第一章 緒論 鋼結(jié)構(gòu)的特點： 1、輕質(zhì)高強，承載力大 2、鋼材材性好，可靠性高 3、工業(yè)化程度高 4、抗震性能好 5、氣密水密性好 6、易于銹蝕 7、耐熱性好，耐火性差 8、綠色環(huán)保無污染 鋼結(jié)構(gòu)的適用范圍： 1、承受大荷載、動荷載的結(jié)構(gòu) 2、大跨度或高度很大的結(jié)構(gòu) 3、拼裝式結(jié)構(gòu)或需要移動的結(jié)構(gòu) 4、對密封性要求高的結(jié)構(gòu) 5、輕型結(jié)構(gòu) 6、其他復雜造型結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu)的主要形式： 1、大跨度結(jié)構(gòu) 2、重型結(jié)構(gòu) 3、高聳結(jié)構(gòu) 4、多層與高層結(jié)構(gòu) 5、密封結(jié)構(gòu) 6、活動結(jié)構(gòu) 7、輕型結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的：保證整體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件在充分滿足功能要求的基礎(chǔ)上安全、可靠地工作 功能要求： 1、安全性：承受作用，保持穩(wěn)定，不倒塌 2、適用性：工作性能良好，滿足使用要求 3、耐久性：隨時間仍能滿足使用要求 可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定時間內(nèi)、在規(guī)定條件下完成預定功能的概率。規(guī)定時間是指結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限；規(guī)定條件是指正常設(shè)計、正常施工、正常使用和維護的條件 功能的極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或者結(jié)構(gòu)的某一部分超過某一定特定狀態(tài)后，就不能滿足某一規(guī)定功能要求，則此特定狀態(tài)稱為功能的極限狀態(tài) 承載能力極限狀態(tài)（狀態(tài)1）：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力或者達到不適合繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)。如強度、穩(wěn)定、疲勞破壞 正常使用極限狀態(tài)（狀態(tài)2）：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性能（剛度、銹蝕等）的某項規(guī)定限值的狀態(tài)。包含標準組合、頻遇組合或準永久組合 第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 鋼材的力學性能：強度、塑性、韌性、冷彎性能、耐久性 五項指標：抗拉強度、伸長率、屈服點、冷彎試驗、常溫（低溫）沖擊韌性 影響鋼材力學性能的因素：化學成分、冶金缺陷與軋制過程、鋼材硬化、溫度影響、應力狀態(tài)、加載速度 鋼材的兩種破壞形式： 1、塑性破壞：破壞前構(gòu)件應力達到，變形大、持續(xù)時間較長。 特征：破壞斷口參差不齊，色暗，因晶體在剪切之下相互滑移呈纖維狀 2、破壞前變形小，無明顯破壞征兆，構(gòu)件破壞應力小于，均由應力集中而引起。 特征：破壞斷口平齊， 晶粒往往在一個面斷裂而呈光澤的晶粒狀 疲勞破壞的定義：鋼材在循環(huán)多次反復作用下裂紋生成、擴展以致斷裂破壞的現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞或疲勞破壞 疲勞破壞的發(fā)生條件： 1、受反復荷載作用 2、存在拉應力 3、應力集中程度較高。 