钢结构考前辅导.docx
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钢结构考前辅导
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《钢结构》考前辅导钢结构》
复习要点例题详解
第1、2章材料与设计原理、章
第1节钢材的力学性能一、强度屈服强度fy——设计标准值fy——设计标准值(屈服强度fy——设计标准值(设计时可达的最大应力);抗拉强度fu——钢材的最大应力强度fu/fy为钢材fu——钢材的最大应力强度,抗拉强度fu——钢材的最大应力强度,fu/fy为钢材的强度安全储备系数。
的强度安全储备系数。
理想弹塑性——工程设计时将钢材的力学性能,——工程设计时将钢材的力学性能理想弹塑性——工程设计时将钢材的力学性能,假定为一理想弹塑性体塑性————材料发生塑性变形而不断裂的性质二、塑性——材料发生塑性变形而不断裂的性质重要指标——好坏决定结构安全可靠度,内力重分重要指标——好坏决定结构安全可靠度,——好坏决定结构安全可靠度布,保证塑性破坏,避免脆性破坏。
保证塑性破坏,避免脆性破坏。
用伸长率衡量
韧性——钢材在断裂或塑变时吸收能量的能力,——钢材在断裂或塑变时吸收能量的能力三、韧性——钢材在断裂或塑变时吸收能量的能力,用于表征钢材抗冲击荷载及动力荷载的能力,动力指标,能力,动力指标,是强度与塑性的综合表现。
表现。
用冲击韧性衡量,分常温与负温要求。
用冲击韧性衡量,分常温与负温要求。
冷弯性能————钢材发生塑变时对产生裂纹的抵抗四、冷弯性能——钢材发生塑变时对产生裂纹的抵抗能力。
能力。
是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标。
的综合指标。
可焊性————钢材在焊接过程中对产生裂纹或发生五、可焊性——钢材在焊接过程中对产生裂纹或发生断裂的抵抗能力,断裂的抵抗能力,以及焊接后具备良好性能的指标。
良好性能的指标。
通过焊接工艺试验进行评定。
进行评定。
第2节钢结构的破坏形式塑性破坏与脆性破坏影响因素——化学成分、冶金质量、温度、——化学成分影响因素——化学成分、冶金质量、温度、冷作硬化、时效、应力集中、复杂应力。
硬化、时效、应力集中、复杂应力。
第3节
钢材性能的影响因素
一、化学成分-C、S、P、Mn、Si化学成分-Mn、二、冶金与轧制三、时效温度-正温与负温,热塑现象、四、温度-正温与负温,热塑现象、冷脆现象五、冷作硬化应力集中与残余应力-残余应力的概念以及它的影响。
六、应力集中与残余应力-残余应力的概念以及它的影响。
复杂应力状态-强度理论,同号应力,异号应力。
七、复杂应力状态-强度理论,同号应力,异号应力。
第4节
设计原理
以概率论为基础的极限状态设计方法;分项系数表达式。
以概率论为基础的极限状态设计方法;分项系数表达式。
两种极限状态-正常使用与承载能力极限状态。
两种极限状态-正常使用与承载能力极限状态。
可靠性--安全性、适用性、--安全性可靠性--安全性、适用性、耐久性的通称失效概率--结构不能完成预定功能的概率。
--结构不能完成预定功能的概率失效概率--结构不能完成预定功能的概率。
可靠度--可靠性的概率度量,在规定的时间内(可靠度--可靠性的概率度量,在规定的时间内(设计基--可靠性的概率度量准期-25、50以及100年),规定的条以及100准期-分5、25、50以及100年),规定的条正常设计、施工、使用、维护)件(正常设计、施工、使用、维护)完成预定功能的概率。
