1、钢结构期末复习资料整理钢结构期末复习资料整理第一章 绪论1钢结构和其他材料的结构相比，钢结构具有哪些特点？答：钢材的强度高，塑性和韧性好；钢结构的质量轻；钢材材质均匀，接近各向同性；钢结构制作简便，施工工期短；钢结构的密闭性好；钢结构的耐腐蚀性差，耐火性差；在低温和其他条件下可能发生脆性断裂。2. 钢结构在工程中的应用：工业厂房；大跨度结构；高耸结构；多层和高层建筑；承受荷载影响及地震作用的结构；板壳结构；其他特种结构；可拆卸或移动的结构；轻型钢结构；和混凝土组合成的组合结构。3. 结构的极限状态：当结构或其组成超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态就称为该功能的极限状
2、态。4. 承载能力极限状态：指结构或构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形时的极限状态；正常使用极限状态：指结构或构架达到正常使用或耐久性能的某项规定限值时的极限状态）。5. 结构可靠度Ps：结构在规定的时间内，在规定的条件下完成预定功能的概率。第二章 钢结构的材料1. 钢结构中所用钢材应具有哪些性能？钢材应具有较高的屈服强度y和抗拉强度u：y是衡量结构承载能力的指标，y高则可减轻结构自重，节约钢材和降低造价。u是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能力，它直接反映钢材内部组织的优劣，同时u高可以增加结构的安全储备。较高的塑性和韧性：塑性和韧性好，结构在静载和动载作用下有足够的应变能力，既可减
3、轻结构脆性破坏的倾向，又能通过较大的塑性变形调整局部应力，同时又具有较好的抵抗重复荷载作用的能力。良好的工艺性能（包括冷加工、热加工和焊接性）：良好的工艺性能不但要易于加工成各种形式的结构，而且不致因加工而对结构的强度、塑性、韧性等造成较大的不利影响。此外，根据结构的具体工作条件，有时还要求钢材具有适应低温、高温和腐蚀性环境的能力。2. 塑性破坏：钢材在超过屈服点即有明显的塑性变形产生，超过抗拉强度时将在很大变形的情况下断裂。后果：塑性变形的断口平直，并因晶体在剪切之下相互滑移的结果而呈纤维状，塑性破坏之前，结构有明显的塑性变形产生，且有较长的持续时间，可便于发现和补救。3. 脆性破坏：钢材没
4、有的塑性变形产生或只有很小塑性变形而发生破坏。后果：脆性破坏之前，结构没有明显的塑性变形产生，且发生很突然，后果很危险。4. 强度：屈强比是衡量钢材强度储备的一个系数。屈强比越低安全储备越大，但屈强比过小时，不经济。当屈强比过大时，安全储备较小，且构件的塑性变形能力较小。5. 塑性：指钢材在应力超过屈服点后，能产生显著残余变形而不立即断裂的性质。6. 冲击韧性：指在钢材塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，是衡量钢材抵抗动力荷载能力的指标。是钢材塑性和强度的综合表现，可以用来判断钢材在动力荷载作用下是否会发生脆性破坏；冲击韧性好表示在动力荷载作用下破坏时吸收能量多；对于需要验算疲劳的结构所用的钢
5、材应具有不同试验温度下的冲击韧性的合格保证；冲击韧性受温度的影响较大，钢材具有低温冷脆性。7. 冷弯性能：指钢材在常温下加工发生塑性变形时，对产生裂纹的抵抗能力。冷弯性能用冷弯试验来检测，检测时如果时间弯曲180度，无裂纹、断裂或分层，即试件冷弯合格。制作结构构件和非结构构件的钢材的冷加工需要钢材有合格的冷弯性能。钢材的强度、冲击韧性、塑性、冷弯性能统称为钢材的力学性能或机械性能。12 焊缝的连接形式及焊缝形式：焊缝的连接形式有：平接（也叫对接）、搭接、T形连接和角接。焊缝形式：对接焊缝的受力形式为对接正焊缝和对接斜焊缝。角焊缝受力形式有正面角焊缝（焊缝的长度方向垂直于作用力方向）、侧面角焊缝
