土木《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》教案

課題名稱（含教材章節(jié)）第一章緒論教學(xué)目的和要求：掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，理解鋼結(jié)構(gòu)特點、應(yīng)用及組成原理，了解鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：鋼結(jié)構(gòu)的特點和應(yīng)用——重點鋼結(jié)構(gòu)的建造過程和內(nèi)在缺陷鋼結(jié)構(gòu)的組成原理鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)——難點鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用一、鋼結(jié)構(gòu)的特點1、強度高、強重比大；塑性、韌性好；2、材質(zhì)均勻，符合力學(xué)假定，安全可靠度高；3、工廠化生產(chǎn)，工業(yè)化程度高，施工速度快；4、鋼結(jié)構(gòu)耐熱不耐火；易銹蝕，耐腐性差。二、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)。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)一標準》（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)一標準”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)j計方法。極限狀態(tài)設(shè)計方法，在前序課程（如鋼混結(jié)構(gòu)、地基與基礎(chǔ)等），對此以作詳細介紹，此課就不再講述，認真進行復(fù)習(xí)。通過復(fù)習(xí)應(yīng)掌握以下概念：結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)；結(jié)構(gòu)的基本功能要求；結(jié)構(gòu)的可靠度；失效概率；荷載及強度的標準值與設(shè)計值。 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)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?、“加大建筑用鋼”。當今我國建筑業(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。課題名稱（含教材章節(jié)）第二章鋼結(jié)構(gòu)的材料教學(xué)目的和要求：掌握對鋼結(jié)構(gòu)用材的要求，理解鋼材的主要性能及影響鋼材性能的因素，了解鋼材性能的鑒定掌握鋼材的類別及鋼材的選用，理解鋼材的延性破壞和非延性破壞，了解循環(huán)加載和快速加載效應(yīng)教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：對鋼結(jié)構(gòu)用材的要求——重點鋼材的主要性能及其鑒定影響鋼材性能的因素——難點鋼材的延性破壞和非延性破壞、循環(huán)加載和快速加載效應(yīng)-----難點建筑鋼材的類別及鋼材的選用------重點第一節(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。鋼材的主要機械性能一、單向拉伸試驗曲線

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、壓強度標準值。二、鋼材的主要機械性能強度：fy強度設(shè)計標準值，設(shè)計依據(jù)；fu鋼材的最大承載強度，安全儲備。塑性－δ5（δ10），鋼材產(chǎn)生塑變時而不發(fā)生脆性斷裂的能力，便于內(nèi)力重分布，吸收能量，重要指標。冷彎性能－90o、180o，在冷加工過程中產(chǎn)生塑性變形時，對產(chǎn)生裂紋的敏感性，是判別鋼材塑性及冶金質(zhì)量的綜合指標。韌性－沖擊韌性αk，鋼材在一定溫度下塑變及斷裂過程中吸收能量的能力，用于表征鋼材承受動力荷載的能力（動力指標），按常溫（20o）、零溫（0o）、負溫（-20oC、-40oC）區(qū)分?？珊感裕碚麂摬暮附雍缶邆淞己煤附咏宇^性能的能力－不產(chǎn)生裂紋，焊縫影響區(qū)材性滿足有關(guān)要求。建筑鋼材的兩種破壞形式延性破壞脆性破壞第四節(jié)影響鋼材性能的主要因素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≤0.1~0.3%Mn：含Si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SO、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、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)力的影響鋼材在軋制、焊接、切割等過程中會產(chǎn)生在構(gòu)件內(nèi)部自相平衡的內(nèi)力（P26,圖2.10）,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（后續(xù)章節(jié)中將詳細介紹）。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，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300oC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300oC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。第五節(jié)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A~E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－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。