鋼結構基礎

1、鋼結構基礎,西安建筑科技大學,(工程管理專業(yè)),1 概率極限狀態(tài)設計法和疲勞設計的容許應力法,1 概率極限狀態(tài)設計法和疲勞設計的容許應力法,,1.1 結構的極限狀態(tài) 當整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求時，此特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。 承載能力極限狀態(tài) 對應于結構或構件達到最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形 正常使用極限狀態(tài) 對

2、應于結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值 結構的工作性能可用結構的功能函數(shù)Z來描述，設計結構時可取荷載效應S和結構抗力R兩個基本隨機變量來表達結構的功能函數(shù)，即Z=g（R，S）＝R－S （1-1）顯然，Z是隨機變量，有以下三種情況：Z＞0 結構處于可靠狀態(tài)；Z＝0 結構達到極限狀態(tài)；Z＜0 結構處于失效狀態(tài)?？梢姡Y構的極限狀態(tài)是結構由可靠轉變?yōu)槭У呐R界狀態(tài)。由于R和S受到許多隨機性因素影

3、響而具有不確定性， Z≥0不是必然性的事件。因此科學的設計方法是以概率為基礎來度量結構的可靠性。1.2 可靠度 按照概率極限狀態(tài)設計法，結構的可靠度定義為結構在規(guī)定的時間內，規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率?！巴瓿深A定功能”指對某項規(guī)定功能而言結構不失效。結構在規(guī)定的設計使用年限內應滿足的功能有：,(1) 在正常施工和正常使用時，能承受可能出現(xiàn)的各種作用； (2) 在正常使用時具有良好的工作性能； (3

4、) 在正常維護下具有足夠的耐久性； (4) 在設計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。 規(guī)定的設計使用年限（設計基準期）是指設計規(guī)定的結構或結構構件不需進行大修即可按其預定目使用的年限。大陸規(guī)范規(guī)定建筑結構的設計基準期為50年。 若以Pr表示結構的可靠度，則有Pr=P（Z≥0） （1-2） 記Pf為結構的失效概率，則

5、有Pf=P（Z<0） （1-3） 顯然 Pr= 1－Pf （1-4） 因此結構可靠度的計算可轉換為失效概率的計算?？煽康慕Y構設計指的是使失效概率小到可以接受程度的設計，絕對可靠的結構（失效概率等于零）是

6、不存在的。由于與Z有關的多種影響因素都是不確定的，其概率分布很難求得，目前只能用近似概率設計方法，同時采用可靠指標表示失效概率。 1.3 可靠指標 為了使結構達到安全可靠與經(jīng)濟上的最佳平衡，必須選擇一個結構的最優(yōu)失效概率或目標可靠指標?？刹捎谩靶史ā鼻蟮?。即通過對原有規(guī)范作反演分析，找出隱含在現(xiàn)有工程中相應的可靠指標值，經(jīng)過綜合分析，確定設計規(guī)范采用的目標可靠指標值?！督ㄖY構設計統(tǒng)一標準》規(guī)定結構構件可靠指標

7、不應小于表1-1中的規(guī)定。鋼結構連接的承載能力極限狀態(tài)經(jīng)常是強度破壞而不是屈服，可靠指標應比構件為高，一般推薦用4.5。表1－1,1 概率極限狀態(tài)設計法和疲勞設計的容許應力法,,1.4 極限狀態(tài)設計表達式 除疲勞計算外，鋼結構設計規(guī)范采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法，用分項系數(shù)的設計表達式進行計算 (1) 對于承載能力極限狀態(tài)，結構構件應采用荷載效應的基本組合和偶然組合進行設計 基本組合 按下列

8、極限狀態(tài)設計表達式中最不利值確定 由可變荷載效應控制的組合： （1-5） 由永久荷載效應控制的組合：

9、 （1-6） ?0——結構重要性系數(shù)，按下列規(guī)定采用：對安全等級為一級或設計使用年限為100年及以上的 結構構件，不應小于1.1；對安全等級為二級或設計使用年限為50年的結構構件，不應小于 1.0；對安全等級為三級或設計使用年限為5年的結構構件，不應小于0.9；?G——永久荷載分項系數(shù)，應按下列規(guī)定采用：當永久荷載效應對結構構件的承載能力不利時，對 由可變荷載效應

