鋼結(jié)構(gòu)答案版講解

1、1. 鋼結(jié)構(gòu)的主要特點和合理應(yīng)用范圍。 特點：（1）鋼材強度高，結(jié)構(gòu)重量輕。（2）材質(zhì)均勻，且塑性韌性好。（3）良好的加工性能和焊接性能。（4）密封性好。（5）鋼材的可重復(fù)使用性。（6）鋼材耐熱但不耐火。（7）耐腐蝕性差。（8）鋼結(jié)構(gòu)的低溫冷脆傾向。（9）可靠性高。（10）抗震抗振動性能好。 應(yīng)用范圍：（1）大跨結(jié)構(gòu)。（2）工業(yè)廠房。（3）受動力荷載影響的結(jié)構(gòu)。（4）多層和高層建筑。（5）高聳結(jié)構(gòu)（6）可拆卸的結(jié)構(gòu)。（7）容器和其他構(gòu)筑物。（8）輕型鋼結(jié)構(gòu)。（9）鋼和混凝土的組合結(jié)構(gòu)。2. 極限狀態(tài)設(shè)計法：兩種極限狀態(tài)及其內(nèi)容；設(shè)計表達式中各分項系數(shù)的意義和取值。 我國規(guī)范規(guī)定，承重結(jié)構(gòu)應(yīng)按下

2、列兩類極限狀態(tài)進行設(shè)計：（1）承載能力極限狀態(tài)。包括：構(gòu)件和連接強度破壞、疲勞破壞和因過度變形而不適于繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件喪失穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系和結(jié)構(gòu)傾覆。（2）正常使用極限狀態(tài)。包括：影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用或外觀的變形，影響正常使用的振動，影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括組合結(jié)構(gòu)中混凝土裂縫）。荷載分項系數(shù)S（包括永久、可變荷載分項系數(shù)G、Q）和結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力分項系數(shù)R應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)功能函數(shù)中基本變量的統(tǒng)計參數(shù)和概率分布類型，以及表1.3.2規(guī)定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標(biāo)，通過計算分析，并考慮工程經(jīng)驗確定?？紤]到施加在結(jié)構(gòu)上的可變荷載往往不止一種，這些荷載不可能同時達到各自的最大值

3、，因此，還要根據(jù)組合荷載效應(yīng)分布來確定荷載的組合系數(shù)ci和。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0（1.1、1.0、0.9）3. 鋼材的兩種破壞形式及其主要特點；鋼材的靜力單向拉伸試驗：曲線、四個階段及其特征值；鋼材的理想彈性塑性體的應(yīng)力應(yīng)變曲線。 塑性破壞的主要特征是，破壞前具有較大的塑性變形，常在鋼材表面出現(xiàn)明顯的相互垂直交錯的銹跡剝落線。只有當(dāng)構(gòu)件中的應(yīng)力達到抗拉強度后才會發(fā)生破壞，破壞后的斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗。由于塑性破壞前總有較大的塑性變形發(fā)生，且變形持續(xù)時間較長，容易被發(fā)現(xiàn)和搶修加固，因此不至發(fā)生嚴(yán)重后果。鋼材塑性破壞前的較大塑性變形能力，可以實現(xiàn)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力重分布，鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計就是建立在這

4、種足夠的塑性變形能力上。脆性破壞的主要特征是，破壞前塑性變形很小，或根本沒有塑性變形，而突然迅速斷裂。破壞后的斷口平直，呈有光澤的晶粒狀或有人字紋。由于破壞前沒有任何預(yù)兆，破壞速度又極快，無法察覺和補救，而且一旦發(fā)生常引發(fā)整個結(jié)構(gòu)的破壞，后果非常嚴(yán)重，因此在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和使用過程中，要特別注意防止這種破壞的發(fā)生。（1）彈性階段，比例極限P。（2）彈塑性階段。（3）塑性階段（屈服階段），屈服點fy。無明顯屈服點時，名義屈服點或f0.2。（4）強化階段，抗拉強度fu。（5）頸縮階段，斷面收縮率、伸長率。fy（即標(biāo)準(zhǔn)值fk）這前材料為完全彈性體，fy之后則為完全塑性體（忽略應(yīng)變硬化作用），從而

