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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)件鋼結(jié)構(gòu)教程第

一

章

緒

論●

第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用●

第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(diǎn)及應(yīng)用一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)強(qiáng)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(diǎn)較混凝土和木材要高得多，

其質(zhì)量密度與屈服點(diǎn)的比值相對(duì)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(yùn)輸和安裝。質(zhì)地均勻，塑性和韌性好●

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(jì)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(diǎn)，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(jìn)而為降低造價(jià)、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(kù)、氣柜、管道等板殼結(jié)構(gòu)都采用鋼結(jié)構(gòu)?？拐鸺翱箘?dòng)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(dòng)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(dá)到300℃以上，強(qiáng)度逐漸下降，達(dá)

到450～650℃時(shí)，強(qiáng)度降為零。因此，鋼

結(jié)構(gòu)可用于溫度不高于250℃的場(chǎng)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(hù)。當(dāng)防火設(shè)計(jì)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(yuǎn)眺紐約曼哈頓世貿(mào)大樓●

撞擊下的世界貿(mào)易中心美國(guó)東部時(shí)間2001年9月11日上午8時(shí)

45分，

一架起飛重量達(dá)160噸的波音767型

飛

機(jī)，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(jī)，幾乎攔腰撞擊世界貿(mào)易中心南

塔。假設(shè)兩架飛機(jī)的起飛重量是滿負(fù)荷，再考慮兩種機(jī)型的速度是1000千米/小時(shí)，而

且以恐怖分子執(zhí)意為之的心理，這個(gè)速度已

是下限，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(dòng)量的計(jì)算公式P=mv

,

m

是質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，v

是

該

質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)心速度，質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量是矢量，其方向和速度矢

量的方向相同。實(shí)質(zhì)上，飛機(jī)撞擊世界貿(mào)易中心是屬于

物體對(duì)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(jī)撞擊的動(dòng)量m=160×1000=160000

(千克)v=(1000×1000)÷3600≈277.8米/秒P=mv=160000×277.8=44448000

千克·米/秒二、南塔所承受757型飛機(jī)撞擊的動(dòng)量P=mv=100000

×277.8

=

27780000

千克·米/秒以上數(shù)據(jù)之巨，可見飛機(jī)每一次撞擊的力量都是致

命的，所以有物理學(xué)家說(shuō)，這種撞擊與爆炸，可達(dá)1000噸烈性炸藥當(dāng)量，應(yīng)該是可信的。m=100×1000=100000v=(1000×1000)÷3600≈277(千克).8米/

秒●

南北塔是筒中筒結(jié)構(gòu)，核心是47個(gè)電梯井(因分段設(shè)置，47個(gè)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(jī)還是全

都沒入其腹部，甚至撞擊南塔那架還穿透整

座進(jìn)深達(dá)63.5米的大廈，撞擊力量之巨，威力之大，實(shí)在令人悚然。但是，事實(shí)上，世界貿(mào)易中心卻經(jīng)受住了這等力量的撞擊，因?yàn)樽矒粼斐傻膭?dòng)量，

并不是坍塌的決定因素?！窳一鹬械氖澜缳Q(mào)易中心撞擊兩塔的波音767型或757型飛機(jī)，如果機(jī)體

直徑約計(jì)10米的話，也就是說(shuō)，世界貿(mào)易中心北塔

的80層左右，南塔的60層左右，在飛機(jī)的質(zhì)量與速

度的撞擊下，應(yīng)該各有三層都處于被飛機(jī)躥通的狀

態(tài)。而且767機(jī)型滿掛油料是45噸，757

機(jī)型為30

噸，這些油料霎時(shí)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(zhǎng)=63.5

米世界貿(mào)易中心每層的建筑面積=63.5

×63

.5≈4032

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(dá)1/5～1/4的電梯井的面積也就是說(shuō)，

在3000平方米不到的面積里，澆灌了45

30噸的高燃值的油料在燃燒(南塔有一部分溢出)?！?/p>

我們可以估量，以液態(tài)燃油的漫溢性質(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(yuǎn)遠(yuǎn)看去，就像兩根碩大的煙囪。同

時(shí)，高達(dá)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(jī)躥空的三層，其核心部位——電梯井已失去作用(有部分油料會(huì)倒灌井內(nèi)，引起井道內(nèi)爆),里面幾

乎成了鏤空狀態(tài)，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(wàn)噸計(jì)，加上租賃方的什物就遠(yuǎn)不止這

個(gè)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(shì)如破竹?！裨谶@里，燃燒的高溫致使被飛機(jī)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(wàn)鈞之勢(shì)，

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(diǎn)是易于銹蝕。新建造的鋼結(jié)構(gòu)一般都需仔細(xì)除銹、鍍鋅或刷涂料。

以后隔一定時(shí)間又要重新刷涂料，維護(hù)費(fèi)

用較高。目前國(guó)內(nèi)外正在發(fā)展不易銹蝕的

耐候鋼，可大量節(jié)省維護(hù)費(fèi)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(dòng)、高溫車間、密封性要求高、要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。直觀的說(shuō)：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉(cāng)棚、工廠、住宅和臨時(shí)建筑等。這是和鋼結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)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、鋼一混凝土組合結(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、天窗架、屋架、托架、

柱、吊車梁、制動(dòng)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(jià)低、供貨迅速、

安裝方便、外形美觀、內(nèi)部空曠等特點(diǎn)，在近年來(lái)得到迅速的發(fā)展，主要用于：●單層或多層廠房、倉(cāng)庫(kù)；●

多層住宅、辦公樓(圖)多層住宅、辦公樓柱距一般為6~9米，不超過(guò)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(jià)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(huì)議室、候車廳、飛

機(jī)庫(kù)、車間等的屋蓋結(jié)構(gòu)。具有工業(yè)化程

度高、自重輕、穩(wěn)定性好、外形美觀的特點(diǎn)。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。一般而言，網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)有下列三種節(jié)點(diǎn)形式：●

·焊接球節(jié)點(diǎn)●

·螺栓球節(jié)點(diǎn)(圖)●鋼板節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(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(qiáng)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17

kg/m2)、

外形美觀、設(shè)計(jì)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(guò)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)：外形美

觀、通透感好，建筑空間大、用材省，設(shè)

計(jì)施工較復(fù)雜。蘇州樂園宇宙大戰(zhàn)館球體屋面(穹頂)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(zhǎng)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o

