钢结构33999

钢结构33999 第七讲 钢结构 一、钢材性能 (一)基本性能 钢材的主要机械性能(也称力学性能)，是指钢材在标准条件下均匀拉伸、冷弯和冲击试验所显示出来的性能，包括抗拉强度、屈服强度、伸长率、指标。前三项指标由抗拉试验确定，后两项指标分别由冲击试验、冷弯试验确定。抗拉强度是钢材断裂前能够承受的最大应力，它 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示钢材应力达到屈服强度后安全储备的大小。屈服强度是确定钢材强度 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 值的主要指标。伸长率是表示钢材塑性性能的指标。冲击韧性为将标准试件在摆锤式冲击试验机上冲断时所消耗的冲击功，它反映钢材在冲击荷载和三轴应力作用下抵抗脆性破坏的能力。冷弯性能是指钢材在冷加工产生塑性变形时，对出现裂纹的抵抗能力，是判别钢材塑性变形能力和显示钢材内部缺陷的综合指标。 钢材的破坏形式有塑性破坏和脆性破坏两种。塑性破坏是指构件的应力超过屈服点，并达到极限强度后，构件产生很大的变形和明显的“颈缩”现象。破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗;其特点为破坏前有明显的预兆，破坏常可以预防和避免;破坏前有很大塑性变形，导致内力重分布，对构件有利。脆性破坏是指构件破坏前构件变形很小，平均应力亦小(一般都小于屈服点)，破坏前没有任何征兆，破坏是突然发生的，断口平直或呈有光泽的晶粒状。其特点为在构件的缺口、裂缝处应力集中而引起破坏，后果严重，损失较大，应努力防止脆性破坏。 (二)结构钢的种类 甲类钢——保证机械性能 钢结构所用的钢材仅为普通碳素钢和普通低合金钢二类。 (三)选用钢材的原则 钢材选用的原则应该是:既能使结构安全可靠地满足使用要求，又要尽最大可能节约钢材、降低造价。不同的使用条件，应当有不同的质量要求，在一般结构中当然不宜轻易地选用优质钢材，而在重要的结构中更不能盲目地选用质量很差的钢材。就钢结构的力学性能指标来说，屈服点、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、冲击韧性和低温冲击韧性等各项指标，是从各个不同的方面来衡量钢材质量的指标，当然，没有必要在各种不同的使用条件下，都要完全符合这些质量指标。所以在设计钢结构时，应该根据结构的特点，选用适宜的钢材。钢材选择是否合适，不仅是一个经济问题，而且关系到结构的安全和使用寿命。 3(格构式轴心受压构件 根据所用缀材不同，格构式构件可分为缀板式和缀条式两种。格构式构件与实腹式构件在设计计算上的主要区别在于格构式构件绕虚轴的整体稳定性必须考虑剪切变形的影响;除整体稳定性外，对格构式构件尚须验算分肢稳定性;格构式构件的缀材应进行计算。 (二)受弯构件(梁) 设计梁时应满足下列要求:安全适用、用料节约、制造省工、安装方便。其中安全适用要求必须确保，其他要求则根据情况灵活处理，尽可能达到降低造价、缩短工期，取得较好的经济效益。 一般梁的设计步骤为: 1(确定结构 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 根据使用要求，确定结构的平面图形状、尺寸、使用荷载、层高和净空要求等。选择几种不同的梁格布置形式，进行初步设计和技术经济比较。选定最佳或较好的梁格结构布置形式，确定各梁(主梁和次梁)的荷载、跨度、间距、最大容许高度等。 2(确定梁的高度根据经济条件求得梁的经济高度，再根据梁的刚度条件求得梁的最小高度，并考虑生产工艺和使用上的最大容许高度，经综合考虑，初步决定梁的设计高度。 3(梁的截面选择 在梁的设计高度(截面高度)确定后，根据梁的荷载和跨度，求得梁的最大弯矩。根据梁的正应力强度能够充分发挥的条件(应力接近而不超过强度设计值)，选定梁的腹板厚度、翼缘宽度、翼缘厚度。 