功能的概率。
可靠度的控制--控制失效概率小到一定水平。
可靠度的控制--控制失效概率小到一定水平。
--控制失效概率小到一定水平
钢材的品种、第五节钢材的品种、牌号与选择
品种-炭素钢Q235;低合金钢Q345、Q390、Q420品种-炭素钢Q235;低合金钢Q345、Q390、Q235Q345牌号的表示方法-屈服强度值、质量等级(碳素钢A~DA~D,牌号的表示方法-Q、屈服强度值、质量等级(碳素钢A~D,低合金钢A~EA~E)冶金脱氧方法(TZ)低合金钢A~E),冶金脱氧方法(F、b、Z、TZ)影响选择的因素结构的重要性(结构的安全等级分一级(重要),),二级结构的重要性(结构的安全等级分一级(重要),二级一般),三级(次要))、荷载情况(),三级))、荷载情况静荷载)、(一般),三级(次要))、荷载情况(动、静荷载)、连接方法(Q235A不能用于焊接结构)、环境温度不能用于焊接结构)、环境温度。
连接方法(Q235A不能用于焊接结构)、环境温度。
第3章钢结构的连接章
第1节钢结构的连接方法与特点
焊接连接-对接焊缝,焊接连接-对接焊缝,角焊缝螺栓连接-普通螺栓,螺栓连接-普通螺栓,高强螺栓铆钉连接-已基本被高强螺栓代替。
铆钉连接-已基本被高强螺栓代替。
第2节焊缝连接
一、焊接特性1、焊接方法-电弧焊(手工,自动埋弧以及气体保护焊)、、焊接方法-电弧焊(手工,自动埋弧以及气体保护焊)、电阻焊和气焊。
电阻焊和气焊。
2、特点-省材、方便、适用强;热影响区变脆,残余应力、特点-省材、方便、适用强;热影响区变脆,与变形,质量变动大。
与变形,质量变动大。
3、焊缝缺陷-裂纹、气孔、未焊透、夹渣、烧穿等。
、焊缝缺陷-裂纹、气孔、未焊透、夹渣、烧穿等。
4、焊接形式、按焊件相对位置-平接(对接)、搭接以及垂直连接。
)、搭接以及垂直连接按焊件相对位置-平接(对接)、搭接以及垂直连接。
按施焊位置-俯焊(平焊)、横焊、立焊以及仰焊。
)、横焊按施焊位置-俯焊(平焊)、横焊、立焊以及仰焊。
按截面构造-按截面构造-对接焊缝及角焊缝
第3节对接焊缝的构造与计算
一、构造破口形式-单边V双边V型及X破口形式-I型、单边V型、双边V型、U型、K型及X型。
引、落弧板变厚度与变宽度的连接-斜面。
变厚度与变宽度的连接-≥1:
4斜面。
质量等级与强度-一级综合性能与母材相同;质量等级与强度-一级综合性能与母材相同;二级强度与母材相同;二级强度与母材相同;三级折减强度计算--同构件。
--同构件二、计算--同构件。
第4节角焊缝的构造与计算
一、构造
角焊缝分直角与斜角(锐角与钝角)两种截面。
角焊缝分直角与斜角(锐角与钝角)两种截面。
直角型又分普通、平坡、深熔型(凹面型);直角型又分普通、平坡、深熔型(凹面型);板件厚度悬殊时角焊缝设计及边缘焊缝(P56,3.21)板件厚度悬殊时角焊缝设计及边缘焊缝(P56,图3.21)二、受力特性正面焊缝应力状态复杂,但内力分布均匀,承载力高;正面焊缝应力状态复杂,但内力分布均匀,承载力高;侧面焊缝应力状态简单,但内力分布不均,承载力低。
侧面焊缝应力状态简单,但内力分布不均,承载力低。
破坏为45喉部截面,设计时忽略余高。
破坏为45o喉部截面,设计时忽略余高。
三、角焊缝的计算
∑σf?
?
βf?
?
?
+(∑τf)2≤ffw?
?
