钢结构局部强度计算
钢结构局部强度计算
目录
绪论
船体结构设计内容是：选择合适的结构材料和结构形式，决定结构的尺寸和连接方式；在保证结构具有足够强度和安全性的前提下，使其具有最佳的技术经济性和美观性.
影响船体结构强度(结构安全性)的因素主要有两方面：载荷效应和材料性能.
长期以来，结构的安全性衡量标准都普遍采用确定性的许用应力法.该法以预先规定的某一计算载荷为基础，利用结构剖面中的计算应力σ与许用应力［σ］相比较来检验强度是否足够.
强度的分类
船体结构强度，按作用范围可分为：总强度、区域强度（甲板强度、舱壁强度、底板强度等）和局部强度.
船体结构强度，按作用形式可分为：纵向强度、横向强度和扭转强度.
载荷的分类
1. 作用在船体结构上的载荷，按其对结构的影响可分为：总体性载荷和局
部性载荷.
a) 总体性载荷：是指引起整个船体变形或破坏的载荷和载荷效应.例
如：总纵弯曲的力矩，剪力，应力及纵向扭矩
b) 局部性载荷：是指引起局部结构，构件的变或破坏的载荷.例如：
水密试验的压力，设备不平衡造成的惯性力，局部振动等.另外，
货物，油，水等重力及舷外水压(静水或波浪)既能引起引起局部结
构和构件的变形或破坏，又能引起总纵弯曲，扭转甚至船的断裂.
2. 作用在船体结构上的载荷，按载荷随时间变化的性质可分为：不变载荷，
静变载荷，动变载荷和冲击载荷.
a) 不变载荷：是指在作用时间内不改变其大小的载荷.例如：静水载
荷(包括静水压力，货物压力，静水弯矩等)，水密试验时的水压等.
b) 静变载荷：是指载荷在作用时间内有变化，但其变化的最小周期超
过该受力结构的固有震动周期若干倍，又称准静态载荷.例如：波
浪载荷，液体货物的晃动压力，航行中的甲板上浪等.
c) 动变载荷：是指在作用时间内的变化周期与所研究的结构响应的固
有振动周期同阶.例如：螺旋桨引起的脉动压力，局部结构的强迫
(机械)震动等.
d) 冲击载荷：是指在非常短的时间内突然作用的载荷.例如船底砰击
（见图）.
构件变形的分类
当构件的承载能力不能满足载荷对其产生的应力时，该构件的存在形式会产
生变化.一般情况下可以分为：屈服和断裂.屈服分为压缩、拉伸和扭转变形.
许用应力与安全因数
许用应力是由材料本身决定的.比如说钢的密度(g/cm3)，抗拉强度bσ=，弹性模数E=×102 GPa.
σ，称为极限应力.塑性材料的极限应力：材料丧失正常工作能力时的应力jx
极限应力为其屈服点sσ.脆性材料的极限应力为其抗拉（压）强度bσ.
许用应力：为保证构建安全工作，需有足够的安全储备，因此把极限应力除
以大于1的安全因数n作为材料的许用应力，记作[]σ，即[]σ
=n
jx
σ
对于塑性材料：[]σ
=s
s
n
σ
；对于脆性材料：
[]σ
=b
bl
n
σ
.
式中n s为屈服安全因数，n b为断裂安全因数.一般取n s=~；n b=~.
许用切应力：脆性材料[]τ
=（~）
[]σ
韧性材料[]τ=（~）[]σ
第一章 杆件的强度和稳定性计算
型材剖面要素的计算
型材带板
船体结构中大多数骨架都是焊接在钢板上的，当骨架受力发生变形时，与它连接的板也一起参加骨架抵抗变形。因此估算骨架的承载能力，也应把一定宽度的板计算在骨架剖面中，即作为它的组成部分来计算骨架梁的剖面积，惯性矩和剖面模数等几何要素，这部分板称为带板或附连翼板。
带板有效面积：A=10fbt (cm2) 式中：f=(L/b)2/3，但是不大于1;
b —主要构件支撑面积平均宽度，m; L —主要构件的长度，m; t —带板的平均厚度，mm.
