鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)典教程

1、鋼結(jié)構(gòu)教程,第一章 概述 第二章 建筑鋼材 第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接 第四章 軸心受力構(gòu)件 第五章 梁（受彎構(gòu)件） 第六章 拉彎與壓彎構(gòu)件,Crane 收集 歡迎大家交流,第一章 緒 論,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用 第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理與方法 第三節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展 第四節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)方法,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,一、鋼結(jié)構(gòu)的特點,強度高、重量輕,鋼與混凝土、木材相比，雖然質(zhì)量密度較大，但其屈服點較混凝土和木材要高得多，其質(zhì)量密度與屈服點的比值相對較低。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。,質(zhì)地均勻，塑性和韌性好,鋼材質(zhì)地均勻，

2、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。,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(zhǔn)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。,密閉性能好,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、大型油庫、氣柜、管道等板殼結(jié)構(gòu)都采用鋼結(jié)構(gòu)。,抗震及抗動力荷載性能好,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。,具有一定的耐熱性,溫度在250以內(nèi)，鋼的性質(zhì)變化很小，溫度達到300以上，強度逐漸下降

3、，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。在自身有特殊防火要求的建筑中，鋼結(jié)構(gòu)必須用耐火材料予以維護。當(dāng)防火設(shè)計不當(dāng)或者當(dāng)防火層處于破壞的狀況下，有可能將產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。,遠眺紐約曼哈頓世貿(mào)大樓,絕版紐約世貿(mào)中心雙子塔,撞擊下的世界貿(mào)易中心 美國東部時間2001年9月11日上午8時45分，一架起飛重量達160噸的波音767型飛機，直接撞擊紐約世界貿(mào)易中心北塔；18分鐘后，又一架起飛重量為100噸的波音757型飛機，幾乎攔腰撞擊世界貿(mào)易中心南塔。假設(shè)兩架飛機的起飛重量是滿負荷，再考慮兩種機型的速度是1000千米/小時，而且以恐怖分子執(zhí)意為之的心理，這個速度已是

4、下限，那么，在這種條件下，世界貿(mào)易中心受到的沖量究竟有多少呢？,根據(jù)動量的計算公式P=mv，m是質(zhì)點的質(zhì)量，v是該質(zhì)點的質(zhì)心速度，質(zhì)點的動量是矢量，其方向和速度矢量的方向相同。實質(zhì)上，飛機撞擊世界貿(mào)易中心是屬于物體對障礙物碰撞的現(xiàn)象，我們先看看有關(guān)數(shù)據(jù)：一、北塔所承受767型飛機撞擊的動量m=1601000=160000（千克）v=（10001000）3600277.8米/秒P=mv=160000277.8=44448000千克米/秒二、南塔所承受757型飛機撞擊的動量m=1001000=100000（千克）v=（10001000）3600277.8米/秒P=mv=100000277.8=27

5、780000千克米/秒 以上數(shù)據(jù)之巨，可見飛機每一次撞擊的力量都是致命的，所以有物理學(xué)家說，這種撞擊與爆炸，可達1000噸烈性炸藥當(dāng)量，應(yīng)該是可信的。,南北塔是筒中筒結(jié)構(gòu)，核心是47個電梯井（因分段設(shè)置，47個電梯井可容104部電梯），外圍是鋼柱排列，9層以下的承重外柱間距為3米，9層以上承重外柱間距為1.016米，標(biāo)準(zhǔn)層窗寬僅0.55米，如此密植的鋼鐵森林，于極高速撞擊之下，兩架飛機還是全都沒入其腹部，甚至撞擊南塔那架還穿透整座進深達63.5米的大廈，撞擊力量之巨，威力之大，實在令人悚然。 但是，事實上，世界貿(mào)易中心卻經(jīng)受住了這等力量的撞擊，因為撞擊造成的動量，并不是坍塌的決定因素。,烈火中

6、的世界貿(mào)易中心撞擊兩塔的波音767型或757型飛機，如果機體直徑約計10米的話，也就是說，世界貿(mào)易中心北塔的80層左右，南塔的60層左右，在飛機的質(zhì)量與速度的撞擊下，應(yīng)該各有三層都處于被飛機躥通的狀態(tài)。而且767機型滿掛油料是45噸，757機型為30噸，這些油料霎時傾倒其中，可從具體數(shù)據(jù)看其慘烈之狀。世界貿(mào)易中心邊長=63.5米世界貿(mào)易中心每層的建筑面積=63.563.54032平方米如果除開間隔墻體所占面積，還有一般占摩天大廈建筑面積達1/51/4的電梯井的面積，也就是說，在3000平方米不到的面積里，澆灌了4530噸的高燃值的油料在燃燒（南塔有一部分溢出）。,我們可以估量，以液態(tài)燃油的漫溢

7、性質(zhì)，這數(shù)十噸燃油所產(chǎn)生的熱量，或可足以把受撞擊層變成熔爐，兼有樓體里面許多例如紙張、塑料制品、各類管線氣體等易燃易爆物品，特別是外幕墻玻璃被擊破和電梯井被穿透后，電梯井便變作拔氣管，成了助燃工具。所以被撞擊后的世界貿(mào)易中心，遠遠看去，就像兩根碩大的煙囪。同時，高達1000的溫度，鋼結(jié)構(gòu)都易產(chǎn)生變形，更因上有重壓，所以最終招致崩落現(xiàn)象。而且，高溫之下，燃油有氣化的現(xiàn)象，急速膨脹的氣體，燃燒中必然夾雜著爆炸，這更是致命的。因此，火，火，火，才是世界貿(mào)易中心殞落的決定因素。,大廈被撞擊后，那里面被飛機躥空的三層，其核心部位電梯井已失去作用（有部分油料會倒灌井內(nèi)，引起井道內(nèi)爆），里面幾乎成了鏤空狀態(tài)

8、，在烈火燃燒下，剩下的兩側(cè)外圍承重的鋼柱軟化，以上數(shù)十層至少有20000余噸的樓層的重力（以兩幢共用鋼19.2萬噸計，加上租賃方的什物就遠不止這個數(shù)了），在有10米高的空間盈余下，夾著9.8米/秒的加速度作自由落體墜落，重力之下，勢如破竹。,在這里，燃燒的高溫致使被飛機沖力撞剩的鋼柱軟化，而被撞擊層以上樓層的重力在加速度作用下，以雷霆萬鈞之勢，造成了世界貿(mào)易中心遇襲后的必然結(jié)果坍塌。所以，世界貿(mào)易中心只能是坍塌，而不是倒塌。,鋼結(jié)構(gòu)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

9、鋼，可大量節(jié)省維護費用，但還未能廣泛采用。,二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。直觀的說：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉棚、工廠、住宅和臨時建筑等。這是和鋼結(jié)構(gòu)自身的特點相一致的。,鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,1、重型結(jié)構(gòu)及大跨度建筑結(jié)構(gòu)； 2、多層、高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)； 3、輕鋼結(jié)構(gòu)； 4、塔桅等高聳結(jié)構(gòu)； 5、鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。,鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,鋼結(jié)構(gòu)通常有框架、平面(木行)架、網(wǎng)架（殼）、索膜、輕鋼、塔桅等結(jié)構(gòu)型式。,1、廠房鋼結(jié)構(gòu),廠房鋼結(jié)構(gòu)一般指重型、大型車間的承重骨架。通常由檁條、天窗