10、控制的組合應取1.2，對由永久荷載效應控制的組合應取1.35；當永久荷載 效應對結構構件的承載能力有利時，一般情況下取1.0；?Q1, ?Qi——第1個和第i個可變荷載分項系數(shù)，應按下列規(guī)定采用：當可變荷載效應對結構構件的承 載能力不利時，在一般情況下應取1.4，對標準值大于4.0kN/m2的工業(yè)房屋樓面結構的活荷載 取1.3；當可變荷載效應對結構構件的承載能力有利時，應取為0； S——

11、永久荷載標準值的效應；,1 概率極限狀態(tài)設計法和疲勞設計的容許應力法,,,SQ1k——在基本組合中起控制作用的第1個可變荷載標準值的效應； SQik——第i個可變荷載標準值的效應； ?ci——第i個可變荷載的組合值系數(shù)，其值不應大于1； R——結構構件的抗力設計值，R=Rk/?R，Rk為結構構件抗力標準值，?R為抗力分項系數(shù)，對于Q235 鋼，?R=1.087；對于Q345、Q390和Q42

12、0鋼，?R=1.111。 對于一般排架、框架結構，可以采用簡化設計表達式： 由可變荷載效應控制的組合： （1-7） ?——簡化設計表達式中采用的荷載組合系數(shù)，一般

13、情況下可取?=0.9，當只有一個可變 荷載時，取?=1.0。 由永久荷載效應控制的組合仍按式（1-6）計算。 偶然組合 對于偶然組合，極限狀態(tài)設計表達式宜按下列原則確定：偶然作用的代表值不乘以分項系數(shù)；與偶然作用同時出現(xiàn)的可變荷載，應根據(jù)觀測資料和工作經(jīng)驗采用適當?shù)拇碇怠?2) 對于正常使用極限狀態(tài)，結構構件根據(jù)不同設計目的，分別選用荷載效應的標準組合、頻遇組合和準永久組合進行設計，使變形、

14、裂縫等荷載效應的設計值符合下式的要求：Sd≤C （1-8） Sd——變形、裂縫等荷載效應的設計值； C——設計對變形、裂縫等規(guī)定的相應限值。,1 概率極限狀態(tài)設計法和疲勞設計的容許應力法,,鋼結構的正常使用極限狀態(tài)只涉及變形驗算，僅需考慮荷載的標準組合： （1-9）,1 概率極限狀態(tài)設計法和疲勞設計的容許應力法,,1.5 鋼結構的疲勞計算,疲勞斷裂的概念 鋼結構的

15、疲勞斷裂是裂紋在連續(xù)重復荷載作用下不斷擴展以至斷裂的脆性破壞。疲勞破壞經(jīng)歷三個階段：裂紋的形成，裂紋的緩慢擴展和最后迅速斷裂。與疲勞破壞有關的幾個概念 應力集中 應力循環(huán)特征 連續(xù)重復荷載之下應力從最大到最小重復一周叫做一個循環(huán)。應力循環(huán)特征常用應力比來表示，拉應力取正值，壓應力取負值。應力幅 應力幅表示應力變化的幅度，用△? =?max- ?min表示，應力幅總是正值。,1 概率極限狀態(tài)設計法和疲勞設計的容許應力法,,疲勞

16、壽命（致?lián)p循環(huán)次數(shù)） 疲勞壽命指在連續(xù)反復荷載作用下應力的循環(huán)次數(shù)，一般用n表示。（1）疲勞曲線（??—n曲線）,(1-11),1 概率極限狀態(tài)設計法和疲勞設計的容許應力法,,1 概率極限狀態(tài)設計法和疲勞設計的容許應力法,,1 概率極限狀態(tài)設計法和疲勞設計的容許應力法,,大,陸,,2 鋼結構材料,2.1 結構鋼材的破壞形式: 塑性破壞 脆性破壞 2.2 鋼結構對鋼材性能的要求 (1) 較高的強度:

17、 屈服強度（屈服點）fy和抗拉強度fu (2) 良好的塑性 : 伸長率 鋼材拉伸圖 (3) 韌性好 :沖擊韌性值Cv 沖擊韌性圖 (4) 可焊性好 (5) 合格的冷彎性能 2.3 影響鋼材性能的主要因素 (1) 化學成分 鋼材由各種化學成分組成的，其基本元素為鐵（Fe），碳素結構鋼中鐵占99%。碳和其它元素僅占1%，但對鋼材的性能有著決定性的影響。普通低合金鋼中還含有

18、低于5%的合金元素。,2 鋼結構材料,,碳（C） 、硫（S） 、磷（P） 、氧（O）和氮（N） 、錳（Mn） 、硅（Si）,(2) 冶煉、軋制、熱處理 (3) 鋼材的硬化 時效硬化 冷作硬化 (4) 溫度的影響 (5) 復雜應力狀態(tài) (6) 應力集中 (7) 反復荷載作用 2.4 結構鋼材種類及其選擇 (1) 鋼材的種類和牌號

19、 碳素結構鋼的牌號由代表屈服點的字母Q、屈服點的數(shù)值（N/mm2）、質量等級符號和脫氧方法符號等四個部分按順序組成。如Q235－AF表示屈服強度為235N／mm2的A級沸騰鋼；Q235-Bb表示屈服強度為235N／mm2的B級半鎮(zhèn)靜鋼；Q235-C表示屈服強度為235N／mm2的C級鎮(zhèn)靜鋼。 低合金高強度結構鋼 低合金鋼是在冶煉過程中添加一種或幾種少量合金元素，其總量低于5％的鋼材。其牌號與碳素結構

20、鋼牌號的表示方法相同，常用的低合金鋼有Q345、Q390、Q420等。,2 鋼結構材料,,低合金鋼的脫氧方法為鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼。 Q345-B表示屈服強度為345N／mm2的B級鎮(zhèn)靜鋼；Q390－D表示屈服強度為390N／mm2的D級特殊鎮(zhèn)靜鋼。 碳素結構鋼和低合金鋼都可以采取適當?shù)臒崽幚?如調質處理)進一步提高其強度。例如用于制造高強度螺栓的45號優(yōu)質碳素鋼以及40硼（40B）、20錳鈦硼（2

21、0MnTiB）就是通過調質處理提高強度的。 (2) 鋼材的選用原則 鋼材選用的原則是既要使結構安全可靠和滿足使用要求，又要最大可能節(jié)約鋼材和降低造價。為保證承重結構的承載力和防止在一定條件下可能出現(xiàn)的脆性破壞，應綜合考慮下列因素：結構的重要性、荷載的性質、連接方法、結構的工作環(huán)境、鋼材厚度 （3）鋼材的規(guī)格 鋼結構所用鋼材主要為熱軋成型的鋼板、型鋼，以及冷彎成型的薄壁型鋼等。鋼

22、板 鋼板有薄鋼板（厚度0.35~4mm）、厚鋼板（厚度4.5~60mm）、特厚板（板厚＞60mm）和扁鋼(厚度4~60mm，寬度為12~200mm)等。鋼板用“—寬×厚×長”或“—寬×厚”表示，單位為mm，如—450×8×3100，—450×8。型鋼 鋼結構常用的型鋼是角鋼、工字型鋼、槽鋼和H型鋼、鋼管等。除H型鋼和鋼管有熱軋和焊接成型外，其余

23、型鋼均為熱軋成型。 冷彎薄壁型鋼 冷彎薄壁型鋼采用薄鋼板冷軋制成。其壁厚一般為1.5~12mm，但承重結構受力構件的壁厚不宜小于2mm。薄壁型鋼能充分利用鋼材的強度以節(jié)約鋼材，在輕鋼結構中得到廣泛應用。常用冷彎薄壁型鋼截面型式有等邊角鋼]、卷邊等邊角鋼、Z型鋼、卷邊Z型鋼、槽鋼、卷邊槽鋼（C型鋼）、鋼管等。,2 鋼結構材料,,3.1 鋼結構的連接方法 在傳力過程中，連接部位應有足夠的強度。被連接件間應保持