此外法国，挪威等国家的规范规定：计算带板时要考虑相邻构件的影响. 常见的型材带板面积见附录一
型材剖面模数与惯性矩的计算
剖面对中和轴的惯性矩为：
f
f f f f f f f f I +++
++?=
212
212112)(3
型材面板的剖面模数为：
)
2246(212111f
f f f f f f h h I W ++-+==
型材带板的剖面模数为：
)2246(121222f f f f f f f h h I W ++-+==
式中，剖面中和轴至参考轴的距离为：
f f f h
f
f h +++=
21212
规律：
1. 只要剖面高度h 不变，增加带板面积虽然可以增加剖面模数，但增加得
极为缓慢，就是说带板的变化对剖面模数影响不大，而且从节约材料（经济）的观点来看，也不是上选。
2. 增加不对称型材最小剖面模数的最有效办法是增加腹板高度；或者腹板
高度不变时，增加小翼板的剖面积。
常见截面的剖面模数可参考表1-1和附录一（常用型材规格表以及其他材料手册）。
表1-1常见截面的惯性矩和抗弯截面系数表
图 形
型心
位置
惯性矩cm 4
抗弯截面系数cm 3
e=h/2
I x =hb3/12
I y =bh3/12 W x =bh2/6 W y =hb2/6
e=H/2
I x =(BH3-bh3)/12 I y =(HB3-hb3)/12 W x =BH2/6-bh3/6H W y =HB2/6-hb3/6B
e=H/2 I x =(BH3-bh3)/12 I y =[(H-h)B3+h(B-h)3]/
12 W x =BH2/6-bh3/6H W y =[(H-h)B3+h(B-h)3]/
6B
e=D/2 I x =I y =兀D 4/64 W x = W y =兀D 3/32
x
e=D/2 I x =I y =兀(D 4-d 4)/64
W x =W y =兀D 3(1-α4)/32
α=d/D
e=h/3 I x =bh 3/36 W x =bh2/12
拉杆和短粗压杆的强度设计
危险点的位置
一般来说危险点是指危险截面上具有最大应力的点。
杆件在轴向拉伸或压缩时，最大轴力所在截面或尺寸最小的截面都可能是危险截面。由于拉压杆横截面上的正应力是均匀分布的，所以危险截面上的任何一点都是危险点。
强度设计
如图所示，当构件受到纵向拉伸或压缩时，该构件的强度校核标准为：
σmax =
A F N max
≤[σ] 强度满足. σmax = A
F N max ＞[σ] 强度不满足，需要加强。
当次要区域结构受到不变载荷时：
F
F
[]
[]σσσ-max ×100%≤5% 强度满足，可以不做加强. 式中：F N max —最大载荷，N ；
A —受力构件最小横截面积，mm 2； σmax —最大工作应力N/ mm 2； [σ]—许用应力
一般在静载情况下，杆件的抗拉强度要小于抗压强度。
压杆的稳定性计算
细长杆的稳定性计算
细长压杆往往在因强度不足而破坏以前，就因为它不能维持直线形状而失去正常工作能力。这是和强度问题截然不同的一类问题，即稳定性问题。
压杆丧失其直线形状的平稳而过渡为曲线形状的现象，称为丧失稳定，简称失稳。这种使压杆直线状态的平衡开始由稳定转变为不稳定的轴向压力的极限值，称为压杆的临界载荷，用F cr 表示。由欧拉公式可得：
F cr =22)(l EI
μπ
式中：系数μ称为长度因数；
I —压杆失稳时截面对其中性轴的惯性矩；
E —弹性模量GPa.（一般低碳钢取值200~220；合金钢取值
190~220）
压杆在临界载荷作用下，其横截面上的平均应力称为压杆的临界应力，用cr
σ表示，即
cr σ=A l EI
A F cr 22)(μπ=
几种常见的细长中心压杆的临界载荷与长度因数见表1-2
表1-2常见的细长中心压杆的临界载荷与长度因数
支持
方式
两端固定
一端固定
一端铰支
两端铰支
一端固定 一端自由
挠曲轴形状
F cr
cr F
2
2)
5.0(l EI
π
2
2)
7.0(l EI
π
2
2l EI
π
2
24l EI
π
μ
因为压杆截面的惯性的惯性半径
A I
i =
，所以有cr σ=2
2)
(i l E
μπ
令
i l
μλ=
，则有cr σ=22λπE
式中λ称压杆的柔度，或细长比，λ越大，即杆越细长，则临界应力越小，压杆越容易失稳。
令p
p E
σπλ=，则只有
p
λλ≥时，欧拉公式才成立.这类压杆称为大柔度杆，
即细长杆。
中小柔度压杆的稳定性计算
当压杆的λ＜p
λ，但大于某一界限值
S
λ时，称其中柔度杆.其临界应力公式
为λσb a cr -=。
式中a ，b 为与材料性能有关的常数，单位为MPa 。几种常用材料的a ，b 值见表1-3.