2
σM=f
6M2mhelw
N≤ffw2∑helw
τT=f
T?
rT?
r=IPIx+Iy
σf=
N≤βfffw2∑helw
τf=
第5节普通螺栓连接
一、连接性能与构造受剪连接的破坏形式--板端冲剪、螺杆受弯、螺杆剪切、--板端冲剪受剪连接的破坏形式--板端冲剪、螺杆受弯、螺杆剪切、孔壁挤压、板件净截面(直线、折线)。
构造满足前两种,孔壁挤压、板件净截面(直线、折线)。
构造满足前两种,)。
构造满足前两种t≤5d)。
(e≥2do;∑t≤5d)。
受剪连接受力方向螺栓受力不均,一定长度时需折减。
受剪连接受力方向螺栓受力不均,一定长度时需折减。
受拉连接以螺杆抗拉强度为承载力极限。
受拉连接以螺杆抗拉强度为承载力极限。
施工及受力要求,螺栓有排布距离要求(栓距、线距、边距、施工及受力要求,螺栓有排布距离要求(栓距、线距、边距、端距)。
端距)。
分精制(及粗制(不能用于主要受力连接)分精制(A、B级)及粗制(C级,不能用于主要受力连接)二、计算1、单个连接承载力⑴、受剪连接πd2bbbbNmin=min(NV,Ncb)Ncb=d∑tfcb抗剪与承压:
NV=nV抗剪与承压:
fV4
⑵、受拉连接
N=
bV
πde2
4
ftb
22
⑶、拉剪共同作用2、螺栓群连接计算、⑴、轴力或剪力作用
NV?
?
Nt?
?
b?
+?
b?
≤1?
N?
?
N?
?
V?
?
t?
n=NV;n=bbNminηNmin
NV≤Ncb
⑵、弯矩轴力共同作用
Nmin=NMy1?
n∑yi2Nmax=NMy1+≤Ntbn∑yi2
⑶、扭矩、轴力、剪力共同作用扭矩、轴力、
N1=
(N
T1x
b+N1N)+(N1TY+N1vy)≤NVx22
其中:
其中:
N1N=x
NVV;N1y=;N1Tx=nn
Ty1;N1Ty=22∑(xi+yi)
Tx1∑(xi2+yi2)
第6节高强度螺栓连接
一、高强螺栓的受力性能与构造按计算原则分摩擦型与承压型两种。
按计算原则分摩擦型与承压型两种。
摩擦型抗剪连接的最大承载力为最大摩擦力。
摩擦型抗剪连接的最大承载力为最大摩擦力。
承压型抗剪连接的对答承载力同普通螺栓(Nbmin)。
承压型抗剪连接的对答承载力同普通螺栓(注意当连接板件较小时承压型的承载力小于摩擦型。
注意当连接板件较小时承压型的承载力小于摩擦型。
受拉连接时两者无区别,都以0.8P为承载力。
0.8P为承载力受拉连接时两者无区别,都以0.8P为承载力。
板件净截面强度计算与普螺的区别为50的孔前传力。
50%板件净截面强度计算与普螺的区别为50%的孔前传力。
受剪连接时,螺栓受力不均,同普螺应考虑折减系数η受剪连接时,螺栓受力不均,同普螺应考虑折减系数η。
由于承压型设计的变形较大,直接承受动荷不易采用。
由于承压型设计的变形较大,直接承受动荷不易采用。
设计认为摩擦力主要分布在螺栓周围3d范围内。
设计认为摩擦力主要分布在螺栓周围3d0范围内。
二、计算㈠、摩擦型螺栓连接计算㈠、摩擦型螺栓连接计算1、抗剪连接、2、抗拉连接、
Nv≤Nvb=0.9nfμP
Nt≤Ntb=0.8P
(抗弯时旋转中心在中排)抗弯时旋转中心在中排)
3、拉剪共同作用、
Nv≤Nvb=0.9nfμ(Nt?
