低溫下使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆。在高溫時磷也能使鋼減少塑性。 但磷能提高鋼的強度和抗銹蝕能力。 氧(O)、氮(N) 氧和氮也是有害雜質(zhì)，在金屬熔化的狀態(tài)下可以從空氣中進入。 氧能使鋼熱脆，其作用比硫劇烈。氮能使鋼冷脆，與磷相似。,2.3.2 成材過程的影響,1冶煉 鋼材的冶煉方法主要有平爐煉鋼、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼及電爐煉鋼。 電爐鋼質(zhì)量最佳，但耗電量很大，費用較貴； 平爐鋼的冶煉工藝容易控制，鋼產(chǎn)量高，質(zhì)量均勻，用于各種重要的結(jié)構(gòu)。 氧氣轉(zhuǎn)爐鋼所含有害元素及夾雜物少，鋼材的質(zhì)量較好，且生產(chǎn)效率高、成本低。 在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，主要使用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼的質(zhì)量，由于生產(chǎn)技術(shù)的提高，已不低于平爐鋼的質(zhì)量。,2.3.2 成材過程的影響,2澆鑄 把熔煉好的鋼水澆入鑄模做成鋼錠。鑄錠過程中因脫氧程度不同，最終成為鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼與沸騰鋼。 錳為弱脫氧劑，脫氧不完全，澆注后鋼液中殘留的氧化鐵與鋼液中的碳相互作用生成一氧化碳氣體，從鋼液中逸出時使鋼液在鋼錠模中產(chǎn)生“沸騰”，故名沸騰鋼。 沸騰鋼價格便宜。但組織不夠細密，并有較多的氧化鐵夾雜，化學成分不夠均勻。這些缺陷可使鋼的沖擊韌性較低，抵抗冷脆性能差，抗疲勞性能也較鎮(zhèn)靜鋼為差。,硅為強脫氧劑。脫氧充分，硅與氧化鐵起作用時，產(chǎn)生較多熱量。在鋼錠模中的鋼液冷卻較慢，大部分氣體可以析出。鋼液在平靜狀態(tài)下凝固，故名鎮(zhèn)靜鋼。 鎮(zhèn)靜鋼的化學成分較均勻，晶粒細而均勻，組織密實，含氣泡和有害氧化物等夾雜少，因而沖擊韌性較高，特別是低溫時的韌性大大高于沸騰鋼，抗低溫冷脆能力和抗疲勞性能都較強。,半鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程度介乎沸騰鋼與鎮(zhèn)靜鋼之間，鋼材的質(zhì)量比沸騰鋼好，價格則較鎮(zhèn)靜鋼便宜。 特殊鎮(zhèn)靜鋼用硅脫氧后再用更強的脫氧劑鋁補充脫氧。其沖擊韌性持別是低溫沖擊韌性都較高。橋梁用16Mnq鋼和15Mnvq鋼屬于特殊鎮(zhèn)靜鋼而普通低合金鋼則大多為鎮(zhèn)靜鋼。,2.3.2 成材過程的影響,2.3.2 成材過程的影響,3軋制 鋼材的軋制能使金屬的晶粒變細，也能使氣泡、裂紋等焊合，因而改善了鋼材的力學性能。薄板因輥軋次數(shù)多，其強度比厚板略高。 但澆鑄時的非金屬夾雜物在軋制后能造成鋼材的分層，所以分層是鋼材(尤其是厚板)的一種缺陷。設(shè)計時應(yīng)盡量避免拉力垂直于板面的情況，以防止層間撕裂。,4熱處理 熱處理的目的在于取得高強度的同時能夠保持良好的塑性和韌性。 正火屬于最簡單的熱處理：把鋼材加熱至850900 oC并保持一段時間后在空氣中自然冷卻即為正火； 回火是將鋼材重新加熱至650 oC并保溫一段時間，然后在空氣中自然冷卻； 淬火也稱調(diào)質(zhì)處理。淬火是把鋼材加熱至900 oC以上，保溫一段時間，然后放入水或油中快速冷卻。強度很高的鋼材，包括高強度螺栓的材料都要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。,2.3.3 影響鋼材性能的其它因素,1.冷加工硬化(應(yīng)變硬化) 在常溫下加工叫冷加工。冷拉、冷彎、沖孔、機械剪切等。減小了塑性和韌性性能，但強度有所提高。 普通鋼結(jié)構(gòu)中不利用硬化現(xiàn)象所提高的強度。重要結(jié)構(gòu)還把鋼板因剪切而硬化的邊緣部分刨去。 用作冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的冷彎型鋼，是由鋼板或鋼帶經(jīng)冷軋成型的，薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中允許利用因局部冷加工而提高的強度。