华中科技大学工程管理钢结构半开卷资料

7-2设计图1一双盖板角焊缝接头.已知钢板宽300mm,厚14mm,承受轴心力设计值N=800kN（静力荷载）.钢材Q235,E43型焊条,手工焊（建议盖板用Q235钢材2－260×8，hf=6mm）.说明此建议取值的意义.7-3试设计图2双角钢和节点板间的连接角焊缝“A”.轴心拉力设计值N=420kN（静力荷载）.钢材Q235,E43型焊条,手工焊.7-4试设计图2双角钢和节点板间的连接角焊缝“B”需要的焊脚尺寸.7-5试验算图3所示焊接工字形截面柱（截面为焰切边）.轴心压力设计值N=4500kN,柱的计算长度l0x=l0y=6m。钢材Q235，界面无削弱。7-6试验算图4示两种工字形截面柱所能承受的最大轴心压力.钢材Q235,翼缘为剪切边,柱高10m,两端简支（计算长度等于柱高）.7-7试验算图5所示双对称工字形截面简支梁的整体稳定性.梁跨度6.9m.在跨中央有一集中荷载500kN（设计值）作用于梁的上翼缘.跨中无侧向支承.材料Q235钢。7-8一实腹式轴心受压柱,承受轴压力设计值3000kN,计算长度l0x=10m,l0y=5m.截面采用焊接组合工字形,尺寸如图6所示.翼缘为剪切边,钢材Q235,容许长细比[λ]=150.要求:验算整体稳定性和局部稳定性.7-11如图所示焊接工字形等截面简支梁,跨度10m,在跨中作用一静力集中荷载,该荷载有两部分组成,一部分为永久荷载,标准值为200kN,另一部分为活载,标准值为300kN,荷载沿梁跨度方向的支撑长度a=150mm,该梁在支座处设有支承加劲肋,若该梁用Q235B制作,试验算该梁的强度,刚度是否满足要求?如果梁仅在支座处设有侧向支撑,该梁的整体稳定能否满足要求?如果不能采用何种措施?试确定如图所示承受静态轴心力的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢2∟125×10，与厚度为8mm的节点板连接，其搭接长度为300mm，焊脚尺寸hf=8mm，钢材为Q235-B，手工焊，焊条为E43型。如图所示钢板与工字形柱的角焊缝T形连接，hf＝8mm，钢板受斜向拉力F。钢材为Q235B钢，E43型焊条。求图中e=0和e=5cm时，两条角焊缝所能传递的静载设计值F。验算一跨度为9m的工作平台简支梁的整体稳定，截面尺寸如图所示。永久荷载标准值qk=42kN/m，各可变荷载标准值共为q1k=60kN/m。钢材选用Q236，fy=236MPa。某车间工作平台梁格布置如图所示，平台上无动力荷载，均布活荷载标准值为4.6kN/m2，恒载标准值为3kN/m2，钢材为Q236B，假定平台板为刚性，可以保证次梁的整体稳定。试设计平台梁格的次梁（型钢）。1、钢结构特点：轻质高强、材质均匀、塑性韧性好、良好的加工性能、密封性好、耐热不耐火、耐腐蚀性差、低温冷脆倾向。应用范围：大跨度结构、工业厂房结构、多层和高层建筑、高耸结构、受动力荷载影响的结构、轻型钢结构、可拆卸结构、容器和其他构筑物。更高的发展空间，理想的弹塑性材料，理论实际吻合好，更安全的结构。抗震性能。工业化生产，施工周期短，效率质量高。储存运输。2、采用以概率论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。两种极限状态：承载能力极限和正常使用极限状态。承载能力极限状态：结构和构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定，结构变为机动体系或出现过度的变形。正常使用极限状态：结构和构件达到正常使用或耐久性能的某些规定限值，包括出现影响正常使用或外观的变形、振动和局部破坏等。3、钢结构对材料的要求：较高的强度、足够的变形能力，良好的加工性能、价格便宜，适应工作环境的能力。Q4204、设计规范推荐使用的钢材：碳素结构钢Q235，低合金高强度钢Q345、Q390、5、钢材的主要性能：①屈服强度fy：设计标准值（设计时可达的最大应力）；②抗拉强度fu：钢材的最大应力强度，fu/fy为钢材的强度安全储备系数。③伸长率：钢材断裂前塑性变形能力的指标；④冷弯性能：钢材发生塑变时对产生裂纹的抵抗能力。