10、架、屋架、托架、柱、吊車梁、制動梁（桁架）、各種支撐及墻架等構(gòu)件組成。,2、輕型鋼結(jié)構(gòu),輕型鋼結(jié)構(gòu)因具有用鋼量省、造價低、供貨迅速、安裝方便、外形美觀、內(nèi)部空曠等特點，在近年來得到迅速的發(fā)展，主要用于： 單層或多層廠房、倉庫 ； 多層住宅、辦公樓 （圖） 多層住宅、辦公樓柱距一般為69米，不超過8層，基礎(chǔ)受力小，有利于抗震；資源耗用少；工業(yè)化程度高；施工速度快；可裝拆；造價略高。 小別墅 （圖）,3、大跨度鋼結(jié)構(gòu),大跨度結(jié)構(gòu)主要有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等。,（1）網(wǎng)架結(jié)構(gòu),網(wǎng)架結(jié)構(gòu)廣泛用作體育館、展覽館、俱樂部、影劇院、食堂、會議室、候車廳、飛機庫、車間等的屋蓋結(jié)構(gòu)。具有工業(yè)化程度高、自

11、重輕、穩(wěn)定性好、外形美觀的特點。,網(wǎng)架結(jié)構(gòu),構(gòu)成網(wǎng)架的基本單元有三角錐、三棱體、正方體、截頭四角錐等，由這些基本單元可組合成平面形狀的三邊形、四邊形、六邊形、圓形或其他任何形體。,網(wǎng)架結(jié)構(gòu),一般而言，網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)有下列三種節(jié)點形式： 焊接球節(jié)點 螺栓球節(jié)點 （圖） 鋼板節(jié)點,（2）懸索及索桁架結(jié)構(gòu),以一系列拉索為主要承重構(gòu)件，這些索按一定的規(guī)律組成各種不同的形式，懸掛于相應(yīng)的支撐結(jié)構(gòu)上，使材料強度在受拉情況下得到充分發(fā)揮的結(jié)構(gòu)形式。節(jié)約鋼材（以浙江省體育館為例，僅17kg/m2）、外形美觀、設(shè)計施工較復(fù)雜，適合于大跨度屋頂。,（3）網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一樣，網(wǎng)殼也是由許多桿件按一定規(guī)律布置，通過

12、節(jié)點連接成空間桿系結(jié)構(gòu)，但網(wǎng)架的外形呈平板狀，而網(wǎng)殼的外形呈曲面狀。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的特點：外形美觀、通透感好，建筑空間大、用材省，設(shè)計施工較復(fù)雜。,蘇州樂園宇宙大戰(zhàn)館球體屋面（穹頂）,上海商務(wù)中心 網(wǎng)狀網(wǎng)殼,4.橋梁鋼結(jié)構(gòu),橋梁鋼結(jié)構(gòu)的主要形式有： （1）桁架式橋（如武漢、南京長江大橋）（連續(xù)小跨距） （2）箱形橋梁（如立交橋、鐵路橋），鋼板焊成 （3）拱形橋梁，中、小跨度（圖） （4）斜拉橋（如上海南浦、楊浦大橋）“H”型鋼，大跨距、特大跨距（圖） （5）懸索橋（如江陰長江大橋）桁架梁1000米跨距,拱形橋梁,斜拉橋,5.高聳鋼結(jié)構(gòu),高聳鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式多為空間桁架，其特點是高跨比較大，以水平荷載

13、作用為主，可應(yīng)用在以下幾個方面： （1）輸電塔（圖） （2）通訊及微波塔 （3）多功能廣播電視發(fā)射塔（圖） （4）桅桿 （5）火炬塔、石油化工塔架,6.高層鋼結(jié)構(gòu),已建的高層鋼結(jié)構(gòu) （紐約世貿(mào)中心不幸在恐怖事件中倒塌，向死難的人民表示哀悼）,高層鋼結(jié)構(gòu),（1）一般50層以上建筑均用鋼結(jié)構(gòu) （2）自重輕、抗震性能好，基礎(chǔ)處理方便 （3）柱用焊接方管（圓角）、H型鋼或組合柱 （4）梁用H型鋼，上下翼緣用對接焊，腹板用高強螺栓作抗剪連接，柱與梁翼緣對應(yīng)處有加強板,高層鋼結(jié)構(gòu),（5）樓板用壓型鋼板加鋼筋網(wǎng)加細石砼構(gòu)成組合板，板與梁連接用銷釘 （6）外墻用玻璃或鋁幕墻 （7）基礎(chǔ)用樁基加箱基，箱基作停車

14、場 （8）防火要求非常嚴格,159m 高的啟東廣播電視塔位于江蘇啟東新落成的廣電廣場,購物中心,第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理與方法,結(jié)構(gòu)設(shè)計首層規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB50068）規(guī)定：結(jié)構(gòu)的可靠度應(yīng)采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法分析確定。 鋼結(jié)構(gòu)和其他建筑結(jié)構(gòu)一樣，遵循“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”要求，采用的也是以概率論為基礎(chǔ)，用分項系數(shù)表達的極限狀態(tài)設(shè)計方法。,結(jié) 構(gòu) 概 率 設(shè) 計 法,對結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要考慮的多種非確定性因素，如荷載、材料性能等，運用概率論和數(shù)理統(tǒng)計的方法來尋找它們的規(guī)律性，從而進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，這就是結(jié)構(gòu)概率設(shè)計法。 荷載效應(yīng)S：取決于各種荷載（恒載、活載、風(fēng)、地震作用，溫度

15、變化等）。 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力或抗力R：取決于材料、構(gòu)件的幾何特性等。,結(jié) 構(gòu) 概 率 設(shè) 計 法,設(shè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)方程：Z=R-S 當(dāng) Z0 時，結(jié)構(gòu)可靠； 當(dāng) Z0 時，結(jié)構(gòu)失效； 當(dāng) Z=0 時，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載能力處于極限狀態(tài)。,結(jié) 構(gòu) 概 率 設(shè) 計 法,結(jié)構(gòu)可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。若以 表示結(jié)構(gòu)的可靠度，則： 失效概率：結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)的概率，以 表示，則有：,結(jié)構(gòu)是否可靠就看結(jié)構(gòu)可靠度是否足夠大或其失效概率是否小到可以接受的程度。 對于一個結(jié)構(gòu)狀態(tài)方程，其平均值 與其標(biāo)準(zhǔn)差 的比值 ，稱為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的可靠度指標(biāo)。 與 有確定的對應(yīng)關(guān)系， 增大， 減小

16、，而對于結(jié)構(gòu)來說 容易確定得多。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)定,承重結(jié)構(gòu)設(shè)計均按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)來進行的。 計算結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強度或穩(wěn)定性及連接的強度時應(yīng)采用荷載的設(shè)計值；計算疲勞和變形時，采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。,承載能力極限狀態(tài),承載能力極限狀態(tài)為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力或達到不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)。 強度、穩(wěn)定性設(shè)計采用的極限狀態(tài)設(shè)計表達式： 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)， -永久荷載設(shè)計值 在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力， 為標(biāo)準(zhǔn)值， 為分項系數(shù)，一般取1.2，當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時取1.0； : 第i個可變荷載設(shè)計值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接中的應(yīng)力 : 荷載組合系數(shù)；,正常使用極限狀態(tài),正常使

