《鋼結構基本原理》土建教學PPT課件

《鋼結構基本原理》土建教學PPT課件,鋼結構基本原理,鋼結構,基本原理,土建,教學,PPT,課件 鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件Chapter1Chapter1 第一章第一章IntroductionIntroduction緒緒 論論鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件工程結構工程結構鋼筋砼結構鋼筋砼結構砌體結構砌體結構組合結構組合結構鋼結構鋼結構木結構木結構鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件鋼結構 是鋼材制成的工程結構，通常由型鋼和鋼板等制成的梁、桁架、柱、板等構件組成，各部分之間用焊縫、螺栓或鉚釘連接。1-generalsituationofsteelstructure鋼結構的概況鋼結構的概況代表性的工程結構代表性的工程結構鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件霽 虹 橋 全 景鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件大渡河瀘定橋鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件南京長江大橋鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件九江長江大橋用柔性拱加勁的主聯(lián)(三跨)合攏情景鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件上海南浦大橋鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件上海鍋爐廠重型容器車間鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件廣州白云機場大型客機檢修庫鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件上海體育館比賽館網架鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件北京國家奧林匹克體育中心游泳館鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件北京京廣大廈鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件深圳地王商業(yè)中心鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件上上海海金金茂茂大大廈廈鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件上海環(huán)球金融中心鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件法國埃菲爾鐵塔鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件西西爾爾斯斯大大廈廈鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件馬來西亞石油雙塔大廈鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件臺北 大廈101鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件拜迪拜迪“七星級酒店七星級酒店”鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件迪拜塔630/800米為世界最高建筑鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件上海中心設計方案鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件101日本富士山大廈日本富士山大廈鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2鋼結構的特點和應用范圍鋼結構的特點和應用范圍一、鋼結構的特點一、鋼結構的特點1.強度高2.材質均勻3.塑性韌性好4.工業(yè)化程度高5.拆遷方便6.密閉性好7.耐腐蝕性差8.耐火性差鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件二、鋼結構的應用范圍二、鋼結構的應用范圍1.重型廠房結構及受動力荷載作用的廠房結構2.大跨度結構3.多層、高層及超高層建筑4.塔桅結構5.容器、管道等6.可拆卸、裝配式房屋7.其他構筑物鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件網架結構拱結構橋梁鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件天津體育場天津體育場千千年年穹穹頂頂西班牙迪加航空港上海會展中心鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件單層廠房單層廠房多多層層工工業(yè)業(yè)廠廠房房2.2.工業(yè)廠房工業(yè)廠房金陵石化總廠金陵石化總廠鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.3.承受動力荷載及承受動力荷載及 地震作用的結構地震作用的結構鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件帝帝王王大大廈廈4.4.高層建筑與高聳結構高層建筑與高聳結構金金茂茂大大廈廈8888層層420420米米北北京京財財富富中中心心鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件5.5.道路、橋梁結構道路、橋梁結構鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件沈陽長青橋沈陽長青橋鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件6.6.水利、水工結構水利、水工結構海上石油平臺海上石油平臺鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件(1).(1).波紋拱殼結構波紋拱殼結構7.7.輕型房屋鋼結構輕型房屋鋼結構鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件(2 2)門式剛架結構門式剛架結構鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件活動車庫活動車庫8.8.可拆卸、移動房屋及可拆卸、移動房屋及 移動結構移動結構鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件9.9.構筑物構筑物10.10.建筑小品建筑小品鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件一、鋼結構設計方法的演變一、鋼結構設計方法的演變1.1.容許應力方法容許應力方法 從從2020世紀初到世紀初到2020世紀世紀5O5O年代，鋼結構采用安年代，鋼結構采用安 全系數法設計，即全系數法設計，即:N-構件截面的內力；構件截面的內力；A-構件截面幾何特征；構件截面幾何特征；F-鋼材的最大強度；鋼材的最大強度；K-K-大于大于1 1的安全系數；的安全系數；-鋼材的容許應力。鋼材的容許應力。3鋼結構的設計方法鋼結構的設計方法鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2 2.概率極限狀態(tài)設計方法概率極限狀態(tài)設計方法(1)極限狀態(tài)極限狀態(tài)：當結構或其組成部分超過某一特當結構或其組成部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求時定狀態(tài)就不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求時，此特定狀態(tài)稱為結構的極限狀態(tài)。，此特定狀態(tài)稱為結構的極限狀態(tài)。(2)極限狀態(tài)分為兩類：極限狀態(tài)分為兩類：b.b.正常使用正常使用極限狀態(tài)極限狀態(tài):包包括括：影影響響正正常常使使用用或或外外觀觀的的變變形形、影影響響正正常常使使用用的的振振動動、影影響響正正常常使使用用的的或或耐耐久久性性的的局局部部破破壞壞等等狀態(tài)。狀態(tài)。a.a.承載能力承載能力極限狀態(tài)極限狀態(tài):包包括括：強強度度破破壞壞、疲疲勞勞破破壞壞、不不適適于于繼繼續(xù)續(xù)承承載載的變形、失穩(wěn)、傾覆、變?yōu)闄C動體系等狀態(tài)的變形、失穩(wěn)、傾覆、變?yōu)闄C動體系等狀態(tài)。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件(3)根據應用概率分析的程度不同，可分為三種水準：根據應用概率分析的程度不同，可分為三種水準：半概率極限狀態(tài)設計方法半概率極限狀態(tài)設計方法;近似概率極限狀態(tài)設計方法（近似概率極限狀態(tài)設計方法（現(xiàn)行設計方法現(xiàn)行設計方法）;全概率設計方法。全概率設計方法。a.a.半概率極限狀態(tài)設計方法半概率極限狀態(tài)設計方法;1).1).三系數法三系數法（當時稱為（當時稱為計算極限狀態(tài)法計算極限狀態(tài)法）:1957 1957年至年至19731973年我國鋼結構設計采用半概率的年我國鋼結構設計采用半概率的分項系數法分項系數法,結構設計中引入三個分項系數，即結構設計中引入三個分項系數，即:荷載分項系數荷載分項系數-考慮荷載的不定性考慮荷載的不定性;材料分項系數材料分項系數-考慮材料的不均性考慮材料的不均性;工作條件系數工作條件系數-考慮結構及構件的工作特點以及某考慮結構及構件的工作特點以及某些假定的計算簡圖與實際情況不完全相符等因素些假定的計算簡圖與實際情況不完全相符等因素。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2)2)半經驗半概率極限狀態(tài)設計法半經驗半概率極限狀態(tài)設計法(容許應力法）容許應力法）N-N-構件截面的內力；構件截面的內力；A-A-構件截面幾何特征；構件截面幾何特征；K K1 1-荷載系數；荷載系數；K K2 2-材料系數材料系數;K K3 3-調整系數；調整系數；f fykyk-鋼材的屈服強度標準值；鋼材的屈服強度標準值；-鋼材容許應力鋼材容許應力鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件b b、近似概率極限狀態(tài)設計法、近似概率極限狀態(tài)設計法 （現(xiàn)行鋼結構設計規(guī)范（現(xiàn)行鋼結構設計規(guī)范(GB50017(GB500172003)2003)）結構的工作性能可用結構的結構的工作性能可用結構的“功能函數功能函數”來描述：來描述：Z Zg g（X X1 1，X X2 2，X Xn n）（1 1 3 3）式中：式中：g g（）-結構的功能函數；結構的功能函數；X Xi i(i(i1 1，2,2,n)-,n)-影響結構可靠性的各物理量。影響結構可靠性的各物理量。