鋼結構1.緒論2.鋼結構的材料3.鋼結構的可能破壞形式4.鋼結構的連接5.軸心受力構件6.受彎構件7.拉彎和壓彎構件全套可編輯PPT課件本課件是可編輯的正常PPT課件什么是鋼結構？本課件是可編輯的正常PPT課件本課件是可編輯的正常PPT課件第1章緒論主要內容：重點：鋼結構的特點

1鋼結構的發(fā)展現(xiàn)狀及合理應用范圍

2鋼結構構件的分類

3鋼結構設計的基本方法

4鋼結構的特點及鋼結構設計的基本方法

本課件是可編輯的正常PPT課件與其他材料組成的結構相比，鋼結構具有以下明顯的特點：鋼結構的特點

1.1強度高、結構重量輕，但鋼結構容易失穩(wěn)。在復雜情況下性能優(yōu)越。

抗震性能好。

耐熱性能好但抗火性能差。

密封性好但脆性狀態(tài)下裂紋容易擴展。

材料價格較貴，但鋼結構工業(yè)化程度高，建設工期短。

鋼結構耐腐蝕性差。

本課件是可編輯的正常PPT課件1.發(fā)展現(xiàn)狀：節(jié)約用鋼（建國初期）→推廣用鋼（改革開放后），受鋼材產量的限制及國家政策影響。大跨度結構重型廠房結構

可拆卸的結構高聳結構及高層結構密封和壓力容器輕型鋼結構承受動力荷載的結構鋼結構的發(fā)展現(xiàn)狀及合理應用范圍

1.22.合理應用范圍（技術角度）：本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構的應用（高層結構）上海環(huán)球金融中心香港環(huán)球貿易廣場本課件是可編輯的正常PPT課件

中央電視臺鋼結構的應用（高層結構）

廣州電視塔本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構的應用（大跨度結構）

盧浦大橋（鋼拱橋）

南浦大橋（斜拉橋）本課件是可編輯的正常PPT課件某懸索橋鋼結構的應用（大跨度結構）本課件是可編輯的正常PPT課件

國家體育場（鳥巢）鋼結構的應用（大跨度結構）本課件是可編輯的正常PPT課件某輕鋼廠房（門式剛架）鋼結構的應用（輕型鋼結構）本課件是可編輯的正常PPT課件某輕鋼住宅鋼結構的應用（輕型鋼結構）本課件是可編輯的正常PPT課件海洋采油平臺鋼結構雕塑鋼結構的應用（其它結構）本課件是可編輯的正常PPT課件鋼貨架鋼結構的應用（其它結構）163本課件是可編輯的正常PPT課件倫敦塔橋——活動橋鋼結構的應用（其它結構）本課件是可編輯的正常PPT課件儲油罐鋼結構的應用（其它結構）重鋼廠房本課件是可編輯的正常PPT課件分為：鋼結構桿件和鋼結構板件受拉桿件受壓桿件受彎桿件拉彎桿件壓彎桿件受拉索鋼結構構件的分類1.31.鋼結構桿件：2.鋼結構板件：鋼結構板件是一種平面構件，一般在板件平面內拉應力、壓應力和剪應力共同作用，工作狀態(tài)比較復雜?？砂催吔缰С袪顩r分類。本課件是可編輯的正常PPT課件1.鋼結構的極限狀態(tài)鋼結構設計的基本方法1.4

對應于構件和連接的強度破壞、疲勞破壞和因過度變形而不適于繼續(xù)承載，結構和構件喪失穩(wěn)定，結構轉變?yōu)闄C動體系和結構傾覆。承載能力極限狀態(tài)

對應于影響結構、構件和非結構構件正常使用或外觀的變形，影響正常使用的振動，影響正常使用或耐久性能的局部損壞。正常使用極限狀態(tài)本課件是可編輯的正常PPT課件2.鋼結構的設計表達式鋼結構設計的基本方法1.4（1-1）（1）承載能力極限狀態(tài)設計表達式式中：——結構重要性系數(shù)，根據(jù)結構破壞后果的嚴重性按照規(guī)范的有關規(guī)定采用?！Y構抗力分項系數(shù)，Q235鋼構件取1.087，Q345、Q390和Q420

鋼構件取1.111?！谰煤奢d效應和可變荷載效應?！礃藴实牟牧闲阅堋缀螀?shù)和抗力計算公式求得的構件抗力值?！谰煤奢d分項系數(shù)和可變荷載分項系數(shù)，一般情況下取1.2，取1.4；在和異號的情況下取=1.0，仍然取1.4本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構設計的基本方法1.4式中：——最大的和第i個可變荷載效應；如果不明確哪個荷載效應為最大，就需要把不同的可變荷載作為第一個來進行比較，找出最不利的組合；——第i個可變荷載的組合系數(shù)。按有關規(guī)范的規(guī)定采用。（1-2）荷載組合:

一般情況下,作用在構件上的可變荷載往往不止一種。但這些荷載不可能同時達到各自的最大值，所以應考慮荷載組合。（1）承載能力極限狀態(tài)設計表達式本課件是可編輯的正常PPT課件當驗算變形是否超過規(guī)定限值時，不考慮荷載分項系數(shù)，只用荷載標準值。鋼結構設計的基本方法1.4（2）正常使用極限狀態(tài)對鋼與混凝土組合梁，因混凝土在長期荷載下有蠕變的影響，還應考慮荷載效應的準永久荷載組合。對于拉桿和壓桿，變形是指長細比。

對于受彎的梁和桁架，變形是指撓度。

容許變形值見相關規(guī)范規(guī)定本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構與鋼筋混凝土結構和木結構相比，具有工業(yè)化程度高，強度高且抗震性能優(yōu)良，綠色環(huán)保并可再生等優(yōu)勢。在設計和施工中，要特別注意鋼結構容易失穩(wěn)、脆性狀態(tài)下裂紋容易擴展和抗火性能差等不利因素

本章小結及學習指導

根據(jù)鋼結構的優(yōu)點和缺點，不難確定其合理的使用范圍。大跨度、高層、重型、密閉結構和壓力容器、抗震要求高的應優(yōu)先采用鋼結構，另外一方面，住宅和輕型廠房、拆裝頻繁的設施應采用鋼結構。鋼結構桿件有受拉（桿和索）、受壓、受彎、拉彎、壓彎等受力形式。這些基本單元組成了各種形式的鋼結構。本教材介紹鋼構件和組成鋼構件的板件，它們可以組合成各種復雜的結構體系。本課件是可編輯的正常PPT課件本章小結及學習指導

承載能力極限狀態(tài)主要涉及強度、穩(wěn)定、疲勞、傾覆破壞和不能繼續(xù)承載的變形，正常使用極限狀態(tài)主要涉及變形（剛度）、震動和影響正常使用或耐久性能的局部損壞。在鋼結構設計和施工中，保證構件、連接和結構的兩個極限狀態(tài)都十分重要。學習本章時，要深入理解公式1-1中各項符號的含義和使用方法。各項系數(shù)在荷載組合中要根據(jù)不同情況按規(guī)范規(guī)定取值。另外，材料抗力分項系數(shù)是隱含在附表2-1內的。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章鋼結構的材料

主要內容：重點：鋼材的基本性能及影響因素

1鋼材的主要性能指標2鋼材的疲勞破壞3鋼材的類別及選用4鋼材的基本性能及其影響因素，鋼材的性能指標，疲勞破壞的概念和疲勞驗算方法本課件是可編輯的正常PPT課件

在建筑鋼結構工程和橋梁鋼結構工程中，規(guī)范推薦的普通碳素結構鋼是Q235，低合金高強度結構鋼是Q345、Q390、Q420、Q460和Q345GJ。

鋼材在單向均勻受拉時的應力-應變關系2.1

彈性階段(OE段)

屈服階段(ESC段)

強化階段(CB段)

頸縮階段(BD段)本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用鋼的幾項重要性能指標2.21.強度和變形指標：彈性階段，比例極限：應力-應變關系曲線中直線段的最大應力值。屈服階段，屈服強度：屈服平臺的最低應力值，作為材料強度的依據(jù)。強化和頸縮階段，抗拉強度：曲線最高點對應的應力值。