(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)o(5)

懸索橋(如江陰長(zhǎng)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(diǎn)是高跨比較大，以水平荷載作用為主，

可應(yīng)用在以下幾個(gè)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

)

o(

4)

桅桿o

(5)

火炬塔、石油化工塔架6.高層鋼結(jié)構(gòu)●

己建的高層鋼結(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)319m300-250-200-150-100-50-0紐約

紐約克里斯菜大廈帝國(guó)大廈(1930年建)(1931年建)-450m吉隆坡雙塔大廈(197年建成)-421m上海金茂大廈

(1998年建成)紐約世界貿(mào)易中心

(1973年建)460-450-400-3500-芝加哥西爾斯大廈

(1973年建)443m412m381m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(duì)接焊，腹板用

高強(qiáng)螺栓作抗剪連接，柱與梁翼緣對(duì)應(yīng)處有加

強(qiáng)板高層鋼結(jié)構(gòu)o

(5)

樓板用壓型鋼板加鋼筋網(wǎng)加細(xì)石砼

構(gòu)成組合板，板與梁連接用銷釘o

(6)

外墻用玻璃或鋁幕墻0(7)基礎(chǔ)用樁基加箱基，箱基作停車場(chǎng)o(8)

防火要求非常嚴(yán)格中哪咖第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理與方法●

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首層規(guī)范《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)

計(jì)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(jì)方法分析確定?！痄摻Y(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(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)概率設(shè)計(jì)法●

對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的多種非確定性因素，如

荷載、材料性能等，運(yùn)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方

法來(lái)尋找它們的規(guī)律性，從而進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這

就是結(jié)構(gòu)概率設(shè)計(jì)法。5荷載效應(yīng)S:

取決于各種荷載(恒載、活載、風(fēng)、

地震作用，溫度變化等)?！?/p>

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(jì)法●設(shè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)方程：Z=R

-S●

當(dāng)

Z>0

時(shí)，結(jié)構(gòu)可靠；●

當(dāng)

Z<0

時(shí)，結(jié)構(gòu)失效；0

當(dāng)

Z=0

時(shí)，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(jì)法●

結(jié)構(gòu)可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)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)，的可

靠度，則：p,=P{Z=R-S≥0}失效概率：結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)的概率，以表p,,

則

有

：py=P{Z=R-S<0}pr=1-p,●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?！駥?duì)于一個(gè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)方程，其平均值2

與

其標(biāo)準(zhǔn)差az的比值B

,

稱為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件

的可靠度指標(biāo)。β與p,

有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，

增大B

減

p,,而對(duì)于結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)容易確

定得多。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)定●承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均按承載能力極限狀態(tài)和正

常使用極限狀態(tài)來(lái)進(jìn)行的?！裼?jì)算結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度或穩(wěn)定性及連接的

強(qiáng)度時(shí)應(yīng)采用荷載的設(shè)計(jì)值；計(jì)算疲勞和

變形時(shí)，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(dá)到最大承

載能力或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)?！?/p>

強(qiáng)度、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)采用的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：

oro

—

結(jié)構(gòu)

重要性系數(shù)，e--

永久荷載設(shè)計(jì)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力，Ga=r?CC為標(biāo)準(zhǔn)值，rd

為分項(xiàng)系數(shù)，一般取

1.2,當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)取1.0;0:第個(gè)可變荷載設(shè)計(jì)值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接中的應(yīng)力ow

。:

荷載組合系數(shù)；正常使用極限狀態(tài)●正常使用極限狀態(tài)為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用(變形或耐

久性能)的某項(xiàng)規(guī)定限值的極限狀態(tài)。其表示式為：·

水

久

荷

變

形；Ower一第個(gè)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。Wa[w]第三節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展●我國(guó)是最早應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的國(guó)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(dá)國(guó)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(guó)建筑

技術(shù)政策》中

強(qiáng)調(diào)要重點(diǎn)發(fā)

展建筑鋼結(jié)構(gòu)，國(guó)家相關(guān)部門也多次發(fā)布文件，要求

擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)住宅的市場(chǎng)占有率。96年我國(guó)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(duì)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?。o

當(dāng)今我國(guó)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(dòng)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(diǎn)是：大家對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)少，

結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，理論性強(qiáng)(特別是穩(wěn)定理論);○

受課時(shí)限制，不能過(guò)多的詳解例題，一定要記好筆記，從機(jī)理理解一些理論問題，加強(qiáng)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(jī)械性能●

第三節(jié)

影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(duì)建筑

結(jié)構(gòu)用鋼來(lái)說(shuō)，主要有三方面的要求。1、較高的強(qiáng)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(dòng)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(jì)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(qiáng)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(jī)械性能鋼材材性主要有：●強(qiáng)

度●塑性韌性o

可焊性冷彎性○

耐久性o

Z

向伸縮率一

、強(qiáng)

度●強(qiáng)度體現(xiàn)了材料的承載能力，主要指標(biāo)有屈服點(diǎn)

和抗拉強(qiáng)度f(wàn)u

,通過(guò)靜力拉伸試驗(yàn)得到?！?/p>

屈服點(diǎn)：為設(shè)計(jì)時(shí)鋼材可達(dá)到的最大應(yīng)力?！窨估瓘?qiáng)度f(wàn)

是鋼材破壞前能夠承受的最大應(yīng)力。

鋼材達(dá)到fu

時(shí)，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(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)。單向拉伸試驗(yàn)曲線●

彈性階段●

彈塑性階段●

塑性階段

強(qiáng)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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。l?古

古靜力拉伸試驗(yàn)二

、塑性●鋼材的塑性為當(dāng)應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)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(zhǎng)率δ和斷面

收縮率ψ表示。通過(guò)靜力拉伸試驗(yàn)得到。伸長(zhǎng)率●伸長(zhǎng)率δ為試件拉斷時(shí)原標(biāo)距間長(zhǎng)度伸長(zhǎng)值與原標(biāo)距比值的百分率。L——

為試件拉斷后標(biāo)距間長(zhǎng)度。A0—

試件原來(lái)的斷面面積；A1——試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積；o

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在受力時(shí)(尤其承受動(dòng)力荷載時(shí))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(qiáng)度指標(biāo)更為重要。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。三、沖擊韌性●

鋼材的韌性是鋼材在塑性變形和斷裂的過(guò)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(xiàng)機(jī)械性能，

