第3章 连接-5钢结构
钢结构基础知识ppt课件
缺点：焊缝附近钢材因焊接高温作用形成的热影响
区可能是某些部位材质变脆；焊接过程中钢材受到分布 不均匀的高温和冷却，使结构产生焊接残余应力和残余 变形，对结构的承载力、刚度和使用性能有一定影响； 焊接结构由于刚度大，局部裂纹一经发生很容易扩展到 整体，尤其是在低温下易发生脆断；焊缝连接的塑性和 韧性较差，施焊时可能产生缺陷，使疲劳强度降低。
《钢结构基础与识图》
钢结构的主要连接形式
钢结构的连接方法
钢结构的连接方法有焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接三种。
焊缝连接
螺栓连接
铆钉连接
中新房华构住工
《钢结构基础与识图》
§4-1 焊缝连接
焊缝连接是通过电弧产生的热量使焊条和焊件局部 熔化，经冷却凝结成焊缝，从而将焊件连接成为一体。
优点：不削弱构件截面，节约钢材，构造简单，制
（a）
（b）
角焊缝截面形式 （a）普通式；（b）平坡式；（c）深熔式
（c）
中新房华构住工
《钢结构基础与识图》
（2）角焊缝的构造要求
1）最小焊脚尺寸 角焊缝的焊脚尺寸与焊件的厚度有关，当焊件较厚而焊 脚尺寸又过小时，焊缝内部将因冷却过快而产生淬硬组织，降低塑性，容易 形成裂纹。因此，角焊缝的最小焊脚尺寸应满足hf min1.5 tmax,tmax为较厚焊件 厚度（单位mm）。对自动焊因热量集中，熔深较大，可减小1mm；T形连接 的单面焊缝的性能较差，应增加1mm；当焊件厚度等于或小于4mm时，应与 焊件厚度相同。
中新房华构住工
《钢结构基础与识图》
§2-2 钢结构的主要结构类型
钢结构依其结构布置及受力特点的不同，主要分为以 下几类：
钢结构计算表
梁中钢板
-400*20 -12 -300*20 t=12 t=10 t=6 t=12 t=22 t=12
100
H800*12*400 *20*300*20
-400*20
-12
-300*20
t=12
t=10
t=6
Q345B
（四）
DCL与牛腿连接 板（中跨）
120
梁中间拼接板
t=10
吊车梁底钢板
吊车梁底钢板 （设置柱下间 支撑）
Kg/m2 2041.7536
64
64
109.9
Kg/m2 704.977728
64
64
109.9
Kg/m3 3939.097344
64
64
125.6
Kg/m2 1041.77664
4.2 中轴柱中节点 32
牛腿钢板
t=10
牛腿钢板
t=16
牛腿钢板
t=16
牛腿钢板
t=14
牛腿钢板
t=14
牛腿钢板
-360*360*16
0.075
4
0.08*0.0 8*6
0.038
4
1.09*0.5 5
0.5995
4
0.1
0.100
4
4
141.3
Kg/m2 228.906
4
94.2
Kg/m2
64.056
4
94.2
Kg/m2
28.26
4
157
Kg/m2 24.1152
4
196.25
Kg/m2 470.6075
4
17.24
Kg/m
6.896
总重量
《钢结讲义构》课件第三章钢结构的连接
第一节 概 述
轴心受力构件分轴心受拉及受压两类构件，作为一种受力构 件，就应满足承载能力与正常使用两种极限状态的要求。
正常使用极限状态的要求用构件的长细比来控制；承载能力 极限状态包括强度、整体稳定、局部稳定三方面的要求。
稳定问题是钢构件的重点问题，所有钢构件都涉及到稳定问 题，是钢构件设计的重点与难点。本章将简单讲述钢结构的 钢结构稳定理论的一般概念，为下序章节打基础。
精品
《钢结构》课件第 三章钢结构的连接
二、受力性能与计算
1、受力分类
螺栓根据作用不同，按螺栓受力可以分为：受剪、受拉及 剪拉共同作用
2、受剪连接 受力性能与破坏形式 五种破坏形式
➢ 螺栓受剪破坏 ➢ 孔壁挤压破坏 ➢ 连接板净截面破坏 ➢ 螺栓受弯破坏 ➢ 连接板冲剪破坏
t 5d
e2d
t 5d
稳定问题为钢结构的重点问题，所有钢结构构件均件均 存在稳定问题，稳定问题分构件的整体稳定和局部稳定。
二、理想轴心受压构件的整体失稳
1、理想条件：绝对直杆、材料均质、无荷载偏心、无初始应 力、完全弹性。