表1-3常用材料的a ，b
材料
a MP a / a MP
b /
p λ S λ Q235钢
a b MP 372≥σ a s MP 235≥σ
304 100 优质碳素钢a b MP 471≥σ a s MP 306≥σ
461 硅钢
a b MP 510≥σ a s MP 353≥σ
577 铬钼钢 980 55 0 铸铁 强铝
373
50
直线公式也有一定的适用范围，即压杆的临界应力不超过材料的屈服点
s σ(塑性材料)或抗拉强度b σ（脆性材料）
。例如，对于塑性材料，在使用直线公式时，则要求
s cr b a σλσ≤-= 或
s
s
b a λσλ=-≥
所以，λλ≤s ＜p λ就是直线公式的有效适用范围。对于脆性材料，只需用b
σ
代替
s σ，就可以得到脆性材料适用直线公式的最小柔度值。
压杆的稳定性计算
稳定条件[]w cr n F F ≤
或 []w cr
n σ
σ≤
式中
[]w n 为稳定安全因数，见表1-4。
表1-4 常见的安全因数 实际 压杆
金属结
构中的压杆 磨床油缸活塞杆 高速发
动机挺
杆 机床丝杆 精密丝
杆
水平长丝杠 低速发动机挺杆 冶金设备压杆 []w n
~
2~5
2~5
~4
＞4
＞4
4~6
4~8
杆件抗弯强度计算
强度要求
σmax =
W
M max
≤[σ] 式中：W —剖面模数(W=I/h)，mm3;
I —中和轴的惯性矩，mm 4； h —危险点到中和轴的距离； M —力矩(M=FL)； F —力，N ； L —力臂。
常见形式的型材受力分析
表1-5 常见形式的型材受力分析
条件 简 图
要素
两端自由支持
跨度内受集
中应力
R1=-p(b/L)，R2=-p(a/L)
x=a ，M max =-Pab/L
x=L/2，M max =-PL/4 跨度内受均布载荷
R1R2Q
x
z
R1=R2=-Q/2 M=(x/L-x 2/L 2) x=1/2，M max =
部分跨度受均布载荷
R1R2Q
x
z
R1=-Qb/2L ，R2=-Q(1-b/2L) M max =(1+a/L)2
跨度内某段受均布载荷R1R2
Q
x
z
o
R1=-(Q/2L)(b+2c);R2=-(Q/2L)(b+2a)
x≤a+b，
M=-(Q/2L)(b+2c)x+‖a (Q/2b)(x-a)2
x≥a+b，
M=(Q/2L)(b+2c-2L)x-Q(a+b/2)
x=L/2，a=c，M max=-Q(2L-b)/8
一端受集中
应力R1=-P(L+a)/L，R2=-Pa/L
x≤a，M=-Px
a≤x≤(a+L)，M=Pa(L-x+a)/L x≥(a+L)，M=0
两端受集中
应力
R1R2
P1
x
z
o
P2
R1=-P1-a(P1-P2)/L
R2=-P2-a(P2-P1)/L
x≤a，M=P1x
a≤x≤(a+L)，M=P1a-a(P1-P2)(x-a)/L
受均布载荷
R1=R2=-Q(L+2a)/2
x≤a，M=Qx2/2
a≤x≤(a+L)，M=Qa2/2-Q(L-x)(x-a)/2 两端刚性固定
跨度内受集中应力
P
x
z
M1=Pab2/L2;
M2=Pa2b/L2
跨度内受均布载荷
Q
x
z
M=QL(1-6x/L+6x2/L)/12
M?=-QL/24
M1=-M2=QL/12
部分跨度受均布载荷M1=-Qa2(6-8a/L+3a2/L2)/12; M2=-Qa3(4-3a/L)/12L
跨度内某段受均布载荷M1=(2mq/3L3)[abL+(2b-a)(ab-m2)]; M2=(2mq/3L3)[abL+(2a-b)(ab-m2)]; a=b，M1=-M2=Qm(3L2-4m2)/12L
第二章板的强度计算
板的分类
船体的平板一般受到两种类型的载荷，一是垂直于板面的横向载荷，它导致
板发生弯曲；二是作用在板平面内的载荷，即板平面内的拉力或压力。
在这两种载荷作用下，板的剖面上将产生两种应力。作用在板平面内沿板厚
度均匀分布的应力称为悬链应力σa，或称为中面应力。沿板厚为线性分布的应
力称为弯曲应力σb。板内总应力即为两者之和，如图2-1所示。
图2-1
按照板在弯曲时所形成的应力状态的特征，可将板划分为：
1. 刚性板：是指弯曲时悬链应力可以忽略的板，又称为"绝对刚性板"；
2. 有限刚性板：是指弯曲时悬链应力与弯曲应力可以比拟，同时计及这两
类应力的板为"柔性板"；
3. 绝对柔性板：是指悬链应力比弯曲应力大得多，以至可
以将弯曲应力忽略不计的板.
刚性板的应力计算
均布载荷板内最大正应力的计算
垂直于x 轴剖面上下表面的正应力(N/mm2)：σ1=±6M1/t2
垂直于y轴剖面上下表面的正应力(N/mm2)：σ2=±6M2/t2
式中：M1—板中心处平行y轴的剖面上的最大弯矩
M2—板中心处平行x轴的剖面上的最大弯矩
M1和M2的取值可参考：承受均布载荷钢板弯曲要素表2-1；2-2；2-3。
o x
y
z
表2-1 四周自由支持的板
(
2a ，2
b ) (
2a ，2
b ) (
2a ，2
b ) (
a 0，2
b ) (
2a ，b
0) x=0， x=a y=0， y=b ω
M 1
M 2
N 1 N 2 R 1 R 2 k 134Et pb
K 2pb 2 K 3pb 2 K 4pb K 5pb K 6pb 2 K 7pab a/b
k 1
K 2
K 3
K 4
K 5
K 6
K 7
- - - - - - - - - - ∝
表2-2 四周刚性固定的板
(2a ，2
b ) (2a ，2
b ) (2a ，2
b
) (
a 0，2
b ) (2a ，b 0
)
x=0， x=a y=0， y=b ω
M 1
M 2
N 1
N 2
R 1
R 2 k 134
Et pb
K 2pb 2 K 3pb 2 K 4p b 2 K 5p b 2 K 6pb 2 K 7pab a/b
k 1
K 2
K 3
K 4
K 5
K 6
K 7
∝
表2-3 两对边自由支持，两对边刚性固定的板 a ＞b a ＜b
(
2a ，2
b
) (
2a ，2
b )
(
2a ，2
b ) (
2a ，2
b ) M 1 M 2 M 1 M 2 k 1pb 2 k 2pb 2 k 1pa 2 k 2pa 2 a/b
k 1
k 2
b/a
k 1
k 2
- - - - - - - - - - - - - - ∝
∝
由表格数据可知，局部结构的强度是否满足要求，主要取决于以下几点： 1. 保证板格在载荷作用下具有足够强度：材料的选择。作用于板上的载荷
导致板开始屈服，并不标志板的承载能力丧失或破坏。板可能承载比这大几倍的载荷，然后才以任意一明显方式破坏，或其变形大得不可容许。而扶强材的承载能力一般要比板低的多，并且作用在板上的力大多会传到扶强材上，所以板的极限破坏几乎不可能发生。
2. 板格的比例。如果作用在板格上的载荷导致扶强才的屈服，这时就需要
调整板格比例（增加加强筋）。
第三章 区域详细设计
外板设计
船体外板由平板龙骨、船底板、舭列板、舷侧列板和舷顶列板等组成.《海船规范》将外板划分为中部、离船端以及中间过渡部分三大区域，并按横骨架式和纵骨架式分别给出了最小厚度计算值.