是判别钢材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。⑤冲击韧性：度量钢材断裂时吸收机械能的能力。表征钢材抗冲击荷载及动力荷载的能力，动力指标，是强度与塑性的综合表现，分常温与负温冲击韧性。⑥可焊性：钢材在焊接过程中对产生裂纹或发生断裂的抵抗能力，以及焊接后具备良好性能的指标。6、影响钢材性能的因素：（内因）化学成分的影响、成材过程的影响；（外因）钢材的硬化、应力集中的影响、温度的影响、荷载类型的影响。7、化学成分的影响：碳元素含量提高，则强度提高，但塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降。钢结构用钢含碳量≤0.22%，焊接结构严格控制在0.2%以内。锰Mn、硅Si、钒V铌Nb、钛Ti、铝Al、铬Cr和镍Ni基本上属于有益元素.总量5%，添加合金元素的目的：可提高的强度，冲击韧性、耐腐蚀性，而又不降低其塑性。硫S、磷P、氧O、氮N属于有害元素，一般都使钢材的塑性、韧性降低。硫和氧易导致热脆，磷和氮则易导致冷脆。8、冶炼过程中产生冶金缺陷，随厚度增加，钢材设计强度降低。9、钢材的硬化：冷作硬化、时效硬化和应变时效硬化。10、应力集中现象：钢结构构件中不可避免的存在着孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度变化、形状变化、内部缺陷等，使截面中的应力分布不再保持均匀，产生局部高峰应力的现象。（影响）有应力集中的钢材，材性变脆。应力集中处常产生三向的同号拉应力，易使钢材开裂时也没有明显的塑性变形。应力集中对塑性良好的钢结构静力强度影响不大，但降低疲劳强度。11、随着温度的升高，钢材强度降低，变形增大。250度附近呈兰脆现象。负温钢材表现为屈服点和强度均提高，而塑性韧性降低，对冲击韧性的影响尤其突出。低温冷脆现象。12、荷载类型的影响：加荷速度的影响，循环荷载的影响。13、钢材的选择：结构或构件的重要性；荷载性质（静载或动载）；连接方法（焊接或螺栓连接）；结构应力状态、工作环境（高、低温及腐蚀介质）、钢材的厚度。//对于重要结构、直接承受动载的结构，处于低温条件下的结构及焊接结构，一般应选用质量较高的钢材。Q235A不能用于焊接结构（没有含碳量的合格保证，除非有相应保证）。//原则:安全可靠，满足使用要求，经济合理。14、钢结构的破坏型式：整体失稳{荷载在尚未达到按强度计算的破坏荷载值时,结构已不能继续承载并产生较大的变形，致使整体结构偏离原有位置而破坏或倒塌/轴心受压构件:弯曲失稳、扭转失稳、弯扭失稳;双轴对称：弯曲失稳[薄壁十字形：扭转失稳];单轴对称:弯扭失稳;偏心受压（弯压构件）:弯矩作用平面内弯曲失稳,平面外弯扭失稳)}、局部失稳（减小宽厚比、加劲肋）、强度破坏、脆性断裂、疲劳破坏{构件和连接的构造类型（微观裂纹,应力集中）/应力幅，每次应力循环中最大拉应力与最小拉应力或压应力的代数差。/应力比，最小应力与最大应力之比/应力循环次数[疲劳验算采用的是容许应力设计法，而不是以概率论为基础的设计方法。][采取合理构造细节设计，尽可能减少应力集中；严格控制施工质量，减小初始裂纹尺寸；采取必要的工艺措施如打磨、敲打等。]}。15、防止钢结构各种破坏的总体思路：计算防止：整体失稳、局部失稳、强度破坏、疲劳破坏。/概念设计和构造细节防止：脆性断裂。1、钢结构对连接的要求：连接部位应有足够的强度、刚度和延性。进行连接设计时应遵循安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。2、钢结构的连接特点：焊接特点：构造简单、不削弱构件截面、加工方便、连接密封性好、刚度大,易于采用自动化操作。但焊接结构存在残余应力和残余变形，存在低温冷脆问题，以及裂缝易于通过焊缝展开。//铆钉连接特点：塑性和韧性好，传力可靠、质量易于检查，但构造及施工复杂,用钢量较多。//普通螺栓连接特点：施工简单,拆装方便,但用钢量较大,螺栓精度低时不宜受剪，精度高加工和安装难度高,开孔会削弱截面。