2、典型失稳形式（p101，图4.5）
弯曲失稳－只有弯曲变形；
扭转失稳－只有扭转变形。
弯扭失稳－弯曲变形的同时伴随有扭转变形。
高强螺栓的预拉力（P85表3.9）
P 0 .9 0 .9 1 .2 0 .9fuA e0 .60fu 7 A e5
二、摩擦型高强螺栓连接计算
受剪连接计算
一个螺栓抗剪承载力
NV b 0.9nf μP
连接所需螺栓数
n
N
N
b V
净截面强度：考虑50％孔前传力
σ＝ N,＝1（ 0.5n1） Nf
承压型允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗剪与孔壁承压破坏 为承载力极限状态（同普通螺栓）。受拉时两者无区别。 高强螺栓采用Ⅱ级孔，便于施工。 受传力机理的要求，构造上除连接板的边、端距≥1.5d0外其 它同普通螺栓。 高强螺栓的材料与强度等级 由高强材料经热处理制成，按强度等级分10.9与8.8级。 ➢ 10.9级一般为20MnTiB、40Cr等材料，fu≥1000N/mm2， fu/fy≥0.9；8.8级一般为45＃钢制成， fu≥800N/mm2， fu/fy≥0.8。
钢结构课后习题答案第五版
钢结构课后习题答案第五版钢结构课后习题答案第五版钢结构是一门重要的工程学科，它涉及到建筑、桥梁和其他基础设施的设计和施工。
在学习钢结构的过程中，习题是非常重要的一部分，它能够帮助学生巩固所学的知识，提高解决问题的能力。
本文将为大家提供钢结构课后习题答案第五版，希望对学习者有所帮助。
第一章：钢结构基础知识1. 钢结构的主要特点是什么？钢结构的主要特点是强度高、刚度大、重量轻、施工速度快、耐久性好等。
2. 钢结构的分类有哪些？钢结构可以根据用途分为建筑钢结构、桥梁钢结构和其他工业钢结构；根据结构形式分为框架结构、网架结构和悬索结构等。
3. 钢结构的设计应遵循哪些原则？钢结构的设计应遵循安全、经济、美观和可施工性的原则。
4. 钢结构的设计荷载有哪些？钢结构的设计荷载包括常规荷载（如自重、活载、风荷载等）和非常规荷载（如地震荷载、爆炸荷载等）。
5. 钢结构的连接方式有哪些？钢结构的连接方式包括焊接、螺栓连接和铆接等。
第二章：钢结构设计方法1. 钢结构的设计方法有哪些？钢结构的设计方法包括弹性设计、弹塑性设计和极限状态设计等。
2. 钢结构的荷载组合有哪些？钢结构的荷载组合包括常规组合（如最不利组合、最可能组合等）和非常规组合（如地震组合、爆炸组合等）。
3. 钢结构的稳定性分析有哪些方法？钢结构的稳定性分析包括弯曲屈曲、屈曲扭转和屈曲侧扭等。
4. 钢结构的疲劳分析有哪些方法？钢结构的疲劳分析包括应力范围法、应力振幅法和应力时间法等。
5. 钢结构的设计验算中需要考虑哪些因素？钢结构的设计验算中需要考虑构件的强度、稳定性、疲劳性、可靠性和施工性等因素。
第三章：钢结构的施工工艺1. 钢结构的制作工艺有哪些？钢结构的制作工艺包括切割、焊接、钻孔和涂装等。
2. 钢结构的安装工艺有哪些？钢结构的安装工艺包括吊装、定位、连接和调整等。
3. 钢结构的质量控制包括哪些方面？钢结构的质量控制包括材料的质量控制、制作过程的质量控制和安装过程的质量控制等。
高层建筑钢结构-第三章结构体系和布置
偏心支撑的工作性能
采用偏心支撑的主要目的是改变支撑斜杆与梁(耗能梁段) 的先后屈服顺序。 在罕遇地震时，一方面通过耗能梁段的非弹性变形进行 耗能，另一方面使耗能梁段的剪切屈服在先，从而保护 支撑斜杆不屈曲或屈曲在后。 耗能梁端在多遇地震下应保持弹性状态，在罕遇地震下 产生剪切屈服。 必须提高支撑斜杆的受压承载力，使其至少应为耗能梁 段达到屈服强度时相应支撑轴力的1.6倍。
i i
1
i
实例
北京长富宫中心
1.建筑概况
地下2层、地上25层，旅馆建筑，建于1987年。 高91m，层高3.3m，25.8×48m矩形平面，柱网8×9.8m。 外墙采用带面砖的预制混凝土挂板。
2.结构体系及主要计算结果
为钢框架体系，但在2层以下和地下室为钢骨混凝土 结构。 基本周期为3.6s，最大层间位移1/337，小于1/200 的限值。