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δ5（δ10）、冷彎180o及沖擊韌性AKV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合考慮以選擇適宜鋼材。一般承重結(jié)構(gòu)應(yīng)有fu、fy、δ5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（C≤0.2%）；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αk的不同要求。課題名稱（含教材章節(jié)）第三章鋼結(jié)構(gòu)可能破壞形式教學(xué)目的和要求：掌握掌握鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形態(tài)，理解鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基本理論，熟悉防止鋼結(jié)構(gòu)各種破壞的方法。教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：鋼結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)破壞——重點鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部失穩(wěn)鋼結(jié)構(gòu)的塑性破壞、脆性破壞鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞——難點第一節(jié)結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)破壞一穩(wěn)定的基本概念所謂的穩(wěn)定是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受載變形后，所處平衡狀態(tài)的屬性。如圖4.4，穩(wěn)定分穩(wěn)定平衡、隨遇平衡、不穩(wěn)定平衡。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失穩(wěn)實際上為從穩(wěn)定平衡狀態(tài)經(jīng)過臨界平衡狀態(tài)，進入不穩(wěn)定狀態(tài)，臨界狀態(tài)的荷載即為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的穩(wěn)定極限荷載，構(gòu)件必須工作在臨界荷載之前。穩(wěn)定問題為鋼結(jié)構(gòu)的重點問題，所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件均件均存在穩(wěn)定問題，穩(wěn)定問題分構(gòu)件的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定。二失穩(wěn)的類別歐拉屈曲極值型失穩(wěn)屈曲后極值型失穩(wěn)有限干擾型屈曲跳躍型失穩(wěn)三結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析的原則必須考慮幾何非線性的影響必須考慮材料的非線性的影響必須考慮結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的初始缺陷四鋼構(gòu)件的整體穩(wěn)定主要影響條件是：不同截面形式及受力狀態(tài)如：對于軸心受壓構(gòu)件可以有彎曲失穩(wěn)、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)、彎扭失穩(wěn)等；對于常駐受彎構(gòu)件主要有彎扭失穩(wěn)；對于截面對稱的士單軸壓彎構(gòu)件，在彎矩作用平面內(nèi)為彎曲失穩(wěn)，在彎矩作用平面外為彎扭失穩(wěn)；等等。在以后的章節(jié)中有詳細的闡述。第二節(jié)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的局部失穩(wěn)、截面分類一局部失穩(wěn)的基本概念所謂的局部失穩(wěn)是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在保持整體穩(wěn)定的條件下，結(jié)構(gòu)中的局部構(gòu)件或構(gòu)件中的板件已不能承受外荷載的作用而失去穩(wěn)定?？赡艹霈F(xiàn)的部位：二局部與整體相關(guān)的穩(wěn)定三種不同的觀點：三截面的分類按截面的板件的寬厚比不同將截面分為四類，參考教材。第三節(jié)結(jié)構(gòu)的塑性破壞、應(yīng)力塑性重分布一結(jié)構(gòu)的塑性破壞鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件強度破壞時會出現(xiàn)明顯的變形，可認為是塑性破壞或稱之為延性破壞。二應(yīng)力塑性重分布應(yīng)力由于鋼材塑性而發(fā)生重新分布的現(xiàn)象?？赏ㄟ^實例加以說明。三內(nèi)力塑性重分布由于塑性鉸的出現(xiàn)使超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生重新分布的現(xiàn)象?？赏ㄟ^實例加以說明。第四節(jié)結(jié)構(gòu)的疲勞破壞一、概念1、循環(huán)荷載——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受的隨時間變化的荷載。（1）應(yīng)力循環(huán)--構(gòu)件截面應(yīng)力隨時間的變化。（2）應(yīng)力循環(huán)特征—應(yīng)力比ρ（3）應(yīng)力幅：在循環(huán)荷載作用下，應(yīng)力從最大到最小重復(fù)一次為一次循環(huán)，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之差為應(yīng)力幅:常幅循環(huán)：為常量，如：(a)完全對稱循環(huán)、(b)脈沖循環(huán)、(c)不完全對稱循環(huán)、(d)不完全對稱循環(huán)變幅循環(huán)：為變量2.