土木工程學(xué)院

主講：教授鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì)使用教材:《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》張耀春高等教育出版社參考用書(shū):《鋼結(jié)構(gòu)》魏明鐘主編武漢理工大學(xué)出版社《鋼結(jié)構(gòu)》鐘善桐中國(guó)建筑工業(yè)出版社鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì)課程內(nèi)容體系介紹結(jié)構(gòu)軸心構(gòu)件

受彎構(gòu)件

偏心構(gòu)件材料發(fā)展構(gòu)件廠房高層建筑橋梁結(jié)構(gòu)

大跨度建筑塔桅結(jié)構(gòu)焊接鉚接螺栓焊接鉚接螺栓計(jì)算方法設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì)§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用§1-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法§1-4鋼結(jié)構(gòu)的新發(fā)展第1章緒論第1章緒論§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史

全國(guó)重點(diǎn)保護(hù)文物－瀘定鐵索橋，建于1705－1706年，橋身共由13根鐵鏈組成；每根（鐵鏈）由862－977節(jié)鐵環(huán)相扣，每根鐵鏈重1300－1800kg。1.古代發(fā)展§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史根據(jù)文獻(xiàn)記載，中國(guó)早在公元前五十年就建成了跨度達(dá)百米的鐵索橋，而歐美直到十七世紀(jì)尚未出現(xiàn)鐵索橋。瀘定鐵索橋防腐問(wèn)題§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史

公元1061年（宋代）在湖北荊州玉泉寺建成的13層鐵塔，目前依然存在。鐵塔高17.9米，八角十三級(jí)，重53.3噸，為我國(guó)現(xiàn)存最高、最重、最大的鐵塔。已有900多年的歷史。我國(guó)古代金屬結(jié)構(gòu)建筑在世界上處于領(lǐng)先地位。

鎮(zhèn)江甘露寺鐵塔、荊州玉泉寺鐵塔等等?！?-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史

甘露寺鐵塔位于天王殿東北，實(shí)際上是唐寶歷元年(八二五年)衛(wèi)公李德裕建，故又稱衛(wèi)公塔。宋代重鑄為鐵塔，原塔為七級(jí)。十九世紀(jì)末又因大風(fēng)疾雷，傾倒四層?！?-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史建國(guó)前2.現(xiàn)代1927~1937年是我國(guó)土木工程及金屬結(jié)構(gòu)建設(shè)的黃金時(shí)代，代表作品有：沈陽(yáng)皇姑屯機(jī)車廠鋼結(jié)構(gòu)廠房（1927）廣州中山紀(jì)念堂圓屋頂（1928~1931）錢(qián)塘江大橋（1937）§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史廣州中山紀(jì)念堂是為了紀(jì)念孫中山先生建造的，于1931年10月竣工。廳內(nèi)容積為33300立方米，容量為5000人。建國(guó)后，廣州市的標(biāo)志性建筑，為國(guó)家一級(jí)文物。

§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史

由茅以升先生主持興建的杭州錢(qián)塘江大橋。該橋由他帶領(lǐng)一批留學(xué)生自行設(shè)計(jì)和監(jiān)造(實(shí)際施工由丹麥康益洋行承包下部結(jié)構(gòu)和沉箱基礎(chǔ)工程，上部結(jié)構(gòu)鋼梁則由英商道門(mén)朗公司承包制造和安裝)。§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史建國(guó)后第一個(gè)五年計(jì)劃：以工業(yè)廠房（156個(gè)大型項(xiàng)目）、交通工程為主。第一重型機(jī)械廠第一汽車制造廠§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史人民大會(huì)堂第二~第四個(gè)五年計(jì)劃：以公共建筑為主。鋼屋架跨度61米高度7米§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史第五個(gè)五年計(jì)劃~：以工業(yè)廠房、公共建筑、交通工程為主寶鋼廠區(qū)§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史蕪湖長(zhǎng)江大橋九江長(zhǎng)江大橋(鋼材15MnVN)§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史瑞金飯店27層107米金沙江大酒店14層41.4米錦江賓館43層153.21米靜安希爾頓賓館京廣中心53層208米京城大廈52層國(guó)貿(mào)中心40層長(zhǎng)富宮25層§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史1997年，我國(guó)鋼產(chǎn)量達(dá)1億噸,1998年投產(chǎn)的軋制H型鋼系列1991年2月4日馬鞍山鋼鐵公司軋制我國(guó)第一根H型鋼1996年建成的深圳地王大廈高度325米1998年建成的大連遠(yuǎn)洋大廈，鋼結(jié)構(gòu)高層建筑（高度201米，51層），全部由我國(guó)自己完成§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史上海金茂大廈上海證券大廈§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史主跨602米的結(jié)合梁斜拉橋在1994年建成時(shí)居世界斜拉橋跨度之首，現(xiàn)名列第三。上海楊浦大橋§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史

自1996年超過(guò)1億噸以來(lái)，一直位列世界鋼產(chǎn)量的首位，2006年更達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的3.8億噸。我國(guó)新的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017和《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018也已發(fā)布實(shí)施。所有這些，為鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的快速發(fā)展創(chuàng)造了條件?！?-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史

于1777-1781年，世界上第一座鑄鐵橋。它的建造者是鋼鐵大王亞伯拉罕·達(dá)比。由建筑師T·F·普里查德協(xié)助設(shè)計(jì)。這座橋橫跨塞文河，跨度為30.5米。

3.鋼結(jié)構(gòu)在國(guó)外的發(fā)展史簡(jiǎn)介§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史框架結(jié)構(gòu)最初在美國(guó)得到發(fā)展，其主要特點(diǎn)是以生鐵框架代替承重墻。1858--1868年建造的巴黎圣日內(nèi)維夫圖書(shū)館，是初期生鐵框架形式的代表。

§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史英國(guó)利茲貨幣交易所

倫敦老火車站

美國(guó)1850-1880年間“生鐵時(shí)代”建造的大量商店、倉(cāng)庫(kù)和政府大廈多應(yīng)用生鐵構(gòu)件門(mén)面或框架?！?-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史第一座依照現(xiàn)代鋼框架結(jié)構(gòu)原理建造起來(lái)的高層建筑是芝加哥家庭保險(xiǎn)公司大廈。（1883-1885，WilliamLeBaronJenney）,共十層外形仍然保持著古典的比例§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史巴黎的埃菲爾鐵塔，在1889年為紀(jì)念法國(guó)大革命一百周年而建造，落成之日，設(shè)計(jì)者埃菲爾驕傲地向世人宣稱，世界上只有法國(guó)的國(guó)旗具有300米高的旗桿。§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史英國(guó)福斯橋,建于1889年，是世界上第一座現(xiàn)代化鋼橋。計(jì)算簡(jiǎn)圖§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史鋼拱橋是二十世紀(jì)早期常見(jiàn)的橋梁形式?！?-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史美國(guó)舊金山的金門(mén)大橋，建于20世紀(jì)30年代用了二萬(wàn)多根鋼絲纜繩組成§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史紐約帝國(guó)大廈馬來(lái)西亞石油大廈§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史紐約帝國(guó)大廈

1931年102層381米

芝加哥漢考克大廈

1970年100層337米

紐約世界貿(mào)易中心

1973年110層411米

芝加哥西爾斯大廈

1974年109層442米

馬來(lái)西亞石油大廈

1996年88層450米

金茂大廈

88層421米§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史芝加哥西爾斯大廈

柳京飯店，它有一百零五層，高三百八十米，約有三千個(gè)房間，朝鮮最高的建筑，朝鮮建筑史上的奇跡。平壤古代又名柳京。介紹一座混凝土建筑：§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史框架結(jié)構(gòu)體系框架支撐結(jié)構(gòu)體系框架剪力墻體系框架---筒體結(jié)構(gòu)體系懸掛結(jié)構(gòu)體系成束筒結(jié)構(gòu)4.高層鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系構(gòu)件連接§1-1鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)2.塑性、韌性好，各向同性、力學(xué)性能與力學(xué)假定符合程度好，抗震性能好；1.強(qiáng)度/重量比大；穩(wěn)定性3.具可焊性、易加工制造、具良好的裝配性；4.密封性好；5.可以重復(fù)利用；6.有一定的耐熱性，但是耐火性較差；7.易銹蝕、有焊接殘余應(yīng)力；8.低溫冷脆?！?-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用

工業(yè)化程度高（具可焊性、易加工制造、具良好的裝配性）§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用

密封性能好§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用耐火性不好，易銹蝕鋼結(jié)構(gòu)通常在450～650℃溫度中就會(huì)失去承載能力發(fā)生很大的變形，導(dǎo)致鋼柱、鋼梁彎曲，因過(guò)大變形不能使用一般不加保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限為15分鐘左右?！?-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用A.外包層在鋼結(jié)構(gòu)外表添加外包層，可以現(xiàn)澆成型，可以采用噴涂法。B.充水(水套)空心型鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)充水是抵御火災(zāi)最有效的防護(hù)措施。

