鋼結(jié)構(gòu)全套PPT教學課件

第1章

緒論

全套PPT課件1.1鋼結(jié)構(gòu)的特點及應用

1.2鋼結(jié)構(gòu)的設計方法1.3鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展（一）材質(zhì)均勻，和力學計算的假定比較符合

（二）材料的強度高，塑性和韌性好

（三）鋼結(jié)構(gòu)制造簡便，施工周期短

1.1.1鋼結(jié)構(gòu)的特點

五大優(yōu)點

:（四）鋼結(jié)構(gòu)的重量輕

（五）鋼結(jié)構(gòu)的密閉性好

（一）材質(zhì)均勻，和力學計算的假定比較符合

鋼材內(nèi)部組織比較接近于勻質(zhì)和各向同性體，而且在一定的應力幅度內(nèi)幾乎是完全彈性的。因此，鋼結(jié)構(gòu)的實際受力情況和工程力學計算結(jié)果比較符合。鋼材在冶煉和軋制過程中質(zhì)量可以嚴格控制，材質(zhì)波動的范圍較小。因此，鋼結(jié)構(gòu)的實際工作性能與理論計算結(jié)果吻合較好。（二）材料的強度高，塑性和韌性好

鋼材和其他建筑材料，諸如混凝土、磚石和木材相比，強度要高得多。因此，特別適用于大跨度或荷載很大的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)。鋼材還具有塑性和韌性好的特點。塑性好，結(jié)構(gòu)在一般條件下不會因超載而突然斷裂；韌性好，結(jié)構(gòu)對動力荷載的適應性強，因此，在地震區(qū)采用鋼結(jié)構(gòu)是比較合適的。另一方面，由于鋼材的強度高，做成的構(gòu)件截面小而壁薄，受壓時需要滿足穩(wěn)定的要求，強度有時不能充分發(fā)揮。（三）鋼結(jié)構(gòu)制造簡便，施工周期短

鋼結(jié)構(gòu)所用的材料較為單一，而且是成材，加工比較簡便，機械化程度高。因此，大量的鋼結(jié)構(gòu)一般在專業(yè)化的金屬結(jié)構(gòu)廠做成構(gòu)件，精確度較高，質(zhì)量可靠。構(gòu)件在工地拼裝，可以采用安裝簡便的普通螺栓和高強螺栓，有時還可以在地面拼裝成較大的單元再行吊裝，施工周期較短。小量的鋼結(jié)構(gòu)如輕鋼屋架，也可以在現(xiàn)場就地制造，隨即用簡易機具吊裝。此外，對已建成的鋼結(jié)構(gòu)也比較容易進行改建、擴建和加固。同時，用螺栓連接的結(jié)構(gòu)還可根據(jù)需要進行拆遷。（四）鋼結(jié)構(gòu)的重量輕

鋼材容重雖比混凝土等建筑材料的容重大，但鋼結(jié)構(gòu)卻比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)重量輕，原因是鋼材的強度與容重之比要比混凝土大得多。同樣跨度承受同樣荷載時，鋼屋架的重量最多不過鋼筋混凝土屋架的1／3至1／4，薄壁型鋼屋架甚至接近1／10，為吊裝提供了方便條件。對于需要遠距離運輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)，如建造在交通不便的山區(qū)和邊遠地區(qū)的工程，重量輕也是個重要的有利條件。同時，重量輕可以降低地基及基礎部分的造價，而且對抵抗地震力作用較為有利。但由于鋼材的強度高，做成的構(gòu)件截面小而壁薄，受壓時，構(gòu)件一般由穩(wěn)定和剛度控制，強度難以充分發(fā)揮。（五）鋼結(jié)構(gòu)的密閉性好

鋼材組織致密，具有不滲透性和耐高壓性，采用焊接可制成完全密閉的結(jié)構(gòu)，水密性和氣密性較好，適宜于做有密閉要求的板殼結(jié)構(gòu)，如壓力容器、油庫、氣柜和管道等。

（一）鋼材耐腐蝕性差

（二）鋼材耐熱但不耐火

（三）鋼結(jié)構(gòu)在某些情況下可能發(fā)生脆性斷裂

三大缺點

:（一）鋼材耐腐蝕性差

鋼材耐腐蝕的性能比較差，因此，必須對結(jié)構(gòu)注意防護。這使維護費用比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高。不過在沒有侵蝕性介質(zhì)的一般廠房中，構(gòu)件經(jīng)過徹底除銹并涂上合格的油漆，銹蝕問題并不嚴重。（二）鋼材耐熱但不耐火

鋼材長期經(jīng)受100℃以內(nèi)的輻射熱時，強度沒有多大變化，因此具有一定的耐熱性能，但溫度達150℃以上時，就須用隔熱層加以保護。當溫度超過200℃后，材質(zhì)變化較大，強度逐漸降低；當溫度超過300℃以后，強度急劇下降；當溫度達到600℃時，鋼材進入塑性狀態(tài)已不能承載。因此，鋼材不能耐火，對重要的結(jié)構(gòu)必須注意采取防火措施。（三）鋼結(jié)構(gòu)在某些情況下可能發(fā)生脆性斷裂

鋼材雖然韌性較好，但在低溫下材質(zhì)變脆，在發(fā)生疲勞破壞時的脆性破壞等，如果設計、制造或使用不當，鋼結(jié)構(gòu)會發(fā)生脆性斷裂，設計時應予以注意。1.1.2鋼結(jié)構(gòu)的應用范圍

1234（三）高層建筑（一）大跨度結(jié)構(gòu)（二）重型廠房結(jié)構(gòu)（四）多層鋼框架結(jié)構(gòu)1.1.2鋼結(jié)構(gòu)的應用范圍

5678（七）組合結(jié)構(gòu)（五）高聳結(jié)構(gòu)（六）輕型鋼結(jié)構(gòu)（八）其它結(jié)構(gòu)形式

（一）大跨度結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)的跨度越大，自重在全部荷載中所占的比重也就越大，減輕結(jié)構(gòu)自重可以獲得明顯的經(jīng)濟效果。因此，鋼結(jié)構(gòu)強度高而重量輕的優(yōu)點對于大跨結(jié)構(gòu)特別突出，如飛機庫、體育館、火車站、展覽館、影劇院、大會堂等，其結(jié)構(gòu)體系可為平板網(wǎng)架、網(wǎng)殼、空間桁架、斜拉、懸索和拱架等。還有歷屆奧運會、博覽會等都可以顯示鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展水平。（二）重型廠房結(jié)構(gòu)

鋼鐵聯(lián)合企業(yè)和重型機械制造工業(yè)，有許多車間屬于重型廠房。車間里吊車的起重量較大，或者吊車的工作較為繁重，工作較為頻繁，多采用鋼骨架。如：大型鋼鐵企業(yè)的煉鋼、軋鋼、無縫鋼管等車間；重型機器廠的鑄鋼、鍛壓、水壓車間；造船廠的船體車間等。另外，有強烈輻射熱的車間，也經(jīng)常采用鋼結(jié)構(gòu)。（三）高層建筑由于城市建設的需要，高層、超高層逐漸增多。鋼結(jié)構(gòu)強度高、自重輕，構(gòu)件體積小，且裝配化程度高，施工快等獨特優(yōu)點，對高層建筑尤其有利。目前世界上最高，最大的結(jié)構(gòu)采用的大多都是鋼結(jié)構(gòu)。世界上已經(jīng)建成的幾個純鋼結(jié)構(gòu)超高層建筑已經(jīng)很多。我國于1997年建成的上海金茂大廈(95層，建筑高度421m，結(jié)構(gòu)高度395m)，還有上海浦東環(huán)球金融中心也躋身于世界超高層的行列。巨型鋼結(jié)構(gòu)為高層或超高層建筑的一種嶄新體系，它是為了滿足特殊功能或綜合功能而產(chǎn)生的，它具有良好的建筑適應性和潛在的高效結(jié)構(gòu)性能，是一種很有發(fā)展的結(jié)構(gòu)。如日本千葉縣43層、高180m的NEC大樓，該建筑內(nèi)部布置大開口和大空間庭院，其巨型結(jié)構(gòu)是由四根巨型結(jié)構(gòu)柱和四個巨型的空間桁架梁組成的巨型空間桁架體系。經(jīng)分析，這種體系具有極強的抗推剛度。（四）多層鋼框架結(jié)構(gòu)

鋼框架結(jié)構(gòu)，其自重輕，抗震性能好，施工速度快，機械化程度高，結(jié)構(gòu)簡單。構(gòu)件易于標準化和定型化，對多層建筑而言，鋼框架結(jié)構(gòu)體系是一種比較經(jīng)濟合理、運用廣泛的結(jié)構(gòu)體系。但同時它也存在一定的缺點，如用鋼量稍大，耐火性能差，后期維修費用高，造價略高于混凝土框架等。從目前來看，鋼框架結(jié)構(gòu)建筑是對城市環(huán)境影響最小的一種結(jié)構(gòu)之一，在西方已被廣泛采用。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，更具有在“高、大、輕”三方面發(fā)展的獨特優(yōu)勢。因此，兩者相結(jié)合以至達到更好的使用功能效果。（五）高聳結(jié)構(gòu)

