河海钢结构(第三版)多媒体课件_第六章

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2023年河海大学钢结构知识点

1承受动力荷载作用旳钢构造，应选用塑性，冲击韧性好旳钢材。

2冷作硬化会变化钢材旳性能，将使钢材旳屈服点提高，塑性和韧性减少。

3钢材五项机械性能指标是屈服强度、抗拉强度、冷弯性、伸长率、冲击韧性。

4钢材中氧旳含量过多，将使钢材出现热脆现象。

5钢材含硫量过多，高温下会发生热脆，含磷量过多，低温下会发生冷脆。

6时效硬化(老化)会变化钢材旳性能，将使钢材旳强度提高，塑性韧性减少。

7影响钢材性能旳原因：化学成分，成材过程，钢材硬化，温度，集中应力，反复荷载作用8钢材在250ºC度附近有抗拉强度、硬度提高伸长率减少现象，称之为蓝脆现象。

9钢材硬化旳三种状况;冷作硬化，时效硬化，应变时效硬化10钢材旳重要性能：抗拉强度，屈服强度，伸长率12钢材牌号Q235－BF,其中235表达屈服强度 ,B表达质量等级B级 ,F表达沸腾钢。

13钢材旳三脆是指热脆、冷脆、蓝脆。

14焊接构造选用焊条旳原则是,计算焊缝金属强度宜与母材强度相适应。

15钢材中具有C、P、N、S、O、Cu、Si、Mn、V等元素,其中S P O N为有害旳杂质元素。

16衡量钢材塑性性能旳重要指标是伸长率。

17构造旳可靠指标β越大,其失效概率越小。

18承重构造旳钢材应具有屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯性、硫磷极限含量旳合格保证,对焊接构造尚应具有含碳量旳合格保证;对于重级工作制和起重量对于或不小于50 t中级工作制焊接吊车梁类似构造旳钢材,应具有常温冲击韧性旳保证。

19冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下塑性变形能力和钢材质量旳综合指标20构造有哪两种极限状态：承载能力极限状态，正常使用极限状态21工程构造必须具有哪些功能：安全性，使用性，耐久性，总称为构造旳可靠性22疲劳破坏旳三个阶段：裂纹旳形成，裂纹旳缓慢扩展，迅速断裂23钢材旳选择：构造旳重要性，荷载旳性质，连接措施，工作环境，钢材厚度24焊缝连接形式：对接搭接T形连接角部连接25钢构造旳连接措施一般有焊缝连接，铆钉连接和螺栓连接三种。

钢结构设计原理第6章张建平.ppt

失稳形式如图6.11（多层框架的失稳形式）
确定框架柱的计算长度时，只考虑与柱端直接相连的约束作用，假设柱子开始失稳时相交于上、下两端节点的横梁对柱子提供约束，则
I1
有
K1
l1
3

I2
''
l2 H2
I3 K2 I ''
l1
2

I4l2 ຫໍສະໝຸດ 1I'''
H
I
H
' I
根据 K
1
K
2
（6.12）
6.1.3实腹式压弯构件整体稳定设计计算式
N m xM x f N xA W ( 0 .8 ' ) x 1 x1 N E x
（6.13）
N——轴向压力设计值 Mx——所计算构件范围内的最大弯矩 W1x——最大受压纤维的毛截面模量 2 EA N Ex ' (1.1 x 2 ) m x ——等效弯矩系数，取值如下：
，查附表5.1或附表5.2（ P 3 1 7 ）可得

，柱与
基础铰接时，取
K2 0
, 刚接时取 K 2 10
一般由支撑构件的布置情况确定例6.4 图示为一有侧移双层框架，图中圆圈内数字为横梁或柱子的线刚度，试求各柱子在框架平面内的计算长度系数值

6.4.1.3 框架柱在框架平面外的计算长度
6.拉弯和压弯构件

6.1概述
同时承受轴向力和弯矩的构件称为拉弯或压弯构件
图6.1 压弯构件
图6.2 压弯构件
应用：有节间作用的桁架上、下弦杆厂房框架柱门式刚桁架，多、高层框架柱