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 將各因素概括為兩個綜合隨機變量將各因素概括為兩個綜合隨機變量-結構的抗力結構的抗力R R、作用效應作用效應S S，則公式（，則公式（1-31-3）可以寫成：）可以寫成：Z Zg g（R R，S S）R RS S （1-41-4）在實際工程結構中，可能出現(xiàn)下列三種情況：在實際工程結構中，可能出現(xiàn)下列三種情況：Z Z0 0表示結構處于表示結構處于可靠可靠狀態(tài)；狀態(tài)；Z Z0 0表示結構處于表示結構處于極限極限狀態(tài)狀態(tài) Z Z0 0表示結構處于表示結構處于失效失效狀態(tài)；狀態(tài)；判斷結構是否可靠，要看結構是否達到極限狀態(tài)，判斷結構是否可靠，要看結構是否達到極限狀態(tài)，為此，通常將下式：為此，通常將下式：Z Zg(Rg(R，S)S)R RS S0 0 (1-5)(1-5)稱為稱為極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)方程。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件結構能完成預定功能的概率結構能完成預定功能的概率(可靠度可靠度)用用P Ps s表示，則：表示，則：P Ps sPZ0PZ0 （1-61-6）結構不能完成預定功能的概率結構不能完成預定功能的概率(失效概率失效概率)用用P Pf f表示，則：表示，則：P Pf fPZ0PZ0 （1-71-7）由于事件由于事件Z0Z0與事件與事件ZZ0 0是對立事件，所以結是對立事件，所以結構的可靠度與結構的失效概率滿足構的可靠度與結構的失效概率滿足:P Ps s P Pf f 1 1 或或 P Ps s1-P1-Pf f （1-81-8）鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 因為因為R R和和S S都是隨機變量，且假定都服從正態(tài)分布，由都是隨機變量，且假定都服從正態(tài)分布，由 概率論原理知功能函數概率論原理知功能函數 Z=R-S Z=R-S 也服從正態(tài)分布也服從正態(tài)分布,則則:f(zf(z)P Pf fz zZ Z 的概率密度曲線的概率密度曲線Z=R-SZ=R-S 令：令：Z Z、R R、S S的平均值分別為的平均值分別為 z z、R R、s s，標準差分，標準差分 別為別為z z、R R、s s，則，則:鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 因因z z0 0，故：，故：f(zf(z)z zZ Z 的概率密度曲線的概率密度曲線P Pf fZ=R-SZ=R-S因因 服從標準正態(tài)分布，故上式又可寫成：服從標準正態(tài)分布，故上式又可寫成：式中式中:()-)-標準正態(tài)函數；標準正態(tài)函數；-1-1()-)-標準正態(tài)函數標準正態(tài)函數 的反函數的反函數。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件從圖中可以看出從圖中可以看出與失效概率與失效概率P Pf f 間存在著一一對應間存在著一一對應關系關系,即即:1).1).減小減小時時，陰影部分，陰影部分 的面積增大，即失效概的面積增大，即失效概 率率P Pf f增大增大；2).2).增大增大時，陰影部分時，陰影部分 的面積減少，亦即失效的面積減少，亦即失效 概率概率P Pf f減小減小。說明說明可以作為衡量結可以作為衡量結 構構可靠度可靠度的一個數量指的一個數量指 標標?？煽慷戎笜丝煽慷戎笜薴(zf(z)z zZ Z 的概率密度曲線的概率密度曲線P Pf fZ=R-SZ=R-S鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件標標準準正正態(tài)態(tài)分分布布時時 與與 的的對對應值應值 4.04.03.17X103.17X10-5-53.73.71.08X101.08X10-4-43.23.26.87X106.87X10-4-41.35X101.35X10-3-33.03.0 的計算的計算:將式將式(1-10)(1-10)、(1-11)(1-11)代入代入的定義的定義式得：式得：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件c.全概率設計法全概率設計法 對結構的各種基本變量均采用隨機變量或隨機過對結構的各種基本變量均采用隨機變量或隨機過程來描述，對結構進行精確的概率分析，求得結構最程來描述，對結構進行精確的概率分析，求得結構最優(yōu)失效概率作為結構可靠度的直接度量。優(yōu)失效概率作為結構可靠度的直接度量。三、鋼結構設計表達式三、鋼結構設計表達式a.a.采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法(疲勞疲勞問題除外問題除外)，用分項系數的表達式進行計算；，用分項系數的表達式進行計算；b.b.結構的可靠度用可靠度指標來度量，并以分項系結構的可靠度用可靠度指標來度量，并以分項系數的形式考慮。數的形式考慮。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件（一）（一）按承載能力極限狀態(tài)設計按承載能力極限狀態(tài)設計 應考慮荷載效應的基本組合或偶然組合進行荷應考慮荷載效應的基本組合或偶然組合進行荷 載（效應）組合，采用下列表達式設計：載（效應）組合，采用下列表達式設計：式中：式中：o o-結構重要性系數；結構重要性系數；S-S-荷載效應（組合）的設計值；荷載效應（組合）的設計值；R-R-鋼結構構件或連接材料抗力的設計值。鋼結構構件或連接材料抗力的設計值。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件荷載效應組合如下：2.2.由永久荷載效應控制的組合：由永久荷載效應控制的組合：3.3.荷載分項系數取值如下：荷載分項系數取值如下：1.1.由可變荷載效應控制的組合：由可變荷載效應控制的組合：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件（1 1）永久荷載分項系數）永久荷載分項系數 當其效應對結構不利時當其效應對結構不利時 -對可變荷載效應控制的組合，應取對可變荷載效應控制的組合，應取1.2;1.2;-對永久荷載效應控制的組合，應取對永久荷載效應控制的組合，應取1.35;1.35;當其效應對結構有利時當其效應對結構有利時 -一般情況下應取一般情況下應取1.01.0；-對結構的傾覆、滑移或漂浮驗算，應取對結構的傾覆、滑移或漂浮驗算，應取0.90.9。（2 2）可變荷載的分項系數）可變荷載的分項系數 -一般情況下應取一般情況下應取1.41.4；-對標準值大于對標準值大于4kN/m4kN/m2 2的工業(yè)房屋樓面結構的的工業(yè)房屋樓面結構的 活荷載標準值應取活荷載標準值應取1.31.3。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 對對于于鋼鋼結結構構這這種種單單一一材材料料，可可以以將將荷荷載載效效應應表表達達式用應力形式表示。式用應力形式表示。可變荷載起控制作用時：可變荷載起控制作用時：永久荷載永久荷載起控制作用時：起控制作用時：式中：式中：4、鋼結構構件承載能力極限狀態(tài)設計表達式、鋼結構構件承載能力極限狀態(tài)設計表達式鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件-鋼材或連接材料強度鋼材或連接材料強度設計值設計值。-鋼材或連接材料強度鋼材或連接材料強度標準值標準值。-鋼材或連接材料抗力分項系數，對于鋼材或連接材料抗力分項系數，對于Q235Q235鋼鋼R R=1.087=1.087;Q345;Q345、Q390Q390、Q420Q420鋼鋼R R=1.111=1.111 。鋼結構規(guī)范給出了各類鋼材和連接的強度設計值。鋼結構規(guī)范給出了各類鋼材和連接的強度設計值。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件(二二)正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)1.1.對于正常使用極限狀態(tài)，要求分別采用對于正常使用極限狀態(tài)，要求分別采用荷載的標荷載的標準組合、頻遇組合和準永久組合準組合、頻遇組合和準永久組合，并使變形等不超過，并使變形等不超過相應的規(guī)定限值。相應的規(guī)定限值。GkGk -永久荷載標準值永久荷載標準值在結構或結構構件中產生的在結構或結構構件中產生的 變形值；變形值；Q1kQ1k-第第1個個可變荷載的標準值可變荷載的標準值在結構或結構構件中在結構或結構構件中 產生的變形值（該值使計算結果為最大）；產生的變形值（該值使計算結果為最大）；鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 QikQik-其他第其他第i i個可變荷載標準值在結構或構件中產個可變荷載標準值在結構或構件中產 生的變形值。生的變形值。-結構或結構構件的容許變形值。結構或結構構件的容許變形值。(315(315頁附錄頁附錄2)2)2.2.對于對于受壓受壓、受拉構件受拉構件，規(guī)范規(guī)定應限制其長細比，規(guī)范規(guī)定應限制其長細比，即即:(1-24 (1-24）式中：式中：-受壓、受拉構件的計算長細比受壓、受拉構件的計算長細比 ；-規(guī)范規(guī)定的受拉、受壓構件容許長規(guī)范規(guī)定的受拉、受壓構件容許長 細比，按規(guī)范采用。細比，按規(guī)范采用。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3鋼結構的發(fā)展研究方向鋼結構的發(fā)展研究方向 研制高強度鋼材 軋制新品種型鋼H型鋼、T型鋼壓型鋼板薄壁型鋼鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 改進設計方法、優(yōu)化設計 采用新型結構大跨度結構組合結構輕型鋼結構鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件一、材料方面一、材料方面 發(fā)發(fā)展展高高強強度度鋼鋼材材和和新新品品種種型型鋼鋼，如如強強度度更更高高的的鋼鋼材材、耐耐候候鋼鋼（抗抗腐腐蝕蝕）以以及及提提高高厚厚板板材材的的質質量量（抗層狀撕裂）。（抗層狀撕裂）。二、結構設計計算方法的研究二、結構設計計算方法的研究 三、新結構的推廣應用三、新結構的推廣應用四、高層建筑四、高層建筑 五、結構優(yōu)化原理的研究和應用五、結構優(yōu)化原理的研究和應用 六、國產化六、國產化鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件4本課程的主要內容本課程的主要內容第一章 緒論第二章 鋼結構的材料第三章 鋼結構的連接第四章 軸心受力構件第五章 受彎構件一、本課程的主要內容一、本課程的主要內容第六章 拉彎、壓彎構件鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件第二章第二章鋼結構鋼結構鋼結構鋼結構的材料的材料的材料的材料鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件塑性破壞塑性破壞脆性破壞脆性破壞鋼材的破壞鋼材的破壞鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件一、強度一、強度強度強度 鋼材抵抗荷載的能力。鋼材的機械性能鋼材的機械性能鋼材的機械性能鋼材的機械性能 是鋼材在各種作用下反映的各種特性，包括強度、塑性和韌性等方面的內容。