5、將鋼材視為理想的彈塑性材料。4. 鋼材的主要機械（力學(xué)）性能及其性能指標(biāo)。強度、塑性、冷彎性能、沖擊韌性。5. 影響鋼材力學(xué)性能（強度、塑性、韌性）的主要因素：化學(xué)成分、硬化、溫度、應(yīng)力集中、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)?；瘜W(xué)成分不利影響或現(xiàn)象有利影響C隨著含碳量的增加，塑性和沖擊韌性尤其是低溫沖擊韌性下降，冷彎性能、可焊性和抗銹蝕性能也明顯惡化，容易脆斷。隨著含碳量的增加，鋼材的屈服點和抗拉強度提高。S（有害）會產(chǎn)生熱脆，降低鋼材的沖擊韌性、疲勞強度、抗銹蝕性能和焊接性能等。非金屬硫化物夾雜經(jīng)熱軋加工后還會在厚鋼板中形成局部分層現(xiàn)象，在采用焊接連接的節(jié)點中，沿板厚方向承受拉力時，會發(fā)生層狀撕裂破壞。P嚴(yán)重地

6、降低鋼的塑性、韌性、冷彎性能和焊接性能，特別是在溫度較低時促使鋼材變脆，稱為冷脆。提高鋼的強度和抗銹蝕能力。Mn（有益）對焊接性能不利，含量不宜過多。提高鋼材強度，消除硫?qū)︿摰臒岽嘤绊懀纳其摰睦浯鄡A向，同時不顯著降低塑性和韌性。Si（有益）過量的硅會惡化焊接性能和抗銹蝕性能。常與錳共同除氧，生產(chǎn)鎮(zhèn)靜鋼。適量的硅，可以細(xì)化品粒，提高鋼的強度，而對塑性、韌性、冷彎性能和焊接性能無顯著不良影響。O（有害）與硫相似會產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象。N與磷類似。采用特殊的合金組分配時，氮可作為一種合金元素來提高低合金鋼的強度和抗腐蝕性。H（有害）氫脆，在破裂面上常見到白點，稱為氫白點。含碳量較低且硫、磷含量較少的鋼，氫

7、脆敏感性低。鋼的強度等級越高，對氫脆越敏感。其他元素釩、鈮、鈦等元素在鋼中形成微細(xì)碳化物，加入適量，能起細(xì)化晶粒和彌散強化作用，從而提高鋼材的強度和韌性，又可保持良好的塑性。鋁是強脫氧劑，還能細(xì)化晶粒，可提高鋼的強度和低溫韌性。鉻、鎳是提高鋼材強度的合金元素，用于Q390及以上牌號的鋼材中，但其含量應(yīng)受限制，以免影響鋼材的其他性能。銅和鉻、鎳、鉬等其他合金元素，可在金屬基體表面形成保護層，提高鋼對大氣的抗腐蝕能力，同時保持鋼材具有良好的焊接性能。鑭、鈰等稀土元素（RE）可提高鋼的抗氧化性，并改善其他性能。時效硬化（老化）：鋼材強度提高，塑性和韌性下降。冷作硬化（應(yīng)變硬化）：屈服點提高，塑性和韌

8、性降低。應(yīng)變時效硬化：在高溫下會快速發(fā)展。當(dāng)溫度升高至約100時，鋼材的抗拉強度fu、屈服點fy及彈性模量E均有變化。總的情況是強度降低，塑性增大，但數(shù)值不大。然而在250左右時，fu卻有提高，而塑性和沖擊韌性則下降，出現(xiàn)脆性破壞特征，這種現(xiàn)象稱為“藍脆”（因表面氧化膜呈現(xiàn)藍色）。在藍脆溫度范圍內(nèi)進行熱加工，則鋼材易發(fā)生裂紋。當(dāng)溫度超過250-300時，fy和fu顯著下降，而伸長率卻明顯增大，產(chǎn)生徐變現(xiàn)象。當(dāng)溫度達600時，強度接近為零。應(yīng)力集中的程度取決于槽口形狀的變化。若變化越劇烈，則抗拉強度增長越多，而鋼材的塑性降低也越多，脆性破壞的危險性也越大。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下：zs=x2+y2+z2-

9、(xy+yz+zx)+3(xy2+yz2+zx2)=fy 或者以主應(yīng)力表示為：zs=121-22+2-32+3-12=fy zsfy時，為塑性狀態(tài)；zs6mm)自動焊熔深大，最小焊腳尺寸可減小1mm，對T型連接的單面角焊縫，應(yīng)增加1mm。當(dāng)焊件厚度等于或小于4mm時，則最小焊腳尺寸應(yīng)與焊件厚度相同。（2）側(cè)面角焊縫的計算長度不宜大于60hf，當(dāng)大于上述數(shù)值時，其超過部分在計算中不予考慮。這是因為側(cè)焊縫應(yīng)力沿長度分布不均勻，兩端較中間大，且焊縫越長差別越大。當(dāng)焊縫太長時，雖然仍有因塑性變形產(chǎn)生的內(nèi)力重分布，但兩端應(yīng)力可首先達到強度極限而破壞。若內(nèi)力沿測面角焊縫全長分布時，比如焊接梁翼緣板與腹板的