疲勞破壞的三個階段：裂紋的形成，裂紋的緩慢發(fā)展和最后迅速斷裂 疲勞破壞的影響因素： 1、應力種類 2、應力循環(huán)特征和應力幅 3、循環(huán)次數(shù)（疲勞壽命） 4、應力集中 疲勞強度：對于軋制鋼材或非焊接結(jié)構(gòu)，疲勞強度與最大應力、應力比、循環(huán)次數(shù)和缺口效應有關(guān)；而對于焊接結(jié)構(gòu)，疲勞強度與應力幅、循環(huán)次數(shù)和缺口效應有關(guān) 應力幅：一次循環(huán)中最大應力與最小應力之差 鋼材的靜力強度對疲勞性能無顯著影響。 鋼材的選用原則： 1、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性 2、荷載情況（靜力荷載，動力荷載） 3、連接方法（焊接連接、螺栓連接） 4、結(jié)構(gòu)所處的工作條件（環(huán)境溫度，腐蝕等） 5、鋼材的厚度 第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接 連接按連接方法分類：焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接 連接按功能分類：受力性連接、綴連性連接、支撐性連接 不同連接的使用范圍： 焊接：適于靜力結(jié)構(gòu)，對接焊縫適用于承受各種荷載的永久性結(jié)構(gòu) 鉚釘：內(nèi)力較大，承受各種荷載的永久性結(jié)構(gòu) 普通螺栓：內(nèi)力較小，次要結(jié)構(gòu)，臨時結(jié)構(gòu)，安裝連接 摩擦型高強度螺栓：內(nèi)力較大的永久性結(jié)構(gòu)，直接承受動載的結(jié)構(gòu) 承壓型高強度螺栓：內(nèi)力較大的永久性結(jié)構(gòu)，間接承受動載的結(jié)構(gòu) 不同連接的剛度：焊接＞摩擦型＞鉚釘＞承壓型＞普通螺栓 連接形式：按被連接件相互幾何位置分為對接、搭接、頂接（T形、角接） 焊縫形式：對接焊縫、角焊縫 焊縫種類和連接形式是不同的概念同一類型的接頭可以用兩種焊縫實現(xiàn) 焊縫質(zhì)量等級： 三級：外觀檢查，即焊縫實際尺寸是否符合設(shè)計要求；有無看得見的裂紋、咬邊等缺陷。焊縫設(shè)計強度為基材的0.85倍 二級：外觀基礎(chǔ)上加無損檢驗。超聲波檢驗焊縫20%的長度 一級：超聲波檢驗每條焊縫的全長，以揭示焊縫內(nèi)部缺陷 對接焊縫的計算： 1、受軸力作用： 焊縫計算長度——有引弧板時取幾何長度 無引弧板時取幾何長度減去焊口影響 2、受剪力作用： 3、受彎矩作用： 4、彎矩、剪力和軸力同時作用： 正應力和剪應力都較大處要使用折算應力 側(cè)焊縫：平行受力方向的焊縫稱為側(cè)焊縫，應力性質(zhì)：受剪應力作用，塑性好，強度偏低，約為端焊縫強度的75％。剪應力沿焊縫長度分布不均勻，兩端大中間小。焊縫越長，分布越不均勻 端焊縫：垂直受力方向的焊縫稱為端焊縫，應力性質(zhì)：應力狀態(tài)比較復雜，即非剪應力，亦非正應力，而是介于二者之間的一種應力 有效截面（計算截面）：直角角焊縫的實際破壞面很不規(guī)則，計算中假定沿45°喉部截面破壞，該截面稱為焊縫有效截面 焊腳尺寸：指焊跟至焊趾的尺寸 值不能過大、過?。哼^小的角焊縫將導致焊縫冷卻過快易產(chǎn)生收縮裂紋等缺陷；過大會導致焊縫燒穿較薄的焊件，增加主體金屬的翹曲和焊接殘余應力 較厚焊件厚度 較薄焊件厚度 但對邊緣施焊的角焊縫要求 ①當 ②當 焊縫長度不宜過小，也不能過大： 角焊縫的計算長度不得小于和，長度過小會使焊件局部加熱嚴重，且起、落弧坑相距太近，以及可能產(chǎn)生缺陷，使焊縫不可靠 側(cè)面角焊縫的計算長度也不宜過大，承受靜荷載的側(cè)面角焊縫計算長度不得大于，動荷載下不得大于，因為側(cè)面角焊縫在彈性工作階段沿長度方向受力不均，兩端大而中間小。焊縫長度越長，應力集中系數(shù)越大。如果焊縫長度不是太大，焊縫兩端達到屈服強度后，繼續(xù)加載，應力會漸趨均勻。