1 鋼材的機械性能鋼材的機械性能鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖2.1 碳素結構鋼靜力拉伸曲線(Q235鋼)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件1.彈性階段：式中：fp 比例極限2.彈塑性階段：式中：fy 屈服點3.屈服階段：4.強化階段：式中：fu 抗拉強度鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件5.頸縮階段：下降迅速當 fy 時 材料為完全彈性體當 fy 時 材料為完全塑性體(忽略應變硬化作用)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件0fy圖2.2 理想彈塑性體的應力應變曲線鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件定義鋼材強度的兩項重要指標：fy 和 fu屈強比 fy/fu 鋼材強度儲備的參數，fy/fu ，強度儲備 鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件二、塑性二、塑性塑性塑性 指鋼材破壞前產生塑性變形的能力。衡量標準 伸長率 式中：l0 試件原標距長度，l0=5d0或l0=10d0；l1 試件拉斷后標距的長度。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件三、冷彎性能三、冷彎性能冷彎性能冷彎性能 衡量鋼材在常溫下冷加工彎曲時產生塑性變形的能力。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖2.3 冷彎性能試驗鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件四、韌性四、韌性韌性韌性 衡量鋼材抵抗脆性破壞的機械性能指標，其物理意義是構件在脆斷時所吸收的沖擊功(J)。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖2.4 沖擊韌性試驗及試件缺口形式鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件一、化學成分的影響一、化學成分的影響鋼的基本元素Fe(占99%)C和其它元素2 影響鋼材機械性能的因素影響鋼材機械性能的因素鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件C C：對鋼材的強度、塑性、韌性和可焊性有決定性的影響。隨含C量增加，鋼材抗拉強度和屈服強度提高，但其他性能均降低。SiSi：是一種脫氧劑，適量的Si可提高強度，但對塑性、韌性、冷彎性能及可焊性無不良影響。MnMn：脫氧劑，適量時可有效提高鋼材強度，并提高熱脆性能。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件S S：有害元素，在高溫下(8001200)時使鋼材變脆，稱為熱脆。P P：有害元素，雖然不提高鋼材強度和抗銹蝕能力，但嚴重降低鋼材的塑性、韌性，且在低溫時使鋼材變脆，稱為冷脆。O,NO,N：有害元素，O的影響與S相似，N的影響與P相似。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件二、冶煉、澆注和軋制的影響二、冶煉、澆注和軋制的影響1.冶煉方法堿性平爐煉鋼法頂吹氧氣轉爐煉鋼法鋼材質量大體相當堿性側吹轉爐煉鋼法 鋼材質量較差，已不用于承重結構鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2.澆注方法沸騰鋼半鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度鋼材質量價格3.軋制 可使鋼材結晶致密，消除冶煉過程中的部分缺陷，質量較高。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件三、鋼材的硬化三、鋼材的硬化時效硬化冷作硬化(應變硬化)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件1.時效硬化時效硬化 鋼材隨時間進展將使屈服強度和抗拉強度提高，伸長率和沖擊韌性降低，這種現(xiàn)象稱時效硬化。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2.冷作硬化冷作硬化 鋼材在彈塑性階段或塑性階段卸荷后再重復加載時，其屈服點將提高，即彈性范圍增大，而塑性和韌性降低，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件四、溫度的影響四、溫度的影響圖2.5 溫度對鋼材機械性能的影響400500600300200100040506030201000100100200300400500600fufyE(%)fu、fy(N/mm2),E(kN/mm2)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件250 fu 提高而塑性和韌性下降(藍脆現(xiàn)象)；300 fy、fu、E 顯著下降；600 鋼材承載能力幾乎為零。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件五、復雜應力作用的影響五、復雜應力作用的影響圖2.6 復雜應力作用狀態(tài)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件定義：eq fy 彈性狀態(tài)eq fy 塑性狀態(tài)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖2.7 平面應力狀態(tài)2112yxyxyxxxyxyy 平面應力狀態(tài)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 普通梁中，只有和作用，即 x=，xy=和 y=0鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 純剪時式中：fv 鋼材抗剪強度設計值。i=0 (i=x,y,z)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件六、應力集中影響六、應力集中影響(a)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖2.8 應力集中對鋼材性 能 的 影 響(b)(c)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 在靜力荷載作用下，對截面強度無影響。應力集中處使材料處于復雜應力狀態(tài)，降低其塑性。應力集中程度取決于物件的形狀變化。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3 鋼材的種類和選用鋼材的種類和選用一、鋼材的種類一、鋼材的種類 按用途分結構鋼工具鋼特殊用鋼鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 按化學成分分碳素鋼合金鋼低碳鋼(C 0.25%)中碳鋼(0.25%0.6%)低合金鋼中合金鋼高合金鋼鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 按澆注方法沸騰鋼半鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件二、鋼材的牌號二、鋼材的牌號1.碳素結構鋼碳素結構鋼Q 脫氧方式屈服點的“屈”字的首寫拼音字母鋼材的屈服點質量等級分A,B,C,D四個等級，(質量D級最好)沸騰鋼(F)半鎮(zhèn)靜鋼(b)鎮(zhèn)靜鋼(z)(通常省略不寫)如：Q235A F，Q235C鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2.低合金結構鋼低合金結構鋼合金元素符號合金元素符號平均含碳量的萬分數合金元素的平均含量(小于1.5%時可不標出，高于1.5%標出其百分數的整數，如2、3等)。如：16Mn，15MnV鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件三、鋼材的選用三、鋼材的選用1.結構的重要性2.荷載特征3.連接方法4.工作條件鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件四、鋼材的規(guī)格四、鋼材的規(guī)格(一一)鋼板鋼板表示方法：表示方法：寬度寬度 厚度厚度 如：如：300 10鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件厚鋼板厚鋼板厚鋼板厚鋼板：厚度厚度4.560mm,寬度寬度6003000mm,長度長度412m薄鋼板薄鋼板薄鋼板薄鋼板：厚度厚度0.354.0mm,寬度寬度5001500mm,長度長度0.54m扁鋼扁鋼扁鋼扁鋼：寬度兩邊均為軋制邊的鋼板型式，寬寬度兩邊均為軋制邊的鋼板型式，寬度度1020mm,厚度厚度330mm。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件(二二)熱軋型鋼熱軋型鋼角鋼、槽鋼、工字鋼、角鋼、槽鋼、工字鋼、H型型鋼。鋼。1.角鋼角鋼分等邊和不等邊兩種。分等邊和不等邊兩種。等邊：等邊：寬寬 厚厚 如：如：90 6不等邊：不等邊：長長 寬寬 厚厚 如：如：125 80 8鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2.工字鋼工字鋼分普通工字鋼和輕型工字鋼兩種。分普通工字鋼和輕型工字鋼兩種。如如 I 36a普通工字鋼：普通工字鋼：I 截面高度的厘米數截面高度的厘米數截面類型截面類型(a,b兩類兩類)如如 QI 50a輕型工字鋼：輕型工字鋼：QI 截面類型截面類型(a,b,c三類三類)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.H型型鋼鋼如：如：HK320a表示方法：表示方法：截面公稱高度以截面公稱高度以mm計計規(guī)格以規(guī)格以a,b,c 表示表示寬翼緣寬翼緣H型鋼型鋼(HK)窄翼緣窄翼緣H型鋼型鋼(HZ)H型鋼樁型鋼樁(HU)熱軋熱軋H型鋼分為寬、中、窄翼緣型鋼分為寬、中、窄翼緣H型鋼，它們的代號型鋼，它們的代號分別為分別為HW、HM和和HN。標注方法與槽鋼相同，但。標注方法與槽鋼相同，但代號代號“”應改變?yōu)閼淖優(yōu)椤盚”，例如，例如HW260a、HM360、鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件4.槽鋼槽鋼普通槽鋼和輕型槽鋼。普通槽鋼和輕型槽鋼。表示方法：表示方法：截面高度的厘米數截面高度的厘米數截面類型分截面類型分a,b兩類兩類截面類型分截面類型分a,b,c三類三類普通槽鋼：普通槽鋼：如如 32a輕型槽鋼：輕型槽鋼：Q 如如Q 32a鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件(三三)鋼管鋼管熱軋無縫鋼管熱軋無縫鋼管焊接鋼管焊接鋼管表示方法：表示方法：外徑外徑 壁厚壁厚鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件(四四)冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼表示方法：表示方法：B+形狀符號形狀符號+長邊寬長邊寬 短邊寬短邊寬 卷邊寬卷邊寬 厚度厚度如：如：B 120 50 20 2.5鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件六、我國目前建筑鋼材存在的主要問題六、我國目前建筑鋼材存在的主要問題六、我國目前建筑鋼材存在的主要問題六、我國目前建筑鋼材存在的主要問題1 1厚板可焊性差，厚板可焊性差，Q345Q345等厚板焊接時，易出現(xiàn)層狀撕裂。