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钢结构设计原理复习
第一章 绪论
1、 钢结构的特点（前5为优点，后三为缺点）
1）强度高、重量轻 2）材质均匀，塑性、韧性好
3）良好的加工性能和焊接性能（易于工厂化生产，施工周期短，效率高、质量好） 4）密封性能好 5 )可重复性使用性 6 ) 耐热性较好，耐火性差 7)耐腐蚀性差 8)低温冷脆倾向 2、钢结构的应用
1）大跨结构 【钢材强度高、结构重量轻】 （体育馆、会展、机场、厂房） 2）工业厂房 【具有耐热性】
3）受动力荷载影响的结构 【钢材具有良好的韧性】
4）多层与高层建筑 【钢结构的综合效益指标优良】 （宾馆、办公楼、住宅等） 3、结构的可靠度：结构在规定的时间（50年），规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用、正常维护）下，完成预定功能的概率。
4、结构的极限状态：承载能力极限状态（计算时使用荷载设计值）、正常使用极限状态（荷载取标准值）
5、涉及标准值转化为设计值的分项系数：恒荷载取1.2 活荷载取1.4
第二章 钢结构的材料 1、 钢材的加工
① 热加工：指将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状，生产出各种厚度的钢板和
型钢。（热加工的开轧和锻压温度控制在1150-1300℃ ） ② 冷加工 ：指在常温下对钢材进行加工。（冷作硬化现象：钢材经冷加工后，会产生局
部或整体硬化，即在局部或整体上提高了钢材的强度和硬度，降低了塑性和韧性的现象）
③ 热处理：指通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢材的组织结构发生变化，以获得
所需性能的加工工艺。（退火、正火、淬火和回火） 2、钢材的两种破坏形式： 塑性破坏 （延性破坏） 特 征 断 口 后 果 构件应力超过屈服常为杯形，呈纤 在破坏前有很明点，并且达到抗拉极限强维状，色泽发暗。 显的变形，并有较长度后，构件产生明显的变的变形持续时间，便形并断裂。 于发现和补救。 在破坏前无明显变形，断口平直和呈有 突然发生的，危险平均应力也小（一般都小光泽的晶粒。 性大，应尽量避免。 于屈服点），没有任何预兆。 脆性破坏 3、钢材的六大机械性能指标
屈服点fy：它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。（作为钢结构设计可以达到的最大应力）
抗拉强度fu：它是钢材破坏前所能承受的最大应力。（强度的安全储备）
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伸长率δ：代表材料断裂前具有的塑性变形能力。
断面收缩率?：断面收缩率?越大，钢材的塑性越好。 冷弯性能（塑性）：钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力。
冲击韧性：【韧性：反映钢材抵抗冲击荷载、动力荷载的能力，是钢材在变形和断裂中吸收能量的度量。】（衡量韧性指标用冲击韧性值表示，也叫冲击功，用符号Akv表示，单位为J） {温度越低，冲击韧性越低。} 4、有害元素（S、O、P、N）的影响 硫（S）：有害元素，具有热脆性（温度达到800-1000℃时，硫化铁会熔化使钢材变脆，从而引发热裂纹）。规范规定结构用钢中硫的含量不得超过0.05%。 氧（O）：有害杂质，与S相似（热脆）。 磷（P）：磷在一定程度上可提高钢的强度和抗锈蚀的能力。钢材中的有害元素，具有冷脆性（温度较低时促使钢材变脆）。因此，磷的含量也要严格控制，规范中规定不得超过0.045%。 氮（N）：有害杂质，与P相似。 5、钢材的硬化
（1）冷作硬化：在冷加工或一次加载使钢材产生较大的塑性变形的情况下，卸载后再重新加载，钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低的现象。
（2）时效硬化：随着时间的增加，纯铁体中有一些数量极少的碳和氮的固熔物质析出，使钢材的屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性下降的现象。【在交变荷载、重复荷载和温度变化等情况下，会加速时效硬化的发展】
（3）应变时效硬化：钢材产生一定数量的塑性变形后，铁素体晶体中的固溶碳和氮更容易析出，从而使已经冷作硬化的钢材又发生时效硬化现象。 6、温度的影响 1）高温
温度在250℃左右的区间内，fu 有局部性提高，冲击韧性降低，出现蓝脆现象。 当温度达到600℃时，钢材进入热塑性状态，强度下降严重，将丧失承载能力。 2）低温
当温度低于常温时，T下降，随着温度的降低，钢材的强度提高，而塑性和韧性降低，逐渐变脆，称为钢材的低温冷脆。
3）冲击功曲线的反弯点T0称为转变温度。
在脆性转变温度以下，钢材表现为完全的脆性破坏；而在全塑性转变温度以上，钢材则表现为完全的塑性破坏。
7、高周疲劳（应力疲劳）：工作应力小于fy，没有明显的塑性变形，寿命n≥5×104次。如吊车梁、桥梁、海洋平台在日常荷载下的疲劳破坏。 低周疲劳（应变疲劳）：工作应力大于fy，有较大的塑性变形，寿命n＝102～5×104次。如强烈地震下一般钢结构的疲劳破坏。
8、我国的建筑用钢主要为碳素结构钢、低合金高强度结构钢和建筑结构用钢板三种。 碳素结构钢：按字母顺序由A到D，表示质量等级由低到高。除A级外，其他三个级别的含碳量均在0.20%以下。
Q235B代表屈服点为235N/mm的B级镇静钢。（在具体标注时，“Z”，“TZ”可省略） 角钢型号：符号“∟”+“长边宽×短边宽×厚度”【对等边的可为：∟125×8】 I字钢：I20a表示高度为200mm，腹板厚度为a类的工字钢。 H型钢：高度H×宽度B×腹板厚度t1×翼缘厚度t2
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第三章 连接