高聳結(jié)構(gòu)包括塔架和桅桿結(jié)構(gòu)，如高壓輸電線路的塔架、廣播和電視發(fā)射用的塔架和桅桿等。廣州和上海的電視塔高度為200和205米。1977年建成的北京環(huán)境氣象塔高325米，是五層拉線的桅桿結(jié)構(gòu)。（六）輕型鋼結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)重量輕不僅對大跨結(jié)構(gòu)有利，對使用荷載特別輕的小跨結(jié)構(gòu)也有優(yōu)越性。因為當使用荷載特別輕時，小跨結(jié)構(gòu)的自重也成為一個重要因素。薄壁型鋼屋架在一定條件下的用鋼量可不超過鋼筋混凝土屋架的用鋼量。輕型鋼結(jié)構(gòu)包括輕型門式鋼架房屋鋼結(jié)構(gòu)、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)以及鋼管結(jié)構(gòu)等，已廣泛應用于沒有吊車或吊車噸位不大的工業(yè)廠房、辦公樓及中小體育館等。（七）組合結(jié)構(gòu)

將鋼和混凝土組合起來共同受力并發(fā)揮各自的長處，可以有效地節(jié)約材料。例如，壓型鋼板組合樓板、鋼-混凝土組合梁、鋼管混凝土柱、勁性混凝土柱等，已得到廣泛的應用。（八）其它結(jié)構(gòu)形式

如受動力荷載影響的結(jié)構(gòu)、可拆卸的結(jié)構(gòu)、容器和其他構(gòu)筑物等。由于鋼材具有良好的韌性，設有較大鍛錘或產(chǎn)生動力作用的其他設備的廠房，其骨架直接承受的動力盡管有時不是很大，但間接振動卻極為強烈，所以即使屋架跨度不是很大時，也往往用鋼結(jié)構(gòu)制成。對于抗震能力要求高的結(jié)構(gòu)，用鋼結(jié)構(gòu)也是比較適宜的。一、概率極限狀態(tài)設計方法1.2鋼結(jié)構(gòu)的設計方法二、設計表達式1、承載能力極限狀態(tài)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)承載的變形的極限狀態(tài)，它包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因強度超過而破壞，結(jié)構(gòu)或其一部分作為剛體而失去平衡（傾覆或滑移），在反復荷載作用下構(gòu)件或連接發(fā)生疲勞破壞等。當結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，應認為超過了承載能力極限狀態(tài)：(1)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；(2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強度而破壞（包括疲勞破壞），或因過度變形而不適于繼續(xù)承載；(3)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系；(4)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）；(5)地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）2、正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性能中某項規(guī)定限度的狀態(tài)稱為正常使用極限狀態(tài)。當結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，應認為超過了正常使用極限狀態(tài)：(1)影響正常使用或外觀的變形；(2)影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）(3)影響正常使用的振動；(4)影響正常使用的其他特定狀態(tài)

3、結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)

結(jié)構(gòu)的工作性能可用結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)來描述。

簡化設計時，只以結(jié)構(gòu)構(gòu)件的荷載效應Ｓ和抗力Ｒ這兩個基本隨機變量來表達結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，則有

結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；

結(jié)構(gòu)達到臨界狀態(tài)，即極限狀態(tài)；

結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。

由于基本變量R、S的不定性，說明作用在結(jié)構(gòu)的荷載潛在著出現(xiàn)高值的可能，材料性能也潛在著出現(xiàn)低值的可能；雖然設計者在設計時采用了相當保守的方案，但在結(jié)構(gòu)投入使用后，也不能保證它絕對可靠，因而對所設計的結(jié)構(gòu)的功能只能作出一定概率的保證。1.2.2設計表達式(1)對于承載能力極限狀態(tài)設計，應采用荷載效應的基本組合，必要時應考慮荷載效應的偶然組合。荷載效應的的基本組合按下列設計表達式中最不利值確定（在鋼結(jié)構(gòu)設計中，習慣采用應力表達形式）：由可變荷載效應控制的組合：

由永久荷載效應控制的組合：

(2)對于正常使用極限狀態(tài)，按《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準》的規(guī)定要求分別采用荷載的標準組合、頻遇組合和準永久組合進行設計，使變形、裂縫等荷載效應的設計值不超過相應的規(guī)定限值。在鋼結(jié)構(gòu)設計中，只考慮荷載的標準組合，其設計表達式為：

一、研究高強度鋼材二、改進設計方法三、采用新型結(jié)構(gòu)1.3鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展四、發(fā)展前景廣闊五、構(gòu)件生產(chǎn)的標準化1.3鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展

1、研究高強度鋼材應用高強度鋼材，對大(跨度)、高(聳)、重(型)的結(jié)構(gòu)非常有利。我國目前普遍應用的鋼材是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼中的Q235鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼中的Q345、Q390、Q420鋼。目前，我國已采用Q460鋼，并成功應用于北京國家體育館-鳥巢。從發(fā)展趨勢來看，高強度結(jié)構(gòu)鋼的研制和開發(fā)還將不斷進行。在強度增加的同時，還應具有優(yōu)良的塑性性能和韌性性能。另外，改進鋼材的耐腐蝕性和耐火性，也是今后的發(fā)展方向。2、改進設計方法

經(jīng)過我國鋼結(jié)構(gòu)工程技術人員多年來的勤奮工作，現(xiàn)行的《規(guī)范》在用了當前國際上結(jié)構(gòu)設計最先進的方法，以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法；對軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定計算由原來的三條柱子曲線改為四條柱子曲線，凡此等等，都表明我國運用現(xiàn)代科技的測試和計算技術，已能較好地使鋼結(jié)構(gòu)的計算方法反映結(jié)構(gòu)的實際工作情況，從而能更合理地使用材料。然而在有些問題上仍有待作進一步改進和提高。3、采用新型結(jié)構(gòu)(1)大跨度建筑：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)近年來在我國已得到較廣泛的應用，它能有效地跨越較大的空間。懸索結(jié)構(gòu)在大跨度建筑中是一種造型美觀，對建筑平面圖形適應性強的結(jié)構(gòu)形式，由于主要承重構(gòu)件受拉，因此可最大限度地利用材料，用鋼量很低，故很受歡迎。預應力鋼結(jié)構(gòu)是在大跨度結(jié)構(gòu)中節(jié)約鋼材的一種有效方法，用于加強懸索結(jié)構(gòu)，更具有明顯經(jīng)濟效果。(2)組合結(jié)構(gòu)：將鋼和混凝土組合起來共同受力并發(fā)揮各自材料的長處，鋼材利于受拉，混凝土利于受壓的特點，能有效地節(jié)約材料。主要形式有壓型鋼板組合樓蓋、組合梁、鋼管混凝土柱和勁性混凝土等。4、發(fā)展前景廣闊隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在各行業(yè)的發(fā)展也越來越迅速。近幾年來，建筑鋼結(jié)構(gòu)在單層、多層的輕中重型廠房，高層、超高層建筑，大跨度公共建筑等方面已經(jīng)取得了很大的進展?；鹆﹄姀S、橋梁、市政建設、高層住宅、底層別墅也開始成了建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展市場，尤其是住宅鋼結(jié)構(gòu)在國內(nèi)的應用還很少，市場前景廣闊。5、構(gòu)件生產(chǎn)的標準化目前，鋼結(jié)構(gòu)的應用越來越廣。從設計入手，結(jié)合產(chǎn)品的制造工藝，將一些易于定型化、標準化的產(chǎn)品，使其桿件規(guī)格統(tǒng)一，便于互換和大量制造成系列化產(chǎn)品，達到批量生產(chǎn)，降低造價的目的，將使鋼結(jié)構(gòu)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)、標準化制作，有效的推進我國住宅的產(chǎn)業(yè)化。另外，結(jié)構(gòu)設計的優(yōu)化和計算機輔助設計都得到了很大的發(fā)展，可較好的確定優(yōu)化的結(jié)構(gòu)形式和截面形式，取得較大的經(jīng)濟效果。

本章小結(jié)鋼結(jié)構(gòu)具有：材料的強度高，塑性和韌性好；材質(zhì)均勻，和力學計算的假定比較符合；鋼結(jié)構(gòu)制造簡便，施工周期短；鋼結(jié)構(gòu)的重量輕；鋼結(jié)構(gòu)的密閉性好等優(yōu)點。鋼結(jié)構(gòu)適用于重型廠房結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)、多層鋼框架結(jié)構(gòu)、高層建筑、受動力荷載影響的結(jié)構(gòu)、可拆卸的結(jié)構(gòu)、容器和其他構(gòu)筑物、輕型鋼結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)等。鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展要從研究高強度鋼材、改進設計方法、采用新型結(jié)構(gòu)、應用優(yōu)化原理、構(gòu)件的定型化、系列化、產(chǎn)品化等方面不斷進行探索與研究。思考題1.1鋼結(jié)構(gòu)與其他材料的結(jié)構(gòu)相比，有哪些特點？1.2鋼結(jié)構(gòu)采用什么設計方法？其設計原則是什么？1.3什么是極限狀態(tài)？分為哪兩類？其內(nèi)容有哪些？1.4結(jié)構(gòu)設計中，能否保證結(jié)構(gòu)絕對安全，為什么？第2章