船底板
船底板是指由平板龙骨至舭列板之间的外板。在海船中部区域内船底板厚度不应小于一下公式计算值。
1. 船底为横骨架式时
b F L sE t )110(072.011+=- （mm ）
b F h d s t 12(0.7+= （mm ） 2. 船底为纵骨架式时
b F L sE t )230(043.011+=- （mm ） b F h d s t )(6.512+= （mm ）
式中：s —肋骨间距和纵骨间距，m 。计算时，取值不小于（×6L+）m ；
d —吃水，m ；
L —船长，m ，计算时，横骨架式L 不大于200m ，纵骨架式L 不
大于190m ；
h 1—h 1=，计算时取值不大于;
C —系数，,42041.0+?=L C 当L ＜90m 时
,)100
300(
75.102
/3L C --= 当90≤L ≤300m E —22
1S
s E +=，其中S 为船底桁材或龙骨间距，m;
b F —折减系数，[]
σσb
b F =
，b σ为龙骨处的总纵弯曲应力，N/mm 2，[]σ—弯曲许用应力，N/mm 2；对于外板应不小于，对于船长小于65m 的船
舶b F =1。
平板龙骨
平板龙骨的厚度规范规定不小于船底板的厚度加2mm 。并同时规定，平板龙骨的宽度b 应在整个船长内保持不变，而且应不小于按下式计算值：
B=900+ (mm)
式中L 为船长，m 。另外，平板龙骨的宽度不必大于1800mm 。
舭列板
舭列板厚度均应不小于相邻的船底板厚度.当船底和舷侧采用纵骨架式且舭部不设纵骨时，该处的横向强力构件或相当舭肘板的间距S 不超过下值
r
t
Dr
t S 2
6
10
8?= （mm ） 式中：D —型深，m ；
r —舭部半径，mm ；
t —舭列板厚度，mm ，应满足于t ≥r/165，t ≥t 1。 其中t 1是与舭列板相邻船底板的厚度，mm 。
舷侧外板
舷侧为横骨架式时，船中部区域内舷侧外板厚度t 应不小于下述规定： 1. 距基线（3/4）D 以上时，应不小于
d F L s t )110(06.01+= （mm ）
22(2.4h d s t += (mm)
2. 距基线（1/4）D 以下（舭列板除外）时，应不小于下值
钢结构设计计算公式及计算用表
钢结构设计计算公式及计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构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。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 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。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40℃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，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定。 钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数），应根据钢材厚度或直径按表1采用。钢铸件的强度设计值应按表2采用。连接的强度设计值应按表3~5采用。
钢结构计算题-答案完整
《钢结构设计原理计算题》 【练习1】两块钢板采用对接焊缝（直缝）连接。钢板宽度Ｌ＝250mm ，厚度t=10mm 。钢材采用Ｑ235，焊条E43系列，手工焊，无引弧板，焊缝采用三级检验质量标准， 2/185mm N f w t =。试求连接所能承受的最大拉力?=N 解：无引弧板时，焊缝的计算长度w l 取实际长度减去2t ，即250-2*10mm 。 根据公式 w t w f t l N
【变化】若取消端焊缝，问?=N 解：上题中令03=N ，622001?-=w l ,得kN N N 344.5051==
钢结构强度稳定性计算书
钢结构强度稳定性计算书 计算依据： 1、《钢结构设计规范》GB50017-2003 一、构件受力类别： 轴心受压构件。 二、强度验算： 1、轴心受压构件的强度，可按下式计算： σ = N/A n≤ f 式中N──轴心压力,取N= 10 kN； A n──净截面面积,取A n= 298 mm2； 轴心受压构件的强度σ= N / A n = 10×103 / 298 = 33.557 N/mm2； f──钢材的抗压强度设计值，取f= 205 N/mm2； 由于轴心受压构件强度σ= 33.557 N/mm2≤承载力设计值f=205 N/mm2,故满足要求！ 2、摩擦型高强螺栓连接处的强度，按下面两式计算，取最大值： σ = (1-0.5n1/n)N/A n≤ f 式中N──轴心压力,取N= 10 kN； A n──净截面面积,取A n= 298 mm2； f──钢材的抗压强度设计值，取f= 205 N/mm2； n──在节点或拼接处，构件一端连接的高强螺栓数目,取n = 4； n1──所计算截面(最外列螺栓处)上高强螺栓数目；取n1 = 2； σ= (1-0.5×n1/n)×N/A n=(1-0.5×2/4)×10×103/298=25.168 N/mm2； σ = N/A ≤ f 式中N──轴心压力,取N= 10 kN； A──构件的毛截面面积，取A= 354 mm2； σ=N/A=10×103/354=28.249 N/mm2； 由于计算的最大强度σmax = 28.249 N/mm2≤承载力设计值=205 N/mm2,故满足要求！ 3、轴心受压构件的稳定性按下式计算： N/φA n≤ f