提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性的措施§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用屏蔽鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置在耐火材料組成的墻體或頂棚內(nèi)，或?qū)?gòu)件包藏在兩片墻之間的空隙里增加少許耐火材料或不增加即能達(dá)到防火的目的一種經(jīng)濟(jì)的防火方法。

D.膨脹材料采用鋼結(jié)構(gòu)防火涂料保護(hù)構(gòu)件具有防火隔熱性能好、施工不受鋼結(jié)構(gòu)幾何形體限制等優(yōu)點(diǎn)一般不需要添加輔助設(shè)施，涂層質(zhì)量輕，美觀先進(jìn)防火技術(shù)措施?！?-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用1.大跨度結(jié)構(gòu)

有空間桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、懸索、張弦梁、拱架和框架等二.鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用國(guó)家大劇院§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用北京中華世紀(jì)壇§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用2.工業(yè)廠房

鞍鋼1700連鑄主廠房工程

鞍鋼大連鍍鋅線主廠房工程§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用3.受動(dòng)力荷載作用的結(jié)構(gòu)（橋梁、吊車梁）§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用深圳地王大廈4.多層與高層結(jié)構(gòu)香港中銀匯豐銀行§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用上海環(huán)球金融中心根據(jù)設(shè)計(jì)方案，大廈高492米、101層，建成后其高度將超過(guò)目前居世界第一的馬來(lái)西亞大廈（高452米）。

§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用青島電視塔5.高聳結(jié)構(gòu)神州飛船發(fā)射塔§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用多倫多電視塔多倫多電視塔東方明珠§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用6.可拆卸移動(dòng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于建筑、鐵路、公路、水利、商業(yè)、旅游和軍事等領(lǐng)域的辦公室、指揮部、宿舍、會(huì)議室、倉(cāng)庫(kù)、商店及各種臨時(shí)用房。§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用7.容器和管道§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用各種筒倉(cāng)南京揚(yáng)子石化化工廠§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用

配以零件、扣件、門(mén)窗等形成比較完善的建筑體系，即輕鋼結(jié)構(gòu)體系。體系由工廠制作，現(xiàn)場(chǎng)按要求拼裝形成。具有自重輕，建設(shè)周期短，適應(yīng)性強(qiáng)，外表美觀，造價(jià)低，易維護(hù)等特點(diǎn)。由于自重輕，也降低了基礎(chǔ)的造價(jià)。8.輕型鋼結(jié)構(gòu)彩鋼板作屋面和墻面薄壁型鋼作檁條和圈梁H型截面做柱與梁現(xiàn)場(chǎng)用螺栓或焊接門(mén)式鋼架為主要結(jié)構(gòu)的一種建筑§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用廠房、庫(kù)房、體育館展覽館機(jī)場(chǎng)機(jī)庫(kù)

已建和在建的浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)、首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)、蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)、成都雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)等重要工程?！?-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用全鋼結(jié)構(gòu)無(wú)吊車砼柱+鋼屋蓋排架結(jié)構(gòu)§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用多層循環(huán)類停車設(shè)備§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用9.鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)黑龍江省聯(lián)通大廈§1-2鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用1.傳統(tǒng)的容許應(yīng)力法和最大荷載法（統(tǒng)稱單系數(shù)法）20世紀(jì)初~五十年代前言、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展演變最大荷載法也稱極限荷載法

SK是容許荷載產(chǎn)生的荷載效應(yīng)；Rb是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞抗力?！?-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法§1-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.三系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

五十年代~七十年代將一個(gè)安全系數(shù)分解為三個(gè)系數(shù)：超載系數(shù)材料均質(zhì)系數(shù)工作條件系數(shù)特點(diǎn)------------提出兩種極限狀態(tài)：（1）承載力極限；（2）正常使用極限狀態(tài)?！?-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法3.半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法八十年代~SK是荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；Rk是結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力標(biāo)準(zhǔn)值。K1

荷載系數(shù)（1.23)K2材料系數(shù)(3號(hào)鋼K2為1.143，16Mn鋼為1.175)K3調(diào)整系數(shù)(一般等于1)令是構(gòu)件截面的幾何特征§1-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

公式形為容許應(yīng)力法表達(dá)式，實(shí)為半概率半經(jīng)驗(yàn)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。缺點(diǎn)：系數(shù)大小并不反映可靠度，例如3號(hào)鋼K=1.41，16Mn鋼K=1.45，并不說(shuō)明用16Mn的結(jié)構(gòu)比3號(hào)鋼安全?！?-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法1.3.1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

將影響結(jié)構(gòu)功能的諸因素作為隨機(jī)變量，認(rèn)為任何設(shè)計(jì)都不能保證絕對(duì)安全，而是存在一定風(fēng)險(xiǎn)，只要失效概率小到可接受的程度，可認(rèn)為結(jié)構(gòu)是安全的。思想：半概率法近似概率法全概率法

§1-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿足的功能有：

(1)正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)各種作用；

(2)正常使用時(shí)具有良好的工作性能；

(3)正常維護(hù)下具有足夠的耐久性；

(4)在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件（如地震、火災(zāi)、爆炸、撞擊等）發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必須的整體穩(wěn)定性。§1-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法二.結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。一般建筑物的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。三.結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)極限狀態(tài)-整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求。承載力極限狀態(tài)強(qiáng)度破壞、疲勞破壞、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件喪失穩(wěn)定。(2)正常使用極限狀態(tài)影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用或耐久性能的局部損壞?！?-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法R、S受許多隨機(jī)因素影響而不具確定性。結(jié)構(gòu)可靠度定義：結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定條件下，完成預(yù)定功能的概率。

>0可靠1.結(jié)構(gòu)功能函數(shù)

Z=R-S=0達(dá)極限狀態(tài)

<0失效狀態(tài)結(jié)構(gòu)抗力荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的綜合效應(yīng)四.概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原理§1-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)可靠度失效概率

歸并R、S兩個(gè)基本變量，設(shè)二者都服從正態(tài)分布，這樣Z也是正態(tài)隨機(jī)變量。平均值標(biāo)準(zhǔn)差2.失效概率可靠指標(biāo)§1-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法可靠指標(biāo)

μ表示平均值，確定曲線位置；σ表示離散程度，確定形狀。只要二者確定，正態(tài)分布f(z)就確定令：f(z)Z

β指標(biāo)確定了f(z)的分布，由其可確定失效概率Pf§1-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

半概率法是分別考慮荷載效應(yīng)與抗力的變異性，概率法是用可靠指標(biāo)將荷載與抗力的變異性對(duì)結(jié)構(gòu)的影響聯(lián)合考慮。五.設(shè)計(jì)表達(dá)式按照概率表達(dá)式不符合人們習(xí)慣將公式轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)人員熟悉的分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)式：Z=R－S1.承載力極限狀態(tài)表達(dá)式

§1-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法根據(jù)結(jié)構(gòu)功能要求，進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮作用效應(yīng)的基本組合，必要時(shí)應(yīng)考慮作用效應(yīng)的偶然性（如火災(zāi)、爆炸、撞擊、地震等偶然事件的組合）

(1)

基本組合可變荷載效應(yīng)控制的組合：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)荷載效應(yīng)值分項(xiàng)系數(shù)組合值系數(shù)§1-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法構(gòu)件本身的承載能力（抗力）R是材料性能和構(gòu)件幾何因素的函數(shù)：材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值抗力分項(xiàng)系數(shù)幾何因素（截面積或截面抵抗矩）材料或連接設(shè)計(jì)強(qiáng)度§1-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

永久荷載效應(yīng)控制的組合：

對(duì)于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，可采用簡(jiǎn)化式計(jì)算：

由可變荷載效應(yīng)控制的組合：

由永久荷載效應(yīng)控制的組合，仍按上式進(jìn)行計(jì)算

§1-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法(2)

偶然組合

極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式宜按下列原則確定：

偶然作用的代表值不乘分項(xiàng)系數(shù)；與偶然作用同時(shí)出現(xiàn)的可變荷載，應(yīng)根據(jù)觀測(cè)資料和工程經(jīng)驗(yàn)采用適當(dāng)?shù)拇碇?/p>

具體的設(shè)計(jì)表達(dá)式及各種系數(shù)，應(yīng)符合專門(mén)規(guī)范的規(guī)定。

2.正常使用極限狀態(tài)表達(dá)式結(jié)構(gòu)只考慮荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合，其設(shè)計(jì)式為：

§1-3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法§1-4鋼結(jié)構(gòu)的新發(fā)展1.4.1結(jié)構(gòu)用鋼的新發(fā)展

高強(qiáng)度高性能鋼、低屈服點(diǎn)鋼和耐火鋼的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