钢结构(第三版)由戴国欣主编PPT课件

Page 13
2.2 钢材的破坏形式
第二章钢结构的材料
2.3 钢材的主要性能
一、强度强度指标：比例极限 f p ；屈服强度 f y ；极限强度 f u
强度指标是由钢材的单向均匀受拉试验测得的试验条件：标准试件在常温（20℃）下缓慢加载，
一次完成
Page 14
2.3 钢材的主要性能
第二章钢结构的材料
屈强比 f y / fu ：Q235钢为0.57，Q345钢为0.67
ge 16
2.3 钢材的主要性能
第二章钢结构的材料
➢ f y 作为钢结构设计的最大应力 ➢ 简化计算, 采用理想弹塑性模型 ➢ f u 作为钢材实际破坏强度
Page 17
2.3 钢材的主要性能
第二章钢结构的材料
二、塑性性能
社，2003。 9：《钢结构设计规范》GB50017—2003。 10：《冷弯薄壁型钢结构技术规程》GB50018—2002。
Page 3
钢结构设计原理 ————————
主要内容
1：绪论 2：钢结构的材料 3：钢结构的连接 4：轴心受力构件 5：受弯构件 6：拉弯和压弯构件
Page 4
钢结构设计原理
塑性：在静力荷载作用下，钢材吸收变形能的能力
衡量塑性性能的指标：伸长率
l1 l0 100 % l0
第一章绪论
2. 钢结构的发展（1）高性能钢材的研究与应用（2）设计方法的改进（3）稳定理论的进一步发展（4）预应力钢结构的研究与应用（5）空间钢结构与高层钢结构的研究与应用（6）组合结构的研究与应用
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1.3 钢结构的应用与发展
附1：轻质高强 Q235钢密度：7850kg/m3 强度：235N/mm2 C30混凝土密度：2450kg/m3 强度：20N/mm2

《水工钢结构》PPT课件

§2 影响钢材性能的主要因素
1、化学成份的影响
基本成份为Fe，炭钢中含量占99％，C、Si、Mn为杂质元素，S、P、 N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。
• C：含C↑使强度↑塑性、韧性、可焊性↓，应控制在≤0.20%。 • Si：含Si适量使强度↑ 其它影响不大，有益，应控制≤0.1~0.3% • Mn：含Si适量使强度↑ 降低S、O的热脆影响，改善热加工性能，对其它
§5 钢结构的发展
3. 结构形式的革新
（1）计算理论和计算手段的进步以及新材料新工艺的出现，为钢结构形式的革新提供了条件。网架一类的杆件多而超静定结构次数又多的空间结构大跨度悬索结构和斜拉结构预应力钢结构钢和混凝土组合结构（2）结构形式革新的另一种形式是把梁、拱、悬索等不同受力类型的结构融于同一结构。九江长江大桥北京北郊综合体育馆亚运村游泳馆
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绪论(Introduction)
主要内容：
❖§1 课程的性质和任务 ❖§2 钢结构的特点 ❖§3 钢结构的应用 ❖§4 钢结构设计的要求 ❖§5 水工钢结构的发展
§1 课程的性质和任务
课程概况
§4 钢结构设计的要求
（1）安全性结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的各种作用的能力，以及在偶然事件（如地震、）发生时及发生后，仍保持必要的整体稳定性的能力。
（2）适用性结构在正常使用条件下，满足预定使用要求的能力。
（3）耐久性结构在正常维护条件下，随时间变化而仍能满足预定功能要求的能力。
❖ 水工钢结构的设计目前仍采用容许应力法。
§4 钢结构设计的要求

