河海大学钢结构知识点演示教学

01钢结构定义02发展历程由钢材制成的工程结构，具有轻质、高强、施工速度快等特点。

从工业革命时期的初步应用到现代建筑业的广泛应用，钢结构经历了不断的技术创新和发展。

钢结构定义及发展历程钢材性能与分类钢材性能包括力学性能、工艺性能和耐久性等方面，如抗拉强度、屈服点、延伸率、冷弯性能等。

钢材分类根据化学成分、冶炼方法、用途等不同，钢材可分为碳素钢、合金钢、不锈钢等多种类型。

0102强度高、自重轻、施工速度快、抗震性能好、节能环保等。

耐火性差、易腐蚀、隔音效果一般、设计要求高等。

优势局限性钢结构优势与局限性应用领域及发展趋势应用领域广泛应用于工业厂房、高层建筑、桥梁、海洋平台等领域。

发展趋势随着新材料、新技术的不断涌现，钢结构将朝着更加轻质、高强、耐久、环保的方向发展，同时智能化、模块化等新型建造方式也将得到更广泛的应用。

03通过电弧或火焰将焊条和焊件局部加热到熔化状态，形成永久性的连接。

焊接连接原理包括焊接前准备（如坡口加工、清理焊件等）、装配与定位、焊接工艺参数选择、焊接操作以及焊后检验等步骤。

工艺流程常用的焊接方法有手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等，设备包括焊机、焊枪、焊条等。

焊接方法与设备焊接连接原理及工艺流程01螺栓连接类型包括普通螺栓连接和高强度螺栓连接，其中高强度螺栓连接又分为摩擦型连接和承压型连接。

02选用原则根据连接件的受力情况、工作环境、安装条件等因素选择合适的螺栓类型和规格。

03安装与紧固螺栓连接安装时应保证螺栓与孔洞的配合精度，采用正确的紧固方法和力矩，避免过紧或过松。

螺栓连接类型与选用原则铆接技术简介及实例分析铆接技术简介铆接是一种通过铆钉将两个或多个构件连接在一起的方法，具有连接可靠、承受载荷大等优点。

实例分析以某钢结构桥梁为例，介绍铆接技术在桥梁建设中的应用，包括铆钉的选用、铆接工艺以及铆接质量的检验等。

优缺点及适用范围分析铆接技术的优缺点，如连接强度高、密封性好但拆卸困难等，并指出其适用于承受较大载荷和需要密封的场合。

2013河海大学结构力学(I)基础知识点框架梳理及其解析第一章体系的几何组成分析本章需要重点掌握几何不变体系、自由度、刚片、约束等基本概念，重点掌握几何不变体系组成的三规则——两刚片规则，三刚片规则和二元体规则。

一、基本概念１、几何不变体系：在荷载作用下能保持其几何形状和位置都不改变的体系。

２、几何可变体系：在荷载作用下不能保持其几何形状和位置都不改变的体系。

３、刚片：假想的一个在平面内完全不变形的刚性物体叫作刚片。

在平面杆件体系中，一根直杆、折杆或曲杆都可以视为刚片，并且由这些构件组成的几何不变体系也可视为刚片。

刚片中任一两点间的距离保持不变，既由刚片中任意两点间的一条直线的位置可确定刚片中任一点的位置。

所以可由刚片中的一条直线代表刚片。

４、自由度的概念：一个点：在平面内运动完全不受限制的一个点有２个自由度。

一个刚片：在平面内运动完全不受限制的一个刚片有３个自由度。

５、约束，是能减少体系自由度数的装置。

1）链杆——一根单链杆或一个可动铰（一根支座链杆）具有１个约束。

2）单铰——一个单铰或一个固定铰支座（两个支座链杆）具有两个约束。

3）单刚结点——一个单刚结点或一个固定支座具有３个约束。

6、必要约束：除去该约束后，体系的自由度将增加，这类约束称为必要约束。

多余约束：除去该约束后，体系的自由度不变，这类约束称为多余约束。

7、无多余约束的几何不变体系是静定结构，有多余约束的几何不变体系是超静定结构。

一、几何不变体系的简单组成规则规则一两个刚片之间的连接（两刚片规则）：（图2-3-1）两个刚片用不全交于一点也不全平行的三根链杆相连，组成无多余约束的几何不变体系。