,此外，還有性質(zhì)類似的時效硬化。時效硬化指鋼材僅隨時間的增長而轉(zhuǎn)脆，為不利因素。 所以有些重要結(jié)構(gòu)要求對鋼材進行人工時效。 時效過程可長達幾年。但加熱到2003000C，可使時效在幾小時完成。然后測定其沖擊韌性，以保證結(jié)構(gòu)具有長期的抗脆性破壞能力。,2.溫度的影響 鋼材對溫度相當敏感，溫度升高與降低都使鋼材性能發(fā)生變化。相比之下，低溫性能更重要。 正溫范圍：總趨勢是隨著溫度升高，鋼材強度降低，變形增大。約在200oC以內(nèi)鋼材性能沒有很大變化，430-540oC之間則強度(fy與fu)急劇下降；到600oC時強度很低不能承擔荷載。此外，250oC附近有蘭脆現(xiàn)象，約260-320oC時有徐變現(xiàn)象。 蘭脆現(xiàn)象指溫度在250oC左右的區(qū)間內(nèi)，fu有局部性提高，fy也有回升現(xiàn)象，同時塑性有所降低，材料有轉(zhuǎn)脆傾向。 徐變現(xiàn)象指在應(yīng)力持續(xù)不變的情況下鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形的現(xiàn)象。 設(shè)計時以規(guī)定150oC內(nèi)為適宜，超過之后結(jié)構(gòu)表面即需加設(shè)隔熱保護層。,負溫范圍： fy與fu都增高，但塑性變形能力減小，材料轉(zhuǎn)脆（冷脆），對沖擊韌性不利影響也十分突出。 材料由韌性破壞轉(zhuǎn)到脆性破壞時的溫度叫該種鋼材的轉(zhuǎn)變溫度。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計中要求避免完全脆性破壞，所以結(jié)構(gòu)所處溫度應(yīng)大于脆性轉(zhuǎn)變溫度。,3.應(yīng)力集中 當截面完整性遭到破壞，在缺陷或截面變化處附近，應(yīng)力線曲折、密集、出現(xiàn)高峰應(yīng)力的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。 孔邊應(yīng)力高峰處將產(chǎn)生雙向或三向的應(yīng)力。這是因為材料的某一點在x方向伸長的同時，在y方向(橫向)將要收縮，當板厚較大時還將引起z方向收縮。,三向應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài)，使材料沿力作用方向塑性變形的發(fā)展受到很大約束，材料變脆。 當為數(shù)值相等三向拉應(yīng)力時，直到材料斷裂也不屈服。發(fā)生沒有塑性變形的斷裂，既脆性斷裂。,4 .復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下鋼材的屈服條件,復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服屈服條件（第四強度理論，折算應(yīng)力）：,平面應(yīng)力狀態(tài)的屈服條件為： 平面純剪切時的屈服條件為：,單向應(yīng)力,3.4鋼材的延性破壞和非延性破壞、循環(huán)加載,有屈服現(xiàn)象的鋼材或者雖然沒有明顯屈服現(xiàn)象而能發(fā)生較大塑性變形的鋼材，一般屬于塑性材料。沒有屈服現(xiàn)象或塑性變形能力很小的鋼材，則屬于脆性材料。 即使原來塑性表現(xiàn)極好的鋼材，改變了工作條件，如在很低的溫度之下受沖擊作用，也完全可能呈現(xiàn)脆性破壞。所以，嚴格地說，不宜把鋼材劃分為塑性和脆性材料，而應(yīng)該區(qū)分材料可能發(fā)生的塑性破壞與脆性破壞。,3.4.1 延性破壞和非延性破壞,塑性破壞特征是： （1）破壞前有較大的塑性變形、有明顯的頸縮現(xiàn)象，因而易及時發(fā)現(xiàn)，危險性小。 （2）構(gòu)件斷裂發(fā)生在應(yīng)力到達鋼材的抗拉強度時。 脆性破壞的特征是： （1）破壞前的變形很小，破壞系突然發(fā)生，事先無預(yù)兆，危險性大。 （2）破壞時的應(yīng)力常小于鋼材的屈服點fy。 （3）斷口平直，呈有光澤的晶粒狀。,鋼材脆性斷裂的機理: 鋼材的斷裂，來源于存在于鋼材中的一些微小裂紋。在荷載作用下或在侵蝕性環(huán)境下，裂紋緩慢擴展，擴展到一定程度，鋼材迅速突然斷裂。