10、連接焊縫，計算長度可不受上述限制。（3）角焊縫的最小計算長度角焊縫的焊腳尺寸大而長度較小時，焊件的局部加熱嚴(yán)重，焊縫起滅弧所引起的缺陷相距太近，以及焊縫中可能產(chǎn)生的其他缺陷，使焊縫不夠可靠。對搭接連接的側(cè)面角焊縫而言，如果焊縫長度過小，由于力線彎折大，也會造成嚴(yán)重應(yīng)力集中。因此，為了使焊縫能夠有一定的承載能力，根據(jù)使用經(jīng)驗，側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計算長度均不得小于8hf和40mm，考慮到焊縫兩端的缺陷，其實際焊接長度應(yīng)較前述數(shù)值還要大2hf（單位為mm）。（4）搭接連接的構(gòu)造要求當(dāng)板件端部僅有兩條側(cè)面角焊縫連接時，試驗結(jié)果表明，連接的承載力與b/lw有關(guān)。b為兩側(cè)焊縫的距離，lw為側(cè)焊縫長度

11、。當(dāng)b/lw1時，連接的承載力隨著b/lw比值的增大而明顯下降。這主要是因應(yīng)力傳遞的過分彎折使構(gòu)件中應(yīng)力分布不均勻造成的。為使連接強度不致過分降低，應(yīng)使每條側(cè)焊縫的長度不宜小于兩側(cè)面角焊縫之間的距離，即b/lw1。兩側(cè)面角焊縫之間的距離b也不宜大于16t（t12mm）或200mm（t12mm），t為較薄焊件的厚度，以免因焊縫橫向收縮，引起板件發(fā)生較大拱曲。在搭接連接中，當(dāng)僅采用正面角焊縫時，其搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，也不得小于25mm，以免焊縫受偏心彎矩影響太大而破壞。桿件端部搭接采用三面圍焊時，在轉(zhuǎn)角處截面突變，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)

12、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。桿件與節(jié)點板的連接焊縫宜采用兩面?zhèn)群?，也可用三面圍焊，對角鋼桿件可采用L形圍焊，所有圍焊的轉(zhuǎn)角處也必須連續(xù)施焊。12. 角焊縫的應(yīng)力狀態(tài)、分布、強度、塑性：側(cè)面角焊縫；正面角焊縫。大量試驗結(jié)果表明，側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力。塑性較好，彈性模量低（E=7104N/mm2），強度也較低。傳力線通過側(cè)面角焊縫時產(chǎn)生彎折，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)。焊縫越長，應(yīng)力分布越不均勻，但在進入塑性工作階段時產(chǎn)生應(yīng)力重分布，可使應(yīng)力分布的不均勻現(xiàn)象漸趨緩和。正面

13、角焊縫受力較復(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。國內(nèi)外試驗結(jié)果表明，相當(dāng)于Q235鋼和E43型焊條焊成的正面角焊縫的平均破壞強度比側(cè)面角焊縫要高出35%以上。低合金鋼的試驗結(jié)果也有類似情況。13. 直角角焊縫在各種力單獨作用及其共同作用下的計算。只有正面角焊縫受力時：f=Nhelwfffw只有側(cè)面角焊縫受力時：f=Nhelwffw14. 受軸心力作用的角鋼與鋼板的連接角焊縫計算：兩面?zhèn)群?；三面圍焊?只有側(cè)面角焊縫時按 f=Nhelwffw

14、計算。三面圍焊時：（1）用蓋板的對接連接1）正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力N=fffwhelw 2）側(cè)面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力f=N-Nhelwffw （2）承受斜向軸心力的角焊縫 1）f=Nsinhelw，f=Ncoshelw 2）(ff)2+f2ffw式中f=1.22，動力荷載結(jié)構(gòu)中f=1.0。 （3）承受軸力的角鋼端部連接 1）N3=fffwhelw 2）N2=K2N-N32，N1=K1N-N32 3）lw1=N120.7hf1ffw，lw2=N220.7hf2ffw 4）hf3=N320.7lw3fffw，式中l(wèi)w3=b-h0。 （4）當(dāng)存在彎矩M時 1）f=Nx2helw+6M2helw，f=NyA

15、e=Ny2helw2）(ff)2+f2ffw，式中f=1.22，動力荷載結(jié)構(gòu)中f=1.0。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。f1=MIwh12fffw式中，M為全部焊縫所承受的彎矩；Iw為全部焊縫有效截面對中性軸的慣性矩；h1為上下翼緣焊縫有效截面最外纖維之間的距離。f2=MIwh22f=V(he2lw2)式中，(he2lw2)為腹板焊縫有效截面積之和；h2為腹板焊縫的實際