17、用極限狀態(tài)為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用（變形或耐久性能）的某項規(guī)定限值的極限狀態(tài)。其表示式為： 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形； 第一個可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形； 第i個可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形； 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的容許變形值。梁以容許撓度表示。,第三節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展,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(dāng)大的差距，最大的差距在于建筑鋼結(jié)構(gòu)。 97年新發(fā)布的中國建筑技術(shù)政策中強調(diào)要重點發(fā)展建筑鋼結(jié)構(gòu)，國家相關(guān)部門也多次發(fā)布文件，要求擴大鋼結(jié)構(gòu)住宅的市場占有率。 96年我國鋼產(chǎn)量已開始超億噸，居世界首位，為鋼結(jié)構(gòu)

18、發(fā)展奠定物質(zhì)基礎(chǔ)，對鋼材的使用已由“節(jié)約使用”變?yōu)椤昂侠碛娩摗薄ⅰ凹哟蠼ㄖ娩摗薄?當(dāng)今我國建筑業(yè)中發(fā)展最快的就是鋼結(jié)構(gòu)，最缺的人才也是鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)，發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)以帶動其它相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已成為建筑業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)。,第四節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)方法,根據(jù)教學(xué)大綱要求，課程只講鋼結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件部分； 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）； 受課時限制，不能過多的詳解例題，一定要記好筆記，從機理理解一些理論問題，加強課前預(yù)習(xí)與課后復(fù)習(xí)； 多作習(xí)題與思考題，避免眼高手低。,第二章 建筑鋼材,第一節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)用鋼的基本要求 第二節(jié) 鋼材的主要機械性能 第三節(jié) 影

19、響鋼材性能的主要因素 第四節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)用鋼的種類及選擇,第一節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)用鋼的基本要求, 鋼材種類繁多，規(guī)格、用途也不相同，對建筑結(jié)構(gòu)用鋼來說，主要有三方面的要求。 1、較高的強度：結(jié)構(gòu)的承載力大，所需的截面小，結(jié)構(gòu)的自重輕； 2、較好的塑性及韌性：塑性好，不易發(fā)生脆性破壞；韌性好，利于承受動力荷載； 3、良好的加工性能與耐久性：包括可焊性、冷彎性能以及耐腐性能； 據(jù)上要求,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017-2003推薦承重結(jié)構(gòu)用鋼宜采用：炭素結(jié)構(gòu)鋼中的Q235鋼及低合金高強結(jié)構(gòu)鋼中的Q345、Q390和Q420鋼四種鋼材。,第二節(jié) 鋼材的主要機械性能,鋼材材性主要有： 強度 塑性 韌性 可焊性

20、冷彎性 耐久性 Z向伸縮率,一、強度,強度體現(xiàn)了材料的承載能力，主要指標(biāo)有屈服點fy 和抗拉強度fu ，通過靜力拉伸試驗得到。 屈服點 ：為設(shè)計時鋼材可達到的最大應(yīng)力。 抗拉強度 fu是鋼材破壞前能夠承受的最大應(yīng)力。鋼材達到 fu 時，已產(chǎn)生很大塑性變形而失去使用性能，但fu 高則可以增加結(jié)構(gòu)的安全保障，故fu/fy 的值可看作鋼材強度儲備系數(shù)。,單向拉伸試驗曲線,彈性階段 彈塑性階段 塑性階段 強化階段,根據(jù)鋼材單向拉伸性能曲線，工程應(yīng)用中，鋼材的性能按理想彈塑性體考慮，fy定為鋼材拉、壓強度標(biāo)準(zhǔn)值。,A,B,C,O,D,二、塑性,鋼材的塑性為當(dāng)應(yīng)力超過屈服點后，能產(chǎn)生顯著的殘余變形（塑性變

21、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,伸長率為試件拉斷時原標(biāo)距間長度伸長值與原標(biāo)距比值的百分率。 L1 為試件拉斷后標(biāo)距間長度。,斷面收縮率,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。 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(biāo)比強度指標(biāo)更為重要。,三、沖擊韌性,鋼材的韌性是鋼材在塑性變形和斷裂的過程中吸收能量的能力，也是表示鋼材抵抗因沖擊荷載、應(yīng)力集中等而致脆性斷裂能力的一項機械性能，它是強

22、度與塑性的綜合表現(xiàn)。 用 材料在斷裂時所吸收的總能量來量度，其值為圖中應(yīng)力應(yīng)變曲線與橫坐標(biāo)所包圍的總面積，面積越大韌性越高。,四、可焊性,鋼材的可焊性是指在一定工藝和結(jié)構(gòu)條件下，鋼材經(jīng)過焊接能夠獲得良好的焊接接頭的性能。 可焊性分為施工上的可焊性和使用性能上的可焊性。 施工上的可焊性指對產(chǎn)生裂紋的敏感性，使用性能上的可焊性是指焊接構(gòu)件在焊接后的力學(xué)性能是否低于母材。,五、冷彎性能,冷彎性能是指鋼材在冷加工（常溫下加工）產(chǎn)生塑性變形時，對產(chǎn)生裂縫的抵抗能力。冷彎性能用試驗方法來檢驗鋼材承受規(guī)定彎曲程度的彎曲變形性能，檢查試件彎曲部分的外面、里面和側(cè)面是否有裂紋、裂斷和分層。,六、耐久性,耐久性需

23、要考慮的有：耐腐蝕性、“時效”現(xiàn)象、疲勞現(xiàn)象等。 時效：隨著時間的增長，鋼材的力學(xué)性能有所改變。 疲勞：多次反復(fù)荷載作用下，鋼材低于屈服點fy 發(fā)生的破壞。,七、鋼材Z向收縮率,當(dāng)鋼材較厚時，或承受沿厚度方向的拉力時，要求鋼材具有板厚方向的收縮率要求，以防厚度方向的分層、撕裂。,第三節(jié) 影響鋼材性能的主要因素,1、化學(xué)成份 2、冶金及軋制 3、冷作硬化與時效硬化 4、復(fù)雜應(yīng)力與應(yīng)力集中 5、殘余應(yīng)力 6、溫度,1、化學(xué)成份的影響 基本成份為Fe，炭鋼中含量占99，C、Si、Mn為雜質(zhì)元素，S、P、N、O為冶煉過程中不易除盡的有害元素。 C：含C使強度塑性、韌性、可焊性，應(yīng)控制在0.22%，焊接

24、結(jié)構(gòu)應(yīng)控制在0.20%。 Si：含Si適量使強度 其它影響不大，有益，應(yīng)控制0.10.3% Mn：含Mn適量使強度 降低S、O的熱脆影響，改善熱加工性能，對其它性能影響不大，有益。 S：含量使強度、塑性、韌性、性能冷彎、可焊性； 高溫時使鋼材變脆熱脆現(xiàn)象。 P：低溫時使鋼材變脆冷脆現(xiàn)象；其它同S O、N：O同S；N同P，控制含量0.008%,2、冶金與軋制的影響 冶金的影響主要為脫氧方法：沸騰鋼用Mn為脫氧劑，時間快，價格低，質(zhì)量差；鎮(zhèn)靜鋼用Si為脫氧劑，時間慢，價格高，質(zhì)量好。 反復(fù)的軋制可以改善鋼材的塑性，同時可以使鋼材中的氣孔、裂紋、疏松等缺陷焊合，使金屬晶體組織密實，晶粒細化，消除纖維