它是強(qiáng)度與塑性的綜合表現(xiàn)。用材料在斷裂時(shí)所吸收的總能量來(lái)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(guò)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(duì)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(shí)，對(duì)產(chǎn)生裂縫的抵抗能力。

冷彎性能用試驗(yàn)方法來(lái)檢驗(yàn)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●耐久性需要考慮的有：耐腐蝕性、“時(shí)效”

現(xiàn)象、疲勞現(xiàn)象等?！駮r(shí)效：隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，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(diǎn)fy

發(fā)生的破壞。七、鋼材Z向收縮率●當(dāng)鋼材較厚時(shí)，或承受沿厚度方向的拉力

時(shí)，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(shí)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、S、Mn

為雜質(zhì)元

素，S

、P

、N

、0

為冶煉過(guò)程中不易除盡的有害元素。●C:含

C

個(gè)使強(qiáng)度個(gè)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%?！:

含S,適量使強(qiáng)度個(gè)其它影響不大，有益，應(yīng)控制≤0.1~0.3%·M:

含

M。適量使強(qiáng)度個(gè)降低S、O的熱脆影響，改善熱加工性能，對(duì)其它性能影響不大，有益?！:

含量個(gè)使強(qiáng)度、塑性、韌性、性能冷彎、可焊性↓;高溫時(shí)使鋼材變脆一熱脆現(xiàn)象?！馪:

低溫時(shí)使鋼材變脆一冷脆現(xiàn)象；其它同S●0

、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M,

為脫氧劑，

時(shí)間快，價(jià)格低，質(zhì)量差；鎮(zhèn)靜鋼用S;為脫氧劑，時(shí)

間慢，價(jià)格高，質(zhì)量好?！穹磸?fù)的軋制可以改善鋼材的塑性，同時(shí)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(shí)，晶粒細(xì)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(shí)效硬化·

霹基璐恩蠢煌囂豌聚傣經(jīng)覆鹿攝豪：塑性、韌性●冷加工時(shí)(常溫進(jìn)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(shí)間的增長(zhǎng)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(shí)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(yán)重，鋼材塑性越差?！や摬脑诙嘞蛲?hào)應(yīng)力場(chǎng)作用下，一向的變形受到另一向

的限制，而使鋼材強(qiáng)度增加，塑性、韌性下降，異號(hào)應(yīng)

力場(chǎng)時(shí)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(shí)際為：局部應(yīng)力增

大并多為同號(hào)應(yīng)力場(chǎng)。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(guò)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(wú)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(duì)構(gòu)件的強(qiáng)度無(wú)影響，但對(duì)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(fù)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(qiáng)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(dá)600°左右時(shí)，鋼材的強(qiáng)度幾乎降至為零，而塑性、韌性極大，易于進(jìn)行熱加工，此溫度稱之為熱煅溫度?！裥枰f(shuō)明：鋼材在300°左右時(shí)，強(qiáng)度提高，塑性、韌性下降，鋼材表面呈藍(lán)色，這一反覆現(xiàn)象稱之為藍(lán)脆現(xiàn)象。

鋼材在300°以上時(shí)應(yīng)采取隔熱措施?！?/p>

負(fù)溫影響●隨著溫度的降低鋼材的強(qiáng)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(shí)

鋼材的脆性急劇增大，稱此溫度點(diǎn)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(dá)到屈服點(diǎn)

fy時(shí)，鋼材屈服而

進(jìn)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(qiáng)度理論，以折算應(yīng)力σ

.是否大于fy來(lái)判

斷鋼材是否由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)。若

<J

為彈性狀態(tài);若σ2

f,為塑性狀態(tài)；○

純剪情況下o=√3r,即時(shí)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?！袼苄云茐模杭虞d后有較大變形，因此破壞前有預(yù)

兆，斷裂時(shí)斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗。脆性破壞：加載后，無(wú)明顯變形，因此破壞前無(wú)

預(yù)兆，斷裂時(shí)斷口平齊，呈有光澤的晶粒狀。脆性破壞危險(xiǎn)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)o

冷作硬化◎時(shí)效硬化o

應(yīng)力集中o

同號(hào)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(qiáng)度，甚至應(yīng)力還低于屈服點(diǎn)，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(guò)程可分為裂紋的形成，裂紋緩

慢擴(kuò)展和最后迅速斷裂三個(gè)階段?！蚱趶?qiáng)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(hào)表示方法及結(jié)構(gòu)用鋼的種類●

鋼材牌號(hào)由：“Q、

屈服點(diǎn)值、質(zhì)量等級(jí)、脫氧方法”

四部分組成。O

Q:表示“屈”字拼音首位字母，意為“屈服強(qiáng)度”;●

質(zhì)量等級(jí)：分A~E五級(jí)(字序越高質(zhì)量越好);O脫氧方法：F-

沸騰鋼；Z-

鎮(zhèn)靜鋼(一般省略);b

一半鎮(zhèn)靜鋼；TZ

一特殊鎮(zhèn)靜鋼。注：炭素結(jié)構(gòu)鋼分：A、B、C、D四級(jí)，含所有脫氧方法；

低合金結(jié)構(gòu)鋼分：A、B、C、D、E

五級(jí)，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?！皲摻Y(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1.

鋼材的質(zhì)量和性能，由鋼材力學(xué)性能中的抗拉強(qiáng)

度心屈服強(qiáng)度f(wàn)、

伸長(zhǎng)率0?(010)、冷彎180°

及沖擊韌性ak,

化學(xué)成分C、S、P

等的極限含量，以及冶煉脫氧方法來(lái)衡量。選材時(shí)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的

重要性、荷載性質(zhì)(靜、動(dòng))、連接方法、工作

溫度等因素來(lái)綜合考慮以選擇適宜鋼材。2.

一般承重結(jié)構(gòu)應(yīng)有稱泰

O?