24、正確的位置，以滿足傳力和使用要求。 鋼結構的連接通常有焊接，鉚接和螺栓連接三種方式（圖3-1）。 3.2 焊接連接的特性 鋼結構常用的焊接方法有電弧焊，電渣焊、氣體保護焊和電阻焊等。 焊縫連接形式按構件的相對位置可分為平接、搭接、T形連接和角接四種。（圖3-2） 焊縫形式主要有對接焊縫和角焊縫。其中對接焊縫按受力方向可分為對接正焊縫和對接斜焊縫；角焊縫長度方向垂直于力作用方向的稱正面角焊縫，平行于

25、力作用方向的稱側面角焊縫。 焊縫缺陷和焊縫等級 焊縫中可能存在裂紋、氣孔、燒穿、夾渣、未焊透、咬邊、焊瘤等缺陷。（圖3-3） 《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》（GB50205）規(guī)定，焊縫依其質量檢查標準分為三級，其中三級焊縫只要求通過外觀檢查，即檢查焊縫實際尺寸是否符合設計要求和有無看得見的裂紋，咬邊等缺陷。對于重要結構或要求焊縫金屬強度等于被焊金屬強度的對接焊縫，必須進行一級或二級質量檢驗，即在外觀檢查的基礎

26、上再做無損檢驗。其中二級要求用超聲波檢驗每條焊縫的20％長度，且不小于200mm；一級要求用超聲波檢驗每條焊縫全部長度，以便揭示焊縫內部缺陷。 焊縫代號 焊縫符號主要由圖形符號、輔助符號和引出線等部分組成。 （表3-1a） （表3-1b）,3 鋼結構的連接設計,,3 鋼結構的連接設計,3.3 對接焊縫的構造和計算 對接焊縫按坡口形式分為I形縫、V形縫、帶鈍邊單邊V形縫、帶鈍邊V形縫（也叫Y形

27、縫）、帶鈍邊U形縫、帶鈍邊雙單邊V形縫和雙Y形縫等。（圖3-4） 對基焊縫計算 對接焊縫的應力分布情況基本上與焊件相同?？捎糜嬎愫讣姆椒ㄓ嬎銓雍缚p。對于重要的構件，按一、二級標準檢驗焊縫質量，焊縫和構件等強，不必另行計算，只有對三級焊縫，才需要計算。 （1）軸心受力的對接焊縫 ? ＝N／（lwt）≤fwt或fwc

28、 (3-1)式中 N ——軸心拉力或壓力的設計值； lw ——焊縫計算長度，當采用引弧板施焊時，取焊縫實際長度；當無法采用引弧板時，每條 焊縫取實際長度減去2t； t ——在對接接頭中為連接件的較小厚度，不考慮焊縫的余高；在T形接頭中為腹板厚度; ftw， fcw——對接焊縫

29、的抗拉、抗壓強度設計值?？箟汉缚p和質量等級為一、二級的抗拉焊縫與母材等強，三級抗拉焊縫強度為母材的85% 。 （2）受彎、受剪的對接焊縫計算 ? ＝M／Ww ≤ fwt (3-2)? ＝VS／（Iwt ）≤ fwV (3-3)

30、 (3-4),3 鋼結構的連接設計,,3.4 角焊縫的構造和計算 (1) 角焊縫的截面 角焊縫兩邊夾角一般為900（直角角焊縫），夾角大于1350或小于600的斜角交焊縫，除鋼管結構外，一般不宜用作受力焊縫。 （圖3-5） 角焊縫的

31、有效截面為平分角焊縫夾角?的截面，破壞往往從這個截面發(fā)生。有效截面的高度（不考慮焊縫余高）稱為角焊縫的有效厚度he ，當? ≤90o 時， he ＝0.7 hf ；當? >90o 時， he ＝ hf cos(? /2)。 (2) 角焊縫的尺寸限制 焊腳尺寸 hf 應與焊件的厚度相適應，不宜過大或過小。 對手工焊，hf應不小于 ，t為較厚焊件的厚度（mm），對自動焊，可