鋼結(jié)構(gòu)的材料

2.1概述

2.2鋼材的破壞形式2.3鋼材的主要性能2.4鋼材在復雜應力作用下的力學性能

2.5各種因素對鋼材性能的影響2.6鋼材的種類、規(guī)格及選用

鋼的種類繁多，性能差別很大，適用于鋼結(jié)構(gòu)的鋼材只是其中的一小部分。用作鋼結(jié)構(gòu)的鋼材必須符合下列要求：(1)有較高的強度(2)較好的塑性、韌性及耐疲勞性能。(3)良好的工藝性能(包括冷加工、熱加工和可焊性能等）。(4)耐久性好。2.1概述2.2鋼材的破壞形式鋼材在各種作用下有兩種性質(zhì)完全不同的破壞形式，即塑性破壞和脆性破壞。建筑鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材雖然有較好的塑性和韌性，但在一定的條件下，仍然有脆性破壞的可能性。兩者的破壞特征有明顯的區(qū)別。塑件破壞是由于構(gòu)件的應力達到材料的極限強度而產(chǎn)生的，破壞斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗，破壞前有較大的塑性變形，且變形持續(xù)時間長，容易發(fā)現(xiàn)并采取有效補救措施，通常不會引起嚴重后果。脆性破壞服強度,是在塑性變形很小，甚至沒有塑性變形的情況下突然發(fā)生的，破壞時構(gòu)件的計算應力可能小于鋼材的屈服強度,

破壞的斷口平齊并呈有光澤的晶粒狀。

由于脆性破壞前沒有明顯的征兆，不能及時覺察和補救，破壞后果嚴重。

因此，在鋼結(jié)構(gòu)的設計、施工和使用中，要充分考慮各方面因素，盡量避免一切發(fā)生脆性破壞的可能性。2.3鋼材的主要性能（1）強度比例極限與彈性極限

屈服點

抗拉強度

（2）塑性2.3鋼材的主要性能（1）強度比例極限與彈性極限

屈服點

抗拉強度

（2）塑性伸長率δ反映的是標距范圍內(nèi)變形的平均值，相比較而言，用斷面收縮率Ψ作為鋼材的塑性指標更真實，但由于在測量面積時較困難且誤差較大，因此，我們通常用伸長率δ代表材料在單向拉伸時的塑性應變的能力，而不用斷面收縮率Ψ。結(jié)構(gòu)制作時，這種能力使得材料承受剪切、沖壓、彎曲及錘擊所產(chǎn)生的局部屈服而無明顯破壞。2.3.2冷彎性能鋼材的冷彎性能是衡量鋼材在常溫下彎曲加工產(chǎn)生塑性變形時對裂紋的抵抗能力的一項指標。鋼材的冷彎性能是用冷彎試驗來檢驗鋼材承受規(guī)定彎曲程度的彎曲變形性能，并顯示其缺陷的程度。冷彎試驗方法是在材料試驗機上，通過冷彎沖頭加壓。圖2.2是冷彎試驗示意圖，用具有彎心直徑d的沖頭對標準試件中部施加荷載使之彎曲，檢查并記錄試件彎曲部位出現(xiàn)的裂紋或分層等情況時的冷彎角度，或者要求將試件冷彎到規(guī)定的一定角度(一般為

)時，以試件彎曲部分的外面、里面和側(cè)面，不出現(xiàn)裂縫或分層，作為判斷冷彎性能的方法。冷彎性能一方面是檢驗鋼材適應冷加工能力和顯示鋼材內(nèi)部缺陷(如分層、非金屬夾雜等）狀況的一項指標，另一方面由于冷彎時試件中部受彎部位受到?jīng)_頭擠壓以及彎曲和剪切的復雜作用，因而也是考察鋼材在復雜應力狀態(tài)下發(fā)展塑性變形能力的一項指標。因此，冷彎性能合格是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下的塑性應變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標。

圖2.2鋼材冷彎試驗示意圖2.3.3沖擊韌性鋼材的沖擊韌性是指鋼材在沖擊荷載作用下，斷裂過程中吸收機械動能的一種能力，是衡量鋼材抵抗沖擊荷載作用，可能因低溫、應力集中，而導致脆性斷裂的一項機械性能。一般通過標準試件的沖擊試驗來獲得鋼材的沖擊韌性指標。沖擊韌性是鋼材斷裂時吸收機械能量的量度，是強度與塑性的綜合指標。理論上，韌性是應力-應變曲線與橫坐標圍成的面積，面積越大，韌性值越大。2.4鋼材在復雜應力作用下的力學性能建筑鋼材可以假設為理想彈塑性體，它的靜力強度指標是屈服點。屈服點標志著鋼材由彈性工作轉(zhuǎn)入塑性工作。但在實際結(jié)構(gòu)中，有些構(gòu)件往往是受雙向或三向應力的作用，如實腹梁的腹板等。這時，確定鋼材的屈服條件需要用強度理論來解決。對于接近理想彈塑性體的建筑鋼材來說，最常用的是能量強度理論（或第四強度理論），而且也經(jīng)實驗驗證。因此，在復雜應力如平面或立體應力(圖2.4)作用下，鋼材由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)入塑性狀態(tài)的條件是按能量強度理論(或第四強度理論)計算的折算應力

與單向應力下的屈服點相比較來判斷：

(2.3)當

時，為彈性狀態(tài)；

時為塑性狀態(tài)。如三向應力有一向應力很小(如厚度較小，厚度方向的應力可忽略不計)或為零時，則屬于平面應力狀態(tài)，式(2.3)成為：

(2.4)在一般的梁中，只存在正應力

和剪應力則：

(2.5)當只有剪應力時，=0，則=由此得：

(2.6)因此，《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》確定鋼材抗剪設計強度為抗拉設計強度的0.58倍。當平面或立體應力皆為拉應力時，材料破壞時沒有明顯的塑性變形產(chǎn)生，即材料處于脆性狀態(tài)。

圖2.4復雜應力狀態(tài)2.5各種因素對鋼材性能的影響2.5.1化學成分的影響鋼是由各種化學成分組成的，化學成分及其含量對鋼的性能特別是力學性能有著重要的影響。鐵(Fe)是鋼材的基本元素，純鐵質(zhì)軟，在碳素結(jié)構(gòu)鋼中約占99％；碳和其他元素僅占1％，對鋼材的力學性能卻有著決定性的影響。其他元素包括硅(Si)、錳(Mn)、硫(S)、磷(P)、氮(N)、氧(O)等。低合金鋼中還含有少量合金元素(低于5％)，如銅(Cu)、釩(V)、

鈦(Ti)、鈮(Nb)、鉻(Cr)等。

在普通碳素鋼中，碳是除純鐵以外的最主要的元素，它直接影響鋼材的強度、塑性和韌性。隨著含碳量的提高，鋼的強度逐漸升高，但塑性、沖擊韌性下降，冷彎性能、可焊性能和抗銹蝕性能等也都變差。因此，盡管碳是使鋼材獲得足夠強度的主要元素，但在鋼結(jié)構(gòu)(特別是焊接結(jié)構(gòu))中并不采用有較高含碳量的鋼材，含碳量一般均不超過0.22％，在焊接結(jié)構(gòu)中，其含碳量應低于0.20%。2.5.2鋼材缺陷的影響冶金缺陷對鋼材性能的影響，不僅在構(gòu)件或結(jié)構(gòu)受力時表現(xiàn)出來，有時在加工制作工程中也可表現(xiàn)出來。常見的治金缺陷有；偏析鋼中化學成分的不一致和不均勻性稱為偏析。偏析能惡化鋼材的性能，特別是硫、磷的偏析會使偏析區(qū)鋼材的塑性、冷彎性能、沖擊韌性及焊接性能變壞。一般地說，沸騰鋼的偏析要比鎮(zhèn)靜鋼嚴重得多。非金屑夾雜摻雜在鋼材今的非金屬雜物，對鋼材的性能有極為不利的影響。常見非金屬夾雜物是硫化物和氧化物。硫化物在800一1200℃高溫下，使鋼材變脆(即熱脆)，氧化物，特別是粗大的氧化物，可嚴重地降低鋼材的物理力學性能和工藝性能。裂紋成品鋼材中的裂紋(微現(xiàn)的或定觀的)，不論其成因如何均使鋼材的冷彎性能、沖擊韌性及疲勞強度大大降低，并降低鋼材抗脆性破壞的能力。分層這種缺陷是在鋼材厚度方向分成多層(但各層間仍互相連接，并不服離)。分層并不影響垂直于厚度方向的強度，但嚴重降低冷彎性能。在分層的夾續(xù)處還易銹蝕，在應力作用下將加速銹蝕，甚至形成裂紋，大大降低鋼材的沖擊韌性、疲勞強度及抗脆斷能力。2.5.3鋼材的硬化鋼材的硬化有三種情況。時效硬化在高溫時溶化于鐵中的少量氮和碳，隨著時間的增長逐漸從固溶體中析出，形成氮化物和自由碳化物，對純鐵體的塑性變形起遏制作用，從而使鋼材的強度提高塑性和韌性下降。這一現(xiàn)象叫做時效硬化(也稱為老化)。時效硬化發(fā)生的過程一般很長，但是在材料經(jīng)受塑性變形后加熱，可以使時效硬化發(fā)展得特別迅速。

