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[新版]钢结构的资料与计算方法.doc

[新版]钢结构的资料与计算方法

jin莉红
2017-10-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《[新版]钢结构的资料与计算方法doc》,可适用于综合领域

新版钢结构的资料与计算方法钢结构的材料与计算方法ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT或下载源文件到本机查看。钢结构的材料与计算方法本章提要本章着重讲述了钢材的机械性能、化学成分、本章着重讲述了钢材的机械性能、化学成分、钢材的选用和钢结构的设计方法等钢材的选用和钢结构的设计方法等在学习过程中掌握下列内容:掌握下列内容:()了解钢结构的特点、应用范围和发展过)了解钢结构的特点、程及趋势程及趋势()掌握一次拉伸实验方法和钢材的应力)掌握一次拉伸实验方法和钢材的应力应变曲线应变曲线()掌握钢材机械性能和化学成分)掌握钢材机械性能和化学成分()掌握钢材的选用方法)掌握钢材的选用方法()掌握钢结构的设计方法。)掌握钢结构的设计方法。本章内容钢结构的特点、应用范围与发钢结构的特点、展钢材的机械性能与化学成分其他因素对钢材性能的影响钢材的品种与选用钢结构的设计方法与设计指标钢结构的特点、应用范围与发展钢结构的特点、钢结构的特点钢结构是以钢板、型钢、薄壁型钢制成的构件通过焊接、铆接、螺栓连接等方式而组成的结构与其他材料的结构相比具有如下的特点:()钢材强度高结构自重轻()塑性、韧性好()材质均匀()工业化程度高()可焊性()耐腐蚀性差()耐火性差()钢结构在低温和其他条件下可能发生脆性断裂这应引起设计者的特别注意。钢结构的应用范围()大跨度结构()重型厂房结构()受动力荷载作用的厂房结构()多层、高层和超高层建筑()高耸结构()板壳结构()可拆卸结构钢结构的发展()高强度低合金钢()轧制新品种的型钢()计算方法的完善()结构形式()优化原理的应用钢材的机械性能与化学成分钢材的机械性能()屈服点与抗拉强度建筑钢材的强度和塑性一般由常温静载下单向拉伸试验曲线表明该试验是将钢材的标准试件在拉伸试验机上按规定的加荷速度逐渐施加拉力荷载使试件逐渐伸长直至拉断破坏。根据加荷过程中所测得的数据画出应力,应变曲线(即ζ,ε曲线)。如图所示为低碳钢的应力,应变曲线。当应力超过fp后应变比应力增加得快到达b点后应变急剧增加而应力基本不变此阶段称为屈服阶段应力,应变曲线呈水平段钢筋产生相当大的塑性变形c点对应的应力fy称为屈服强度。没有明显屈服点和塑性平台的钢材则以卸荷后残余变形为时所对应的应力为屈服点称为名义屈服点f。屈服阶段后钢材内部组织经重新调整进入强化阶段直至曲线最高点即抗拉强度fu出现颈缩此时变形剧增应力下降最后试件断裂。抗拉强度是钢材破坏前所能承受的最大应力但是巨大的塑性变形使之无实用意义只作为强度贮备。fyfu叫做屈强比其值愈大说明钢材被充分利用愈小则安全储备愈大。()塑性钢材的塑性是指应力超过屈服点后能产生显著的塑性变形而不立即断裂的性质可用试件静力拉伸时的伸长率来衡量。伸长率为图所示试件拉断后原标距的伸长值与原标距比值的百分数即llδ=×l()冷弯性能冷弯性能是指钢材在冷加工时(即常温下加工)对产生裂缝的抵抗能力。冷弯试验方法是在材料试验机上通过冷弯冲头加压将厚度为a、宽度为b的板材按规定的弯心直径d弯曲以弯曲处无裂纹、不起层为合格。同时又可检查钢材的内部缺陷(颗粒组织、结晶情况、杂质分布等)鉴定钢材的可焊性因此冷弯性能是衡量钢材质量的综合性指标(图)。