32、減小1mm； hf應不大于較薄焊件厚度的1.2倍。 對于板件邊緣的焊縫，當t ≤6mm時， hf ≤t ；當t >6mm時， hf ＝t －(1~2)mm。 （圖3-6） 焊縫長度 lw也不應太長或太短，其計算長度不宜小于8hf或40mm ，且不宜大于60hf 。 (3) 角焊縫計算的基本公式

33、 (3-5)式中 ?f ——正面角焊縫的強度設計值增大系數(shù)， ；但對直接承受動力荷載 結構中的角焊縫，由于正面角焊縫的剛度大，韌性差，應取?f ＝1.0； ?x 、?y ——按角焊縫有效截面計算，垂直于焊縫長

34、度方向的正應力； ?z ——按角焊縫有效截面計算，沿焊縫長度方向的剪應力。,3 鋼結構的連接設計,,(4) 常用連接方式的角焊縫計算 ① 受軸心力作用時（圖3-7） 焊縫長度與受力方向垂直（正面角焊縫）：

35、 (3-6) 焊縫長度與受力方向平行（側面角焊縫） ： (3-7)式中 ?lw為連接一側所有焊縫的計算長度之和，每條焊縫按實際長度減去2hf。

36、 三面圍焊時，先按式（3－6）計算計算正面角焊縫受力N1，再由N－ N1按式（3－7）計算。 ② 彎矩單獨作用時（圖3-8） (3-8)式中 Ww——角焊縫有效截面的截面模量。 ③ 扭

37、矩單獨作用時（圖3-9） (3-9)式中 J ——角焊縫有效截面的極慣性矩，J=Ix＋Iy ； rA——A點至形心o點的距離。,3 鋼結構的連接設計,,將? A分解到x和y方向，有

38、 ④ 彎矩、扭矩、軸心力共同作用時，分別計算受力最不利點的正應力和剪應力，按下式計算：

39、 (3-10),3 鋼結構的連接設計,,3 鋼結構的連接設計,,3 鋼結構的連接設計,,3.5 螺栓連接的排列和構造要求　　螺栓在構件上的排列可以是并列或錯列（圖3-11），排列時應考慮下列要求:　1．受力要求：對于受拉構件，螺栓的栓距和線距不應過小，否則對鋼板截面削弱太多，構件有可能沿直線或折線發(fā)生凈截面破壞。對于受壓構件，沿作用力方向螺栓間距不應過大，否則被連接

40、的板件間容易發(fā)生凸曲現(xiàn)象。因此，從受力角度應規(guī)定螺栓的最大和最小容許間距?！?．構造要求：若栓距和線距過大，則構件接觸面不夠緊密，潮氣易于侵入縫隙而產(chǎn)生腐蝕，所以，構造上要規(guī)定螺栓的最大容許間距?！?．施工要求：為便于轉動螺栓扳手，就要保證一定的作業(yè)空間。所以，施工上要規(guī)定螺栓的最小容許間距。,圖3-11　鋼板上螺栓的排列(a) 并列；(b) 錯列；(c) 容許間距,3 鋼結構的連接設計,,根據(jù)以上要求，規(guī)范規(guī)定螺栓的最大和最

41、小容許間距見表3-2。,注: 1. d0 為螺栓孔徑，t 為外層薄板件厚度。 2. 鋼板邊緣與剛性構件(如角鋼、槽鋼) 相連的螺栓最大間距，可按中間排數(shù)值采用。,表3-2螺栓的最大和最小容許間距,3 鋼結構的連接設計,,3.6 普通螺栓連接的性能和計算1. 普通螺栓連接的性能 普通螺栓連接按螺栓傳力方式，可分為抗剪螺栓連接和抗拉螺栓連接。 　抗剪螺栓連接　有五種破壞形式，見圖3-12。,3 鋼結構的連接設計,