對于Q235鋼，各階段對應的強度值和應變值見教材12頁。本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用鋼的幾項重要性能指標2.22.塑性性能指標：

鋼材的塑性性能可用伸長率和斷面收縮率衡量。（2-1）試件被拉斷時的絕對變形值與試件原標距之比的百分數(shù)。

試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮小值與原斷面面積比值的百分比。

伸長率斷面收縮率（2-2）本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用鋼的幾項重要性能指標2.23.物理性能指標：彈性模量E（N/mm2）剪變模量G（N/mm2）線膨脹系數(shù)α（以每℃計）質量密度ρ

（kg/m3）206×10379×10312×10-67850鋼材和鋼鑄件的物理性能指標

表2-14.鋼材的韌性：

鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，它是鋼材強度和塑性的綜合性能，是判斷鋼材是否出現(xiàn)脆性破壞最主要的指標。韌性指標一般由沖擊試驗獲得，稱為沖擊韌性指標，用表示。韌性本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用鋼的幾項重要性能指標2.24.鋼材的韌性：

沖擊試驗的試件一般采用帶V形缺口的Charpy試件，尺寸為10mm×10mm×55mm。在一種專門的夏比試驗機上進行。當擺錘在一定高度落下試件被沖斷后，擺錘所做的沖擊功與試件缺口處凈截面面積之比為沖擊韌性，單位為J（焦耳）。沖擊試驗沖擊韌性值越大，說明試件所代表的鋼材斷裂前吸收的能量越大，韌性越好，強度和塑性綜合性能越優(yōu)越。

我國鋼材標準中將試驗分為四檔，即+20℃時的，0℃時，-20℃時的，-40℃時的。本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用鋼的幾項重要性能指標2.25.鋼材的冷彎性能：

試驗時按照規(guī)定的彎心直徑在試驗機上用沖頭緩慢加壓，使試件彎成180度，如果試件外面、里面和側面均不出現(xiàn)裂紋或分層，即為合格。

冷彎試驗

冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力及冶金質量的綜合指標。冷彎試驗是鑒定鋼材質量（主要是塑性和可焊性）的一種良好方法，常作為靜力拉伸試驗和沖擊試驗的補充試驗。

本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用鋼的幾項重要性能指標2.26.鋼材的可焊性：

指焊縫及其附近金屬的焊接安全可靠，不發(fā)生或者少發(fā)生焊接裂縫，其塑性和力學性能都不低于母材。可焊性低碳鋼低合金鋼

當含碳量控制在0.12%-0.20%，含錳量小于0.7%，含硅量小于0.4%，含硫量和含磷量小于0.045%時，具有較好的可焊性。用碳當量CE衡量（2-3）

當鋼材的碳當量小于0.38%時其可焊性是好的，Q345鋼屬于這種情況。本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用鋼的幾項重要性能指標2.27.鋼材沿厚度方向的性能：

由較厚鋼板組成的焊接承重結構，在焊接過程中或者在厚度方向受拉作用時，常常會產生與厚度方向垂直（稱為Z方向）的裂紋，出現(xiàn)層狀撕裂。為了避免這種情況發(fā)生，采用“厚度方向性能鋼板”是必要的。

現(xiàn)行國家標準《厚度方向性能鋼板》（GB/T5313）把它分為Z15、Z25、Z35三個級別，這種鋼板被嚴格控制含硫量和斷面收縮率，三個級別鋼板的含硫量分別不大于0.01%，0.007%和0.005%；單個試件的斷面收縮率分別不小于10%，15%和25%，同時三個試件斷面收縮率的平均值也分別不小于15%。25%和35%。

本課件是可編輯的正常PPT課件鋼材在單軸反復應力作用下的工作性能

2.3鋼材在單軸反復應力作用下的工作特性，可用應力-應變試驗曲線表示。當構件反復應力，即材料處于彈性階段時，在反復應力作用下鋼材的材性無變化，也不存在殘余變形。

當鋼材的反復應力，即材料處于彈塑性階段時，重復應力和反復應力引起塑性變形的增長。

本課件是可編輯的正常PPT課件鋼材在單軸反復應力作用下的工作性能

2.3

鋼材在多次重復的循環(huán)應變作用下滯回環(huán)豐滿而穩(wěn)定。這是鋼材一種極好的性能，為鋼結構在地震作用下耗能能力提供了保障。本課件是可編輯的正常PPT課件鋼材在復雜應力作用下的工作性能

2.4

對于接近理想彈塑性材料的鋼材，按照能量理論(或第四強度理論)，在三向應力作用下，有：（2-4）

由（2-4）式可見，當、、為同號應力且數(shù)值接近時，即使他們都大于，折算應力仍小于，說明材料很難進入塑性狀態(tài)。當平面或立體應力皆為拉應力時，材料處于脆性狀態(tài)，破壞時沒有明顯的塑性變形。本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.5

是指在連續(xù)反復荷載作用下，鋼材或鋼構件的應力低于極限強度，甚至低于屈服強度而發(fā)生的脆性破壞。疲勞破壞

鋼材的疲勞破壞過程

截面上的微小缺陷開始形成裂紋

裂紋緩慢擴展

TypeC裂紋達到臨界尺寸而迅速斷裂本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.5應力比：1.基本概念：其中，為絕對值最小的應力，為絕對值最大的應力，拉應力取正值，壓應力取負值。

本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.51.基本概念：正應力幅：——正應力幅

；表示應力變化的幅度，總為正值。——應力循環(huán)中的最大拉應力，取正值；

——應力循環(huán)中的最小拉應力或壓應力，拉應力取正值，壓應力取負值。

（2-9）式中：剪應力幅：（2-10）Δτ——剪應力幅

；——應力循環(huán)中的最大剪應力；

——應力循環(huán)中的最小剪應力。式中：本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.51.基本概念：焊接部位的疲勞強度主要與應力幅有關，而與應力比、名義應力、及鋼材的靜力強度的關系不是非常密切。

注：應力幅計算式（2-9）中的、，與應力比中的、的意義是不相同的。非焊接部位的疲勞強度也取應力幅計算，但為折算應力幅，如下式：本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.51.基本概念：

材料或構件發(fā)生疲勞破壞時，應力幅的大小和應力循環(huán)次數(shù)N有關。較小的N達到疲勞破壞所必須的相對大些，這時的應力幅稱為對應循環(huán)次數(shù)N的疲勞強度。同樣，對應的應力循環(huán)次數(shù)N稱為材料或構件的疲勞壽命。疲勞截止限：

當應力幅小到一定程度時，無論應力循環(huán)多少次也不會發(fā)生疲勞破壞，這個應力幅稱為疲勞強度極限，簡稱疲勞極限或疲勞截止限。疲勞強度和疲勞壽命：本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.52.鋼材的疲勞破壞：影響鋼材疲勞強度的因素：反復荷載引起的應力種類（如拉應力、壓應力、剪應力、復雜應力等）

外部因素

應力循環(huán)的形式和次數(shù)

鋼材內部殘余應力的大小內部因素

鋼材內部應力集中的程度

本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.53.鋼結構的疲勞破壞及影響因素：鋼構件和鋼結構的疲勞破壞時的截面特點：光滑區(qū)（圖中1區(qū)）：

微觀裂紋在連續(xù)反復作用應力下逐步擴展，裂紋兩側的材料時而相互擠壓時而分離，形成光滑區(qū)；粗糙區(qū)（圖中2區(qū)）：

裂紋在長期連續(xù)反復應力作用下日益擴展使構件截面被逐漸削弱，直至截面殘余部分不足以抵抗破壞時，構件會突然斷裂。表面呈顆粒狀的粗糙區(qū)就是由撕裂作用而形成的。本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.53.鋼結構的疲勞破壞及影響因素：影響鋼構件和結構疲勞強度的因素：構件形狀變化