當焊縫長度達到一定的長度后，可能破壞首先發(fā)生在焊縫兩端。（當實際長度大于以上數(shù)值時，計算時不與考慮；當內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長分布時，不受上式限制） 僅采用兩條側(cè)焊縫時： 1、為了避免應力傳遞的過分彎折而使構(gòu)件中應力不均，規(guī)范規(guī)定 2、為了避免焊縫橫向收縮時引起板件的 拱曲太大，規(guī)范規(guī)定 （較薄焊件厚度） 角焊縫的計算： （靜荷載時，動荷載時） 具體情況見書 殘余應力的成因：焊接過程中，局部高溫引起不均勻加熱，部分區(qū)域出現(xiàn)塑性壓縮，冷卻時，焊縫附近鋼材不能自由收縮，從而產(chǎn)生殘余應力 殘余應力產(chǎn)生的三個因素： 1、鋼材本身有熱脹冷縮的性質(zhì)，且隨溫度升高屈服強度降低 2、焊接過程存在不均勻加熱 3、剛才伸縮受到外界或內(nèi)部因素的約束 殘余應力的分布規(guī)律： 1、任意方向的殘余應力在任意截面上的積分為零 2、在垂直焊縫截面上，焊縫截面及熱影響區(qū)存在殘余拉應力，約束區(qū)存在壓應力 3、平行焊縫截面上，焊接殘余應力與施焊順序相關(guān)，分布復雜。 焊接殘余應力的影響： 1、對結(jié)構(gòu)靜力強度無影響 2、降低結(jié)構(gòu)剛度 3、降低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載力 4、容易使鋼構(gòu)件發(fā)生脆斷 5、降低材料疲勞強度 焊接應力和變形控制： 1、采用合理的焊接次序：跳焊、間斷焊 2、焊縫均勻?qū)ΨQ 3、焊后校直或給構(gòu)件以一個和焊接變形相反的預變形 4、焊前預熱、焊后熱處理 規(guī)范禁止3條相互垂直的焊縫相交，為什么？ 由于焊縫中存在三向應力，阻礙了塑性變形，在低溫下使裂縫易發(fā)生和發(fā)展，加速構(gòu)件的脆性破壞 螺栓的間距要求： 1、受力要求: 垂直受力方向：為了防止螺栓應力集中相互影響、截面削弱過多而降低承載力，螺栓的邊距和端距不能太小 順力作用方向：為了防止板件被拉斷或剪壞，端距不能太小 對于受壓構(gòu)件：為防止連接板件發(fā)生鼓曲，中距不能太大。 2、構(gòu)造要求： 螺栓的邊距和中距不宜太大，以免板件間貼合不密，潮氣侵入腐蝕鋼材。 受剪連接破壞形式： 1、螺栓桿被剪壞 2、孔壁的擠壓破壞 3、板件被拉斷 4、板件端部被剪壞(拉豁) ：端距不小于2d0 5、栓桿彎曲破壞：板疊厚度不超過5d 前三種通過計算避免，后兩種通過構(gòu)造解決 單個螺栓的抗剪承載力： 螺桿抗剪承載力設(shè)計值： 承壓承載力設(shè)計值： 單栓承載力： —在同一受力方向的承壓構(gòu)件的較小厚度 普通螺栓群的單栓抗剪承載力的折減： 在（為孔徑）時，要進行折減，因為螺栓群在軸力的作用下的受剪連接，螺栓群在長度方向各螺栓受力不均勻，兩端大、中間小，當時可不考慮這種不均勻性，當時，連接進入彈塑性工作狀態(tài)后，即使內(nèi)力重分布，各個螺栓內(nèi)力也難以均勻，故要進行折減 將螺栓承載力乘以折減系數(shù)： 扭矩作用下的計算假定： 1、連接板件絕對剛性，螺栓為彈 性體 2、扭矩使連接板繞螺栓群形心O轉(zhuǎn)動，各螺栓所受剪力與螺栓至形心距離成正比,其方向與螺栓到形心的連線相垂直 拉力、剪力聯(lián)合作用下： 驗算螺栓強度： 防止孔壁壓壞： 三種螺栓受剪型連接的傳力機理： 普通螺栓依靠螺栓抗剪和孔壁承壓來傳遞外力；摩擦型是依靠被夾緊板束接觸面的摩擦力傳力，以摩擦力被克服和被連接件的構(gòu)件發(fā)生相對滑移作為破壞的極限狀態(tài)；承壓型是依靠螺栓受剪和孔壁承壓來傳遞外力，以螺栓受剪破壞或孔壁承壓破壞作為承載力極限狀態(tài) 摩擦型螺栓承載力： 抗剪承載力： 抗拉承載力： 抗剪、抗拉承載力： 承壓型螺栓承載力： 抗剪承載力： 、 抗拉承載力： 抗剪、抗拉承載力： 同時防止孔壁承壓破壞： *用承壓型高強螺栓連接軸心拉桿時，可否直接承受動載？ 