钢结构复习资料

钢结构的主要结构形式和构件形式

1.刚框架结构：由竖向钢柱和横向钢梁构成的框格式结构体系（平面框架结构、空间框架结构、支撑-框架结构）

刚桁架结构：主要由轴心受力构件构成的单向格构式梁（平面桁架和空间桁架）刚网架结构：主要由轴心受力构件构成的空间格构式平板结构；如网壳

悬索结构：主要由受拉柔索构成的结构；排架结构；钢架结构；

预应力结构：通过施加一定预应力以改善结构性能，更有效地发挥刚材性能2.构件：受力特点→轴心受力构件、受弯构件、拉弯及压弯构件

引起钢材脆性破坏的因素及预防措施

①化学成分：N、P使钢材冷脆，O、S使钢材热脆

②温度：高温热脆，低温冷脆③冶金缺陷：非金属杂质，裂纹起层

④冷作硬化⑤时效硬化⑥应力集中

直接因素：裂纹尺寸、作用应力的大小和方式和材料的韧性

①尽量减小初始裂纹尺寸，避免在处理过程中形成类似于裂纹的间隙；

②注意选择和制订焊接工艺，减小不利残余应力；

③进行合理细部构造设计，避免截面的急变及出现凹角，避免构造应力集中；

④选择适用钢材，使构造具有足够韧性；

⑤设计合理的结构形式；

⑥对结构和构件的拼装应采用合理的工艺顺序，提高精度，减少焊接和装配残力；

⑦建立必要的使用维修规定和措施。

钢材主要力学指标和测量方法

塑性：屈服点、抗拉强度、伸长率通过标准试件的拉伸试验确定

冲击韧性：冲击试验确定，采用V形缺口的标准试件，在冲击试验机上冲击使试件断裂，测量相应的冲击功，作为反应冲击韧性的指标

冷弯性能：由冷弯试验确定

影响钢材性能的主要化学元素及碳硫磷对钢材性能的影响

基本元素：铁、碳；有益元素：錳硅钒铌钛铝鉻镍；有害元素：硫磷氧氮；碳：形成钢材强度的主要成分，碳的含量提高，则刚材强度提高，同时塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降；

硫：属于杂质，能生成易熔化的硫化铁，热加工及焊接使温度达到800~1000℃时，可能出现裂纹，称为热脆。降低冲击韧性，影响疲劳性能和抗锈蚀能力；磷：既是有害元素也是能利用的合金元素，低温下使钢变脆，称为冷脆，高温时降低钢材塑性，但提高钢材强度和抗锈蚀能力。

影响钢材性能的主要因素及钢材选用原则

主要因素：化学成分的影响（有害元素：硫磷氧氮）、冶炼和轧制过程的影响（冶炼、浇铸和轧制）、制作加工、安装和使用过程的影响（热处理、钢材硬化和温度的影响）；

选用原则：既要保证结构安全可靠，又要做到用料经济合理，需考虑因素：结构重要性、荷载性质、连接方法、结构工作环境、钢材厚度

角焊缝的主要构造形式和构造要求

角焊缝分为正面角焊缝和侧面角焊缝，角焊缝沿长度方向有连续和断续两种形式，角焊缝按截面形式可以分为直角角焊缝和斜角角焊缝。

构造要求：最小焊脚尺寸；最大焊脚尺寸；最小焊缝长度；侧门角焊缝的最大计算长度；搭接连接的构造要求；角焊缝主要构造要求是焊脚尺寸hf和焊缝长度

焊缝起落狐缺陷考虑

在每条焊缝的两端常因焊接时起弧、落弧的影响而出现弧坑、未熔透等缺陷，称为焊口，形成类裂纹并引起应力集中。

1.有条件时应在两端设置引弧板，焊后将其切除，并修磨平整。

2.做不到时，每条焊缝取实际长度减去2t（较薄焊件厚度）

普通螺栓受剪破坏形势及避免方法

a当螺栓直径较小，被连接的钢板厚度较大时，螺栓杆可能被剪断；b螺栓直径较大，被连接的钢板较薄时，钢板可能被挤坏；c当构件开口较多使截面削弱较大时，构件可能被拉断；d当螺栓孔距板端距离较小时，板端可能发生冲剪破坏；e当被连接的钢板太厚，而螺栓杆较细时，可能发生螺栓杆弯曲破坏。