16、長度。則腹板焊縫2的端點應(yīng)按下式驗算強度：(f2f)2+f2ffw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：f=Hhe1lw1fffw腹板焊縫的強度計算式為：f=V2he2lw2ffw式中，he1lw1為一個翼緣上角焊縫的有效截面積之和；2he2lw2為兩條腹板焊縫的有效截面積。15. 焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形：產(chǎn)生原因；對結(jié)構(gòu)工作的影響。由于不均勻的溫度場，導(dǎo)致焊件不均勻的膨脹和收縮，從而使焊件內(nèi)部殘存應(yīng)力并引起變形。焊接殘余應(yīng)

17、力按其方向可分為縱向殘余應(yīng)力、橫向殘余應(yīng)力和厚度方向殘余應(yīng)力三種。焊接殘余變形的主要形式有縱向和橫向收縮、彎曲變形、角變形和扭曲變形等。焊接應(yīng)力的影響：（1）對結(jié)構(gòu)靜力強度的影響：有焊接應(yīng)力構(gòu)件的承載能力和沒有殘余應(yīng)力時相同。（2）對結(jié)構(gòu)剛度的影響：構(gòu)件焊接應(yīng)力會降低結(jié)構(gòu)的剛度，降低壓桿穩(wěn)定承載力。（3）對低溫冷脆的影響：在低溫情況下，更易形成冷脆斷裂。（4）對疲勞強度的影響：產(chǎn)生阻礙塑性變形的殘余應(yīng)力，材料變脆，裂紋容易產(chǎn)生和開展，疲勞強度也因而降低。焊接變形的影響：不但影響結(jié)構(gòu)的尺寸和外形的美觀，而且降低結(jié)構(gòu)的承載能力，引起事故。16. 螺栓的種類；螺栓對栓孔的要求；螺栓排列最大、最小間距

18、的依據(jù)；螺栓連接的其他構(gòu)造要求。普通螺栓，分A、B、C三級。A、B級為精制螺栓，類孔，設(shè)計孔徑與螺栓桿徑應(yīng)相等。C級為粗制螺栓，類孔，螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大1.53mm。高強度螺栓，分為摩擦型（大1.52.0mm）、承壓型（大1.01.5mm）（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?jǐn)Q緊螺帽。17. 普

19、通螺栓、高強度螺栓摩擦型抗剪連接的受力工作性能、極限狀態(tài)和承載力設(shè)計值。（1）摩擦傳力的彈性階段，01。（2）滑移階段，12。（3）栓桿傳力階段，23。（4）彈塑性階段，34。曲線的最高點即連接的極限承載力。高強度螺栓由于預(yù)拉力高，由右圖的曲線可見，其上升斜直線段比普通螺栓要高得多，它表明連接彈性性能好，在相對滑移前承載能力高，且剪切變形小，耐疲勞。摩擦型連接受剪高強度螺栓即以摩擦阻力剛被克服、連接即將產(chǎn)生相對滑移作為承載能力的極限狀態(tài)，即到圖中1點。普通螺栓受剪承載力設(shè)計值：Nvb=nvd24fvb高強度螺栓摩擦型抗剪連接：Nvb=0.9nfP18. 普通螺栓抗剪連接的破壞形式及其防止破壞方

20、法。受剪螺栓連接達到極限承載力時，可能的破壞形式有：1）當(dāng)栓桿直徑較小，板件較厚時，栓桿可能先被剪斷；2）當(dāng)栓桿直徑較大，板件較薄時，板件可能先被擠壞，由于栓桿和板件的擠壓是相對的，故也可把這種破壞叫做螺栓承壓破壞；3）端距l(xiāng)1太小，端距范圍內(nèi)的板件有可能被栓桿沖剪破壞；4）板件可能因螺栓孔削弱太多而被拉斷。5）螺栓桿發(fā)生彎曲破壞。上述第3種破壞形式由螺栓端距l(xiāng)12d0來保證；第4種破壞屬于構(gòu)件的強度驗算來保證；一般情況下，被連接板件總厚度小于5倍螺栓直徑時，第5種破壞形式可以避免。因此，普通螺栓的受剪連接只考慮1、2兩種破壞形式。19. 普通螺栓、高強度螺栓摩擦型抗剪連接、抗拉連接、抗拉剪連

21、接的計算。（1）普通螺栓：受剪承載力設(shè)計值：Nvb=nvd24fvb承壓承載力設(shè)計值：Ncb=dtfcb式中，nv為受剪面數(shù)目；d為螺栓桿直徑；t為在不同受力方向中，同一個受力方向承壓構(gòu)件總厚度的較小值；fvb、fcb分別為螺栓的抗剪和承壓強度。當(dāng)連接長度l115d0（d0為螺孔直徑）時，即所需螺栓數(shù)n為：n=NNminb式中，Nminb為一個螺栓受剪承載力設(shè)計值與承壓承載力設(shè)計值的較小值。當(dāng)連接長度l115d0時，承載力設(shè)計值需乘以折減系數(shù)：=1.1-l1150d00.7則對長連接，所需抗剪螺栓數(shù)為：n=NNminb假定拉應(yīng)力在螺栓螺紋處截面上均勻分布，因此單個螺栓的抗拉承載力設(shè)計值為：Nt