鋼材的疲勞在循環(huán)荷載（連續(xù)反復(fù)荷載）作用下，經(jīng)過有限次循環(huán)，鋼材發(fā)生破壞的現(xiàn)象，稱之為疲勞。3.疲勞破壞的機理疲勞破壞是積累損傷的結(jié)果。缺陷→微觀裂紋→宏觀裂紋。4.疲勞破壞的特征屬于脆性破壞，截面平均應(yīng)力小于屈服點。5.影響鋼材疲勞的主要因素（1）構(gòu)件和連接的分類規(guī)范將構(gòu)件和連接的種類分為8類，第1類為軋制的型鋼（殘余應(yīng)力小）疲勞強度最高；第8類為角焊縫應(yīng)力集中最嚴重疲勞強度最低。詳見鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范“疲勞計算的構(gòu)件和連接分類（附錄E）”。（2）應(yīng)力幅（Δσ）和應(yīng)力循環(huán)特征（應(yīng)力比ρ）應(yīng)力幅對焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強度有很大影響，而與名義最大應(yīng)力σmax和應(yīng)力比ρ無關(guān)。（3）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N（疲勞壽命）應(yīng)力幅越低，作用循環(huán)次數(shù)越多，疲勞壽命越高；應(yīng)力幅相同，作用的循環(huán)次數(shù)越多，疲勞壽命越高。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N<5×104，不需要進行疲勞計算。由試驗結(jié)果，以及上述分析可知鋼材的疲勞強度主要與構(gòu)件和連接分類（內(nèi)部缺陷、應(yīng)力集中、殘余應(yīng)力）、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和應(yīng)力幅有關(guān)。焊接部位的疲勞強度與鋼材的靜力強度(屈服點fy)基本無關(guān)。對于只有壓應(yīng)力的應(yīng)力循環(huán)作用，由于鋼材內(nèi)部缺陷不易開展，則不會發(fā)生疲勞破壞，不必進行疲勞計算。二、疲勞強度計算由于現(xiàn)階段對鋼材發(fā)生疲勞破壞尚處于進一步研究階段，按概率極限狀態(tài)計算疲勞強度還不成熟，故采用容許應(yīng)力幅的計算方法。（一）常幅疲勞1.容許應(yīng)力幅[Δσ]根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可以繪出構(gòu)件或連接的應(yīng)力幅Δσ與相應(yīng)的致?lián)p循環(huán)次數(shù)N的關(guān)系曲線，按試驗數(shù)據(jù)回歸的Δσ-N曲線為平均曲線，取對數(shù)坐標。式中：β--直線對縱坐標的斜率；b1--直線在橫軸坐標上的截距；N--循環(huán)次數(shù)。考慮試驗數(shù)據(jù)的離散性，取平均值減去2倍lgN的標準差s作為疲勞強度下限，當lgΔσ為正態(tài)分布時，保證率為97.7%。下限值的直線方程為：此時的Δσ即為容許應(yīng)力幅：式中：系數(shù)β、c--根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范“疲勞計算的構(gòu)件和連接分類”查表得到。2.疲勞強度計算式中：Δσ--計算部位的應(yīng)力幅；對于焊接部位:Δσ=σmax-σmin；對于其他部位：Δσ=σmax-0.7σmin(計算應(yīng)力幅）。σmax、σmin--計算部位每次應(yīng)力循環(huán)中的最大拉應(yīng)力和最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力（取負值）。說明：1）計算時用荷載的標準值；2）由于來源于試驗，已考慮動力效應(yīng)，計算時不再考慮動力系數(shù)；（二）變幅疲勞和吊車欠載效應(yīng)系數(shù)對于吊車梁，按下式計算其疲勞強度：式中：--循環(huán)次數(shù)N=2X106的容許應(yīng)力幅。—欠載效應(yīng)系數(shù)。重級工作制硬鉤吊車1.0；重級工作制軟鉤吊車0.8；中級工作制吊車0.5。第五、六節(jié)介紹損傷累積破壞和脆性斷裂破壞目前仍處在研究階段。第七節(jié)思路通過相應(yīng)的構(gòu)造及計算加以有效的防止。課題名稱（含教材章節(jié)）第四章受拉構(gòu)件及索教學(xué)目的和要求：了解鋼結(jié)構(gòu)受拉構(gòu)件及索的截面型式，掌握受拉構(gòu)件設(shè)計計算方法，了解索的力學(xué)特性教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：受拉構(gòu)件的計算方法——重點第一節(jié)軸心受拉構(gòu)件一、截面型式常有的截面型式參考教材二、軸心受拉構(gòu)件的強度三、受拉構(gòu)件的剛度例題參見書第二節(jié)拉彎構(gòu)件一、拉彎構(gòu)件的強度計算準則⑴邊緣纖維屈服準則⑵全截面屈服準則⑶部分發(fā)展塑性準則：二、單向拉彎構(gòu)件的強度（按部分發(fā)展塑性準則）三、雙向拉彎構(gòu)件的強度四、拉彎構(gòu)件的穩(wěn)定問題當軸拉力很小時應(yīng)考慮構(gòu)件的整體穩(wěn)定性的問題，而對于軸力較大時可不考慮。關(guān)于局部穩(wěn)定的問題可參考后面相關(guān)內(nèi)容。五、拉彎構(gòu)件的剛度同軸心受拉構(gòu)件的要求。第二節(jié)索的力學(xué)性質(zhì)和分析方法簡介一、截面型式課題名稱（含教材章節(jié)）第五章軸心受壓構(gòu)件教學(xué)目的和要求：（分掌握、理解、了解三個層次）：掌握軸心受壓構(gòu)件的強度計算并會根據(jù)要求設(shè)計截面掌握穩(wěn)定問題的分類和特點了解大變形和小變形分析理解影響軸心受壓構(gòu)件承載力的因素了解實腹柱的截面設(shè)計掌握格構(gòu)柱的計算原則和方法及設(shè)計原則掌握軸心受壓構(gòu)件構(gòu)件板件穩(wěn)定的設(shè)計方法教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：軸心受力構(gòu)件的強度及截面選擇軸心受壓構(gòu)件的強度——重點索的受力性能和強度計算穩(wěn)定問題的一般特點、分類——難點軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性影響軸心受壓構(gòu)件的因素——重點殘余應(yīng)力初始彎曲穩(wěn)定計算方法實腹柱和格構(gòu)柱的截面選擇計算實腹柱的截面設(shè)計——重點格構(gòu)柱穩(wěn)定計算——難點綴材計算——難點第一節(jié)可能的破壞形式軸心受力構(gòu)件分軸心受拉及受壓兩類構(gòu)件，作為一種受力構(gòu)件，就應(yīng)滿足承載能力與正常使用兩種極限狀態(tài)的要求。