25、組織缺陷，使鋼材的力學(xué)性能提高。 3、冷作硬化與時效硬化 由于某種因素的影響而使鋼材強度提高，塑性、韌性下降，增加脆性的現(xiàn)象稱之為硬化現(xiàn)象。 冷加工時（常溫進行彎折、沖孔剪切等），鋼材發(fā)生塑性變形從而使鋼材變硬的現(xiàn)象稱之為冷作硬化。 鋼材中的C、N，隨著時間的增長和溫度的變化，而形成碳化物和氮化物，使鋼材變脆的“老化”現(xiàn)象稱之為時效硬化。,4、復(fù)雜應(yīng)力與應(yīng)力集中的影響 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中存在的孔洞、槽口、凹角、裂縫、厚度變化、形狀變化、內(nèi)部缺陷等使一些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，此謂應(yīng)力集中現(xiàn)象。應(yīng)力集中越嚴重，鋼材塑性越差。 鋼材在多向同號應(yīng)力場作用下，一向的變形受到另一向的限制，而使鋼材強度增加，塑性

26、、韌性下降，異號應(yīng)力場時則相反。 鋼構(gòu)件由于截面的改變以及孔洞、凹槽、裂紋等原因而使構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力集中實際為：局部應(yīng)力增大并多為同號應(yīng)力場。,5、殘余應(yīng)力的影響 殘余應(yīng)力為鋼材在冶煉、軋制、焊接、冷加工等過程中，由于不均勻的冷卻、組織構(gòu)造的變化而在鋼材內(nèi)部產(chǎn)生的不均勻的應(yīng)力。殘余應(yīng)力在構(gòu)件內(nèi)部自相平衡而與外力無關(guān)。殘余應(yīng)力的存在易使鋼材發(fā)生脆性破壞。殘余應(yīng)力雖對構(gòu)件的強度無影響，但對構(gòu)件的變形（ 剛度）、疲勞以及穩(wěn)定承載力產(chǎn)生不利影響。,6、溫度的影響 溫度的影響，一般可分正溫與負溫影響兩部分。 正溫影響 總體影響規(guī)律為溫度上升，鋼材的強度降低，塑性、韌性提高，這一現(xiàn)象稱之為熱塑現(xiàn)象

27、，溫度達600o左右時，鋼材的強度幾乎降至為零，而塑性、韌性極大，易于進行熱加工，此溫度稱之為熱煅溫度。 需要說明：鋼材在300o左右時，強度提高，塑性、韌性下降，鋼材表面呈藍色，這一反覆現(xiàn)象稱之為藍脆現(xiàn)象。鋼材在300o以上時應(yīng)采取隔熱措施。 負溫影響 隨著溫度的降低鋼材的強度提高，塑性、韌性降低，脆性增大，稱之為低溫冷脆，當(dāng)溫度降至某一特定溫度時鋼材的脆性急劇增大，稱此溫度點為轉(zhuǎn)脆溫度。,第四節(jié) 復(fù)雜應(yīng)力作用下結(jié)構(gòu)鋼材的 屈服條件,鋼材在單向應(yīng)力作用下，當(dāng)應(yīng)力達到屈服點 fy時，鋼材屈服而進入塑性狀態(tài)。當(dāng)鋼材處于復(fù)雜應(yīng)力作用下（平面應(yīng)力或立體應(yīng)力），按能量強度理論，以折算應(yīng)力cr是否大于

28、fy來判斷鋼材是否由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)。 若 為彈性狀態(tài)； 若 為塑性狀態(tài)； 純剪情況下 即 時為彈性狀態(tài)。,第五節(jié)、鋼材的破壞形式,兩種破壞形式 鋼材的破壞分塑性破壞和脆性破壞兩種。 塑性破壞：加載后有較大變形，因此破壞前有預(yù)兆，斷裂時斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗。 脆性破壞：加載后，無明顯變形，因此破壞前無預(yù)兆，斷裂時斷口平齊，呈有光澤的晶粒狀。脆性破壞危險性大。,影響脆性的因素,化學(xué)成分 冶金缺陷（偏析、非金屬夾雜、裂紋、起層） 溫度（熱脆、低溫冷脆） 冷作硬化 時效硬化 應(yīng)力集中 同號三向主應(yīng)力狀態(tài),疲勞破壞,疲勞：鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，雖然應(yīng)力還低于極限強度，甚至應(yīng)力還低于屈服點，

29、而發(fā)生的斷裂。 鋼材在疲勞破壞之前，并不出現(xiàn)明顯的變形和局部收縮，它和脆性破壞一樣，是一種突然發(fā)生的斷裂。 鋼材的疲勞過程可分為裂紋的形成，裂紋緩慢擴展和最后迅速斷裂三個階段。 疲勞強度與反復(fù)荷載引起的應(yīng)力種類（拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和復(fù)雜應(yīng)力等）、應(yīng)力循環(huán)形式、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、應(yīng)力集中程度和殘余應(yīng)力等有關(guān)。,第六節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)用鋼的種類與選擇 一、鋼材的牌號表示方法及結(jié)構(gòu)用鋼的種類,鋼材牌號由：“Q、屈服點值、質(zhì)量等級、脫氧方法”四部分組成。 Q：表示“屈”字拼音首位字母，意為“屈服強度”； 質(zhì)量等級：分AE五級（字序越高質(zhì)量越好）； 脫氧方法：F沸騰鋼；Z鎮(zhèn)靜鋼（一般省略）； b半鎮(zhèn)靜鋼；TZ

30、特殊鎮(zhèn)靜鋼。 注：炭素結(jié)構(gòu)鋼分：A、B、C、D 四級，含所有脫氧方法；低合金結(jié)構(gòu)鋼分：A、B、C、D、E五級，只有鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。 如前所述建筑結(jié)構(gòu)用鋼，宜選炭素結(jié)構(gòu)鋼中的Q235及低合金鋼中的Q345、Q390、Q420四種鋼材。,鋼結(jié)構(gòu)所用的鋼材主要有：圓鋼、角鋼、槽鋼、工字鋼、鋼管、“H”型鋼和一些冷彎薄壁型鋼。（見P37）,二、建筑結(jié)構(gòu)用鋼的選擇,鋼材的質(zhì)量和性能，由鋼材力學(xué)性能中的抗拉強度fu、屈服強度fy、伸長率5（10）、冷彎180o及沖擊韌性k，化學(xué)成分C、S、P等的極限含量，以及冶煉脫氧方法來衡量。選材時應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載性質(zhì)（靜、動）、連接方法、工作溫度等因素來綜