不能直接承受動荷載，承壓型高強螺栓允許被連接件之間發(fā)生滑動，滑動后依靠栓干抗剪和承壓徑傳遞剪力，他的允許的外力有可能大于所受摩擦力，產(chǎn)生相對滑移，在動荷載作用下就存在循環(huán)應力，就可能存在疲勞破壞 *摩擦型高強度螺栓本身不存在疲勞破壞問題，原因何在？ 因為高強摩擦型螺栓之間是摩擦傳遞內(nèi)力，破壞準則是克服摩擦力，它的摩擦力是大于螺栓所受到的外力，螺栓不會產(chǎn)生滑移 ，就不存在循環(huán)應力，也就沒有疲勞破壞，一旦產(chǎn)生滑移高強摩擦性螺栓就算被破壞 第四章 軸心受力構(gòu)件 受拉構(gòu)件也需要進行剛度驗算的原因： w 避免自重下的撓曲 w 避免動載作用下振動過大 w 防止運輸、安裝過程中偶然碰撞引起桿件變形 解釋概念：壓桿的整體穩(wěn)定性、壓桿的局部穩(wěn)定性、格構(gòu)式壓桿的換算長細比 壓桿的整體穩(wěn)定性：軸心受壓桿件維持其原有平衡狀態(tài)的能力 壓桿的局部穩(wěn)定性：在外壓力作用下，截面的某些部分（板件），不能繼續(xù)維持平面平衡狀態(tài)而產(chǎn)生凸曲現(xiàn)象，稱為局部失穩(wěn) 格構(gòu)式壓桿的換算長細比：當構(gòu)件繞虛軸發(fā)生彎曲失穩(wěn)時，因為剪力要由比較柔弱的綴材負擔，剪切變形較大，導致構(gòu)件產(chǎn)生較大的附加側(cè)向變形，這對構(gòu)件臨界力的降低是不可忽略的，故用加大的長細比來代替進行計算，為換算長細比 實際軸心壓桿與理想軸心壓桿有哪些區(qū)別？ 1）材料為彈塑性材料，且材質(zhì)不均勻 2）存在殘余應力、初彎曲、初偏心等缺陷 軸心受壓構(gòu)件的失穩(wěn)模式： 彎曲失穩(wěn)：只發(fā)生彎曲變形，截面只繞一個主軸旋轉(zhuǎn)，桿縱軸由直線變?yōu)榍€，是雙軸對稱截面常見的失穩(wěn)形式 扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)：失穩(wěn)時除桿件的支撐端外，各截面均繞縱軸扭轉(zhuǎn)，是某些雙軸對稱截面可能發(fā)生的失穩(wěn)形式 彎扭失穩(wěn)：單軸對稱截面繞對稱軸屈曲時，桿件發(fā)生彎曲變形的同時必然伴隨著扭轉(zhuǎn) 理想軸壓桿件的基本假設(shè)： 1、截面幾何中心（形心）和物理中心（質(zhì)心） 始終重合 2、桿件軸線（截面形心的連線）筆直 3、軸力作用線與桿件軸線始終重合 臨界力的求解步驟： 1、令結(jié)構(gòu)偏離初始平衡位置，產(chǎn)生一可能變形 2、分析受力情況，作隔離體受力圖 3、由平衡條件建立穩(wěn)定分析的特征方程 4、由特征方程求解臨界荷載 歐拉臨界應力： 實際軸心受壓構(gòu)件： 桿件不可避免的存在初彎曲、初偏心、殘余應力以及材質(zhì)不均勻等初始缺陷，導致桿件穩(wěn)定性與理想軸心壓桿有很大區(qū)別。其中初彎曲、初偏心稱為幾何缺陷，材質(zhì)不均勻和殘余應力稱為力學缺陷 殘余應力的影響： 殘余應力使臨界荷載下降，影響程度與構(gòu)件截面形狀尺寸、殘余應力的分布和大小以及構(gòu)件屈曲時的彎曲方向等有關(guān) 殘余應力對弱軸的影響更大 邊緣纖維屈服準則： 邊緣屈服準則以有初偏心和初彎曲的壓桿為模型，以截面邊緣應力達到屈服點為承載能力的極限狀態(tài)。此種方法應用于薄壁構(gòu)件的穩(wěn)定計算，原因是薄壁構(gòu)件的板厚很小，不宜考慮截面塑性發(fā)展，而且殘余應力的影響也比較小。此外，對于格構(gòu)式壓桿對虛軸的穩(wěn)定計算，由于塑性不可能深入發(fā)展，因此也按照邊緣屈服準則進行計算 最大強度準則（壓潰準則）： 以有初始缺陷的壓桿為依據(jù)，考慮塑性深入截面，以構(gòu)件最后破壞時所能達到的最大壓力值作為壓桿的承載能力極限。實際鋼壓桿的整體穩(wěn)定承載力的計算通常采用最大強度準則 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)為什么要按截面形式和對應軸分成四類？