常见的钢结构计算公式
2-5 钢结构计算 2-5-1 钢结构计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构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。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 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。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40℃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，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定。 钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数），应根据钢材厚度或直径按表2-77采用。钢铸件的强度设计值应按表2-78采用。连接的强度设计值应按表2-79至表2-81采用。
常见的钢结构计算公式
2-5 钢结构计算 2-5-１钢结构计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏,应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q34５钢、Q390钢和Ｑ4２0钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB／Ｔ70０和《低合金高强度结构钢》GB/Ｔ159１的规定。当采用其他牌号的钢材时,尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Ｑ23５钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构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。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 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。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时,Q２３5钢和Ｑ３45钢应具有０℃Ｃ冲击韧性的合格保证;对Q3９0钢和Q4２0钢应具有-２0℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q23５钢和Q345钢应具有-2０℃冲击韧性的合格保证；对Ｑ39０钢和Ｑ４20钢应具有－４0℃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，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Ｑ3４5钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Ｑ３９0钢和Q4２0钢应具有－２0℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T53１３的规定。 钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数),应根据钢材厚度或直径按表２－77采用。钢铸件的强度设计值应按表2-78采用。连接的强度设计值应按表２-79至表2-８1采用。 钢材的强度设计值（Ｎ／ｍm2) 表2-77
钢结构计算题
1试验算焊接工字形截面柱（翼缘为焰切边），轴心压力设计值为Ｎ =4500KN ，柱的计算长度 m l l 0.6oy ox ==，Ｑ235钢材，截面无削弱。（14分） 已知 y f t b 235 )1.010(1λ+≤ y f t h 235 )5.025(0λω+≤ b 类截面 450×12 500×20
2.计算图示两侧焊连接的焊缝长度。已知N=900kN（静力荷载设计值），手工焊，焊条E43型，
3. 两钢板截面—18×400，两面用盖板连接，钢材Q235，承受轴心力设计值N=1181kN，采用M22普通C级螺栓连接，d0=23.5mm，按下图连接。试验算节点是否安全。（14分）
4. 如图所示焊接连接，采用三面围焊，承受的轴心拉力设计值。钢材为Q235B ，焊条为E43型，，试验算此连接焊缝是否满足要求。已知 （14分） KN N 1000=2 160mm N f w f =
5. 一两端铰接的拉弯杆。截面为I45a 轧制工字钢，材料用Q235钢，截面无削弱，静态荷载。试确 定作用于杆的最大轴心拉力的设计值。已知I45a 的截面特征和质量为： 2 mm 10240=A , mm 4.177=x i ， 4 6mm 1043.1?=x W ，x γ＝1.05。（14分）