abc三种破坏形式可通过计算避免；d种破坏形式可通过构造要求避免；e种破坏可通过限制板叠厚度不超过五倍螺栓杆径来避免。

螺栓排列间距为什么要规定最大和最小容许距离

①受力要求：螺栓的端距不应小于2d0（螺栓孔径）。太小时，钢板端部有冲剪破坏的可能。对于受拉构件，各排螺栓的栓距和线距都不能过小，以免使螺栓周围应力集中相互影响；并且对钢板的截面削弱过多，构件有沿折线或直线破坏的可能；两孔之间的钢板也有被螺栓撕裂的可能。对于受压构件，沿作用力方向的栓距不能过大，否则在被连接的板件间容易发生压屈鼓肚现象。

②构造要求：当螺栓的栓距及线距过大时，被连接板件的接触就不够紧密，潮气就会侵入板件间的缝隙内，使钢材锈蚀。

③施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓扳手。

轴心受压构件整体失稳破坏形式有哪些？弯曲失稳，扭转失稳，弯扭失稳

影响轴心受压构件整体性稳定的因素及如何影响

①初弯曲的影响②荷载初偏心的影响③残余应力的影响④材料的不均匀性影对格构式轴心受压构件绕虚轴整体失稳计算时，为什么要用换算长细比？

当绕虚轴丧失整体稳定性时，构件产生的剪力要由比较柔弱的缀材承受，由横向剪力引起的构件变形较大，稳定承载力比同样参数的实腹式构件低，因此计算格构式轴心受压构件绕虚轴的稳定承载力，不能忽略剪切变形的影响，为考虑剪切变形的影响，故采用换算长细比。

实腹式轴压腹板的局部稳定的计算公式？当局部稳定不满足要求时的措施？

ho/tw≤（25+0.5λ）√（235/fy）

①加大腹板厚度②增设加筋肋，减小腹板高度③计算式取有效截面

影响梁整体稳定性的因素及其规律

1.截面侧向抗弯刚度EIy、扭转刚度GIt和翘曲刚度EIw越大，临界弯矩越大，整体稳定性越好

2.受压翼缘自由长度l1越小，则整体稳定性越好

3.荷载作用类型，弯矩分布图形越饱满，受压翼缘应力分布越均匀，相邻截面之间相互支持作用越小，对梁的整体稳定性越不利，均载时较好，集中荷载更好

4.梁端支座对截面的约束，对截面y轴的转动约束程度越大，梁的整稳性越好

5.横向荷载沿梁截面高度方向的作用点位置，当荷载作用在上翼缘时荷载对梁截面的转动有促进作用，加速梁的整体失稳；反之，延缓梁的整体失稳

6.By值越大，临界弯矩越大

7.残余应力等初始缺陷会降低梁的稳定性

为提高梁的整体稳定性，设计时应采取哪些措施

1.在受压翼缘设置侧向支撑，即减小自由长度（最有效）

2.增加受压翼缘的宽度（同时，由于局部稳定的要求，其厚度也会相应增加）

3.改变荷载作用位置，改到下翼缘

*压弯构件的破坏形式

实腹式单向压弯构件整体破坏：弯矩作用面内弯曲破坏；作用面外弯扭破坏格构式压弯构件：整体失稳破坏、单肢失稳破坏、连接单肢的缀材及连接破坏实腹式轴心受压构件需要做哪些验算？

①强度验算：保证构件净截面上的平均应力σ不超过钢材的强度，

设计值f=＞σ=N/An≤f

②刚度验算：用长细比来控制λ=lo/i≤[λ]