Q420鋼，該鋼材(15MnVN)已應(yīng)用在九江長(zhǎng)江大橋建設(shè)壓型鋼板薄壁型鋼應(yīng)用網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)張弦桁架懸掛結(jié)構(gòu)變截面輕鋼門(mén)式剛架金屬拱型波紋屋蓋鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)1.4.2新型結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用和發(fā)展§1-4鋼結(jié)構(gòu)的新發(fā)展1.4.3設(shè)計(jì)方法的新發(fā)展

設(shè)計(jì)方法還有待發(fā)展開(kāi)展整個(gè)框架結(jié)構(gòu)體系為對(duì)象的二階非彈性分析

預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化§1-4鋼結(jié)構(gòu)的新發(fā)展第2章鋼結(jié)構(gòu)材料§2-1概述§2-2鋼材的生產(chǎn)§2-3鋼材的主要性能第2章鋼結(jié)構(gòu)材料§2-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響§2-5鋼材的疲勞§2-6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用1）有較高的強(qiáng)度，屈強(qiáng)比滿足要求，保證安全儲(chǔ)備2）有足夠的變形能力塑性----破壞前有預(yù)兆，能內(nèi)力重分布韌性----在動(dòng)載下破壞能吸收較大能量§2-1概述4）適應(yīng)低溫、有害介質(zhì)侵蝕及承受疲勞荷載5）易生產(chǎn)、價(jià)格便宜3）有良好的加工性能，適應(yīng)冷熱加工，有良好的可焊性《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2002)推薦的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q345、Q390及Q420符合要求§2-1概述§2-2鋼材的生產(chǎn)2.2.1鋼材的冶煉一.煉鐵二.煉鋼碳素鋼

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼常用的煉鋼爐有三種形式：轉(zhuǎn)爐、平爐和電爐。電爐煉鋼煉成的鋼質(zhì)量好。耗電量大，成本高。轉(zhuǎn)爐煉鋼是利用高壓空氣或氧氣

氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉的鋼中有害元素和雜質(zhì)少，生產(chǎn)周期短，效率高、質(zhì)量好、成本低。

鋼材的生產(chǎn)分為煉鐵、煉鋼和軋制§2-2鋼材的生產(chǎn)§2-2鋼材的生產(chǎn)§2-2鋼材的生產(chǎn)平爐煉鋼，平爐的原料廣泛，容積大，產(chǎn)量高，冶煉工藝簡(jiǎn)單，化學(xué)成分易于控制，煉出的鋼質(zhì)量?jī)?yōu)良。平爐鋼周期長(zhǎng)，效率低成本高三.鋼材的澆注和脫氧按脫氧的方法和程度的不同，碳素結(jié)構(gòu)鋼可分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼4類。

沸騰鋼采用脫氧能力較弱錳作脫氧劑，脫氧不完全。鋼中留有較多氧化鐵夾雜和氣孔。質(zhì)量較差。

鎮(zhèn)靜鋼采用錳加硅作脫氧劑，脫氧較完全，硅在還原氧化鐵過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生熱量，使鋼液冷卻緩慢，使氣體充分逸出，澆注時(shí)不出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象。質(zhì)量好，成本高。半鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程度介于上述二者之間。特殊鎮(zhèn)靜鋼是在錳硅脫氧后，再用鋁補(bǔ)充脫氧，脫氧程度高于鎮(zhèn)靜鋼。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一般都是鎮(zhèn)靜鋼?！?-2鋼材的生產(chǎn)以“Q”代表屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)數(shù)值共分195、215、235、255和275(MPa)5種質(zhì)量等級(jí)按有害成分硫、磷含量由多到少的規(guī)律，分別由A、B、C、D符號(hào)表示脫氧方法以F表示沸騰鋼，b表示半鎮(zhèn)靜鋼，Z表示鎮(zhèn)靜鋼，TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼。Z和TZ在鋼的牌號(hào)中予以省略C級(jí)只能是Z，D級(jí)只能是TZ。例如：Q235A·F表示屈服點(diǎn)為235MPa的A級(jí)沸騰鋼

Q215B，表示屈服點(diǎn)為215MPa的B級(jí)鎮(zhèn)靜鋼

Q215B·b表示屈服點(diǎn)為215MPa的B級(jí)半鎮(zhèn)靜鋼§2-2鋼材的生產(chǎn)

一.鋼材的組織構(gòu)造碳素結(jié)構(gòu)鋼是在純鐵中加適量的碳來(lái)提高強(qiáng)度鐵素體強(qiáng)度、硬度較低，而塑性、韌性良好滲碳體鐵碳化合物熔點(diǎn)高，硬度大，幾乎沒(méi)有塑性與鐵素體晶粒形成珠光體，在鐵素體晶?？障吨?，形成網(wǎng)狀間層。珠光體強(qiáng)度很高，堅(jiān)硬富有彈性

低合金結(jié)構(gòu)鋼是在低碳鋼中加入少量的合金元素合金元素及其化合物溶解于鐵素體和珠光體中，使強(qiáng)度提高，塑性、韌性和焊接性能不降低2.2.2鋼材的組織構(gòu)造和缺陷§2-2鋼材的生產(chǎn)二.鋼材的鑄造缺陷

冶金缺陷，如偏析、非金屬夾雜、氣孔、縮孔和裂紋等熱加工、冷加工和熱處理三種。將鋼坯加熱至塑性狀態(tài)，依靠外力改變其形狀,產(chǎn)生出各種厚度的鋼板和型鋼，稱為熱加工在常溫下對(duì)鋼材進(jìn)行加工稱為冷加工通過(guò)加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，稱為熱處理2.2.3鋼材的加工§2-2鋼材的生產(chǎn)一.熱加工

開(kāi)軋和鍛壓溫度控制在1150～1300℃

鋼材軋制成鋼板或型鋼，使金屬的晶粒變細(xì)，壓合鋼坯中的氣孔、裂紋等缺陷，改善鋼材的力學(xué)性能。

熱軋薄板和壁厚較薄的熱軋型鋼，因輥軋次數(shù)較多，鋼材的性能改善明顯，其強(qiáng)度、塑性、韌性和焊接性能均優(yōu)于厚板和厚壁型鋼

鋼材強(qiáng)度按板厚分組§2-2鋼材的生產(chǎn)

鋼中的硫化物和氧化物等非金屬夾雜，經(jīng)軋制之后被壓成薄片會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象。使鋼板沿厚度方向受拉的性能惡化

鋼材沿軋制方向（縱向）的性能優(yōu)于垂直軋制方向（橫向）的性能，使各向異性增大。鋼板部件應(yīng)沿其橫向切取試件進(jìn)行拉伸和冷彎試驗(yàn)?！?-2鋼材的生產(chǎn)二.冷加工

冷軋卷板和冷軋鋼板

冷彎薄壁型鋼和壓型鋼板

高強(qiáng)鋼絲

§2-2鋼材的生產(chǎn)§2-2鋼材的生產(chǎn)三.熱處理

包括退火、正火、淬火和回火退火和正火改善組織以提高鋼的機(jī)械性能其操作方法為：在爐中鋼材加熱保溫一段時(shí)間后，隨爐溫冷卻至500℃以下，再放至空氣中冷卻的工藝稱為完全退火若保溫后從爐中取出在空氣中冷卻的工藝稱為正火。正火的冷卻速度比退火快，強(qiáng)度和硬度有所提高低溫退火，主要用來(lái)消除鑄件、熱軋件、鍛件、焊接件和冷加工件中的殘余應(yīng)力§2-2鋼材的生產(chǎn)淬火工藝是將鋼件加熱到900℃以上，保溫后快速在水中或油中冷卻增加了鋼材強(qiáng)度和硬度，使塑性和韌性降低回火工藝將淬火后的鋼材加熱到某一溫度進(jìn)行保溫，而后在空氣中冷卻消除殘余應(yīng)力，調(diào)整強(qiáng)度和硬度，減少脆性，增加塑性和韌性，形成較穩(wěn)定的組織。通常稱淬火加高溫回火的工藝為調(diào)質(zhì)處理。強(qiáng)度較高的鋼材，如Q420中的C、D、E級(jí)鋼和高強(qiáng)度螺栓的鋼材都要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理?！?-2鋼材的生產(chǎn)鋼材有兩種完全不同的破壞形式：塑性破壞脆性破壞塑性破壞的主要特征是，破壞前具有較大的塑性變形，常在鋼材表面出現(xiàn)明顯的相互垂直交錯(cuò)的銹跡剝落線。破壞后的斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗。脆性破壞的主要特征是，破壞前塑性變形很小，或根本沒(méi)有塑性變形，而突然迅速斷裂。破壞后的斷口平直，呈有光澤的晶粒狀或有人字紋。§2-3鋼材的主要性能2.3.1鋼材的破壞形式§2-3鋼材的主要性能鋼材的多項(xiàng)性能指標(biāo)通過(guò)單向拉伸試驗(yàn)獲得給出相應(yīng)鋼材的單調(diào)拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線。由試驗(yàn)曲線看出，在比例極限σp以前鋼材的工作是彈性的；比例極限以后，進(jìn)入了彈塑性階段；達(dá)到了屈服點(diǎn)fy后，塑性平臺(tái)；出現(xiàn)強(qiáng)化階段，產(chǎn)生頸縮而破壞。2.3.2鋼材在單向一次拉伸下工作性能§2-3鋼材的主要性能一.四個(gè)工作階段：1）彈性階段：2）彈塑性階段：應(yīng)力由0~比例極限fp應(yīng)力由fp~屈服點(diǎn)fy3）塑性階段：應(yīng)力保持fy