6. 钢材Q235B 注： 7、验算图示采用10.9级 M20摩擦型高强度螺栓连接的承载力。已知，构件接触面喷砂处理，钢材Q235-BF ，构件接触面抗滑移系数μ＝0.45，一个螺栓的预拉力设计值P ＝155 kN 。（13分） f t
第二课 钢结构稳定及简支梁计算
第二课钢结构稳定及简支梁设计 门刚整体失稳 檩条失稳
屋面梁失稳 脚手架失稳
1、钢结构的稳定问题 与强度问题有何区别？ 强度问题针对结构或构件在稳定平衡状态下由荷载所引起的最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度。本质上是应力问题。稳定问题主要是找出外荷载与构件或结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态。属于结构或构件的整体刚度问题。 总结：强度针对构件截面而言，稳定针对整个杆件或整个结构。 钢结构稳定问题有哪些特点？ A：失稳形式多样性。凡是结构的受压部位，在设计时必须认真考虑其稳定性。比如轴心受压杆件一般存在三种失稳形式，对各种截面的失稳特性了然于心才能合理用材。 B：结构整体性，构件之间往往存在唇亡齿寒关系。因此不能单独地考究某根杆件，而应综合考察其他杆件对它的约束作用。这种约束作用要从结构的整体分析来分析，这就是稳定问题的整体性。例如：
C：相关性。 各种失稳模式的耦合、局部与整体稳定相关。 钢结构稳定计算需要注意的事项？ A：从结构整体着眼，注意一些稳定近似处理方法的适用范围 B：叠加原理不再适用。 叠加原理适用条件 a:材料服从胡克定律，应力与应变成正比。 b:结构变形很小，可以用一阶分析计算。 外延：目前主流软件弹性阶段怎么计算？ 结构设计工作中怎么把控？ 设计时应考虑三个维度：结构整体、构件稳定、板件局部稳定。 结构整体之稳定性 目前中国规范处理方法 一些大跨度空间结构需要通过几何非线性甚至双非线性计算来保证，几何非线性可采用midas gen和sap2000等实现，双非线性推荐采用ANSYS。
构件稳定性 可通过规范相关条文计算实现，重要构件建议采用有限元进行稳定性分析。 局部稳定 通过构造保证。 结构稳定设计中需要注意哪些事宜？ A：实用计算方法所依据的简图和适用性。 如：框架柱稳定计算所采用的计算长度系数是针对横梁不承受轴力的情况得出的，若横梁轴力大则需对原数据进行修正。 B：结构稳定性计算和结构布置方案相符合。 例如桁架、塔架等的构件出平面稳定性计算需注意此问题，正确确定平面外计算长度。 C：构造稳定计算和构造设计一致性。 会有不同于强度计算的一些要求。 梁的稳定问题
钢结构局部强度计算
钢结构局部强度计算
目录
绪论 船体结构设计内容是：选择合适的结构材料和结构形式，决定结构的尺寸和连接方式；在保证结构具有足够强度和安全性的前提下，使其具有最佳的技术经济性和美观性. 影响船体结构强度(结构安全性)的因素主要有两方面：载荷效应和材料性能. 长期以来，结构的安全性衡量标准都普遍采用确定性的许用应力法.该法以预先规定的某一计算载荷为基础，利用结构剖面中的计算应力σ与许用应力［σ］相比较来检验强度是否足够. 强度的分类 船体结构强度，按作用范围可分为：总强度、区域强度（甲板强度、舱壁强度、底板强度等）和局部强度. 船体结构强度，按作用形式可分为：纵向强度、横向强度和扭转强度. 载荷的分类 1. 作用在船体结构上的载荷，按其对结构的影响可分为：总体性载荷和局 部性载荷. a) 总体性载荷：是指引起整个船体变形或破坏的载荷和载荷效应.例 如：总纵弯曲的力矩，剪力，应力及纵向扭矩 b) 局部性载荷：是指引起局部结构，构件的变或破坏的载荷.例如： 水密试验的压力，设备不平衡造成的惯性力，局部振动等.另外， 货物，油，水等重力及舷外水压(静水或波浪)既能引起引起局部结 构和构件的变形或破坏，又能引起总纵弯曲，扭转甚至船的断裂. 2. 作用在船体结构上的载荷，按载荷随时间变化的性质可分为：不变载荷，
静变载荷，动变载荷和冲击载荷. a) 不变载荷：是指在作用时间内不改变其大小的载荷.例如：静水载 荷(包括静水压力，货物压力，静水弯矩等)，水密试验时的水压等. b) 静变载荷：是指载荷在作用时间内有变化，但其变化的最小周期超 过该受力结构的固有震动周期若干倍，又称准静态载荷.例如：波 浪载荷，液体货物的晃动压力，航行中的甲板上浪等. c) 动变载荷：是指在作用时间内的变化周期与所研究的结构响应的固 有振动周期同阶.例如：螺旋桨引起的脉动压力，局部结构的强迫 (机械)震动等. d) 冲击载荷：是指在非常短的时间内突然作用的载荷.例如船底砰击 （见图）. 构件变形的分类 当构件的承载能力不能满足载荷对其产生的应力时，该构件的存在形式会产 生变化.一般情况下可以分为：屈服和断裂.屈服分为压缩、拉伸和扭转变形. 许用应力与安全因数 许用应力是由材料本身决定的.比如说钢的密度(g/cm3)，抗拉强度bσ=，弹性模数E=×102 GPa. σ，称为极限应力.塑性材料的极限应力：材料丧失正常工作能力时的应力jx 极限应力为其屈服点sσ.脆性材料的极限应力为其抗拉（压）强度bσ. 许用应力：为保证构建安全工作，需有足够的安全储备，因此把极限应力除
钢结构计算26个要点