1.25)P;Nt≤Ntb=0.8P
㈡、承压型螺栓连接计算㈡、承压型螺栓连接计算计算方法同普通螺栓连接,计算方法同普通螺栓连接,应注意抗拉承载力
Nt≤Ntb=0.8P
拉剪共同作用
NV?
?
Nt?
?
b?
+?
b?
≤1?
N?
?
N?
?
V?
?
t?
2
2
NcbNV≤1.2
Nt≤Ntb=0.8P
抗弯时旋转中心在中排
第7节例题详解
例题1、例题、某T型牛腿,角焊缝连接,F=250kN,Q235钢,E43型型牛腿,角焊缝连接,F=250kN,Q235钢E43型焊条,静荷载,确定焊脚尺寸。
焊条,静荷载,确定焊脚尺寸。
确定焊缝计算长度(两条L型焊缝)解:
1、确定焊缝计算长度(两条L型焊缝)竖焊缝:
竖焊缝:
lw1=200-5=195mm,水平焊缝:
lw2=(200-16)/2-5=87mm,取lw2=85mm
2、求焊缝形心及惯性矩:
求焊缝形心及惯性矩:
求焊缝形心及惯性矩
y=2×195×he×195/2=67.9mm2×195×he+2×85×he
2he×1953195Iy=+2he×195×(?
67.9)2+2he×85×67.92122=2361×103hemm4
3、力向形心转移、
M=F?
e=250×1000×65=16.25×106N?
mmV=F=2.5×105N
4、受力控制点分项应力(下点)、受力控制点分项应力(下点)
στ
Mf2
My216.25×106×(195?
67.5)874.7N/mm2===2361×103heIxheV2.5×10564.1N/mm2===2he×195390hehe
Vf2
5、焊缝强度结算:
焊缝强度结算:
σf?
?
β?
f?
?
+(τf)2≤ffw?
?
?
2
2
1?
874.7?
2?
?
+641≤160?
he≥6mmhe?
1.22?
hf=
he6==8.6mm0.70.7
6、焊脚尺寸确定:
、焊脚尺寸确定:
取:
hf
=10mm
hf≥hfmin=1.5tmax=1.516=6mm
hf≤hfmax=1.2tmin=1.2×16=19.2mm
例题2、例题、图示摩擦型高强螺栓连接,图示摩擦型高强螺栓连接,M20,10.9级喷砂生赤锈,M20,10.9级,喷砂生赤锈,验算连接强度。
验算连接强度。
已知:
M=106k.m;已知:
M=106k.m;N=384kN;N=384kN;V=450kN。
V=450kN。
解:
1、查取有关参数预拉力:
预拉力:
P=155kN;摩擦系数:
摩擦系数:
μ=0.452、确定控制点、经受力分析控制点为最上排螺栓。
上排螺栓
3、最上排螺栓分项受力、轴力N轴力N:
各螺栓均匀受拉
N384×103N===2.4×104Nn16My1NtM==44167N弯矩M作用:
弯矩M作用:
最上排受最大拉力m∑yi2其中y1=7×100/2=350mmm=2
Nt
∑y
2i
=2(502+1002+2502+3502)=410000mm2
总拉力:
总拉力:
Nt=NtN+NtM4、承载力验算
=24000+44167=68167N
V450×103Nv===2.81×104Nn16
剪力V剪力V:
各螺栓均匀受剪
bNV=0.9nfμ(P?
1.25Nt)=0.9×1×0.45(155000?