正常使用極限狀態(tài)的要求用構(gòu)件的長細比來控制；承載能力極限狀態(tài)包括強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定三方面的要求。穩(wěn)定問題是鋼構(gòu)件的重點問題，所有鋼構(gòu)件都涉及到穩(wěn)定問題，是鋼構(gòu)件設(shè)計的重點與難點。本章將簡單講述鋼結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論的一般概念，為下序章節(jié)打基礎(chǔ)。軸心受力構(gòu)件的截面分：實腹式與格構(gòu)式兩類（見書圖）實腹式又分型鋼截面（包括普通型鋼與薄壁型鋼），組合截面（鋼板組合與型鋼組合截面）格構(gòu)式截面又分綴條式截面與綴板式截面柱的作用：把荷載由上部結(jié)構(gòu)傳給基礎(chǔ)或下部結(jié)構(gòu)，柱有柱頭、柱身、柱腳。壓桿——一個結(jié)構(gòu)中的部份構(gòu)件柱——整個結(jié)構(gòu)中比較獨立的受壓構(gòu)件按受力情況分：軸心和偏心受壓柱按構(gòu)造型式分：第二節(jié)軸心受壓構(gòu)件的強度與剛度一、軸心受壓構(gòu)件的強度以凈截面的平均應(yīng)力強度為準則：即二、軸心受壓構(gòu)件的剛度以構(gòu)件的長細比來控制，即第三節(jié)實腹式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定一、穩(wěn)定問題的概述所謂的穩(wěn)定是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受載變形后，所處平衡狀態(tài)的屬性。如圖4.4，穩(wěn)定分穩(wěn)定平衡、隨遇平衡、不穩(wěn)定平衡。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失穩(wěn)實際上為從穩(wěn)定平衡狀態(tài)經(jīng)過臨界平衡狀態(tài)，進入不穩(wěn)定狀態(tài)，臨界狀態(tài)的荷載即為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的穩(wěn)定極限荷載，構(gòu)件必須工作在臨界荷載之前。穩(wěn)定問題為鋼結(jié)構(gòu)的重點問題，所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件均件均存在穩(wěn)定問題，穩(wěn)定問題分構(gòu)件的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定。二、理想軸心受壓構(gòu)件的整體失穩(wěn)1、理想條件：絕對直桿、材料均質(zhì)、無荷載偏心、無初始應(yīng)力、完全彈性。2、典型失穩(wěn)形式（見書圖）彎曲失穩(wěn)－只有彎曲變形；扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)－只有扭轉(zhuǎn)變形。彎扭失穩(wěn)－彎曲變形的同時伴隨有扭轉(zhuǎn)變形。單對稱截面繞對稱軸（或不對稱截面）彎曲失穩(wěn)時，由于截面的形心（內(nèi)力作用點）與剪心（截面的扭轉(zhuǎn)中心）不重合，截面內(nèi)的內(nèi)力分量相對于剪心產(chǎn)生偏心產(chǎn)生扭矩，從而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。失穩(wěn)承載力低于彎曲失穩(wěn)承載力。只有類似于十字型截面扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)承載力小于彎曲失穩(wěn)承載力，其他截面一般來說彎曲穩(wěn)定承載力均大于扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)承載力。3、理想構(gòu)件的彈性彎曲失穩(wěn)根據(jù)見書圖列平衡方程解平衡方程：得4、理想構(gòu)件的彈塑性彎曲失穩(wěn)構(gòu)件失穩(wěn)時如果截面應(yīng)力超出彈性極限，則構(gòu)件進入彈塑性工作階段，這時應(yīng)按切線模量理論進行分析三、實際構(gòu)件的整體穩(wěn)定實際構(gòu)件與理想構(gòu)件間存在著初始缺陷，缺陷主要有：初始彎曲、殘余應(yīng)力、初始偏心。1、初始彎曲的影響2、初始偏心的影響殘余應(yīng)力的影響前面已講：鋼構(gòu)件在軋制、焊接、剪切等過程中，會在鋼構(gòu)件中產(chǎn)生內(nèi)部自相平衡的殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力對構(gòu)件的強度無影響，但會對構(gòu)件的穩(wěn)定承載力產(chǎn)生不利影響。注：殘余應(yīng)力對弱軸的影響大于對強軸的影響四、實際軸壓構(gòu)件的工程計算方法初始彎曲與初始偏心的影響規(guī)律相同，按概率理論兩者同時取最大值的幾率很小，工程中把初彎曲考慮為最大（桿長的千分之一）以兼并考慮初彎曲的影響；按彎曲失穩(wěn)理論計算，考慮彎扭失穩(wěn)的影響，同時考慮殘余應(yīng)力的影響，根據(jù)各類影響因素的不同將構(gòu)件截面類型分為a、b、c及d四類（詳見教材）。a類為殘余應(yīng)力影響較小，c類為殘余應(yīng)力影響較大，并有彎扭失穩(wěn)影響，a、c類之間為b類，d類厚板工字鋼繞弱軸。《規(guī)范》計算公式ψ按λ計算第四節(jié)實腹式軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定受壓翼緣或腹板的寬厚比較大時，在構(gòu)件整體失穩(wěn)之前，可能發(fā)生翼緣或腹板出平面波浪式凸凹變形，此為局部失穩(wěn)。