22、b=Aeftb=de24ftb當(dāng)外力N通過螺栓群形心時，假定每個螺栓所受的拉力相等，因此連接所需的螺栓數(shù)目為：n=NNtb當(dāng)螺栓群小偏心受拉時，中和軸應(yīng)取在螺栓群的形心軸O處，螺栓內(nèi)力按三角形分布（上部螺栓受拉，下部螺栓受壓），即每個螺栓i所受拉力或壓力NiM的大小與該螺栓至中和軸的距離yi成正比，即：Nmax=N/n+Ney1/yi2NtbNmin=N/n-Ney1/yi20中和軸假定在（彎矩指向一側(cè)）最外一排螺栓的位置。當(dāng)螺栓群大偏心受拉時，即e=yi2/(ny1)時，在端板底部將出現(xiàn)受壓區(qū)，偏安全取中和軸位于最下排螺栓O處，則：Ni=Neyi/yi2N1=Ney1/yi2Ntb同時受拉剪

23、作用時，需同時滿足：(NvNvb)2+(NtNtb)21NvNcb式中Nv、Nt為一個螺栓所承受的剪力和拉力設(shè)計值；Nvb、Ntb為一個螺栓的螺桿抗剪和抗拉承載力設(shè)計值；Ncb為一個螺栓的孔壁承壓承載力設(shè)計值。（2）高強度螺栓摩擦型所需螺栓數(shù)目：nNNminb，式中Nminb是相應(yīng)連接類型的單個高強度螺栓受剪承載力的最小值。 nNNtb，式中Ntb為在桿軸方向受拉力時，一個高強度螺栓的承載力設(shè)計值。受剪：Nvb=0.9nfP受拉：Ntb=0.8P偏心受拉時最大拉力及其驗算式為：N1=Nn+Neyi2y1Ntb受剪拉聯(lián)合作用時：NvNvb+NtNtb120. 梁的強度計算：抗彎、抗剪、局部承壓、

24、折算應(yīng)力；梁的剛度要求。梁抗彎強度應(yīng)滿足：MxxWnxfyR=f式中，R為材料抗力分項系數(shù)，對Q235鋼取1.087，對Q345、Q390、Q420鋼取1.111。對雙向受彎的梁，其強度應(yīng)滿足：MxxWnx+MyyWnyf式中My、Wny、y分別為作用在截面上繞y軸的彎矩、繞y軸的凈截面模量和相應(yīng)的塑性發(fā)展系數(shù)。的取值為：（1）對有平翼緣板的一側(cè)取1.05；（2）對無翼緣板的一側(cè)取1.20；（3）對圓管邊緣取1.15；（4）對格構(gòu)式構(gòu)件的虛軸取1.0。實腹梁截面上的剪應(yīng)力為：=VySxIxtw，maxfv式中，Vy為計算截面y軸主平面內(nèi)的剪力；Sx為計算剪應(yīng)力處以上（或以下）截面對中和軸x軸的

25、面積矩；Ix為繞x軸的毛截面慣性矩；tw為計算點處板件的厚度。腹板邊緣的局部壓應(yīng)力計算公式：c=Ftwlzf式中，F(xiàn)集中荷載，對動力荷載應(yīng)考慮動力系數(shù)； 集中荷載增大系數(shù)，對重級工作制吊車梁，=1.35；其他梁及支座處=1.0。 lz集中荷載在腹板計算高度上邊緣的假定分布長度，按下式計算：跨中集中荷載：lz=a+5hy+2hR梁端支反力處：lz=a+2.5hy+b式中，a為集中荷載沿梁跨度方向的支承長度，對鋼軌上的輪壓可取為50mm；hy為自梁頂面至腹板計算高度上邊緣的距離；hR為軌道的高度，對梁頂無軌道的梁hR=0；b為梁端到支座板外邊緣距離，如果b 大于2.5hy，取2.5hy；f為鋼材的