6、（焊缝的长度方向平行于作用力方向）。绗缝沿长度方向的布置有连续角焊缝和断续角焊缝之分。连续角焊缝之力较好，为主要角焊缝形式。断续角焊缝易引起应力集中。焊缝按照施焊位置分为：仰焊、立焊、横焊、俯焊（也叫平焊）。俯焊的施工最方便、质量最容易保证，仰焊的施工条件最迟、质量不易保证。3 焊缝的表示方法：用符号表示（基本符号、辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。）基本符号表示焊缝的截面形状。辅助符号表示焊缝表面形状特征。角焊用表示，V形焊缝用V表示。指引线有两条基线和箭头线组成，基线一般与图形底边平行。当箭头指在焊缝所在面时，焊缝符号标在基准线的实线侧。当箭头指在焊缝另一面时，焊缝符号标在基准线虚线侧。标
7、注对称焊缝时可以不用虚线。4 焊缝的构造：对接焊缝中，当试件的厚度较大时，应把焊缝边缘加工成适当形式和尺寸的坡口。当焊件的厚度t（t10mm）较小时，可以采用I形焊缝，即不开坡口，只在板边留适当的对接间隙即可。对于一般厚度（t=10-20mm）的焊件，可以采用斜坡口的单边V形缝或双边V形缝。对于较厚（t20mm）的焊件，应采用U形缝、K形缝、X形缝，可比V形坡口减小焊缝的体积，进而节约焊条和减小对焊件温度的影响。对于V形和U形缝，正面焊好后还需要性背面清根补焊。对于没有条件清根补焊的应该加垫板。当焊件可以随意扭转时，采用X形和V形缝最好。在焊缝的拼接处，当两侧焊件的宽度不同或厚度相差4mm以上
8、时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.5的斜角，形成平缓过渡。在每条焊缝的两端因焊接时起弧、灭弧的影响容易出现弧坑、未焊透等缺陷，易形成应力集中，为了避免这种情况，在焊接时应该在两端设置引弧板，焊后将其切除，并修磨平。5 焊缝的计算：Lw取值：当采用引弧板时，取焊缝实际长度；当未采用引弧板时。每根焊缝取实际长度减去2t。T在对接连接中为连接件的较小厚度，在T形连接中为腹板厚度。当正面焊不满足时，可以采用斜焊缝。当焊缝与作用力间的夹角满足tan1.5时，焊缝强度不低于母材强度，可以不用验算。在弯矩和剪力共同作用下，工字型、箱型等截面构件，在腹板和翼缘相接处，焊缝同时受有
9、较大的正应力1和较大的剪应力1。需要计算截面的折算应力。6 角焊缝的构造和计算：角焊缝有：垂直角焊缝（侧面焊缝和正面焊缝）和斜角焊缝。侧面角焊缝主要承受剪力，剪力分布两端大，中间小。其应力分布可以看做均匀分布。正面角焊缝的应力较复杂（剪力和轴力），各个截面中均存在不均匀的正应力和剪应力。根部有严重的应力集中。正焊缝的强度高于侧焊缝，但塑性要略低些。斜焊缝的受力性能和强度介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间。7 角焊缝的构造：包括焊角尺寸hf和焊缝计算长度Lw。最小焊角尺寸详见P55页。当焊件的厚度相差较大时，用等焊角尺寸无法满足最大、最小焊缝厚度的要求时，可以采用不等焊角尺寸。最小计算长度：焊角的尺
10、寸较大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝起弧灭弧造成的弧坑相距较近，加上其他可能产生的缺陷，焊缝的质量不可靠，所以，侧面角焊焊缝或正面角焊焊缝的计算长度不得小于8hf和400mm。侧面角焊缝的最大计算长度：由于侧面焊缝的长度和焊角尺寸之比越大，应力分布的不均匀性也越大。焊缝两端的应力较大，可能会使得端部提前破坏。所以需要控制侧面焊缝的长度。侧面计算长度不应大于60hf。搭接连接构造：两侧角焊缝的长度不小于两条焊缝之间的距离。为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲过大，两侧焊缝之间的距离不应大于16t（当t12mm）和190mm（当t12mm）当宽度超过时，应该加上正面角焊缝、或加槽焊。在搭接
11、连接中，搭接长度不小于焊件厚度的5倍，并不小于24mm，以减小收缩应力及搭接偏心影响产生的次应力。为了避免起落弧缺陷发生在应力集中较大的转角处，当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续地作长度为2hf的绕角焊，但专家必须连续施焊，不得端弧。角焊缝当中，正面角焊缝的承载能力高于侧面角焊缝，但正面角焊缝的刚度角大，变形能力低，对于直接承受动力荷载的结构，不考虑正面角焊缝的强度提高f=1。8 轴力、扭矩、弯矩单独作用的角焊缝计算：当角焊缝只受轴力，且轴力通过焊缝的形心时，可以认为焊缝的应力是均匀分布的。此时，正面角焊缝只有正应力，侧面角焊缝只有剪应力。弯矩作用下，角焊缝的有效截面应力呈三角形分布，属于正