對于局部屈曲問題，通常有兩種考慮方法：一是不允許板件屈曲先于構(gòu)件整體屈曲，目前一般鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)定就是不允許局部屈曲先于整體屈曲來限制板件寬厚比。另一種做法是允許板件先于整體屈曲，采用有效截面的概念來考慮局部屈曲對構(gòu)件承載力的不利影響，冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)，輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的腹板就是這樣考慮的。這里板件寬厚比的規(guī)定是基于局部屈曲不先于整體屈曲考慮的，根據(jù)板件的臨界應(yīng)力和構(gòu)件的臨界應(yīng)力相等的原則即可確定板件的寬厚比。經(jīng)分析并簡化可得到工形截面和H形截面的板件的寬厚比：一、單向均勻受壓薄板的彈性屈曲：介紹幾個影響因素：邊界條件；尺寸條件等。二、軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定的計算方法采用限制構(gòu)件截面板件寬厚比的辦法來實現(xiàn)，即限制板件寬度與厚度之比不要過大，否則臨界應(yīng)力σcr很低，會過早發(fā)生局部屈曲。確定板件寬（高）厚比限值的準則：使構(gòu)件整體屈曲前其板件不發(fā)生局部屈曲，即局部屈曲臨界應(yīng)力大于或等于整體臨界應(yīng)力（或極限應(yīng)力），稱作等穩(wěn)定性準則。工字形截面翼緣：工字形截面腹板：l為兩個方向的長細比的較大值。(與整體穩(wěn)定一致，長細比較大的方向臨界應(yīng)力低）箱形截面：圓管截面：三、加強局部穩(wěn)定的措施1．所選截面如不滿足規(guī)定，應(yīng)調(diào)整板件厚度或?qū)挾取?．對工形和箱形截面的腹板也可采用設(shè)置縱向加勁肋的方法予以加強，以縮減腹板計算高度，縱向加勁肋宜在腹板兩側(cè)成對配置，其一側(cè)外伸寬度不應(yīng)小于10tw。3．軋制型鋼的板件較厚，一般不需要局部穩(wěn)定計算。第五節(jié)實腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計一、截面型式1、截面型式圖4-22、設(shè)計截面要求：①盡量大；②（等穩(wěn)定）；③制造，連接方便3、各種截面的特點。二、選擇截面尺寸1．假定長細比，l=50~100。根據(jù)鋼材級別、截面類別、l查表得整體穩(wěn)定系數(shù)j，計算面積：2．計算回轉(zhuǎn)半徑根據(jù)近似關(guān)系計算b、h（如焊接工型截面）3．確定截面尺寸b、t、h、tw由A、b、h并考慮局部穩(wěn)定及構(gòu)造要求，初選截面尺寸。4．強度及穩(wěn)定性驗算若不滿足整體穩(wěn)定要求時，可修改截面尺寸，或重新假定l，重復(fù)上述步驟。三、構(gòu)造要求翼緣與腹板的連接焊縫，一般按構(gòu)造要求選用，hf=6~8mm。當腹板高厚比較大時，可設(shè)置橫向加勁肋、縱向加勁肋。第六節(jié)格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件一、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件組成格構(gòu)式壓桿是由肢件和綴材兩種組成的。綴材有兩種：一種是綴板，它把肢件連接成多層剛架的形式（圖4-25）稱為綴板柱，適于承受較小的荷載，另一種是綴條，它把肢件連接成桁架的形式（圖4-25）稱為綴條柱，受各種荷載。綴板和綴條的作用在于保證被綴材連接的兩個肢的共同作用。在截面上貫穿兩個肢件的軸稱為實軸（圖P124圖4-25），與綴（板）平面垂直的軸為虛軸。二、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性實腹式軸心壓桿在確定喪失穩(wěn)定的臨界力時，僅考慮了由于彎矩作用而產(chǎn)生的變形，因剪力所產(chǎn)生的變形很小，所以沒有考慮。對于格構(gòu)式壓桿，當繞虛軸失穩(wěn)時則情況有所不同。由于剪力靠綴材承擔，且綴材比較單薄，桿件的剪切變形較大，剪力所造成的附加撓曲變形就不能忽視。因此格構(gòu)式軸心壓桿的穩(wěn)定計算，就是要解決桿件對虛軸的穩(wěn)定計算方法。同時也要對綴條（板）進行計算。對實軸的整體穩(wěn)定性格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞實軸的彎曲屈曲情況與實腹式軸面受壓構(gòu)件沒有區(qū)別，因此穩(wěn)定計算也相同。按b類截面進行計算。對虛軸的整體穩(wěn)定性格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸（x-x）彎曲屈曲時，由于兩個分肢不是實體相連，連接兩分肢的綴件的抗剪剛度比實腹式構(gòu)件腹板弱，除彎曲變形外，還需要考慮剪切變形的影響（在實腹式構(gòu)件彎曲屈曲時，剪切變形影響很小，一般忽略不計），因此穩(wěn)定承載力有所降低。若格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的長細比為λx則其臨界力將低于長細比相同的實腹式軸心受壓構(gòu)件，而僅相當于長細比為λ0x的實腹式構(gòu)件。放大的等效長細比λ0x稱為格構(gòu)式構(gòu)件繞虛軸的換算長細比。以代替原始長細比λx，則格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸穩(wěn)定性計算與實腹式構(gòu)件相同。綴條式格構(gòu)構(gòu)件（雙肢）：綴板式格構(gòu)構(gòu)件：lx為整個構(gòu)件對虛軸x的長細比，l1為分肢對其自身最小剛度軸的長細比，A為整個構(gòu)件的毛截面面積，A1為同一橫截面中各斜綴條毛截面面積之和。對分肢的要求：綴條柱：計算l1時，其計算長度取值：焊接時，為相鄰兩綴板的凈距離螺栓連接時，為相鄰兩綴板邊緣螺栓的距離綴條、綴板設(shè)計（略）課題名稱（含教材章節(jié)）第六章受彎構(gòu)件教學(xué)目的和要求：（分掌握、理解、了解三個層次）：掌握梁構(gòu)件的強度計算（主要是梁的彎曲、剪切強度）；理解梁的工作特點；了解梁構(gòu)件的應(yīng)用范圍。