偏心支撑框架结构 框架-偏心支撑结构（双体系）
框架-剪力墙板结构（也可以是双体系）
剪力墙板类型有：钢板剪力墙、开缝剪力墙和内藏钢板支撑剪力墙
开缝剪力墙的工作原理
内藏钢板支撑剪力墙
2) 框架-支撑结构的工作特点
框架—支撑体系是由框架体系演变来的，即在框架体 系中对部分框架柱之间设置竖向支撑，形成若干榀带 竖向支撑的支撑框架。
对应伸臂桁架的楼层位置，宜沿外框架周边设置腰桁架或 帽桁架，以使外框架的所有柱子能与内筒起到整体抗弯作 用。腰桁架的高度也与设备层的层高相同。
3.5 交错桁架体系(staggered truss
1) 结构构成
systems)
2) 受力特点
3.6 筒体结构(tube structures)
1) 筒体结构的分类 外筒体系 框架筒体 桁架筒体 筒中筒 成束筒
钢结构5-受弯构件
施工图绘制
完成图纸绘制，准备施工。
优化方法与实例
尺寸优化
调整梁、柱等构件的截面尺寸，以实 现最优承载能力。
形状优化
改变构件的形状，如采用H形、箱形 等，提高稳定性。
优化方法与实例
• 拓扑优化：确定结构中最佳的材料分布，以满足性能要求。
优化方法与实例
大跨度桥梁
05
受弯构件的设计与优化
设计原则与流程
确保结构安全
满足承载力、稳定性和疲劳强度要求。
经济性
优化材料用量，降低成本。
设计原则与流程
• 可持续性：考虑环境影响，选择环保材料和工艺。
设计原则与流程
需求分析
明确结构用途、载荷和约束条件。
初步设计
确定梁、柱等主要构件的尺寸和布局。
设计原则与流程
详细设计
未来发展方向与挑战
高性能材料研发
满足更高强度、韧性和耐久性要求。
跨学科合作
加强结构工程、材料科学、计算机科学等多学科交叉融合。
THANKS
感谢观看
有限元法
利用计算机模拟技术，对钢结构进 行详细的数值分析，可以更准确地 预测其稳定性。
提高稳定性的措施
1 2
加强支撑
增加侧向支撑和加强筋，提高钢梁的侧向刚度和 稳定性。
选择合适的截面形状和尺寸
根据受力要求和稳定性要求，选择合适的截面形 状和尺寸。
3
预应力处理
通过施加预应力来提高钢结构的稳定性，防止失 稳的发生。
钢结构5-受弯构件
目录
• 受弯构件概述 • 受弯构件的受力分析 • 受弯构件的承载能力 • 受弯构件的稳定性分析 • 受弯构件的设计与优化
钢结构设计原理复习
钢结构设计原理复习第一章绪论1、钢结构的特点（前5为优点，后三为缺点）1）强度高、重量轻2）材质均匀，塑性、韧性好3）良好的加工性能和焊接性能（易于工厂化生产，施工周期短，效率高、质量好）4）密封性能好 5 )可重复性使用性 6 ) 耐热性较好，耐火性差7)耐腐蚀性差8)低温冷脆倾向2、钢结构的应用1）大跨结构【钢材强度高、结构重量轻】（体育馆、会展、机场、厂房）2）工业厂房【具有耐热性】3）受动力荷载影响的结构【钢材具有良好的韧性】4）多层与高层建筑【钢结构的综合效益指标优良】（宾馆、办公楼、住宅等）3、结构的可靠度：结构在规定的时间（50年），规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用、正常维护）下，完成预定功能的概率。
4、结构的极限状态：承载能力极限状态（计算时使用荷载设计值）、正常使用极限状态（荷载取标准值）5、涉及标准值转化为设计值的分项系数：恒荷载取1.2 活荷载取1.4第二章钢结构的材料1、钢材的加工①热加工：指将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状，生产出各种厚度的钢板和型钢。
（热加工的开轧和锻压温度控制在1150-1300℃）②冷加工：指在常温下对钢材进行加工。
（冷作硬化现象：钢材经冷加工后，会产生局部或整体硬化，即在局部或整体上提高了钢材的强度和硬度，降低了塑性和韧性的现象）③热处理：指通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢材的组织结构发生变化，以获得所需性能的加工工艺。
（退火、正火、淬火和回火）3、钢材的六大机械性能指标屈服点f y：它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。