31、合考慮以選擇適宜鋼材。 一般承重結(jié)構(gòu)應(yīng)有fu、fy、5以及C（ 0.22%）、S、P的極限含量合格保證；焊接及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)還應(yīng)具備冷彎180o合格保證（C0.2%）；承受動力荷載需要驗算結(jié)構(gòu)疲勞強度時,還應(yīng)根據(jù)具體情況增加對k的不同要求。,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,第一節(jié) 連接分類及特點 第二節(jié) 對接焊縫連接設(shè)計 第三節(jié) 角焊縫連接設(shè)計 第四節(jié) 焊接殘余應(yīng)力和殘余變形 第五節(jié) 普通螺栓連接設(shè)計 第六節(jié) 高強度螺栓連接設(shè)計,1、鋼 結(jié) 構(gòu) 的 連 接 方 法,第一節(jié) 連接分類及特點,2、焊接連接及焊接結(jié)構(gòu)的特性,焊接連接與鉚釘、螺栓連接比較，有以下優(yōu)點： 1）不需打孔，省工省時； 2）任何形

32、狀的構(gòu)件可直接連接，連接構(gòu)造方便； 3）氣密性、水密性好，結(jié)構(gòu)剛度較大，整體性較好。,焊接連接的缺點,1）焊接附近有熱影響區(qū)，材質(zhì)變脆； 2）焊接的殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞，殘余變形使結(jié)構(gòu)形狀、尺寸發(fā)生變化； 3）焊接裂縫一經(jīng)發(fā)生，便容易擴展。 常見的焊接缺陷： 裂紋、氣孔、未焊透、夾渣、咬邊、燒穿、凹坑、塌陷、未焊滿。,3、焊縫連接形式,焊縫連接形式按被連接鋼材的相互位置可分為對接、搭接、T型連接和角部連部四種。這些連接所采用的焊縫主要有對接焊縫和角焊縫。對接焊縫：在兩焊件連接面的間隙內(nèi)，用溶化的焊條金屬填設(shè)，并與焊件溶化部分相結(jié)合，形成的焊縫。 角焊縫：焊縫金屬填充在被連接件形成的直（

33、斜）角區(qū)域內(nèi)的焊縫。,對接連接,對接連接主要用于厚度相同或接近相同的兩構(gòu)件的相互連接。 （a）所示為采用對接焊縫的對接連接，由于相互連接的兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)，因而傳力均勻平緩，沒有明顯的應(yīng)力集中，且用料經(jīng)濟，但是焊件邊緣需要加工，被連接兩板的間隙和坡口尺寸有嚴格的要求。,焊接形式,（1）按兩焊件的相對位置分： （2）對接焊縫按受力與焊縫方向分： a）直縫：作用力方向與焊縫方向正交 b）斜縫：作用力方向與焊縫方向斜交,焊接形式,（3）角焊縫按受力與焊縫方向分： a）端縫：作用力方向與焊縫長度方向垂直 b）側(cè)縫：作用力方向與焊縫長度方向平行 （4）按焊縫連續(xù)性： a）連續(xù)焊縫：受力較好 b）斷續(xù)焊

34、縫：易發(fā)生應(yīng)力集中 （5）按施工位置： 俯焊、立焊、橫焊、仰焊，其中以俯焊施工位置最好，所以焊縫質(zhì)量也最好，仰焊最差。,焊接質(zhì)量檢驗,焊接時為保證質(zhì)量，需要注意之處： （1）對不熟悉的鋼種焊接時，需做工藝性能和力學(xué)性能的試驗； （2）焊工要進行考核，持證上崗； （3）焊條、焊絲、焊劑按規(guī)定烘焙； （4）多層焊接需連續(xù)施焊，每層焊道之間要清理； （5）焊縫出現(xiàn)裂縫，應(yīng)申報、查明原因，方能處理。,焊接質(zhì)量檢驗,焊縫質(zhì)量檢驗方法分： 外觀檢查、超聲波探傷檢驗、X射線檢驗。 焊縫質(zhì)量分三級: 一級焊縫需經(jīng)外觀檢查、超聲波探傷、x射線檢驗都合格； 二級焊縫需外觀檢查、超聲波探傷合格； 三級焊縫需外觀檢查

35、合格。,焊縫質(zhì)量等級的規(guī)定,GB50017規(guī)范規(guī)定，焊縫應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環(huán)境以及應(yīng)力狀態(tài)等情況，按下述原則分別選用不同的質(zhì)量等級： （1）在需要進行疲勞計算的構(gòu)件中，凡對接焊縫均應(yīng)焊透，其質(zhì)量等級為：作用力垂直于焊縫長度方向的橫向?qū)雍缚p或T型對接與角接組合焊縫，受拉時應(yīng)為一級，受壓時應(yīng)為二級；作用力平行于焊縫長度方向的縱向?qū)雍缚p應(yīng)為二級。 （2）不需要計算疲勞的構(gòu)件中，凡要求與母材等強的對接焊縫應(yīng)予焊透，其質(zhì)量等級當(dāng)受拉時應(yīng)不低于二級，受壓時宜為二級。,焊縫質(zhì)量等級的規(guī)定,（3）重級工作制和起重量Q50t的中級工作制吊車梁的腹板與上翼緣之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)

36、點板之間的T形接頭焊縫均要求焊透。焊縫形式一般為對接與角接的組合焊縫，其質(zhì)量等級不應(yīng)低于二級。（4）不要求焊透的T形接頭采用的角焊縫或部分焊透的對接與角接組合焊縫，以及搭接連接采用的角焊縫，其質(zhì)量等級為：對直接承受動力荷載且需要驗算疲勞的結(jié)構(gòu)和吊車起重量等于或大于50t的中級工作制吊車梁，焊縫的外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合二級；對其他結(jié)構(gòu)，焊縫的外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可為三級。,螺栓連接,螺栓連接分普通螺栓連接（boltedconnections）和高強度螺栓連接（high-strengthboltedconnections）兩種。1、普通螺栓連接,2、高強度螺栓,分大六角頭型和扭剪型兩種。安裝時通過特別的板手，

37、以較大的扭矩上緊螺帽，使螺桿產(chǎn)生很大的預(yù)拉力。高強螺栓的預(yù)拉力把被連接的部件夾緊，使部件的接觸面間產(chǎn)生很大的磨擦力，外力通過摩擦力來傳遞。這種連接稱為高強度螺栓摩擦型連接。它的優(yōu)點是施工方便，對構(gòu)件的削弱較小，可拆換，能承受動力荷載，耐疲勞，韌性和塑性好，包含了普通螺栓和鉚釘連接的各自優(yōu)點，目前已成為代替鉚接的優(yōu)良連接形式。另外，高強度螺釘也可同普通螺栓一樣，允許接觸面滑移，依靠螺栓桿和螺栓孔之間的承壓來傳力。這種連接稱為高強度螺栓承壓型連接。,焊縫代號、螺栓圖例,見P51-53的圖表。,一、對接焊縫的構(gòu)造 對接焊縫的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊縫（groovewelds）。坡口形式與焊件厚

38、度有關(guān)。,第二節(jié) 對接焊縫連接設(shè)計,a）直邊縫：適合板厚t 10mm b）單邊V形：適合板厚t 1020mm c）雙邊V形：適合板厚t 1020mm d）U形：適合板厚t 20mm e）K形：適合板厚t 20mm f）X形：適合板厚t 20mm,對接焊縫的形式：,對接焊縫的構(gòu)造,在對接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度相差4mm以上時，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1:2.5的斜角，以使截面過渡和緩，減小應(yīng)力集中。,對接焊縫的構(gòu)造,在焊縫的起滅弧處，常會出現(xiàn)弧坑等缺陷，這些缺陷對承載力影響極大，故焊接時一般應(yīng)設(shè)置引弧板和引出板，焊后將它割除。對受靜力荷載的結(jié)構(gòu)設(shè)置引?。?/p>