()冲击韧性钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力也是钢材在动力荷载作用下抵抗脆性破坏的能力。冲击韧性指标由冲击试验获得叫做冲击值。在冲击试验时采用截面为mm×mm长度为mm中间开有小槽的长方形试件(图)放在摆锤式冲击试验机上冲断(图)可从试验机刻度盘上读出冲击功Ak(单位J)。钢结构用钢机械性能指标规定见表和表图低碳钢单向拉伸应力,应变图图静力拉伸标准试件图冷弯试验示意图图冲击韧性试验及试件缺口形式(a)试验示意图(b)梅氏U形缺口(c)夏比氏V形缺口图冲击试件取样方法表Q钢的机械性能钢的机械性能表Q及Q钢的机械性能及钢的机械性能钢材料的化学成分钢材的化学成分直接影响钢的组织构造和机械性能。钢的基本元素是铁(Fe)它在碳素结构钢中含量约占其余是碳(C)、锰(Mn)、硅(Si)以及冶炼中不易除净的有害元素硫(S)、磷(P)、氧(O)、氮(N)等。在低合金结构钢中适当增加锰、硅含量可改善钢材的机械性能。若增加少量的钒、钛、铌、铜等元素则对某些性能的改善更显著。钢结构所用各类钢材的化学成分见表和表钢的化学成分()()表Q钢的化学成分(熔炼分析)()钢的化学成分熔炼分析)(钢的化学成分()()表Q和Q钢的化学成分(熔炼分析)()和钢的化学成分熔炼分析)(其他因素对钢材性能的影响冶炼和轧制过程钢按冶炼方式可分为平炉钢与顶吹氧气转炉钢两种两者在化学成分、机械性能和工艺性能上基本一致而转炉钢成本较低宜优先采用。钢按脱氧情况的不同可分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。钢锭是在~高温下经多次热轧而成材的。热轧改善钢锭的铸造组织使结晶致密消除部分缺陷提高了力学性能。钢锭厚度与型钢厚度之比称为压缩比压缩比愈大质量愈好。钢材的硬化钢材随时间的增长其强度提高而塑性、韧性下降的现象叫时效硬化。所谓人工时效是使钢材先发生左右的塑性变形再加热至保持h然后在空气中冷却则时效可在几小时内完成。钢材在弹塑性或塑性阶段卸荷后再重新加荷其屈服点将提高弹性工作范围加大而塑性和韧性却降低这种现象叫做冷作硬化。温度的影响钢在左右时抗拉强度有所提高而塑性、韧性下降这种现象叫蓝脆(因表面氧化膜呈蓝色)。应避免在蓝脆温度范围内进行热加工否则易出现裂纹。当温度从常温下降时强度略有提高但塑性和韧性则降低而变脆当温度下降到某一区间时冲击韧性急剧下降破坏特征明显地转变为脆性破坏这就是低温冷脆。复杂应力作用下的工作图复杂应力状态应力集中的影响由于截面几何形状的突变造成应力线密集曲折从而在孔洞边缘、缺口尖端出现局部高峰应力而其他部位应力降低形成所谓的应力集中现象。由图可以看到应力集中的程度取决于构件形状的变化变化剧烈高峰应力则大。图为不同槽口试件拉伸时的应力,应变图表明形状变化愈剧烈的试件应力集中愈严重抗拉强度愈高而脆性破坏的危险也愈大。承受静力荷载的构件应遵照《规范》的有关要求避免截面形状的突变设计时可不考虑应力集中问题。图应力集中图应力集中对钢材性能的影响重复荷载作用的影响钢材在连续的重复荷载作用下虽然应力低于抗拉强度甚至低于屈服点时也会发生破坏这种现象称为钢的疲劳。疲劳破坏之前并无明显的塑性变形和局部收缩是一种突然性的脆性断裂。疲劳是因为钢材质地不均匀以及应力分布不均匀而引起的。钢材的品种与选用结构用钢的品种与牌号钢按用途分结构钢、工具钢和特殊钢结构钢又可分为建筑用钢和机械用钢按冶炼方法钢可分为转炉钢和平炉钢转炉钢目前采用氧气顶吹转炉钢成本比平炉钢要低按脱氧方法分为沸腾钢(F)、半沸腾钢(b)、镇静钢(Z)和特殊镇静钢(TZ)镇静钢和特殊镇静钢的代号在钢的牌号中可省略镇静钢脱氧充分沸腾钢脱氧较差一般采用镇静钢按成型方法分为轧制钢、锻钢和铸钢按化学成分分为碳素钢和合金钢在建筑工程中常用碳素结构钢、低合金钢和优质碳素结构钢。