掌握梁的局部壓應(yīng)力和組合應(yīng)力的計算公式，理解設(shè)計梁截面的方法，了解通過構(gòu)造保證梁局部壓應(yīng)力的方法。掌握受彎構(gòu)件板件穩(wěn)定的設(shè)計方法梁腹板加勁肋的設(shè)計方法；理解各種板件在各種受力狀態(tài)下穩(wěn)定荷載的計算及其方法教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：梁的類型和強度梁的彎曲、剪切強度——重點梁的扭轉(zhuǎn)——難點綴材計算——難點梁的局部壓應(yīng)力和組合應(yīng)力——重點梁的局部壓應(yīng)力的概念及計算公式多種應(yīng)力組合效應(yīng)按強度條件選擇梁截面——難點梁截面驗算梁截面沿長度的變化受彎構(gòu)件板件穩(wěn)定的設(shè)計方法——重點梁腹板方法加勁肋的布置及設(shè)計——難點第一節(jié)受彎構(gòu)件的類型與截面一、類型二、應(yīng)用第二節(jié)鋼梁的彎曲強度及其計算一、彎曲應(yīng)力及彎曲強度彈性階段：邊緣應(yīng)力小于或等于屈服應(yīng)力彈塑性階段：mh范圍進入塑性塑性階段：全截面進入塑性屈服彎矩：My=fyWx全塑性彎矩：Mp=fyWp=fyhWxh稱為截面形狀系數(shù)h=1.5(矩形）1.1~1.17(工字形）彈塑性彎矩M=gfyWx截面塑性發(fā)展系數(shù)g：1.0<g<h二、《規(guī)范》鋼梁的抗彎強度計算gx，gy塑性發(fā)展系數(shù)，我國規(guī)范按彈塑性階段進行設(shè)計。一般要求mh￡h/8。在超靜定梁中可以采用塑性設(shè)計，形成可以轉(zhuǎn)動的塑性鉸，考慮塑性內(nèi)力重分布。取值要點：（1）對截面有平翼緣板的一側(cè)g=1.05;（2）對截面無平翼緣板的一側(cè)g=1.20;（3）對圓管邊緣g=1.15。特殊情況gx=gy=1.0：（1）直接承受動荷載的梁；（2）工字形截面受壓翼緣板的自由外伸寬度與其厚度之比大于時?？辜魪姸韧瑫r存在彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力時第三節(jié)鋼梁的整體穩(wěn)定性一、整體穩(wěn)定性的概念及其主要影響因素當梁截面的側(cè)向抗彎剛度和抗扭剛度不足（尤其是高而窄的工字形截面），梁將發(fā)生平面外的側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)破壞，梁的承載力低于按強度計算的承載力。稱此類破壞為梁的側(cè)向彎扭屈曲，即梁喪失整體穩(wěn)定。影響梁臨界彎矩（整體穩(wěn)定性）的主要因素：（1）梁的側(cè)向抗彎剛度EIy，抗扭剛度GIt、抗翹曲剛度EIw。EIy、GIt、EIw愈大，臨界彎矩愈大，箱形截面、工字形截面較為有利，槽形、T形截面次之，避免選用L形截面。加強梁的受壓翼緣，增加其對y軸的慣性矩，能有效地提高臨界彎矩；（2）梁受壓翼緣側(cè)向支承點間的距離l1。梁側(cè)向支承點間距愈小，臨界彎矩愈大；（3）荷載類型和彎矩圖形狀。彎矩圖愈接近矩形，臨界彎矩愈小；（4）荷載作用于截面的不同位置。荷載作用于梁的上翼緣，促使梁截面扭轉(zhuǎn)加劇,臨界彎矩愈小。作用于下翼緣，阻礙梁截面扭轉(zhuǎn)，臨界彎矩愈大；（5）端部支承條件；（6）初始變形、初始偏心、殘余應(yīng)力等初始缺陷。二、整體穩(wěn)定性的驗算方法單向彎矩Mx：雙向彎矩Mx、My：工字形截面對弱軸y彎曲時，不會有穩(wěn)定問題，只需要驗算抗彎強度，把對x軸的穩(wěn)定和對y軸的強度兩個驗算公式相加，得：為梁整體穩(wěn)定系數(shù)三、理論分析純彎曲時雙軸對稱工字形截面簡支梁的臨界彎矩公式中包含三種剛度EIy、GIt、EIw及梁的側(cè)向支承點間距l(xiāng)1。提高梁整體穩(wěn)定的有效措施：加寬受壓翼緣板，增大Iy、It、Iw；減少梁受壓翼緣的自由長度l1;加強抗扭轉(zhuǎn)約束。四、《規(guī)范》計算公式（見書）五、不進行整體穩(wěn)定驗算的條件1.當梁上有鋪板（鋼筋混凝土板或鋼板）密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固相連，能阻止梁受壓翼緣的側(cè)向位移時，可不計算梁的整體穩(wěn)定性；2.當l1/b1￡[l1/b1]時，可不計算梁的整體穩(wěn)定性。[l1/b1]見教材第四節(jié)型鋼梁的設(shè)計主要步驟：（單向受彎）1.計算彎矩和剪力；2.按強度條件計算Wx；3.查型鋼表，選擇適當?shù)男弯摚?.驗算強度，驗算整體穩(wěn)定性；5.驗算撓度。均布荷載跨中集中荷載均布荷載+集中荷載第五節(jié)焊接組合梁的截面設(shè)計一、主要步驟：確定梁高、腹板高度；確定腹板厚度；確定翼緣板尺寸；強度驗算、整體穩(wěn)定驗算、撓度驗算。二、梁高、腹板高梁高根據(jù)最大高度hmax、最小高度hmin、經(jīng)濟高度he確定。最大高度hmax由建筑設(shè)計、工藝設(shè)計凈空要求或通航凈空要求等確定。最小高度hmin按剛度條件確定。參照教材經(jīng)濟高度he使梁腹板和翼緣板的總用鋼量最小。參照教材式5-25、5-26設(shè)計時，通常取hw=（0.8-0.9)he，宜為50mm的倍數(shù)。估算梁高h，使：hmin<h<hmax三、腹板厚度按抗剪強度條件：一般情況，抗剪強度不控制梁截面尺寸，腹板厚度采用經(jīng)驗公式估算：tw36mm，并取2mm的倍數(shù)。四、翼緣板尺寸單個翼緣板的截面面積翼緣局部穩(wěn)定要求翼緣外伸寬厚比：翼緣寬度與梁高的關(guān)系翼緣板寬度一般取100mm的倍數(shù)，厚度取2mm的倍數(shù)。第六節(jié)組合梁的局部穩(wěn)定與加勁肋設(shè)計為了提高焊接組合梁的強度和剛度，腹板宜選得高一些，而為了提高梁的整體穩(wěn)定性，翼緣宜選得寬一些。由于板件過寬而薄，常會在梁發(fā)生強度破壞或喪失整體穩(wěn)定性之前，梁的部分板面會偏離原來的平面位置而發(fā)生波形鼓曲，稱此現(xiàn)象為局部失穩(wěn)，或稱板屈曲。，局部失穩(wěn)后，就有可能導(dǎo)致梁的過早破壞。熱軋型鋼梁，一般不需進行局部穩(wěn)定計算。