同一截面關(guān)于兩個形心主軸的截面類別是否一定相同？ 由于各種缺陷對不同截面、不同對稱軸的影響不同，所以曲線（柱子曲線），呈相當寬的帶狀分布，為減小誤差以及簡化計算，規(guī)范在試驗的基礎(chǔ)上，依截面形式、失穩(wěn)方 向、板件厚度、制造加工方式確定給出了四條曲線（四類截面），符合概率既滿足可靠度又滿足經(jīng)濟的要求 不一定相同 實際軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的實用計算方法： 1、根據(jù)截面形狀和加工方法確定截面分類 2、計算截面特性，， 3、根據(jù)計算長度，計算長細比， 4、按查表得穩(wěn)定系數(shù) 對于雙軸對稱十字形截面，為了防止扭轉(zhuǎn)屈曲，，取值不得小于 其他注意事項： 1、無對稱軸截面（單面連接的不等邊角鋼除 外）不宜用作軸心受壓構(gòu)件 2、格構(gòu)式截面中的槽形截面分肢，計算其繞對稱軸（y軸）的穩(wěn)定性時，不考慮扭轉(zhuǎn)效應，直接用查穩(wěn)定系數(shù) 3、單面連接的單角鋼軸心受壓構(gòu)件，考慮強度折減系數(shù)后，可不考慮彎扭效應的影響 影響壓桿整體穩(wěn)定承載力的因素： 與桿件的長度，邊界條件，外荷載，材料的強度，長細比，計算長度，實際長度以及構(gòu)件兩端的約束關(guān)系，回轉(zhuǎn)半徑以及構(gòu)件截面尺寸等有關(guān) 局部穩(wěn)定的設(shè)計原則： 壓桿發(fā)在發(fā)生整體失穩(wěn)之前，板件不能局部失穩(wěn)，即要求板件的臨界應力不低于構(gòu)件的臨界應力 工形截面局部穩(wěn)定的要求： 翼緣： 腹板： 其中，為最大長細比 軸壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定不滿足時可采取以下措施： 1、增加板件厚度 2、對于H形、工字形和箱形截面，當腹板高厚比不滿足以上規(guī)定時，在計算構(gòu)件的強度和穩(wěn)定性時，腹板截面取有效截面，即取腹板計算高度范圍內(nèi)兩側(cè)各為部分，但計算構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)時仍取全截面 3、對于H形、工字形和箱形截面腹板高厚比不滿足以上規(guī)定時，也可以設(shè)縱向加勁肋來加強腹板 實腹軸心受壓構(gòu)件設(shè)計： 基本要求： w 滿足強度 w 剛度 w 整體穩(wěn)定 w 局部穩(wěn)定 截面選擇的基本原則： 1、寬肢薄壁：截面面積的分布應盡量開展，以增加截面的慣性慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，提高它的整體穩(wěn)定性和剛度； 2、等穩(wěn)定性：使兩個主軸方向的穩(wěn)定系數(shù)（長細比）大致相等 3)、便于與其他構(gòu)件進行連接； 4、盡可能構(gòu)造簡單，制造省工，取材方便。 格構(gòu)式軸心壓桿為什么采用換算長細比驗算繞虛軸的總體穩(wěn)定性？ 對于格構(gòu)式壓桿，當繞曲軸失穩(wěn)時，因肢件之間并不是連續(xù)的板而是每隔一定距離用綴條或綴板聯(lián)系起來。構(gòu)件的剪切變形較大，剪力造成的附加撓曲影響不能忽略，在格構(gòu)式壓桿的設(shè)計中，對虛軸失穩(wěn)的計算，常以加大長細比的辦法來考慮剪切變形的影響，加大以后的長細比稱為換算長細比 格構(gòu)柱的設(shè)計要求： 1、構(gòu)件設(shè)計—繞實軸穩(wěn)定性，繞虛軸穩(wěn)定性 2、柱肢設(shè)計—繞強軸穩(wěn)定性，繞弱軸穩(wěn)定性 3、綴材設(shè)計—綴條穩(wěn)定性，綴板強度 4、綴材連接設(shè)計—焊縫強度，螺栓強度 