钢结构第六章资料.ppt-

钢结构第六章资料.ppt1、钢结构第六章§5-1受弯构件的形式和应用梁——承受横向荷载的受弯实腹式构件格构式梁——桁架一、实腹式受弯构件单击图片播放按制作方法分：型钢梁、组合〔截面〕梁楼盖梁平台梁按功能分吊车梁檩条墙架梁等1.型钢梁2.组合梁3.单向弯曲梁与双向弯曲梁 4.梁的计算内容正常使用极限状态刚度承载力量极限状态强度抗弯强度抗剪强度局部压应力折算应力整体稳定局部稳定§5-2梁的强度和刚度VmaxMmax(一)抗弯强度1.工作性能〔1〕弹性阶段xx一、梁的强度σfy弹性阶段的最大弯矩:(2)弹塑性阶段(3)塑性工作阶段弹性区消逝，形成塑性铰。

xxσfyaafyfy分为和两个区域。

式中：S1nx、S2nx分2、别为中和轴以上、以下截面对中和轴X轴的面积矩；Wpnx截面对中和轴的塑性抵制矩。

xxσfyaafyfy塑性铰弯矩与弹性最大弯矩之比:只取决于截面几何样子而与材料的性质无关的样子系数。

对X轴对Y轴XXYYA1Aw2.抗弯强度计算梁设计时只是有限制地利用截面的塑性，如工字形截面塑性进展深度取a≤h/8。

(1)单向弯曲梁(2)双向弯曲梁xxaafy式中：截面塑性进展系数，对于工字形截面梁:其他截面见表5.1。

当翼缘外伸宽度b与其厚度t之比满足:时，需要计算疲乏强度的梁:XXYYbt〔二〕抗剪强度VmaxMmaxtmaxxx〔三〕局部压应力当梁的翼缘受有沿腹板平面作用的固定集中荷载且荷载处3、又未设置支承加劲肋时，或有移动的集中荷载时，应验算腹板高度边缘的局部承压强度。

F——集中力,对动力荷载应考虑动力系数；——集中荷载增大系数，重级工作制吊车为1.35，其他为1.0；lz--集中荷载在腹板计算高度边缘的假定分布长度：a--集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，对吊车轮压可取为50mm；hy--自梁承载边缘到腹板计算高度边缘的距离；hr--轨道的高度，计算处无轨道时取0；a1--梁端到支座板外边缘的距离，按实际取，但不得大于2.5hy。

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• —— 结构重要性系数，
• --永久荷载设计值在结构构件中或连接中产生的应力，为标准值，为分项系数，一般取1.2，当永久荷载效应对结构有利时取1.0；
• 结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068）规定：结构的可靠度应采用以概率论为基础的极限状态设计方法分析确定。
• 钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统一标准”要求，采用的也是以概率论为基础，用分项系数表达的极限状态设计方法。
结构概率设计法
• 对结构设计中需要考虑的多种非确定性因素，如荷载、材料性能等，运用概率论和数理统计的方法来寻找它们的规律性，从而进行结构设计，这就是结构概率设计法。
• 荷载效应S：取决于各种荷载（恒载、活载、风、地震作用，温
度变化等）。
• 结构或构件的承载力或抗力R：取决于材料、构件的几何特性等。
结构概率设计法
• 设结构状态方程：Z=R-S • 当 Z>0 时，结构可靠；
• 当 Z<0 时，结构失效； • 当 Z=0 时，结构或构件承载能力处于极限状态。
结构概率设计法
• 在这里，燃烧的高温致使被飞机冲力撞剩的钢柱软化，而被撞击层以上楼层的重力在加速度作用下，以雷霆万钧之势，造成了世界贸易中心遇袭后的必然结果——坍塌。所以，世界贸易中心只能是坍塌，而不是倒塌。
钢结构抗腐蚀性较差
• 钢结构的最大缺点是易于锈蚀。新建造的钢结构一般都需仔细除锈、镀锌或刷涂料。以后隔一定时间又要重新刷涂料，维护费用较高。目前国内外正在发展不易锈蚀的耐候钢，可大量节省维护费用，但还未能广泛采用。
构。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。
网架结构
• 构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，由这些基本单元可组合成平面形状的三