（作为钢结构设计可以达到的最大应力）抗拉强度f u：它是钢材破坏前所能承受的最大应力。
（强度的安全储备）伸长率δ：代表材料断裂前具有的塑性变形能力。
断面收缩率ψ：断面收缩率ψ越大，钢材的塑性越好。
冷弯性能（塑性）：钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力。
冲击韧性：【韧性：反映钢材抵抗冲击荷载、动力荷载的能力，是钢材在变形和断裂中吸收能量的度量。
各章练习答案
第一章绪论1．选择题（1）在结构设计中，失效概率P f与可靠指标β的关系为 B 。
A. P f越大，β越大，结构可靠性越差B. P f越大，β越小，结构可靠性越差C. P f越大，β越小，结构越可靠D. P f越大，β越大，结构越可靠2．填空题（1）某构件当其可靠指标 减小时，相应失效概率将随之增大。
（2）承载能力极限状态为结构或构件达到最大承载力或达到不适于继续承载的变形时的极限状态。
（3）在对结构或构件进行正常使用极限状态验算时，应采用永久荷载和可变荷载的标准值。
3．简答题（1）钢结构和其他建筑材料结构相比的特点。
答：轻质高强；材性好，可靠性高；工业化程度高，工期短；有效使用空间大；运输、安装方便；可拆卸、改造，建筑垃圾少，材料可重复利用；密封性好；抗震性好；有一定耐热性，但抗火性能差；耐腐蚀性能差。
第二章钢结构的材料1．选择题（1）钢材的设计强度是根据 C 确定的。
A. 比例极限B. 弹性极限C. 屈服点D. 极限强度（2）钢结构设计中钢材的设计强度为 D 。
A. 强度标准值B. 钢材屈服点C. 强度极限值D. 钢材的强度标准值除以抗力分项系数（3）钢材是理想的 C 体。
A. 弹性B. 塑性C. 弹塑性D. 非弹性（4）钢结构中使用钢材的塑性指标，目前最主要用 D 表示。
A. 流幅B. 冲击韧性C. 可焊性D. 伸长率（5）钢材的伸长率 用来反映材料的 C 。
A. 承载能力B. 弹性变形能力C. 塑性变形能力D. 抗冲击荷载能力（6）建筑钢材的伸长率与 D 标准拉伸试件标距间长度的伸长值有关。
A. 达到屈服应力时B. 达到极限应力时C. 试件塑性变形后D. 试件断裂后（7）钢材的三项主要力学性能为 A 。
A. 抗拉强度、屈服强度、伸长率B. 抗拉强度、屈服强度、冷弯性能C. 抗拉强度、冷弯性能、伸长率D. 冷弯性能、屈服强度、伸长率（9）在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是 B 的典型特征。
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h
x
V r T
0
x
T
A’
y l2
图3.3.19 承受偏心力的三面围焊
计算时按弹性理论假定: ①被连接件绝对刚性，它有绕焊缝形心 O旋转的趋势，而焊缝本身为弹性。 ②扭距在角焊缝群上产生的任一点的应 力方向垂直于该点与形心的连线，且应 力大小与连线长度r成正比。 ③在轴心力V作用下，焊缝群上的应力 均匀分布。
第3章
Chapter 3
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接
Connections
1. 焊缝有效截面的几何性质
取
hf 8mm hf max 1.2tmin 1.2 8 9.6mm hfmin 1.5 tmax 1.5 20 6.7mm
两条竖向焊缝的有效截面面积：
Ae 2 0.7 8 38 2 1.5 2 0.8 37.4cm2
f T F x
A’
x
0
y Ip——为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，Ip =Ix+Iy Ix，Iy——焊缝计算截面对x、y轴的惯性矩； rx、ry——为焊缝形心到焊缝验算点在x、y方向的距离。
he
轴力F产生的应力按均 F 匀分布计算，A点应力: F (helw ) A点垂直于焊缝长度方 向的应力为: f，F， 平行于焊缝长度方向 强度验算公式： 的应力为: T
