钢结构设计原理资料

2015—2016学年度13级土木三班期末复习材料

第 1 页 共 8 页 钢结构设计原理

题型：单项选择题、填空题、计算题

各章知识点汇总：

第一章：绪论

1.钢结构的特点：【要知道哪一条用了哪一个优点】

（1）建筑钢材强度高，塑性韧性好。【适用于建造跨度大、承载重的结构；受压时易为稳定承载力和刚度要求所控制；结构在一般条件下不会因超载而突然破坏；是钢结构具有优越的抗震性能】

（2）钢结构的重量轻【为其安装、运输提供了便利条件，同时减轻基础的负荷，降低地基、基础部分的造价】

（3）材质均匀，和力学计算的假定比较符合【在一定的应力幅度内材料为弹性；钢材在冶炼和轧制过程中质量可以严格控制，材质波动性小】

（4）钢结构制作简便，施工工期短【易于加固、改建和拆迁】

（5）钢结构密闭性好【适宜建造密闭的板壳结构】

（6）钢结构耐腐蚀性差【钢结构在涂油漆前应彻底除锈】

（7）钢材耐热但不耐火

（8）钢结构可能发生脆性断裂【低温和某些条件下发生】

2 钢结构的设计方法

概率极限状态设计方法

3 两种极限状态

（1）承载能力极限状态

（2）正常使用极限状态

4 两种极限状态下的荷载组合方法(基本组合、标准组合)

在一般情况下荷载分项系数

当永久荷载效应与可变荷载效应异号时，这时永久荷载效应对设计有利，应取

当永久荷载效应对结构构件的承载力不利时应取

对于承载能力极限状态荷载效应的基本组合，应按下列设计表达式中最不利值确定：可变荷载效应控制的组合

永久荷载效应控制的组合

由可变荷载效应控制的组合，按下式计算

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第 2 页 共 8 页 对于正常使用极限状态，钢结构只考虑荷载的标准组合，其设计式为：

习题：

1. 目前我国钢结构设计,

C除疲劳计算按容许应力幅、应力按弹性状态计算外，其它采用以概率理论为基础的近似概率极限状态设计方法。

2. 按承载力极限状态设计钢结构时，应考虑

C 荷载效应的基本组合，必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。

第二章：钢结构的材料

1 钢材的破坏形式

即塑性破坏和脆性破坏。疲劳破坏属于脆性破坏。

2 钢材种类（钢材牌号）：书P27-30

★钢材的规格 书P29

3 σ～ε关系

多向应力下

当 时，为弹性状态。

在一般的梁中，只存在正应力 和剪应力 ，则

当只有剪应力时， =0，由此得

钢材抗剪设计强度为抗拉设计强度的0.58倍。

4.性能指标：

（1）单向均匀拉伸时钢材的性能：

书P16 图2-1 碳素结构钢材的应力—应变曲线

图2-2 理想弹—塑性体的应力—应变曲线

条件屈服点：条件屈服点是以卸荷后试件中残余应变为0.2%所对应的应力定义的，可用f0.2表示。 2222223xzyzxyzxzyyxzyxeq2015—2016学年度13级土木三班期末复习材料

第 3 页 共 8 页 屈服点 fy 衡量钢材承载能力指标

抗拉强度fu 衡量经巨量变形后抗拉能力

伸长率 试件被拉断时的绝对变形值与试件原标距之比的百分数，称为伸长率，代表材料在单向拉伸时的塑性应变的能力。衡量钢材塑性变形能力的指标

抗剪强度低于抗拉强度。

（2）冷弯性能

冷弯性能是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标。更严格衡量塑性变形能力的指标

（3）冲击韧性

韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。衡量钢材抵抗动荷能力的指标

（4）可焊性

可焊性是指采用一般焊接工艺就可完成合格的焊缝的性能。

钢材的可焊性受含碳量和合金元素含量的影响。

5. 各种因素对钢材主要性能的影响：

化学成分：在高温时,硫S氧O使钢变脆，称之为热脆。在低温时，磷P氮N使钢变脆，称为冷脆。磷可提高钢材的强度和抗锈性。

氧和氮都是钢中的有害杂质。

硅和锰是钢中的有益元素，它们是炼钢的脱氧剂。它们使钢材的强度提高，对塑性和韧性无显著的不良影响。

冶金缺陷：偏析是指钢材中化学成分不一致和不均匀。

钢材硬化：提高了钢的屈服点，同时降低了钢的塑性和韧性。

温度影响：温度降低，钢材强度会略有增加，同时钢材会因塑形和韧性降低而变脆。250℃左右，钢材的强度反而略有提高，同时塑性和韧性均下降，材料有转脆的倾向，钢材表面氧化膜呈现蓝色，称之为蓝脆现象。当温度从常温开始下降，特别是在负温范围内时，钢材强度虽然提高，但其塑性和韧性降低，材料逐渐变脆，这种性质称为低温冷脆。