不變，應(yīng)變由(0.1~0.2)%~(2~3)%;4）強(qiáng)化階段：應(yīng)力由fy~抗拉強(qiáng)度f(wàn)u設(shè)計(jì)以鋼材的屈服點(diǎn)f

y

作為靜力強(qiáng)度承載力極限§2-3鋼材的主要性能σεfy如果沒(méi)有殘余應(yīng)力，比例極限與屈服應(yīng)力合為一點(diǎn)，彈塑性階段消失，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系簡(jiǎn)化為如圖二.理想彈塑性體理想彈塑性體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1．強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)以鋼材的屈服強(qiáng)度為基礎(chǔ)，抗拉強(qiáng)度σu是鋼材破壞前所承受最大應(yīng)力，此時(shí)結(jié)構(gòu)因塑性變形很大而失去使用性能，σu／σy值的大小，作為鋼材強(qiáng)度儲(chǔ)備的參數(shù)三.鋼材的機(jī)械性能§2-3鋼材的主要性能衡量鋼材塑性變形能力的主要指標(biāo)是伸長(zhǎng)率δ和斷面收縮率ψ。2．塑性原標(biāo)距間長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)值與原標(biāo)距比值的百分率。一般以l0／d0=5為標(biāo)準(zhǔn)試件。伸長(zhǎng)率δ5：式中：l0——試件原標(biāo)距長(zhǎng)度；

d0——試件標(biāo)距長(zhǎng)度內(nèi)的直徑；

l1——試件拉斷后標(biāo)距間的長(zhǎng)度。

§2-3鋼材的主要性能斷面的頸縮率：式中：A0——試件標(biāo)準(zhǔn)斷面的面積

A1——試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面積鋼材單調(diào)拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線提供了三個(gè)重要的力學(xué)性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度f(wàn)u、伸長(zhǎng)率δ和屈服點(diǎn)fy?？估瓘?qiáng)度f(wàn)u是鋼材一項(xiàng)重要強(qiáng)度指標(biāo)，反映鋼材受拉時(shí)能承受的極限應(yīng)力伸長(zhǎng)率δ是衡量鋼材斷裂前所具有的塑性變形能力的指標(biāo)，其相應(yīng)伸長(zhǎng)率分別用δ5或δ10表示屈服點(diǎn)fy是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)力允許達(dá)到的最大限值§2-3鋼材的主要性能一.冷彎性能鋼材的冷彎性能由冷彎試驗(yàn)確定試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)鋼材的牌號(hào)和不同的板厚，按國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的彎心直徑，在試驗(yàn)機(jī)上把試件彎曲180°

以試件表面和側(cè)面不出現(xiàn)裂紋和分層為合格冷彎試驗(yàn)不僅能檢驗(yàn)材料承受規(guī)定的彎曲變形能力大小，還能顯示其內(nèi)部的冶金缺陷判斷鋼材塑性變形能力和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)2.3.3鋼材的其它性能§2-3鋼材的主要性能冷彎性能試驗(yàn)方法具有一定彎心直徑d的沖頭對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件中部施加荷載使之彎曲不出現(xiàn)裂紋或分層，判斷鋼材的冷彎性能冷彎性能試驗(yàn)§2-3鋼材的主要性能二.沖擊韌性單調(diào)拉伸試驗(yàn)比較不同鋼材在正常情況下韌性好壞沖擊韌性是評(píng)定帶有缺口鋼材沖擊荷載作用下抵抗脆性破壞能力的指標(biāo)，通常用帶有夏比V型缺口的標(biāo)準(zhǔn)試件

沖擊韌性值隨溫度的降低而降低相當(dāng)溫度下的沖擊韌性指標(biāo)：

在寒冷地區(qū)承受動(dòng)力作用重要承重結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)工作溫度和所用鋼材牌號(hào)，提出相當(dāng)溫度下的沖擊韌性指標(biāo)要求§2-3鋼材的主要性能鋼材的沖擊韌性是指鋼材在沖擊荷裁作用下，斷裂過(guò)程中吸收機(jī)械動(dòng)能的一種能力，是衡量鋼材抵抗沖擊荷裁作用我國(guó)以前曾采用過(guò)梅氏試件(U形缺口)作沖擊韌性試驗(yàn)。

§2-3鋼材的主要性能多軸應(yīng)力下，材料的綜合強(qiáng)度指標(biāo)要用變形時(shí)單位體積中積聚的能量來(lái)衡量形狀改變比能理論：三向應(yīng)力下，形狀改變比能等于單向拉伸下積聚的比能時(shí)，鋼材由彈性轉(zhuǎn)入塑性狀態(tài)2.3.4鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服條件時(shí)，為塑性狀態(tài)；時(shí)，為彈性狀態(tài)

§2-3鋼材的主要性能對(duì)塑性材料，同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)易發(fā)生脆斷，鋼材在異號(hào)應(yīng)力狀態(tài)時(shí)容易發(fā)生塑性破壞。正應(yīng)力與剪應(yīng)力表示：§2-3鋼材的主要性能fy單軸拉伸雙軸異號(hào)受力雙軸同號(hào)受力εσ當(dāng)σ1、σ2、σ3為同號(hào)應(yīng)力且數(shù)值接近時(shí)，即使它們各自都遠(yuǎn)大于fy，折算應(yīng)力σzs仍小于fy說(shuō)明鋼材很難進(jìn)入塑性狀態(tài)破壞表現(xiàn)為脆性

§2-3鋼材的主要性能在實(shí)腹梁的腹板中：當(dāng)純剪時(shí)：鋼材的抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度為：平面應(yīng)力狀態(tài)下§2-3鋼材的主要性能

碳含碳量低，鋼的強(qiáng)度不高．但塑性大．伸長(zhǎng)率和沖擊韌性高，鋼質(zhì)柔軟，易于冷加工、切削和焊接含碳量較高，鋼的強(qiáng)度高，但塑性小，硬度大，性脆，不易加工2.4.1化學(xué)成分的影響§2-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響§2-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響錳元素(Mn)是一種弱脫氧劑錳提高鋼材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，改善鋼材的冷脆傾向，降低硫、氧對(duì)鋼材的熱脆影響，改善鋼材熱加工性能，不顯著降低塑性和沖擊韌性。普通碳素鋼中，錳含量在0.3~0.8％，低合金鋼中，在1.2~1.6％之間，過(guò)多會(huì)使鋼材變硬變脆．降低鋼材耐腐蝕和可焊性。硅元素(Si)是一種較強(qiáng)的脫氧劑。適量的硅可提高鋼材強(qiáng)度而對(duì)其塑性、冷彎性能、沖擊性能、可焊性能無(wú)明顯不良影響。在碳素鋼中含量不超過(guò)0.3％，低合金鋼中限制在0.6％以內(nèi)。過(guò)高硅含量降低鋼材的塑性、韌性、抗銹性和可焊性?！?-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響

釩元素(V)是低合金鋼中合金元素。可以細(xì)化鋼材晶粒結(jié)構(gòu)而提高鋼材屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。釩的化合物穩(wěn)定，使鋼的高溫硬度提高，15MnV鋼是在16Mn鋼基礎(chǔ)上加入適量的釩(0.04~0.12％)熔煉成強(qiáng)度較高低合金鋼。

硫元素(S)是一種有害元素。硫與鐵化合成硫化鐵(FeS)散布在純鐵體層間中，當(dāng)溫度在800～1200℃時(shí)熔化而使鋼材出現(xiàn)熱裂紋，且易脆斷。稱為熱脆現(xiàn)象。使鋼材焊接性能和熱加工性能變壞，降低鋼材塑性和沖擊韌性?！?-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響

氧、氮是有害元素，容易從鐵液中逸出，故含量甚少。氧的作用與硫類似，增大鋼的熱脆性。氮的作用同磷類似，能顯著降低鋼材的塑性和沖擊韌性，冷彎性能和焊接性能，特別是增大鋼材的冷脆性§2-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響

磷元素(P)也是一種有害元素。磷的存在可提高鋼材的強(qiáng)度和抗銹蝕性，但嚴(yán)重降低鋼材的塑性、冷彎性能、沖擊韌性和可焊性。在低溫下，鋼材易產(chǎn)生低溫脆斷,稱為冷脆現(xiàn)象。