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180°合格保證(C≤0.2%

);

承受動(dòng)力荷載需要驗(yàn)算結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度時(shí)，還應(yīng)根據(jù)

具體情況增加對(duì)ak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(diǎn)●第二節(jié)對(duì)接焊縫連接設(shè)計(jì)●第三節(jié)角焊縫連接設(shè)計(jì)●第四節(jié)焊接殘余應(yīng)力和殘余變形0

第五節(jié)普通螺栓連接設(shè)計(jì)o

第六節(jié)高強(qiáng)度螺栓連接設(shè)計(jì)連接方法優(yōu)

點(diǎn)缺

點(diǎn)焊

接對(duì)幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單

省材省工，易于自動(dòng)化，工效高,

對(duì)材質(zhì)要求高，焊接程序嚴(yán)格，質(zhì)量檢驗(yàn)工作量大鉚

接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量

易于檢查，抗動(dòng)力荷載好費(fèi)鋼、費(fèi)工普通螺栓

連接裝卸便利，設(shè)備簡(jiǎn)單螺栓精度低時(shí)不宜受剪，螺栓

精度高時(shí)加工和安裝難度較大高強(qiáng)螺栓

連接加工方便，對(duì)結(jié)構(gòu)削弱少，可拆

換

，能承受動(dòng)力荷載，耐疲勞，

塑性、韌性好摩擦面處理，安裝工藝略為復(fù)

雜

，造價(jià)略高射釘、自攻螺栓連接靈活，安裝方便，構(gòu)件無(wú)須予先

處理，適用于輕鋼、薄板結(jié)構(gòu)不能受較大集中力第一節(jié)

連接分類及特點(diǎn)1、鋼結(jié)構(gòu)的連接方法焊接方法焊條焊

劑操作方式適應(yīng)范圍質(zhì)量狀況電弧焊手工焊短焊條(350-400mm)附于焊條之藥皮全手動(dòng)工位復(fù)雜，形狀復(fù)雜之焊縫比自動(dòng)焊略差自

動(dòng)焊一連續(xù)焊

絲焊劑全自動(dòng)長(zhǎng)而簡(jiǎn)單的焊縫質(zhì)量均勻、塑性、韌性好，抗腐蝕性強(qiáng)半自動(dòng)

焊連續(xù)焊

絲C

O?氣

體保護(hù)人工操作

前進(jìn)任意焊縫質(zhì)量均勻、塑性、韌性好，抗腐蝕性強(qiáng)電阻焊無(wú)無(wú)通電、加

壓、機(jī)械薄板點(diǎn)焊一般用作構(gòu)造焊縫氣

焊短、光

焊條無(wú)(乙炔還原

)手工薄板、小型

、不同材質(zhì)結(jié)構(gòu)中一般用作構(gòu)造焊縫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(diǎn)：●

1)不需打孔，省工省時(shí)；●

2)任何形狀的構(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(diǎn)●

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(kuò)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。(a)

裂蚊(d)朱焊透(b)

氣孔(e)

未埠造(C)

夾渣(f)

咬肉4相關(guān)13、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(duì)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(duì)接焊縫和角焊縫。對(duì)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(斜)

角區(qū)域內(nèi)的焊縫。對(duì)接連接對(duì)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(duì)接焊縫的對(duì)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(jì)，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(yán)格的要求。(2)對(duì)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(1)按兩焊件的相對(duì)位置分：側(cè)面角焊縫正面角焊縫(a)

(b)(c)圖3.1.5

焊縫形式(a)

正對(duì)接焊縫；(b)

斜對(duì)接焊縫；(c)

角焊縫(4)

(b)(c)

(d)圖3.

1.7

焊縫施焊位置(a)

平焊；(b)

描焊；(c)

立焊；(d)

仰焊焊接形式(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(zhǎng)度方向垂直b)側(cè)縫：作用力方向與焊縫長(zhǎng)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(yàn)焊接時(shí)為保證質(zhì)量，需要注意之處：(1)對(duì)不熟悉的鋼種焊接時(shí)，需做工藝性能

和力學(xué)性能的試驗(yàn)；(2)焊工要進(jìn)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(bào)、查明原因，方

能處理。焊接質(zhì)量檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)方法分：外觀檢查、超聲波探傷檢驗(yàn)、X

射線檢驗(yàn)。焊縫質(zhì)量分三級(jí)：一級(jí)焊縫需經(jīng)外觀檢查、超聲波探傷、x

射線檢

驗(yàn)都合格；二級(jí)焊縫需外觀檢查、超聲波探傷合格；三級(jí)焊縫需外觀檢查合格。焊縫質(zhì)量等級(jí)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(jí)：(1

)在需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，凡對(duì)接焊縫均應(yīng)焊

透，其質(zhì)量等級(jí)為：①作用力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的橫向?qū)雍缚p或

T

型對(duì)接與角接組合焊縫，受拉時(shí)應(yīng)為一級(jí)，受壓時(shí)應(yīng)為二級(jí)；②作用力平行于焊縫長(zhǎng)度方向的縱向

對(duì)接焊縫應(yīng)為二級(jí)。(2)不需要計(jì)算疲勞的構(gòu)件中，凡要求與母材等強(qiáng)的對(duì)

接焊縫應(yīng)予焊透，其質(zhì)量等級(jí)當(dāng)受拉時(shí)應(yīng)不低于二級(jí)，

受壓時(shí)宜為二級(jí)。焊縫質(zhì)量等級(jí)的規(guī)定●(3

)重級(jí)工作制和起重量Q≥50t

的中級(jí)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)點(diǎn)板

之間的T形接頭焊縫均要求焊透。焊縫形式一般為對(duì)

接與角接的組合焊縫，其質(zhì)量等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)。(4)不要求焊透的T

形接頭采用的角焊縫或部分焊透

的對(duì)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(jí)為：①對(duì)直接承受動(dòng)力荷載且需要驗(yàn)算疲勞的結(jié)構(gòu)和

吊車起重量等于或大于50

t的中級(jí)工作制吊車梁，焊

縫的外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合二級(jí)；②

對(duì)其他結(jié)構(gòu)，焊縫的外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可為三級(jí)。螺栓連接螺栓連接分普通螺栓連接(bolted

connections)

和高強(qiáng)度螺栓連接(high

-strength

bolted

connections)兩種。1、普通螺栓連接2、高強(qiáng)度螺栓●

分大六角頭型和扭剪型兩種。安裝時(shí)通過(guò)特別

的板手，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(qiáng)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(guò)摩擦力來(lái)傳遞。這種連接稱為高

強(qiáng)度螺栓摩擦型連接。它的優(yōu)點(diǎn)是施工方便，

對(duì)構(gòu)件的削弱較小，可拆換，能承受動(dòng)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(diǎn)，目前已成為代替鉚接的優(yōu)