,防止鋼材脆性斷裂的措施: 1）對低溫地區(qū)的焊接結(jié)構(gòu)要注意選用鋼材的材質(zhì)。 選用對沖擊韌性有較高要求的鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼； 對鋼的成分特別是碳、琉、磷的含量要嚴格控制； 不應(yīng)采用厚度大的鋼材； 如果對鋼材進行冷加工，應(yīng)將有冷加工硬化部分的鋼材刨去等。 2）對低溫地區(qū)的焊接結(jié)構(gòu)，設(shè)計時要注意焊縫的正確布置和施焊時注意焊縫的質(zhì)量。布置不當可使殘余應(yīng)力增大，也可能在焊縫區(qū)產(chǎn)生三向同號應(yīng)力而使該處材質(zhì)變脆。焊接如不嚴格按焊接工藝進行，焊縫中易產(chǎn)生微裂紋。,3）力求避免應(yīng)力集中。 4）結(jié)構(gòu)在使用時應(yīng)避免使其突然受力。,1疲勞斷裂的概念 疲勞斷裂是微觀裂縫在連續(xù)重復(fù)荷載作用下不斷擴展直至斷裂的脆性破壞。 斷口可能貫穿于母材，可能貫穿于連接焊縫，也可能貫穿于母材及焊縫。 出現(xiàn)疲勞斷裂時，截面上的應(yīng)力低于材料的抗拉強度，甚至低于屈服強度。 同時，疲勞破壞屬于脆性破壞，塑性變形極小，因此是一種沒有明顯變形的突然破壞，危險性較大。,2.4.2 循環(huán)荷載的效應(yīng),應(yīng)力循環(huán)特性：,完全對稱循環(huán)( -1) 靜荷載作用( +1),脈沖循環(huán)( 0) 一般應(yīng)力循環(huán)(-1+1),為應(yīng)力幅，表示應(yīng)力變化的幅度。總為正值。,2 - n 曲線與疲勞壽命,圖 - n 曲線,根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可以畫出構(gòu)件或連接的應(yīng)力幅 與相應(yīng)的致?lián)p循環(huán)次數(shù) n 的關(guān)系曲線。 致?lián)p循環(huán)次數(shù)也叫做疲勞壽命。,3疲勞驗算及容許應(yīng)力幅 直接受到重復(fù)荷載作用的構(gòu)件，如吊車梁、橋梁、輸送棧橋和某些工作平臺梁等以及它們的連接，當應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n 105時應(yīng)進行疲勞驗算。 永久荷載所產(chǎn)生的應(yīng)力為不變值，沒有應(yīng)力幅。應(yīng)力幅只由重復(fù)作用的可變荷載產(chǎn)生，所以疲勞驗算按可變荷載標準值進行。荷載計算中不乘以吊車動力系數(shù)，常幅疲勞按下式進行驗算。,式中 為應(yīng)力幅 max-min； 應(yīng)力以拉為正，壓為負； 常幅疲勞的容許應(yīng)力幅。,2.5 建筑鋼材的類別及鋼材的選用,2.5.1 建筑鋼材的類別,1 碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號（簡稱鋼號）有 Q195 、Q235A 、 BF 、 C 及 D , Q275 。其中的 Q 是屈服強度中屈字漢語拼音的字首，后接的阿拉伯字表示以 N / mm2為單位屈服強度的大小。 A 、 B 、 C 或 D 等表示按質(zhì)量級別符號（A差D好）。 最后還有一個表示脫氧方法的符號如 F ,Z或 b 。,2 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 Q345 、 Q39O 和 Q420 是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定采用的鋼種。 這三種鋼都包括 A 、 B 、 C 、 D 、 E 五種質(zhì)量等級，和碳素結(jié)構(gòu)鋼一樣，不同質(zhì)量等級是按對沖擊韌性（夏比 V 型缺口試驗）的要求區(qū)分的。 A 級無沖擊功要求； B 級要求提供 20 沖擊功 AKv 34J（縱向） ; C 級要求提供0 沖擊功 AKV 34J（縱向） ; D 級要求提供一 20 沖擊功 AKv34J（縱向） ; E 級要求提供一 40 沖擊功 AKv 27J（縱向）。 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的 A 、 B 級屬于鎮(zhèn)靜鋼， C 、 D 、 E 級屬于特殊鎮(zhèn)靜鋼。