工程力学(第3版)第6章

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图 6-1
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图 6-3
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图 6-4
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图 6-5
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图 6-6
返回图Biblioteka 6-9返回• 下面以铆钉连接（图 6−3（a））为例进行分析。钢板受外力 F 作用后又将力传递到铆钉上，而使铆钉的右上侧面和左下侧面受力（图 6−3（b））。这时，铆钉的上、下两半部分将沿着 m—n 截面发生相对错动（图 6−3（c））。当外力足够大时，将会使铆钉剪断。由铆钉受剪的实例分析可以看出剪切变形的受力特点是：作用在构件两侧面上的外力的合力大小相等，方向相反，作用线平行且相距很近。其变形特点是：介于两作用力之间的截面发生相对错动。这种变形称为剪切变形。
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6.1 剪切与挤压概念
• 在承受剪切的构件中，发生相对错动的截面称为剪切面。剪切面上与截面相切的内力称为剪力，用 F Q 表示（图 6−3（d）），其大小可用截面法通过列平衡方程求出。
• 构件中只有一个剪切面的剪切称为单剪，如图 6−3 中的铆钉。构件中有两个剪切面的剪切则称为双剪，拖车挂钩中螺栓所受的剪切是双剪的实例，如图 6−4 所示。
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6.3 剪切胡克定律和切应力互等定理
• 由 ∑M =0得 • 得 τ ′ =τ （ 6 − 6 ） • 为了明确切应力的作用方向，对其作如下符号规定：使单元体产生顺
时针方向转动趋势的切应力为正，反之为负，则式（ 6 − 6 ）应改写为τ = −τ ′ （ 6 − 7 ） • 式（ 6 − 7 ）表明，单元体互相垂直的两个平面上的切应力必定是同时成对存在，且大小相等，方向都垂直指向或背离两个平面的交线。这一关系称为切应力互等定理。

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.
20
3.承受弯、剪、轴力共同作用的对接焊缝
（2）对称工字形截面
max
N Aw
M
ww
ftw
2点
max
vsw Iwtw
fvw
3点
在翼缘与腹板交界处 N、M1、1都较大.
则应验算折算应力
eq (NM 1)231 21.1ftw 1 点
.
21
角焊缝的计算
.
22
角焊缝的构造
焊脚尺寸 hf
角钢：等边 L100 × 8
不等边 L140 × 90 × 8
工字钢：普通36Q
槽钢：普通槽钢 [ 30a [ 25b
轻型槽钢 [36Q.
9
钢管： Φ102 × 5＝ Φ外径102 × 壁厚5 H型钢和T型钢
宽翼缘H型钢 HW 宽翼缘T型钢 TW 窄翼缘H型钢 HN 窄翼缘T型钢 TN 中翼缘H型钢桩 HM 中翼缘T型钢桩TM HW305×203×7.8×13.0 表示其公称高度 305㎜，宽度203㎜，腹板厚度7.8㎜，翼缘厚度13.0㎜
学习目标
掌握钢结构的特点及应用范围；了解钢结构的极限状态和概率极限状态法。
.
3
第2章钢结构材料
内容提要：钢结构对材料的要求钢材的破坏形式钢材的主要性能影响钢材力学性能的因素钢的种类和钢材规格钢材的疲劳和疲劳强度
.
4
学习目标：
掌握钢结构对钢材的要求、钢材的破坏形式、主要性能及其影响钢材性能的因素；能够正确选用钢材；了解建筑钢材的类别及其表达方式；掌握钢材的疲劳现象及影响疲劳强度的因素。
.
23
角焊缝计算的基本公式
f f