规则二三个刚片之间的接（三刚片规则）：三个刚片用不全在一条直线上的三个单铰（可以是虚铰）两两相连，组成无多余约束的几何不变体系。

规则三刚片与点之间的连接（二元体规则）：二元体特性：在体系上加上或拆去一个二元体，不改变体系原有的自由度数。

利用二元体规则简化体系，使体系的几何组成分析简单明了。

河海大学钢结构知识点（最终得94分）填空十道题30分选择十道题10分计算45分（焊缝，螺栓，受压构件）简答15分（3道）第一章绪论钢结构定义：由型钢、钢板或钢索等为主要受力构件，采用焊接、螺栓等连接方式建造的工程结构钢结构特点：1、可靠性高2、材料强度高、结构自重轻3、塑性、韧性好4、制作与安装工业化程度高、施工周期短5、密闭性能好6、耐腐蚀性差7、耐热性较好，耐火性差8、低温冷脆倾向钢结构应用范围：1.大跨度空间结构2.高层建筑3.工业建筑4.轻型结构5.高耸结构6.活动式结构(应用水利工程)7.可拆卸或移动结构8.容器和大直径管道9.抗震要求高的建筑10.急需早日交付使用的工程11.特种结构结构设计的目的：钢结构满足可靠性必须具备的功能：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，以及偶然事件发生时，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良好的工作性能3.耐久性：结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠性结构设计的目的是：在满足可靠性的前提下，做到可持续发展、技术先进、经济合理和确保质量设计方法：1.概率极限状态设计法两种极限状态：a)承载能力极限状态（强度，稳定问题。

荷载及材料使用设计值）b)正常使用极限状态（刚度问题。

荷载和材料使用标准值）荷载设计值大于标准值（乘荷载分项系数），材料相反2.容许应力设计法（使用荷载标准值。

疲劳设计采用容许应力法，其他采用概率极限状态设计法）结构安全等级：一级：重要工业和民用建筑二级：一般工业和民用建筑三级：次要建筑物钢结构连接以破坏强度而非屈服作为承载能力极限（非设计）关于疲劳：焊接件存在残余应力，故抗疲劳性能差根据荷载形式分类：常幅疲劳、变幅疲劳疲劳计算采用容许应力幅法，故荷载采用标准值，不乘动力系数疲劳强度与钢材种类无关第二章塑性破坏：构件产生明显的变形并断裂破坏应力超过屈服强度f y，并达到抗拉强度f u脆性破坏：破坏前无明显变形破坏应力小于屈服强度f y钢结构设计取屈服强度f y作为强度极限承载力指标三个基本机械性能指标：屈服强度f y（E=0）、抗拉强度f u、伸长率δ（反映塑性变形能力）影响可焊性的因素：含碳量、碳当量、板厚、钢材屈服强度（均与焊接难度正相关）影响钢材性能的主要因素（钢材的转脆因素）：1.化学成分的影响（转脆因素：CSPON含量过高）增加碳含量，钢材强度提高，但塑性、韧性、冷弯性能、可焊性、抗腐蚀能力下降低碳钢（C＜0.25%）；中碳钢；高碳钢（C＞0.6%）有利元素：锰、硅，（二者作为脱氧剂，并提高强度）硅过量：塑性、韧性、抗腐蚀能力、可焊性下降锰过量：可焊性下降有害元素：硫、磷，（二者降低塑性、韧性、可焊性）氮磷太多导致冷脆氧硫太多导致热脆2.钢材生产过程的影响（转脆因素：沸腾钢和厚钢板比镇静钢和薄钢板脆）①浇筑：镇静钢（气泡少，强度、塑性↑）、沸腾钢（气泡多，冲击韧性、抗冷脆性能、抗疲劳性能↓）②轧制：使得钢材组织密实，强度、韧性↑③热处理：淬火（强度硬度↑塑性韧性↓），正火，回火（脆性↓）3.温度的影响（转脆因素：低温、高温）200℃以内无变化高温：250℃左右：抗拉强度↑，塑性韧性↓，易脆性破坏，氧化膜呈蓝色，称“蓝脆”，应避免在蓝脆温度热加工超过300℃：屈服强度↓、抗拉强度↓，塑性↑低温冷脆：强度↑，塑性、韧性↓4.冷加工硬化和时效硬化的影响（转脆因素：冷作硬化和时效硬化）冷加工硬化：强度↑，塑性、韧性↓时效硬化（随时间增长）：强度↑，塑性、韧性↓5.复杂应力状态的影响（转脆因素：同号主应力）同号三向应力发生脆性破坏（趋向），但由于钢材塑性较好，不影响静力极限承载力6.应力集中的影响（转脆因素：同号空间拉应力）同号应力约束塑性变形，最终脆断不影响静力极限承载力，但负温或动载下易脆断7.荷载作用速度的影响（转脆因素：动荷载）加荷过快脆断钢的种类：1.按化学成分：碳素钢、合金钢（钢结构常用：碳素结构钢、低合金高强度结构钢）合金含量：低合金钢（≤5%）、中合金钢、高合金钢（＞10%）2.按脱氧程度：镇静钢、沸腾钢、半镇静钢、特殊镇静钢碳素结构钢Q235BF的含义：屈服强度为235MPa的B级沸腾钢碳素结构钢的表达方式：屈服点的字母Q+屈服强度值+质量等级（A、B、C、D、E，E最好，Q235没有E）+脱氧方法符号（F、B、Z、TZ）钢结构主要钢材：热轧钢板、热轧型钢、冷成型薄壁型钢优先使用型钢热轧型钢：角钢、槽钢、工字钢、H型钢角钢表示方法：“∟”后加“长边×短边×厚度”(不等边角钢)加“边长×厚度”(等边角钢)H型钢与工字钢相比：翼缘宽，等厚度，分布更合理，抗弯刚度大，用钢量少第三章钢结构连接钢结构的连接方法：焊缝连接（最主要）、螺栓连接、铆钉连接焊接特点：优点：1.构造简单2.节约钢材3.不削弱截面4.施工快速5.连接的密闭性好，刚度大缺点：1.焊缝热影响区内钢材变脆2.产生焊接残余应力、残余变形3.低温冷脆问题不同强度构件焊接，焊条与低强度一方适应：Q235和Q345钢的构件焊接，采用E43螺栓连接特点：优点：1.施工简单，装拆方便2.高强螺栓连接紧密、耐疲劳，受动载可靠缺点：1.开孔截面削弱2.拼装对孔，增加工作量3.需要搭接或拼接板、角钢等连接件，费料焊接方法：1.电弧焊（主要）2.电阻焊3.熔嘴电渣焊药皮的作用：1.稳定电弧；2.形成保护气体和熔渣，防止氧、氮使钢材变脆；3.合金元素改善焊缝力学性能按焊缝构造分类：对接焊缝、角焊缝质量检验：焊缝分为三级，I、II级需要外观检查和超声波探伤，III级只需外观检查对接焊缝为III级时强度比焊件低，须验算对接焊缝传力特点：直接、平顺，无显著应力集中，受力性能良好侧焊缝：强度低，塑性好端焊缝：应力集中严重，强度高，塑性差hf过小：热量小，冷却快焊缝易产生裂纹不易焊透hf过大：薄焊件易烧穿或咬边，热影响区大，残余应力和残余变形，易脆裂焊接残余应力成因：不均匀温度场导致焊件不均匀的膨胀和收缩残余应力种类：纵向残余应力、横向残余应力、沿厚度方向的残余应力残余应力对静力承载能力无影响减小焊接残余应力和残余变形的方法：1.合理的焊缝设计（焊缝尺寸适当、焊脚尺寸不宜过大，宜用细长焊缝；焊缝不宜集中）2.合理安排焊接及制造工艺普通螺栓传递剪力机理：栓杆受剪，孔壁承压摩擦型高强螺栓工作机理：受剪螺栓破坏的五种形式（后两种可以不用计算直接解决）：1.螺栓剪断（板厚，螺栓细）2.钢板孔壁挤压破坏（板薄，螺栓粗）3.钢板拉断（板开孔，截面削弱）4.端部钢板剪坏（螺栓端距过小，不小于2d即可）5.螺栓弯曲破坏（板厚，螺栓细长，总厚度不大于5d即可）10.9级高强度螺栓的含义：10表示热处理后最低抗拉强度为1000。