钢结构计算26个要点 1、工作平台上的检修荷载应注意对主梁（0.85）和柱（0.75）的折减； 2、钢结构强度的取值,强度的修正,以及对于轴心受拉和轴心受压的构件应取较厚构件的强度；尤其注意对接焊缝无垫板时的修正和单面连接的单角钢强度（在格构式构件中验算缀条以及在屋架桁架验算腹杆采用单角钢时） 3、变形和稳定、抗剪强度计算,采用毛截面；抗弯、抗拉、抗压强度计算采用净截面； 4、预先起拱量的计算：注意改善外观和使用条件与改善外观条件两种方式的区别； 5、在梁的抗弯强度计算时,塑性截面发展系数应注意翼缘自由外伸宽度与厚度的比值应控制在一定范围内；H型钢的表示方法（总高*翼缘总宽*腹板厚度*翼缘厚度）,型钢表示方法,数字为型钢的高度. 6、折算应力的计算点应取梁的腹板计算高度边缘处；对于局部受压计算,集中荷载作用点处如有加劲肋,局部压应力可不验算.故该处的折算应力局部压应力可取0. 7、梁的计算：强度、整体稳定、局部稳定（腹板、加劲肋的计算（横向、纵向、短向,腹板计算点的选取））；（内力、通用高厚比、临界应力） 8、组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算,梁按全截面有效确定的截面抵抗矩即最大惯性矩；
9、轴心受压强度计算应注意高强螺栓摩擦型连接的计算（同时应注意净截面的影响）；轴心受压稳定计算应注意单轴对称截面应采用换算长细比以及对应的计算高度（支撑设置的影响）； 局部稳定（翼缘和腹板的计算）,对于腹板局部稳定计算不符,可通过增设纵向加劲肋或采取有效腹板截面（仅考虑翼缘与腹板连接部分20tw,即考虑腹板屈曲后的强度）进行计算构件的强度和整体稳定,而稳定系数仍采用全部截面；同时注意受压构件与受弯构件稳定系数计算不同,对于受压稳定系数主要由截面形式和长细比控制（注意板厚对截面类别的判定影响）,受弯构件稳定系数应注意简化计算公式及相应的修正. 10、格构式构件的轴心受压计算,对实轴计算时与实腹式类似,而对虚轴须采用换算长细比；缀条、缀板的计算（轴心受压、线刚度以及连接焊缝的计算）,注意分肢的长细比计算（分肢计算长度应注意缀板与分肢的连接方式是焊缝还是螺栓的影响）和构件绕虚轴的计算；同时注意缀板有线刚度要求,即同一截面上的缀板线刚度要大于分肢线刚度的6倍； 11、用填板连接而成的双角钢或双槽钢构件,可按实腹式构件进行计算,但填板间的距离应满足要求（受压40i,两个侧向支撑点间填板间数不得少于2个；受拉80i；i为分肢回转半径）； 12、轴心受压构件支撑构件的轴力计算（支撑点位置,单根柱或多根柱、支撑道数）；
钢结构构件的强度计算
钢结构构件的强度计算 ，由[20-和[12.5槽钢相互焊接而成，为确保平台安全性和稳定性，在平台内部采用[10槽钢连接，平台面满铺胶合板，在卸料平台朝外三面采用安全栏杆，最外一面有活动安全门。并用保险钢丝绳悬挂于钢牛腿上，确保整个平台的安全。二、
悬挑钢卸料平台受力计算 计算依据《建筑施工高处作业安全技术规范》 （1）次梁计算[12.5槽钢 ①荷载计算: [12.5自重 120 N/m 铺板 400×1=400 N/m 施工活荷载 1500×1=1500 N/m 总计 Q=2020 N/m ②弯矩计算M=QL2/8=2020×32/8=2273N?m ③次梁弯曲强度f=M/WN=2273×103/62.1×103=36.6N/mm2 ④[12.5槽钢设计强度f′=215N/mm2〉f=36.6N/mm2 故[12.5槽钢强度符合要求。 ⑤次梁挠度验算 υ=5QL4/（384EI）=5×2020×304×108/（384×206×103×391.5×107）=2.6mm 而构件允许挠度[υ]=L/250=12mm>υ 故次梁变形挠度符合要求。 （2）主梁计算[20槽钢 ①荷载计算： 次梁传给主梁荷载 2020×3×5/5=6060N/m [20槽钢自重 260N/m 总计 Q=6320N/m ②弯矩计算M=QL2（1-λ2）2=6320×4.52[1-(0.5/4.5) 2] 2 =15677N.m ③主梁弯曲强度f=M/WN=15677×103/（191.4×103） =81.9Nmm2 ④[20槽钢设计强度f=215N/mm2>f=81.9N/mm2 故主梁弯曲强度符合要求 (3)钢丝绳验算 为了安全，钢平台每侧两道钢丝绳均以一道受力作验算，分别计算两道钢丝绳。外侧钢丝绳与平台的夹角α外=arctg（5.8/4.5）=52。 内侧钢丝绳与平台的夹角α内=arctg（2.9/2.5）=49。 T内=QL/（2sinα）=6320×5/(2sin49。)=20935.2KN T外=QL/（2sinα）=6320×5/(2sin52。)=20050.5KN 查手册钢丝绳的破坏张力6×37?21.5计F=243500N K内=F/T内=243500/20935.2=11.63>[K]=10 K外=F/T外=243500/20050.5=12.1>[K]=10 钢丝绳符合要求。 (4) ? 18预埋环强度验算 拉环拉力即为钢丝绳拉力F=22345N 已知: ? 18AS=254.5mm2 拉应力:Q=F/AS=22345/254.5=87.8N/mm2<[Q]=205N/mm2 拉环埋入混凝土中要满足锚固长度，并且拉环应锚入梁中。 卸料平台计算书
钢结构计算公式大全