圖2.5硬化對鋼材性能的影響由于硬化的結(jié)果總要降低鋼材的塑性和韌性，在一般的鋼結(jié)構(gòu)中，不但不利用所提高的強度，有時還要考慮其不利影響。有些重要的結(jié)構(gòu)要求對鋼材進行人工時效后檢驗其沖擊韌性，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗脆性破壞能力。2.5.4溫度的影響鋼材性能隨溫度變動而變化?？偟内厔菔牵簻囟壬撸摬膹姸冉档?，應變增大；反之，溫度降低，鋼材強度會略有增加，塑性和韌性卻會降低而變脆，見圖2.6。

圖2.6溫度對鋼材機械性能的影響在正溫范圍內(nèi)，當溫度超過85℃后，隨著溫度的升高，技拉強度、屈服點及彈性模量均有變化，總的趨勢是強度降低、應變增大。然而，在250℃左右時，鋼材的抗拉強度卻反而略有提高同時塑性和沖擊韌性下降，這種現(xiàn)象稱為藍脆現(xiàn)象，這個溫度區(qū)稱為藍脆區(qū)。在藍脆區(qū)進行熱加工，可能使鋼材發(fā)生裂紋。此外，當溫度超過曲260-320℃時，在一定荷載作用下，鋼材將隨時間的增長而變形逐漸增大，產(chǎn)生徐變現(xiàn)象。因此，當結(jié)構(gòu)的表面長期受輻射熱達150℃以上，或在短時間內(nèi)可能受到火焰作用時，應用隔熱層加以保護。當溫度達到600℃時，彈性模量等均降至零，但它有一定耐高溫的能力，當有適當?shù)母魺岜Ｗo時，甚至油400-500℃這樣的高溫環(huán)境中還可以使用。當溫度低于常溫時，隨著溫度的降低，鋼材的脆性頓向逐漸增大，可導致低溫脆斷。2.5.5應力集中

當構(gòu)件截面的完整性遭到破壞，如有裂紋(內(nèi)部的或涼面的)、孔洞、刻槽、四角以及截面的厚度或?qū)挾鹊耐蝗桓淖儠r，構(gòu)件中的應力分布將變得很不均勻。在缺陷或截面變化處附近，應力線曲折、密集、出現(xiàn)高峰應力的現(xiàn)象稱為應力集中。2.5.6反復荷載作用試驗表明，鋼材在直接的連續(xù)往復的動力荷載作用下，其強度將會降低，即低于一次靜力荷載作用下的拉伸試驗的極限強度值。這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞。疲勞破壞表現(xiàn)為脆性斷裂。實踐中證明，當構(gòu)件的應力水平不高或荷載往復的次數(shù)不多時，鋼材一般不會發(fā)生疲勞破壞，計算時，也不必考慮疲勞的影響。但是，在長期承受頻繁的往復荷載作用時，結(jié)構(gòu)及其連接在設計中必須考慮結(jié)構(gòu)的疲勞問題。2.6鋼材的種類、規(guī)格及選用2.6.1鋼材的種類鋼材按其用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊鋼(如不銹鋼等)。結(jié)構(gòu)鋼又分建筑用鋼和機械用鋼。按冶煉方法，可分為轉(zhuǎn)爐鋼和平爐鋼等。按澆鑄時的脫氧方法，又分為沸騰鋼(代號為F)、半鎮(zhèn)靜鋼(代號為b)、鎮(zhèn)靜鋼(代號為z)和特殊鎮(zhèn)靜鋼(代號為TZ)，鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼的代號可以省去。鎮(zhèn)靜鋼脫氧充分，沸騰鋼脫氧較差，半鎮(zhèn)靜鋼介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間。按成型方法分類，鋼又分為軋制鋼(熱軋、冷軋)、鍛造鋼和鑄鋼。最后按化學成分分類，鋼又分為碳素鋼和合金鋼。在建筑工程中采用是碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。1．碳素結(jié)構(gòu)鋼按質(zhì)量等自鋼分為A、B、C、D四級，A級鋼只保證抗拉強度、屈服點、伸長率，必要時尚可附加冷彎試驗的要求，在化學成分中對碳、錳可以不作為交貨條件。B、C、D級鋼均保證抗拉強度、屈服點、伸長率、冷彎和沖擊韌性(分別為+20℃、0℃、—20℃)等力學性能?；瘜W成分對碳、硫、磷的極限含量要求更嚴。鋼材的牌號由屈服點的漢語拼音字母Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號(A、B、C、D)、脫氧方法符號等四個部分按順序組成。如Q235A、Q235AF；Q235C；Q235D等。冶煉方法一般由供方自行決定，設計者不再另行提出，如需方有特殊要求時可在合同中加以注明。2．低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼采用與碳素結(jié)構(gòu)鋼相向的牌號表示方法。鋼的牌號仍有質(zhì)量等級符號，除與碳素結(jié)鋼四個等級（A、B、C、D)相同外增加一個等級E，主要是要求—40℃的沖擊韌性。鋼的牌號如Q345B、Q390C等等。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，因此鋼的牌號中不注明脫氧方法，其冶煉方法也由供方自行選擇。2.6.2鋼材的規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)采用的型材有熱軋成型的鋼板和型鋼以及冷彎(或冷壓)成型的薄壁型鋼。1、鋼板熱軋鋼板有厚鋼板（厚度4.5～60mm）和薄鋼板（厚度0.35～4mm），還有扁鋼（厚度4～60mm，寬度12～200mm），用符號表示為“-”，且在符號“-”后加“寬x厚x長”（單位為mm）。如“-400x8x1000”，指的是寬度為400mm、厚度為8mm、長度為1000mm的鋼板。2、型鋼熱軋型鋼有角鋼、工字鋼、槽鋼和鋼管等。⑴角鋼角鋼分等邊角鋼和不等邊角鋼兩種（如圖2.8所示）。不等邊角鋼的表示方法為，在符號“L”后加“長邊寬×短邊寬×厚度”，如L180×110×10，對于等邊角鋼則以“邊寬×厚度”表示，如L110×10，單位皆為mm。

(a)(b)圖2.8角鋼(a)等邊角鋼(b)不等邊角鋼⑵工字鋼、H型鋼工字鋼有普通工字鋼、輕型工字鋼和H型鋼。普通工字鋼和輕型工字鋼用號數(shù)表示，號數(shù)即為其截面高度的厘米數(shù)。20號以上的工字鋼，同一號數(shù)有三種腹板厚度分別為a、b及c三類。如I32a、I32b、I32c，a類腹板較薄，用作受彎構(gòu)件較為經(jīng)濟。輕型工字鋼的腹板和翼緣均較普通工字鋼薄，如表示為I32Q，因而在相同重量下其截面模量和回轉(zhuǎn)半徑均較大。H型鋼是世界各國使用很廣泛的熱軋型鋼，與普通工字鋼相比，其翼緣內(nèi)外兩側(cè)平行，便于與其他構(gòu)件相連。它可分為寬翼緣H型鋼(代號HW，翼緣寬度B與截面高度H相等)、中翼緣H型鋼(代號HM）、窄翼緣H型鋼(代號HN）。各種H型鋼均可剖分為了型鋼供應，代號分別為TW、TM和TN。⑶槽鋼槽鋼有普通槽鋼和輕型槽鋼兩種，也以其截面高度的厘米數(shù)編號，如[18a。與工字鋼相似，14號以上的槽鋼，同一號數(shù)有三種腹板厚度分別為a、b及c三類，a類腹板較薄。號碼相同的輕型槽鋼，其翼緣較普通槽鋼寬而薄，腹板也較薄，回轉(zhuǎn)半徑大，重量輕。⑷鋼管鋼管有無縫鋼管和有縫鋼管兩種，用符號“”后面加“外徑x厚度”表示，如180x5，單位均為毫米。3、薄壁型鋼薄壁型鋼是用1．5—5mm厚的薄鋼板(一般用Q235或Q345鋼)經(jīng)模壓或彎曲而成，其截面形式及尺寸可按合理方案設計。有防銹涂層的彩色壓型鋼板所用鋼板厚度0.4—1.6mm，一般用于輕型屋面及墻面。薄壁型鋼能充分利用鋼材的強度，節(jié)約鋼材。

圖2.9薄壁型鋼2.6.3鋼材的選用1、鋼材選用的條件選擇鋼材的目的是為保證承重結(jié)構(gòu)的承載能力，做到結(jié)構(gòu)安全可靠，防止在一定條件下出現(xiàn)脆性破壞，同時用材經(jīng)濟合理。主要考慮下列各因素：(1)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性：(2)荷載的特征(靜載或動載)；(3)連接方法(焊接、鉚接或螺栓連接)；(4)工作條件(結(jié)構(gòu)所處的溫度及腐蝕介質(zhì)等環(huán)境)；(5)鋼材的厚度；(6)結(jié)構(gòu)形式及應力狀態(tài)。2、對鋼材質(zhì)量的要求承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應具有抗拉強度、屈服強度、伸長率和硫、磷含量的合格保證；焊接結(jié)構(gòu)尚應具有保證碳的極限含量(由于Q235A鋼的碳含量不作為交貨條件，故一般不用于焊接結(jié)構(gòu))的合格保證。焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材，還應具有冷彎試驗的合格保證。對于需要驗算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)的鋼材及非焊接結(jié)構(gòu)的鋼材，還應具有常溫沖擊韌性的合格保證。3、下列情況的承重結(jié)構(gòu)和構(gòu)件不應采用Q235沸騰鋼：