39、出）板有困難時，允許不設(shè)置引?。ǔ觯┌澹藭r，可令焊縫計算長度等于實際長度減2t（此處t為較薄焊件厚度）。,二、對接焊縫的計算,對接焊縫的強度與所用鋼材的牌號、焊條型號及焊縫質(zhì)量的檢驗標(biāo)準(zhǔn)等因素有關(guān)。如果焊縫中不存在任何缺陷，焊縫金屬的強度是高于母材的。全由于焊接技術(shù)問題，焊縫中可能有氣孔、夾渣、咬邊、未焊透等缺陷。實驗證明，焊接缺陷對受壓、受剪的對接焊縫影響不大，故可認為受壓、受剪的對接焊縫與母材強度相等，但受拉的對接焊縫對缺陷甚為敏感。當(dāng)缺陷面積與焊件截面積之比超過5%時，對接焊縫的抗拉強度將明顯下降。由于三級檢驗的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強度為母材強度的85%，而一、二級檢驗的焊

40、縫的抗拉強度可認為與母材強度相等。對接焊縫的應(yīng)力分布認為與焊件原來的應(yīng)力分布基本相同。計算時，焊縫中最大應(yīng)力（或折算應(yīng)力）不能超過焊縫的強度設(shè)計值。,軸心拉力或壓力; 焊縫計算長度，無引弧板時，焊縫長度取實 長減去2t，有引弧板時，取實長; 平接時為焊件的較小厚度，頂接時取腹板厚; 、 對接焊縫的抗拉、抗壓強度設(shè)計值。,或fcw,1、軸心受力的對接焊縫,在一般加引弧板施焊的情況下，所有受壓、受剪的對接焊縫以及受拉的一、二級焊縫，均與母材等強，不用計算，只有受拉的三級焊縫才需要進行計算。 當(dāng)直焊縫不能滿足強度要求時，可采用斜對接焊縫。當(dāng)斜焊縫傾角56.3，即tg1.5時，可認為與母材等強，不用計

41、算。,fvw對接焊縫抗剪強度設(shè)計值,斜對接焊縫的計算,2、承受彎矩和剪力聯(lián)合作用的對接焊縫,由于焊縫截面是矩形，正應(yīng)力與剪應(yīng)力圖形分別為三角形與拋物線形，其最大值應(yīng)分別滿足下列強度條件。,焊縫截面抵抗矩 焊縫截面上計算點處以上截面對中和軸的面積矩,對于腹板和翼緣的交界點，正應(yīng)力、剪應(yīng)力雖不是最大，但都比較大，所以需驗算折算應(yīng)力，即： 1、1為腹板與翼緣交界點處的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；1.1為考慮到最大折算應(yīng)力只在部分截面的部分點出現(xiàn)，而將強度設(shè)計值適當(dāng)提高。,3、承受軸心力，彎矩和剪力聯(lián)合作用的對接焊縫,當(dāng)軸心力與彎矩、剪力聯(lián)合作用時，軸心力和彎矩在焊縫中引起的正應(yīng)力應(yīng)進行疊加，剪應(yīng)力仍按上面的式驗

42、算，折算應(yīng)力仍按上面的式驗算。,例題3-1試驗算下圖所示鋼板的對接焊縫的強度。圖中a=540mm,t=22mm，軸心力的設(shè)計值為N=2500kN。鋼材為Q235-B，手工焊，焊條為E43型，三級檢驗標(biāo)準(zhǔn)的焊縫，施焊時加引弧板。,第三節(jié) 角焊縫連接設(shè)計,一、角焊縫的形式角焊縫是最常用的焊縫。角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為：焊縫長度方向與作用力垂直的正面角焊縫；焊縫長度方向與作用力平行的側(cè)面角焊縫以及斜焊縫。按其截面形式可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。,直角角焊縫通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（圖3.3.1a）。在直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中，正面角焊縫的截面常采用圖3.3.1（b）所示的坦式，側(cè)

43、面角焊縫的截面則作成凹面式（圖3.3.1c）。圖中的hf為焊角尺寸。兩焊腳邊的夾角90或90的焊縫稱為斜角角焊縫（圖3.3.2）。斜角角焊縫常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中。對于夾角135或60的斜角角焊縫，除鋼管結(jié)構(gòu)外，不宜用作受力焊縫。,側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力，應(yīng)力沿焊縫長度方向的分布不均勻，呈兩端大而中間小的狀態(tài)。塑性較好 。 正面角焊縫（圖3.3.3b）受力較復(fù)雜，截面的各面均存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，焊根處有很大的應(yīng)力集中。這一方面由于力線的彎折，另一方面焊根處正好是兩焊件接觸間隙的端部，相當(dāng)于裂縫的尖端。經(jīng)試驗，正面角焊縫的靜力強度高于側(cè)面角焊縫。,二、角焊縫的構(gòu)造要求,圍焊時，在轉(zhuǎn)角處截面突

44、變，會產(chǎn)生應(yīng)力集中，如在此處起滅弧，可能出現(xiàn)弧坑或咬肉等缺陷，從而加大應(yīng)力集中的影響。故所有圍焊的轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。對于非圍焊情況，當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時，可連續(xù)地作長度為2hf的繞角焊,其它構(gòu)造要求： (1) 承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中，垂直于受力方向的焊縫不宜采用不焊透的對接焊縫。 (2) 在直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中，角焊縫表面應(yīng)做成直線形或凹形，焊腳尺寸的比例：對正面角焊縫宜為1:1.5,長邊順內(nèi)力方向；對側(cè)面角焊縫可為1:1。 (3) 在次要構(gòu)件或次要焊接連接中，可采用斷續(xù)角焊縫。斷續(xù)角焊縫之間的凈距，不應(yīng)大于15t（對受壓構(gòu)件）或30t（對受拉構(gòu)件），t為較薄焊件的厚度。,當(dāng)角焊縫

45、的兩焊腳邊夾角為90時，稱為直角角焊縫，即一般所指的角焊縫。角焊縫的有效截面為焊縫有效厚度（喉部尺寸）與計算長度的乘積，而有效厚度he=0.7hf為焊縫橫截面的內(nèi)接等腰三角形的最短距離，即不考慮熔深和凸度。,三、直角角焊縫的基本計算公式,兩焊腳邊的夾角 焊腳尺寸。,有效厚度,試驗表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在喉部，通常認為直角角焊縫是以45方向的最小截面（即有效厚度也稱計算厚度與焊縫計算長度的乘積）作為有效計算截面。作用于焊縫有效截面上的應(yīng)力有：垂直于焊縫有效截面的正應(yīng)力，垂直于焊縫長度方向的剪應(yīng)力，及沿焊縫 長度方向的剪應(yīng)力。但計算比較復(fù)雜。 直角角焊縫強度簡化的計算基本公式如下：,（1）在