应力集中： 构造缺陷

反复荷载作用：疲劳破坏是脆性断裂。

6.钢材的选用：书P28-29

习题：

钢材的设计强度是根据C屈服点

确定的。

第三章：钢结构的连接

1.钢结构的链接方法可分为焊接连接、铆钉连接和螺栓连接三种。

2.焊接连接：

焊接的形式 主要包括角焊缝、对接焊缝两种形式。

焊接连接的形式按被连接板件的相互位置可分为对接、搭接、T形连接和角部连接四种形式。连接所采用的焊接形式为对接焊缝和角焊缝。

焊接缺陷：是指焊接过程中产生焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。常见的缺陷包括裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等。

焊接质量检验：三级焊缝只要求全部焊缝做外观检查且符合三级质量标准；一级、二级焊缝除外观检查外，还要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标2015—2016学年度13级土木三班期末复习材料

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3.角焊缝：

构造要求：

最小焊脚尺寸：

最大焊脚尺寸：

角焊缝的最小计算长度：

侧面角焊缝的最大计算长度：

直角角焊缝强度计算基本公式：

对正面角焊缝， =0，得

对侧面角焊缝， =0，得

斜焊缝：

角焊接的四种计算

①承受轴心力作用 a钢板的对接连接

b承受斜向轴心力的焊缝计算

c角钢角焊缝连接

②承受弯矩作用 a弯矩单独作用

b弯矩、剪力和轴心力联合作用

③承受扭矩作用 a 扭矩单独作用

B扭矩、剪力和轴心力联合作用

例题：书P45 3-1 P46 3-2 只求两面焊和三面焊 P48 3-3

书P51 3-4 P52 3-5 P56 3-7

4.对接焊缝

（1）焊透的对接焊缝计算 焊缝强度取值

轴心力作用

弯矩和剪力联合作用

弯矩、剪力和轴心力联合作用

（2）部分焊透的对接焊缝（了解）不考

例题：书P60 例3-8 3-9

5.焊接残余应力的分类和产生的原因 wffwefflhNwfwefflhVwfffff222015—2016学年度13级土木三班期末复习材料

第 5 页 共 8 页 三个成因：纵向焊接应力、横向焊接应力、厚度方向的焊接应力

焊接残余应力对结构性能的影响：对结构静力强度的影响；对结构刚度的影响；对受压构件稳定承载力的影响；对低温冷脆的影响；对疲劳强度的影响

减少焊接应力和焊接变形的措施：

设计措施：1）尽可能使焊缝对称于构件截面的中性轴

2）采用适宜的焊脚尺寸和焊缝长度

3）焊缝不宜过分集中

4）尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉

5）尽量避免在母材厚度方向的收缩应力

工艺措施（了解）：1）采取合理的施焊次序

2）采用反变形

3）对于小尺寸焊件，焊前预热，或焊后回火加热至600℃左右

6.螺栓连接:

螺栓受剪、受拉的工作性能，螺栓的破坏形式

普通螺栓连接 抗剪连接 剪力作用

扭矩作用

扭矩、剪力和轴心力联合作用

抗拉计算 轴心力计算

弯矩

轴心受拉：大偏心、小偏心

书P77图3-59(b) 0-1摩擦传力 弹性阶段

1-2 相对滑移阶段

2-4 弹塑性阶段

3 弹性极限

4极限承载力

螺栓抗剪连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有四种：

1）当栓件直径较小而板件较厚时，栓件可能被剪断

2）当栓件直径较大、板件较薄时，板件可能会被挤坏 板件破坏

3）板件截面可能因螺栓孔削弱太多而被拉断

4）端距太小，端距范围内的板件可能被栓杆冲剪破坏

5）栓杆弯曲破坏，螺栓杆过长，不应大于5d,d为杆件直径

1）-3）可以通过计算来解决

一个普通螺栓的抗剪承载力P78

一个普通螺栓的承压承载力设计值式：

一个螺栓抗剪的承载力设计值取 和 的较小值 。

例题：书P81 3-14 3-15 2015—2016学年度13级土木三班期末复习材料

第 6 页 共 8 页 普通螺栓的抗拉连接：P86

（1）小偏心受拉

（2）大偏心受拉

例题：书P87 例3-16 3-17

普通螺栓连接受剪力和拉力的共同作用 P89

高强螺栓连接 抗剪连接：与普通螺栓连接计算方面近似（注意剪切面在螺纹处时的计算）

传力机理

抗拉连接：承压型连接

摩擦型连接

拉力和剪力共同作用

例题：书P99 例题3-20 3-21

书后习题：书P104 18 P106 3-2 3-4 3-6 3-8 3-9

第四章：轴心受力构件

1.轴力受力构件包括轴心受拉构件(轴心拉杆)和轴心受压构件（轴心压杆）两种。

轴心受力构件 按受力形式 轴心受拉构件

轴心受压构件

按截面形式 实腹式构件

格构式构件

承载能力极限状态（强度、稳定性）

正常使用极限状态（刚度）

例题：书P113 例题4-1