應采等厚板焊接時，易出現(xiàn)層狀撕裂。應采用用Z Z向鋼，即向鋼，即厚度方向性能鋼板厚度方向性能鋼板GB5313GB5313，要求沿厚度方向有，要求沿厚度方向有良好的抗層狀撕裂性能，用厚度方向拉力試驗的斷面收縮率來良好的抗層狀撕裂性能，用厚度方向拉力試驗的斷面收縮率來評定。應生產優(yōu)質特厚鋼。評定。應生產優(yōu)質特厚鋼。2 2高強度低合金結構鋼在冷彎薄壁型鋼中的應用尚未解決好，高強度低合金結構鋼在冷彎薄壁型鋼中的應用尚未解決好，不能滿足輕型房屋鋼結構的需要。主要應解決其沖壓性差的問不能滿足輕型房屋鋼結構的需要。主要應解決其沖壓性差的問題。題。3 3我國現(xiàn)只能生產鍍鋅鋼板，不能生產抗腐蝕性能更好的鍍鋁我國現(xiàn)只能生產鍍鋅鋼板，不能生產抗腐蝕性能更好的鍍鋁鋅鋼板，需引進生產線或專利來解決。鋅鋼板，需引進生產線或專利來解決。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件六、我國目前建筑鋼材存在的主要問題六、我國目前建筑鋼材存在的主要問題六、我國目前建筑鋼材存在的主要問題六、我國目前建筑鋼材存在的主要問題4 4型材品種規(guī)格還不能滿足建筑需要。要開發(fā)生產薄壁熱軋型材品種規(guī)格還不能滿足建筑需要。要開發(fā)生產薄壁熱軋H H型鋼等。型鋼等。5 5建筑用高強度低合金結構鋼品種太少，應用比重較低。生產建筑用高強度低合金結構鋼品種太少，應用比重較低。生產耐火鋼。耐火鋼。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件第六節(jié)第六節(jié) 國外鋼材品種和鋼號簡介國外鋼材品種和鋼號簡介各國的鋼號基本上是以強度等級來劃分，表示方式為：各國的鋼號基本上是以強度等級來劃分，表示方式為：字首符號字首符號鋼材的強度值鋼材的強度值鋼材質量等級鋼材質量等級字首符號：字首符號：美國采用美國采用A(AlloyA(Alloy)；日本采用；日本采用SSSS（一般結構用軋制鋼材，（一般結構用軋制鋼材，第一個第一個S S為為SteelSteel的第一個字母）、的第一個字母）、SMSM（焊接結構用軋制鋼材）、（焊接結構用軋制鋼材）、SMASMA（焊接結構用耐候性軋制鋼材）等；德國采用（焊接結構用耐候性軋制鋼材）等；德國采用StSt（德文鋼（德文鋼StahlStahl）；意大利采用）；意大利采用FeFe；法國采用；法國采用A A、E E等；俄羅斯采用等；俄羅斯采用C C（俄（俄文鋼的第一個字母）；英國無字首符號。文鋼的第一個字母）；英國無字首符號。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件第六節(jié)第六節(jié) 國外鋼材品種和鋼號簡介國外鋼材品種和鋼號簡介各國的鋼號基本上是以強度等級來劃分，表示方式為：各國的鋼號基本上是以強度等級來劃分，表示方式為：字首符號字首符號鋼材的強度值鋼材的強度值鋼材質量等級鋼材質量等級字首符號：字首符號：鋼材的強度值：鋼材的強度值：單位一般為單位一般為N/mmN/mm2 2 ，但美國為，但美國為K Ksisi(千磅英寸千磅英寸2 2)。強度值有。強度值有的采用的采用f fu u，有的采用，有的采用f fy y 。ISOISO國際標準、歐共體各國、日本等國際標準、歐共體各國、日本等采用采用f fu u，美國、獨聯(lián)體各國等采用，美國、獨聯(lián)體各國等采用f fy y。鋼材質量等級：鋼材質量等級：分為分為A A、B B、C C、D D、E E等。等。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 各國鋼材標準不同，很難明確地找出與我國鋼材品種之間各國鋼材標準不同，很難明確地找出與我國鋼材品種之間的相應關系，正確做法是檢查它們提供的質保書的相應關系，正確做法是檢查它們提供的質保書(化學成分和機化學成分和機械性能械性能)，以確定該鋼種與我國哪個鋼種是可代替的。以強度為，以確定該鋼種與我國哪個鋼種是可代替的。以強度為依據的各國鋼材與我國鋼材相應關系列于下表依據的各國鋼材與我國鋼材相應關系列于下表 。各國鋼材品種與我國鋼材品種對應表中國美 國 日 本英 國法 國德 國俄羅斯 235A36 SS400 SM400 SMA400 40E24St37C235Q345A572-50SM490YA SM490YBSM520 50DE36St44C345Q390A572-60 SM57050FA50St50C390Q420A572-65 A60St60C440鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件第三章第三章鋼結構的連接鋼結構的連接鋼結構的連接鋼結構的連接鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖3.1 鋼結構的連接方法1 鋼結構的連接方法鋼結構的連接方法鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖3.22 鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖3.1b 鋼結構的連接方法鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖3.1b 螺栓連接鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件焊接：焊接：焊接：焊接：構造簡單，節(jié)省材料，操作簡便省工，生產構造簡單，節(jié)省材料，操作簡便省工，生產效率高，在鋼結構連接中應用較廣。效率高，在鋼結構連接中應用較廣。栓接：栓接：栓接：栓接：普通螺栓連接普通螺栓連接(Q235鋼鋼)精制螺栓連接：精制螺栓連接：A，B級級粗制螺栓連接：粗制螺栓連接：C 級級高強度高強度螺栓連接螺栓連接摩擦型高強度螺栓連接：用于摩擦型高強度螺栓連接：用于直接承受動力荷載的結構。直接承受動力荷載的結構。承壓型高強度螺栓連接：用于承壓型高強度螺栓連接：用于承受靜力或間接動力的結構。承受靜力或間接動力的結構。鉚接：鉚接：鉚接：鉚接：傳力可靠，塑性、韌性較好，但制造費工費傳力可靠，塑性、韌性較好，但制造費工費料，且勞動強度高，目前已使用極少。料，且勞動強度高，目前已使用極少。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2 焊縫的形式、質量等級及檢查方法焊縫的形式、質量等級及檢查方法一、焊接的形式一、焊接的形式1.根據焊件的接根據焊件的接頭位置可分為頭位置可分為對接接頭對接接頭 對接焊縫對接焊縫角接接頭角接接頭搭接接頭搭接接頭 角焊縫角焊縫T形形接頭接頭對接焊縫對接焊縫角焊縫角焊縫鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖圖3.2 焊接接頭及焊縫的形式焊接接頭及焊縫的形式鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2.根據施焊的位置可分為根據施焊的位置可分為平焊平焊立焊立焊橫焊橫焊仰焊仰焊(a)(b)(c)(d)(e)圖圖3.3 焊縫的施焊位置焊縫的施焊位置鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件二、焊縫的表示方法二、焊縫的表示方法焊焊 縫縫 符符 號號表表3.1hfhf E50daaaahfhf hf hf aaaad角焊縫單面焊縫 雙面焊縫 安裝焊縫 相同焊縫型式標注方法對 接 焊 縫塞 焊 縫三 面 圍 縫E50為對焊條的 輔 助 說 明鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件三、焊縫的質量等級及檢查三、焊縫的質量等級及檢查1.焊縫的缺陷焊縫的缺陷常見的缺陷：裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、常見的缺陷：裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透等。未焊透等。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖圖3.4 焊縫缺陷焊縫缺陷鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2.焊縫的質量等級及檢查焊縫的質量等級及檢查依據標準：依據標準：鋼結構工程施工及驗收規(guī)范鋼結構工程施工及驗收規(guī)范(GB50295)III級：外觀檢查級：外觀檢查II級：外觀檢查級：外觀檢查+超聲波超聲波I級：外觀檢查級：外觀檢查+超聲波超聲波+射線射線質質量量等等級級增增高高鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件（1）對接焊縫）對接焊縫正對接焊縫正對接焊縫（2）角焊縫）角焊縫T型對接焊縫型對接焊縫斜對接焊縫斜對接焊縫3.3 對接焊縫的構造和計算對接焊縫的構造和計算3.3.1 焊縫的形式焊縫的形式鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.3 對接焊縫的構造和計算對接焊縫的構造和計算3.3.2 對接焊縫的構造對接焊縫的構造 （p49）1 常見的坡口型式：常見的坡口型式：I型、型、V型、型、U型、型、X型、單邊型、單邊V型、型、K型、單邊型、單邊U型。型。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2 2 焊件尺寸不同時的處理方法焊件尺寸不同時的處理方法1 1）板寬不同時）板寬不同時2 2）板厚不同時的處理方法）板厚不同時的處理方法鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.3.3 對接焊縫的計算對接焊縫的計算2 計算的基本假設：計算的基本假設：2）焊縫中應力分布情況基本與焊件原有相同。焊縫中應力分布情況基本與焊件原有相同。1）焊縫視為焊件截面的延續(xù)部分；焊縫視為焊件截面的延續(xù)部分；1 對接焊縫分為：對接焊縫分為：焊透焊透和和部分焊透（部分焊透（自學自學）兩兩種；部分焊透不能種；部分焊透不能垂直受力承受動載垂直受力承受動載NNt鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.3.3.1 軸心力作用軸心力作用式中：式中：lw 焊縫的計算長度，當有引弧板時取焊縫的計算長度，當有引弧板時取 l 無無引弧板時取引弧板時取l-2t t 焊件中較薄焊件的厚度焊件中較薄焊件的厚度；T形連接中為腹板厚度形連接中為腹板厚度 對接焊縫的抗拉、抗壓強度設計值。對接焊縫的抗拉、抗壓強度設計值。lNNt當計算不滿足時怎么辦？當計算不滿足時怎么辦？鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件當計算不滿足時改為斜對接焊縫當計算不滿足時改為斜對接焊縫NNtBNsinsinNcoscosllw w另另:當當tantan1.51.5時時,不用驗算不用驗算 !NNllw wtA鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件t MMmaxmax3.3.3.2 彎矩和剪力共同作用時彎矩和剪力共同作用時1.矩形截面矩形截面1）正應力計算正應力計算2）剪應力計算）剪應力計算鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件式中：式中：Ww 焊縫截面抵抗矩；焊縫截面抵抗矩；對接焊縫抗剪強度設計值。對接焊縫抗剪強度設計值。