鋼材的焊接性能受含碳量和合金元素含量的影響含碳量超過(guò)時(shí)，焊縫及熱影響區(qū)容易變脆一般Q235A的含碳量較高，因此這一牌號(hào)通常不能用于焊接構(gòu)件。而Q235B、C、D的含碳量控制在上述的適宜范圍之內(nèi)，適合焊接使用在高強(qiáng)度低合金鋼中，低合金元素大多對(duì)可焊性有不利影響，《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》使用碳當(dāng)量來(lái)衡量低合金鋼的可焊性，其的計(jì)算公式如下：

2.4.2鋼材的焊接性能§2-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響

其中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu分別為分別為碳、錳、鉻、鉬、釩、鎳和銅的百分含量。鋼材焊接性能的優(yōu)劣除了與鋼材的碳當(dāng)量有直接關(guān)系之外，還與母材厚度、焊接方法、焊接工藝參數(shù)以及結(jié)構(gòu)形式等條件有關(guān)。

當(dāng)CE在0.38％～0.45％范圍內(nèi)時(shí)，鋼材呈現(xiàn)淬硬傾向，施焊時(shí)需要控制焊接工藝、采用預(yù)熱措施并使熱影響區(qū)緩慢冷卻，以免發(fā)生淬硬開(kāi)裂；當(dāng)CE大于0.45％時(shí)，鋼材的淬硬傾向更加明顯，需嚴(yán)格控制焊接工藝和預(yù)熱溫度才能獲得合格的焊縫?！?-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響

鋼材的硬化有三種情況：時(shí)效硬化、冷作硬化（或應(yīng)變硬化）和應(yīng)變時(shí)效硬化在高溫時(shí)溶于鐵中的少量氮和碳，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸由固溶體中析出，生成氮化物和碳化物，散存在鐵素體晶粒的滑動(dòng)界面上，對(duì)晶粒的塑性滑移起到遏制作用，從而使鋼材的強(qiáng)度提高，塑性和韌性下降。這種現(xiàn)象稱為時(shí)效硬化在冷加工使鋼材產(chǎn)生較大的塑性變形的情況下，卸荷后再重新加載，鋼材的屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為冷作硬化2.4.3鋼材的硬化§2-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響

應(yīng)力—應(yīng)變曲線將沿圖中EDHK進(jìn)行，屈服點(diǎn)由D點(diǎn)提高到H點(diǎn)塑性區(qū)和應(yīng)變硬化區(qū)的范圍縮小。這也是一個(gè)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的不利因素?！?-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響時(shí)效過(guò)程長(zhǎng)在塑性變形后對(duì)鋼材加熱到200～300C，使時(shí)效在幾小時(shí)內(nèi)完成，稱為人工時(shí)效。重要結(jié)構(gòu)常需進(jìn)行人工時(shí)效，然后再測(cè)定其沖擊韌性，以保證鋼材長(zhǎng)期具有較好的韌性。當(dāng)截面有裂紋(內(nèi)部的或表面的)、孔洞、刻槽、凹角時(shí)以及截面厚度或?qū)挾韧蝗桓淖儠r(shí)構(gòu)件中應(yīng)力分布變得不均勻。在缺陷或截面變化處附近，應(yīng)力線曲折、密集、出現(xiàn)高峰應(yīng)力的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。當(dāng)數(shù)值相等三向拉應(yīng)力時(shí)，直到材料斷裂也不屈服。三向拉應(yīng)力狀態(tài)容易脆性破壞2.4.4應(yīng)力集中的影響§2-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響

應(yīng)力集中現(xiàn)象可能由內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生：在澆注、軋制和焊接加工過(guò)程中，不同部位鋼材冷卻速度不同產(chǎn)生。焊接殘余應(yīng)力：在焊縫附近殘余拉應(yīng)力常達(dá)到屈服點(diǎn)，在焊縫交叉處經(jīng)常出現(xiàn)雙向、甚至三向殘余拉應(yīng)力場(chǎng)，使鋼材局部變脆。當(dāng)外力引起的應(yīng)力與內(nèi)應(yīng)力處于不利組合時(shí)，會(huì)引發(fā)脆性破壞。因此，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使構(gòu)件和連接節(jié)點(diǎn)的形狀和構(gòu)造合理，防止截面的突然改變。鋼結(jié)構(gòu)焊接構(gòu)造設(shè)計(jì)和施工時(shí)，盡量減少焊接殘余應(yīng)力。§2-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響

荷載可分為靜力的和動(dòng)力的兩大類?？焖偌虞d動(dòng)力荷載中的沖擊荷載連續(xù)交變荷載，循環(huán)荷載吊車梁地震2.4.5荷載類型的影響一.加載速度的影響在沖擊荷載作用下，加載速度很高，由于鋼材的塑性滑移在加載瞬間跟不上應(yīng)變速率，反映出屈服點(diǎn)提高的傾向試驗(yàn)研究表明，在室溫環(huán)境下，雖然鋼材的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度隨應(yīng)變速率增加而提高，塑性變形能力卻沒(méi)有下降，反而提高§2-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響二.循環(huán)荷載的影響鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會(huì)逐漸累積損傷、產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴(kuò)展，直到最后破壞，這種現(xiàn)象稱為疲勞疲勞可分為高周疲勞和低周疲勞兩類當(dāng)鋼材承受拉力至產(chǎn)生塑性變形，卸載后，再使其受拉，其受拉的屈服強(qiáng)度將提高至卸載點(diǎn)（冷作硬化現(xiàn)象）；而當(dāng)卸載后使其受壓，其受壓的屈服強(qiáng)度將低于一次受壓時(shí)所獲得的值。這種經(jīng)預(yù)拉后抗拉強(qiáng)度提高，抗壓強(qiáng)度降低的現(xiàn)象稱為包辛格效應(yīng)

§2-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響在150℃以內(nèi)，鋼材的強(qiáng)度、彈性模量和塑性均與常溫相近。在250℃左右，抗拉強(qiáng)度有局部性提高，伸長(zhǎng)率和斷面收縮率均降至最低，出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象（鋼材表面氧化膜呈藍(lán)色）。顯然鋼材的熱加工應(yīng)避開(kāi)這一溫度區(qū)段。在300℃以后，強(qiáng)度和彈性模量均開(kāi)始顯著下降，塑性顯著上升。達(dá)到600℃時(shí)，強(qiáng)度幾乎為零，塑性急劇上升，鋼材處于熱塑性狀態(tài)。2.4.6溫度的影響§2-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響

當(dāng)溫度低于常溫時(shí)，隨著溫度的降低，鋼材的強(qiáng)度提高，而塑性和韌性降低，逐漸變脆，稱為鋼材的低溫冷脆。在直接承受動(dòng)力作用的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了防止脆性破壞，沖擊試驗(yàn)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析才能得到。我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同牌號(hào)和等級(jí)的鋼材，規(guī)定了在不同溫度下的沖擊韌性指標(biāo)對(duì)Q235鋼，除A級(jí)不要求外，其它各級(jí)鋼均取CV=27J

對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼，除A級(jí)不要求外，E級(jí)鋼采用CV=27J§2-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響影響因素：鋼材的化學(xué)成分、組織構(gòu)造和缺陷等；構(gòu)造缺陷和焊接加工引起的應(yīng)力集中、低溫影響、動(dòng)荷作用、冷作硬化和應(yīng)變時(shí)效硬化等。防止脆性破壞的發(fā)生：(1)合理設(shè)計(jì)。(2)正確制造。(3)合理使用。2.4.7防止脆性斷裂的方法§2-4各種因素對(duì)鋼材性能的影響§2-5鋼材的疲勞2.5.1疲勞破壞的特征1.疲勞的概念鋼材料在循環(huán)荷載作用下，當(dāng)循環(huán)數(shù)達(dá)到某一定值時(shí)，鋼材發(fā)生破壞的現(xiàn)象叫做鋼材的疲勞；疲勞屬于脆性破壞。

內(nèi)部缺陷----應(yīng)力集中----產(chǎn)生微裂紋----微裂紋在循環(huán)荷載下擴(kuò)展----截面削弱----宏觀裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展----斷裂引起疲勞破壞的交變荷載有兩種類型常幅交變荷載常幅疲勞變幅交變荷載變幅疲勞轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械零件常幅疲勞破壞，吊車橋、鋼橋變幅疲勞破壞?！?-5鋼材的疲勞1)低周疲勞高周疲勞2)特征

a突然性

b疲勞破壞的斷口與一般脆性斷口不同，三個(gè)區(qū)域：裂紋源、裂紋擴(kuò)展區(qū)和斷裂區(qū)。擴(kuò)展區(qū)表面較光滑，可見(jiàn)放射和年輪狀花紋，是疲勞斷裂的主要斷口特征。

c疲勞對(duì)缺陷敏感。缺口裂紋組織缺陷§2-5鋼材的疲勞tt平均應(yīng)力：應(yīng)力比：應(yīng)力輻：循環(huán)應(yīng)力和變幅應(yīng)力§2-5鋼材的疲勞2影響疲勞的主要因素：1）有無(wú)缺陷、缺陷的尺寸，有無(wú)殘余應(yīng)力。2）應(yīng)力水平3）應(yīng)力輻4）應(yīng)力比