1.25×68167)
=28.2×103N≥Nv=28.1×103NNt=68167N≤Ntb=0.8P=0.8×155000=124000N
5、结论:
连接承载力满足要求结论:
第4章轴心受力构件章
第1节概述
钢结构各种构件应满足正常使用及承载能力两种极限状态的要求。
的要求。
正常使用极限状态:
刚度要求-正常使用极限状态:
刚度要求-控制长细比承载能力极限状态:
受拉-强度;承载能力极限状态:
受拉-强度;受压-强度、整体稳定、局部稳定。
受压-强度、整体稳定、局部稳定。
截面形式:
截面形式:
分实腹式与格构式
第2节强度与刚度
净截面强度-轴压构件如无截面消弱,净截面强度-轴压构件如无截面消弱,整稳控制可不验算强度。
强度。
刚度-注意计算长度。
刚度-注意计算长度。
第3节轴压构件的整体稳定
典型的失稳形式-弯曲失稳、扭转失稳及弯扭失稳;典型的失稳形式-弯曲失稳、扭转失稳及弯扭失稳;理想构件的弹性弯曲稳定-欧拉公式;理想构件的弹性弯曲稳定-欧拉公式;弹塑性弯曲失稳-切线模量理论;弹塑性弯曲失稳-切线模量理论;实际构件的初始缺陷-初弯曲、初偏心、残余应力;实际构件的初始缺陷-初弯曲、初偏心、残余应力;初始缺陷的影响;初始缺陷的影响;肢宽壁薄的概念;肢宽壁薄的概念;格构式截面-缀条式与缀板式;格构式截面-缀条式与缀板式;格构式轴压构件换算长细比的概念与计算;格构式轴压构件换算长细比的概念与计算;格构轴压构件两轴等稳的概念(实腹式同);格构轴压构件两轴等稳的概念(实腹式同);单肢稳定性的概念。
单肢稳定性的概念。
掌握整体稳定的计算公式与方法;掌握整体稳定的计算公式与方法;
第4节实腹式截面局部稳定
局部稳定的概念-板件的屈曲,局部稳定的概念-板件的屈曲,局部失稳并不意味构件失但是局部的失稳会导致整体失稳提前发生;效,但是局部的失稳会导致整体失稳提前发生;局部稳定承载力与支承条件、受力形式与状态及板件尺寸有关。
承载力与支承条件、受力形式与状态及板件尺寸有关。
局部稳定的保证原则-保证整体失稳之前不发生局部失稳局部稳定的保证原则-等稳原则-局部稳定承载力等于整体稳定承载力。
等稳原则-局部稳定承载力等于整体稳定承载力。
等强原则-等强原则-局部稳定承载力等于某一整体稳定达不到的强度值。
度值。
局部稳定的控制方法-限制板件的宽(厚比。
局部稳定的控制方法-限制板件的宽(高)厚比。
掌握工字形截面局部稳定的计算公式与方法。
掌握工字形截面局部稳定的计算公式与方法。
第5节例题详解
例题1例题右图示轴心受压构件,右图示轴心受压构件,
Ix=2.54×104cm4Iy=1.25×103cm4A=8760cm2;l=5.2m
Q235钢,截面无消弱,Q235钢截面无消弱,翼缘为轧制边。
翼缘为轧制边。
问:
1、此柱的最大承载力设计值?
、此柱的最大承载力设计值N?
2、此柱绕y轴失稳的形式?
、此柱绕y轴失稳的形式?
3、局部稳定是否满足要求?
、局部稳定是否满足要求?
解:
1、整体稳定承载力计算对x轴:
l0x=l=5.2mix=IxA=2.54×10487.6=17cm
λx=l0xix=52017=30.6≤[λ]=150
翼缘轧制边,翼缘轧制边,对x轴为b类截面,查表有:
x=0.934轴为b类截面,查表有:
?
Nx=?
xAf=0.934×8760×215×10?
3=1759kN
对x轴:
l0y=l/2=2.6miy=IyA=1.25×10387.6=3.78cm
λy=l0yiy=5203.78=68.8≤[λ]=150?
翼缘轧制边,翼缘轧制边,对y轴为c类截面,查表有:
y=0.650轴为c类截面,查表有:
Ny=?
yAf=0.65×8760×215×10?