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河海大学钢结构课件
第六章
Steel Structure
（3）弯矩作用平面外丧失整体稳定
当荷载达某一值Nuy ，构件将突然发生弯矩作用平面外的弯曲变形，并伴随绕纵向剪切中心轴的扭转，而发生破坏。称这种现象为压弯构件丧失弯矩作用平面外的整体稳定，它属于弯扭失稳（屈曲）。这种失稳具有分枝失稳的特点。双向压弯构件的失稳—同时产生双向弯曲变形并伴随有扭转变形；（4）局部失稳（屈曲）应进行强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性计算。
第六章
Steel Structure
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1、工字形截面翼缘板 2、箱形截面受压翼缘板
b1 15 t
235 fy
第六章
当取x=1.05时,上式中的限值15应改为13。
b0 40 t 235 fy
二、压弯构件腹板的稳定计算 1、工字形截面的腹板腹板承受不均匀法向应力和剪应力联合作用，临界压应力为
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（1）强度破坏指截面的一部分或全部应力都达到甚至超过钢材屈服点的状况。（2）弯矩作用平面内丧失整体稳定当N<Nux时，构件内、外力矩的平衡是稳定的。当N达到Nux后，在减小荷载情况下v 仍不断增大，截面内力矩已不能与外力矩保持稳定的平衡。称为压弯构件丧失弯矩作用平面内的整体稳定，它属于弯曲失稳（屈曲）。在弯矩作用平面内只产生弯曲变形，不存在分枝现象，属于极值失稳。
N 0 mx M x M max M x N m M x 1 N / N EX 1 N / N EX
第六章
Mx是把构件看作简支梁时由荷载产生的跨中最大弯矩，称为一阶弯矩；Nvm为轴心压力引起的附加弯矩，称为二阶弯矩。mx称为等效弯矩系数，随
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第六章
缀条式压弯构件的单肢按轴心受压构件计算。单肢的计算长度在缀材平面内和外分别取缀条体系的节间长度和侧向支承点之间的距离。缀板式压弯构件的单肢承受N1或 N2和剪力引起的局部弯矩作用，剪力取实际剪力和按式(4-56)求出的剪力值中大者。单肢按压弯构件计算。
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（2）采用二阶弹性分析方法计算内力时在每层柱顶附加考虑公式(6-1)的假想水平力Hni时，框架柱的计算长度系数μ=1.0。当框架有摇摆柱时，无支撑纯框架柱和弱支撑框架柱的计算长度系数应乘以增大系数η 。 2、厂房阶形柱的计算长度当厂房柱承受吊车荷载作用时，从经济角度考虑，常采用阶形柱。阶形柱的计算长度分段确定。计算长度系数根据柱的上端与横梁的连接方式、柱上下段的线刚度之比查相应表格确定。
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第六章
Steel Structure
第六章
（三）框架柱在框架平面外的计算长度框架柱在框架平面外失稳时，可假定侧向支承点（柱顶、柱底、柱间支撑、吊车梁等）是其变形曲线的反弯点。通常框架柱在柱脚及支承点处的侧向约束均较弱，假定为铰接。在框架平面外的计算长度等于侧向支承点之间的距离。若无侧向支承时，则为柱的全长。
x A
' xW1x 1 0.8N / N EX
第六章

对于单轴对称截面的压弯构件，当弯矩作用于对称轴平面且使较大翼缘受压时，构件还可能在受拉区首先出现屈服而导致构件失去承载能力，由受拉侧应力σ≤fy，按下式计算：
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mx M x N f ' A xW2 x 1 1.25N / N Ex
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第六章
为了使计算简化，且可与轴心受力构件和梁的计算公式衔接，设计规范偏于安全地采用相关曲线中的直线作为计算依据，其表达式为
N M 1 NP MP
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考虑构件因形成塑性铰而变形过大，以及截面上剪应力等的不利影响，设计时有限地利用塑性，限制塑性区的深度不超过0.15 倍的截面高度。用塑性发展系数x取代式中的形常数F。引入抗力分项系数后，承受单向和双向弯矩时的强度计算公式为
第六章
一般情况下NW常大于Ny，因而该曲线均为向上凸。以直线表达式为基础进行设计，既简便又可考虑初始缺陷的影响，偏于安全。
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河海大学钢结构课件Leabharlann N M 1 Ny M cr
第六章
取 N y y Af y 和 M cr bWx f y 并考虑实际荷载情况引入等效弯矩系数βtx和γR后，即得设计规范中关于压弯构件弯矩作用平面外的稳定性计算公式