（截面形狀突變、截面削弱，構件表面凹凸不平等）構件內部存在的殘余應力

應力集中：程度越嚴重，鋼構件越容易發(fā)生疲勞破壞，疲勞強度就越低。

鋼構件產生應力集中的主要原因：構件在冷加工過程中的加工硬化會導致應力集中和韌性降低

本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.54.鋼結構的疲勞驗算：對于直接承受動力荷載重復作用的鋼結構構件，如吊車梁、橋梁等以及它們的連接，當實際應力循環(huán)次數(shù)n>5×104次時，才需要進行疲勞計算。鋼構件和連接形式的分類：

常見的鋼結構構件和連接形式，根據(jù)應力集中程度的大小，按照非焊接、縱向傳力焊縫、橫向傳力焊縫、非傳力焊縫、鋼管截面以及剪應力作用等情況，針對正應力幅的疲勞計算，分為14個類別，即Z1~Z14（見附錄附表9-1~9-5）；針對剪應力幅疲勞計算，分為3個類別，即J1~J3（見附錄附表9-6），如圖2-16所示。本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.54.鋼結構的疲勞驗算：正應力容許應力幅的計算：N——應力循環(huán)次數(shù)（預期使用壽命）；

CZ、βZ

——參數(shù)，根據(jù)附表9-1~9-5確定構件和連接分類后，按

表2-2取值。（2-11）剪應力容許應力幅的計算：（2-17a）[Δτ]

——常幅疲勞的容許剪應力幅；

CJ、βJ

——參數(shù)，根據(jù)附表9-6確定構件和連接分類后，按

表2-3取值。本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.54.鋼結構的疲勞驗算：正應力幅的疲勞計算參數(shù)表2-2本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.54.鋼結構的疲勞驗算：表2-3剪應力幅的疲勞計算參數(shù)本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.54.鋼結構的疲勞驗算：

永久荷載產生的應力值為不變值，不產生應力幅。應力幅只由重復作用的可變荷載產生，所以疲勞計算時，取重復作用的可變荷載標準值來計算應力幅。

疲勞破壞不僅會由反復作用的正應力幅引起，對于側面角焊縫、受剪螺栓和剪力栓釘?shù)?，反復作用的剪應力幅也會引起疲勞破壞，故?guī)范規(guī)定疲勞強度驗算須按正應力幅和剪應力幅分別計算。

當常幅疲勞或變幅疲勞的最大應力幅滿足式（2-12）~（2-23）時，則疲勞強度滿足要求（教材p22~25）。本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.54.鋼結構的疲勞驗算：（1）在結構使用壽命期間，當常幅疲勞或變幅疲勞的最大應力幅滿足下列公式，則疲勞強度滿足要求。1）正應力幅疲勞計算：（2-12）——正應力幅

；對焊接部位按公式2-9計算，對非焊接部位為折算正應力幅，按前述計算公式計算?！搴窕蛑睆叫拚禂?shù)，按下列規(guī)定采用；式中：

——正應力幅的疲勞截止限（N/mm2）,根據(jù)構件和連接

類別按表2-2采用。本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.54.鋼結構的疲勞驗算：①對于橫向角焊縫連接和對接焊縫連接，當連接板厚t超過25mm時，應按下式計算：②對于螺栓軸向受拉連接，當螺栓的公稱直徑d大于30mm時，應按下式計算：③其余情況?。旱娜≈狄?guī)定：本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.54.鋼結構的疲勞驗算：2）剪應力幅疲勞計算：（2-13）——剪應力幅

；對焊接部位按公式2-10計算，對非焊接部位為折算剪應力幅，按前述計算公式計算。式中：——剪應力幅的疲勞截止限（N/mm2）,根據(jù)構件和連接

類別按表2-3采用。本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.54.鋼結構的疲勞驗算：（2）對不能滿足式（2-12）、（2-13）要求的常幅疲勞，應按下列規(guī)定計算：1）正應力幅疲勞計算：（2-14）當時：（2-15a）當時：（2-15b）（2-15c）當時：本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.54.鋼結構的疲勞驗算：——常幅疲勞的容許正應力幅

（N/mm2）；式中：——構件和連接的相關參數(shù)，根據(jù)構件和連接的類別，

按表2-2采用。1）正應力幅疲勞計算：——應力循環(huán)次數(shù)；——循環(huán)次數(shù)n=5×106次的容許正應力幅

（N/mm2）；

按表2-2采用。本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.54.鋼結構的疲勞驗算：2）剪應力幅疲勞計算：（2-16）當時：當時：（2-17a）（2-17b）當時：——常幅疲勞的容許剪應力幅

（N/mm2）；式中：——構件和連接的相關參數(shù)，根據(jù)構件和連接的類別，

按表2-3采用。本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞2.54.鋼結構的疲勞驗算：（3）對不能滿足式（2-12）、（2-13）要求的變幅疲勞，應按教材p24~25的規(guī)定計算，詳見公式（2-18）~（2-23）。對于直接承受動力荷載重復作用的抗剪摩擦型高強度螺栓連接可不進行疲勞驗算，但其連接處開孔主體金屬應進行疲勞計算。

上述疲勞計算方法在某些情況下是不適用的，需要采用特殊的方法驗算疲勞。如：構件表面溫度高于150℃；構件處于海水腐蝕環(huán)境；焊后經熱處理消除殘余應力；構件處于低周-高應變疲勞狀態(tài)等。本課件是可編輯的正常PPT課件影響鋼材性能的主要因素2.6影響因素化學成分冶金缺陷鋼材硬化溫度應力集中本課件是可編輯的正常PPT課件影響鋼材性能的主要因素2.61.化學成分的影響：

鋼材的基本成份為Fe，碳鋼中Fe含量占99％，其余C、Si、Mn等為雜質元素，S、P、N、O為冶煉過程中不易除盡的有害元素。碳（C）：含C↑，使強度↑，塑性、韌性、可焊性↓，應控制在0.22%，焊接結構應控制在≤0.20%。硫（S）：硫是有害元素，當熱加工及焊接使溫度達800～1000℃時，可能出現(xiàn)裂紋，稱為熱脆。硫還能降低鋼的沖擊韌性，同時影響疲勞性能與抗銹蝕性能。一般不得超過0.045～0.05%。磷（P）磷是有害元素，它在低溫下使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆，其含量應限制在0.045%以內。氧（O）、氮（N）：氧和氮也是有害雜質，氧能使鋼熱脆，其作用比硫劇烈，氮能使鋼冷脆，與磷相似。本課件是可編輯的正常PPT課件影響鋼材性能的主要因素2.61.化學成分的影響：錳（Mn）：錳是有益元素，它能顯著提高鋼材強度但不過多降低塑性和沖擊韌性。錳是弱脫氧劑。但是錳可使鋼材的可焊性降低，故含量有限制。硅（Si）：硅是有益元素，也是強脫氧劑。硅能使鋼材的粒度變細，控制適量時可提高強度而不顯著影響塑性、韌性、冷彎性能及可焊性。硅的含量過量時則會惡化可焊性及抗銹蝕性。釩（V）、鈦（Ti）：

釩、鈦都能使鋼材晶粒細化。我國的低合金鋼都含有這幾種元素，既可提高鋼材強度，又保持良好的塑性、韌性。銅（Cu）：銅是雜質元素，它能顯著提高鋼材的抗腐蝕性能，也可以提高強度，對可焊性有不利影響。碳素鋼和低合金高強度結構鋼的化學成分，可分別見附錄1中的附表1-1和附表1-2。本課件是可編輯的正常PPT課件影響鋼材性能的主要因素2.62.冶金缺陷的影響：

是指鋼中化學成分的不一致和不均勻性。

常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋及分層等。

是指鋼中含有的硫化物與氧化物等雜質。

是澆注鋼錠時，由氧化鐵與碳作用所生成的一氧化碳氣體不能充分逸出而形成的。這些缺陷都將影響鋼材的力學性能。偏析非金屬夾雜氣孔本課件是可編輯的正常PPT課件影響鋼材性能的主要因素2.63.鋼材硬化的影響：