()碳素结构钢目前碳素结构钢采用的国家标准《碳素结构钢》(GB)中按质量等级分为A、B、C、D四级质量等级中以A级最差D级最优。该标准中钢材牌号表示方法由字母Q、屈服点数值(Nmm)、质量等级代号(A、B、C、D)及脱氧方法代号(F、b、Z、TZ)四个部分组成。《碳素结构钢》(GB)将碳素结构钢按屈服点数值分为个牌号:Q、Q、Q、Q和Q。()低合金结构钢低合金结构钢的国家标准《低合金高强度结构钢》(GBT)中按质量等级分为A、B、C、D、E五级。采用与碳素结构钢相同的表示方法即用钢材厚度(直径)mm时的屈服点大小表示共分为个牌号:Q、Q、Q、Q及Q。钢材的选用()承重结构的钢材宜采用Q钢、Q钢、Q钢和Q钢。()下列情况的承重结构和构件不应采用Q沸腾钢:焊接结构非焊接结构()承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。()对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材应具有常温冲击韧性的合格保证。对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证。()吊车起重量不小于t的中级工作制吊车梁对钢材冲击韧性的要求应与需要验算疲劳的构件相同。钢材规格钢结构所用钢材主要为热轧钢板、型钢、冷弯薄壁型钢和压型钢板。()钢板钢板分为薄钢板、厚钢板和扁钢其规格用符号“”加“宽度×厚度”的毫米数来表示。如×表示宽度为mm、厚度为mm的钢板。薄钢板:厚~mm宽~mm长~m厚钢板:厚~mm宽~mm长~m扁钢:厚~mm宽~mm长~m。()热轧型钢钢结构常用的型钢是角钢、槽钢、工字钢和H型钢(图)。工字钢也分普通和轻型两种分别用符号“I”和“QI”表示。H型钢分宽翼缘H型钢(HK)、窄翼缘H型钢(HZ)和H型钢桩(HU)。()冷弯薄壁型钢和压型钢板薄壁型钢是用~mm的薄钢板经模压或冷弯成型其截面形式如图所示。压型钢板是用~mm厚的钢板、镀锌钢板、彩色涂层钢板经冷轧而成的波形板我国已有种压型钢板型号图为其中几种。图热轧型钢图冷弯薄壁型钢图压型钢板钢结构的设计方法与设计指标钢结构的计算方法()承载能力极限状态的设计表达式由可变荷载效应控制的组合:nγS=γ(γGSGkγQiSQikγQiψciQik)Ri=由永久荷载效应控制的组合:γS=γ(γGSGkγQiψciQik)Ri=n()正常使用极限状态的设计表达式按正常使用极限状态设计钢结构时应考虑荷载效应的标准组合。对钢与混凝土组合梁尚应考虑准永久组合。其中标准组合按下述表达式计算:S=SGkSQikψciQik)νi=n设计指标钢材和连接的强度设计值(材料强度的标准值除以抗力分项系数)应根据钢材的厚度或直径按表~表采用。《规范》规定计算下列情况的结构构件或连接时表~表规定的强度设计值应乘以相应的折减系数:()单面连接的单角钢按轴心受力计算强度和连接乘以系数按轴心受压计算稳定性()无垫板的单面施焊对接焊缝乘以系数()施工条件较差的高空安装焊缝和铆钉连接乘以系数()沉头和半沉头铆钉连接乘以系数。当以上几种情况同时存在时其折减系数应连乘。计算钢结构变形时,可不考虑螺栓(或铆钉)孔引起的截面削弱。受弯构件的挠度不应超过表所列的容许值。钢材的强度设计值(表钢材的强度设计值(Nmm)钢铸件的强度设计值(表钢铸件的强度设计值(Nmm)焊缝的强度设计值(表焊缝的强度设计值(Nmm)螺栓连接的强度设计值(Nmm)表螺栓连接的强度设计值铆钉连接的强度设计值(表铆钉连接的强度设计值(Nmm)表钢材和钢铸件的物理性能指标表受弯构件挠度容许值

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