對(duì)彈性材料，這一因素影響不象對(duì)彈塑性材料那樣大。時(shí)，稱常幅循環(huán)§2-5鋼材的疲勞2.5.2常幅疲勞一.非焊接結(jié)構(gòu)的疲勞疲勞強(qiáng)度與主體金屬連接類型有關(guān)與循環(huán)應(yīng)力的應(yīng)力比ρ

循環(huán)次數(shù)n有關(guān)。

n＝2×106次，TJ17-74曾根據(jù)試驗(yàn)得到的簡(jiǎn)化疲勞曲線，驗(yàn)算以拉應(yīng)力為主的疲勞計(jì)算公式如下：§2-5鋼材的疲勞驗(yàn)算部位最大拉應(yīng)力；以拉應(yīng)力為主的疲勞容許強(qiáng)度；=0時(shí)的疲勞容許強(qiáng)度，試驗(yàn)定；構(gòu)造形式有關(guān)的系數(shù)，試驗(yàn)定。以應(yīng)力為準(zhǔn)則的疲勞驗(yàn)算方法不適用于焊接結(jié)構(gòu)

§2-5鋼材的疲勞二.焊接結(jié)構(gòu)的疲勞

焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命主要的因素構(gòu)件和連接的構(gòu)造類型和應(yīng)力幅，而與應(yīng)力比無(wú)關(guān)焊接殘余應(yīng)力的影響σfyfyσmaxσminΔσ=σmax-σminfy-Δσt+--(a)(b)(c)焊縫附近的真是循環(huán)應(yīng)力§2-5鋼材的疲勞

當(dāng)名義循環(huán)應(yīng)力為拉時(shí)，焊縫附近的殘余拉應(yīng)力已達(dá)屈服點(diǎn)不再增加，實(shí)際拉應(yīng)力保持fy不變；當(dāng)名義循環(huán)應(yīng)力減小到最小時(shí)，焊縫附近的實(shí)際應(yīng)力將降至

顯然，焊縫附近的真實(shí)應(yīng)力比為

只要應(yīng)力幅為常數(shù)，不管循環(huán)荷載下的名義應(yīng)力比為何值，焊縫附近的真實(shí)應(yīng)力比也為常數(shù)。焊縫部位的疲勞壽命主要與有關(guān)。§2-5鋼材的疲勞Δσnn1Δσ1lgΔσlgnlgnLg[Δσ]lgCβ1(a)(b)2s應(yīng)力幅與循環(huán)壽命的關(guān)系§2-5鋼材的疲勞可求得容許應(yīng)力幅的表達(dá)式C、β均為不同構(gòu)件和連接類別的試驗(yàn)參數(shù)。循環(huán)次數(shù)n應(yīng)力幅1234疲勞極限新規(guī)范給出的疲勞曲線(Δσ?n)圖§2-5鋼材的疲勞三.常幅疲勞驗(yàn)算1.對(duì)不同的構(gòu)件和連接類型歸納劃分為8類2.對(duì)于非焊接結(jié)構(gòu)，使用螺栓連接和構(gòu)件，殘余拉應(yīng)力很小，疲勞壽命不僅與應(yīng)力幅Δσ有關(guān)，也與名義應(yīng)力比ρ有關(guān)3.折算應(yīng)力幅采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法內(nèi)力計(jì)算中不乘動(dòng)力系數(shù)試驗(yàn)包括動(dòng)力作用

§2-5鋼材的疲勞一.變幅疲勞的一般計(jì)算方法根據(jù)線性累積損傷準(zhǔn)則等效應(yīng)力幅Δσe，計(jì)算公式為：各應(yīng)力幅Δσi對(duì)應(yīng)循環(huán)次數(shù)為ni，相對(duì)的疲勞壽命為Ni，線性累積損傷準(zhǔn)則為：

應(yīng)力幅Δσi循環(huán)一次時(shí)，將引起1/Ni的損傷，ni次循環(huán)的損傷為ni/Ni；其它應(yīng)力幅水平的常幅循環(huán)應(yīng)力也有各自的損傷狀況，當(dāng)這些損傷份額之和等于1時(shí)，將發(fā)生疲勞破壞。

或2.5.3變幅疲勞§2-5鋼材的疲勞lgΔσlgnΔσ1Δσ2Δσ3Δσen1n2n3N1N2N3Σniβ1變幅疲勞的疲勞曲線§2-5鋼材的疲勞等效常幅疲勞應(yīng)力幅Δσe，循環(huán)次后：或?qū)⑸鲜龃胂率?/p>

有

得則－以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的結(jié)構(gòu)預(yù)期壽命；

ni－應(yīng)力幅水平為Δσi的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)?！?-5鋼材的疲勞二.吊車梁的疲勞

欠載效應(yīng)的等效系數(shù)最大應(yīng)力幅

1變幅疲勞工作環(huán)境2獲得一些有代表性的車間的重級(jí)工作制中級(jí)工作制吊車桁架的設(shè)計(jì)應(yīng)力譜。3按2×106循環(huán)次數(shù)4最大應(yīng)力幅Δσ1

；常幅設(shè)計(jì)應(yīng)力幅Δσ§2-5鋼材的疲勞2.5.4疲勞驗(yàn)算中一些值得注意的問(wèn)題

(1)疲勞驗(yàn)算仍然采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法，標(biāo)準(zhǔn)荷載用容許應(yīng)力幅作為疲勞強(qiáng)度

(2)規(guī)范中提出的疲勞強(qiáng)度以試驗(yàn)為依據(jù)規(guī)定8種以外連接構(gòu)造，應(yīng)進(jìn)行專門(mén)的研究高溫、海水腐蝕環(huán)境、焊后經(jīng)熱處理、低周高應(yīng)變疲勞構(gòu)件或連接的疲勞

(3)在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位不計(jì)算疲勞

(4)靜力強(qiáng)度對(duì)焊接構(gòu)件和連接的疲勞強(qiáng)度無(wú)顯著影響，故可以認(rèn)為，疲勞容許應(yīng)力幅與鋼種無(wú)關(guān)§2-5鋼材的疲勞§2-6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用

2.6.1建筑用鋼的種類碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在冷拔碳素鋼絲和連接用緊固件中厚度方向性能鋼板、焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼、鑄鋼一.碳素結(jié)構(gòu)鋼按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T700生產(chǎn)的鋼材有Q195、Q215、Q235、Q255和Q275種品牌，板材厚度不大于16mm屈服點(diǎn)分別為195、215、235、255、275N/mm2Q235含碳量在0.22％以下，強(qiáng)度適中，塑性、韌性均較好

除A級(jí)外，其它三個(gè)級(jí)別的含碳量均在0.20％以下?！?-6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用二.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591生產(chǎn)的鋼材共有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460板材厚度不大于16mm屈服點(diǎn)295、345、390、420和460N/mm2。含碳量均不大于0.20％，合金元素的總量低于5％，故稱為低合金高強(qiáng)度鋼。Q345、Q390和Q420均按化學(xué)成分和沖擊韌性劃分為A、B、C、D、E共5個(gè)質(zhì)量等級(jí)，A、B級(jí)為鎮(zhèn)靜鋼，C、D、E級(jí)為特種鎮(zhèn)靜鋼，故可不加脫氧方法的符號(hào)。

三.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與碳素結(jié)構(gòu)鋼的區(qū)別在于鋼中含雜質(zhì)元素較少，磷、硫等害元素含量均不大于0.035％，其它缺陷限制也較嚴(yán)格§2-6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用

一類為普通含錳量的鋼一類為較高含錳量的鋼兩類的鋼號(hào)均用兩位數(shù)字表示，它表示鋼中的平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)，前者數(shù)字后不加Mn，后者數(shù)字后加Mn，

45號(hào)鋼，表示平均含碳量為0.45％的優(yōu)質(zhì)碳素鋼；

45Mn號(hào)鋼，表示同樣含碳量、但錳的含量也較高的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。

四.其他鋼

防止鋼材的層狀撕裂而采用Z向鋼，處于外露環(huán)境對(duì)耐腐蝕有特殊要求或在腐蝕性作用下的結(jié)構(gòu)采用耐候鋼§2-6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用2.6.2鋼材規(guī)格熱軋成型的鋼板和型鋼，以及冷加工成型的冷軋薄鋼板和冷彎薄壁型鋼一.鋼板鋼板有厚鋼板、薄鋼板、扁鋼（或帶鋼）之分。鋼板截面的表示方法為在符號(hào)“－”后加“寬度×厚度”，如－200×20等。鋼板的供應(yīng)規(guī)格如下：厚鋼板：厚4.5~60mm，寬600~3000mm，長(zhǎng)4~12m；薄鋼板：厚0.35~4mm，寬500~1500mm，長(zhǎng)0.5~4m