是指冷拉、冷彎、沖孔、機械剪切等冷加工使鋼材產生很大塑性變形，從而提高了鋼的屈服點，同時降低了鋼的塑性和韌性。也稱為應變硬化。冷作硬化

ε

是指氮和碳，隨著時間的增長逐漸從純鐵中析出，形成自由碳化物和氮化物，對純鐵體的塑性變形起遏制作用，從而使鋼材的強度提高，塑性、韌性下降，俗稱老化。時效硬化

硬化的結果總是要降低鋼材的塑性和韌性，因此一般不利用硬化所提高的強度，同時要保證硬化后鋼材抗脆斷的能力。本課件是可編輯的正常PPT課件影響鋼材性能的主要因素2.64.溫度的影響：正溫范圍內（0℃以上）：

總的趨勢是：溫度升高，鋼材強度降低，應變增大；反之，溫度降低，鋼材強度會略有增加，塑性和韌性卻會降低而使鋼材變脆(見圖2-17)。T≤200℃時，鋼材性能沒有很大變化；T在250℃左右，鋼材的強度反而略有提高，同時塑性和韌性均下降，材料有轉脆的傾向，鋼材表面氧化膜呈現(xiàn)藍色，稱為藍脆現(xiàn)象。本課件是可編輯的正常PPT課件影響鋼材性能的主要因素2.64.溫度的影響：正溫范圍內（0℃以上）：T在260℃

～320℃時，在應力持續(xù)不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形，此種現(xiàn)象稱為徐變現(xiàn)象。T在430℃

～540℃之間強度急劇下降，600℃時強度很低不能承擔荷載。本課件是可編輯的正常PPT課件影響鋼材性能的主要因素2.64.溫度的影響：正溫降到負溫時（特別是0℃以下）：

接近或達到負溫度范圍內時，鋼材強度雖有提高，但其塑性和韌性降低，材料逐漸變脆，這種性質稱為低溫冷脆。低溫冷脆

由圖2-18可見，隨著溫度的降低沖擊韌性值迅速下降，材料將由塑性破壞轉變?yōu)榇嘈云茐?。這一轉變是在一個溫度區(qū)間T1~T2內完成的，此溫度區(qū)稱為鋼材的脆性轉變溫度區(qū)，在此區(qū)內曲線的反彎點T0所對應的溫度稱為轉變溫度。本課件是可編輯的正常PPT課件影響鋼材性能的主要因素2.65.應力集中的影響：

在鋼構件中經常存在著截面改變、孔洞、槽口、凹角以及鋼材內部缺陷等。此時，構件中的應力分布將不再保持均勻，而是在某些區(qū)域產生局部高峰應力，在另外一些區(qū)域則應力降低，形成所謂應力集中現(xiàn)象（見圖2-19）。應力集中

應力集中造成雙向或三向應力場的復雜應力狀態(tài)，從而使鋼材塑性降低，容易產生脆性破壞！在負溫或動力荷載作用下工作的結構，應力集中的不利影響將十分突出，往往是引起脆性破壞的根源，故在設計中應采取措施避免或減小應力集中。本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用材的種類和規(guī)格2.71.鋼材的種類：平爐鋼：冶煉時間長，成本較高。沸騰鋼（代號F）：脫氧較差。（已逐漸退出市場）半鎮(zhèn)靜鋼（代號b）：脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間。按冶煉方法分：轉爐鋼：生產效率高，成本低，已成為煉鋼的主要方式。按脫氧方法分：鎮(zhèn)靜鋼（代號Z）：脫氧充分。特殊鎮(zhèn)靜鋼（代號TZ）：加強脫氧劑鋁或鈦補充脫氧的鎮(zhèn)靜鋼。本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用材的種類和規(guī)格2.71.鋼材的種類：軋制鋼(熱軋、冷軋)、鍛鋼、鑄鋼。按成型方法分類：鋼結構用的鋼材主要有兩種：碳素結構鋼和低合金鋼。結構鋼的表示方法：Q屈服強度中屈字漢語拼音的字首阿拉伯字—表示屈服強度的大小，單位：表示按質量劃分的級別：A、B、C、D脫氧方法的符號（Z、TZ可省略）F-沸騰鋼b-半鎮(zhèn)靜鋼Z-鎮(zhèn)靜鋼TZ-特殊鎮(zhèn)靜鋼本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用材的種類和規(guī)格2.71.鋼材的種類：（1）碳素結構鋼：鋼號中質量分級由A到D，表示質量由低到高。A級鋼——沖擊韌性不作為要求條件，冷彎試驗只在需方要求時進行；B級鋼——要求常溫（20±5℃）沖擊韌性值Akv≥27J、冷彎合格；C級鋼——要求（0℃）沖擊韌性值Akv≥27J、冷彎合格；D級鋼——要求負溫（－20℃）沖擊韌性值Akv≥27J、冷彎合格；對Q235鋼來說，A、B兩級的脫氧方法可以是Z、b或F，C級只能是Z，D級只能是TZ。

碳素結構鋼按現(xiàn)行標準規(guī)定的化學成分和機械性能取值，見附表1-1和附表1-2鋼結構用材的種類和規(guī)格2.71.鋼材的種類：（2）低合金鋼：A級鋼——沖擊韌性不作為要求條件，冷彎試驗只在需方要求時進行；B級鋼——要求常溫（20±5℃）沖擊韌性值Akv≥34J、冷彎合格；C級鋼——要求（0℃）沖擊韌性值Akv≥34J、冷彎合格；D級鋼——要求負溫（－20℃）沖擊韌性值Akv≥34J、冷彎合格；

低合金鋼是在鋼的冶煉過程中添加少量幾種合金元素（合金元素的總量低于5﹪），使鋼的強度明顯提高，故稱低合金高強度結構鋼。分為Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五種牌號，后四種為鋼結構標準推薦的常用鋼種。這四種鋼都包括A、B、C、D、E五種質量等級。E級鋼——要求負溫（－40℃）沖擊韌性值Akv≥27J、冷彎合格；低合金高強度結構鋼的A、B級屬于鎮(zhèn)靜鋼(Z)，C、D、E級屬于特殊鎮(zhèn)靜鋼(TZ)。本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用材的種類和規(guī)格2.71.鋼材的種類：（3）優(yōu)質碳素結構鋼：

優(yōu)質碳素結構鋼是碳素鋼經過熱處理，如調質處理和正火處理得到綜合性能較好。它與碳素鋼的主要區(qū)別在于雜質元素少，其他缺陷也受到嚴格限制。用于高強度螺栓的8.8級優(yōu)質碳素鋼（45號鋼）和10.9級低合金高強度鋼的強度較高，塑性和韌性也比較優(yōu)越。（4）耐候鋼和耐火鋼：耐候鋼：在鋼冶煉過程中，加入少量特定的合金元素（如銅、鉻、鎳、鈮、鈦、鋯、釩等），使之在金屬基體表面上形成保護層，以提高鋼材耐大氣腐蝕性能。耐火鋼：在鋼種加入少量的貴金屬鉬、鉻、鈮等，具有較好抗高溫性能，特別是在高溫下具有較高強度。本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用材的種類和規(guī)格2.72.鋼材的選擇：

正確選擇鋼材的目的是保證結構安全可靠、經濟合理。選用原則

結構的重要性荷載情況連接方法

鋼材厚度和結構形式結構所處的溫度和環(huán)境選材應考慮的主要因素

對于重要結構、直接承受動載的結構、處于低溫條件下的結構及焊接結構，應選用質量較高的鋼材。具體建議見教材31頁表2-5。選用建議本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用材的種類和規(guī)格2.73.鋼材的規(guī)格：鋼結構采用的鋼材主要有鋼板、型鋼、圓鋼、薄壁型鋼和焊接鋼管等，型鋼有熱軋及冷成型兩種（見圖2-20、圖2-21）。本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用材的種類和規(guī)格2.73.鋼材的規(guī)格：（1）鋼板：分厚板、薄板及扁鋼三種。鋼板扁鋼厚鋼板(厚度4.5～60mm，寬度700～3000mm)，熱軋成型。主要用作梁、柱、實腹式框架等構件的腹板和翼緣，以及桁架中的節(jié)點板。薄鋼板(厚度為0.35～4mm，寬度500～1800mm)，冷軋成型。主要用于制造冷彎薄壁型鋼。扁鋼(厚度為4～60mm，寬度12～200mm)。主要用于組合梁的翼緣板、各種構件的連接板、桁架節(jié)點板和零件等。表示方法：—寬度×厚度×長度，單位：mm鋼板的類型及規(guī)格見附表3-8~3-9。本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用材的種類和規(guī)格2.73.鋼材的規(guī)格：（2）角鋼：