26、抗壓強度設(shè)計值。梁在設(shè)計中危險點處的折算應(yīng)力z應(yīng)滿足：z=2+c2-c+321f式中，、c為腹板計算高度邊緣同一點上同時產(chǎn)生的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力，和c以拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。、c分別按公式=VySxIxtw、c=Ftwlz計算，按下式計算：=MxIny1式中，In為梁凈截面慣性矩；y1為所計算點至梁中和軸的距離；1為計算折算應(yīng)力時的強度設(shè)計值增大系數(shù)，考慮到梁的某一截面處腹板邊緣的折算應(yīng)力達屈服時，僅限于局部，所以設(shè)計強度予以提高；同時也考慮到異號應(yīng)力場將增加鋼材的塑性性能，因而1可取得大一些；故當(dāng)和c異號時，取1=1.2；當(dāng)和c同號或 c=0時，取1=1.1。21. 梁喪失整體穩(wěn)定

27、的現(xiàn)象、原因和實質(zhì)；影響梁整體穩(wěn)定承載力的因素；提高梁整體穩(wěn)定承載力的措施。（1）梁在偶然的很小側(cè)向干擾力作用下，會實然向剛度較小的側(cè)向彎曲，并伴隨扭轉(zhuǎn)。此時若除去側(cè)向干擾力，側(cè)向彎扭變形也不再消失。若彎矩再略增加，則彎扭變形將迅速增大，梁也隨之失去承重能力，這種現(xiàn)象稱為梁喪失整體穩(wěn)定。因此梁的失穩(wěn)是從穩(wěn)定平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定平衡狀態(tài)，并產(chǎn)生側(cè)向彎扭屈曲。兩種平衡狀態(tài)過渡時梁所能承受的最大彎矩和截面的最大彎曲壓應(yīng)力稱為臨界彎矩Mcr和臨界應(yīng)力cr。（2）影響梁整體穩(wěn)定的因素從以上分析可以看出截面的側(cè)向抗彎剛度EIy、抗扭剛度GIt和翹曲剛度EI越大，臨界彎矩越高；梁兩端的支承條件對臨界彎矩也有

28、不可忽視的影響，約束程度越高，臨界彎矩越高；構(gòu)件側(cè)向支承點間的距離l1越小，臨界彎矩越大；梁的整體失穩(wěn)是由受壓翼緣側(cè)向失穩(wěn)引起，受壓翼緣寬大的截面，臨界彎矩高一些。此外，荷載的種類和作用位置對臨界彎矩也有不可忽視的影響，彎矩圖飽滿的構(gòu)件，臨界彎矩低些；荷載作用的位置越高對梁的整體穩(wěn)定也越不利。（3）增強梁整體穩(wěn)定的措施從影響梁整體穩(wěn)定的因素來看可以采用以下辦法增強梁的整體穩(wěn)定性：1）增大梁截面尺寸，其中增大受壓翼緣的寬度是最為有效的；2）增加側(cè)向支撐系統(tǒng)，減小構(gòu)件側(cè)向支承點間的距離l1，側(cè)向支撐應(yīng)設(shè)在受壓翼緣處，按第6章的方法將受壓翼緣視為軸心壓桿計算支撐所受的力。3）當(dāng)梁跨內(nèi)無法增設(shè)側(cè)向支撐

29、時，宜采用閉合箱形截面，因其Iy、It和I均較開口截面的大。4）增加梁兩端的約束提高其穩(wěn)定承載力。在公式（4.4.14）、（4.4.19）中我們認(rèn)為支座是夾支支座，因此在實際設(shè)計中，我們必須采取措施使梁端不能發(fā)生扭轉(zhuǎn)。在以上措施中沒有提到荷載種類和荷載作用位置，這是因為在設(shè)計中它們一般并不取決于設(shè)計者。22. 梁整體穩(wěn)定的計算：計算公式；穩(wěn)定系數(shù)公式中各符號的意義和取值方法；彈塑性階段的穩(wěn)定系數(shù)；不必驗算整體穩(wěn)定的條件。（1）計算公式：1）在最大剛度主平面內(nèi)單向受彎的梁：=MxWxcrR=crfyfyR=bf 或MxbWxf式中，b=crfy=McrMy 梁的整體穩(wěn)定性系數(shù)； Mx繞強軸（x軸

30、）作用的最大彎矩； Wx按受壓纖維確定對x軸梁毛截面模量。2）在兩個主平面內(nèi)受彎的H型鋼截面或工字形截面梁：MxbWx+MyyWyf式中，My繞弱軸（y軸）作用的彎矩； Wy按受壓纖維確定對y軸梁毛截面模量。3）單軸對稱工字形截面：b=b4320y2AhWx1+yt14.4h2+b235fy式中，b=b/b等效臨界彎矩系數(shù)； b截面不對稱影響系數(shù)： 對雙軸對稱工字形截面和H型鋼，b=0； 對單軸對稱工字開截面，b=0.82b-1 加強受壓翼緣2b-1 加強受拉翼緣 式中，b=I1/(I1+I2)，I1、I2分別是受壓翼緣和受拉翼緣對y軸的慣性矩。 y梁在側(cè)向支承點間繞y軸的長細(xì)比，y=l1/l