//高强度螺栓连接特点：连接紧密、受力良好、耐疲劳、可拆换、安装简单。但用钢量也较大，工艺略为复杂，造价高。3、焊缝连接：1）焊接方法:电弧焊（手工，自动埋弧气体保护焊）、气体保护焊、电阻焊和电渣焊。不同钢种钢材相焊接时，宜采用与低强度钢相适应的焊条。2）焊接形式:按焊件相对位置：平接（对接）、搭接、T形连接和角接//按施焊位置：俯焊（平焊）、横焊、立焊以及仰焊。//按焊缝形式:对接焊缝（直对接焊缝、斜对接焊缝）,角焊缝(正面角焊缝、侧面角焊缝、斜角焊缝)3）焊缝缺陷——裂纹、气孔、未焊透、夹渣、烧穿等。4）焊缝质量检验：一级、二级、三级。（一级,外观检查、超声波检查和X射线检查；二级,外观、超声波；三级,外观）4、焊条的选择[就低不就高]：Q235钢选择E43型焊条；Q345钢选择E50型焊条；Q390、Q420钢选择E55型焊条。E—焊条，第1、2位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)，第3、4位表示适用焊接位置、电流及药皮的类型。5、引弧板的作用:对接焊缝的起弧端和灭弧端不易熔透,容易引起应力集中6、轴心受力对接焊缝：7、钢梁的对接焊缝：8、角焊缝最小焊脚尺寸:为了保证焊缝的最小承载能力,以及防止焊缝由于冷却速度快而产生淬硬组织,导致母材开裂；最大焊脚尺寸：为了避免焊缝局部过热，烧穿较薄的焊件，减小焊接残余应力和残余变形，避免焊接咬边现象角焊缝长度的最小值:避免焊缝过短可能引起的弧坑缺陷,影响承载力.焊缝长度最大值:避免沿长度方向的应力分布严重不均匀，焊缝两段容易出现裂纹而引起的连接的破坏.≥:避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均.搭接连接的最小长度:减少焊接收缩应力和搭接偏心的影响。9、角焊缝的受力特性:正面焊接应力状态复杂，但内力分布均匀,承载力高//侧面焊接应力状态简单,但内力分布不均（两头大，中间小）,承载力低//破坏为45。喉部截面，设计时忽略余高。10、普通螺栓通常用Q235钢制成,螺帽用普通扳手拧紧,依靠螺栓受剪和承压传递剪力.据螺栓传力方式分:靠拴杆受剪和孔壁承压传力的受剪螺栓连接、靠沿螺拴杆轴方向受拉传力的受拉螺栓连接和同时上述两种传力方式的拉剪螺栓连接.11、高强度螺栓连接:按照设计和受力要求分为摩擦型和承压型,前者依靠连接板件之间的摩擦阻力传递荷载,以剪力不超过接触面摩擦力作为设计准则.后者允许连接件之间接触面发生相对位移,以螺杆抗剪和孔壁承压破坏的极限承载力作为设计准则.12、受剪螺栓的破坏:栓杆剪断:螺栓直径较小而钢板相对较厚/孔壁挤压:螺栓直径较大而钢板较薄/钢板拉断:钢板因螺孔削弱较多/板端冲剪:顺力方向的螺栓端距或中距过小/螺杆受弯:螺栓过长。[前三计算，后两构造]13、螺栓的排列：并列、错列.满足①受力要求[端距过小,截面削弱;过大,张口或翘曲]②构造要求[中距过大，连接件接触面不够紧密，潮气容易进入缝隙而引起腐蚀]③施工要求[保证一定的操作空间]14、普通螺栓连接的构造和计算：1、轴心受力构件的截面分为型钢截面和组合~,组合~又分为实腹式和格构式/轴心受力构件设计包括强度、刚度、轴压还有整体、局部稳定验算;试算法2、强度计算:（净截面）3、刚度计算:[长细比]4、欧拉公式：[整体稳定][毛截面]应用条件：杆件为等截面理想直杆,两端铰支;压力作用线与杆件形心轴重合,材料为匀质;各向同性,无限弹性,符合虎克定律.特点：理想轴心受压构件弯曲屈曲临界力随抗弯刚度的增加和构件长度的减小而增大;临界应力与材料种类无关;当构件两端为其它支承情况时,通过杆件计算长度系数来考虑.5、影响轴心受压构件稳定承载力的因素:残余应力的分布和大小、构件的初弯曲和初扭曲、荷载作用点的初偏心、截面的形状和尺寸、构件的屈曲方向，构件端部的约束程度、材料的力学性能（在弹性范围轴心压杆临界力的大小与钢材强度无关，强度较高钢材的轴心受压构件在弹塑性范围的临界力亦较大）6、局部稳定:板件的屈曲，局部失稳并不意味构件失效，但是局部的失稳会导致整体失稳提前发生.局部稳定承载力与支承条件、受力形式与状态及板件尺寸有关。局部稳定的保证原则:保证整体失稳之