一、受壓翼緣板的局部穩(wěn)定受壓翼緣板三邊簡支一邊自由，應(yīng)限制其懸伸寬厚比：箱形截面，兩腹板間得翼緣寬厚比限制：當梁強度按彈塑性設(shè)計時二、腹板的局部穩(wěn)定1、腹板的純彎屈曲腹板彎曲臨界應(yīng)力要求受彎屈曲不先于屈服強度破壞，令得：不會發(fā)生彎曲屈曲破壞2、腹板的純剪屈曲不會發(fā)生剪切屈曲破壞三、加勁肋布置原則（教材表）四、加勁肋的構(gòu)造和截面尺寸教材課題名稱（含教材章節(jié)）第七章壓彎構(gòu)件教學(xué)目的和要求：（分掌握、理解、了解三個層次）：理解壓彎構(gòu)件的工作性能;掌握壓彎構(gòu)件的強度計算方法;了解壓彎構(gòu)件的應(yīng)用;掌握壓彎構(gòu)件板件穩(wěn)定的設(shè)計方法教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：壓彎構(gòu)件的應(yīng)用和強度計算壓彎構(gòu)件的應(yīng)用壓彎構(gòu)件的強度計算——重點壓彎構(gòu)件板件穩(wěn)定的設(shè)計方法——難點第一節(jié)概述一、概念壓彎構(gòu)件是指同時承受軸心壓力N以及彎矩M的構(gòu)件。也常稱為偏心受壓構(gòu)件。截面形式及尺寸拉彎和壓彎構(gòu)件的截面通常做成在彎矩作用方向具有較大的截面尺寸。（參見教材）計算內(nèi)容與軸心受壓構(gòu)件和受彎構(gòu)件相仿，壓彎構(gòu)件的設(shè)計應(yīng)考慮強度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定等四個方面。第二節(jié)壓彎構(gòu)件的破壞形式主要有強度破壞、整體失穩(wěn)破壞、局部失穩(wěn)破壞等。第三節(jié)壓彎構(gòu)件的強度與剛度一、強度計算強度計算一般可考慮截面塑性變形的發(fā)展，對直接承受動力荷載的構(gòu)件和格構(gòu)式構(gòu)件等則通常按彈性受力計算。截面有孔洞等削弱較多的或構(gòu)件端部彎矩大于跨間彎矩的壓彎構(gòu)件，需要進行強度計算。1．計算準則（）⑴邊緣纖維屈服準則：疲勞構(gòu)件，格構(gòu)式構(gòu)件⑵全截面屈服準則⑶部分發(fā)展塑性準則：一般構(gòu)件公式：只在一個主平面有彎矩作用時：在兩個主平面有彎矩作用時：動載時，例：某拉彎構(gòu)件由I45a構(gòu)成，承受靜載，，截面無削弱，驗算該桿強度解：查例：某天窗側(cè)腿承受風(fēng)荷載設(shè)計值軸壓力，截面選用部分型鋼解：風(fēng)壓力彎矩：對1點：對2點：風(fēng)吸力彎矩：對1點：對2點：第四節(jié)壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定一壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性1面內(nèi)失穩(wěn)的現(xiàn)象：過程，極限承載力，塑性發(fā)展2彎矩作用平面內(nèi)壓彎構(gòu)件的彈性性能平衡方程當時，方程的解桿件最大彎矩：近似值:假定撓曲線為：時，幾種壓彎構(gòu)件的計算結(jié)果見書（等效彎矩系數(shù))若以截面邊緣纖維開始屈服作為計算準則：截面最大應(yīng)力：當時則代回上式可得:EMBEDEquation.33. 實腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定計算的實用計算公式:的取值框架柱及兩端支撐構(gòu)件⑴無橫向荷載有端彎矩同向曲率取同號⑵既有端彎矩，又有橫向荷載，同向曲率反向曲率⑶無端彎矩，有橫向荷載時，2．懸臂構(gòu)件，分析內(nèi)力未考慮二階效應(yīng)得無支撐純框架，弱支撐框架柱，單軸對稱截面壓彎構(gòu)件，當彎矩作用在對稱軸平面內(nèi)，且使翼緣受壓時，上應(yīng)按下式計算：例一壓彎構(gòu)件，承受，由長邊相連組成，驗算其強度，平面內(nèi)穩(wěn)定解：1強度驗算：2．穩(wěn)定驗算：EMBEDEquation.3二壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性1失穩(wěn)現(xiàn)象：彎扭2實用計算公式——截面影響系數(shù)——等效彎矩系數(shù)，按下式計算⑴在彎矩作用平面外有支撐的構(gòu)件，應(yīng)根據(jù)相鄰支撐點間構(gòu)件段內(nèi)的荷載和內(nèi)力情況確定a構(gòu)件段內(nèi)無橫向荷載作用時：b構(gòu)件段內(nèi)有橫向荷載和端彎矩時，產(chǎn)生同向曲率時構(gòu)件段內(nèi)有橫向荷載和端彎矩時，產(chǎn)生反向曲率時C構(gòu)件段內(nèi)無端彎矩，有橫向荷載時⑵懸臂構(gòu)件計算199頁平面外的穩(wěn)定性課題名稱（含教材章節(jié)）第八章鋼結(jié)構(gòu)的連接教學(xué)目的和要求：了解鋼結(jié)構(gòu)對連接的要求及連接方法，掌握焊縫連接的特性和計算。掌握對接焊縫的構(gòu)造和計算掌握角焊縫連接的特性和計算了解角焊縫受力分析掌握角焊縫連接的特性和計算理解復(fù)合力作用下角焊縫計算了解塞焊計算了解焊接殘余應(yīng)力的分類，產(chǎn)生原因，殘余應(yīng)力的影響，減少殘余應(yīng)力和變形的方法；理解螺栓的排列和構(gòu)造要求、工作性能；掌握螺栓群的計算方法。理解高強度螺栓連接的性能、設(shè)計、計算。教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：鋼結(jié)構(gòu)對連接的要求及連接方法——重點焊接連接的特性——難點對接焊縫的構(gòu)造和計算對接焊縫的構(gòu)造要求——重點對接焊縫的計算方法——重點部分焊透的對接焊縫的構(gòu)造和計算方法——難點角焊縫的構(gòu)造和計算角焊縫的構(gòu)造要求——重點角焊縫的應(yīng)力分布——重點角焊縫的尺寸限制及其他構(gòu)造要求——難點焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形——難點普通螺栓連接的構(gòu)造和計算——重點螺栓的排列和構(gòu)造要求；普通螺栓的工作性能和螺栓群的計算高強度螺栓連接的性能和計算——重點高強度螺栓連接的性能高強度螺栓的設(shè)計計算第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方式鋼結(jié)構(gòu)是由若干構(gòu)件和元件組成的，其間必須用某種方法加以連接，如果連接設(shè)計得不合理，將使構(gòu)件產(chǎn)生薄弱環(huán)節(jié)，影響其安全和壽命，同時連接方式直接引響到施工工藝和造價。