綴條柱繞虛軸的換算長細比： A——整個構(gòu)件的橫截面的毛面積 A1——構(gòu)件截面中垂直于x軸各斜綴條的毛截面面積之和 綴板柱繞虛軸的換算長細比： 為單個柱肢繞弱軸的長細比，焊接時，計算長度綴板之間的凈距離；當綴板用螺栓或鉚釘連接時，計算長度取綴板邊緣螺栓中心線之間的距 分肢的計算： 綴條柱： 綴板柱：且不大于40，當時，取 綴材設(shè)計： 截面最大剪力： 綴條柱：軸力 綴板柱：剪力彎矩 等穩(wěn)定性條件： 第五章 受彎構(gòu)件（梁） 梁格布置： w 簡單梁格：只有主梁，適用于主梁跨度較小或面板規(guī)格較大的情況 w 普通梁格：在主梁間設(shè)次梁，適用于大多數(shù)的梁格尺寸和情況，應用最廣 w 復式梁格：在主梁間設(shè)縱向次梁，在縱向次梁間設(shè)橫向次梁。荷載傳遞層次多，梁格構(gòu)造復雜，只適用于荷載大和主梁跨度大的情況 截面形狀系數(shù)： 定義塑性截面抵抗矩和彈性截面抵抗矩的比為截面形狀系數(shù)，，其值只取決于截面的幾何形狀而與材料性質(zhì)無關(guān) 截面塑性發(fā)展系數(shù)： 考慮塑性部分深入截面的系數(shù)，構(gòu)件截面部分進入塑性階段后的截面抵抗矩與彈性截面抵抗矩的比值 為什么鋼梁設(shè)計一般不利用完全塑性的極限彎矩強度，只能部分利用材料塑性，即使梁的工作狀態(tài)處于彈塑性工作階段？ 1、如塑性變形過分發(fā)展可能使梁的撓度過大 2、鋼梁的腹板較薄，會有一定的剪應力，有時還有局部壓應力，故應限制塑性彎曲應力的范圍，以免綜合考慮的折算應力太大 3、過分發(fā)展塑性對鋼梁的整體穩(wěn)定和板件的局部穩(wěn)定都不利 截面塑性發(fā)展系數(shù)取1.0的兩種情況： 1、時 2、需計算疲勞時 梁的整體失穩(wěn)： 橫向荷載作用下，梁在彎矩作用平面內(nèi)彎曲，當荷載增大到一定程度時，梁將突然發(fā)生側(cè)向彎扭，繼而喪失承載能力，此現(xiàn)象稱為梁喪失整體穩(wěn)定 失穩(wěn)形態(tài)：彎扭失穩(wěn)； 失穩(wěn)原因：受壓翼緣及中性軸以上受壓腹板內(nèi)的彎曲壓應力 自由扭轉(zhuǎn)： 梁受扭矩作用時，兩端支承不受限制，非圓截面可以自由產(chǎn)生翹曲，不受約束 截面上只有剪應力和剪應變，沒有正應力，沒有彎矩 約束扭轉(zhuǎn)： 非圓截面桿件受扭矩作用時，截面不能自由翹曲，縱向變形受到約束 截面上有剪切變形和彎曲變形 梁整體穩(wěn)定的計算： 基本假定 1、彎矩作用在最大剛度平面，屈曲時鋼梁處于彈性階段 2、梁端為夾支座（只能繞x軸，y軸轉(zhuǎn)動，不能繞z軸轉(zhuǎn)動，只能自由撓曲，不能扭轉(zhuǎn)） 3、梁變形后，力偶矩與原來的方向平行（即小變形） 整體穩(wěn)定系數(shù)： 等截面焊接工字形鋼和熱軋H型鋼鋼簡支梁： 當時要使用彈塑性整體穩(wěn)定系數(shù)進行計算 *影響鋼梁穩(wěn)定承載力的主要因素： 1、截面剛度（抗扭剛度、側(cè)向抗彎剛度、翹曲剛度等） 2、荷載作用點位置，荷載作用點越靠下，穩(wěn)定性越好 3、荷載類型以及沿梁長的分布情況：對純彎曲、全跨均布荷載、跨中集中荷載，臨界彎矩依次增大，即彎矩圖面積越小，臨界彎矩越大 4、鋼梁跨度，側(cè)向支撐間距 5、梁端部支撐條件，支撐約束越大，臨界彎矩越大 *不需要計算穩(wěn)定性的受彎構(gòu)件： 1、有剛性鋪板密鋪在梁受壓翼緣上并與其牢固連接，能阻止梁受壓翼緣側(cè)移 2、H形或等截面工字形截面簡支梁受壓翼緣的自由長度和其寬度之比滿足規(guī)定的數(shù)值時，見教材 3、箱型截面梁，其截面尺寸滿足，且時 梁局部失穩(wěn)： 橫向荷載作用下，梁的受壓翼緣和腹板都可能因彎曲壓應力和剪應力的作用而偏離其平面位置，出現(xiàn)波形鼓曲，這種現(xiàn)象稱為鋼梁喪失局部穩(wěn)定 梁內(nèi)產(chǎn)生壓應力的原因： 1、截面受彎——上翼緣受壓，腹板有受壓區(qū) 2、腹板受剪——主壓應力方向 