钢结构课程复习省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、钢结构课程复习第1页一、钢结构材料与计算原理(1)钢材力学性能 钢材力学性能主要有:强度、塑性、韧性和冷弯性能等。强度钢材强度决定着材料承载能力,结构用钢主要指标有屈服点f y和抗拉强度f u。fu/f y可视为钢材强度贮备系数。塑性钢材塑性为应力超出屈服点后,试件产生显著残余塑性变形而不停裂性质。塑性好坏可用拉伸断裂时最大相对塑性变形伸长率和断面收缩率表示。结构或构件在受力时,材料塑性好坏往往决定了结构是否安全可靠,所以钢材塑性指标比强度指标更为主要。第2页 韧性钢材韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量能力,也是表示钢材抵抗冲击荷载能力,它是强度与塑性综合表现。冷弯性能冷弯性能是指钢材在
2、冷加工产生塑性变形时,对产生裂缝抗抗抵抗能力。冷弯性能好坏,能过使钢材承受要求弯曲变形后,检验试件弯曲部分外面、里面和侧面是否有裂纹、裂断和分层来判断。第3页(2)影响钢材力学性能原因化学成份;冶金和轧件过程;时效;冷作硬化;温度;应力集中和残余应力;复杂应力状态(三向拉应力)。第4页(3)钢材破坏1、钢材破坏形式 钢材破坏分塑性破坏和脆性破坏两种。2、影响脆性原因 化学成份、冶金缺点、冷作硬化、时效硬化、应力集中以及同号三向主拉应力状态等都会增加钢材脆性。(4)钢结构疲劳强度 钢材在连续常变幅循环荷载作用下,当循环次数到达一定值时,钢材发生破坏现象,称为钢材疲劳破坏。疲劳破坏属于脆性破坏。第
3、5页 疲劳计算采取允许应力幅法。疲劳强度与结构情况、作用应力幅及循环荷载重复次数等相关。(5)钢结构计算标准 钢结构设计除疲劳计算外,均采取以概率理论为基础极限状态设计方法,用分项系数表示式进行计算。结构极限状态系指结构或构件能满足设计要求某一功效要求临界状态,超出这一状态,结构或构件不再能满足设计要求。承重结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。计算结构或构件强度、稳定性以及连接强度时,应采取荷载设计值;计算疲劳和正常使用极限状态时,应采取荷载标准值。第6页 对于直接承受动力荷载结构:在计算强度和稳定性时,动力荷载设计值应乘以动力系数;在计算疲劳和变形时动力荷载标准值不乘以动力系
4、数。材料强度设计值为材料强度标准值除以抗力分项系数。计算以下情况结构构件或连接时,强度设计值应乘以对应折减系数。单面连接角钢 按轴心受力计算强度和连接时,折减系数取0.85 按轴心受压计算稳定时,等边角钢,折减系数取0.6+0.0015,小于1.0;短肢相连不等边角钢,折减系数取0.5+0.0025,小于1.0;长肢相连不等边角钢,折减系数取0.7。为长细比。第7页 施工条件较差高空安装焊缝和铆钉连接时,折减系数取0.9 沉头和半沉头铆钉连接,折减系数取0.8 当几个情况同时存在时,其折减系数应连乘。第8页二、受弯构件受弯构件计算内容 受弯构件设计,分为强度、整体稳定、局部稳定和刚度几个方面。
5、强度 梁截面中普通有正应力、剪应力存在,有时还有局部压应力。常以最大边缘应力到达屈服点作为强度极限状态,在一定条件下,允许考虑截面部分塑性发展。计算时,梁内正应力、剪应力和局部压应力均不应超出要求对应强度设计值。假如说在梁一些部位,上述三种应力或两种应力都较大时,还应验算折算应力。组合梁尚需计算焊缝连接、铆钉连接或螺栓连接强度。第9页弯曲正应力计算剪应力计算局部承压应力计算折算应力计算第10页整体稳定 受弯构件在荷载作用于下,当其变形突然偏离原来弯曲变形平面,同时发生侧向弯曲和扭转,这种现象称为受弯构件整体失稳。受弯构件产生整体失稳主要原因,是侧向刚度太小、抗扭刚度太小、侧向支承间距太大等,所
6、以应对受弯构件整体稳定性进行验算,或在结构上确保其整体稳定性。受弯构件整体稳定计算第11页局部稳定 受弯构件在荷载作用下,其受压翼缘和腹板受压区出现波状局部屈曲,这种现象称为局部失稳。为了确保受压翼缘不会局部失稳,按局部失稳不能先于整体失稳设计标准,应使其宽度和厚度之比符合一定要求。对于腹板,惯用加劲肋将其分隔成尺寸较小区格来提升其抵抗局部屈曲能力。翼缘局部稳定工字形截面考虑部分塑性发展第12页箱形截面确保梁腹板局部稳定要求有局部压应力梁宜按结构配置横向加劲肋,无局部压应力时,可不配置。应配置横向加劲肋,并应计算横向加劲肋间距。应配置横向加劲肋和在受压区配置纵向加劲肋,必要时尚应在受压区配置短