（1）焊接結(jié)構(gòu)直接承受動力荷載或振動荷載且需要驗算疲勞的結(jié)構(gòu)。工作溫度低于-20℃時的直接承受動力荷載或振動荷載但可不驗算疲勞的結(jié)構(gòu)以及承受靜力荷載的受彎及受拉的重要承重結(jié)構(gòu)。工作溫度等于或低于-30℃的所有承重結(jié)構(gòu)。

本章小結(jié)

1．鋼材在受力破壞時有塑性破壞和脆性破壞兩種特征。后者為變形小的突然性斷裂，危險性大，應在設計、制造、安裝中嚴加防止。2．鋼材的主要性能包括強度、塑性、韌性等方面。強度指標為屈服強度和抗拉強度。塑性指標為伸長率和180度冷彎性能。韌性指標為沖擊韌性指標值。它們可由單向拉伸試驗和冷彎、沖擊試驗取得。采用的鋼材均應符合各自的標準。3．影響鋼材機械性能的主要因素有化學成分、冶金缺陷、鋼材硬化、溫度影響、應力集中、反復荷載作用等。4．鋼材應根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、連接方法、工作條件、鋼材厚度、結(jié)構(gòu)形式及應力狀態(tài)等選用。思考題2.1鋼結(jié)構(gòu)對村料性能有哪些要求?

2.2鋼村有哪幾種破壞形式?

2.3鋼材有哪幾項主要機械性能指標?各項指標可用來衡量鋼材哪些方面的性能?各項指標是如何得到的?

2.4影響鋼材機械性能的主要因素有哪些?鋼材的主要化學成分有哪些?各化學成分對鋼材的機械性能有何影響?2.5鋼材在復雜應力作用下的屈服條件是什么?

2.6碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號是如何表示的?

2.7鋼材的選用應考慮哪些因素?怎樣選擇才能做到經(jīng)濟合理、安全適用?

2.8建筑鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材的常用規(guī)格有哪些?2.9促使鋼材轉(zhuǎn)脆的主要因素有哪些?2.10同一種鋼材的伸長率指標為什么δ5>δ10？2.11為什么薄鋼板的強度比厚鋼板的強度高(或鋼材的強度按其厚度或直徑分組)？第3章

鋼結(jié)構(gòu)的連接

3.1鋼結(jié)構(gòu)常用的連接方法3.2焊接方法和焊縫連接形式3.3對接焊縫的構(gòu)造和計算3.4角焊縫的構(gòu)造和計算3.5焊接殘余應力和焊接殘余變形3.6螺栓連接的排列和構(gòu)造要求3.7普通螺栓連接的性能和計算3.8高強度螺栓連接的工作性能和計算第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1鋼結(jié)構(gòu)常用的連接方法鋼結(jié)構(gòu)通常由一些鋼構(gòu)件組成，鋼構(gòu)件則又由一些鋼板或型鋼等部件組成；構(gòu)件或部件間需互相連接，以便可靠地傳遞內(nèi)力。因此，連接方式及其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響鋼結(jié)構(gòu)的工作性能。鋼結(jié)構(gòu)中常用的連接方法有焊縫連接、螺栓連接和鉚釘連接三種（如圖3.1所示）。

圖3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法(a）焊縫連接(b)鉚釘連接(c)螺栓連接3.1鋼結(jié)構(gòu)常用的連接方法鋼結(jié)構(gòu)通常由一些鋼構(gòu)件組成，鋼構(gòu)件則又由一些鋼板或型鋼等部件組成；構(gòu)件或部件間需互相連接，以便可靠地傳遞內(nèi)力。因此，連接方式及其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響鋼結(jié)構(gòu)的工作性能。鋼結(jié)構(gòu)中常用的連接方法有焊縫連接、螺栓連接和鉚釘連接三種（如圖3.1所示）。

圖3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法(a）焊縫連接(b)鉚釘連接(c)螺栓連接3.1.2螺栓連接螺栓連接（如圖3.1(b)所示）按材料不同，分為普通螺栓連接和高強度螺栓連接。(1)普通螺栓連接(2)高強度螺栓連接3.1.3鉚釘連接鉚釘連接（如圖3.1(c)所示）在受力和設計上與普通螺栓連接相仿。3.2焊接方法和焊縫連接形式3.2.1鋼結(jié)構(gòu)中常見的焊接方法(1)手工電弧焊這是最常用的一種焊接方法(如圖3.2所示)。圖3.2手工電弧焊自動(或半自動)埋弧電弧焊(如圖3.3所示)圖3.3埋弧電弧焊(3)氣體保護焊從焊槍口中噴出惰性氣體或二氧化炭氣體，以保護被熔化的金屬使它不與空氣接觸。由于熱量集小中，焊接速度大，熔化深度也大，所得焊縫的強度比手工電弧焊高，塑性和抗腐蝕性也較好。(4)電阻焊利用電流通過焊件接觸點表面的電阻產(chǎn)生的熱量來熔化金屬，再通過壓力使其熔合。適用于焊接厚度<12mm時的焊接。3.2.2焊縫連接形式焊縫的連接形式按被連接件間的相互位置（如圖3.4所示）可分為對接連接、搭接連接、T形連接和角部連接四種。

圖3.4被連接件間的相互位置(a)對接(b)搭接(c)角部連接(d)T形連接（a）（b）（c）（d）焊縫的形式主要有對接焊縫(如圖3.5(a)所示)和角焊縫(如圖3.5(b)所示)兩種：

(a)對接焊縫(b)角焊縫圖3.5焊縫的形式1．對接焊縫采用對接焊縫時，常需要在被連接板件邊線開成各種型式的坡口，焊縫金屬就填充在坡口內(nèi)，因而焊縫本身也是被連接板件截面的組成部分。板邊的坡口型式有Ⅰ型(垂直坡口)、單邊V型、V型、Ｕ型、X型和K型等（如圖3.6所示）。應根據(jù)焊件厚度、保證焊縫質(zhì)量、便于旋焊及減小焊縫截面面積等因素選用。

（a）（b）（c）（d）（e）（f）2．角焊縫角焊縫可分直角角焊縫(如圖3.8(a)、(b)、(c)所示)和斜角角焊縫(如圖3.8(d)、(e)、(f)所示)兩種。在建筑結(jié)構(gòu)中，最常用的是直角角焊縫，尤其以圖3.8(a)所示的角焊縫用得最多。斜角角焊縫主要用于鋼管結(jié)構(gòu)中。本章主要介紹如圖3.8(a)所示的直角角焊縫。

圖3.8角焊縫的形式（a）（b）（c）（d）（e）（f）實際連接中，可按具體情況采用對接焊縫或角焊縫的對接連接、搭接連接、T形連接和角部連接（如圖3.9所示）。

圖3.9焊縫連接的形式(a)對接連接；(b)用拼接蓋板的對接連接；(c)搭接連接；(d)、(e)T形連接；(f)、(g)角部連接（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）3.3對接焊縫的構(gòu)造和計算3.3.1對接焊縫的構(gòu)造對接焊縫坡口的形式與尺寸應結(jié)合焊件厚度和施焊條件，按照保證焊縫質(zhì)量、便于施焊和減小焊縫截面面積的原則，根據(jù)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》中推薦的手工電弧焊和埋弧焊焊接接頭基本型式和尺寸選用，見圖3.6、3.7所示。當對接焊縫拼接的焊件寬度不同或厚度相差4mm以上時，應分別在寬度或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1/2.5的斜角(如圖3.10)，以使截面平緩過渡，減少應力集中。當厚度相差不大(當較薄鋼板的厚度≥5～9mm時為2mm、10～12ｍｍ時為3mm、＞12mm時為4mm)時，可不加工斜角，因焊縫表面形成的斜度即可滿足平緩過渡的要求。（a)(b)（c）圖3.10變截面鋼板拼接

(a)變寬度；(b)、(c)變厚度3.3.2對接焊縫的計算對接焊縫可視為焊件截面的延續(xù)組成部分，焊縫中的應力分布情況基本與焊件原有的相同，故計算時可利用《材料力學》中各種受力狀態(tài)下構(gòu)建強度的計算公式。(1)軸心力(拉力或壓力)作用時的對接焊縫計算對接焊縫受垂直于焊縫的軸心拉力或軸心壓力作用時(如圖3-12(ａ)所示)，其強度應按下式計算：