,3 高強鋼絲和鋼索材料 懸索結(jié)構(gòu)和斜張拉結(jié)構(gòu)的鋼索、桅桿結(jié)構(gòu)的鋼絲繩等通常都采用由高強鋼絲組成的平行鋼絲束、鋼絞線和鋼絲繩。 高強鋼絲是由優(yōu)質(zhì)碳素鋼經(jīng)過多次冷拔而成，分為光面鋼絲和鍍鋅鋼絲兩種類型。 鋼絲強度的主要指標是抗拉強度，其值在 1570-1700N / mm2范圍內(nèi)，而屈服強度通常不作要求。 高強鋼絲的伸長率較小，最低為 4 % 。高強鋼絲（和鋼索）有一個不同于一般結(jié)構(gòu)鋼材的特點 松弛，即在保持長度不變的情況下所承拉力隨時間延長而略有降低。,平行鋼絲束由 7 根、 19 根、 37 根或 61 根鋼絲組成，其截面見圖示。鋼絲束內(nèi)各鋼絲受力均勻，彈性模量接近一般受力鋼材。 鋼絞線亦稱單股鋼絲繩，由多根鋼絲捻成。 鋼絲繩多由 7 股鋼絞線捻成，以一股鋼絞線為核心，外層的 6 股鋼絞線沿同一方向纏繞。,圖 平行鋼絲束的截面,圖 鋼絲繩的捻法及截面,鋼 鉸 線,鋼 絲 繩,型鋼及規(guī)格,2.5.2 鋼材的選擇,選擇鋼材的目的是要做到結(jié)構(gòu)安全可靠，同時用材經(jīng)濟合理。為此，在選擇鋼材時應(yīng)考慮下列各因素： 1. 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性； 2.荷載性質(zhì)（靜載或動載） ； 3. 連接方法（焊接、鉚接或螺栓連接） ； 4.工作條件（溫度及腐蝕介質(zhì)）。 對于重要結(jié)構(gòu)、直接承受動載的結(jié)構(gòu)、處于低溫條件下的結(jié)構(gòu)及焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用質(zhì)量較高的鋼材。,規(guī)范對鋼材材性的要求： 1）所有承重結(jié)構(gòu)應(yīng)具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和 S、P含量的合格保證，對焊接結(jié)構(gòu)還應(yīng)有C含量的合格保 證。 2）焊接承重結(jié)構(gòu)及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有 冷彎試驗合格保證。 3）對直接承受動力作用的結(jié)構(gòu)（需進行疲勞驗算），不 論焊接或非焊接，應(yīng)進行常溫沖擊韌性的保證。 4）大于50T的中級工作制吊車對沖擊韌性的要求同3）。,Q235A 鋼的保證項目中，碳含量、冷彎試驗合格和沖擊韌性值并未作為必要的保證條件，所以只宜用于不直接承受動力作用的結(jié)構(gòu)中。當用于焊接結(jié)構(gòu)時，其質(zhì)量證明書中應(yīng)注明碳含量不超過 0.2%。 當選用 Q235A 、 B 級鋼時，還需要選定鋼材的脫氧方法。,2.5.3 型鋼的規(guī)格,鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般宜直接選用型鋼，這樣可減少制造工作量，降低造價。型鋼尺寸不夠合適或構(gòu)件很大時則用鋼板制作。型鋼有熱軋及冷成型兩種。 1 熱軋鋼板 熱軋鋼板分厚板及薄板兩種，厚板的厚度為 4.5-60mm(廣泛用來組成焊接構(gòu)件和連接鋼板)，薄板厚度為0.35-4mm(冷彎薄壁型鋼的原料)。 在圖紙中鋼板用“-厚 x 寬 x 長（單位為毫米）”前面附加鋼板橫斷面的方法表示，如：-12 x 800 x 2100等。,2 熱軋型鋼 角鋼有等邊和不等邊兩種。等邊角鋼，以邊寬和厚度表示，如 L100 x 10為肢寬 100 mm 、厚 10mm 的等邊角鋼。不等邊角鋼，則以兩邊寬度和厚度表示，如 L100 x 80 x 10 等。 槽鋼我國槽鋼有兩種尺寸系列，即熱軋普通槽鋼與熱軋輕型槽鋼。前者的表示法如 30a ，指槽鋼外廓高度為 30cm 且腹板厚度為最薄的一種（a、b、c）； 后者的表示法例如 25Q ，表示外廓高度為 25cm , Q 是漢語拼音“輕”的拼音字首。,工字鋼與槽鋼相同，也分成兩個尺寸系列：普通型和輕型。與槽鋼一樣，工字鋼外輪廓高度的厘米數(shù)即為型號，普通型者當型號較大時腹板厚度分 a 、 b 及c三種。