扁鋼：厚4~60mm，寬12~200mm，長(zhǎng)3~9m?；y鋼板§2-6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用

常用的有角鋼、工字鋼、槽鋼。角鋼分為等邊的和不等邊兩種，角鋼型號(hào)的表示方法為在符號(hào)“L”后加“長(zhǎng)邊寬×短邊寬×厚度”（對(duì)不等邊角鋼，如L125×80×8），或加“邊長(zhǎng)×厚度”（對(duì)等邊角鋼，如L125×8）。我國(guó)生產(chǎn)的角鋼最大邊長(zhǎng)為200mm，供應(yīng)長(zhǎng)度般為4~19m二.熱軋型鋼工字鋼有普通工字鋼、輕型工字鋼和H型鋼三種。普通工字鋼的型號(hào)I20a表示高度為200mm，腹板厚度為a類的工字鋼。輕型工字鋼?！?-6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用普通工字鋼的型號(hào)為10～63號(hào)輕型工字鋼為10~70號(hào)H型鋼可分為寬翼緣（HW）、中翼緣（HM）及窄翼緣（HN）三類。HW400×400×13×21寬翼緣和中翼緣H型鋼可用于鋼柱等受壓構(gòu)件窄翼緣H型鋼則適用于鋼梁等受彎構(gòu)件槽鋼有普通槽鋼和輕型槽鋼二種。［32a指截面高度320mm，腹板較薄的槽鋼。鋼管有無(wú)縫鋼管和焊接鋼管兩種?？捎么?hào)“D”后加“外徑d×壁厚t”表示，如D180×8等?！?-6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用三.冷彎薄壁型鋼采用1.5~6mm厚的鋼板經(jīng)冷彎和輥壓成型的型材采用0.4~1.6mm的薄鋼板經(jīng)輥壓成型的壓型鋼板截面形式和尺寸均可按受力特點(diǎn)合理設(shè)計(jì)，能充分利用鋼材的強(qiáng)度、節(jié)約鋼材冷彎高頻焊接圓管和方、矩形管§2-6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用2.6.3鋼材的選擇一.鋼材選用原則和建議鋼材選用既要確保結(jié)構(gòu)物的安全可靠，又要經(jīng)濟(jì)合理保證承重結(jié)構(gòu)的承載能力，防止在一定條件下出現(xiàn)脆性破壞，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、連接方法、工作環(huán)境、應(yīng)力狀態(tài)和鋼材厚度等因素綜合考慮，選用合適牌號(hào)和質(zhì)量等級(jí)的鋼材。二.國(guó)外防脆選材的有關(guān)建議三.國(guó)內(nèi)外鋼材的互換問(wèn)題

§2-6建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接§3-2對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算§3-3角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算§3-4焊接殘余應(yīng)力和焊接變形§3-5普通螺栓的構(gòu)造和計(jì)算§3-6高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算第3章連接

第3章連接

構(gòu)件由型鋼、鋼板等通過(guò)連接構(gòu)成構(gòu)件通過(guò)安裝連接構(gòu)成整個(gè)結(jié)構(gòu)安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便節(jié)約鋼材

連接方法分為焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接等§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接

鋼結(jié)構(gòu)的連接方法（a）焊縫連接（b）鉚釘連接；（c）螺栓連接（d）緊固件連接1.連接的重要地位

1）型鋼組成構(gòu)件，構(gòu)件組成結(jié)構(gòu)

2）連接方式直接影響結(jié)構(gòu)構(gòu)造、制造工藝、造價(jià)

3）連接質(zhì)量影響結(jié)構(gòu)的安全和使用壽命

4）傳遞連接件間力和彎矩2.基本連接形式

1）對(duì)接連接2）搭接連接

3）垂直連接4）角形連接§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1.1焊縫連接一.焊縫連接的特點(diǎn)

焊接連接是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法。

優(yōu)點(diǎn)：1.構(gòu)造簡(jiǎn)單，任何形式的構(gòu)件都可直接相連；

2.用料經(jīng)濟(jì)，不削弱截面；

3.制作加工方便，可自動(dòng)化操作，質(zhì)量好；

4.連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大。

缺點(diǎn)：1.在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆；

2.焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低；

3.焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴(kuò)展到整體；

4.低溫冷脆?！?-1鋼結(jié)構(gòu)的連接二.鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法

目前應(yīng)用最多的是手工電弧焊和自動(dòng)(或半自動(dòng))埋弧焊，還有氣體保護(hù)焊等1.手工電弧焊

最常用的一種焊接方法。通電后，在涂有藥皮的焊條和焊件間產(chǎn)生電弧?！?-1鋼結(jié)構(gòu)的連接a）電路；b）施焊過(guò)程；1—電焊機(jī)；2—導(dǎo)線；3—焊件；4—電?。?—藥皮；6—起保護(hù)作用的氣體；7—熔渣；8—焊縫金屬；9—主體金屬；10—焊絲；11—熔池

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活方便，適于任意空間位置的焊接，特別適于焊接短焊縫。

缺點(diǎn)：生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊接質(zhì)量與焊工的技術(shù)水平和精神狀態(tài)有很大的關(guān)系。對(duì)Q235鋼采用E43型焊條對(duì)Q345鋼采用E50型對(duì)Q390鋼和Q420鋼采用E55型E代表焊條

E后面的兩個(gè)數(shù)字如43表示焊條鋼絲抗拉強(qiáng)度為：

43kgf／mm2(420N／mm2)。數(shù)字后的兩個(gè)×，表示焊條藥皮類型、適用的施焊位置以及適用的焊接電源§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接

埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒的電弧焊方法焊絲送進(jìn)和焊接方向的移動(dòng)有專門(mén)機(jī)構(gòu)控制的

稱埋弧自動(dòng)電弧焊焊絲送進(jìn)有專門(mén)機(jī)構(gòu)控制，焊接方向移動(dòng)靠工人操作的

稱為埋弧半自動(dòng)電弧焊自動(dòng)或半自動(dòng)化操作，焊接工藝穩(wěn)定，焊縫化學(xué)成分均勻，焊縫質(zhì)量好，焊件變形小。2.埋弧焊（自動(dòng)或半自動(dòng)）

不同強(qiáng)度鋼材焊接，采用與較低強(qiáng)度鋼材適應(yīng)焊接材料用與較低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)焊條施焊，焊縫塑性性能與沖擊韌性好?！?-1鋼結(jié)構(gòu)的連接埋弧自動(dòng)電弧焊1—焊絲轉(zhuǎn)盤(pán)；2—轉(zhuǎn)動(dòng)焊絲的電動(dòng)機(jī)；3—焊劑漏斗；4—電源；5—熔化的焊劑；6—焊縫金屬；7—焊件；8—焊劑；9—移動(dòng)方向§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接現(xiàn)場(chǎng)用自動(dòng)行走埋弧焊機(jī)焊接重型H型鋼§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接3.氣體保護(hù)焊

氣體保護(hù)焊采用裸焊絲用從焊槍中噴出的氣體保護(hù)施焊過(guò)程中的電弧、熔池和高溫焊縫金屬，用保護(hù)氣體代替了焊劑二氧化碳作為保護(hù)氣體，稱為二氧化碳保護(hù)焊§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接

二氧化碳保護(hù)焊的焊接效率高，金屬熔化深度大，焊縫質(zhì)量好，是一種良好的焊接方法，施焊時(shí)周圍的風(fēng)速要小，以免氣體被吹散?！?-1鋼結(jié)構(gòu)的連接4.電阻焊電阻焊利用電流通過(guò)焊件接觸點(diǎn)表面電阻所產(chǎn)生的熱來(lái)熔化金屬，再通過(guò)加壓使其焊合。適用于板疊厚度不大于12mm的焊接。對(duì)冷彎薄壁型鋼構(gòu)件，電阻焊可用來(lái)綴合壁厚不超過(guò)3.5mm的構(gòu)件。三.焊接連接形式及焊縫形式1.焊縫連接形式分為對(duì)接、搭接、T型連接和角部連接對(duì)接連接主要用于厚度相同或接近相同的兩構(gòu)件相互連接。采用對(duì)接焊縫的對(duì)接連接，由于相互連接的兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)，因而傳力均勻平緩，沒(méi)有明顯的應(yīng)力集中，且用料經(jīng)濟(jì)，但是焊件邊緣需要加工，被連接兩板的間隙和坡口尺寸有嚴(yán)格的要求?！?-1鋼結(jié)構(gòu)的連接a)對(duì)接接頭；(b)搭接接頭；（c）T形接頭；(d)角接接頭?！?-1鋼結(jié)構(gòu)的連接§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接雙層蓋板和角焊縫對(duì)接連接，傳力不均勻、費(fèi)料，但施工簡(jiǎn)便，連接兩板間隙無(wú)需嚴(yán)格控制。角焊縫的搭接連接，適用不同厚度構(gòu)件連接。傳力不均勻，材料較費(fèi)，但構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便。T型連接省工省料，用于制作組合截面。當(dāng)采用角焊縫連接時(shí)，焊件間存在縫隙，截面突變，應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，疲勞強(qiáng)度較低，可用于不直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)連接。對(duì)于直接承受動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)？2.焊縫形式

a)對(duì)接焊縫：正對(duì)接焊縫、斜對(duì)接焊縫。

b)角焊縫：正面角焊縫、側(cè)面角焊縫、斜焊縫。

§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接c)焊縫沿長(zhǎng)度方向的布置分為連續(xù)角焊縫和間斷角焊縫