42、,??,,3 鋼結構的連接設計,,抗拉螺栓連接,3 鋼結構的連接設計,,2. 螺栓群計算　　當螺栓連接處于彈性階段時，螺栓群中各螺栓受力并不相等，兩端大而中間小(圖3-15a)；當螺栓群連接長度l1不太大時，隨著外力增加連接超過彈性變形而進入塑性階段后，因內力重分布使各螺栓受力趨于均勻(圖3-15b) 。但當構件的節(jié)點處或拼接縫的一側螺栓很多，且沿受力方向的連接長度l1過大時，端部的螺栓會因受力過大而首先發(fā)生破壞，隨后依次向

43、內逐排破壞（即所謂解鈕扣現(xiàn)象）。因此規(guī)范規(guī)定當連接長度l1 大于15d0時，應將螺栓的承載力乘以折減系數(shù)? =1.1－l1/150d0 ，當l1 大于60d0時，折減系數(shù)?取0.7 。因此，當外力通過螺栓群中心時，可認為所有的螺栓受力相同。,① 螺栓群在軸心力作用下的抗剪計算n = N /N bmin (3-15)此時應驗算板的凈截面強度= N /An≤f

44、 (3-16),??,3 鋼結構的連接設計,,② 螺栓群在扭矩作用下的抗剪計算,圖3-18 螺栓群受扭矩作用,3 鋼結構的連接設計,,③ 螺栓群在扭矩、剪力、軸心力共同作用下的抗剪計算 分別算出扭矩、剪力、軸心力作用下受力最大螺栓的受力，將其分解到x和y兩個方向，按下式驗算：,④ 螺栓群在軸心力作用下的抗拉計算 n = N / N tb

45、 (3-19),⑤ 螺栓群在彎矩作用下的抗拉計算 螺栓群在彎矩作用下上部螺栓受拉，因而有使連接上部分離的趨勢，使螺栓群形心下移。通常假定中和軸在最下排螺栓處，則螺栓的最大拉力為：,圖3-19 彎矩作用下的抗拉螺栓計算,?,3

46、 鋼結構的連接設計,,⑥ 螺栓群同時承受剪力和拉力的計算,圖3-20 螺栓群同時承受剪力和拉力,此時連接傳遞的力有彎矩M = V?e 和剪力V，Nt按式(3-20)計算。,3 鋼結構的連接設計,,3.7 高強螺栓連接的性能和計算1. 高強螺栓連接的性能 高強螺栓連接按受力特征分為高強螺栓摩擦型連接、高強螺栓承壓型連接和承受拉力的高強螺栓連接。 　 高強螺栓連接的預拉力 高強度螺栓預拉力設計值按材料強度和螺栓有效截

47、面積確定，取值時考慮①螺栓材料抗力的變異性，引入折減系數(shù)0.9；②施加預應力時為補償預拉力損失超張拉5%~10%，引入折減系數(shù)0.9；③在扭緊螺栓時，扭矩使螺栓產(chǎn)生的剪力將降低螺栓的抗拉承載力，引入折減系數(shù)1/1.2；④鋼材由于以抗拉強度為準，引入附加安全系數(shù)0.9。故高強度螺栓預拉力為,3 鋼結構的連接設計,,高強度螺栓連接的摩擦面抗滑移系數(shù),2. 高強螺栓的抗剪承載力設計值 高強度螺栓摩擦型連接,?,?,3 鋼結構的

48、連接設計,,,高強度螺栓承壓型連接 極限承載力由螺栓桿身抗剪和孔壁承壓決定，摩擦力只起延緩滑動作用，計算方法與普通螺栓相同，見式(3-11)和(3-12)。,3. 高強螺栓群的抗剪計算① 軸心力作用時 螺栓數(shù) 按式(3-15)計算，其中N bmin對摩擦型為式(3-23)，對承壓型用高強度螺栓的抗剪、承壓承載力設計值。 構件凈截面強度 對于承壓型連接，與普通螺栓驗算相同；對于摩擦型連接，要考慮摩擦

49、力的作用，一部分剪力由孔前接觸面?zhèn)鬟f(圖3-21)。按規(guī)范規(guī)定，孔前傳力占螺栓傳力的50%，則截面1－1處凈截面?zhèn)髁?有了N′以后，凈截面驗算按式(3-16)進行。 ② 扭矩作用時，及扭矩、剪力、軸心力共同作用時的抗剪高強度螺栓所受剪力的計算，其方法與普通螺栓相同，單個螺栓所受剪力應不超過高強度螺栓的承載力設計值。,圖3-21 摩擦型高強螺栓孔前傳力,3 鋼結構的連接設計,,4. 高強螺栓群的抗拉計算 抗拉承載力設