輕型的由于壁厚已薄故不再按厚度劃分。兩種工字鋼表示法如： I32c , I32Q 等。 H 型鋼和剖分 T 型鋼熱軋 H 型鋼分為三類：寬翼緣 H 型鋼（ HW ）、中翼緣 H 型鋼（ HM ）和窄翼緣 H 型鋼（ HN ）。 H 型鋼型號的表示方法是先用符號 HW 、 HM 和 HN 表示 H 型鋼的類別，后面加“高度（毫米） x 寬度（毫米） ” , 例如HW300x300 ，即為截面高度為 300mm ，翼緣寬度為 300mm 的寬翼緣 H 型鋼。 剖分 T 型鋼系由對應(yīng)的 H 型鋼沿腹板中部對等剖分而成。其表示方法與 H 型鋼類同。,3 冷彎薄壁型鋼 是用 2-6mm 厚的薄鋼板經(jīng)冷彎或模壓而成型的（如圖示）。壓型鋼板是近年來開始使用的薄壁型材，所用鋼板厚度為 0.4-2mm ，用做輕型屋面等構(gòu)件。,熱軋型鋼的型號及截面幾何特性見書后附錄6 。薄壁型鋼的常用型號及截面幾何特性見 冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范 GB 50018 一 2002 的附錄。,角鋼,槽鋼,鋼管,型鋼及規(guī)格,工字鋼,H型鋼,型鋼及規(guī)格,1鋼材的抗剪強度設(shè)計值,與鋼材抗拉強度設(shè)計值f的關(guān)系為（ ） A,B,C,D,2在三向應(yīng)力狀態(tài)下，鋼材轉(zhuǎn)入塑性狀態(tài)的綜合強度指標稱為（ ） A設(shè)計應(yīng)力 B計算應(yīng)力 C容許應(yīng)力 D折算應(yīng)力 3鋼材的標準應(yīng)力-應(yīng)變曲線是通過下列哪項試驗得到的?（ ） A冷彎試驗 B單向拉伸試驗 C沖擊韌性試驗 D疲勞試驗,4. 鋼結(jié)構(gòu)更適合于建造大跨結(jié)構(gòu)，這是由于（ ）。 A.鋼材具有良好的耐熱性 B.鋼材具有良好的焊接性 C.鋼結(jié)構(gòu)自重輕而承載力高 D.實際受力性能和力學計算結(jié)果最符合 5. 鋼結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)是指（ ）。 A.已達到五十年的使用年限 B.結(jié)構(gòu)達到最大承載力產(chǎn)生破壞 C.結(jié)構(gòu)和構(gòu)件產(chǎn)生疲勞裂紋 D.結(jié)構(gòu)變形已不能滿足使用要求 6. 鋼材的塑性性能受很多因素的影響，在下列結(jié)論中正確的是（ ）。 A.溫度降低對鋼材塑性性能影響不大 B.三向拉應(yīng)力導致鋼材塑性增加 C.加荷速度越快，鋼材塑性越差 D.應(yīng)力集中對塑性性能無顯著影響 7. 鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞是由于（ ）。 A.鋼材是塑性較差的材料 B.鋼材的強度較高 C.結(jié)構(gòu)的構(gòu)造不合理或工作條件差 D.材料的使用應(yīng)力超過屈服點 8. 鋼材的伸長率指標是通過下列哪項試驗得到的？（ ）。 A.冷彎試驗 B.沖擊功試驗 C.疲勞試驗 D.單向拉伸試驗,9.在下列各化學元素中，( )的存在可提高鋼材的強度和抗銹蝕能力，但卻會嚴重地降低鋼材的塑性、韌性和可焊性，特別是在溫度較低時促使鋼材變脆(冷脆) A.硅 B.鋁 C.硫 D.磷 10.根據(jù)鋼材的一次拉伸試驗，可得到如下四個力學性能指標，其中( )是鋼結(jié)構(gòu)的強度儲備。 A.屈服點fy B.抗拉強度fu C.伸長率 D.彈性模量E,11型鋼代號L1008中，L表示 。 12Q235BF鋼中的F表示 。 13動力荷載作用下鋼材抵抗脆性破壞的性能指標為 。 14部分T型鋼是半個 型鋼。,第3章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,鋼結(jié)構(gòu)對連接的要求及連接方法 第一部分 焊接連接 對接焊縫的構(gòu)造和計算 角焊接連接的特性和計算 焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形 第二部分 螺栓連接 普通螺栓 高強螺栓,主要內(nèi)容：,鋼結(jié)構(gòu)對連接的要求和連接方法,連接的要求：足夠的強度、剛度和延性 連接方法：鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件制作和整體安裝都離不開零部件和構(gòu)件之間的連接（connection）。