(3.1)式中——軸心拉力或軸心壓力

——焊縫長度。當無法采用引弧和引出板施焊時，每條焊縫長度計算時應各減去10mm；

——在對接接頭中為連接件的較小厚度；在T形接頭中為腹板的厚度；

、——對接焊縫的抗拉、抗壓強度設計值，按附表1.2選用。

圖3-12軸心力作用時的對接焊縫(a)直焊縫；(b)斜焊縫（a）（b）(2)彎矩和剪力共同作用時的對接焊縫計算a).矩形截面：如圖3.13(a)所示，焊縫中的最大正應力和剪應力應分別符合下列公式

（3.2）

（3.3）

式中——焊縫截面抵抗矩；

——焊縫截面計算剪應力處以上部分對中和軸的面積矩；

——焊縫截面慣性矩；

——對接焊縫的抗剪強度設計值．按附表1.2選用。b).工字形截面；如圖3.13(b)所示，焊縫中的最大正應力和剪應力除應分別符合式（3.2）和式（3.3）的要求外，在同時受有較大正應力和剪應力

的梁腹板橫向?qū)雍缚p受拉區(qū)的端部“1”點，還應按下式計算折算應力：

（3.4）式中1.1是考慮最大折算應力只在焊縫的局部產(chǎn)生，因而將焊縫強度設計值提高的系數(shù)。

（a）

（b）

圖3.13彎矩和剪力共同作用時的對接焊縫[例3-1]計算工字形截面牛腿與鋼柱連接的對接焊縫強度(圖3.14)。F=550kN(設計值)，偏心距e=300mm。鋼材為Q235B，焊條為E43型，手工焊。焊縫為三級檢驗標準，上、下翼緣加引弧板和引出板施焊。[解]截面幾何特征值和內(nèi)力:

圖3.14例3-1附圖

，（a）最大正應力（b）最大剪應力

（c）“1”點的折算應力3.4角焊縫的構(gòu)造和計算3.4.1角焊縫的構(gòu)造形式和尺寸要求角焊縫（如圖3.8所示）可分為直角角焊縫與斜角角焊縫。直角角焊縫的截面形式有普通焊縫（如圖3.8(a)所示）、平坡焊縫（如圖3.8(b)所示）、深熔焊縫（如圖3.8(c)所示）等幾種。一般情況下均用普通焊縫，由于這種焊縫受力時力線彎折，應力集中現(xiàn)象較嚴重，在焊縫根角上形成高峰應力，易于開裂，因此在承受動力荷載的連接中，必要時可采用平坡焊縫或深熔焊縫。直角角焊縫垂直于構(gòu)件受力方向時(如圖3.15(a)所示)稱為正面角焊縫，簡稱為端縫；而平行于構(gòu)件受力方向時(如圖3.15(b)所示)稱為側(cè)面角焊縫，簡稱為側(cè)縫；當直角角焊縫既不平行也不垂直于構(gòu)件受力方向時(如圖3.15(c)所示)，稱為斜角焊縫。正面角焊縫受力后的應力狀態(tài)要比側(cè)面角焊縫復雜得多，應力集中現(xiàn)象較明顯，在焊縫的根角處往往形成高峰應力(如圖3.16所示)，易于開裂。在荷載作用下，正面角焊縫有三種破壞形式(如圖3.17所示)。通?？偸窃诟鞘紫瘸霈F(xiàn)裂縫，然后擴及整個焊縫截面以致斷裂。

圖3.15直角角焊縫(a)側(cè)面角焊縫；(b)正面角焊縫；(c)斜角焊縫

圖3.16正面角焊縫受力后的應力分布（a）（b）（c）3.4.2角烽縫的計算方法根據(jù)試驗結(jié)果，兩種角焊縫的強度和塑性各不相同，正面角焊縫的強度高但塑性和韌性略差，側(cè)面角焊縫的強度低但塑性和韌性較好。在工程實踐中，確定焊縫的使用性能和優(yōu)劣程度時，應綜合考慮各種因素的利弊，不能單純按照強度高低。根據(jù)多年來工程實踐經(jīng)驗證明，雖然正面角焊縫和側(cè)面角焊縫各有所長，也各有所短，取長補短。兩種角焊縫采用同一個強度設計值，由此設計的連接的使用效果良好。所以，習慣上在計算時正面角焊縫和側(cè)面角焊縫的強度設計值的取值是相同的，并不因試驗結(jié)果不同而有所區(qū)別。角焊縫的應力分布比較復雜，正面角焊縫與側(cè)面角焊縫工作差別很大，要精確計算很困難，因此采用簡化計算方法，以焊縫的最小截面即斜截面為其計算截面，并將算得的應力作為剪應力。雖然這些假定和實際情況有一定出入，但通過大量試驗證明是可以保證安全的，久已為大多數(shù)國家所采用。

3.5焊接殘余應力和焊接殘余變形3.5.1焊接應力的分類和產(chǎn)生的原因

焊接過程是一個不均勻加熱和冷卻的過程。在施焊時，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫及其附近溫度最高，可達1600℃以上，而鄰近區(qū)域溫度則急劇下降（圖3.32）。不均勻的溫度場產(chǎn)生不均勻的膨脹。溫度高的鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度較低、膨脹量較小的鋼材所限制，產(chǎn)生了熱態(tài)塑性壓縮。焊縫冷卻時，被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向于縮短，但受到周圍鋼材限制而產(chǎn)生拉應力。在低碳鋼和低合金鋼中，這種拉應力經(jīng)常達到鋼材的屈服強度。焊接應力是一種無荷載作用下的內(nèi)部應力，因此會在焊件內(nèi)部自相平衡，這就必然在距焊縫稍遠區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生壓應力。

圖3.32施焊時焊縫及附近的溫度場和焊接殘余應力(a)、(b)施焊時焊縫及附近的溫度場；(c)鋼板上縱向焊接應力隨焊接殘余應力的產(chǎn)生，同時也會出現(xiàn)不同方向的不均勻收縮變形(圖3.33)，稱為焊接殘余變形。

圖3.33焊接殘余變形種類

隨焊接殘余應力的產(chǎn)生，同時也會出現(xiàn)不同方向的不均勻收縮變形(圖3.33)，稱為焊接殘余變形。3.5.2焊接殘余應力的種類及分布焊接殘余應力按其方向可分為縱向、橫向和沿厚度方向的殘余應力。1．縱向殘余應力縱向殘余應力是在焊接溫度場內(nèi)，焊件沿焊縫長度方向因冷卻先后不同而引起的縱向內(nèi)應力。其沿焊件橫向的分布規(guī)律如圖3.34所示，即高溫區(qū)為拉應力，低溫區(qū)為壓應力，殘余應力大小及其具體分布與焊接的剛度和溫度場變化梯度有關，剛度愈大、溫度場變化梯度愈大，則殘余拉應力愈大，最大值有時可達到鋼材的屈服點。

圖3.34縱向殘余應力沿構(gòu)件橫向的分布2．橫向殘余應力橫向殘余應力是由兩部分殘余應力疊加而成。一是由于焊件沿焊縫縱向的冷縮，使鋼板有產(chǎn)生如圖3.35(a)所示的外弓形彎曲變形趨勢，但因焊縫已將兩塊鋼板連成整體，使鋼板的彎曲變形受到焊縫的約束而未能形成，故在焊縫橫向產(chǎn)生了橫向殘余應力，應力沿焊縫長度呈不均勻分布，且中段受拉，兩端受壓(如圖3.35(b)所示)。二是由于施焊先后不同所引起，先焊的焊縫先冷卻凝固，使后焊部分的熱膨脹受到約束而產(chǎn)生熱塑壓縮變形；在焊縫冷卻過程中，后冷卻部分的橫向收縮變形受到先冷卻焊縫的約束，使焊縫產(chǎn)生橫向拉應力，相反，先冷卻部分則產(chǎn)生了橫向應力，此項橫向殘余應力的分布與施焊順序有關（如圖3.35(c)所示）。焊縫中最后產(chǎn)生的橫向殘余應力就是由一、二兩項應力疊加的結(jié)果（如圖3.35(d)所示）。

圖3.35焊接橫向殘余應力的成因及分布3．沿焊縫厚度方向的殘余應力在厚鋼板焊接中，焊縫需經(jīng)過多層施焊才能焊滿成型。由于焊縫較厚，冷卻時，表層先冷卻，中間層后冷卻，先冷卻部分會對后冷卻部分的收縮變形起約束作用，從而使焊縫中間部分產(chǎn)生了拉應力，表層附近則產(chǎn)生丁壓應力(如圖3.36所示)。

圖3.36厚度方向的焊接殘余應力

4．約束狀態(tài)下產(chǎn)生的焊接應力

在實際焊接接頭中，由于相連接構(gòu)件的剛度不同，或受到夾具約束等原因，使焊件不能自由變形，從而產(chǎn)生了更大的焊接應力，這種應力稱約束狀態(tài)下的焊接應力。它是不能自相平衡的，只有在外界約束解除后，使因外界約束產(chǎn)生的那一部分應力釋放以后，剩余的應力才是焊件自身相互約束產(chǎn)生的焊接殘余應力，而且是一組自相平衡的內(nèi)力(如圖3.37所示)。