良連接形式。另外，高強(qiáng)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(lái)傳力。這種連接稱為高強(qiáng)度螺

栓承壓型連接。焊縫代號(hào)、螺栓圖例見P51-53的圖表。第

二節(jié)對(duì)接焊縫連接設(shè)計(jì)一、對(duì)接焊縫的構(gòu)造對(duì)接焊縫的焊件常需做成坡口，故又叫坡口

焊縫(groove

welds)

。

坡口形式與焊件

厚度有關(guān)。a)

直邊縫：適合板厚t≤10mb)

單

邊V形：適合板厚t=1020mmC)雙邊V形：適合板厚t

=

10~20mmd)U形：適合板厚t>20mme)

K

形：適合板厚t>20mmf)X

形：適合板厚t>20mm對(duì)接焊縫的形式：Ho.5~2mm

H2~3mmHS~4mmHs~4mm對(duì)接焊縫的構(gòu)造●在對(duì)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(shí)，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(guò)渡和緩，減小應(yīng)力集中。(a)

(b)圖3.2.2

鋼板拼接

圖3.2.3

用引弧和引出板焊接(a)

改變寬度；(b)

改變厚度對(duì)接焊縫的構(gòu)造●在焊縫的起滅弧處，常會(huì)出現(xiàn)弧坑等缺陷，

這些缺陷對(duì)承載力影響極大，故焊接時(shí)一

般應(yīng)設(shè)置引弧板和引出板，焊后將它割除。

對(duì)受靜力荷載的結(jié)構(gòu)設(shè)置引弧(出)板有

困難時(shí)，允許不設(shè)置引弧(出)板，此時(shí)，

可令焊縫計(jì)算長(zhǎng)度等于實(shí)際長(zhǎng)度減2t

(

此處t為較薄焊件厚度)。二、對(duì)接焊縫的計(jì)算對(duì)接焊縫的強(qiáng)度與所用鋼材的牌號(hào)、焊條型號(hào)及焊

縫質(zhì)量的檢驗(yàn)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)證明，

焊接缺陷對(duì)受壓、受剪的對(duì)接焊縫影響不大，故可認(rèn)為受壓、受剪的對(duì)接焊縫與母材強(qiáng)度相等，但受拉的對(duì)接焊縫對(duì)缺陷甚為敏感。當(dāng)缺陷面積與焊件截面積之比超過(guò)5%

時(shí)，對(duì)接焊縫的抗拉強(qiáng)度將明顯

下降。由于三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的85%,

而一、二級(jí)檢驗(yàn)的焊縫的抗拉強(qiáng)度可認(rèn)為與母材強(qiáng)度相等。對(duì)接焊縫的應(yīng)力分布認(rèn)為與焊件原來(lái)的應(yīng)力分

布基本相同。計(jì)算時(shí)，焊縫中最大應(yīng)力(或折算應(yīng)

力)不能超過(guò)焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。圖3.2.4

直對(duì)接焊縫

或f。"—

軸心拉力或壓力；——焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，無(wú)引弧板時(shí)，焊縫長(zhǎng)度取實(shí)

長(zhǎng)減去2

t,有引弧板時(shí)，取實(shí)長(zhǎng)；——平接時(shí)為焊件的較小厚度，頂接時(shí)取腹板厚；——對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。N1wLf:"、fc1、軸心受力的對(duì)接焊縫(a)

(b)●

在一般加引弧板施焊的情況下，所有受壓、

受剪的對(duì)接焊縫以及受拉的一、二級(jí)焊縫，

均與母材等強(qiáng)，不用計(jì)算，只有受拉的三級(jí)焊縫才需要進(jìn)行計(jì)算?！?/p>

當(dāng)直焊縫不能滿足強(qiáng)度要求時(shí)，可采用斜

對(duì)接焊縫。當(dāng)斜焊縫傾角θ≤56

.3°,

即

tgθ≤1.5時(shí)，可認(rèn)為與母材等強(qiáng)，不用計(jì)算。f,"——對(duì)接焊縫抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值斜對(duì)接焊縫的計(jì)算圖3.2.7

對(duì)接焊縫受彎矩和剪力聯(lián)合作用。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(qiáng)度條件。2、承受彎矩和剪力聯(lián)合作用的對(duì)接焊縫(a)b)對(duì)于腹板和翼緣的交界點(diǎn)，正應(yīng)力、剪應(yīng)力雖不是最大，但都比較大，所以需驗(yàn)算折算應(yīng)力，即：o=√O2+3z2≤1.1/:"o1、T1為腹板與翼緣交界點(diǎn)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(diǎn)出現(xiàn)，而將強(qiáng)

度設(shè)計(jì)值適當(dāng)提高。x——焊縫截面抵抗矩S—焊縫截面上計(jì)算點(diǎn)處以上截面對(duì)中和軸的面積矩WIT3、承受軸心力，彎矩和剪力聯(lián)合作用的對(duì)接焊縫當(dāng)軸心力與彎矩、剪力聯(lián)合作用時(shí)，軸心力和彎矩在焊縫中引起的正應(yīng)力應(yīng)

進(jìn)行疊加，剪應(yīng)力仍按上面的式驗(yàn)算，折算應(yīng)力仍按上面的式驗(yàn)算。[例題3-1]試驗(yàn)算下圖所示鋼板的對(duì)接焊縫的強(qiáng)

度。圖中a=540mm,t=22mm,軸心力的設(shè)

計(jì)值為N=2500kN。鋼

材為Q235-B,

手工焊，焊條為E43型，三級(jí)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的焊縫，施焊時(shí)加引弧板。2不滿足要求，改用斜對(duì)接焊縫，取截割斜度為1.5:1,即θ=56°,焊縫長(zhǎng)度。故此時(shí)焊縫應(yīng)力為：2

剪應(yīng)力為：2

這就說(shuō)明當(dāng)tan

6≤1.5時(shí)，焊縫強(qiáng)度能夠保證，可不必驗(yàn)算。(1)

(b)圖3.2.6

例越3-1圖[解]直縫連接其計(jì)算長(zhǎng)度!w=54cm。焊縫正應(yīng)力為：第三節(jié)

角焊縫連接設(shè)計(jì)●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(zhǎng)度方向與

作用力垂直的正面角焊縫；焊縫長(zhǎng)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

。(a)

(b)

(c)(b)