1、连接的方式：焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接和轻型钢结构用的紧固件连接。 2、焊条：Q235钢选择E43型焊条
Q345钢选择E50型焊条 (E5001--E5048)
Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--E5518)
不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。
3、焊缝连接形式按被连接钢材的相互位置分为对接、搭接、T形连接和角部连接。 4、焊缝形式：对接焊缝和角焊缝。
对接焊缝按受力与焊缝方向分：1）正对接焊缝；2）斜对接焊缝 角焊缝按受力与焊缝方向分：
1）正面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直。 2）侧面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向平行。 3）斜焊缝
5、对接焊缝：对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。（1）对接焊缝的构造处理
1) 在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.5的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。 2）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。
3）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。 （2）对接焊缝的优缺点
优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。 缺点：需剖口，焊件长度要求精确。 6、对接焊缝的计算：
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第3章斜向受力的对接焊缝连接Chapter 3 Connections对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，并与焊缝长度方向呈?夹角，其计算公式为：??Nsin??ftw或fcw（3.2.2）?tlw??Ncos??fvw?tlw（3.2.3）l’w——斜焊缝计算长度。加引弧板时，l’w＝b/sin?；不加引弧板时，l’w＝b/sin?－2t。fvw——对接焊缝抗剪设计强度。（P398表1.3）规范规定，当斜焊缝倾角?≤56.3°，即tan?≤1.5时，可认为对接斜焊缝与母材等强，不用计算。 7、角焊缝的构造：角焊缝按截面形式（两焊脚边的夹角）可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。 角焊缝按受力与焊缝方向分：
1）正面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直。【焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。破坏强度高，但塑性差，弹性模量大】
2）侧面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向平行。【主要承受剪应力，剪应力两端大，中间小；强度低，弹性模量低，但塑性较好】 3）斜焊缝
注：hf—焊脚尺寸；?—焊脚边的夹角；
§3.2 对接焊缝的构造和计算he—有效厚度（破坏面上焊缝厚度）
并有， he ＝hfcos?/2 8、★构造要求： a) 最小焊脚尺寸(hfmin)
角焊缝的焊脚尺寸hfmin?1.5t,t为较厚焊件厚度（mm） 自动焊：hfmin?1.5t-1,t为较厚焊件厚度（mm）
T形连接单面角焊缝：hfmin?1.5t+1,t为较厚焊件厚度（mm） 焊件厚度t≤4mm时：取hfmin=t b）最大焊脚尺寸（hfmax） t—较薄焊件的板厚
hfmax?1.2t
对板件（厚度t ）边缘的角焊缝（贴边焊）
当t≤6mm时，hfmax≤t ； 当t＞6mm时，hfmax≤t - (1～2)mm 。
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b. . . . .
c）侧焊缝最大计算长度（lwmax） lwmax?60hf d）角焊缝的最小计算长度lwmin
侧面角焊缝和正面角焊缝的计算长度均不得小于：lwmin?8hf 和40mm
考虑到焊缝两端的缺陷，其实际长度应较前述数值还要大2hf
e）1）搭接连接的构造要求：每条侧焊缝的长度不宜小于两侧面角焊缝之间的距离，即
b/lw?1。
2）两侧面角焊缝之间的距离b≤16t（t＞12mm）或190mm（t≤12mm），t—较薄焊件的板厚 3）当仅采用正面角焊缝时，其搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，也不得小于25mm。 4）三面围焊时：当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊2hf。避开起落弧发生在转角处的应力集中。
第3章连接Chapter 3 Connections例题3.4试确定图3.3.15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。解：角焊缝设计强度值ffw?160N/mm2K1=0.7，K2=0.3，lw3=b=125mm
第3章正面角焊缝所能承受的内力N3为：连接Chapter 3 Connections 学习参考
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