分不等邊和等邊兩種。不等邊角鋼的表示方法為：L長邊寬×短邊寬×厚度，單位：mm等邊角鋼以邊寬和厚度表示：L邊寬×厚度，單位：mm角鋼的規(guī)格見附表3-5和附表3-6。本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用材的種類和規(guī)格2.73.鋼材的規(guī)格：（3）工字鋼：熱軋成型，有普通工字鋼和輕型工字鋼之分。用號數(shù)表示，號數(shù)即為其截面高度的厘米數(shù)；20號以上的工字鋼，同一號數(shù)有三種腹板厚度，分別為a、b、c三類。輕型工字鋼的腹板和翼緣均較普通工字鋼薄，因而在相同重量下其截面模量和回轉半徑均較大。普通工字鋼的規(guī)格見附表3-1。本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用材的種類和規(guī)格2.73.鋼材的規(guī)格：（3）槽鋼：

熱軋成型，有普通槽鋼和輕型槽鋼兩種。以其截面高度的厘米數(shù)編號。號碼相同的輕型槽鋼，其翼緣較普通槽鋼寬而薄，腹板也較薄，回轉半徑較大，重量較輕。普通槽鋼的規(guī)格見附表3-4。本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用材的種類和規(guī)格2.73.鋼材的規(guī)格：（4）H型鋼和剖分T型鋼：有熱軋成型和焊接兩種H型鋼的規(guī)格見附表3-2，剖分T型鋼的規(guī)格見附表3-3。寬翼緣H型鋼：代號HW，翼緣寬度B與截面高度H相等H型鋼分為：中翼緣H型鋼：代號HM，B

2/3H窄翼緣H型鋼：代號HN，B=(1/3～1/2)H剖分T型鋼

由對應的H型鋼沿腹板剖分而成；對應于寬翼緣、中翼緣、窄翼緣，其代號分別為TW、TM和TN。

H型鋼和剖分T型鋼的規(guī)格標記均采用截面高度H×截面寬度B×腹板厚度t1×翼緣厚度t2表示。單位：mmH型鋼及剖分T型鋼本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用材的種類和規(guī)格2.73.鋼材的規(guī)格：（5）鋼管：有熱軋無縫鋼管和焊接鋼管兩種。普通鋼管的規(guī)格見附表3-7。表示方法：Φ外徑D×壁厚t，單位：mm。無縫鋼管焊接鋼管本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用材的種類和規(guī)格2.73.鋼材的規(guī)格：（6）薄壁型鋼：

冷軋成型，用薄鋼板(一般采用Q215、Q235或Q345鋼)，經模壓或彎曲而制成，其壁厚一般為1.5～5mm。冷彎薄壁型鋼多用于廠房的檁條、墻梁，也可用作承重柱和梁。

常用截面形式本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構用材的種類和規(guī)格2.73.鋼材的規(guī)格：（7）壓型鋼板：

冷軋成型，帶有防銹涂層的彩色薄板，所用鋼板厚度為0.4～1.6mm，一般用作輕型屋面及墻面等維護結構。

本課件是可編輯的正常PPT課件鋼材在單向均勻拉伸時的四個工作階段以及對應的屈服點、抗拉強度、變形、伸長率是對鋼材最基本性能的描述，具有重要的意義。簡化的理想彈性塑性體對鋼材強度分析十分重要。本章小結及學習指導

低碳鋼的主要性能指標，包括強度、變形、塑性（包括伸長率和斷面收縮率）、韌性（常溫沖擊韌性和負溫沖擊韌性）、冷彎、可焊性、沿厚度方向的指標（Z向性能）等。在三向同號應力下鋼材的強度大大提高，但是塑性指標會下降很多，在異號應力下會提前破壞，三向同號應力場往往還伴隨著應力集中，是引起脆性破壞的主要因素。本課件是可編輯的正常PPT課件在連續(xù)反復荷載作用下，鋼材或鋼構件易發(fā)生疲勞破壞，疲勞強度低于極限強度甚至低于屈服強度，屬于脆性破壞；影響疲勞強度的因素其根源都和應力集中有關。焊接部位的疲勞強度可以用應力幅表示。本章小結及學習指導

疲勞驗算公式（2-11）是驗算焊接部位的應力幅，它是應力集中程度的函數(shù)，按照構件和連接的類別查有關附表確定CZ和βZ值。非焊接的部位引入相應的調整系數(shù)后再行驗算。影響鋼材性能的主要因素有化學元素、冶金缺陷、鋼材硬化、溫度、應力集中等,了解這些因素的影響是正確選擇和使用鋼材的重要出發(fā)點。鋼材的品種繁多，性能差別很大。根據(jù)結構的重要性、荷載情況、連接方法、鋼材厚度、結構形式和服役溫度等正確的選用鋼材是設計、建造鋼結構的前提。

本課件是可編輯的正常PPT課件第3章鋼結構的可能破壞形式

主要內容：鋼結構破壞的原因1強度破壞2失穩(wěn)破壞3疲勞破壞4變形破壞5脆性斷裂破壞6重點：鋼結構或鋼構件各種可能的破壞形式及其有效的預防措施本課件是可編輯的正常PPT課件

設計和建造鋼結構的目的是使結構能完成安全、適用、耐久的預定功能，達到技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量的要求。概述3.1鋼材的主要破壞形式塑性破壞：有明顯變形，有預兆。疲勞破壞：低應力的脆性破壞，脆性破壞

中的特殊形式。脆性破壞：無顯著變形，突然斷裂破壞。本課件是可編輯的正常PPT課件概述3.1鋼結構主要的破壞形式構件或節(jié)點（連接）的強度破壞結構或構件的整體失穩(wěn)破壞結構或構件的局部失穩(wěn)破壞構件或節(jié)點（連接）的疲勞破壞結構或構件的變形破壞

結構的脆性斷裂破壞本課件是可編輯的正常PPT課件強度破壞3.2在結構的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性有保證的情況下，結構中某些構件截面上的內力達到極限承載力時，構件就發(fā)生強度破壞。鋼構件的強度破壞很有可能進一步導致整體結構的強度破壞或其它形式的破壞。

受彎鋼構件的強度破壞

強度破壞構件的強度破壞整體結構的極限承載力破壞受拉鋼構件的強度破壞

本課件是可編輯的正常PPT課件整體失穩(wěn)破壞3.3鋼材的強度高，構件截面小，故受壓構件的設計一般由穩(wěn)定控制。鋼構件的整體失穩(wěn)

整體失穩(wěn)破壞鋼結構的整體失穩(wěn)1.鋼結構的整體失穩(wěn)破壞：

在外荷載逐漸增大的過程中，結構所承受的外荷載還沒有達到按強度計算得到的結構強度破壞荷載時，結構已不能承載并產生較大變形，整個結構偏離初始的平衡位置而破壞。結構整體失穩(wěn)破壞結構的整體失穩(wěn)破壞往往是由于結構中的某個構件或部件首先發(fā)生某種形式破壞而誘發(fā)產生的。本課件是可編輯的正常PPT課件整體失穩(wěn)破壞3.32.鋼構件的整體失穩(wěn)破壞：

鋼構件由于截面形式不同，受力狀態(tài)不同，其整體失穩(wěn)破壞的形式也不相同。（1）（2）（3）彎曲失穩(wěn)：雙軸對稱工字形截面軸心受壓構件的整體失穩(wěn)、單軸對稱截面軸心受壓構件繞非對稱軸的失穩(wěn)。

扭轉失穩(wěn)

：十字形截面軸心受壓構件在滿足一定條件時的整體失穩(wěn)。

彎扭失穩(wěn)