31、y，ly為梁毛截面對y軸的回轉(zhuǎn)半徑； A梁的毛截面面積； t1受壓翼緣的厚度。當(dāng)b0.6時梁已進入彈塑性階段，應(yīng)采用下式對b進行修正，用b代替b。0.680235fy時，應(yīng)配置橫向加勁肋，用來防止因剪應(yīng)力產(chǎn)生的屈曲。3）當(dāng)h0/tw170235fy（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束，如連有剛性鋪板或焊有鐵軌時）或h0/tw150235fy（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束時），或按計算需要時，除配置橫向加勁肋外，還應(yīng)在彎矩較大的受壓區(qū)配置縱向加勁肋，用來防止因彎曲壓應(yīng)力產(chǎn)生的屈曲。局部壓應(yīng)力很大的梁，必要時尚應(yīng)在受壓區(qū)配置短加勁肋。任何情況下（包括考慮腹板屈曲后強度的設(shè)計）h0/tw均不宜超過250235fy，以免

32、高厚比過大時產(chǎn)生焊接翹曲變形。在本條中的h0為腹板的計算高度，對單軸對稱梁，h0應(yīng)取為腹板受壓區(qū)高度hc的2倍。對雙軸對稱截面，2hc=h0。4）梁的支座處和上翼緣受有較大固定集中荷載處，宜設(shè)置支承加勁肋。當(dāng)腹板高厚比h0/tw85235fy時，腹板在剪應(yīng)力作用下不會失穩(wěn)；當(dāng)h0/tw177235fy（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束時）或h0/tw80235fy（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束時），在彎曲壓應(yīng)力作用下不會失穩(wěn)；當(dāng)h0/tw84235fy時，在局部壓應(yīng)力c作用下不會失穩(wěn)。也可以說，當(dāng)h0/tw84235fy時，在三種應(yīng)力的單獨作用下腹板均不會喪失局部穩(wěn)定。（2）根據(jù)腹板高厚比h0/tw的比值，采取

33、配置加勁肋是保證腹板局部穩(wěn)定的最有效方法。具體做法是根據(jù)腹板在各種應(yīng)力作用下的屈曲特征，在相應(yīng)的凹凸變形部位，設(shè)置橫向加勁肋或縱向加勁肋、短加勁肋以及支承加勁肋（實際是承受固定集中荷載或支座反力的橫向加勁肋）等。（3）腹板屈曲后有繼續(xù)承載更大的荷載的能力，利用腹板屈曲后強度的梁，其腹板高厚比可放寬至250都不需設(shè)置縱向加勁肋。規(guī)范推薦將其用于承受靜力荷載或間接承受動力荷載的組合梁。對吊車梁等直接承受動力荷載的梁，由于腹板反復(fù)屈曲可能引起腹板邊緣產(chǎn)生疲勞裂紋，且有關(guān)資料還不充分，故暫不采用，即仍需按上一節(jié)內(nèi)容配置腹板加勁肋并驗算局部穩(wěn)定。（4）梁寬度b與其厚度t之比的限值為（塑性設(shè)計）：bt13

34、235fy如梁按彈性設(shè)計時可放寬至：bt15235fy（5）支承加勁肋的設(shè)計：外伸長度：bsh030+40mm厚度：tsbs151）腹板平面外的穩(wěn)定性：取軸心受壓構(gòu)件截面為加勁肋和加勁肋每側(cè)15tw235/fy范圍的腹板，在梁端不若不中此數(shù)時，可取實際長度。計算長度取腹板高度h0。由于在腹板平面內(nèi)不可能失穩(wěn)，故僅按下面公式計算其在腹板平面外的穩(wěn)定性：NAf式中，N集中荷載或支座反力； 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，由z=l0/iz確定，iz=Iz/A繞腹板z軸的回轉(zhuǎn)半徑。2）端面承壓強度：當(dāng)支承加勁肋的端部為刨平頂緊時，應(yīng)按所承受的支座反力面承壓應(yīng)力：=NAcefce式中，Ace端面承壓面積，即支承

35、加勁肋與翼緣或突緣式加勁板與柱頂?shù)慕佑|面積； fce鋼材端面承壓（刨平頂緊）強度設(shè)計值。當(dāng)支承加勁肋的端部為焊接時，應(yīng)計算焊縫強度。3）支承加勁肋與腹板的連接焊縫：按承受的支座反力或集中荷載進行計算，并假定應(yīng)力沿焊縫全長均勻分布。26. 軸心受力構(gòu)件的強度計算；軸心受力構(gòu)件的剛度要求。對無孔洞等削弱的軸心受力構(gòu)件，以全截面平均應(yīng)力達到屈服強度為強度極限狀態(tài)，應(yīng)按下式進行毛截面強度計算：=NAf式中，N為構(gòu)件的軸心力設(shè)計值；f為鋼材抗拉強度設(shè)計值或抗壓強度設(shè)計值；A為構(gòu)件的毛截面面積。對有孔洞等削弱的軸心受力構(gòu)件，在孔洞處截面上的應(yīng)力分布是不均勻的，靠近孔邊處將產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。對這種受拉構(gòu)件，