§3.3 角焊缝的构造和计算
可见当连接存在偏心时将较大的降低其承载力
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例3.12 试设计如图a所示牛腿和柱连接的角焊缝。已知F=420kN(静 力荷载），钢材为Q235B，焊条为E43，手工焊。
F
fB
fA
fB
【解】 (a)
(b)
(c)
采用如图b所示沿牛腿周边围焊的角焊缝，且再转角处连续施焊。为 避免焊缝相交的不利影响，将牛腿的上下角切去r＝15 mm的弧形缺口， 因此可取焊缝的有效截面如图c所示。 力F在角焊缝形心处引起的剪力：V=420kN 弯矩：M=Fe=420×0.3=126kN.m，由于牛腿翼缘竖向刚度低，故一般 考虑剪力由腹板上两条竖向焊缝承受，弯矩则由全部焊缝承受。
§3.3 角焊缝的构造和计算
2
0. 6M f 2 helw helw A点产生的平行于焊缝 N y f 长度方向的应力： lw he x
f N M
x
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（2 ）V、M共同作用下焊缝强度计算 e F V 1
3 N F 0.6 F 5 4 V F 0.8F 5 3 M Fe F 50 30F 5
（e=5cm）
M
M 30F = =1.09F 10-4 N/mm2 We 275 103
V 0.8F f = =1.86F 10-4 N/mm2 Ae 43.01102
第3章
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接
Connections
第3章
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Connections
• 焊缝连接
• 螺栓连接
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第3章
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接
Connections
主要内容
• 钢结构的连接 • 对接焊缝的构造和计算 • 角焊缝的构造和计算
满足
§3.3 角焊缝的构造和计算
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例3.13 试设计如图所示厚度为12mm支托板与柱翼缘搭接连接 的角焊缝。已知F=100kN(静力荷载），钢材为Q235B，焊条为 E43，手工焊。
F A
f f F T
【解】
采用图示三面围焊
X=21.1
选hf 10 mm hf max t 1～2） 12－（1～2）＝10～11mm （ hfmin 1.5 tmax 1.5 20 6.7mm
全部焊缝有效截面对x轴的惯性矩：
1 I w 2 0.7 0.8 33.42 2 0.7 0.8 15 20.282 12 2 0.7 0.8 1518.722 16270 4 cm
全部焊缝有效截面模量：
§3.3 角焊缝的构造和计算
16270 3 We 791cm 20.56
§3.3
角焊缝的构造和计算
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（1）受弯矩M 、剪力V 、轴力N联合作用时角焊缝的计算 ——T形连接 e
θ N M
Nx A
Ny
lw
2
lw
2
he t he
σNx
σM τNy
由轴心拉力Nx产生的应力：
由弯矩M产生的最大应力：
Nx Nx N Ae 2helw
角焊缝的构造 直角焊缝的基本计算公式 直角焊缝的计算（轴心力、复杂力） 斜角焊缝计算
• 普通螺栓的构造和计算 • 高强度螺栓的构造和计算
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3.3.3 角焊缝的计算
2.复杂受力时角焊缝连接计算 当焊缝非轴心受力时，可以将外力作用分解为轴力、 弯矩、剪力、扭矩等简单受力情况，分别求出具各自的焊 缝应力，然后利用叠加原理，找出焊缝中受力最大的几个 点进行验算。