4(验算梁的强度 必须验算梁中下列各个部位:有最大弯矩处、截面有削弱处(净截面)、截面改变处、有集中荷载而又无横向加劲肋处，剪力最大处、剪力和弯矩都较大处。各处的正应力、剪应力、一折算应力都不能超过强度设计值。此外还要验算翼缘和腹板间焊缝的强度，以及接头处的连接焊缝或高强度螺栓等的强度。 5(验算梁的整体稳定性 有些梁在荷载作用下，虽然截面最大的正应力、剪应力、折算应力等都低于钢材的强度设计值，但梁的变形会突然偏离原来的弯曲变形平面，同时发生侧向弯曲和扭转，这就称为梁的整体失稳。必须充分重视梁的整体失稳的严重性。突然失稳破坏，与钢材脆性破坏具有同样的后果。它事先是没有预兆的，在确定结构方案和选择梁的截面时要防止梁可能出现整体失稳问题。等到验算时才发现有问题而加大梁的截面则已较迟了，也很不经济。 6(验算梁的刚度 梁的挠度过大常会使人感到不舒适，甚至感到不安全，或者影响设备的正常使用。吊车梁的挠度过大会使吊车运行时就像一会儿上坡，一会儿下坡，运行困难，吊车耗能增加。根据工艺条件或使用要求，梁的挠度与其跨度的比值应有一定的限制。规范对各种用途的梁都规定了最大的容许比值。 7(验算梁的局部稳定 如果梁受压翼缘的宽度与厚度之比太大，或腹板的高度与厚度之比太大，则在受力过程中它们都会出现波状的局部屈曲。这种现象就叫局部失稳。为了保证受压翼缘不会局部失稳，应使翼缘的宽度与厚度的比值符合规定的要求。在选择截面时就应满足这一规定。对于腹板则常用加劲肋将它分隔成较小的区格来保证腹板不会失去局部稳定。此外还应设计和验算加劲肋的截面尺寸和刚度。 8(构造设计 梁的截面改变，拼接接头和安装接头的设置，梁与梁的连接，梁的支座构造和锚固连接等，也应经过周密考虑、仔细设计和逐项验算。 (三)拉弯和压弯构件 这里仅讨论拉弯或压弯构件。当弯矩较小时，拉(压)弯构件的截面形式与轴心拉(压)构件相同;当弯矩很大，则与梁的截面形式接近。拉弯(压弯)构件的截面主要根据经验和以往设计资料来选择。 1(拉弯构件的强度、刚度和局部稳定性 (1)强度验算 强度按下列两式验算: 连接件沿梁跨度方向的间距不宜超过混凝土翼板厚度和板托高度之和的4倍。 (4)圆柱头焊钉连接件的长度不应小于4d(d为焊钉直径)。在施焊时应采用专门的焊接机具和工艺方法牢固地焊于钢梁翼缘上，其沿梁跨度方向的间距不宜小于6d，垂直于梁跨度方向的间距不宜小于4d。 (5)槽钢连接件的翼缘肢尖方向应与混凝土翼板对钢梁的水平剪应力方向一致，其与钢梁上翼缘的连接焊缝应按有关规定计算。 (6)弯起钢筋宜采用直径d不小于12mm的I级钢筋成对称布置，用两条长度不小于4d的侧焊缝焊接于钢梁翼缘上，其弯起角度一般为45度，弯折方向应与混凝土翼板对钢梁的水平应力方向一致。在梁跨中可能产生剪应力变号处，必须在两个方向均有弯起钢筋。每个弯起钢筋从弯起点算起的总长度不宜小于25d(工级钢筋另加弯钩)，其中水平段长度不宜小于10d。 (7)圆柱头焊钉钉头下表面或槽钢连接件上翼缘下表面应比混凝土翼板底部钢筋高出30mm以上。 连接件顶面的混凝土保护层厚度不应小于15mm。圆柱头焊钉钉杆的外表面或槽钢连接件的端面:至钢梁上翼缘侧边的距离不应小于20mm;至混凝土板托侧边的距离不应小于40mm;至混凝土翼板侧边的距离不应小于100mm。 (8)钢梁顶面不得涂刷油漆，在灌浇(或安装)混凝土翼板以前应清除铁锈、焊渣、冰层、积雪、泥土和其他杂物。 三、钢结构的连接 连接方法有焊接、铆接和螺栓连接。 (一)焊接连接 焊接方法有电弧焊、电阻焊和气焊。连接形式有平接、搭接和顶接。焊缝的形式有对接直缝、对接斜缝、角焊缝(端缝)和角焊缝(侧缝)。这里仅介绍对接焊缝和角接焊缝的计算。 (对接焊缝的计算原则 1 无外观缺陷和内部缺陷的对接焊缝的应力分布，可认为与相邻母材的受力情况相同。轴心受力的对接焊接应按下式计算焊缝中的最大应力，并控制此应力不超过焊缝强度设计值。 (二)普通螺栓和高强螺栓连接 1(普通螺栓连接计算 普通螺栓连接按螺栓传力方式，可分为受拉螺栓，受剪螺栓和受拉兼受剪螺栓三种。 (1)受剪螺栓连接 精制螺栓受剪力作用后，螺杆与孔壁接触产生挤压力，同时螺杆本身承受剪切力。 (2)受拉螺栓连接 在受拉螺栓连接中，螺栓承受沿螺杆长度方向的拉力，螺栓受力的薄弱处是螺纹部分，破坏产生在螺纹部分。 (3)受剪兼受拉的螺栓连接 这种螺栓兼有受剪和受拉两种螺栓的受力情况。工作性能比较复杂。通常分别考虑螺栓受剪和受拉性能后，用相关公式考虑受剪和受拉同时作用的综合效果(见设计规范)。 2(摩擦型高强度螺栓连接 摩擦型高强度螺栓连接靠摩擦力传力，完全不靠孔壁承压和栓杆受剪。 (三)构件间的连接 1(梁与柱的连接 梁支承于柱顶的连接:梁的反力通过柱的顶板传给柱子;顶板一般取16,20mm厚，与柱用焊接相连;梁与顶板用普通螺栓相连。 梁支承于柱侧的铰接连接;多用于多层框架中的横梁与柱子的连接。 2(柱与基础的连接 柱与基础铰接主要用于轴心受压的情况。刚接柱角不但要传递轴力，也要传递弯矩和剪力，在弯矩作用下，倘在底板范围内产生拉力，就需由锚栓来承受，锚栓须经计算，为了保证柱脚与基础能形成刚性连接，锚栓不宜固定在底板上，而应在靴梁两侧焊接两块较小的肋板，锚栓固定在肋板上面的水平板上。为便于安装，锚栓不宜穿过底板。 第五讲 钢筋混凝土结构(1) 2(混凝土的变形 混凝土的变形可分为在荷载下的受力变形和与受力无关的体积变形。它涉及混凝土在单调、短期加荷作用下 的变形性能、混凝土在重复荷载下的变形性能、混凝土在荷载长期作用下的变形性能以及混凝土自身的收缩 和膨胀。 (三)粘结 1(粘结力的组成 粘结力是指钢筋和混凝土接触界面上沿钢筋纵向的抗剪能力，也就是分布在界面上的纵向剪应力。而锚固则是通过在钢筋一定长度上粘结应力的积累、或某种构造措施，将钢筋“锚固”在混凝土中，保证钢筋和混凝土的共同工作，使两种材料正常、充分的发挥作用。钢筋与混凝土的粘结锚固作用所包含的内容有:1(混凝土凝结时，水泥胶的化学作用，使钢筋和混凝土在接触面上产生的胶结力;2(由于混凝土凝结、收缩，握裹住钢筋，在发生相互滑动 (钢筋表面粗糙不平或变形钢筋凸起的肋纹与混凝土的咬合力;4(当采时产生的摩阻力;3 用锚固措施后所造成的机械锚固力等。 2(粘结力的破坏机理及影响粘结强度的因素 (1)粘结力的破坏机理 1) 光面钢筋的粘结破坏光面钢筋与混凝土之间的粘结力主要由胶结力形成，根据试验资料，光面钢筋的粘结强度为1.5,3.5 。新轧制的光面钢筋，粘结强度只有0.4 。若光面钢筋表面有微锈，只要表面凹凸达到0.1mm，借助于摩阻力和咬合力的作用，粘结强度可增至1.4 (但浮锈无粘结效果， 2) 必须清除)。外表光滑的冷加工钢丝，其粘结强度较光面钢筋还要低约30,。光面钢筋粘结强度低、滑移量大，其破坏形态可认为是钢筋与混凝土相对滑移产生的，或钢筋从混凝土中被拔出的剪切破坏，其破坏面就是钢筋与混凝土的接触表面。为了提高光面钢筋的抗滑移性能，须在光面钢筋的端部附加弯钩或弯转、弯折以加强锚固。 3) 变形钢筋的粘结破坏 由于表面轧有肋纹，能与混凝土犬牙相错紧结合，其粘结力和摩阻力的作用自是有所增加，但主要还是机械咬合发挥的作用最大，往往占粘结力一半以上的份额。根据试验，变形钢筋的粘结强度能高出光圆钢筋2,3倍，我国螺纹钢筋的粘结强度为2(5,6(0 N/mm2。 (2)影响粘结强度的因素 1)混凝土的质量 水泥性能好、骨料强度高、配比得当、振捣密实、养护良好的混凝土对粘结力和锚固非常 有利。 2)钢筋的形式 使用变形钢筋比使用光面钢筋对粘结力要有利得多。 3)钢筋保护层厚度 钢筋的混凝土保护层不能过薄;另外，钢筋的净间距不能过小。就粘结力的要求而言， 为了保证粘结锚固性能可靠，应取保护层厚度C?钢筋的直径d，以防止发生劈裂裂缝。 4)横向钢筋对粘结力的影响 横向钢筋可以延缓内裂缝和劈裂裂缝的发展，提高粘结强度。设置箍筋可 将纵向钢筋的抗滑移能力提高25,，使用焊接骨架或焊接网则提高得更多。 5)钢筋锚固区有横向压力时对粘结力的影响 此时混凝土横向变形受到约束，摩阻力增大，抵抗抗滑好， 有利于粘结强度。 