(C)圖3.3.1

直角角焊縫截面圖3.3.2

斜角角焊縫截面(a)直角角焊縫通常做成表面微凸的等腰直

角三角形截面(圖3.3.1

a)。在直接承受

動(dòng)

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)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a>90°

或a<

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(duì)于夾角a>135°或

a<

60°的斜角角焊縫，除鋼管結(jié)

構(gòu)外，不宜用作受力焊縫。圖3.3.3

角焊縫的應(yīng)力狀態(tài)側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力，應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)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3.3.3

b)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(yàn)，正面

角焊縫的靜力強(qiáng)度高于側(cè)面角焊縫。(a)(b)二、角焊縫的構(gòu)造要求部位項(xiàng)目2t構(gòu)造要求備

注焊腳

尺寸h上限h,≤1.2t?對(duì)

t≤6,hp=tt>6,hg=t-(1～2)t,為較薄焊件厚下限h,≥1.52

;

當(dāng)t≤4時(shí)，h。=tt,為較厚焊件厚對(duì)自動(dòng)焊可減1mm;對(duì)單面T

型焊應(yīng)加1mm焊縫

長(zhǎng)度w上限40h。(受動(dòng)力荷載);

60k。

(

其他情況);內(nèi)力沿側(cè)縫全長(zhǎng)均勻分

布者不限下限8h或40mm,取兩者最大值端部

僅有

兩側(cè)

面角

焊縫

連接長(zhǎng)度w≥1。距離lot為較薄焊件mm

時(shí)

)厚!≤16t(t≥12mm時(shí));!≤200t≤72端部轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角處加焊一段長(zhǎng)度2h,(兩面?zhèn)瓤p時(shí))

或用三面圍焊轉(zhuǎn)角處焊縫須連續(xù)施焊搭接

連接搭接

最小

長(zhǎng)度5t,或25mm,取兩者最大值t?為較薄焊件厚度圖33.5

焊縫長(zhǎng)度及兩側(cè)焊縫間距(a)兩面?zhèn)群?/p>

(b)

三面圍焊

(c)L

形圍焊圖3.3.7

桿件與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接●圍焊時(shí)，在轉(zhuǎn)角處截面突變，會(huì)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(duì)于非圍焊情況，當(dāng)角焊縫的端部

在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，可連續(xù)地作長(zhǎng)度為2hf

的繞角焊其它構(gòu)造要求：·

(1)承受動(dòng)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(duì)接焊縫。·

(2

)在直接承受動(dòng)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(duì)正面角焊縫宜為1:1.5

,長(zhǎng)邊順內(nèi)力方向；對(duì)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15

t(對(duì)受壓構(gòu)件)或30

t(對(duì)受拉構(gòu)

件

)

,t

為較薄焊件的厚度。三、直角角焊縫的基本計(jì)算公式當(dāng)角焊縫的兩焊腳邊夾角為90°時(shí)，

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(jì)算長(zhǎng)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。a

—兩焊腳邊的夾角h,——

焊腳尺寸。a)

b)有效厚度he=0.7h,(α≤90°)c)焊趾焊根圖3.3.8

直角角焊縫截面

圖3.3.9

角焊縫有效截面上的應(yīng)力焊腳尺寸●試驗(yàn)表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在喉部，

通常認(rèn)為直角角焊縫是以45°方向的最小截

面(即有效厚度也稱計(jì)算厚度與焊縫計(jì)算長(zhǎng)

度的乘積)作為有效計(jì)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(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力，及沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力。但計(jì)算比較復(fù)雜。直角角焊縫強(qiáng)度簡(jiǎn)化的計(jì)算基本公式如下：(1)在通過(guò)焊縫形心的拉力、壓力或剪力作用，對(duì)側(cè)面角焊縫：o

,

——垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力；T

——沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力；he

——

角焊縫有效厚度；(2)在各種力綜合作用下，σ

?和t,

共同作用

處

?！呛缚p計(jì)算長(zhǎng)度，每條角焊縫取實(shí)際長(zhǎng)度減2

h,

;—

角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；B——

系數(shù)，對(duì)承受靜力荷載和間接承受動(dòng)

力荷載的結(jié)構(gòu)，β=1.22,直接承受動(dòng)力荷載β=1.0。四

、角焊縫的計(jì)算●

1、承受軸心力作用時(shí)角焊縫連接的計(jì)算(1)用蓋板的對(duì)接連接當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力通過(guò)連接焊

縫中心時(shí)，可認(rèn)為焊縫應(yīng)力是均勻分布的。圖3.3.11

用蓋板的對(duì)接連接中，當(dāng)只有側(cè)面

角焊縫時(shí)，按式(3.7)計(jì)算；當(dāng)只有正面角

焊縫時(shí)，按式(3

.6)

計(jì)算。N

N圖3.3.11受軸心力的蓋板連接先按式(3.6)計(jì)算正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力：

N'=

fe2

h}式中

∑

為連接一側(cè)正面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和；再由力(MN)計(jì)算側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度：式中

——

連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和。(3.3.9)(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(jì)算方法。圖3.3.12斜向軸心力作用(1)分力法將N分解為垂直于焊縫長(zhǎng)度的分力N=N·sn6,和沿焊縫長(zhǎng)度的分力N=N·cos6,則：代入公式(3.3.6)中進(jìn)行計(jì)算：(3.3.10)式中θ——作用力(或焊縫應(yīng)力)與焊縫長(zhǎng)度方向的夾角；βf——

斜焊縫強(qiáng)度增大系數(shù)(或有效截面增大系數(shù)),其值介于10~1.22之間。(2)合力法不將N力分解，按下列方法導(dǎo)出的計(jì)算式直接進(jìn)行計(jì)算：將公式(33.10)的O和

T代入公式(33.6)中：則斜焊縫的計(jì)算式為：(3.3.11)令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(diǎn)板的連接焊縫一般采用兩面?zhèn)群福部刹捎萌鎳福?/p>

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。(a)圖3.3.13

桁架腹桿節(jié)點(diǎn)板的連接(b)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。(1)角鋼用兩面?zhèn)群缚p與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫計(jì)算

2(2)角鋼用三面圍焊與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫計(jì)算端部正面角焊縫能傳遞的內(nèi)力為：N?=βghelwsf(3)角鋼用"L"型焊縫與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫計(jì)算由

N2=0

得：N?=2K?NN=(K,-K2)No

[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(zhǎng)度。已知

角鋼2L125×10,

與厚度為8mm

的節(jié)點(diǎn)板連接，其搭接長(zhǎng)度為300mm,焊腳尺寸hf=8mm

,

鋼材為Q235-B

,

手工焊，焊條為E43

型。3002L125×10t=8圖3.3.15

例題3-3圖NN角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fW=160N/mm2。

由表3.3.1

知焊縫內(nèi)力分配系數(shù)為

K?=0.70,K?=0.30。正面角焊縫的長(zhǎng)度等于相連角鋼肢的寬度，即1ws=b=125mm,

則正面角焊縫所能

隨的力內(nèi)N?