36、其承載能力極限狀態(tài)要分兩種情況考慮：（1）毛截面屈服。計算同上。（2）凈截面拉斷。因此按下式進行凈截面強度計算：=NAnf式中，An為構(gòu)件的凈截面面積。對有螺紋的拉桿，An取螺紋處的有效截面面積。當(dāng)軸心受力構(gòu)件采用普通螺栓（或鉚釘）連接時，若螺栓（或鉚釘）為并列布置（圖6.2.2a），An按最危險的正交截面（-截面）計算；若螺栓錯列布置（圖6.2.2b），構(gòu)件既可能沿正交截面-破壞，也可能沿齒狀截面-或-破壞。截面-或-的毛截面長度較大但孔洞較多，其凈截面面積不一定比截面-的凈截面面積大。An應(yīng)取-、-或-截面的較小面積計算。對于高強度螺栓摩擦型連接的構(gòu)件，可以認(rèn)為連接傳力所依靠的摩擦力均勻分

37、布于螺孔四周，故在孔前接觸面已傳遞一半的力（圖6.2.3）。因此，最外列螺栓處危險截面的凈截面強度應(yīng)按下式計算：=NAnf式中，N=N(1-0.5n1/n)；n為連接一側(cè)的高強度螺栓總數(shù)；n1為計算截面（最外列螺栓處）上的高強度螺栓數(shù)目；0.5為孔前傳力系數(shù)。對于高強度螺栓摩擦型連接的構(gòu)件，除按上式驗算凈截面強度外，還應(yīng)驗算毛截面強度。軸心受力構(gòu)件的剛度計算應(yīng)滿足：=l0i式中，構(gòu)件最不利方向的細(xì)長比，一般為兩主軸方向長細(xì)比的較大值； l0相應(yīng)方向的構(gòu)件計算長度，按各類構(gòu)件的規(guī)定取值； I相應(yīng)方向的截面回轉(zhuǎn)半徑； 受拉構(gòu)件或受壓構(gòu)件的容許細(xì)長比。27. 軸心受壓的失穩(wěn)（屈曲）形式及其與構(gòu)件截面

38、形式的關(guān)系；影響軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力的因素。屈曲變形分為彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲三種形式。對于一般雙軸對稱截面的軸心壓桿，其屈曲形式一般為彎曲屈曲，只有某些特殊截面如薄壁十字形截面，在一定條件下才可能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)屈曲。單軸對稱截面如角鋼、槽鋼和T形鋼或雙板T形截面等，因其截面只有一個對稱軸，截面的形心O和剪切中心S不重合，故當(dāng)桿件繞截面的對稱軸彎曲的同時，必然會伴隨扭轉(zhuǎn)變形，產(chǎn)生彎扭屈曲。但若是繞截面的非對稱軸屈曲，則仍為彎曲屈曲。常用的單軸對稱截面軸心壓桿多數(shù)屬于后一種情況。影響軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力因素：幾何缺陷（初彎曲、初偏心）、力學(xué)缺陷（殘余應(yīng)力）。28. 軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定計算

39、；提高軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定承載力的措施。軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算應(yīng)滿足：=NAcrR=crfyfyR=f規(guī)范對軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算采用下列形式：NAf式中，cr構(gòu)件的極值點失穩(wěn)臨界應(yīng)力；R抗力分項系數(shù)；N軸心壓力設(shè)計值；A構(gòu)件的毛截面面積；f鋼材的抗壓強度設(shè)計值；軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)。構(gòu)件細(xì)長比應(yīng)按下列規(guī)定確定：x=l0xix，y=l0yiy式中，l0x，l0y構(gòu)件對主軸x軸，y軸的計算長度； ix，iy構(gòu)件毛截面對主軸x軸，y軸的回轉(zhuǎn)半徑。29. 實腹式軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定的驗算；保證局部穩(wěn)定的寬（高）厚比限值的確定準(zhǔn)則；工字形截面翼緣和腹板局部穩(wěn)定的計算；腹板高厚比不滿足限值要求時采取的措施。為了保證實腹式軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定，通常采用限制其板件的寬（高）厚比的方法來實現(xiàn)。板的局部失穩(wěn)不先于桿件的整體失穩(wěn)的原則，即根據(jù)板的屈曲應(yīng)力cr和桿件的整體穩(wěn)定