6)反复荷载对粘结力的影响 结构和构件承受反复荷载对粘结力不利。反复荷载所产生的应力愈多，则粘 结力遭受的损害愈严重。 二、基本设计原则 我国规范规定，对建筑物和构筑物作结构设计时，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法。 (一)结构功能 建筑结构必须满足下述各项功能要求: 1(安全性。要求结构能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用;而且，在偶然事件发生时及发生后，结构仍应能保持必需的整体稳定性，不致倒塌。 2(适用性。要求结构在正常使用时具有良好的工作性能。 3(耐久性。要求结构在正常维护的条件下具有足够的耐久性。 (二)极限状态及其设计表达式 1(结构的极限状态 若整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，那么，这个特定状态就称为该功能的极限状态。极限状态可分为两类。 (1)承载能力极限状态。这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。 当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态: 1)整个结构或构件的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆等); 2)结构构件或连接因材料强度被超过而破坏(包括疲劳破坏)，或因过度的塑性变形而不适于继续承载; 3)结构转变为机动体系; 4)结构或结构构件丧失稳定(如压屈等)。 (2)正常使用极限状态。这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。 当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认定超过了正常极限状态: 1)影响正常使用或外观的变形; 2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝); 3)影响正常使用的振动; 4)影响正常使用的其他特定状态。 2(设计表达式 对于结构的极限状态，我国采用了以基本变量的标准值并考虑各种分项系数的使用设计表达式的形式。表达式中的各项分项系数都是以其统计特性，按结构可靠度概率分析为基础确定的，它们的作用与可靠度指标是同等的。 (1)承载能力极限状态设计表达式 对于承载能力极限状态，应考虑荷载效应的基本组合，必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。 (四)受拉构件 1(轴心受拉构件 (1)受力过程和破坏特征 轴心受拉构件从加载开始到破坏为止，其受力过程可分为三个不同阶段。 1)第?阶段: 从加载到混凝土开裂前，属于第1阶段。此时，钢筋和混凝土共同承受拉力。应力与应变大致成正比。拉力荷载N值和截面平均拉应变 值之间基本上呈线性关系，见图6-5-7a中的OA段。 2)第?阶段: 混凝土开裂后至钢筋屈服前，属于第?阶段。首先在截面最薄弱处产生第一条裂缝，随着荷载的增加，先后在一些截面上出现裂缝，逐渐形成图6-5-7b(?)中所示的裂缝分布形式。此时，在裂缝处的混凝土不再承受拉力，所有拉力均由钢筋来承担。在相同的拉力增量作用下，平均拉应变增量加大，反映在图6-5-7a中的AB段斜率比第?阶段的OA段的斜率要小。 3)第?阶段: 当拉力值接近屈服荷载 时，受拉钢筋开始屈服。对于真正的轴心受拉构件，所有钢筋应当同时屈服。实际上，由于受到钢筋材料的不均匀性、钢筋位置的误差等各种因素的影响，各钢筋的屈服有一个先后出现的过程。在此过程中，荷载稍有增加，裂缝迅速扩展。当钢筋全部达到屈服时，(即荷载达到屈服荷载Ny时)裂缝开展很大，可认为构件达到了破坏状态。见图6-5-7的C点。