為：N?=2hwsBsf,"=2×0.7×8×125×1.22×160=273.3kN肢背角焊縫所能承受的內(nèi)力M

為：M?=2hwf"=2×0.7×8×(300-8)×160=523.3kN由式(3.3.13)知?jiǎng)t由計(jì)算知該連接的承載力N≈943kN,肢尖焊縫長(zhǎng)度應(yīng)為90mm.由式(3.3.14)計(jì)算肢尖焊縫承受的內(nèi)力N?為：由此可算出肢尖焊縫所要求的實(shí)際長(zhǎng)度為：取

9

0mm。,二、復(fù)雜受力時(shí)角焊縫連接計(jì)算當(dāng)焊縫非軸心受力時(shí)，可以將外力的作用分解為軸力、彎矩、扭矩、剪力等簡(jiǎn)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(gè)點(diǎn)，利用公式(3.3.6)進(jìn)行驗(yàn)算。o

1、承受軸力、彎矩、剪力的聯(lián)合作用時(shí)角焊

縫的計(jì)算下圖所示的雙面角焊縫連接承受偏心斜

拉力N作

用

，計(jì)算時(shí)，可將作用力N分解為Nx

和N,兩個(gè)分力。角焊縫同時(shí)承受軸心力Nx、剪力N,和彎矩M=Nxe

的共同作用。焊縫計(jì)

算截面上的應(yīng)力分布如圖3

.3.16

(b)

所示，

圖中A點(diǎn)應(yīng)力最大為控制設(shè)計(jì)點(diǎn)。此處垂直

于焊縫長(zhǎng)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：由彎矩M產(chǎn)生的應(yīng)力：這兩部分應(yīng)力由于在A

點(diǎn)處的方向相同，可直接

疊加，故A

點(diǎn)垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為：剪力M

在

A點(diǎn)處產(chǎn)生平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力：式中1w——焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度，為實(shí)際長(zhǎng)度減2hg當(dāng)連接直接承受動(dòng)力荷載作用時(shí)，取βg=1.0。則焊縫的強(qiáng)度計(jì)算式為：(a)

(b)圖3.3.16

承受偏心斜拉力的角焊縫由N

由M

由N,對(duì)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(shuō)明，翼緣板的抗剪能力極

差。因此，計(jì)算時(shí)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。圖3.3.17

工字形梁(或牛腿)的角焊縫連接●

為了焊縫分布較合理，宜在每個(gè)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(zhǎng)

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(qiáng)度條件，即：式中

M—一全部焊縫所承受的彎矩；Iw—一全部焊縫有效截面對(duì)中知軸的慣性矩；h?——

上下翼緣焊縫有效截面最外纖維之間的距離?！?/p>

腹板焊縫承受兩種應(yīng)力的聯(lián)合作用，即垂直

于焊縫長(zhǎng)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(zhǎng)度方向、且沿焊

縫截面均勻分布的剪應(yīng)力的作用，設(shè)計(jì)控制

點(diǎn)為翼緣焊縫與腹板焊縫2的交點(diǎn)處，此處的

彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力分別按下式計(jì)算：式中

Z(ke?lw?)——腹板焊縫有效截面積之和；h?—

一腹板焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度。工字梁(或牛腿)與鋼柱翼緣角焊縫的連接

的另一種計(jì)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(duì)水平力H=M/h1

。

則●

則腹板焊縫2的端點(diǎn)應(yīng)按下式驗(yàn)算強(qiáng)度式

中

2he?W?——

兩條腹板焊縫的有效截面積。●

翼緣焊縫的強(qiáng)度計(jì)算式為：●

腹板焊縫的強(qiáng)度計(jì)算式為：[例題3-4]

試驗(yàn)算圖3.318所示牛腿與鋼柱連接角焊縫的強(qiáng)度。鋼材為Q235,焊條為

43型，手工焊。荷載設(shè)計(jì)值N=365kN,

偏心矩e=350mm,

焊腳尺寸

h=8mm,h?=6mm

日3.3.18(b)

為焊縫有效截面。(a)

(b)圖3.3.18

例題3-4圖1A0.7he?0

7hn

0

7hn

0.7hn20

952109512、0.7he?0.7hn400340品N力在角焊縫形心處引起剪力

V=N=364kN

和彎矩M=Ne=365×0.35=127.8kNm。(1)考慮腹板焊縫參加傳遞彎矩的計(jì)算方法為了計(jì)算方便，將圖中尺寸盡可能取為整數(shù)。全部焊縫有效截面對(duì)中和軸的慣性矩為：由于剪力

V

在腹板焊縫中產(chǎn)生的平均剪應(yīng)力：則腹板焊縫的強(qiáng)度

(A點(diǎn)為設(shè)計(jì)控制點(diǎn))為：腹板焊縫中由于彎矩M

引起的最大應(yīng)力：翼緣焊縫的最大應(yīng)力：2(2)按不考慮腹板焊縫傳遞彎矩的計(jì)算方法翼緣焊縫所承受的水平力：(h

值近似取為翼緣中線間距離)故均滿足強(qiáng)度要求。翼緣焊縫的強(qiáng)度：腹板焊縫的強(qiáng)度：●

M=Ve: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。O

點(diǎn)1:

○點(diǎn)2:○點(diǎn)

3:●

牛腿在彎矩、剪力共同作用下的角焊縫連接計(jì)算：2、三面圍焊承受扭矩剪力聯(lián)合作用時(shí)角焊縫

的計(jì)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(xiǎn)點(diǎn)為A或A'點(diǎn)。圖3.3.19