鋼結(jié)構(gòu)主要的連接方法是焊接連接和螺栓連接，有時也使用鉚釘連接。,圖4-1 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法,第一部分 焊接連接,概念: 在被連接金屬件之間的縫隙區(qū)域，通過高溫使被連接金屬與填充金屬熔融結(jié)合，冷卻后形成牢固連接的工藝過程稱為焊接連接（welded connection），填充金屬帶稱為焊縫。 特點: 焊接連接不削弱構(gòu)件截面，接頭緊湊，可以采用自動化操作，是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法。 但是，由于焊縫附近高溫作用而形成的熱影響區(qū)，使鋼材的金相組織和力學性能發(fā)生變化，材質(zhì)變脆，一旦局部發(fā)生裂紋很容易擴展，尤其在低溫下易發(fā)生脆斷；另外，焊接過程中會產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形，對結(jié)構(gòu)的工作性能往往有不利影響。,電弧焊、埋弧焊,3.1.1 常用焊接方法,圖4-3 手工電弧焊,圖4-4 自動埋弧焊,手工電弧焊的焊條應(yīng)與焊件鋼材相匹配，如：Q235-E43；Q345-E50；Q390-E55 埋弧焊的焊條應(yīng)與焊件鋼材相匹配，如：Q235-H08、H08A、H08MnA; Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn,氣體保護焊： 氣體保護焊簡稱氣電焊，是利用惰性氣體或二氧化碳氣體作為保護介質(zhì)，在電弧周圍造成局部的保護層，使被熔化的鋼材不與空氣接觸，因而電弧加熱集中，焊接速度快，熔化深度大，焊縫強度高，塑性好。 電阻焊： 電阻焊是利用電流通過焊 件接觸點表面的電阻所產(chǎn)生的熱量 來熔化金屬，再通過壓力使其焊合。 冷彎薄壁型鋼的焊接常用這種接觸 點焊(如圖)。電阻焊適用于板疊厚 度不超過12mm的焊接。,電阻焊,(1)焊縫缺陷 焊縫的常見缺陷：,裂紋是焊縫連接中最危險的缺陷（defect）。按裂紋產(chǎn)生的時間，可分為熱裂紋和冷裂紋。,3.1.2 焊接連接的特性及焊縫連接,1 焊縫缺陷和焊縫質(zhì)量檢驗,焊縫等級：鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范分三級 三級焊縫：外觀檢查； 二級焊縫：在外觀檢查的基礎(chǔ)上再做無損檢驗，用超聲波檢驗每條焊縫的20長度，且不小于200mm； 一級焊縫：在外觀檢查的基礎(chǔ)上用超聲波檢驗每條焊縫全部長度，以便揭示焊縫內(nèi)部缺陷。 強度折減：高空安裝焊縫，強度設(shè)計值乘以0.9,（2） 焊縫質(zhì)量檢驗 焊縫檢驗就是檢驗焊縫及焊接熱影響區(qū)域的有無各種缺陷，并作出相應(yīng)的處理，評價焊接質(zhì)量、性能是否達到設(shè)計要求，確保焊縫安全可靠。,焊縫接頭型式：平接、搭接、T形連接和角接,2 焊縫連接型式及焊縫型式,圖4-7 焊縫連接型式,除上述主要形式外，有時還采用焊釘和槽焊。 即在板件上加工出圓孔或槽孔，在孔內(nèi)進行部分或全部焊接。焊釘和槽焊用于搭接連接可以傳遞剪力，或用于組裝件的連接。,焊縫型式：對接焊縫和角焊縫,圖 焊縫型式,施焊位置：按施焊時焊工所持焊條與焊件間的相對位置關(guān)系，焊縫還分為：俯焊（平焊）、立焊、橫焊和仰焊,焊縫施焊位置,焊縫代號用于鋼結(jié)構(gòu)施工圖上對焊縫進行標注，標明焊縫形式、尺寸和輔助要求。常用焊縫代號和標注方法如下：,表 焊縫代號及標注方法,3 焊縫代號,當焊縫分布比較復(fù)雜或用上述注標方法不能表達清楚時，可在標注焊縫代號的同時，在圖上加柵線表示焊縫。,3.1.3 對接焊縫的構(gòu)造和計算,對接焊縫常做成帶坡口的形式，故又稱為坡口焊縫。常用的坡口形式有直邊形、單邊V形、V形、U形、K形和X形(如下圖)。做坡口是為了便于施焊，保證焊接質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)焊件的厚度選用不同的坡口形式。