7、横加劲肋,并应计算加劲肋间距第13页 在梁支座处和上翼缘受有较大因定集中荷载处,宜设置支承加劲肋。刚度 受弯构件刚度计算,是确保其在使用过程中不会因挠度太大而不能满足正常使用要求。第14页三、轴拉构件轴拉构件应满足强度和刚度要求。强度计算 当轴拉构件采取摩擦型高强度螺栓时,应同时净截面和毛截面强度计算刚度计算第15页四、轴压构件轴心受压构件计算内容 轴压构件设计计算包含强度、整体稳定、局部稳定和刚度四个方面。强度和刚度 轴压构件强度和刚度计算方法与轴拉构件相同。整体稳定 整体稳定破坏是轴压构件主要破坏形式。一根理想轴心压杆,当轴力到达临界值时,可能有三种整体失稳形式:弯曲失稳、弯扭失稳和扭转失
8、稳。第16页 普通情况下,双轴对称截面构件发生弯曲失稳,如工字钢、H形钢;单轴对称截面构件发生弯扭失稳,如槽钢、等边角钢等;对于十字形截面、Z字形截面,则可能发生扭转失稳。轴心压杆整体稳定计算为轴压杆稳定系数,由截面种类和长细比确定。对于格构式压杆要注意,当绕虚轴计算弯曲失稳时,长细比应采取换算长细比。双肢缀条柱双肢缀板柱第17页局部稳定工字形截面箱形截面对于格构柱,分肢稳定按其长细比值来要求缀条柱缀板柱第18页五、拉弯和压弯构件 拉弯构件和压弯构件设计包含:强度、整体稳定、局部稳定和刚度。强度和刚度单向弯压双向弯压刚度第19页整体稳定实腹式压弯构件弯矩作用平面内稳定式中 对单轴对称压弯构件,
9、较小翼缘有可能受到较大拉应力而首先屈服,对此尚应计算第20页弯矩作用平面外稳定 格构式压弯构件,弯矩绕实轴作用,其整体稳定计算与实腹式相同。弯矩绕虚轴作用时,还须计算单肢稳定。同时计算弯矩受压单肢稳定。第21页六、焊缝连接对接焊缝结构和计算 对接焊缝常采取坡口形式,如V形、U形、K形和X形等,该焊缝用料经济、传力均匀、无显著应力集中,利于承受动力荷载,起落弧缺点可采取引弧板来处理,不采取引弧板车,在计算时须将焊缝长度减去2t。有引弧板对接焊缝在受压时与母材等强,但受接时焊缝强度与焊缝质量等级相关。普通认为,对接焊缝应力分布与焊件原来应力分布相同。计算时,焊缝中最大应力(或折算应力)不能大于焊缝
10、强度设计值。第22页角焊缝结构和计算 角焊缝结构 角焊缝有直角角焊缝和斜角角焊缝,其计算破坏面为焊缝最小截面,称有效截面。其有效厚度为 。工程中以直角角焊缝居多,其焊脚尺寸结构要求为:对板边:第23页 依据焊缝长度方向与受力方向关系,角焊缝分为端缝和侧缝。端缝应力状态较复杂,应力集中较为严重,塑性较差,但破坏强度要高一些;侧缝应力较简单,塑性很好,但应力分布沿长度方向不均匀,两端大,中间小,且强度低。焊缝长度结构要求为:动力荷载静力荷载第24页 角焊缝强度验算基本公式:注意在弯矩和扭矩作用下,焊缝最大应力计算弯矩作用下扭矩作用下第25页七 螺栓连接 螺栓连接分为普通螺栓和高强度螺栓两种普通螺栓
11、连接结构和计算 螺栓破坏形式有:栓杆剪断、构件孔壁挤压失效、构件净截面拉断、构件端部剪开、栓杆明显著弯曲失效和栓杆拉断。构件端部剪开和栓杆明显著弯曲失效由螺栓排列和结构要求来确保,而其余破坏由计算来确保。螺栓排列考虑三方面要求:受力要求、结构要求和施工要求。第26页单个螺栓承载力剪力螺栓拉力螺栓受剪螺栓强度验算受接螺栓强度验算同时受拉、剪螺栓强度验算第27页注意:受剪螺栓可能是构件在轴力、剪力和扭矩组合受力;受拉螺栓可能是构件在轴力和弯矩组合受力。螺栓在构件轴力或剪力下受剪力:螺栓在扭矩作用下受剪力:螺栓在轴力下受拉力:螺栓在弯矩作用下受拉力:第28页高强度螺栓连接结构与计算 高强度螺栓用高质
12、钢做成,制成螺栓有8.8级和10.9级。高强度螺栓与普通螺栓主要区分是栓杆有很大预拉力。依据计算方法不一样,分为摩擦型和承压型高强度螺栓,摩擦型螺栓靠预拉产生摩擦力传力,承压型螺栓传力与普通螺栓相同。高强度螺栓排列与普通螺栓要求相同。摩擦型螺栓受剪验算:摩擦型螺栓受拉验算:第29页摩擦型螺栓同时受剪、拉验算:承压型高强度螺栓计算与普通螺栓基本相同承压型螺栓受剪验算:承压型螺栓受拉验算:承压型螺栓同时受剪、拉验算:第30页注意:受剪螺栓可能是构件在轴力、剪力和扭矩组合受力;受拉螺栓可能是构件在轴力和弯矩组合受力。同时要注意,在弯矩作用下,高强度螺栓群转动轴在栓群形心处,这与普通螺栓不一样。第31
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