：單軸對稱截面軸心受壓構件繞對稱軸的失穩(wěn)。

軸心受壓構件的整體失穩(wěn)形式：軸心受壓桿件整體失穩(wěn)的原因詳見第5章。本課件是可編輯的正常PPT課件整體失穩(wěn)破壞3.32.鋼構件的整體失穩(wěn)破壞：受彎構件（梁）的整體失穩(wěn)形式為彎扭失穩(wěn)，梁整體失穩(wěn)的原因詳見第6章

。

截面具有對稱軸的實腹式單向壓彎構件的整體失穩(wěn)形式：（1）（2）彎矩作用平面內：彎曲失穩(wěn)

彎矩作用平面外：彎扭失穩(wěn)實腹式雙向壓彎構件的整體失穩(wěn)形式為彎扭失穩(wěn)。壓彎桿件整體失穩(wěn)的原因詳見第7章。本課件是可編輯的正常PPT課件局部失穩(wěn)破壞3.41.結構的局部失穩(wěn)：構件的局部失穩(wěn)

局部失穩(wěn)破壞結構的局部失穩(wěn)

指在外荷載逐漸增大的過程中，結構作為整體還沒有發(fā)生強度破壞或整體失穩(wěn)破壞，結構中的局部構件已經不能承受分配給它的內力而失去穩(wěn)定。

結構的局部失穩(wěn)已經失穩(wěn)的局部構件剛度的不斷退化，將使結構中其它構件的負載加重，有可能導致其它構件依次發(fā)生失穩(wěn)，最終誘發(fā)整個結構失穩(wěn)破壞。本課件是可編輯的正常PPT課件局部失穩(wěn)破壞3.42.構件的局部失穩(wěn)：鋼構件的局部失穩(wěn)會使構件的工作狀況變壞，有可能導致構件提前發(fā)生強度破壞或整體失穩(wěn)破壞。

指在外荷載不斷增大的過程中，鋼構件還沒有發(fā)生強度破壞或整體失穩(wěn)破壞，而組成該構件的某些板件已不能承受分配給它的內力作用而失去穩(wěn)定，發(fā)生側向撓曲。構件的局部失穩(wěn)屈曲后強度：由于板件屈曲后存在著較大的橫向張力（特別對于四邊支承板件而言），而使板件屈曲后仍有很大的屈曲后承載能力，稱為屈曲后強度。

本課件是可編輯的正常PPT課件局部失穩(wěn)破壞3.42.構件的局部失穩(wěn)：屈曲后強度的利用：普通鋼結構構件，不利用受壓翼緣的屈曲后強度，須滿足相關的寬厚比限值。

對于直接承受動力荷載作用的結構或構件，如橋梁、吊車梁等，也不利用腹板的屈曲后強度

。

只承受靜力荷載作用下，可以利用腹板的屈曲后強度，以達到節(jié)約鋼材的目的。能利用腹板屈曲后強度的普通鋼結構構件有：受彎構件，軸心受壓構件和壓彎構件。本課件是可編輯的正常PPT課件局部失穩(wěn)破壞3.43.按板件寬厚比大小確定的構件截面等級（截面板件寬厚比等級）：受壓板件局部失穩(wěn)時，寬厚比越大，屈曲荷載越小。根據(jù)不同的應用情況，可將壓彎和受彎構件截面按板件寬厚比的大小分為五個等級，如下：

構件截面分類S1級截面（一級塑性截面、塑性轉動截面、特厚實截面）：板件的寬厚比最小。

S2級截面（二級塑性截面、有限塑性轉動截面、次特厚實截面）：板件寬厚比比S1級截面的稍大。

S4級截面（彈性設計截面、非厚實截面）：板件寬厚比大于S3級截面的寬厚比。

S5級截面（超屈曲設計截面、纖細截面、薄壁截面）：板件寬厚比最大。S3級截面（彈塑性設計截面、厚實截面）：板件寬厚比比S2級截面的大。

本課件是可編輯的正常PPT課件局部失穩(wěn)破壞3.4寬厚比等級及限值表3-1本課件是可編輯的正常PPT課件疲勞破壞3.5詳見第2章相關內容3.6變形破壞鋼結構變形破壞的實質是剛度失效造成的。結構的變形破壞變形破壞構件的變形破壞引起鋼結構變形破壞的主要原因有：設計不當，制造不當，使用不當?shù)取?/p>

鋼材在連續(xù)反復荷載作用下，應力雖然還低于極限抗拉強度fu，甚至于還低于屈服點fy時，就突然發(fā)生脆性斷裂，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞破壞。本課件是可編輯的正常PPT課件3.6變形破壞1.構件的變形破壞：在鋼結構設計中：

在鋼結構的制造過程中：

在鋼結構的使用過程中：

構件的剛度不滿足設計要求，導致構件的變形過大而無法正常使用、正常安裝。

由于工藝不合理等原因而造成構件變形會直接影響到結構的美觀，而且給結構構件的連接、安裝帶來很大的困難。

隨意改變結構的用途，或發(fā)生意外事故而使結構超載，也會導致鋼構件的變形破壞事故發(fā)生。

本課件是可編輯的正常PPT課件3.6變形破壞2.結構的變形破壞：鋼結構設計中，如果結構支撐體系布置不夠或布置不當，就有可能導致結構的變形破壞。

結構的變形破壞也可能是由于施工安裝不當引起的。

結構變形破壞事故發(fā)生初期，由于變形過大而使結構無法正常使用。若不及時采取加固補救措施，隨著變形的進一步增加，結構破壞的形式就很可能發(fā)生轉變，往往會導致整體結構的垮塌。

本課件是可編輯的正常PPT課件3.7脆性斷裂破壞1.脆性斷裂破壞的特點：

結構的脆性斷裂破壞是結構各種可能破壞形式中最危險的一種破壞形式。脆性斷裂破壞前，鋼材的應力通常小于屈服點fy，不發(fā)生顯著的變形，破壞突然發(fā)生，無任何預兆。應注意的是，疲勞斷裂只是脆性斷裂中的一種。2.脆性斷裂破壞的主要原因：脆斷破壞的主要原因材質缺陷

應力集中和殘余應力

工作環(huán)境溫度

鋼板厚度

本課件是可編輯的正常PPT課件3.7脆性斷裂破壞3.防止脆性斷裂的措施：防止脆性斷裂的措施合理選擇鋼材合理設計

合理制作和安裝

合理使用及合理維修

本課件是可編輯的正常PPT課件可能發(fā)生強度破壞的鋼構件主要是軸心受拉構件和受彎構件。其他類型的鋼構件往往不由強度條件控制設計，因此，一般不會發(fā)生強度破壞。

本章小結及學習指導

失穩(wěn)破壞是鋼結構或鋼構件的主要破壞形式。大多數(shù)鋼構件或鋼結構都是由穩(wěn)定條件控制設計的。

失穩(wěn)破壞具有多樣性。應正確區(qū)分結構整體失穩(wěn)與構件整體失穩(wěn)的不同。也應正確區(qū)分結構局部失穩(wěn)與構件局部失穩(wěn)的不同。

變形過大屬于正常使用極限狀態(tài)范疇。如果不對已發(fā)生過大變形的結構或構件采取及時的補救措施，則很可能會轉變?yōu)槭Х€(wěn)破壞等其他導致失去承載力的破壞形式。脆性斷裂破壞是結構最危險的破壞形式。了解引起脆性破壞的各種原因，從而在設計、施工、使用鋼結構時采取有效措施，防止脆性斷裂破壞的發(fā)生。本課件是可編輯的正常PPT課件

焊接連接的方法及特性對接焊縫連接的構造和計算角焊縫連接的構造和計算螺栓連接的構造和計算

主要內容

焊接連接的構造和計算螺栓連接的構造和計算

重點第4章鋼結構的連接本課件是可編輯的正常PPT課件4.1概述本課件是可編輯的正常PPT課件鋼結構的連接方法焊縫連接螺栓連接鉚釘連接本課件是可編輯的正常PPT課件1.焊接連接優(yōu)點：不削弱截面，加工方便，焊接剛度大，連接的密封性好