2
σf1 σf2
x
τ f1 f
h1
M M
h1 h h 2 x
2’
f2
f
假设：腹板焊缝承受全部剪力，全部焊缝承受弯矩
对于1点： f1
M h1 f f f w Iw 2
（3.3.21）
式中：Iw—全部焊缝有效截面对中性轴的惯性矩； h1—两翼缘焊缝有效截面最外纤维间的距离
2点处：
F
f F 2 w T ff f
2
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角焊缝计算步骤
确定荷载； 进行截面应力状态分析； 确定最不利位置； 确定焊脚尺寸，计算截面几何特征值； 强度验算。 2 f f2 f f w (3.3.6) f
§3.3 角焊缝的构造和计算
4 3
5
F
200
200
第3章
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连
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2. 焊缝截面上的有效应力
把F分解成两个分力并移至焊缝形心O处，焊缝实际受力为： 水平轴心力 剪力 弯矩
焊缝有效截面上应力分量为： N 0.6F N = =1.40F 10-4 N/mm2 Ae 43.01102
第3章
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2. 焊缝强度验算
A点承受由弯矩产生的垂直于焊缝长度方向的应力
fA
M 126 10 6 159.3N/mm 2 f f f w 1.22 160 195 N/mm 2 We 791 10 3
满足 B点，承受由弯矩和剪力共同作用 19 1.5 0.8 fB 159.3N/mm2 129 4N/mm2 . 20.56
h 构造要求：f max 1.2tmin 1.2 8 9.6mm hfmin 1.5 tmax 1.5 10 4.74mm 取 hf =6mm
连接承受动力荷载： f 1.0
M 180 120 240 90 0
N F 180kN V F2 240kN 1
端缝
N f f f fw helw
（3.3.7）
侧缝
§3.3 角焊缝的构造和计算
N f ffw helw
（3.3.8）
第3章
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例3.10验算图示双面角焊缝连接的强度。已知连接承受动荷载，钢 材为Q235BF，焊条为E43。f w 160 N/mm 2 f F1=180kN 【解】 将外力F1，F2 移向焊缝形心O，得：
f f
§3.3
角焊缝的构造和计算
2 94 .0 2 2 w 2 2 125 .3 156 .6 N / mm f f 160 N / mm f 1 .0 强度满足要求
2
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例3.11 如图所示钢板与工字形柱的角焊缝T形连接，hf＝8mm，钢板 受斜向拉力F。钢材为Q235B钢，E43型焊条。求图中e=0和e=5cm时， 两条角焊缝各能传递的静载设计值F。
【解】
1. 焊缝有效截面的几何性质
焊缝的计算长度：
e
o
lw 400 2hf 384mm 38.4cm
M
M 6M 2 We 2helw
§3.3
角焊缝的构造和计算
第3章
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A点控制应力最大为控制设计点 A点产生的应力由两部分组成：轴心拉力Nx和弯矩M产生的 垂直于焊缝长度方向的正应力。直接叠加得：
代入角焊缝实用计算公式（3.3.6）：
N M f2 f f w f
故：该连接的设计控制点为A点和A’点
§3.3 角焊缝的构造和计算
第3章
Chapter 3
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