（二）、弯矩作用平面外的整体稳定计算
压弯构件应分别计算构件在弯矩作用平面内和平面外的稳定性。根据稳定理论，建立构件在微弯扭状态下的三个平衡微分方程，解方程，引入边界条件，可求得理想构件实腹式压弯构件在弯矩作用平面外丧失稳定的临界条件 2 为 Mx N N
1 1 M 0 N y N w cr
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三、压弯构件的计算长度（一）、单根压弯构件的计算长度
第六章
μ与轴心受力构件相同，由表4-4查得。
（二）、框架柱在框架平面内的计算长度系数 1．等截面框架柱（1）采用一阶弹性分析方法计算内力时根据框架有无侧移、柱底支承情况以及梁对柱的约束程度、相交于柱上端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值、相交于柱下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值，查相应表格确定计算长度系数。μ值也可用近似公式计算。
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第六章
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2. 设计要求
应进行强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性计算。
第六章
第二节拉弯、压弯构件的强度和刚度计算
一、强度计算 1、强度极限状态构件的受力最不利截面出现塑性铰时，即达到构件的强度极限状态。 2、强度极限承载力计算根据内外力平衡条件，求得在强度极限状态时N与M的相关关系式。各种截面的拉弯和压弯构件的强度相关曲线均为凸曲线，其变化范围较大。
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第四节实腹式压弯构件的局部稳定
压弯构件的板件可能处于或与共同作用的受力状态，当应力达到一定值时，板件可能发生失稳(屈曲)。压弯构件的局部稳定性采用限制板件宽（高）厚比的办法来保证。
一、压弯构件受压翼缘板的稳定计算受力情况与相应梁的受压翼缘板基本相同，通常σ可达fy，所需的宽厚比限值可直接采用有关梁中的规定。
' x A W1x 1 x N / N Ex
第六章
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式中 W1x=Ix/y0
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第六章
格构式压弯构件受压较大分肢比整个截面的平均应力大，需对分肢进行稳定性计算。把分肢视作桁架的弦杆来计算每个分肢的轴心力 N12=（Ny2+Mx）/ C N2= N - N1
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tx M x N f y A bW1x
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第六章
（三）、实腹式双向压弯构件的稳定计算
ty M y mx M x N f ' x A xW1x 1 0.8N / N Ex byW1 y

my M y tx M x N f ' y A bxW1x yW1 y 1 0.8 N / N Ey

上式是单向压弯构件稳定计算公式的推广和组合，是实用的经验公式。理论计算和试验资料证明上述公式是可行的。
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二、格构式压弯构件的稳定计算 1、弯矩绕实轴（y轴）作用的格构式压弯构件弯矩作用平面内和外的稳定性计算方法与实腹式构件相同。但在计算平面外的稳定性时，关于虚轴应取换算长细比来确定 x值，b应取1.0。 2、弯矩绕虚轴（x轴）作用的格构式压弯构件规范以考虑初始缺陷的边缘纤维屈服准则作为计算依据，弯矩作用平面内整体稳定的计算公式为 mx M x N f
cr K
tw 2 12 1 v h0
Steel Structure
E
2

2
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第六章
K—屈曲系数，弹性阶段为Ke ，其值与 / 、应力梯度0=（max-min）/max有关；塑性阶段为Kp ，其值与 / 、应变梯度 = （max- min）/max 、塑性变形发展深度 h0 等有关。取 / =0.150， =0.25。
荷载而异。考虑构件的缺陷后，构件边缘纤维屈服条件为
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第六章
m x M Ne0 N fy A Wx 1 N / N E
e0是考虑构件缺陷的等效偏心距。当M=0时，压弯构件转化为带有缺陷e0的轴心受压构件，其承载力为N=Nx=Afyx= NPx。求出e0，代入前
Mx N f An xWnx
第六章
需要计算疲劳的构件，取x =y=1.0。受压翼缘的外伸宽度 b1与其厚度t之比，
15 235 / f y b1 / t 13 235 / f y
My Mx N f An xWnx yWny
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第六章
第一节概述
一、定义
拉弯和压弯构件
第六章
同时承受弯矩和轴心拉(压)力的构件称为拉(压)弯构件。压弯构件也称为梁—柱。如果只有绕截面一个形心主轴的弯矩，称为单向拉弯（或压弯）构件；绕两个形心主轴均有弯矩，称为双向拉弯（或压弯）构件。弯矩由偏心轴力引起的压弯构件也称作偏压构件。