③稳定性验算：临街应力小于钢材屈服强度的标准值σcr=Ncr/N≤fy

受弯构件的强度计算的内容有那些？

①抗弯强度：

11.压弯构件主要破坏形式

①实腹式单向压弯构件整体破坏：强度破坏、弯矩作用平面内整体失稳、弯矩作用平面外整体失稳

②实腹式双向压弯构件破坏：一般均为整体失稳破坏

③组成压弯构件的板件可能部分全部受压，若受压板件发生屈曲将导致受压构件整体承载力下降或出现破坏

④格构式压弯构件可能出现整体失稳破坏、单肢失稳破坏、链接单肢的缀材及连接破坏

12.钢材的力学性能

屈服强度：钢材单向拉伸应力—应变曲线中屈服平台对应的强度

抗拉强度：单向拉伸应力—应变曲线中最高点所对应的强度,它是钢材所能承受的最大应力值；

伸长率：伸长率是试件断裂时的永久变形与原标定长度的百分比；

冷弯性能：根据试样厚度，在常温条件下按照规定的弯心直径将试样弯曲180°，其表面无裂纹和分层即为冷弯合格；

冲击韧性：冲击韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。

14.影响轴心受压构件稳定性的因素，失稳有哪些形式及其验算

因素：残余应力、初弯曲、荷载的偶然偏心；

整体失稳：弯曲失稳、扭转失稳、弯扭失稳、初始缺陷对失稳也有影响；

局部失稳：平面内和平面外失稳；

验算：强度、刚度、整体稳定、局部稳定验算。

14.角焊缝的主要构造要求

角焊缝的最小焊脚尺寸hf不得小于1.5,t为较厚焊件厚度。

角焊缝的最大焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍。

(2)当板件边缘的较大角焊缝与板件边缘等厚时①当t≤6mm时，hf≤t②当hf＞t-（1-2）mm。

(3)角焊缝的计算长度不得小于8hf和40mm。

(4)侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf，当大于上述数值时，其超出部分在计算中不予考虑。若内力沿侧面角焊缝全长分布时，其计算长度不受此限。(5)每条侧面角焊缝的长度不宜小于两侧角焊缝之间的距离，即Lw≥b，两侧面角焊缝之间的距离b不宜大于16t（当t＞12mm）或190mm（当t≤12mm），t为较薄焊件厚度。搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于25mm。

钢结构的主要结构形式和构件形式

1.刚框架结构：由竖向钢柱和横向钢梁构成的框格式结构体系（平面框架结构、空间框架结构、支撑-框架结构）

刚桁架结构：主要由轴心受力构件构成的单向格构式梁（平面桁架和空间桁架）刚网架结构：主要由轴心受力构件构成的空间格构式平板结构；如网壳

悬索结构：主要由受拉柔索构成的结构；排架结构；钢架结构；

预应力结构：通过施加一定预应力以改善结构性能，更有效地发挥刚材性能3.构件：受力特点→轴心受力构件、受弯构件、拉弯及压弯构件

引起钢材脆性破坏的因素及预防措施

①化学成分：N、P使钢材冷脆，O、S使钢材热脆

②温度：高温热脆，低温冷脆③冶金缺陷：非金属杂质，裂纹起层

④冷作硬化⑤时效硬化⑥应力集中

直接因素：裂纹尺寸、作用应力的大小和方式和材料的韧性

①尽量减小初始裂纹尺寸，避免在处理过程中形成类似于裂纹的间隙；

②注意选择和制订焊接工艺，减小不利残余应力；

③进行合理细部构造设计，避免截面的急变及出现凹角，避免构造应力集中；

④选择适用钢材，使构造具有足够韧性；

⑤设计合理的结构形式；

⑥对结构和构件的拼装应采用合理的工艺顺序，提高精度，减少焊接和装配残力；

⑦建立必要的使用维修规定和措施。

钢材主要力学指标和测量方法

塑性：屈服点、抗拉强度、伸长率通过标准试件的拉伸试验确定

冲击韧性：冲击试验确定，采用V形缺口的标准试件，在冲击试验机上冲击使试件断裂，测量相应的冲击功，作为反应冲击韧性的指标

冷弯性能：由冷弯试验确定

影响钢材性能的主要化学元素及碳硫磷对钢材性能的影响

基本元素：铁、碳；有益元素：錳硅钒铌钛铝鉻镍；有害元素：硫磷氧氮；碳：形成钢材强度的主要成分，碳的含量提高，则刚材强度提高，同时塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降；