,1 對接焊縫的構(gòu)造要求,對接焊縫坡口形式,當焊件厚度t6mm(手工焊)或t10mm(埋弧焊)時，可采用直邊形焊縫；對于一般厚度（t820mm），可采用單邊V或V形焊縫，斜坡口和間隙c形成一個焊條能夠施焊的空間，使焊縫易于焊透；對于厚度t20mm，應(yīng)采用施焊空間更大的U形、K形或X形焊縫。 當間隙c過大時，為防止熔化金屬溢出，可采用墊板，施焊成型后，墊板可除去，也可保留。,對接焊縫加引弧板,對接焊縫的兩端，常因不能熔透而出現(xiàn)凹形的焊口，焊口處常產(chǎn)生裂紋和應(yīng)力集中。所以，對接焊縫施焊時應(yīng)采用引弧板消除此影響；在一些特殊情況下無法采用引弧板時（如T形接頭的對接焊縫），每條焊縫的計算長度（有效長度）焊縫長度2t(t為較薄焊件的厚度)。,在對接焊縫的拼接處，當兩塊焊件的寬度 或厚度相差4mm以上時，應(yīng)分別把較寬或較厚一 側(cè)的板件做成不大于1：2.5的斜邊與窄或薄的焊件焊接，使截面緩和過渡以減小應(yīng)力集中。,2 對接焊縫的強度計算 焊縫的強度計算，就是計算焊縫在各種受力情況下，是否滿足強度條件，保證連接的可靠性。 （1）對接焊縫受軸心力作用,對接焊縫與軸力垂直時，焊縫截面的應(yīng)力均勻分布，強度計算公式為：,式中 N 軸心拉力或壓力； lw 焊縫的計算長度。未使用引弧板時， lw l2t，采用引弧板時 lwl;,l 焊縫的幾何長度； t 被連接件的較小厚度，在T形連接中為腹板厚度; ftw、 fcw對接焊縫的抗拉、抗壓強度設(shè)計值（查附表）。,對于焊縫質(zhì)量等級為一、二級的對接焊縫，其強度與鋼材強度相等。三級縫抗拉強度為焊件鋼材的0.85，其它同焊件鋼材，查表。 因此，如果連接中使用了引弧板，則鋼材強度滿足焊縫強度就滿足，可不驗算。否則，計算。 而焊縫質(zhì)量為三級的焊縫，其強度低于鋼材強度，必須按公式計算。,如果直焊縫的強度不滿足，可使用斜對接焊縫（如圖），使焊縫的長度增加，應(yīng)力減小。若取焊縫與與作用力之間的夾角56.3o（tan 1.5），斜焊縫的強度不會低于鋼材，可以不驗算。,（2）對接焊縫受彎矩、剪力共同作用,圖示用對接焊縫連接的工字形截面梁，焊縫受彎矩和剪力共同作用。截面上正應(yīng)力、剪應(yīng)力分布如圖示，在上、下翼緣邊有最大正應(yīng)力，在腹板中部有最大剪應(yīng)力，且都屬于單向應(yīng)力狀態(tài)，可分別驗算這兩點的抗彎強度和抗剪強度：,另外，在翼緣與腹板相交處，同時受較大正應(yīng)力和剪應(yīng)力，且屬于雙向應(yīng)力狀態(tài)，該點的應(yīng)力按折算應(yīng)力計算。考慮到折算應(yīng)力只是在局部出現(xiàn)，焊縫的強度設(shè)計值可提高10，故得計算公式如下：,式中 Iw焊縫計算截面的慣性矩； Sw計算剪應(yīng)力處以外的焊縫計算截面對中和軸的面 積矩； Ww焊縫計算截面的抵抗矩； tw腹板厚度； fvw對接焊縫的抗剪強度設(shè)計值。,式中 1腹板與翼緣交接處由彎矩引起的正應(yīng)力； 1腹板與翼緣交接處的剪應(yīng)力；,（3）對接焊縫受軸心力、彎矩和剪力共同作用,將軸心力作用產(chǎn)生的正應(yīng)力與彎矩產(chǎn)生的正應(yīng)力疊加。此時，最大正應(yīng)力在翼緣邊，單向受力；其余部分均受正應(yīng)力和剪應(yīng)力作用，屬雙向應(yīng)力狀態(tài)，其中翼緣與腹板相交處正應(yīng)力和剪應(yīng)力都較大。需對上述兩點進行強度驗算，計算公式如下：,3.1.4 角焊縫的構(gòu)造和計算 1 角焊縫的截面形式和受力性能,角焊縫截面形式可分為直角角焊縫和斜角角焊縫兩類： 其中直角角焊縫的直角邊邊長hf稱為焊腳尺寸； he稱為焊縫的有效厚度，是計算角焊縫破壞面面積的參數(shù)之一 。,直角角焊縫及截面形式,斜角角焊縫及截面形式,角焊縫按受力情況還分為正面角焊縫和側(cè)面角焊縫。 焊縫長度方向垂直于力作用方向的角焊縫稱為正面角焊縫(也稱端焊縫)； 平行于力作用方向的角焊縫稱為側(cè)面角焊縫（簡稱側(cè)焊縫）。,側(cè)面角焊縫在外力作用下主要承受剪應(yīng)力，塑性較好，強度較低。在彈性階段，應(yīng)力沿焊縫長度方向分布不均勻，兩端大而中間小，破壞的起點常在焊縫兩端，破壞面約為450斜面，如圖所示。,正面角焊縫的應(yīng)力狀態(tài)比側(cè)面角焊縫復(fù)雜，截面上受正應(yīng)力及剪應(yīng)力作用，如圖所示。 