Sw 焊縫截面計算剪應力處以上部分對焊縫截面計算剪應力處以上部分對中和軸的面積矩；中和軸的面積矩；Iw 焊縫截面慣性矩焊縫截面慣性矩；鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2.“I”字形字形截面截面除按矩形截面驗算除按矩形截面驗算 max、max 點外，尚須補充：點外，尚須補充：式中為何引用系數式中為何引用系數1.1？考慮折算應力只在局部發(fā)生，因而將焊縫強度提高?？紤]折算應力只在局部發(fā)生，因而將焊縫強度提高。MV1焊縫截面焊縫截面max11max鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件例例1 兩塊鋼板連接，采用對接焊縫。已知兩塊鋼板連接，采用對接焊縫。已知F=950kN(設設計值計值)，板寬，板寬600mm，板厚為，板厚為8mm，鋼材，鋼材Q235，焊焊條條E43系列，手工焊，無引弧板系列，手工焊，無引弧板。NNllw wtA問焊縫承受的最大應力是多少？問焊縫承受的最大應力是多少？鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.4.1 角焊縫的構造角焊縫的構造 P3.4.1.1 角焊縫的形式角焊縫的形式按焊縫長度與外力作按焊縫長度與外力作用方向關系不同可用方向關系不同可側面角焊縫側面角焊縫正面角焊縫正面角焊縫3.4 角焊縫的構造和計算角焊縫的構造和計算鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件角焊縫的形式：角焊縫的形式：側面角焊縫和正面角焊縫側面角焊縫和正面角焊縫鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件按角焊縫截面形式按角焊縫截面形式普通型普通型凹面型凹面型平坦型平坦型(a)普通型(b)平坦型hf(c)凹面型鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.4.1.2 角焊縫的構造要求角焊縫的構造要求1.最小焊腳尺寸最小焊腳尺寸(mm)tmax 較厚焊件厚度較厚焊件厚度當當 tmax 4mm時，時，hf,min=tmax2.最大焊腳尺寸最大焊腳尺寸tmin 較薄焊件的厚度較薄焊件的厚度(mm)tmin 6mm：hf,max tmin對板件邊緣角焊縫：對板件邊緣角焊縫：tmin 6mm：hf,max tmin (12)mm鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.角焊縫最大計算長度和最小計算長度角焊縫最大計算長度和最小計算長度lw,min 8hf 和和 40mmlw,max 60hf (靜力或間接動力荷載靜力或間接動力荷載)40hf (直接動力荷載直接動力荷載)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.4.2 角焊縫的計算角焊縫的計算3.4.2.1 角焊縫強度表達式角焊縫強度表達式 假設角焊縫的破壞面均位于假設角焊縫的破壞面均位于45喉部截面，其焊縫有效面積喉部截面，其焊縫有效面積為為 Ae=0.7hf lw。應力在截面上是均勻分布的。應力在截面上是均勻分布的。角焊縫的強度設計值統(tǒng)一采用角焊縫的強度設計值統(tǒng)一采用 ，不區(qū)別不區(qū)別抗拉、抗壓和抗剪?？估⒖箟汉涂辜?。1 基本假設基本假設：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2 角焊縫的應力分析角焊縫的應力分析 P(b)(c)(a)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件由由 Nx f 式中：he 焊縫有效厚度，he=0.7hf。3 公式推導過程自學公式推導過程自學 教材教材 P鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件由由 Ny f 鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 f 正面角焊縫的強度增大系數，對于承受靜正面角焊縫的強度增大系數，對于承受靜力或間接動力的結構取力或間接動力的結構取1.22，對于承受直，對于承受直接動力荷載的結構取接動力荷載的結構取1.0。4 角焊縫基本計算公式角焊縫基本計算公式鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.4.2.2 角焊縫的計算角焊縫的計算 P1.軸心力作用時角焊縫的計算軸心力作用時角焊縫的計算A.正面或側面角焊縫正面或側面角焊縫式中：式中：f 正面角焊縫取正面角焊縫取 1.22；側面角焊縫取側面角焊縫取1.0。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件B.兩個方面力綜合作用時兩個方面力綜合作用時式中：(對豎直焊縫對豎直焊縫)(對水平焊縫對水平焊縫)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件C.當用角鋼連接時當用角鋼連接時(1)采用兩面?zhèn)群笗r采用兩面?zhèn)群笗r兩面?zhèn)群竷擅鎮(zhèn)群?鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件M=0：式中：式中：b 角鋼肢寬角鋼肢寬；Z0 角鋼形心矩；角鋼形心矩；1,2 角鋼肢背、肢尖焊縫內力分配系數角鋼肢背、肢尖焊縫內力分配系數。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件角鋼兩側角焊縫的內力分配系數表表3.2角 鋼 類 型等邊不等邊不等邊連 接 情 況分配系數角鋼肢背1角鋼肢尖20.700.300.750.250.650.35鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件(2)當采用三面圍焊時當采用三面圍焊時三面圍焊三面圍焊鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件假設假設hf 3，M=0：再假設再假設hf 1，hf 2(通常取通常取hf 1=hf 2=hf 3)，則有則有鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖圖3.16 角鋼與連接板的角焊縫連接角鋼與連接板的角焊縫連接(c)L形圍焊形圍焊(3)采用采用L圍焊時圍焊時鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件由三面圍焊結論：由三面圍焊結論：令上式為零，則：令上式為零，則：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件例例2 如如圖圖所所示示雙雙角角鋼鋼支支撐撐拉拉桿桿，承承受受軸軸心心拉拉力力N=700kN(設設計計值值，間間接接動動力力荷荷載載)，試試設設計計其其與與節(jié)節(jié)點點板板的的連連接接角角焊焊縫縫。已已知知鋼鋼材材為為Q235AF，焊焊條條E為為43型。型。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件分析分析 設計角鋼連接角焊縫的型式，因此有三種設計角鋼連接角焊縫的型式，因此有三種不同型式可供采用：不同型式可供采用：兩面?zhèn)群?；兩面?zhèn)群?；三面圍焊；三面圍焊；L形圍焊。形圍焊。通常解此類題型是先假設焊腳尺寸后，再求通常解此類題型是先假設焊腳尺寸后，再求焊縫的長度。焊縫的長度。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件已知條件已知條件 荷載設計值及其性質；荷載設計值及其性質；連接板及角鋼的尺寸。連接板及角鋼的尺寸。解：一、按構造要求，確定角焊縫焊腳尺寸范圍解：一、按構造要求，確定角焊縫焊腳尺寸范圍已知：節(jié)點板已知：節(jié)點板 t=14mm,角鋼角鋼 t1=10mmhf,max=t1 1=9mm(角鋼尖和角鋼端部角鋼尖和角鋼端部)。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件二、角焊縫設計二、角焊縫設計1.用側面角焊縫用側面角焊縫等邊角鋼，正反面角焊縫，每面需要：等邊角鋼，正反面角焊縫，每面需要：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件實用角焊縫已標于圖中：實用角焊縫已標于圖中：角鋼背：角鋼背：12200(12 190=2280mm2 2188mm2)角鋼尖：角鋼尖：6170(6 160=960mm2 938mm2)。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件如題中未給出焊腳尺寸，則設角鋼背焊腳尺寸為如題中未給出焊腳尺寸，則設角鋼背焊腳尺寸為 12mm，長長lw1，設角鋼尖焊腳尺寸為，設角鋼尖焊腳尺寸為6mm，長長lw2考慮無引弧板：考慮無引弧板：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件N3=2 0.7 8 90 160 1.22=196.76kN2.采用三面圍焊采用三面圍焊設全部角焊縫焊腳尺寸為設全部角焊縫焊腳尺寸為8mm鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件實用：實用：l1=lw1+5=214mm，取取215mml2=lw2+5=68mm，取取70mml3=b=90mm鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.L形圍焊形圍焊因內力較大，需因內力較大，需hf3過大，不能采用過大，不能采用L形圍焊形圍焊。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.4.2.3 彎矩、剪力和軸力共同作用時的角焊縫計算彎矩、剪力和軸力共同作用時的角焊縫計算 矩形截面矩形截面將綜合作用分解為各力單獨作用之和有：將綜合作用分解為各力單獨作用之和有：3.4.2 角焊縫的計算角焊縫的計算鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.4.2.3 彎矩、剪力和軸力共同作用時的角焊縫計算彎矩、剪力和軸力共同作用時的角焊縫計算(1)偏心軸力作用下角焊縫強度計算NeNx xNy yMANxNxM MNyNyh he eh he et t鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件(2)V、M共同作用下焊縫強度計算共同作用下焊縫強度計算h1fAfAfBfBf f對于對于A點：點：式中：式中：I Iw w全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩；全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩；h h1 1兩翼緣焊縫最外側間的距離。兩翼緣焊縫最外側間的距離。xxh h2BBAh1MeFVM鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件對于對于B點：點：強度驗算公式：強度驗算公式：式中：式中：h h2 2、llw,2w,2腹板焊縫的計算長度；腹板焊縫的計算長度；h he,2e,2腹板焊縫截面有效高度。腹板焊縫截面有效高度。