圖3.37約束狀態(tài)下的焊接殘余應力3.5.3焊接殘余應力和殘余變形對結(jié)構(gòu)性能的影響1.焊接殘余應力的影響(1)對結(jié)構(gòu)靜力強度的影響對塑性較好的材料，焊接殘余應力對靜力強度無影響。如圖3.38所示，當存在殘余應力的構(gòu)件受到靜載作用時。焊件橫截面上由外載產(chǎn)生的應力與殘余應力相疊加，使構(gòu)件應力出現(xiàn)不均勻分布，隨著外載逐漸增加，高應力區(qū)先達到屈服點人而進入塑性狀態(tài)，當外載繼續(xù)增加時，新增荷載只能由未達屈服點的彈性區(qū)來承擔，隨外荷載不斷增加，塑性區(qū)逐漸擴大，直至全斷面應力均達到屈服點。這時構(gòu)件的總承載力為，這與沒有殘余應力時構(gòu)件的承載力完全一樣。因為殘余應力是一組自相平衡的內(nèi)應力，其合力為零，故不影響構(gòu)件靜力強度。

圖3.38焊接殘余應力對靜力強度的影響（2）對結(jié)構(gòu)剛度的影響焊接殘余應力的存在，會降低構(gòu)件的剛度。由圖3.38可知，有殘余應力的構(gòu)件，受外載作用后，截面應力分布不均勻，在外應力和殘余應力同號疊加區(qū)，隨外荷不斷增加，會先達到屈服點，使截面出現(xiàn)塑性區(qū)，從而減少了繼續(xù)承載的有效面積。所以，在相同外力增量的情況下，構(gòu)件會因承載截面的減小而使變形增大，也就使構(gòu)件剛度相應減小了。（3）對壓桿穩(wěn)定性的影響有殘余應力的壓桿，在軸心壓力作用下，存在殘余壓應力的部分必定先進入塑性狀態(tài)，使構(gòu)件的彈性區(qū)減小，壓桿的撓曲剛度也隨之減小，所以會降低構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。（4）對低溫冷脆的影響在厚板焊縫和右三向交叉焊縫處，會產(chǎn)生三向焊接殘余應力，若三向均為拉應力時，則會阻礙材料的塑性變形，使材質(zhì)變脆。當構(gòu)件在低溫條件下承載時，容易產(chǎn)生裂紋并擴展，加速了構(gòu)件的脆性破壞。（5）對疲勞強度的影響有殘余應力的構(gòu)件受到反復荷載作用時，在焊縫及其附近的高額殘余拉應力有時可達到屈服點，使構(gòu)件的實際應力循環(huán)從

開始，而并非在外荷產(chǎn)生的名義最大應力開始，加之三向殘余應力會使材質(zhì)變脆，加速裂紋的出現(xiàn)和擴展，所以會降低結(jié)構(gòu)的疲勞強度。

2．焊接殘余變形的影響

在焊縫冷卻過程中，由于沿焊縫縱向和橫向的收縮不均勻，使構(gòu)件產(chǎn)生了各種不同的殘余變形。如縱向縮短、橫向縮短、彎曲變形、扭曲變形和角變形等(如圖3.33所示)。這些變形若超出了施工驗收規(guī)范所容許的范圍，將會影響結(jié)構(gòu)的安裝、正常使用和安全承載。所以，對過大的殘余變形必須加以矯正。3.5.4減少焊接殘余應力和變形的方法為減少焊接殘余應力和殘余變形，既要進行合理的設計，又要做到正確的施工。1.合理設計(1)選擇適當?shù)暮改_尺寸，避免因焊腳尺寸過大面引起過大的焊接殘余應力。(2)焊縫都置應盡可能對稱，并應避免焊縫過于集中和三向交叉焊縫。如構(gòu)造上難以避免三向交叉縫，應使主要焊縫連續(xù)貫通，而將次要焊縫在交叉處中斷(如圖3.39所示)。

圖3.39合理的焊縫設計(3)進行合理的焊接工藝設計，選擇合理的施焊順序。如采用分段退焊、分層焊、對角跳焊和分塊拼焊等(如圖3.40所示)，以使焊件能較自由收縮，減少殘余應力和殘余變形。

圖3.40合理的施焊順序2．正確施工(1)在制造工藝上，可采用預加反變形和局部加熱法，以抵消施焊中可能產(chǎn)生的焊接變形(如圖3.41所示)。也可采用焊前預熱(在焊縫兩側(cè)各80~100mm范圍內(nèi)均勻加熱至100~150攝氏度)。或焊后退火(將焊好的構(gòu)件加熱至600℃后再自然冷卻)，來減少焊接殘余變形和殘余應力，有時也可采用錘擊法來釋放殘余應力和矯正過大的殘余變形。(2)焊接過程中應嚴格按焊接工藝設計的要求施焊，避免隨意性。(3)應為施工人員提供較好的工作環(huán)境和施焊條件，如盡量采用自動焊或半自動焊，采用手工焊時應盡量避免仰焊等。

圖3.41反變形及局部加熱3.6螺栓連接的排列和構(gòu)造要求

普通螺栓一般用Q235鋼材制成，分A、B、C三級，常用的是C級螺栓，就是通常所稱的粗制螺栓。

3.6.1螺栓的排列和構(gòu)造螺栓在構(gòu)件上的排列應力求簡單整齊，通常采用并列和錯列兩種形式(如圖3.42所示)。并列比較簡單整齊，但螺栓孔對構(gòu)件截面削弱較大。錯列可以減小構(gòu)件截面的削弱，有時可使連接比較緊湊。

圖3.42螺栓的排列（a）并列；(b)錯列（b）螺栓(包括高強度螺栓)在構(gòu)件上的排列應考慮下列要求：1.受力要求：如圖3.43所示，當順力作用方向的端距小于

為螺栓孔直徑)時，孔前的鋼板有被沖剪破壞的可能(如圖3.43(a)所示)，受壓構(gòu)件當順力作用方向的栓距過大時，會產(chǎn)生壓屈外鼓現(xiàn)象(如圖3.43(b)所示)。因而從受力要求考慮，栓距和線距不能過小或過大。（圖3.43螺栓連接構(gòu)造不合理的破壞情況2．構(gòu)造要求：當栓距和線距過大時，被連構(gòu)件間的接觸面不緊密，潮氣容易侵入縫隙，引起鋼板銹蝕，因而栓距和線距都不能過大。

3．施工要求：螺栓的布置必須考慮保證有一定空間能夠用扳手擰螺帽，因而栓距和線距不能過小。根據(jù)上述三方面的要求進行螺栓排列時，就有最大距離和最小距離的具體規(guī)定。詳細情況見表3.2。表3.3角鋼上螺栓或鉚釘線距表(mm)單行排列角鋼肢寬404550566370758090100110125線距e252530303540404550556070釘孔最大直徑11.513.513.515.517.520222224242626雙行錯排角鋼肢寬125140160180200雙行并列角鋼肢寬1601802001607080e290100120140160e2130140160釘孔最大直徑2424262626釘孔最大直徑242426表3.4工字鋼和槽鋼腹板上的螺栓線距表(mm)工字鋼型號121416182022252832364045505663線距404545455050556060657075757575槽鋼型號1214161820222528323640————線距4045505055555560657075————表3.5工字鋼和槽鋼翼緣上的螺栓線距表(mm)工字鋼型號121416182022252832364045505663線距404050556065657075808085909595槽鋼型號1214161820222528323640————線距3035354040454545505660————

圖3.44型鋼的螺栓（鉚釘）排列在鋼結(jié)構(gòu)施工圖上需要將孔、螺栓的施工要求，用圖形表示清楚，以免引起混淆。表3.6為常用的孔、螺栓圖例。

表3.6螺栓及其孔眼圖例

3.6.2螺栓連接的構(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、對于直接承受動力荷載的普通螺栓連接應采用雙螺帽或其他防止螺帽松動的有效措施；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、當采用高強螺栓連接時，拼接件不能采用型鋼，只能采用鋼板。（型鋼抗彎剛度大，不能保證摩擦面緊密結(jié)合）5、沿桿軸方向受拉的螺栓連接中的端板，應適當增強其剛度，以減少撬力對螺栓抗拉承載力的不利影響。3.7普通螺栓連接的性能和計算普通螺栓連接按受力情況可分為三類：①螺栓只承受剪力；②螺栓只承受拉力；③螺栓承受拉力和剪力的共同作用。d0=d+1.5～3.0mm（d0——螺孔直徑，d——螺桿直徑）性能等級有4.6、4.8級。以4.6級為例說明螺栓性能等級的含義：小數(shù)點前的數(shù)字表示螺栓成品的抗拉強度不小于400N/mm2,小數(shù)點及小數(shù)點后的數(shù)字表示屈強比（屈服強度與抗拉強度之比）為0.6。優(yōu)點：安裝簡單，便于拆裝；缺點：螺桿與鋼板孔壁不夠緊密，傳遞剪力時，連接變形較大。宜用于承受拉力的連接中，或用于次要結(jié)構(gòu)和可拆卸結(jié)構(gòu)的受剪連接及安裝時的臨時固定。普通螺栓按加工精度可分為：