正面角焊縫的強度比側(cè)面角焊縫高，但塑性較差，焊縫根角處應(yīng)力集中突出，常在此處首先出現(xiàn)裂紋而破壞。 在直接承受動態(tài)荷載的結(jié)構(gòu)中，正面角焊縫的截面常用平坦式，側(cè)面角焊縫的截面常用凹面式。,2 角焊縫的構(gòu)造要求,為了避免因焊腳尺寸過大而引起“燒穿”、“變脆”或過小引起收縮裂紋等缺陷，以及焊縫長度太長或太短而出現(xiàn)焊縫受力不均勻等現(xiàn)象，對角焊縫的焊腳尺寸、焊縫長度還有限制。在計算角焊縫連接時，除滿足焊縫的強度條件外，還必須滿足以下構(gòu)造要求：,1）最小焊腳尺寸 手工焊 ： 埋弧自動焊： T型連接的單面角焊縫： 式中tmax較厚焊件的厚度。 當焊件厚度小于或等于4mm時，最小焊腳尺寸與焊件厚度相同。,2）最大焊腳尺寸 式中t較薄焊件的厚度。,當兩塊鋼板厚度相差懸殊大，用等腰直角角焊縫無法滿足最大、最小焊腳尺寸要求時,可用不等焊腳尺寸，按滿足右圖要求采用（其中t1t2）。,當角焊縫貼著焊件板邊緣施焊時，為避免產(chǎn)生“咬邊”現(xiàn)象，角焊縫的最大焊腳尺寸應(yīng)符合圖示要求： 圓孔或槽孔內(nèi)角焊縫 的最大焊腳尺寸為圓孔 直徑或槽孔短徑的13。,3）最小計算長度,此規(guī)定適合正面角焊縫和側(cè)面角焊縫。,計算長度：,4）最大計算長度 對側(cè)面角焊縫 承受靜力荷載或間接承受動力荷載時, 直接承受動力荷載時, 在滿足受力和構(gòu)造要求的前提下,從減小焊接熱影響的角度來說,應(yīng)盡可能采用焊腳尺寸小而長度較長的焊縫。,小結(jié) 設(shè)計時，焊縫需滿足： 焊腳尺寸：,5）其他構(gòu)造要求 當板件的端部僅有兩側(cè)角焊縫連接時，為避免應(yīng)力傳遞的過分曲折而使構(gòu)件中應(yīng)力過分不均，應(yīng)使每條側(cè)面角焊縫長度不小于兩側(cè)面角焊縫之間的距離b。,同時，為了避免因焊縫橫向收縮，引起板件拱曲，應(yīng)使側(cè)面角焊縫之間的距離b不宜大于16t(當t12mm)或190mm(當t12mm)，t為較薄焊件厚度。若不能滿足上述規(guī)定時，應(yīng)加正面角焊縫或焊釘。,當角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時，為避免起、滅弧缺陷發(fā)生在應(yīng)力集中較大的轉(zhuǎn)角處，宜連續(xù)地繞過轉(zhuǎn)角加焊2hf。 在搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，且不小于25mm，以減小焊縫收縮應(yīng)力和偏心產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動對連接的影響,對次要構(gòu)件且焊縫受力很小時，可采用間斷角焊縫連接。間斷角焊縫長度l必須大于10hf，且不小于50mm；間斷角焊縫的間距e不宜太長，以免因間斷過大，使連接不緊密。 對受壓構(gòu)件：間距e 15t 受拉構(gòu)件：間距e30t t較薄焊件的厚度。,3.1.5 角焊縫的構(gòu)造和計算,基本假定: 1)采用沿450方向的焊縫截面為計算時的破壞截面; 2)角焊縫抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值取相同值 3）在通過焊縫形心的拉力、壓力和剪力作用下，沿焊縫長度的應(yīng)力是均勻分布的。 4)不計焊縫熔入焊件的深度和焊 縫表面的弧線高度，偏安全地取 破壞面上等腰三角形的高為直角 角焊縫的有效厚度he，取 he 0.7hf。有效厚度he與焊縫 計算長度lw的乘積稱為破壞面的 有效截面面積。,(1) 角焊縫計算的基本公式,角焊縫計算簡圖,角焊縫的強度條件 ：,式中垂直于焊縫有效截面的正應(yīng)力； 有效截面上垂直焊縫長度方向的剪應(yīng)力； 有效截面上平行于焊縫長度方向的剪應(yīng)力； ffw角焊縫的強度設(shè)計值，由角焊縫的抗剪試驗和可靠度分析確定（附表1.2）。 相當于焊縫單向抗拉強度設(shè)計值。,將 、 、 代人上式整理得：,寫為：,lw角焊縫的計算長度?？紤]起、落弧的影響，每條焊縫的計算長度等于實際長度減去2hf,1）當Nz=0,f=0，只有軸心力Nx作用，焊縫為正面角焊縫，其計算公式為：,2）當Nx=0,f0，只有軸心力Nz作用，焊縫