h1f1f1f2f2f fxxh h2BBAh1MVM鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件yeNxVFAOA三、扭矩、剪力和軸力共同作用三、扭矩、剪力和軸力共同作用圖3.21 扭矩、剪力和軸心力共同作用時搭接接頭的角焊縫=yT=VeOxyyxNVO鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件假定假定:A A、被連接件絕對剛性，焊縫、被連接件絕對剛性，焊縫為彈性，即：為彈性，即：T T作用下被連作用下被連接件有繞焊縫形心旋轉的趨接件有繞焊縫形心旋轉的趨勢；勢；B B、T T作用下焊縫群上任意點的作用下焊縫群上任意點的應力方向垂直于該點與焊縫應力方向垂直于該點與焊縫形心的連線，且大小與形心的連線，且大小與r r成成正比；正比；C C、在、在V V作用下，焊縫群上的應作用下，焊縫群上的應力均勻分布。力均勻分布。3 T、V共同作用下共同作用下將將F F向焊縫群形心向焊縫群形心簡化得簡化得:V=F V=F T=F(e T=F(e1 1+e+e2 2)Fe1e2x0ll1ll2xxyyAA0TVr故：該連接的設計控制點故：該連接的設計控制點 為為A A點和點和A A點點鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件xxyyrrxryATAxTAxTAyTAyTATA0VyVyh he eT作用下作用下A點應力點應力:將其沿將其沿x x軸軸和和y y軸分解軸分解:e2x0ll1ll2xxyyAA0TVr鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件剪力剪力V作用下作用下,A,A點應力點應力:A A點垂直于焊縫長度方點垂直于焊縫長度方向的應力為向的應力為:A A點平行于焊縫長度方點平行于焊縫長度方向的應力為向的應力為:強度驗算公式：強度驗算公式：思考思考:以上計算方法為近似計算，為什么以上計算方法為近似計算，為什么?V VxxyyrrxryATAxTAxTAyTAyTATA0VyVyh he e鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件根據角焊縫強度的基本公式：根據角焊縫強度的基本公式：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件例例3 試設計圖示柱牛腿與柱的連接角焊縫。已試設計圖示柱牛腿與柱的連接角焊縫。已知知 F=250kN(設計值，直接動力荷載設計值，直接動力荷載)，e=0.4m，鋼材鋼材Q235B，焊條焊條E4316型。型。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖3.20鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件已知條件已知條件 荷載設計值及性質；焊縫形狀及尺寸；荷載設計值及性質；焊縫形狀及尺寸；求解求解 焊腳厚度焊腳厚度hf。解：M=Fe=250 0.4=100kN mV=F=250kN一、求等效荷載：一、求等效荷載：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件二、計算焊縫截面幾何特征二、計算焊縫截面幾何特征計算時注意無引弧板計算時注意無引弧板If =0.7 hf (2 3003/12+2 190 1622+4 90 1502)=15.80 106 hf mm4Aw=2 0.7hf 300mm2設焊縫焊腳尺寸為設焊縫焊腳尺寸為hf鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件A點：點：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件B點：點：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 動力荷載動力荷載 Bf =1.0鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件計算假定：計算假定：計算假定：計算假定：N、V由焊縫全截面均勻承擔。由焊縫全截面均勻承擔。連接為絕對剛性，焊縫處于彈性工作狀態(tài)連接為絕對剛性，焊縫處于彈性工作狀態(tài)；根據假設根據假設，焊縫群最不利點是，焊縫群最不利點是A點點式中：式中：r A點的半徑點的半徑IP=Ix+Iy 角焊縫有效截面的極慣性矩。角焊縫有效截面的極慣性矩。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件例例4 試試設設計計圖圖示示厚厚度度為為12mm的的支支托托板板和和柱柱搭搭接接的的角角焊焊縫縫，作作用用力力F=100kN(設設計計值值，靜靜力力)至至柱柱翼翼緣緣邊邊距距離離為為200mm，鋼鋼材材Q235，焊條焊條E43系列。系列。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖圖 3.221220200100F220 x0y95鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件假設焊腳尺寸為假設焊腳尺寸為 hf一、計算形心一、計算形心O的位置的位置根據材料力學，在忽略焊腳尺寸的影響后有：根據材料力學，在忽略焊腳尺寸的影響后有：已知條件已知條件：荷載設計值及性質，焊縫形式及尺寸；：荷載設計值及性質，焊縫形式及尺寸；求解求解：焊腳尺寸。：焊腳尺寸。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件二、計算有效焊縫截面幾何特征二、計算有效焊縫截面幾何特征鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件三、焊腳尺寸計算三、焊腳尺寸計算鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 3.4 殘余應力和殘余變形殘余應力和殘余變形3.4.1 產生的原因產生的原因鋼結構在焊接過程中，局部區(qū)域受到高溫作用，鋼結構在焊接過程中，局部區(qū)域受到高溫作用，引起不均勻的加熱和冷卻，使構件產生焊接變形引起不均勻的加熱和冷卻，使構件產生焊接變形焊接殘余應力有縱向、橫向和沿厚度方向之分。焊接殘余應力有縱向、橫向和沿厚度方向之分?？v向縱向鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件橫向焊接殘余應力橫向焊接殘余應力沿厚度方向焊接殘余應力沿厚度方向焊接殘余應力鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.4.23.4.2焊接殘余應力影響焊接殘余應力影響（1 1）對結構靜力強度的影響。鋼材有一定塑性，在靜荷）對結構靜力強度的影響。鋼材有一定塑性，在靜荷載作用下，焊接殘余應力不影響結構的靜力強度，對承載載作用下，焊接殘余應力不影響結構的靜力強度，對承載能力沒有影響。能力沒有影響。（2 2）對結構剛度的影響。構件上的焊接殘余應力會降低）對結構剛度的影響。構件上的焊接殘余應力會降低結構的剛度。結構的剛度。（3 3）對低溫冷脆的影響。焊接殘余應力對低溫冷脆的影）對低溫冷脆的影響。焊接殘余應力對低溫冷脆的影響經常是決定性的，必須引起足夠的重視。響經常是決定性的，必須引起足夠的重視。（）對疲勞強度的影響。焊接殘余應力對結構的疲勞強度有明顯不利影響。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件焊接殘余變形焊接殘余變形鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.4.4減少焊接殘余應力和焊接殘余變形的方法1、合理的焊縫設計合理的焊縫設計合理地選擇焊縫的尺寸和形式盡可能減少不必要焊縫合理地安排焊縫的位置盡量避免焊縫的過分集中和交叉盡量避免在母材厚度方向的收縮應力2 2 合理的工藝措施合理的工藝措施采用合理的焊接順序和方向采用反變形法減小焊接殘余變形或焊接殘余應力錘擊或輾壓焊縫，使焊縫得到延伸，從而降低焊接應力小尺寸焊件，焊前預熱，或焊后回火接殘余應力和焊接殘余變形。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件5 普通螺栓連接的構造和計算普通螺栓連接的構造和計算3.5.1 普通螺栓連接的構造普通螺栓連接的構造1 普通螺栓的規(guī)格普通螺栓的規(guī)格表示方法：表示方法：標準螺栓直徑：標準螺栓直徑：M12、(14)、16、(18)、20、(22)、24、27、30mm等等A、B、級、級 5.6 或或 8.8級級 do-d0.30.5mmC 級級 4.6或或 4.8級級 do-d13mmM+公稱直徑公稱直徑分為分為:A、B、C三個級別三個級別鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件高強度螺栓規(guī)格（簡介）高強度螺栓規(guī)格（簡介）材料由材料由4545號、號、40B40B和和20MnTiB20MnTiB鋼鋼 熱處理熱處理4545號號8.88.8級；級；40B40B和和20MnTiB20MnTiB10.910.9級級 （a a）大六角頭螺栓）大六角頭螺栓 （b b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2 螺栓的排列形式螺栓的排列形式1.受力要求受力要求2.構造要求構造要求3.施工要求施工要求3.5.1 普通螺栓連接的構造普通螺栓連接的構造A A 并列并列中距中距中距中距邊距邊距邊距邊距端距端距B B 錯列錯列鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件邊距中距中距邊距端距中距中距邊距邊距端距中距acacee2e1e2e1(a)(b)螺螺栓栓的的排排列列鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖3.22 鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖3.22 鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.5.2、普通螺栓連接的受力性能和計算、普通螺栓連接的受力性能和計算傳傳力力方方式式受剪螺栓連接：受剪螺栓連接：靠栓桿受剪，靠栓桿受剪，孔壁承壓傳力?？妆诔袎簜髁ΑＪ芾菟ㄟB接：受拉螺栓連接：靠栓桿沿桿軸靠栓桿沿桿軸方向受拉傳力。方向受拉傳力。拉剪螺栓連接：拉剪螺栓連接：兼有兩種形式。兼有兩種形式。FNF鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件1 受剪螺栓連接受剪螺栓連接破壞形式破壞形式鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件（1 1）螺栓桿被剪壞）螺栓桿被剪壞 栓桿較細而板件較厚時栓桿較細而板件較厚時N/2NN/2NNNN（2 2）孔壁的擠壓破壞）孔壁的擠壓破壞 栓桿較粗而板件較薄時栓桿較粗而板件較薄時（3 3）板件被拉斷）板件被拉斷截面削弱過多時截面削弱過多時 以上破壞形式予以計算解決。以上破壞形式予以計算解決。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件（4 4）板件端部被剪壞）板件端部被剪壞(拉豁拉豁)端矩過小時；端矩不應小于端矩過小時；端矩不應小于2d2dO ONN（5 5）栓桿彎曲破壞）栓桿彎曲破壞 螺栓桿過長；栓桿長度不應大于螺栓桿過長；栓桿長度不應大于5d5d這這兩兩種種破破壞壞構構造造解解決決N/2NN/2鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件(1)栓桿剪斷栓桿剪斷(2)孔壁擠壓壞孔壁擠壓壞(3)鋼板拉斷鋼板拉斷(4)端部鋼板剪斷端部鋼板剪斷(5)柱桿受彎破壞柱桿受彎破壞計算滿足計算滿足構造保證構造保證鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2.