50、計值 高強度螺栓連接由于螺栓中的預拉力作用，構件間在承受外力作用前已經(jīng)有較大的擠壓力，高強度螺栓受到外拉力作用時，首先要抵消這種擠壓力。分析表明，當高強度螺栓達到規(guī)范規(guī)定的承載力0.8P時，螺栓桿的拉力僅增大7%左右，可以認為基本不變。規(guī)范規(guī)定一個高強度螺栓抗拉承載力設計值為 N bt = 0.8 P

51、 (3-25) ① 受軸心拉力作用時，螺栓數(shù)為n = N / N bt = N / (0.8 P) (3-26) ② 受彎矩作用，當板沒有被拉開時，接觸面保持緊密貼合，中和軸可以認為在螺栓群的形心軸線上(圖3－22)，則受力最大的螺栓應滿足

52、 N1M = M y1 / m ∑yi2 (3-27)對于承受靜力荷載的結構，板被拉開并不等于達到承載能力的極限，此時可按圖(3-19)所示的內力分布計算。,圖3-22 高強螺栓受彎連接,?,3 鋼結構的連接設計,,5. 同時承受剪力和拉力的高強螺栓群連接計算 對于高強度螺栓摩擦型連接，按下式計算,,,對于高強

53、度螺栓承壓型連接，按下式計算,3 鋼結構的連接設計,,3 鋼結構的連接設計,,4 軸心受力構件設計,4 軸心受力構件設計,,4.1 軸心受力構件的應用和截面形式 軸心受力構件的截面形式有三種：第一種是熱軋型鋼截面，如圖4-1(a)中的工字鋼、H型鋼、槽鋼、角鋼、T型鋼、圓鋼、圓管、方管等；第二種是冷彎薄壁型鋼截面，如圖4-1(b)中冷彎角鋼、槽鋼和冷彎方管等；第三種是用型鋼和鋼板或鋼板和鋼板連接而成的組合截面，如圖4

54、-1(c)所示的實腹式組合截面和圖4-1(d) 所示的格構式組合截面等。,4 軸心受力構件設計,,4.2 軸心受力構件的強度和剛度 強度軸心受力構件的強度應以凈截面的平均應力不超過鋼材的屈服強度為準則：,應力－應變關系圖,對于高強螺栓的摩擦型連接，計算板件強度時要考慮孔前傳力的影響（式3-24）。,4 軸心受力構件設計,,剛度 剛度通過限制構件的長細比?來實現(xiàn)。,4 軸心受力構件設計,,4.3 實腹式軸

55、心受壓構件的整體穩(wěn)定計算 實際的壓桿不可避免地存在著初彎曲、荷載作用點的初偏心和截面的殘余應力，它們對壓桿的承載力有不利的影響。同時，構件兩端可能存在著不同程度的約束，使得構件的承載力有所提高。對于桿端約束，可以用計算長度l0代替構件的幾何長度l ，將其等效為兩端簡支的構件，即l0=?l， ? 稱計算長度系數(shù)。典型約束?的理論值和建議值見表4－3。對于初彎曲、初偏心和殘余應力的影響，考慮到材料的彈塑性性能，用數(shù)值積分法求得構件的

56、極限強度Nu，相應的穩(wěn)定系數(shù)?=Nu/(Afy)。按照概率統(tǒng)計理論，影響柱承載力的幾個不利因素，其最大值同時出現(xiàn)的可能性是極小的。理論分析表明，考慮初彎曲和殘余應力兩個最主要的不利因素比較合理，初偏心不必另行考慮。初彎曲的矢高取構件長度的千分之一，殘余應力根據(jù)截面的加工條件確定。軸心受壓構件應按下式計算整體穩(wěn)定：,4 軸心受力構件設計,,p76,,4 軸心受力構件設計,,軸心受壓構件的整體穩(wěn)定系數(shù),E,4 軸心受力構件設計,