第一章概论一、钢结构的特点可靠性高/材料的强度高，钢结构自重轻/钢材的塑性和韧性好/钢结构制造简便，施工工期短/钢结构密闭性好/钢材的耐锈蚀性差/钢结构耐热但不耐火/钢材在低温时脆性增大二、结构设计的目的任何结构都是为了完成所要求的某些功能而设计的。

工程结构必须具备下列功能：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，以及在偶然事件发生时和发生后，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。

结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠性。

结构设计（计算）的目的是在满足各种预定功能的前提下，做到技术先进、安全适用、经济合理和确保质量。

要实现这一目的，必须借助于合理的设计方法。

结构设计应考虑下列两种极限状态：（1）承载能力极限状态结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形的极限状态。

如限制受弯构件截面上塑性区的发展不能超过某一限值，就是考虑使其不致产生不适于继续承载的变形的一个例子。

（2）正常使用极限状态结构或构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态。

第二章钢结构的材料一、钢材的破坏形式1. 塑性破坏：钢材在产生很大的变形以后发生的断裂破坏称为塑性破坏，也称为延性破坏。

变形大，变形持续时间长，易及时发现和补救。

2. 钢材在变形很小的情况下突然发生断裂破坏称为脆性破坏。

变形很小且突然发生，不易发现和采取补救措施，因而危险性很大。

二、钢结构对所用材料的要求物美价廉1. f u、f y高。

用到f y，f y高可减轻结构自重。

f y/f u太小浪费，太大安全储备小。

通常在0.6～0.7。

2. 塑性、韧性、耐久性好。

可防止脆性破坏，抗动力荷载好，耐疲劳。

3. 良好的加工性能。

冷、热加工和可焊性好。

4. 耐腐性好。

5. 价格便宜。

6. 有时还要求钢材具有适应低温、高温等环境的能力。