硫：属于杂质，能生成易熔化的硫化铁，热加工及焊接使温度达到800~1000℃时，可能出现裂纹，称为热脆。降低冲击韧性，影响疲劳性能和抗锈蚀能力；磷：既是有害元素也是能利用的合金元素，低温下使钢变脆，称为冷脆，高温时降低钢材塑性，但提高钢材强度和抗锈蚀能力。

影响钢材性能的主要因素及钢材选用原则

主要因素：化学成分的影响（有害元素：硫磷氧氮）、冶炼和轧制过程的影响（冶炼、浇铸和轧制）、制作加工、安装和使用过程的影响（热处理、钢材硬化和温度的影响）；

选用原则：既要保证结构安全可靠，又要做到用料经济合理，需考虑因素：结构重要性、荷载性质、连接方法、结构工作环境、钢材厚度

角焊缝的主要构造形式和构造要求

角焊缝分为正面角焊缝和侧面角焊缝，角焊缝沿长度方向有连续和断续两种形式，角焊缝按截面形式可以分为直角角焊缝和斜角角焊缝。

构造要求：最小焊脚尺寸；最大焊脚尺寸；最小焊缝长度；侧门角焊缝的最大计算长度；搭接连接的构造要求；角焊缝主要构造要求是焊脚尺寸hf和焊缝长度

焊缝起落狐缺陷考虑

在每条焊缝的两端常因焊接时起弧、落弧的影响而出现弧坑、未熔透等缺陷，称为焊口，形成类裂纹并引起应力集中。

1.有条件时应在两端设置引弧板，焊后将其切除，并修磨平整。

2.做不到时，每条焊缝取实际长度减去2t（较薄焊件厚度）

普通螺栓受剪破坏形势及避免方法

a当螺栓直径较小，被连接的钢板厚度较大时，螺栓杆可能被剪断；b螺栓直径较大，被连接的钢板较薄时，钢板可能被挤坏；c当构件开口较多使截面削弱较大时，构件可能被拉断；d当螺栓孔距板端距离较小时，板端可能发生冲剪破坏；e当被连接的钢板太厚，而螺栓杆较细时，可能发生螺栓杆弯曲破坏。

abc三种破坏形式可通过计算避免；d种破坏形式可通过构造要求避免；e种破坏可通过限制板叠厚度不超过五倍螺栓杆径来避免。

螺栓排列间距为什么要规定最大和最小容许距离

①受力要求：螺栓的端距不应小于2d0（螺栓孔径）。太小时，钢板端部有冲剪破坏的可能。对于受拉构件，各排螺栓的栓距和线距都不能过小，以免使螺栓周围应力集中相互影响；并且对钢板的截面削弱过多，构件有沿折线或直线破坏的可能；两孔之间的钢板也有被螺栓撕裂的可能。对于受压构件，沿作用力方向的栓距不能过大，否则在被连接的板件间容易发生压屈鼓肚现象。

②构造要求：当螺栓的栓距及线距过大时，被连接板件的接触就不够紧密，潮气就会侵入板件间的缝隙内，使钢材锈蚀。

③施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓扳手。

轴心受压构件整体失稳破坏形式有哪些？弯曲失稳，扭转失稳，弯扭失稳

影响轴心受压构件整体性稳定的因素及如何影响

①初弯曲的影响②荷载初偏心的影响③残余应力的影响④材料的不均匀性影对格构式轴心受压构件绕虚轴整体失稳计算时，为什么要用换算长细比？

当绕虚轴丧失整体稳定性时，构件产生的剪力要由比较柔弱的缀材承受，由横向剪力引起的构件变形较大，稳定承载力比同样参数的实腹式构件低，因此计算格构式轴心受压构件绕虚轴的稳定承载力，不能忽略剪切变形的影响，为考虑剪切变形的影响，故采用换算长细比。