57、,圖4-3 GB50017的柱曲線,4 軸心受力構件設計,,為便于計算，規(guī)范根據(jù)構件的長細比、鋼材屈服強度和截面分類編制了計算表格。另外，穩(wěn)定系數(shù)?值可以用Perry公式：,4 軸心受力構件設計,,4 軸心受力構件設計,,4 軸心受力構件設計,,4.4 實腹式軸心受壓構件的局部穩(wěn)定計算 對于局部屈曲問題，通常有兩種考慮方法：一是不允許板件屈曲先于構件整體屈曲，目前一般鋼結構的規(guī)定就是不允許局部屈曲

58、先于整體屈曲來限制板件寬厚比。另一種做法是允許板件先于整體屈曲，采用有效截面的概念來考慮局部屈曲對構件承載力的不利影響，冷彎薄壁型鋼結構，輕型門式剛架結構的腹板就是這樣考慮的。這里板件寬厚比的規(guī)定是基于局部屈曲不先于整體屈曲考慮的，根據(jù)板件的臨界應力和構件的臨界應力相等的原則即可確定板件的寬厚比。經(jīng)分析并簡化可得到工形截面和H形截面的板件的寬厚比：,4 軸心受力構件設計,,【例題4-1 】某焊接工字形截面柱，截面幾何尺寸如圖4-4所

59、示。柱的上、下端均為鉸接，柱高4.2m，承受的軸心壓力設計值為1000kN，鋼材為Q235，翼緣為火焰切割邊，焊條為E43系列，手工焊。試驗算該柱是否安全。,4 軸心受力構件設計,,4 軸心受力構件設計,,4 軸心受力構件設計,,(2) 格構式軸心受壓構件繞虛軸失穩(wěn)的換算長細比格構式軸心受壓構件繞實軸的計算與實腹式構件相同，但繞虛軸的計算不同，繞虛軸屈曲時的穩(wěn)定承載力比相同長細比的實腹式構件低。 實腹式軸心受

60、壓構件在發(fā)生整體彎曲后，構件中產(chǎn)生的剪力很小，而其抗剪剛度很大，因此橫向剪力產(chǎn)生的附加變形很微小，對構件臨界荷載的降低不到1%，可以忽略不計。對于格構式軸心受壓構件，繞虛軸失穩(wěn)時的剪力要由較弱的綴材承擔，剪切變形較大，產(chǎn)生較大的附加變形，對構件臨界荷載的降低不能忽略。經(jīng)理論分析，可以用換算長細比?0x代替對x軸的長細比?x來考慮剪切變形對臨界荷載的影響。對于雙肢格構式構件，換算長細比為,4 軸心受力構件設計,,5 受彎構件設計,

61、5 受彎構件設計,,5 受彎構件設計,,5 受彎構件設計,,5 受彎構件設計,,5 受彎構件設計,,5 受彎構件設計,,5 受彎構件設計,,5 受彎構件設計,,5 受彎構件設計,,5 受彎構件設計,,5 受彎構件設計,,5 受彎構件設計,,P75,,5 受彎構件設計,,5 受彎構件設計,,5 受彎構件設計,,5 受彎構件設計,,5 受彎

62、構件設計,,5 受彎構件設計,,6 拉彎和壓彎構件設計,6 拉彎和壓彎構件設計,,(a) (b) (a) (b) (c) 圖6-1 拉彎構件

63、 圖6-2 壓彎構件,6 拉彎和壓彎構件設計,,6 拉彎和壓彎構件設計,,6 拉彎和壓彎構件設計,,6 拉彎和壓彎構件設計,,6 拉彎和壓彎構件設計,,6 拉彎和壓彎構件設計,,6 拉彎和壓彎構件設計,,6 拉彎和壓彎構件設計,,6 拉彎和壓彎構件設計,,（2）翼緣寬厚比壓彎構件的受壓翼緣板與梁的受壓翼緣板受力情況基本相同，因此，其翼緣寬厚比限值與梁也相同，見式（5-23）、（5-