承受偏心力的三面圍焊●

計(jì)算時(shí)按彈性理論假定：①被連接件是絕對(duì)剛

性的，它有繞焊縫形心○旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，而角焊

縫本身是彈性的；②角焊縫群上任一點(diǎn)的應(yīng)力

方向垂直于該點(diǎn)與形心的連線，且應(yīng)力大小與

連線長(zhǎng)度r成正比。圖中，A

點(diǎn)與A'點(diǎn)距形心O

點(diǎn)最遠(yuǎn)，故A點(diǎn)和A'點(diǎn)由扭矩T引起的剪應(yīng)力

TT最大，故A點(diǎn)和A

'點(diǎn)為設(shè)計(jì)控制點(diǎn)。此種焊縫也可采用近似方法計(jì)算，即將偏心力移至豎直焊縫處，則產(chǎn)生扭矩為：T'=F(e+a)兩水平焊縫能承擔(dān)的扭矩為：T?=hrwfg"h式中hr-—

一根水平焊縫的有效截面；式中Ip=Ix+Iy為有效焊縫截面對(duì)其形心的極慣性矩。

軸心力F產(chǎn)生的應(yīng)力按均勻分布于全截面計(jì)算：扭矩T=F·e

在A點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力為O,其水平分應(yīng)力

TT和垂直分應(yīng)力O,分別是：在A

點(diǎn)，由于z,為沿焊縫長(zhǎng)度方向，而T,和C,為垂直于長(zhǎng)度方向，故驗(yàn)算式為：式中Ae?

1w?——

豎直焊縫的有效截面。當(dāng)T?=T'-Z>0時(shí)，表示水平焊縫不足以承擔(dān)全部扭矩。此不足部分應(yīng)由豎直焊縫承擔(dān)，其計(jì)算式為：當(dāng)T?=T'-Z≤0時(shí)，表示水平焊縫已足以承擔(dān)全部扭矩，豎直焊縫只承受豎向力F,按下式計(jì)算：[例題3-5]

圖33.

19中鋼板高度

h=400mm,

搭接長(zhǎng)度!=a+yx=400mm,鋼板厚f=12mm,

荷載設(shè)計(jì)值F=200kN,

荷載至柱邊距離e=540mm,

鋼材為Q235B級(jí)鋼，手工焊，焊條E43

型，試確定焊腳尺寸，并驗(yàn)算該焊縫強(qiáng)度。圖3.3.19

承受偏心力的三面圍焊[解]圖33.19幾段焊縫組成的圍焊共同承受剪力V

和扭矩T=Fe,+yx)的作用，設(shè)焊縫的焊腳尺寸均為hg=10mmo焊縫計(jì)算截面的重心位置為：在計(jì)算中，由于焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度稍大于h和],故焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度直接采用h和

]

,

不再扣除水平焊縫的端部缺陷。焊縫截面的極慣性矩：I,=Ix+L,=26135+14935=41070cm?rx=40-13.3=26.7cmr,=20cm扭矩T=F

(e?+r)=200

×

(54+26.7)

×

10-2=16

1

.4kNm11tdotn?

135…………dldh1…75…4……4nrohmtt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(diǎn)在焊接過(guò)程中，局部區(qū)域受到很強(qiáng)的高溫作用，在此不均勻的加熱和冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的變形稱為焊接變

形?！窈附討?yīng)力：焊接后冷卻時(shí)，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(duì)鋼結(jié)構(gòu)的影響o焊接變形的產(chǎn)生和防止o

減少焊接應(yīng)力和焊接變形的方法○合理的焊縫設(shè)計(jì)1.焊接應(yīng)力的形成和對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的影響(1)形成兩塊鋼板上施焊時(shí)，產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫附近溫度高達(dá)1600℃,其鄰近區(qū)域溫度

較低，且冷卻很快。冷卻時(shí)鋼材收縮，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)力的分類區(qū)縱向應(yīng)力：沿著焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力區(qū)橫向應(yīng)力：垂直于焊縫長(zhǎng)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(zhǎng)度方向且垂直于構(gòu)件表面的應(yīng)力。(3)焊接應(yīng)力的影響區(qū)對(duì)常溫下承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(qiáng)

度

；降低壓桿的穩(wěn)定性；使構(gòu)件提前進(jìn)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(guò)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、橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。如圖b)

c)a)e)d)●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?，如分段焊?/p>

分層焊；(2)盡可能采用對(duì)稱焊縫，使其變形

相反而抵消；(3)施焊前使結(jié)構(gòu)有一個(gè)和焊接變形相

反的預(yù)變形；(4)對(duì)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?！?/p>

4.合理的焊縫設(shè)計(jì)：(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(duì)稱布置，連接過(guò)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o

螺栓的規(guī)格與表示鋼結(jié)構(gòu)一般選用C

級(jí)

(粗制)六角螺母螺栓，標(biāo)

識(shí)用M和工程直徑(mm)

表示，例如M16、M20

等類別加工精度抗剪

性能成本使用范圍精制

(A、B)級(jí)高，栓徑

與孔徑

差為0.50.8mm,I類孔高高1)構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)，機(jī)

械結(jié)構(gòu)

；2)連接點(diǎn)僅用一個(gè)螺栓或有

模具套鉆的多個(gè)螺栓連接的

可調(diào)節(jié)桿件(柔性桿)粗制

(C級(jí))較低，栓徑與孔徑之差為1~1.5mm較低低1)抗拉連接；2)靜力荷載下抗剪連接；3)加防松措施后受風(fēng)振作用

抗

剪

；4)可拆卸連接；5)安裝螺栓；6)與抗剪支托配合抗拉剪聯(lián)

合作用注

：A

級(jí)用于M24

以下

，B級(jí)用于M24

以上。并列布置端距

中距(a)tL單排三

土累排二中距邊距

中距

中距邊距端距|(b)螺栓的排列邊距邊距錯(cuò)列布置●

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(guò)小時(shí)，鋼

材有剪斷或撕裂的可能。各排螺栓距和線距太小時(shí)，

構(gòu)件有沿折線或直線破壞的可能。對(duì)受壓構(gòu)件，當(dāng)

沿作用方向螺栓距過(guò)大時(shí)，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(guò)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(dòng)螺栓

板手?jǐn)Q緊螺帽。螺栓的各距應(yīng)滿足規(guī)定的要求

(P34,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)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(diǎn)上以及拼

接接頭的一端，永久性螺栓數(shù)不宜少于兩個(gè)。(2)對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的普通螺栓