实腹式轴压腹板的局部稳定的计算公式？当局部稳定不满足要求时的措施？

ho/tw≤（25+0.5λ）√（235/fy）

①加大腹板厚度②增设加筋肋，减小腹板高度③计算式取有效截面

影响梁整体稳定性的因素及其规律

1.截面侧向抗弯刚度EIy、扭转刚度GIt和翘曲刚度EIw越大，临界弯矩越大，整体稳定性越好

2.受压翼缘自由长度l1越小，则整体稳定性越好

3.荷载作用类型，弯矩分布图形越饱满，受压翼缘应力分布越均匀，相邻截面之间相互支持作用越小，对梁的整体稳定性越不利，均载时较好，集中荷载更好

4.梁端支座对截面的约束，对截面y轴的转动约束程度越大，梁的整稳性越好

5.横向荷载沿梁截面高度方向的作用点位置，当荷载作用在上翼缘时荷载对梁截面的转动有促进作用，加速梁的整体失稳；反之，延缓梁的整体失稳

6.By值越大，临界弯矩越大

7.残余应力等初始缺陷会降低梁的稳定性

为提高梁的整体稳定性，设计时应采取哪些措施

3.在受压翼缘设置侧向支撑，即减小自由长度（最有效）

4.增加受压翼缘的宽度（同时，由于局部稳定的要求，其厚度也会相应增加）3.改变荷载作用位置，改到下翼缘

*压弯构件的破坏形式

实腹式单向压弯构件整体破坏：弯矩作用面内弯曲破坏；作用面外弯扭破坏格构式压弯构件：整体失稳破坏、单肢失稳破坏、连接单肢的缀材及连接破坏实腹式轴心受压构件需要做哪些验算？

①强度验算：保证构件净截面上的平均应力σ不超过钢材的强度，

设计值f=＞σ=N/An≤f

②刚度验算：用长细比来控制λ=lo/i≤[λ]

③稳定性验算：临街应力小于钢材屈服强度的标准值σcr=Ncr/N≤fy

受弯构件的强度计算的内容有那些？

①抗弯强度：

11.压弯构件主要破坏形式

①实腹式单向压弯构件整体破坏：强度破坏、弯矩作用平面内整体失稳、弯矩作用平面外整体失稳

②实腹式双向压弯构件破坏：一般均为整体失稳破坏

③组成压弯构件的板件可能部分全部受压，若受压板件发生屈曲将导致受压构件整体承载力下降或出现破坏

④格构式压弯构件可能出现整体失稳破坏、单肢失稳破坏、链接单肢的缀材及连接破坏

12.钢材的力学性能

屈服强度：钢材单向拉伸应力—应变曲线中屈服平台对应的强度

抗拉强度：单向拉伸应力—应变曲线中最高点所对应的强度,它是钢材所能承受的最大应力值；

伸长率：伸长率是试件断裂时的永久变形与原标定长度的百分比；

冷弯性能：根据试样厚度，在常温条件下按照规定的弯心直径将试样弯曲180°，其表面无裂纹和分层即为冷弯合格；

冲击韧性：冲击韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。

14.影响轴心受压构件稳定性的因素，失稳有哪些形式及其验算

因素：残余应力、初弯曲、荷载的偶然偏心；

整体失稳：弯曲失稳、扭转失稳、弯扭失稳、初始缺陷对失稳也有影响；

局部失稳：平面内和平面外失稳；

验算：强度、刚度、整体稳定、局部稳定验算。

14.角焊缝的主要构造要求

角焊缝的最小焊脚尺寸hf不得小于1.5,t为较厚焊件厚度。

角焊缝的最大焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍。

(2)当板件边缘的较大角焊缝与板件边缘等厚时①当t≤6mm时，hf≤t②当hf＞t-（1-2）mm。

(3)角焊缝的计算长度不得小于8hf和40mm。

(4)侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf，当大于上述数值时，其超出部分在计算中不予考虑。若内力沿侧面角焊缝全长分布时，其计算长度不受此限。(5)每条侧面角焊缝的长度不宜小于两侧角焊缝之间的距离，即Lw≥b，两侧面角焊缝之间的距离b不宜大于16t（当t＞12mm）或190mm（当t≤12mm），t为较薄焊件厚度。搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于25mm。