從使用經(jīng)驗來看，不少鋼結(jié)構(gòu)的事故與節(jié)點設(shè)計的不合理有關(guān)。因此對連接設(shè)計必須有足夠的重視。焊接的缺點，易產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形，有變脆的傾向，沖擊韌性差，有弧光。螺栓連接：（鉚接）缺點：相對于焊接1、有拼接板，費鋼；2、拼接板要打孔，制造麻煩，（鉚更煩一般不用）；3、密閉性差。優(yōu)點：1、無熱影響區(qū)；2、無焊接殘余應(yīng)力；3、沖擊韌性好；4、無弧光，但有噪音（打鉚）；5、拆卸方便。螺栓連接用于動荷，重要結(jié)構(gòu)，可拆卸的結(jié)構(gòu)，鉚接基本被淘汰因此連接的重點在焊接。焊縫連接的特性一、焊接方法1、焊接方法主要有：手工焊→質(zhì)量差些自動焊→質(zhì)量好些→焊縫長些，比較穩(wěn)定。半自動焊→間于二者之間二氧化碳氣體保護焊2、焊條型號：焊條與鋼材應(yīng)配套，即焊條的選擇要與鋼材、焊接技術(shù)相適應(yīng)。對焊條的基本要求：（1）、化學(xué)成分與金相組織與基本金屬相近。（2）、機械性能相近。（3）、工藝性能好，可焊性要滿足要求。二、連接型式和焊縫類型按連接型式分：對接、搭接、頂接。按工作性質(zhì)分：強度焊接→只傳遞內(nèi)力用；密強焊縫→保證不漏氣、液體、傳遞內(nèi)力。按構(gòu)造分：1.對接焊縫；.角焊縫。按焊接位置分：俯焊→質(zhì)量好、質(zhì)量高；立焊：水平、豎直→質(zhì)量較差；仰焊：→質(zhì)量差并避免。三、焊縫缺陷及質(zhì)量檢驗及級別（1）焊縫缺陷，外表缺陷：尺寸偏差；咬邊。內(nèi)部缺陷：未熔透；氣孔；夾渣；裂紋。（2）焊縫質(zhì)量的檢查方法：普通方法：外觀檢查、尺寸測量；精確方法：鉆孔檢查、無損探傷；（3）質(zhì)量等級四、焊縫的符號及標注方法（形式、尺寸和要求）焊縫符號主要由圖形符號、輔助符號和引出線等部分組成。（表3-1）第三節(jié)對接焊縫連接的構(gòu)造和計算對接焊縫主要用于板件，型鋼的拼接或構(gòu)件的連接，由于對接縫不附加鋼板，傳力直接，平順，沒有明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，因而受力良好，對于受動載的構(gòu)件連接都適用。一、構(gòu)造：①開剖口見書P49圖3-10時，不開剖口時，用V形剖口，用形剖口如不能雙面焊，時可用U形剖口，目的是為了焊縫，關(guān)于焊縫的標準方法見表3-1，P46。②板厚不等時，須將厚板的邊刨成1:4的坡度。③引弧板，由于焊縫的起弧端和終點滅弧端存在弧坑和末熔透的缺陷，對低溫，動載不利，對重要的結(jié)構(gòu)可用引弧板，以保證質(zhì)量，一般結(jié)構(gòu)如不用引弧板，應(yīng)減2t。二、計算：（1）對接直縫承受軸心力作用。驗算強度：——計算長度，無引弧板時為——板厚度，厚度不等時取薄者。當采用引弧板時，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。如果采用直縫不能滿足強度要求時，可采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，斜焊縫強度不低于母材強度，可不再驗算。（2）承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫計算此時焊縫應(yīng)力和構(gòu)件應(yīng)力狀況基本相同。矩形截面：焊縫中的焊縫中的最大正應(yīng)力和最大剪應(yīng)力不在同一點，應(yīng)分別進行計算：工字形截面：在同時受有較大正應(yīng)力和較大剪應(yīng)力的梁腹板與翼緣相交處，還應(yīng)計算其折算應(yīng)力第四節(jié)角焊縫連接的構(gòu)造和計算對于在不同平面上的焊件搭接或頂接用角焊縫。優(yōu)點：施焊時縫距不需要校正，板邊不需加剖口，施焊比較方便，應(yīng)用：于工廠制造和現(xiàn)場安裝中。一、受力情況和構(gòu)造要求焊縫的剖面型式分為平坡式和凹式剖面適用于受動荷的構(gòu)件連接，普通式常用于靜荷，主傳力不太平順，焊根處應(yīng)力集中比較嚴重，動荷下易裂縫。構(gòu)造要求：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；垂直時，稱為正面角焊縫，又稱端縫；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)系。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，忽略了焊縫余高和熔深側(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(yīng)力沿焊縫程度方向分布不均勻，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)裂縫后，迅速蔓延擴展，使焊縫斷裂。端縫的應(yīng)力狀態(tài)比側(cè)縫復(fù)雜的多，應(yīng)力集中較明顯。焊縫的根部出現(xiàn)應(yīng)力高峰，易于開裂。破壞時首先在焊縫根部開裂，然后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(yīng)力，性質(zhì)較脆。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(yīng)力為焊縫強度（力除以焊縫破壞面積）。規(guī)范規(guī)定的角焊縫設(shè)計強度是側(cè)面角焊縫的強度，不分抗拉、抗壓和抗剪，不分焊縫級別均采用相同的值，例如Q235鋼材，fw=160N/mm2。二、角焊縫的強度計算(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(yīng)力是均勻分布的?；居嬎愎剑憾丝p應(yīng)力：側(cè)縫應(yīng)力：；稱為正面角焊縫的強度設(shè)計值增大系數(shù)對于直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，（一）受軸力作用的計算當軸