連續(xù)角焊縫和間斷角焊縫d)焊縫按施焊位置分為平焊、橫焊、立焊及仰焊

§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接施焊時(shí)焊縫在焊件之間的相對(duì)空間位置、焊縫連接可分為平焊、橫焊、立焊和仰焊等。平焊有時(shí)稱作俯焊，施焊方便，質(zhì)量易保證；仰焊困難。設(shè)計(jì)和制造時(shí)應(yīng)盡量考慮使多數(shù)焊縫能在平焊或較方便的位置焊接．避免仰焊?！?-1鋼結(jié)構(gòu)的連接四.焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

1.焊縫缺陷常見(jiàn)的缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透。裂紋焊瘤燒穿弧坑氣孔夾渣咬邊未熔合未焊透§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接2.焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)缺陷處引起應(yīng)力集中，故對(duì)連接的強(qiáng)度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響。

焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)一般可用外觀檢查及無(wú)損檢驗(yàn)，前者檢查外觀缺陷和幾何尺寸，后者檢查內(nèi)部缺陷。無(wú)損檢驗(yàn)?zāi)壳皬V泛采用超聲波檢驗(yàn)，使用靈活經(jīng)濟(jì)，對(duì)內(nèi)部缺陷反應(yīng)靈敏，但不易識(shí)別缺陷性質(zhì)；最明確可靠的檢驗(yàn)方法是x射線或y射線透照或拍片，x射線應(yīng)用較廣?！?-1鋼結(jié)構(gòu)的連接超聲波探傷一級(jí)焊縫標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-2001）規(guī)定焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫作外觀檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；要求全焊透的一級(jí)、二級(jí)焊縫則除外觀檢查外，還要求用超聲波探傷進(jìn)行內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)，超聲波探傷不能對(duì)缺陷作出判斷時(shí)，應(yīng)采用射線探傷檢驗(yàn)。§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接3.焊縫質(zhì)量等級(jí)的規(guī)定

GB50017規(guī)范規(guī)定，焊縫應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環(huán)境、應(yīng)力狀態(tài)等情況?！?-1鋼結(jié)構(gòu)的連接1.需進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，凡對(duì)接焊縫均應(yīng)焊透①力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的橫向?qū)雍缚p或T型對(duì)接與角接組合焊縫，受拉時(shí)應(yīng)為一級(jí)，受壓時(shí)應(yīng)為二級(jí)②力平行于焊縫長(zhǎng)度方向的縱向?qū)雍缚p應(yīng)為二級(jí)

2.不計(jì)算疲勞的構(gòu)件，要求與母材等強(qiáng)的對(duì)接焊縫應(yīng)予焊透，其質(zhì)量等級(jí)當(dāng)受拉時(shí)應(yīng)不低于二級(jí)，受壓時(shí)宜為二級(jí)3.重級(jí)工作制和起重量Q≥50t的中級(jí)工作制吊車梁的腹板與上翼緣之間的T形接頭焊縫焊透。焊縫形式一般為對(duì)接與角接的組合焊縫，其質(zhì)量等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)4.不焊透的T形接頭采用的角焊縫或部分焊透的對(duì)接與角接組合焊縫，以及搭接連接采用的角焊縫，其質(zhì)量等級(jí)為：①直接承受動(dòng)力荷載且需要驗(yàn)算疲勞的結(jié)構(gòu)和吊車起重量等于或大于50t的中級(jí)工作制吊車梁，焊縫的外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合二級(jí)；②對(duì)其他結(jié)構(gòu)，焊縫的外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可為三級(jí)?！?-1鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1.2鉚釘和螺栓連接

一.鉚釘連接鉚釘連接有熱鉚和冷鉚二種方法。

熱鉚是由燒紅的釘坯插入構(gòu)件的釘孔中，壓鉚機(jī)鉚合而成

冷鉚是在常溫下鉚合而成在建筑結(jié)構(gòu)中一般采用熱鉚專用鋼材BL2和BL3號(hào)鋼制成鉚釘連接的質(zhì)量和受力性能與釘孔的制法有很大關(guān)系。釘孔的制法分為Ⅰ、Ⅱ兩類。Ⅰ類孔是用鉆模鉆成，或先沖成較小的孔，裝配時(shí)再擴(kuò)鉆而成，質(zhì)量較好。Ⅱ類孔是沖成或不用鉆模鉆成，簡(jiǎn)單，但構(gòu)件拼裝時(shí)釘孔不易對(duì)齊，故質(zhì)量較差?！?-1鋼結(jié)構(gòu)的連接優(yōu)點(diǎn)塑性、韌性比焊接連接好傳力可靠，連接質(zhì)量容易檢查對(duì)主體金屬材質(zhì)質(zhì)量要求比焊接低缺點(diǎn)釘孔削弱制孔和打鉚要求技術(shù)水平勞動(dòng)條件差鉚釘連接由于構(gòu)造復(fù)雜，費(fèi)鋼費(fèi)工，現(xiàn)已很少采用?！?-1鋼結(jié)構(gòu)的連接二.螺栓連接螺栓連接分普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接1.普通螺栓連接分為A、B、C三級(jí)。

A級(jí)與B級(jí)為精制螺栓，C級(jí)為粗制螺栓

C級(jí)螺栓材料性能等級(jí)為4.6級(jí)或4.8級(jí)

A級(jí)和B級(jí)螺栓材料性能等級(jí)則為5.6級(jí)或8.8級(jí)

8.8級(jí)其抗拉強(qiáng)度不小于800N/mm2，屈強(qiáng)比為0.8C級(jí)螺栓由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大1.5~3mmA、B級(jí)螺栓由毛坯在車床上經(jīng)過(guò)切削加工精制而成§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接2.高強(qiáng)度螺栓連接

45號(hào)鋼，40B鋼和20MnTiB鋼加工制作經(jīng)熱處理后，螺栓抗拉強(qiáng)度應(yīng)分別不低于

800N/mm2和1000N/mm2

屈強(qiáng)比分別為0.8和0.9

等級(jí)分別稱為8.8級(jí)和10.9級(jí)

§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接大六角頭型和扭剪型安裝時(shí)通過(guò)特別的板手，以較大的扭矩上緊螺帽，使螺桿產(chǎn)生很大的預(yù)拉力使接觸面間產(chǎn)生摩擦力，傳遞外力這種連接稱為高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接優(yōu)點(diǎn)：施工方便，對(duì)構(gòu)件削弱小，可拆換，承受動(dòng)力荷載，耐疲勞，韌性和塑性好§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接

高強(qiáng)度螺栓也可同普通螺栓一樣，允許接觸面滑移，依靠螺栓桿和螺栓孔之間的承壓來(lái)傳力。這種連接稱為高強(qiáng)度螺栓承壓型連接。摩擦型連接的栓孔直徑比螺桿的公稱直徑d大1.5~2.0mm；承壓型連接的栓孔直徑比螺桿的公稱直徑d大1.0~1.5mm。

3.1.4焊縫代號(hào)、螺栓圖例《焊縫符號(hào)表示法》規(guī)定：焊縫代號(hào)由引出線、圖形符號(hào)和輔助符號(hào)三部分組成。§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接

焊縫代號(hào)

當(dāng)焊縫分布比較復(fù)雜或用上述標(biāo)注方法不能表達(dá)清楚時(shí)，在標(biāo)注焊縫代號(hào)的同時(shí)，可在圖形上加?xùn)啪€表示?！?-1鋼結(jié)構(gòu)的連接螺栓圖例§3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接§3-2對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算

焊透的對(duì)接焊縫和T形對(duì)接與角接組合焊接部分焊透的對(duì)接焊縫和T形對(duì)接與角接組合焊縫3.2.1對(duì)接焊縫的構(gòu)造1.坡口型式對(duì)接焊縫的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊縫當(dāng)焊件厚度很?。ㄊ止ず?mm，埋弧焊10mm）時(shí)，直邊縫一般厚度焊件可采用單邊V形或V形焊縫較