46、通過焊縫形心的拉力、壓力或剪力作用，正面角焊縫： 對側(cè)面角焊縫：,（2）在各種力綜合作用下， 共同作用處。 垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力； f 沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力; he 角焊縫有效厚度；,lw 角焊縫計算長度，每條角焊縫取實際 長度減2 ； ffw 角焊縫強度設(shè)計值； f 系數(shù)，對承受靜力荷載和間接承受動 力荷載的結(jié)構(gòu)，f =1.22，直接承受動 力荷載f =1.0。,四、角焊縫的計算,1、承受軸心力作用時角焊縫連接的計算（1）用蓋板的對接連接當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力通過連接焊縫中心時，可認為焊縫應(yīng)力是均勻分布的。圖3.3.11用蓋板的對接連接中，當(dāng)只有側(cè)面角焊縫時，按式（3.7）計算；當(dāng)只

47、有正面角焊縫時，按式（3.6）計算。,先按式（3.6）計算正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力：,（2）承受斜向軸心力的角焊縫 下圖所示受斜向軸心力的角焊縫連接，有兩種計算方法。,3、承受軸力的角鋼端部連接,在鋼桁架中，角鋼腹桿與節(jié)點板的連接焊縫一般采用兩面?zhèn)群福部刹捎萌鎳?，特殊情況也允許采用L形圍焊。腹桿受軸心力作用，為了避免焊縫偏心受力，焊縫所傳遞的合力的作用線應(yīng)與角鋼桿件的軸線重合。,（1）角鋼用兩面?zhèn)群缚p與節(jié)點板連接的焊縫計算 K1、 K2焊縫內(nèi)力分配系數(shù)； N1 、N2 分別為角鋼肢背和肢尖傳遞的內(nèi)力。,（2）角鋼用三面圍焊與節(jié)點板連接的焊縫計算,端部正面角焊縫能傳遞的內(nèi)力為：,（3）角鋼用“

48、L”型焊縫與節(jié)點板連接的焊縫計算,由 N2 = 0得：,例題試確定圖3.3.15所示承受靜態(tài)軸心力的三面圍焊連接的承載力及肢尖焊縫的長度。已知角鋼212510，與厚度為8mm的節(jié)點板連接，其搭接長度為300mm，焊腳尺寸hf=8mm，鋼材為Q235-B，手工焊，焊條為E43型。,二、復(fù)雜受力時角焊縫連接計算,當(dāng)焊縫非軸心受力時，可以將外力的作用分解為軸力、彎矩、扭矩、剪力等簡單受力情況，分別求出具各自的焊縫應(yīng)力，然后利用疊加原理，找出焊縫中受力最大的幾個點，利用公式（3.3.6）進行驗算。,1、承受軸力、彎矩、剪力的聯(lián)合作用時角焊縫的計算下圖所示的雙面角焊縫連接承受偏心斜拉力N作用，計算時，可

49、將作用力N分解為NX和Ny兩個分力。角焊縫同時承受軸心力NX、剪力Ny和彎矩M=NXe的共同作用。焊縫計算截面上的應(yīng)力分布如圖3.3.16（b）所示，圖中A點應(yīng)力最大為控制設(shè)計點。此處垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力由兩部分組成，即由軸心拉力NX產(chǎn)生的應(yīng)力：,這兩部分應(yīng)力由于在A點處的方向相同，可直接疊加，故A點垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力為：,對于工字梁（或牛腿）與鋼柱翼緣的角焊縫連接，通常只承受彎矩M和剪力V的聯(lián)合作用。由于翼緣的豎向剛度較差，在剪力作用下，如果沒有腹板焊縫存在，翼緣將發(fā)生明顯撓曲。這就說明，翼緣板的抗剪能力極差。因此，計算時通常假設(shè)腹板焊縫承受全部剪力，而彎矩則由全部焊縫承受。,為了

50、焊縫分布較合理，宜在每個翼緣的上下兩側(cè)均勻布置焊縫，彎曲應(yīng)力沿梁高度呈三角形分布，最大應(yīng)力發(fā)生在翼緣焊縫的最外纖維1處，由于翼緣焊縫只承受垂直于焊縫長度方向的彎曲應(yīng)力，為了保證此焊縫的正常工作，應(yīng)使翼緣焊縫最外纖維處的應(yīng)力滿足角焊縫的強度條件，即：,腹板焊縫承受兩種應(yīng)力的聯(lián)合作用，即垂直于焊縫長度方向、且沿梁高度呈三角形分布的彎曲應(yīng)力和平行于焊縫長度方向、且沿焊縫截面均勻分布的剪應(yīng)力的作用，設(shè)計控制點為翼緣焊縫與腹板焊縫2的交點處，此處的彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力分別按下式計算：,則腹板焊縫2的端點應(yīng)按下式驗算強度,工字梁（或牛腿）與鋼柱翼緣角焊縫的連接 的另一種計算方法是使焊縫傳遞應(yīng)力與母材所承受應(yīng)力

51、相協(xié)調(diào)，即假設(shè)腹板焊縫只承受剪力；翼緣焊縫承擔(dān)全部彎矩，并將彎矩M化為一對水平力H=M/h1。則,翼緣焊縫的強度計算式為： 腹板焊縫的強度計算式為：,牛腿在彎矩、剪力共同作用下的角焊縫連接計算: MVe；假設(shè)全部剪力均由豎向焊縫承受，彎矩由翼緣與腹板角焊縫共同承受。 點1： 點2： 點3：,2、三面圍焊承受扭矩剪力聯(lián)合作用時角焊縫的計算,圖為三面圍焊承受偏心力F。此偏心力產(chǎn)生軸心力F和扭矩T=Fe。最危險點為A或A點。,計算時按彈性理論假定：被連接件是絕對剛性的，它有繞焊縫形心O旋轉(zhuǎn)的趨勢，而角焊縫本身是彈性的；角焊縫群上任一點的應(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。圖

52、中，A點與A點距形心O點最遠，故A點和A點由扭矩T引起的剪應(yīng)力T最大，故A點和A點為設(shè)計控制點。,第四節(jié) 焊接應(yīng)力與焊接變形,焊接變形：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或節(jié)點在焊接過程中，局部區(qū)域受到很強的高溫作用，在此不均勻的加熱和冷卻過程中產(chǎn)生的變形稱為焊接變形。 焊接應(yīng)力：焊接后冷卻時，焊縫與焊縫附近的鋼材不能自由收縮，由此約束而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為焊接應(yīng)力。 焊接應(yīng)力的形成和對鋼結(jié)構(gòu)的影響 焊接變形的產(chǎn)生和防止 減少焊接應(yīng)力和焊接變形的方法 合理的焊縫設(shè)計,1. 焊接應(yīng)力的形成和對鋼結(jié)構(gòu)的影響 （1）形成 兩塊鋼板上施焊時，產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫附近溫度高達1600C，其鄰近區(qū)域溫度較低，且冷卻很快。冷卻時鋼材