缺點：材質易脆，存在殘余應力，對裂紋敏感。

2.螺栓連接優(yōu)點：安裝方便，易于拆卸缺點：需要開孔，對構件截面有一定的削弱，構造較繁。3.鉚釘連接連接受力性能較好，但構造復雜，目前已很少采用。本課件是可編輯的正常PPT課件一、鋼結構常用焊接方法4.2焊接連接的方法及特性電弧焊電渣焊氣體保護焊電阻焊常用焊接方法本課件是可編輯的正常PPT課件電弧焊原理

在涂有焊藥的焊條和焊件間產生電弧，由電弧提供熱源，使焊條溶化，滴落在焊件上被電弧吹成的小凹槽溶池中，并與焊件溶化部分冷卻后凝結成焊縫，把構件連接成一體。

本課件是可編輯的正常PPT課件電渣焊原理

利用電流通過熔渣時所產生的熱量來熔化金屬的一種方法。焊絲作為電極伸入并穿過渣池，使渣池產生電阻熱將焊件金屬及焊絲熔化，沉積于熔池中，形成焊縫。

本課件是可編輯的正常PPT課件氣體保護焊電阻焊原理

利用二氧化碳氣體或其它惰性氣體作為保護介質的一種電弧熔焊方法。

原理

電流通過焊件接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產生的電阻能熱，將被焊金屬加熱到局部熔化或達到高溫塑性狀態(tài)，在外力的作用下形成牢固的焊接接頭。

本課件是可編輯的正常PPT課件

鋼結構中常用的焊條型號有E43、E50、E55和E60系列。不同鋼種的鋼材焊接時，宜采用與低強度鋼材相適應的焊條。說明字母“E”表示焊條，后兩位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強度的最小值，單位為N/mm2。本課件是可編輯的正常PPT課件二、焊縫的形式T型連接角接1.按構件的相對位置劃分

對接搭接本課件是可編輯的正常PPT課件對接焊縫角焊縫正對接焊縫斜對接焊縫2.按受力特性不同劃分本課件是可編輯的正常PPT課件平焊橫焊立焊仰焊3.按施焊的相對位置劃分本課件是可編輯的正常PPT課件三、焊縫缺陷及焊縫質量檢查標準1焊縫缺陷本課件是可編輯的正常PPT課件2焊縫質量檢查標準要求用超聲波或射線檢驗每條焊縫全部長度

要求用超聲波檢驗每條焊縫長度的20％

一級三級焊縫按檢驗方法和質量要求分三級二級要求通過外觀檢查

本課件是可編輯的正常PPT課件四、焊縫表示α.bⅢ指引線基準線基本符號本課件是可編輯的正常PPT課件五、焊接殘余應力和焊接殘余變形焊接殘余應力產生的原因1焊接升溫時焊縫附近的應力場焊縫冷卻時，焊縫及附近金屬產生拉應力，距焊縫稍遠區(qū)段內產生壓應力

本課件是可編輯的正常PPT課件焊接殘余應力加熱溫度達到出現(xiàn)熱塑性

鋼板局部加熱鋼板厚度方向具有一定的剛度

焊接殘余應力產生的條件本課件是可編輯的正常PPT課件

縱向焊接殘余應力—沿焊縫長度方向

橫向焊接殘余應力—垂直于焊縫長度方向

沿厚度方向的焊接殘余應力焊接殘余應力是內應力，在焊件內自相平衡。焊縫附近為拉應力，焊縫稍遠區(qū)產生壓應力。焊接殘余應力的分類2本課件是可編輯的正常PPT課件（1）對結構靜力強度的影響f+--bfy+--bfyNyNy焊接殘余應力對結構的靜力強度沒有影響。+--fyfbBt焊接殘余應力和殘余變形對結構工作性能的影響44（2）焊接殘余應力低結構的剛度。f+--bfyNN+--fyfNNbBt（3）焊接殘余應力降低壓桿的穩(wěn)定承載力

對于厚板或交叉焊縫，將產生三向焊接殘余拉應力，增加了鋼材低溫脆斷傾向。

三向焊接殘余拉應力降低材料的塑性，從而疲勞強度降低！（5）對疲勞強度的影響（4）對低溫冷脆的影響本課件是可編輯的正常PPT課件包括：縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形和扭曲變形等，通常是幾種變形的組合。焊接殘余變形5本課件是可編輯的正常PPT課件減小焊接殘余應力和殘余變形的措施36設計上的措施：（1）焊接位置的合理安排（2）焊縫尺寸要適當（3）焊縫數(shù)量要少，且不宜過分集中（4）應盡量避免兩條以上的焊縫垂直交叉（5）應盡量避免母材在厚度方向的收縮應力加工工藝上的措施：（1）采用合理的施焊順序（2）采用反變形處理（3）小尺寸焊件，應焊前預熱或焊后回火處理本課件是可編輯的正常PPT課件采用合理的施焊順序盡量避免兩條以上的焊縫垂直交叉本課件是可編輯的正常PPT課件采用反變形處理本課件是可編輯的正常PPT課件一、對接焊縫的構造要求4.3對接焊縫連接的構造與計算

1.坡口目的——為了使焊件能夠焊透。坡口形式——根據(jù)板厚的不同采用不同的坡口形式。本課件是可編輯的正常PPT課件本課件是可編輯的正常PPT課件

2.引弧板目的：為了消除焊口的影響，可加引弧板。焊縫的計算長度取值：無引弧板時：每條焊縫的計算長度等于實際長度減去2t1，t1------較薄焊件厚度采用引弧板時：每條焊縫的計算長度等于實際長度本課件是可編輯的正常PPT課件

3.當板件厚度或寬度在一側相差大于4mm時，應做坡度不大于1:2.5的斜坡，以平緩過度，減小應力集中?！?:2.5≤1:2.5本課件是可編輯的正常PPT課件二、對接焊縫的計算對接焊縫可視作焊件截面的延續(xù)，故其計算方法與構件強度計算相同。對接焊縫的抗壓、抗剪強度，以及一、二級對接焊縫的抗拉強度與母材相同，因此若采用引弧板施焊，則可不與計算。只有三級焊縫受拉力作用才需進行計算?。ㄒ唬┹S心力作用下的對接焊縫計算NNlwt

N—軸心拉力或壓力設計值；t—板件較小厚度；T形連接中為腹板厚度；ftw、fcw

—對接焊縫的抗拉和抗壓強度設計值。本課件是可編輯的正常PPT課件NNtθNsinθNcosθlw當不滿足上式時，可選擇在受力較小的部位施焊；或者改用斜對接焊縫連接；當tanθ≤1.5時,斜焊縫的強度不用驗算!本課件是可編輯的正常PPT課件（二）M、V共同作用下的對接焊縫計算lwt

MVστ1.矩形截面

Ww——焊縫計算截面模量；Sw——焊縫計算截面面積矩；

Iw——焊縫計算截面慣性矩。本課件是可編輯的正常PPT課件2、工字形截面

對于焊縫的σmax

和τmax

應滿足的條件：本課件是可編輯的正常PPT課件1.1——考慮最大折算應力只在局部出現(xiàn)的強度增大系數(shù)。對于翼緣與腹板交接點（1點）焊縫，其折算應力尚應滿足下式要求：本課件是可編輯的正常PPT課件

角焊縫兩邊夾角90°，稱為直角角焊縫，直角邊長hf稱為焊腳尺寸。hehfhf

1.角焊縫的形式4.4角焊縫連接的構造與計算角焊縫的構造和受力性能一本課件是可編輯的正常PPT課件

夾角大于135°或小于60°的稱為斜角角焊縫，除鋼管結構外，一般不宜用作受力焊縫。直角角焊縫截面形式有普通焊縫、平坡焊縫、凹焊縫等幾種。本課件是可編輯的正常PPT課件2.角焊縫的構造要求焊縫計算長度

焊腳尺寸本課件是可編輯的正常PPT課件a.焊腳尺寸hf最小值母材厚度t角焊縫最小焊腳尺寸hft≤636﹤t≤12512﹤t≤206t>208說明①采用不預熱的非低氫焊接方法進行焊接時，t等于焊接連接部位中較厚件厚度，宜采用單道焊縫；采用預熱的非低氫焊接方法或低氫焊接方法進行焊接時，t等于焊接連接部位中較薄件厚度。②焊縫尺寸不要求超過焊接連接部位中較薄件厚度的情況除外。③承受動荷載的角焊縫最小焊腳尺寸為5mm。本課件是可編輯的正常PPT課件b.焊腳尺寸hf最大值tt1hf當t≤6mm時，hf,max≤t當t>6mm時，hf,max