①粗制螺栓（C級）②精制螺栓（A、B級）d0=d+0.3～0.5mm（d0——螺孔直徑，d——螺桿直徑）性能等級有8.8、5.6級。優(yōu)點：受力性能好；缺點：安裝費時費工，且費用較高。目前建筑結(jié)構(gòu)中已較少使用。3.7.1普通螺栓的抗剪連接（受剪螺栓連接）1、抗剪連接的工作性能抗剪連接是最常見的螺栓連接形式。如果以圖3.45(a)所示的螺栓連接試件作抗剪試驗，則可得出試件上a、b兩點之間的相對位移δ與作用力N的關系曲線[圖3.45(b)]。由此關系曲線可見，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。

圖3.45單個螺栓抗剪試驗結(jié)果（1）摩擦傳力的彈性階段（01段）加載初，荷載小，連接中剪力小，荷載靠構(gòu)件間接觸面的摩擦力傳遞，栓桿與孔壁之間的間隙保持不變。（2）滑移階段（12段）當連接中的剪力達到構(gòu)件間摩擦力的最大值時，板件間產(chǎn)生相對滑移，直至栓桿與孔壁接觸。（3）栓桿直接傳力的彈性階段連接所承受的外力主要是靠螺栓受剪和孔壁受擠壓傳遞，曲線呈上升狀態(tài)，達到3點時，表明螺栓或連接板達到彈性極限。（4）彈塑性階段在此階段即使荷載增量很小，連接的剪切變形迅速加大，直至連接破壞。4點---極限荷載2、抗剪螺栓連接破壞形式：受剪螺栓連接在達到極限承載力時，有可能出現(xiàn)以下五種破壞形式。(1)螺栓被剪斷(圖3.46a)。當螺桿直徑相對較小，而構(gòu)件厚度相對較厚時，可能發(fā)生這種破壞。

(2)孔壁被擠壓壞(圖3.46b)。當螺桿直徑較大而構(gòu)件厚度相對較薄時，可能發(fā)生這種破壞。

(3)構(gòu)件被拉斷(圖3.46c)。當構(gòu)件截面被螺孔削弱過多時，構(gòu)件可能沿凈截面處被拉斷；(4)構(gòu)件端部被剪壞(圖3.46d)。當構(gòu)件端部第一排螺孔的端距過小時，在軸心拉力作用下可能發(fā)生構(gòu)件端部沖剪破壞。(5)螺栓彎曲破壞(圖3.46e)。當螺栓約束的板疊過厚，即栓桿過長時，傳力過程中有可能使栓桿產(chǎn)生過大的彎曲變形面影響連接的正常工作。

圖3.46剪力螺栓的破壞形式

以上可能破壞形式一般當構(gòu)件上螺孔的端距大于時，可以避免端部沖剪破壞；當螺栓夾

針對以上五種破壞形式的前三種，可通過相應的強度計算來防止，后兩種可采取相應的構(gòu)造措施來保證。具體措施如下：（1）通過計算保證螺栓抗剪；（2）通過計算保證螺栓抗擠壓；（3）通過計算保證板件有足夠的拉壓強度；（4）螺栓端距≥2d

0

——避免鋼板被拉豁。（5）當螺栓夾緊長度不超過其直徑的五倍，則可防止螺桿產(chǎn)生過大的彎曲變形。3、單個普通螺栓抗剪連接的承載力（1）抗剪承載力設計值假定：螺栓受剪面上的剪應力是均勻分布的。單個抗剪螺栓的抗剪承載力設計值為：（3.16)式中

——受剪面數(shù)目，單剪

，雙剪

四剪；

——栓桿直徑；

——螺栓抗剪強度設計值。（2）承壓承載力設計值假定：螺栓承壓應力分布于螺栓直徑平面上（如圖3.47所示），而且該承壓面上的應力為均勻分布。單個抗剪螺栓的承壓承載力設計值為：(3.17)——在同一受力方向的承壓構(gòu)件的較小總厚度；

——螺栓承壓強度設計值。

圖3.47螺栓承壓的計算承壓面積4、普通螺栓群抗剪連接計算（1）普通螺栓群軸心受剪假定：各螺栓受到的剪力相等。連接一側(cè)所需的螺栓數(shù)：

（3.18)

——一個螺栓抗剪承載力設計值與承壓承載力設計值的較小值。

為了防止構(gòu)件因開孔削弱截面而拉短，還需驗算開孔截面的強度：式中——構(gòu)件凈截面面積。注：當節(jié)點板或拼接接頭一端螺栓沿受力方向的連接長度時，即使連接進入彈塑性階段，螺栓受力不均勻（圖3.48），端部螺栓受力仍最大，往往首先破壞。圖3.49的縱坐標為長連接抗剪螺栓的強度折減系數(shù)，橫坐標為連接長度與螺栓孔直徑的比值。當時，連接強度明顯下降，開始下降較快，以后逐漸緩和，并趨于常值。由此曲線可知折減系數(shù)為：（3.19)因此，應將螺栓的承載力（、）乘以下列折減系數(shù)：

；

。

圖3.48長接頭螺栓的內(nèi)力力分布圖3.49長接頭抗剪螺栓的強度折減系數(shù)3.7.2普通螺栓的抗拉連接（受拉螺栓連接）1、受力性能螺栓所受拉力的大小與被連接板件的剛度有關，剛度大，連接板件無變形，一個螺栓所受拉力；剛度小，受力后角鋼發(fā)生較大變形，在角鋼水平肢得端部，因杠桿作用產(chǎn)生反力（如圖3.52所示），

與連接板剛度、螺栓直徑、螺栓所在位置有關?！朵摻Y(jié)構(gòu)設計規(guī)范》將螺栓的抗拉強度適當降低（

）以考慮這種不利影響，在構(gòu)造上采取措施，如設置加勁肋（圖3.53），提高剛度，可以減小甚至消除撬力的影響。

圖3.53T形連接中螺栓受拉

其破壞形式是栓桿拉短，部位多在被螺紋削弱截面處圖3.52受拉螺栓的撬力2、單個普通螺栓的抗拉承載力：（3.20)式中、——螺紋處有效直徑和有效面積；

——螺栓的抗拉強度設計值。3、普通螺栓群軸心受拉圖3.54所示螺栓群在軸心力力下的抗拉連接，通常假定：每個螺栓平均受力。則連接所需螺栓數(shù)

（3.21)4、普通螺栓群彎矩受拉3.7.3普通螺栓受剪力和拉力的聯(lián)合作用（拉剪螺栓連接）圖3.59所示連接，螺栓群承受剪力V和偏心拉力N（即軸心拉力N和彎矩M=Ne）的聯(lián)合作用。承受剪力和拉力聯(lián)合作用的普通螺栓應考慮兩種可能的破壞形式：一是螺桿受剪兼受拉破壞；二是孔壁承壓破壞。根據(jù)試驗結(jié)果，螺栓的強度條件應滿足下述曲線相關方程：

、——一個螺栓所承受的剪力和拉力。

圖3.59螺栓群受剪力和拉力聯(lián)合作用

當連接板件過薄時，可能因承壓強度不足而破壞，需按下列公式計算螺栓的承壓承載力：3.8高強度螺栓連接的工作性能和計算3.8.1高強度螺栓的工作性能高強度螺栓連接按其設計準則的不同分為摩擦型連接和承壓型連接兩種類型。其中摩擦型連接是領先被連接件之間的摩擦陰力傳遞內(nèi)力，并以荷載設計值引起的剪力不超過摩擦阻力這一條件作為設計準則。螺栓的預拉力P（即板件間的法向壓緊力）、摩擦面間的抗滑移系數(shù)和鋼材種類等都直接影響到高強度螺栓摩擦型連接的承載力。

（2）預拉力的確定2、高強度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)3、高強度螺栓抗剪連接的工作性能4、高強度螺栓抗拉連接的工作性能5、高強度螺栓同時承受剪力和外拉力連接的工作性能1、高強度螺栓的預拉力（1）預拉力的控制方法3.8.2高強度螺栓群的抗剪計算計算方法同普通螺栓，只需用高強度螺栓的承載力代替普通螺栓的承載力。3.8.3高強度螺栓群的抗拉計算（1）軸心力作用時計算方法同普通螺栓。（2）高強度螺栓群彎矩受拉高強度螺栓的外拉力設計要求為，在連接受彎矩而使螺栓沿栓桿方向受力時，被連接構(gòu)件的接觸面仍一直保持緊密貼合，因此可認為在

作用下，中和軸在螺栓群的形心軸上（圖3.64），最外排螺栓受力最大。（3.29）

圖3.64承受彎矩的高強度螺栓連接（3）高強度螺栓群偏心受拉N≤0.8P,連接板件間接觸面始終壓的很緊,按小偏心受拉計算。（3.30）（4）高強度螺栓群承受拉力、彎矩和剪力的共同作用圖3.65所示為摩擦型連接高強度螺栓承受拉力、彎矩和剪力共同作用時的情況。

圖3.65摩擦型連接高強度螺栓的應力

本章小結(jié)1、鋼結(jié)構(gòu)的連接，常用焊接連接和螺栓連接。對不同的焊縫形式和不同的螺栓連接，計算方法是不同的。2、焊透的對接焊縫連接，在計算中作為構(gòu)件的一個組成進行強度驗算