53、收縮，冷卻慢的區(qū)域收縮受到限制，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力，冷卻快的區(qū)域受到壓應(yīng)力。 （2）焊接應(yīng)力的分類 縱向應(yīng)力：沿著焊縫長度方向的應(yīng)力 橫向應(yīng)力：垂直于焊縫長度方向且平行于構(gòu)件表面的應(yīng)力 厚度方向應(yīng)力：垂直于焊縫長度方向且垂直于構(gòu)件表面的應(yīng)力。,（3）焊接應(yīng)力的影響 對常溫下承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的強度沒有影響，但剛度降低； 由于焊接應(yīng)力使焊縫處于三向應(yīng)力狀態(tài)，阻礙了塑性變形，裂紋易發(fā)生和發(fā)展； 降低疲勞強度； 降低壓桿的穩(wěn)定性； 使構(gòu)件提前進入彈塑性工作階段。,2. 焊接變形的產(chǎn)生和防止 焊接變形是由于焊接過程中焊區(qū)的收縮變形引起的，表現(xiàn)在構(gòu)件局部的鼓起、歪曲、彎曲或扭曲等。 表現(xiàn)主要有：縱向收縮、橫向

54、收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。如圖,3. 減少焊接應(yīng)力和焊接變形的方法： （1）采用適當(dāng)?shù)暮附映绦颍绶侄魏?、分層焊?（2）盡可能采用對稱焊縫，使其變形相反而抵消； （3）施焊前使結(jié)構(gòu)有一個和焊接變形相反的預(yù)變形； （4）對于小構(gòu)件焊前預(yù)熱、焊后回火，然后慢慢冷卻，以消除焊接應(yīng)力。,4. 合理的焊縫設(shè)計： （1）避免焊縫集中、三向交叉焊縫； （2）焊縫尺寸不宜太大； （3）焊縫盡可能對稱布置，連接過渡平滑，避免應(yīng)力集中現(xiàn)象； （4）避免仰焊。,第五節(jié) 普通螺栓的連接,一、普通螺栓的連接構(gòu)造 普通螺栓的分類 螺栓的規(guī)格與表示 鋼結(jié)構(gòu)一般選用C級（粗制）六角螺母螺栓，標(biāo)識用M和工

55、程直徑（mm）表示，例如M16、M20等,注：A級用于M24以下，B級用于M24以上。,螺栓的排列,螺栓在構(gòu)件上的排列應(yīng)滿足受力、構(gòu)造和施工要求： （1）受力要求：在受力方向螺栓的端距過小時，鋼材有剪斷或撕裂的可能。各排螺栓距和線距太小時，構(gòu)件有沿折線或直線破壞的可能。對受壓構(gòu)件，當(dāng)沿作用方向螺栓距過大時，被連板間易發(fā)生鼓曲和張口現(xiàn)象。 （2）構(gòu)造要求：螺栓的中矩及邊距不宜過大，否則鋼板間不能緊密貼合，潮氣侵入縫隙使鋼材銹蝕。 （3）施工要求：要保證一定的空間，便于轉(zhuǎn)動螺栓板手擰緊螺帽。 螺栓的各距應(yīng)滿足規(guī)定的要求（P84，表3.4）,螺栓連接除了滿足上述螺栓排列的容許距離外，根據(jù)不同情況尚應(yīng)

56、滿足下列構(gòu)造要求： （1）為了使連接可靠，每一桿件在節(jié)點上以及拼接接頭的一端，永久性螺栓數(shù)不宜少于兩個。 （2）對直接承受動力荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽或其他防止螺帽松動的有效措施。例如采用彈簧墊圈，或?qū)⒙菝被蚵輻U焊死等方法。 （3）由于C級螺栓與孔壁有較大間隙，只宜用于沿其桿軸方向受拉的連接。承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的次要連接、可拆卸結(jié)構(gòu)的連接和臨時固定構(gòu)件用的安裝連接中，也可用C級螺栓受剪。 （4）沿桿軸方向受拉的螺栓連接中的端板（法蘭板），應(yīng)適當(dāng)加強其剛度（如加設(shè)加勁肋），以減少撬力對螺栓抗拉承載力的不利影響。,二、受力性能與計算 1、受力分類 螺栓根據(jù)作用不同，按螺栓受力可以分為：受剪、受

57、拉及剪拉共同作用。剪力螺栓靠孔壁承壓、螺桿抗剪傳力，拉力螺栓靠螺栓受拉，有時普通螺栓同時受剪、受拉。,2、受剪連接 受力性能與破壞形式 五種破壞形式 螺栓受剪破壞 孔壁擠壓破壞 連接板凈截面破壞 螺栓受彎破壞 連接板沖剪破壞,a）螺栓剪斷,b）鋼板孔壁擠壓破壞,c）鋼板由于螺孔削弱而凈截面拉斷,d）鋼板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪壞,e）螺桿因太長或螺孔大于螺桿直徑而產(chǎn)生彎、剪破壞,f）螺栓雙剪破壞,上述第 種破壞形式由螺栓端距l(xiāng)12d。保證；第種破壞屬于構(gòu)件的強度驗算。因此，普通螺栓的受剪連接只考慮、兩種破壞形式。,3、受剪連接的工作性能,螺栓連接試件作抗剪試驗，可得出試件上a、b兩點之間的

58、相對位移與作用力N的關(guān)系曲線。該曲線給出了試件由零載一直加載至連接破壞的全過程，經(jīng)歷了以下四個階段： （1）摩擦傳力的彈性階段在施加荷載之初，荷載較小，荷載靠構(gòu)件間接觸面的摩擦力傳遞，螺栓桿與孔壁之間的間隙保持不變，連接工作處于彈性階段，在N-圖上呈現(xiàn)出0，1斜直線段。但由于板件間摩擦力的大小取決于擰緊螺帽時在螺桿中的初始拉力，一般說來，普通螺栓的初拉力很小，故此階段很短。,（2）滑移階段當(dāng)荷載增大，連接中的剪力達到構(gòu)件間摩擦力的最大值，板件間產(chǎn)生相對滑移，其最大滑移量為螺栓桿與孔壁之間的間隙，直至螺栓與孔壁接觸，相應(yīng)于N-曲線上的1，2水平段。 （3）栓桿傳力的彈性階段荷載繼續(xù)增加，連接所承

59、受的外力主要靠栓桿與孔壁接觸傳遞。栓桿除主要受剪力外，還有彎矩和軸向拉力，而孔壁則受到擠壓。由于栓桿的伸長受到螺帽的約束，增大了板件間的壓緊力，使板件間的摩擦力也隨之增大，所以N-曲線呈上升狀態(tài)。達到“3”點時，曲線開始明顯彎曲，表明螺栓或連接板達到彈性極限，此階段結(jié)束。 （4）受剪螺栓連接達到極限承載力，直至破壞 。,剪力螺栓受力情況,剪力螺栓受力后，當(dāng)外力不大時，由構(gòu)件間的摩擦力來傳遞外力。當(dāng)外力增大超過極限摩擦力后，構(gòu)件間相對滑移，螺桿開始接觸構(gòu)件的孔壁而受剪，孔壁則受壓。 當(dāng)連接處于彈性階段，螺栓群中的各螺栓受力不等，兩端大，中間?。划?dāng)外力繼續(xù)增大，達到塑性階段時，各螺栓承擔(dān)的荷載逐漸接近，最后趨于相等直到破壞。,單個受剪螺栓的承載力計算 螺栓抗剪： 孔壁承壓： 最大承載力：,nv受剪面數(shù) d 螺桿直徑 同一方向承壓構(gòu)件較小總厚度 、 螺栓抗剪、抗壓強度設(shè)計值,普通螺栓群受剪連接計算1、普通螺栓群軸心受剪受力特性：沿受力方向，受力分配不均，兩端大中間小，在一定范圍