3、集中荷載——局部壓應力 翼緣局部穩(wěn)定：對翼緣自由外伸寬度和厚度的比值進行限定 工字形截面小于等于，彈性設(shè)計時可放寬為 腹板加勁肋的類型和作用： 限制加勁肋處板件的側(cè)向位移，約束板件自由翹曲，提高臨界應力 縱向加勁肋——避免彎曲壓應力失穩(wěn)，設(shè)置在受壓區(qū) 橫向加勁肋——避免剪切應力失穩(wěn)，設(shè)置在剪力大區(qū)域 支承加勁肋——避免局部壓應力失穩(wěn)，集中力處 腹板加勁肋的布置： 1、當時，對無局部壓應力的梁可不設(shè)置加勁肋，對有局部壓應力的梁按構(gòu)造配置加勁肋 2、對于受壓翼緣扭轉(zhuǎn)收到約束的梁，當時；受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束的梁，當時，均應該按計算配置橫向加勁肋，加勁肋間距在0.5~2h0之間取值 3、對于受壓翼緣扭轉(zhuǎn)收到約束的梁，當時；受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束的梁，當時，應按照計算配置橫向加勁肋和縱向加勁肋 4、任何情況下， 5、梁的支座處和上翼緣受有較大固定集中荷載處，宜設(shè)置支承加勁肋 第六章 拉彎和壓彎構(gòu)件 拉彎(壓彎)構(gòu)件的破壞形式： 1、強度破壞：截面的部分或全部應力都達到甚至超過鋼材屈服點的狀況。 2、剛度破壞：指構(gòu)件的撓度（或長細比）達到甚至超過規(guī)范的限值 3、平面內(nèi)失穩(wěn)（彎矩作用平面內(nèi)彎曲失穩(wěn)破壞）：直桿在偏心壓力的作用下，彎曲作用平面內(nèi)構(gòu)件撓度隨壓力的增加而增大，且呈非線性增長，這是由于二階效應的影響，最后達到偏心壓力的極值點，失去平面內(nèi)穩(wěn)定，不存在分枝現(xiàn)象 4、平面外失穩(wěn)（彎矩作用平面外失穩(wěn)破壞、彎扭失穩(wěn)）：假如構(gòu)件沒有足夠的側(cè)向支撐，且彎曲作用平面內(nèi)穩(wěn)定性較強。無初始缺陷時，壓力作用下，構(gòu)件只產(chǎn)生彎矩平面內(nèi)的撓度，當壓力增大到某一臨界值之后，構(gòu)件突然產(chǎn)生彎矩作用平面外的彎曲變形和整體扭轉(zhuǎn)，發(fā)生彎扭失穩(wěn)，是一種分枝失穩(wěn)。有初始缺陷壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外失穩(wěn)為極值失穩(wěn)，無分枝現(xiàn)象 5、局部失穩(wěn)破壞： 拉彎及壓彎構(gòu)件強度計算準則： w 邊緣纖維屈服準則—在構(gòu)件受力最大的截面上，截面邊緣處的最大應力達到屈服時即認為構(gòu)件達到了強度極限，此時構(gòu)件在彈性階段工作 w 全截面屈服準則—構(gòu)件的最大受力截面的全部受拉和受壓區(qū)的應力都達到屈服，此時，這一截面在拉力（壓力）和彎矩的共同作用下形成塑性鉸 w 部分發(fā)展塑性準則—構(gòu)件的最大受力截面的部分受拉和受壓區(qū)的應力達到屈服點，至于截面中塑性區(qū)發(fā)展的深度根據(jù)具體情況給定。此時，構(gòu)件在彈塑性階段工作 平面內(nèi)穩(wěn)定的概念： 在N和M的同時作用下，構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)發(fā)生變形，當荷載增加到一定大小時則到達極限；超過此極限，要維持內(nèi)外力平衡，只能減小N和M，即為壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定問題 構(gòu)件在荷載作用開始時，會沿彎矩作用方向彎曲，直到壓潰破壞，即構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)喪失穩(wěn)定，屬于第二類穩(wěn)定問題 平面內(nèi)穩(wěn)定的設(shè)計公式： 