枸件类别 计算内容 强 a 稳定系数的取值 应能承受F 式计與的剪力 单向弯曲为重点 P55,P79 整体穩宦 受弯构件 （受压巽缘扭转受別约 同部毘宦 轴心覺 压构件 局部承压强度 （腹部计算高 度上边繳） 轴心豈 拉构件 P107 相关 公式 抗剪强度（主平 面內实腹枸俘） 抗弯强度（主平 面内实腹构件｝ 格构式构件对虚轴的长细 比应取换卵掠堆比 格构式构件，剪力计应 由舉受 该剪力的織材面分掲 当梁上■缘受有沿覘坂平閒作用的冀中荷敷，且 谏荷载处 又未设胃:支承加劲肋时： 密v r 叭=斤W f P62 P63 束）或-^>150 /丽兀（受压翼缘扭转未受到 約束时）；应區置横向加劲肋和在弯曲应力较大区 格的受压区配置纵向拥劲肋，必要吋尚应在受压区 配置短加劲肋，并计算加劲肋的阿距 （4） 任何惜况下’ A 0/r,均不应超ii 250 7235//, （5） 在梁的支座处和上翼缘受有较大囲定集中荷戦 处.宜 设置支承加劲肋 钢结构计算公式大全 1 ?构件的强度和稳定性计算公式（表 2-93） 对组合姪的腹板 （1）当严w 盹力5琢肘『对无局部压应力的 梁，可不〕配 毘如劲肋,对有局部压应力的逛.直按 构造配置橫向加劲肋 剪 力 备 注 槌 定 强 度 （2） 当-^>80 “35仏时: 应配童橫向加劲肋.幷计并Ml 劲肋的间距 （3） 170 同轴心受拉构件 ｛冥腹丈） 计—算 公 贰 摩擦熨商强度螺腔连接蛀： （7 =弓 S （I ）在最大刚度主平面内壁弯的构件： ⑵在崎牛主平面受弯的工宇形或H 形截面构件 如+旦—
计算内容 计 注 构件类别 序号 ⑴ ⑵ 弯矩柞用平面外的緻定性 如何验算 定 稳 N 欢迎下 载 2 较少遇到的 情况 P78 P80例题 2 EA/ (1?询 拉弯、压 弯构件 强 度 （彎拒作用裡 主平面内） 公 式 （4）與肢格构式压弯构件『弯矩作用在两个主平面 内 心）按聂体计算 N 曲换算长细比确定 Wz ——对强赠和弱 雜的毛截面抵抗矩 眄弼ly N"赢=以￡4/ (LUJ) （1）实腹式压弯构件：弯矩作用在对称轴平面内 （绕龙轴｝ 弯矩作用平面内的穗定性 斗 __________ — M 人评」1-0.8777^; M + n 飪陷j （2）格梅式压弯构件 （d ）弯距绕虚轴厲紬｝作用： 弯矩作用平面内的整体稳定性’ jy _ ______ ” # M 砂』一喘） 弯矩作用平面外的靈体穗定性，不必计算卜但应计算 分肢的稳定性’分肢的轴心力应按桁架的約计算 M 弯 矩绕实轴作用； 弯矩作用平面内的整棒穗定性； 计算同实腹式压鸾构件 弯矩作用平面外的整体稳定性； 计算同实復式压弯构件，长细比取换算长细比. 列取i 』 火3｝双轴对称实腹式工字形和箱形截面压弯构件I 弯矩作用在两个主平面内 承受静力荷載或间摟承受动力荷裁 —如+旦— A 0 - y x w n - Vy w^ 0 7 希计算疲劳的拉弯、压彎构件’ 冏上式。取7 = r r =bo
钢结构计算公式-大全
钢结构计算公式汇总 第一章：钢结构连接计算公式总汇 一．焊接连接 1．对接焊缝连接 （1） 钢板 or w v w w t w w w c w t w f t l V f t l N t l M f f t l N ≤= ≤+=≤=5.16,/2τσσ （2） 工字形钢 w t eq w v w w w t w w v w w w t w w f f t I VS f I h M f t I VS f A N W M 1.13221210 11010 ≤+=≤=≤=≤=≤+=τσστστσ 2．角焊缝连接 （1） 侧焊缝 (N) w f w f f f l h N ≤=∑)7.0/(τ （2） 端焊缝 (N) w f w f f f f l h N ≤=∑)7.0/(βτ （3） 斜焊缝 (Nx, Ny) 3/sin 1/1)7.0/(2θββτθθ-=≤=∑f w f w f f f f l h N （4） 围焊缝（N ） w f w f f f f l h N ≤=∑)7.0/(βτ （5） 角钢围焊缝 (N) )7.02/(2/) 7.02/(2/23221311w f f f w f w f f f w f f N k b h l h f N k b h l h ?=+?=+ββ
or ) 7.02/(2/) 7.02/(2/231311w f f f w f f f w f f N k b h f N k b h l h ?=?=+ββ （6） 角焊缝（M, N, V ） f A M fAz I My /=σ f B M fBz I My /=σ f C M fCz I My /=σ f D M fDz I My /=σ fw V fwy f N fz A V A N //==τσ w f V fwy f M CDz N fz w f V fwy f M fCz N fz w f f M fBz N fz w f f M fAz N fz f f f f ≤++≤++≤+≤+222222/)(/)(/)(/)(τβσστβσσβσσβσσ （7） 角焊缝 (Fx, Fy, T) w f f F fy T fAy F fx T fAx f y F fy f x F fx fp A T fAy fp A T fAx f A F A F I Tx I Ty y x y x ≤+++====222/)()(////βττττττττ 二．螺栓连接 1．普通螺栓连接 （1） 抗剪螺栓 7.0)150/(1.1) ,min()4/(01min 2≥-==??==∑d l N N N f t d N f d n N b c b v b v b c b c b v v b v βπ