12、面角焊缝性质，只有正应力。扭矩作用下：两个假定：被连接杆件是绝对刚性的，而角焊缝是弹性的；被连接杆绕角焊缝有效截面形心O旋转，角焊缝上任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力的大小与连线长度r成正比。计算时主要是x和y方向极惯性矩的计算。9 焊接残余应力：焊接构件在使焊过程中，在焊件上产生不均匀的温度场，高温部分的钢材要求有较大的膨胀伸长，但受到邻近钢材的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力，并在焊接过程中随时间和温度而不断变化，这种应力称焊接应力。钢材冷却后存在于焊件中的应力称焊接残余应力。10 焊接残余变形：焊接构件在使焊过程中，由于受到不均匀的电弧高温作用，在焊件中产生变形，称焊接
13、变形，焊接应力较高的部位将达到钢材的屈服强度而产生塑性变形，因而钢材冷却后残存于焊件中的变形称焊接残余变形。11 焊接应力对结构构件的影响：（1）由于钢材有良好的塑性，所以承受静荷载的结构，无严重应力集中并在常温下工作时，焊接应力并不影响结构的静力强度。（2）由于钢材在塑性状态时弹性模量降低，但结构构件的局部进入塑性工作状态时，构件截面的刚度降低，焊接应力降低了结构构件的刚度和稳定性承载力。(3)由于焊接结构在焊缝中存在双向甚至三向拉应力场，阻碍了塑性变形的发展，使钢材变脆，使裂缝易于产生和发展，因此焊接应力将使钢材的疲劳强度降低。12 减小焊接残余应力的方法：焊缝的位置应合理，焊缝应尽可能布
14、置在结构对称的位置上，以减小残余变形。焊缝的尺寸要适当，在允许的范围内，最好采用细长焊缝，不用短粗焊缝，避免因焊角尺寸过大而产生过大的残余应力，且在施焊时容易烧穿。焊缝不宜过分集中，以免产生过大的焊接残余应力和残余应变，甚至产生裂纹。尽量避免三向焊缝相交，以防止在相交处形成三向拉应力，时钢材变脆。防止钢板分层破坏的发生，使拉力不垂直于板面。要注意施焊方便，保证焊接作业所要求的最小间隙和合适的焊条角度。避免使用仰焊，以保证施工质量。13 普通螺栓的构造和计算：普通螺栓分为A B C三级。C级螺栓采用性能为4.6或4.8级钢材。等级的前一个数表示抗拉强度为400N/mm2，后一个数表示屈强比，6表
15、示屈服点为抗拉强度的0.6倍。A B级螺栓的精度较高，称为精致螺栓。14 螺栓的排列：螺栓在构件上的排列有并列和错列两种。并列特点：螺栓较紧凑，连接板尺寸较小，但螺栓孔对截面的削弱较大。错列特点：螺栓布置叫松散，连接板尺寸较大，但可以减小螺栓孔对截面的削弱作用。15 受力要求：螺栓的螺距不应小于2d0,为栓孔的直径。构造要求：当螺栓的螺距和线距过大时，被连接板件的接触就不够紧密，潮气会渗入板件之间的缝隙内，使钢材锈蚀。16 螺栓的工作性能：普通螺栓按照螺栓传力方式可以分为抗剪螺栓、抗拉螺栓和同时抗剪和抗拉螺栓。抗剪螺栓：抗剪螺栓受力初期，荷载较小，有杆件间的摩擦力来传递外力。出现相对滑动后，螺
16、栓杆和孔壁接触，由螺杆承受剪力，孔壁受挤压作用。17 抗剪螺栓破坏时可能的破坏形式：当螺栓直径较小，被连接钢板的厚度较大时，螺栓可能悲哀剪坏。当螺栓直径较大，被连接钢板较薄时，钢板可能被挤坏。因为螺栓和钢板之间的作用是相对的，这种破坏称作螺栓承压破坏。当杆件开口较多使截面削弱很多时，构件可能被拉断。当螺栓孔距板端距离较小时，板端可能被剪坏（限制端距来保证e2d0）。当被连接钢板太厚，而螺杆较细时，可能发生螺栓弯曲破坏。（板厚不超过5d）18 普通螺栓的抗剪承载力要考虑螺栓受剪和孔壁承压两种破坏形式。根据螺栓的剪切破坏面的多少可以将螺栓的剪切破坏分为单剪、双剪、四剪。为计算方便，假定螺栓承压发生在计算承压面上，且假定螺栓的应力在该承压面上均匀分布。19 螺栓的计算：螺栓的