≤t-(1～2)mm

對于板件邊緣的角焊縫：本課件是可編輯的正常PPT課件c.角焊縫計算長度的最小值d.搭接連接的構造要求為避免應力傳遞過分彎折,導致應力不均：lw≥bt1t2b本課件是可編輯的正常PPT課件b2hflwt1t2e.角焊縫的端部位于構件轉角處時，應作2hf的繞角焊，且轉角處必須連續(xù)施焊。f.在搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，且不得小于25mm。3.角焊縫的受力性能—焊縫長度方向與作用力垂直

正面角焊縫N

—焊縫長度方向與作用力平行側面角焊縫N

N本課件是可編輯的正常PPT課件

側面角焊縫承受剪力，強度較低，塑性較好。

剪應力沿焊縫長度分布不均勻，兩端大中間小，lw/hf越大剪應力分布越不均勻。剪應力τfNlwN破壞形式

側面角焊縫受力性能本課件是可編輯的正常PPT課件

正面角焊縫受力復雜，應力集中嚴重，塑性較差，但強度較側面角焊縫高。

正面角焊縫受力性能本課件是可編輯的正常PPT課件直角角焊縫的基本計算公式二

有效截面為平分角焊縫夾角

的截面，破壞往往從這個截面發(fā)生。有效截面的高度he也稱角焊縫有效厚度，

當兩焊件間隙b≤1.5mm時，he

＝0.7hf當兩焊件間隙1.5mm＜b≤5mm時，he

＝0.7（hf—b）角焊縫的有效截面

1.hehfhf

本課件是可編輯的正常PPT課件NyNx角焊縫基本計算公式2.lwhfheτ∥=τfσfσ┻450τ┻450

NxNy本課件是可編輯的正常PPT課件∵

f

—正面角焊縫的強度設計值增大系數(shù)；—按角焊縫有效截面計算，垂直焊縫長度方向的正應力；—按角焊縫有效截面計算，沿焊縫長度方向的剪應力；ffw—角焊縫的強度設計值。本課件是可編輯的正常PPT課件NNNNlwNNNNlw僅采用側面角焊縫連接

僅采用正面角焊縫連接σf=0τf=0說明本課件是可編輯的正常PPT課件常用連接方式的角焊縫計算三1.角鋼與節(jié)點板連接受軸心力作用a.僅采用側面角焊縫連接

Nlw1lw2本課件是可編輯的正常PPT課件由力的平衡關系可求出各條焊縫的受力：

Nlw1lw2N1N2本課件是可編輯的正常PPT課件對于驗算的問題驗算肢背：驗算肢尖：對于設計的問題肢背所需焊縫長度：肢尖所需焊縫長度：本課件是可編輯的正常PPT課件端焊縫受力：肢背受力：肢尖受力：b.采用三面圍焊連接

Nlw1lw2N1N2N3b本課件是可編輯的正常PPT課件肢尖受力：端焊縫受力：肢背受力：C.采用L形圍焊

Nlw1N1N3b本課件是可編輯的正常PPT課件2.拼接蓋板的設計問題NN蓋板尺寸的設計應滿足：材料與主板相同；蓋板的總截面積不應小于被連接鋼板的截面積；同時滿足構造要求。本課件是可編輯的正常PPT課件a.采用側面角焊縫連接NNlwL

蓋板的長度則由側面焊縫的長度確定。∴每條側面角焊縫的計算長度

本課件是可編輯的正常PPT課件b.采用正面角焊縫連接NNlwL本課件是可編輯的正常PPT課件C.采用三面圍焊連接NNL’wLlw正面角焊縫承擔的力為：側面角焊縫承擔的力為：本課件是可編輯的正常PPT課件3.承受彎矩M作用

hehet最危險點A的應力計算：A

M本課件是可編輯的正常PPT課件4.承受扭矩T作用

yxx0yT※討論：1)判定危險點2)T和M的區(qū)別假定:1、T作用下焊縫群上任意點的應力方向垂直于該點與焊縫形心的連線；2、應力的大小與該點到焊縫形心0的距離r成正比。本課件是可編輯的正常PPT課件xxyy.oA代入角焊縫通用公式中得：本課件是可編輯的正常PPT課件5.承受M、V共同作用Ahehet最危險點A：VM..本課件是可編輯的正常PPT課件斜角角焊縫及部分焊透的對接焊縫的計算※

四1.斜角角焊縫的計算α1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2為簡化計算，規(guī)范規(guī)定：對于兩焊腳邊夾角60o≤α≤135o的斜T形連接，其斜角角焊縫采用與直角角焊縫相同的計算公式，且統(tǒng)一取βf=1.0。本課件是可編輯的正常PPT課件2.斜角角焊縫的計算厚度heα1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2圖Aα1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b圖B本課件是可編輯的正常PPT課件式中：b、b1和b2≤5mm說明：b1和b2≤1.5mm時,可取b1、b2=0;b1和b2>5mm時,應如圖“B”方式處理，且使b≤5mm。2.部分焊透的對接焊縫計算（自學部分）一、螺栓連接的形式及特點Ⅰ類孔，孔徑do比栓桿直徑d大0.2～0.5mm；受力性能較好，受剪工作時變形小；費用較高。Ⅱ類孔，孔徑比栓桿直徑大1.0～1.5mm；傳遞剪力時，變形較大；傳遞拉力的性能較好。4.5螺栓連接的形式和構造要求普通螺栓A、B級（精制螺栓）C級（粗制螺栓）本課件是可編輯的正常PPT課件高強度螺栓摩擦型連接—靠板件間摩擦力傳遞剪力；摩擦型連接的剪切變形小，適用于動荷載的結構。高強度螺栓承壓型連接—允許板件間摩擦力被克服，出現(xiàn)相對滑移后，依靠螺栓桿的抗剪和孔壁承壓傳遞剪力；承壓型連接的承載力高于摩擦型，但剪切變形大，不適用于承受動力荷載的結構中。

高強度螺栓本課件是可編輯的正常PPT課件螺栓性能等級的含義是小數(shù)點前的數(shù)字表示螺栓熱處理后的最低抗拉強度；小數(shù)點及小數(shù)點后面的數(shù)字表示其屈強比。以10.9級為例：小數(shù)點前的數(shù)字“10”表示螺栓熱處理后的最低抗拉強度為，“.9”表示其屈強比（屈服強度與抗拉強度之比）為0.9。螺栓性能等級本課件是可編輯的正常PPT課件二、螺栓的排列

螺栓的表示

螺栓用M表示，例如M20，工程中常用的螺栓直徑有16、20、22、24等。

B錯列A并列中距中距邊距邊距端距本課件是可編輯的正常PPT課件螺栓的排列應滿足構造要求施工要求受力要求螺栓端距過小，鋼板有剪斷的可能；鋼板截面過度削弱，板件承載力不足；防止連接板件發(fā)生鼓曲。以免板件間貼合不密，潮氣侵入腐蝕鋼材。為了便于扳手擰緊螺母，螺栓中距應不小于3do。本課件是可編輯的正常PPT課件螺栓的最大、最小容許距離本課件是可編輯的正常PPT課件一、普通螺栓連接計算按受力情況可分為螺栓受剪、螺栓受拉和螺栓同時受剪受拉N螺栓受拉F螺栓同時受剪受拉螺栓受剪NN4.6螺栓連接的計算本課件是可編輯的正常PPT課件1.普通螺栓受剪時的工作性能NδO1234NNabNN/2N/21）摩擦傳力的彈性階段（0~1段）2）滑移階段（1~2段）3）栓桿傳力的階段（2~3段）4）破壞階段（3~4段）本課件是可編輯的正常PPT課件N/2Nl1N/2當l1≤15d0時，假定N由各螺栓均勻承擔。當l1≥15d0

時，螺栓受力不均，將螺栓的承載力設計值折減。

當15d0