計算方法計算方法(1)單個受剪螺栓的承載力設計值單個受剪螺栓的承載力設計值 抗剪承載力設計值抗剪承載力設計值假定：螺栓受剪面上的剪應力為均勻分布假定：螺栓受剪面上的剪應力為均勻分布式中：式中：nv 受剪數目，單剪受剪數目，單剪nv=1，雙剪雙剪nv=2。N/2NN/2鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件(a)(b)t5t3t1t2t4(c)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 承壓承載力設計值承壓承載力設計值假定：承壓應力沿螺栓直徑的投影面均勻分布假定：承壓應力沿螺栓直徑的投影面均勻分布式中：式中：t 在同一受力方向的承壓構件中的較在同一受力方向的承壓構件中的較小總厚度。小總厚度。d鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件(2)螺栓群的受剪螺栓連接計算螺栓群的受剪螺栓連接計算 軸心力作用時軸心力作用時圖圖3.25 3.25 螺栓群受軸心力作用時受剪螺栓螺栓群受軸心力作用時受剪螺栓NNNNbt1t1l1tI II IIII II III(a)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件A.確定螺栓需要數目確定螺栓需要數目B.驗算鋼板凈截面強度驗算鋼板凈截面強度式中：式中：An 構件或連接板的凈截面積。構件或連接板的凈截面積。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 并列布置并列布置：構件截面：構件截面：An=(b n1d0)t 連接板截面：連接板截面：An=2(b n1d0)t1 A A 并列并列中距中距中中距距邊距邊距邊距邊距端距端距 錯列布置：錯列布置：I IIeeeee1e1baNNNNt1tt1I II(b)1111鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 受偏心力作用時受偏心力作用時yeFOxxxT=Feyyx1y1OO假定：剛性，彈性體，受扭所有螺栓均繞螺栓群形心假定：剛性，彈性體，受扭所有螺栓均繞螺栓群形心O旋轉。旋轉。TxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 受剪時受剪時鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件1 受拉螺栓連接受拉螺栓連接1）受力性能和破壞形式受力性能和破壞形式3.5.2、普通螺栓連接的受力性能和計算、普通螺栓連接的受力性能和計算鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2.計算方法計算方法(1)單個受拉螺栓的承載力設計值單個受拉螺栓的承載力設計值式中：式中：Ae,de 螺栓螺紋處有效面積和直徑。螺栓螺紋處有效面積和直徑。dedndmd鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 受偏心力作用時受偏心力作用時N1maxN2N3NiN1maxy1y1y2yiFNeMV11刨光頂緊支托OA.小偏心小偏心(2)螺栓群的受拉螺栓連接計算螺栓群的受拉螺栓連接計算 受軸心拉力作用時受軸心拉力作用時鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件受彎時中和軸位于螺栓群形心受彎時中和軸位于螺栓群形心O處處式中：m 螺栓列數。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件受拉時每個螺栓均勻受力：受拉時每個螺栓均勻受力：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件B.大偏心大偏心N1maxN2Niynyiy2y1eF O11V 中和軸位于最下一排螺栓處，則中和軸位于最下一排螺栓處，則鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件中和軸位于最下一排螺栓處，則中和軸位于最下一排螺栓處，則鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件(三三)拉剪螺栓連接拉剪螺栓連接重要連接重要連接 用支托板承受剪力。用支托板承受剪力。次要連接次要連接 滿足相關方程。滿足相關方程。3.5.2、普通螺栓連接的受力性能和計算、普通螺栓連接的受力性能和計算鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖3.31鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件例例5 試設計一試設計一C級螺栓的搭接接頭。作用力級螺栓的搭接接頭。作用力設計值設計值F=230kN，偏心距偏心距e=300mm。材料材料Q235鋼。鋼。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖圖3.27鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件解解 試選試選M20螺栓，螺栓，d0=21.5mm，縱向排列，縱向排列，采用比中距最小容許距離采用比中距最小容許距離3d0稍大的尺寸，稍大的尺寸，以增長力臂。以增長力臂。單個受剪螺栓的抗剪和承壓承載力設計值：單個受剪螺栓的抗剪和承壓承載力設計值：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件因y1=30cm 3x1=35=15cm，得鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件例例6 試試設設計計一一屋屋架架下下弦弦端端板板和和柱柱翼翼緣緣板板的的C級級螺螺栓栓連連接接。豎豎向向剪剪力力V=250kN 由由支支托托承承受受，螺栓只承受水平拉力螺栓只承受水平拉力F=420200=220kN。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件420kNN1max580=400e=320e=120320kN250200OO圖 3.30鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件解解 初初選選12個個M20螺螺栓栓，d0=21.5mm。并并按按圖圖中中所所示示尺尺寸寸排排列列，中中距距比比最最小小容容許許距距離離3d0稍稍大大。e=12cm。先先按按小小偏偏心心情情況況計計算算。單單個個螺栓的抗拉承載力設計值。螺栓的抗拉承載力設計值。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件須改按大偏心情況計算，即假定中和軸在最上須改按大偏心情況計算，即假定中和軸在最上一排螺栓軸線一排螺栓軸線O 處，處，e=32cm。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3 36 6 高強度螺栓連接計算高強度螺栓連接計算3.6.13.6.1、高強度螺栓的工作性能及單栓承載力、高強度螺栓的工作性能及單栓承載力 1 1、按受力特征的不同按受力特征的不同高強度螺栓分為兩類：高強度螺栓分為兩類：摩擦型高強度螺栓摩擦型高強度螺栓通過板件間摩擦力傳遞內力通過板件間摩擦力傳遞內力，破壞準則為克服摩擦力破壞準則為克服摩擦力；承壓型承壓型高強度螺栓高強度螺栓受力特征與普通螺栓類似受力特征與普通螺栓類似。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2 2、高強度螺栓預拉力的確定、高強度螺栓預拉力的確定 高強度螺栓預拉力是根據螺栓桿的高強度螺栓預拉力是根據螺栓桿的有效抗拉強有效抗拉強度度確定的，并考慮了以下修正系數：確定的，并考慮了以下修正系數：考慮材料的不均勻性的折減系數考慮材料的不均勻性的折減系數0.90.9；為防止施工時超張拉導致螺桿破壞的折減系數為防止施工時超張拉導致螺桿破壞的折減系數0.90.9；考慮擰緊螺帽時，螺栓桿上產生的剪力對抗拉強度考慮擰緊螺帽時，螺栓桿上產生的剪力對抗拉強度的降低除以系數的降低除以系數1.21.2。附加安全系數附加安全系數0.90.9。因此，預拉力：因此，預拉力：A Ae e螺紋處有效截面積；螺紋處有效截面積；f fu u螺栓熱處理后的最抵抗拉強度；螺栓熱處理后的最抵抗拉強度；8.88.8級，取級，取f fu u=830N/mm=830N/mm2 2，10.910.9級，取級，取f fu u=1040N/mm=1040N/mm2 2鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3 3、高強度螺栓摩擦面抗滑移系數、高強度螺栓摩擦面抗滑移系數F摩擦型高強度螺栓是通過板件間摩擦力傳遞內力的，摩擦型高強度螺栓是通過板件間摩擦力傳遞內力的，而摩擦力的大小取決于板件間的擠壓力（而摩擦力的大小取決于板件間的擠壓力（P P）和板件）和板件間的抗滑移系數間的抗滑移系數 ；F板件間的抗滑移系數與接觸面的處理方法和構件鋼板件間的抗滑移系數與接觸面的處理方法和構件鋼號有關，號有關，其大小隨板件間的擠壓力的減小而減小其大小隨板件間的擠壓力的減小而減??；規(guī)范給出了不同鋼材在不同接觸面的處理方法下的規(guī)范給出了不同鋼材在不同接觸面的處理方法下的抗滑移系數抗滑移系數,如下表如下表鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件4 4、高強度螺栓抗剪連接的工作性能和單栓承載力、高強度螺栓抗剪連接的工作性能和單栓承載力(1)(1)抗剪連接工作性能抗剪連接工作性能 受力過程與普通螺栓相似，受力過程與普通螺栓相似，分為四個階段：分為四個階段：摩擦傳力的彈性摩擦傳力的彈性階段階段、滑移階段滑移階段、栓桿傳力的彈栓桿傳力的彈性階段性階段、彈塑性階段彈塑性階段。但比較兩條但比較兩條N N曲線可知，曲線可知，由于高強度螺栓因連接件間存在由于高強度螺栓因連接件間存在很大的摩擦力，故其第一個階段很大的摩擦力，故其第一個階段遠遠大于普通螺栓。遠遠大于普通螺栓。abNN/2N/2鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件abNN/2N/2式中：式中：0.90.9抗力分項系數抗力分項系數R R的倒的倒 數數(R R=1.111);=1.111);n nf f傳力摩擦面數目傳力摩擦面數目;-摩擦面抗滑移系數摩擦面抗滑移系數;P P預拉力設計值預拉力設計值.（2 2）抗剪連接單栓承載力（摩擦型）抗剪連接單栓承載力（摩擦型）鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件單栓抗剪承載力：單栓抗剪承載力：抗剪承載力抗剪承載力：承壓承載力承壓承載力：（2 2）抗剪連接單栓承載力（承壓型）抗剪連接單栓承載力（承壓型）鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件5 5、高強度螺栓抗拉連接工作性能和單栓承載力、高強度螺栓抗拉連接工作性能和單栓承載力NPCP+P=Pf fC-C=Cf fNtA、摩擦型高強度螺栓的單栓抗拉承載力為摩擦型高強度螺栓的單栓抗拉承載力為：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件B、承壓型高強度螺栓的單栓抗拉承載力，因其破承壓型高強度螺栓的單栓抗拉承載力，因其破壞準則為螺栓桿被拉斷，故計算方法與普通螺栓壞準則為螺栓桿被拉斷，故計算方法與普通螺栓相同，即：相同，即：式中：式中：A Ae e-螺栓桿的有效截面面積；螺栓桿的有效截面面積；d de e-螺栓桿的有效直徑；螺栓桿的有效直徑；f ft tb b高強度螺栓的抗拉強度設計值。高強度螺栓的抗拉強度設計值。上式的計算結果與上式的計算結果與0.8P相差不多。