平面外失穩(wěn)的概念： 對側(cè)向剛度較小的壓彎構(gòu)件，當N和M增加到一定程度，構(gòu)件在彎矩作用平面外不能保持平直，突然發(fā)生平面外的彎曲變形，并伴隨著繞縱向剪切中心軸（扭轉(zhuǎn)軸）的扭轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象稱為壓彎構(gòu)件喪失彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定 平面外穩(wěn)定的設(shè)計公式： 翼緣局部穩(wěn)定： 受壓柱——限制寬厚比，等穩(wěn)定性原則 受彎梁——限制寬厚比，不先于強度破壞原則 壓彎柱——限制寬厚比，采用梁的限制值 腹板局部穩(wěn)定： 軸壓柱——限制高厚比 受彎梁——布置加勁肋 壓彎柱——軸力+彎矩，正應力為主，應力分布接近受壓構(gòu)件，限制高厚比 講座內(nèi)容 什么是鋼結(jié)構(gòu)？ 鋼結(jié)構(gòu)是鋼材經(jīng)過設(shè)計、制作和安裝而形成的工程結(jié)構(gòu)形式 鋼結(jié)構(gòu)的特點： 1、輕質(zhì)高強，承載力大 2、鋼材材性好，可靠性高 3、工業(yè)化程度高 4、抗震性能好 5、氣密水密性好 6、易于銹蝕 7、耐熱性好，耐火性差 8、綠色環(huán)保無污染 什么是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計？ 以鋼材為結(jié)構(gòu)材料，通過結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)計算分析，最終繪制完成結(jié)構(gòu)施工圖 建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法： 具體到結(jié)構(gòu)體系一般都是基于構(gòu)件的設(shè)計方法 結(jié)構(gòu)整體計算?結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移?構(gòu)件內(nèi)力、位移?驗算構(gòu)件（S≤R）?設(shè)計構(gòu)件間的連接節(jié)點 建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程： 確定結(jié)構(gòu)形式及材料?結(jié)構(gòu)布置?荷載計算?結(jié)構(gòu)計算?構(gòu)件驗算?合理性判斷?節(jié)點、構(gòu)造設(shè)計?施工圖繪制 整體結(jié)構(gòu)分析—結(jié)構(gòu)力學為基礎(chǔ) 單個構(gòu)件分析—材料力學為基礎(chǔ) 連接分析—結(jié)合工程實際 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計流程： ? 結(jié)構(gòu)方案：結(jié)構(gòu)體系，材料，構(gòu)件布置； ? 荷載計算：恒、活、風、雪、吊車、地震等； ? 荷載組合：恒+活、恒+活+風、恒+活+地震等，地震和風作用的方向，吊車不同的位置； ? 內(nèi)力分析：截面估算，結(jié)構(gòu)力學，彈性分析，變形計算； ? 構(gòu)件設(shè)計：驗算兩種極限狀態(tài)，優(yōu)化設(shè)計； ? 構(gòu)造要求：考慮制作和安裝問題，考慮不可計算問題； ? 施工詳圖：保證制作和安裝需求。 我國結(jié)構(gòu)規(guī)范的體系組成——5個層次： 1、規(guī)范制定的原則 2、抗震設(shè)計方法、荷載代表值的取用等 3、各種結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)范 4、與設(shè)計規(guī)范配套的施工規(guī)范 5、與設(shè)計、施工相配套的各種材料、連接方面的規(guī)范