3=1224kN
由于无截面消弱,强度承载力高于稳定承载力,由于无截面消弱,强度承载力高于稳定承载力,故构件的最大承载力为:
最大承载力为:
Nmax=Ny=1224kN2、绕y轴为弯扭失稳
3、局部稳定验算
λmax=max{λx,λy}=68.8
30≤λmax≤100
⑴、较大翼缘的局部稳定
b1/t=95/14=6.79≤(10+0.1λmax)235fy
=(10+0.1×68.8)235235=16.88
结论:
满足要求结论:
⑵、腹板的局部稳定
h0/tw=400/10=40≤(25+0.5λmax)235fy
=(25+0.5×68.8)235235=59.4
结论:
结论:
满足要求
第5章受弯构件(梁)章受弯构件(
第1节概述
正常使用极限状态:
正常使用极限状态:
控制梁的变形承载能力极限状态:
强度、整体稳定、承载能力极限状态:
强度、整体稳定、局部稳定梁的截面:
梁的截面:
型钢梁与组合梁梁格布置:
简单梁格、普通梁格、复杂梁格。
梁格布置:
简单梁格、普通梁格、复杂梁格。
第2节梁的强度与刚度
梁的工作状态弹性阶段-弹性阶段-边缘屈服塑性铰-塑性铰-全截面屈服考虑部分发展塑性,考虑部分发展塑性,塑性发展系数不考虑塑性发展的情况-(动力荷载、翼缘宽厚比)-(动力荷载不考虑塑性发展的情况-(动力荷载、翼缘宽厚比)掌握工字型截面的塑性发展系数梁的强度-抗弯、抗剪、局部承压及折算应力(梁的强度-抗弯、抗剪、局部承压及折算应力(掌握计算方法-系数的取用、验算部位)方法-系数的取用、验算部位)
梁的刚度-梁的刚度-控制挠跨比
第3节梁的整体稳定
失稳机理--重点掌握失稳机理--重点掌握--梁的失稳形式--弯扭失稳(侧向弯扭失稳)--弯扭失稳梁的失稳形式--弯扭失稳(侧向弯扭失稳)提高梁整体稳定的措施梁的支座问题Af235梁的侧向支承的受力-梁的侧向支承的受力-V=85f
y
第4节梁的截面设计
梁高度的确定-最小高度、最大高度及经济高度。
梁高度的确定-最小高度、最大高度及经济高度。
第五节梁的局部稳定与加劲肋
一、翼缘的局部稳定保证原则-保证原则-等强原则
b1≤15t235fyb1≤13t235fy
二、腹板加劲肋腹板局部稳定的设计原则限制高厚比-不经济,不采用限制高厚比-不经济,允许局部失稳-考虑屈曲后强度(轻钢结构采用)允许局部失稳-考虑屈曲后强度(轻钢结构采用)用加劲肋减小腹板支承尺寸提高局稳承载力(普钢)用加劲肋减小腹板支承尺寸提高局稳承载力(普钢)加劲肋的种类-横向、纵向及短加劲肋。
加劲肋的种类-横向、纵向及短加劲肋。
加劲肋的布置加劲肋的构造支承加劲肋-加强的横向肋,除满足横向肋的构造要求外,支承加劲肋-加强的横向肋,除满足横向肋的构造要求外,还应满足受力要求。
还应满足受力要求。
支承肋分平板式与凸缘式-凸缘式应控制凸缘长度≤支承肋分平板式与凸缘式-凸缘式应控制凸缘长度≤2t
第6章拉弯与压弯构件章
第1节概述
拉弯、压弯构件实际为轴力构件与受弯的组合拉弯、三种典型的拉、三种典型的拉、压弯构件正常使用极限状态-正常使用极限状态-控制构件的长细比承载能力极限状态-强度、承载能力极限状态-强度、整体稳定及局部稳定截面形式-实腹式、格构式(一般选用缀条式)截面形式-实腹式、格构式(一般选用缀条式)
第2节拉、压弯构件的强度与刚度
理解公式中的±号意义
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