相差不多。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件（1 1）高強度螺栓摩擦型連接）高強度螺栓摩擦型連接6 6、高強度螺栓連接在拉力和剪力共同作用下的工作、高強度螺栓連接在拉力和剪力共同作用下的工作性能和單栓承載力性能和單栓承載力鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件（2 2）高強度螺栓承壓型連接）高強度螺栓承壓型連接 對于高強度螺栓承壓型連接在剪力和拉力共同對于高強度螺栓承壓型連接在剪力和拉力共同作用下計算方法與普通螺栓相同。作用下計算方法與普通螺栓相同。為了防止孔壁的承壓破壞，應滿足：為了防止孔壁的承壓破壞，應滿足：系數系數1.21.2是考慮由于外拉力的存在導致高強度螺栓的是考慮由于外拉力的存在導致高強度螺栓的承壓承載力降低的修正系數承壓承載力降低的修正系數。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件二、高強度螺栓群的抗剪計算二、高強度螺栓群的抗剪計算1 1、軸心力作用、軸心力作用 假定各螺栓受力均勻，故所需螺栓數：假定各螺栓受力均勻，故所需螺栓數：對于摩擦型連接：對于摩擦型連接：對于承壓型連接：對于承壓型連接：NN鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件NNbt tt t1 1b1 高強度螺栓群軸心力作用下高強度螺栓群軸心力作用下,為了防止板件被拉斷為了防止板件被拉斷尚應進行板件的凈截面驗算尚應進行板件的凈截面驗算.A A、高強度螺栓摩擦型連接、高強度螺栓摩擦型連接主板的危險截面為主板的危險截面為1-1截面。截面。11考慮孔前傳力考慮孔前傳力50%得：得：1-1截面的內力為：截面的內力為：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2 2、扭矩或扭矩、剪力共同作用下扭矩或扭矩、剪力共同作用下 計算方法與普通螺栓相同，即：計算方法與普通螺栓相同，即：FTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F剪力剪力F作用下每個螺栓受力作用下每個螺栓受力：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件三、高強度螺栓群的抗拉計算三、高強度螺栓群的抗拉計算1 1、軸心力作用、軸心力作用 假定各螺栓均勻受力，故所需假定各螺栓均勻受力，故所需螺栓數：螺栓數：N2 2、彎矩作用下、彎矩作用下 由于高強度螺栓的抗拉承載力一般總小于其預拉由于高強度螺栓的抗拉承載力一般總小于其預拉力力P P，故在彎矩作用下，連接板件接觸面始終處于緊密，故在彎矩作用下，連接板件接觸面始終處于緊密接觸狀態(tài)，彈性性能較好，可認為是接觸狀態(tài)，彈性性能較好，可認為是一個整體一個整體,所以假所以假定定連接的中和軸與螺栓群形心軸重合連接的中和軸與螺栓群形心軸重合，最外側螺栓受，最外側螺栓受力最大。力最大。M鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件MM1234y1y2N1N2N3N4受壓區(qū)受壓區(qū)中中和和軸軸由力學可得：由力學可得：因此，設計時只要滿足下式即可：因此，設計時只要滿足下式即可：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3 3、偏心拉力作用下、偏心拉力作用下 偏心力偏心力作用下的高強度螺栓連接，螺栓最大拉力不應大作用下的高強度螺栓連接，螺栓最大拉力不應大于于0.8P，以保證板件緊密貼合，端板不會被拉開，所以，以保證板件緊密貼合，端板不會被拉開，所以摩擦型和承壓型均可采用以下方法摩擦型和承壓型均可采用以下方法（疊加法疊加法）計算計算:Ne1234M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和軸軸M作用下作用下N作用下作用下鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件四、高強度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的連接計算四、高強度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的連接計算NV單個螺栓所受的剪力：單個螺栓所受的剪力：單個螺栓所受的拉力：單個螺栓所受的拉力：1234NVN作用下作用下V作用下作用下鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件6 高強度螺栓連接的計算高強度螺栓連接的計算 S表示高強度螺栓表示高強度螺栓公稱抗拉強度公稱抗拉強度 f0.2與與 fu 之比的之比的10倍倍公稱抗拉強度公稱抗拉強度 fu 的的1/100性能等級按熱處性能等級按熱處理后強度劃分為理后強度劃分為10.9 S8.8 S鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件摩擦型高強度螺栓摩擦型高強度螺栓承壓型高強度螺栓承壓型高強度螺栓受剪螺栓連接受剪螺栓連接受拉螺栓連接受拉螺栓連接拉剪螺栓連接拉剪螺栓連接傳力方式傳力方式受力特點受力特點鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件一、摩擦型高強度螺栓連接一、摩擦型高強度螺栓連接1.受剪高強度螺栓連接的受力性能和計算受剪高強度螺栓連接的受力性能和計算(1)受力情況受力情況連接彈性性能好，在相對滑移前承載力高，連接彈性性能好，在相對滑移前承載力高，且剪切變形小，耐疲勞。且剪切變形小，耐疲勞。承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài) 摩阻力剛被克服，連接摩阻力剛被克服，連接即將產生相對滑移。即將產生相對滑移。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件(2)計算方法計算方法 單個高強度螺栓的抗剪承載力設計值單個高強度螺栓的抗剪承載力設計值式中：式中：摩擦面的抗滑移系數；摩擦面的抗滑移系數；nf 傳力摩擦面數目傳力摩擦面數目；P 螺栓予拉力。螺栓予拉力。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 螺栓群的受剪高強度螺栓連接計算螺栓群的受剪高強度螺栓連接計算與普通螺栓受剪連接計算完全一樣，只與普通螺栓受剪連接計算完全一樣，只需將需將 換成換成 即可即可。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖3.31鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件毛截面：毛截面：第一凈截面第一凈截面：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件例例7 如如圖圖所所示示，摩摩擦擦型型高高強強螺螺栓栓連連接接。鋼鋼材材為為 Q235A，8.8級級M20螺螺栓栓?？卓讖綇絛0=21.5mm。摩摩擦擦面面為為噴噴丸丸后后生生赤赤銹銹。承承受受恒恒載載標標準準值值PGK=35kN，活活載載標標準準值值PQK=210kN。設設計計此此螺栓連接。螺栓連接。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件120306030454560圖圖3.22N1612081208120鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件解 一、求單個螺栓抗剪承載力一、求單個螺栓抗剪承載力鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件二、承受荷載設計值二、承受荷載設計值鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件三、需要螺栓數目三、需要螺栓數目按構造要求排列如圖所示。按構造要求排列如圖所示。取邊距為取邊距為1.5d0 30mm，螺栓距螺栓距3d0 60mm，端距端距2d0 45mm。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件四、凈截面強度驗算四、凈截面強度驗算鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2.受拉高強度螺栓連接的計算受拉高強度螺栓連接的計算(1)單個高強度螺栓的抗拉承載力設計值單個高強度螺栓的抗拉承載力設計值(2)螺栓群的受拉高強度螺栓連接計算螺栓群的受拉高強度螺栓連接計算 受軸心荷載時受軸心荷載時(與普通螺栓群完全一樣與普通螺栓群完全一樣)鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件 受偏心荷載作用時，不區(qū)分大、小偏心，一受偏心荷載作用時，不區(qū)分大、小偏心，一律按普通螺栓連接時小偏心的情況計算，即律按普通螺栓連接時小偏心的情況計算，即取中和軸位于螺栓群形心取中和軸位于螺栓群形心O處。處。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.拉剪高強度螺栓連接的計算拉剪高強度螺栓連接的計算(1)單個拉剪高強度螺栓的抗剪承載力設計值單個拉剪高強度螺栓的抗剪承載力設計值式中：式中：Nt 0.8P鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件(2)螺栓群的拉剪高強度螺栓連接計算螺栓群的拉剪高強度螺栓連接計算圖圖3.33M=FeV=FFy2y1Nt1Nt2鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件例例8 試設計一梁和柱的摩擦型高強度螺栓連接，試設計一梁和柱的摩擦型高強度螺栓連接，承受的彎矩和剪力設計值為承受的彎矩和剪力設計值為M=105kNm、V=720kN。構件材料構件材料Q235鋼。鋼。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件圖圖3.34鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件解解 試選試選12個個20MnTiB鋼鋼M22螺栓螺栓(10.9級級)，并，并采用圖中的尺寸排列。構件接觸面的處理方采用圖中的尺寸排列。構件接觸面的處理方法采用噴砂后生赤銹。法采用噴砂后生赤銹。不滿足。不滿足。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件由比例關系可得：由比例關系可得：鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件二、承壓型高強度螺栓連接二、承壓型高強度螺栓連接1.受剪高強度螺栓連接受剪高強度螺栓連接承承承承載載載載力力力力極極極極限限限限狀狀狀狀態(tài)態(tài)態(tài)態(tài) 摩摩擦擦力力被被克克服服，連連接接產產生生滑滑移移后后，由由栓栓桿桿受受剪剪和和孔孔壁承壓直至破壞。壁承壓直至破壞。鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件單個承壓型高強度螺栓抗剪承載力設計值單個承壓型高強度螺栓抗剪承載力設計值鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件2.受拉高強度螺栓連接受拉高強度螺栓連接鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件3.拉剪高強度螺栓連接拉剪高強度螺栓連接鋼結構基本原理鋼結構基本原理系列課件系列課件分章頁3-4