钢结构基本原理复习
时间：2023-09-16 09:07:02
钢结构的基本原理 第一章 绪论 1、 钢结构的优点： （1） 强度高，重量轻； （2） 材料性能好，可靠性高； （3） 工业化程度高，工期短； （4） 密封性好； （5） 抗震性能好； （6） 耐热性好； 2、 钢结构缺点： （1） 钢材价格比较贵； （2） 耐锈蚀性差； （3） 耐火性差； 第二章 钢结构材料 1、 钢结构对钢材的要求： （1） 强度高； （2） 塑性好； （3） 冲击韧性好； （4） 冷加工性能好； （5） 可焊性好； （6） 耐久性好； 2、 屈服点和流幅是钢的两个重要机械性能指标，前者表示钢强度指标，后者表示钢塑性变形指标。 3、 钢材的工作性能： （1） 在设计中，屈服点是钢可以达到的最大应力； （2） 钢材符合理想的弹塑性本构； （3） 钢材破坏前的塑性变形很大，几乎等于弹性变形的200倍； （4） 屈强比可视为衡量钢材强度储备的系数，屈强比越低，钢材的安全储备越大。 4、 伸长率不代表钢的最大塑性变形能力，但在测量断面收缩率时容易出现较大误差。 4、 伸长率不代表钢的最大塑性变形能力，但在测量断面收缩率时容易出现较大误差。 5、 钢的塑性指标比强度指标更重要，可以调节初始缺陷。 6、 时效现象：在间歇重复荷载下，钢屈服点提高，韧性降低，极限强度略有提高。 7、 疲劳：反复加载后，钢的强度下降。 8、 第四强度理论(转换应力):
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9、 钢材的抗剪屈服点为0.58倍。 10、 韧性：钢在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力是衡量钢抗冲击性的指标。 11、 冷弯性能：当冷加工产生塑性变形时，钢对裂缝的抵抗力是衡量钢力学性能的综合指标。
12、
13、 良好的焊接性能是指焊缝安全、可靠、无焊接裂缝、焊接接头和焊缝的冲击韧性、热影响区域的延展性（塑性）和力学性能不低于母材。
14、 碳当量是衡量普通低合金钢对焊后母材碳化反应的综合性能。
15、 塑性破坏：又称延性破坏。
16、 脆性损伤：损伤前无明显变形，平均应力小。
17、 剪应力先超过晶粒的抗剪能力，会发生塑性损伤；拉应力先超过晶粒的抗拉能力，会发生脆性损伤。
18、 裂纹尺寸、作用力和材料韧性是影响钢材脆性断裂的直接因素。
19、 提高钢材抗脆性能的主要措施：
（1） 加强施焊工艺管理；
（2） 焊缝不宜过度集中，焊接时不宜过度约束，避免过度残余应力；
（3） 合理的细节结构设计，避免应力集中；
（4） 选用合理的钢材；
20、 疲劳损伤：虽然钢在连续重复荷载作用下的应力仍低于极限强度，甚至低于屈服点，但也会发生损伤。在重复荷载作用下的脆性损伤。
21、 疲劳极限：即使应力循环反复无限，试件也不会损坏。
22、 损伤：塑性损伤、疲劳损伤、材料变化、蠕变损伤等。
23、 影响钢材性能的化学成分：
（1） 碳：提高屈服点和抗拉强度；但塑性和韧性，特别是低温冲击韧性，可焊性、耐腐蚀性、疲劳强度和冷弯曲性能显著降低。
（2） 硅：用于制造高质量的镇静钢。适量硅可以大大提高强度，对塑性、冲击韧性、冷弯曲性能和焊接性能没有明显影响；过多会降低性能。
（3） 锰:适量提高强度，消除热脆，改善冷脆倾向；过度使钢材脆硬，降低耐锈性和可焊性。
（4） 钒：提高强度和耐锈性，不显著降低塑性，有时会硬化。
（5） 硫：大大降低塑性、冲击韧性、疲劳强度和耐锈性，高温脆化产生裂纹热脆。
（6） 磷：提高强度和耐锈性，但严重降低塑性、冲击韧性、冷弯性能、冷脆性。
（7） 氧与氮：氧热脆，氮冷脆。
24、 沸腾钢：锰作为脱氧剂，塑性、韧性、可焊性差，易及时变脆。
25、 镇静钢：硅作为脱氧剂，成品率低，成本高，屈服点高，冲击韧性好，冷弯性能好，可焊性好，耐锈性好，敏感性低。
26、 钢材热轧后，由于冷却不均匀，会产生残余应力，一般在冷却慢的地方产生拉应力，在冷却早的地方产生压应力。残余应力自平衡。
27、 硬化：在重复荷载的作用下，钢的弹性极限有所提高。
28、 蓝脆现象：250℃左右时，钢材抗拉强度提高而冲击韧性下降。
29、 低温冷脆：当温度下降到一定值时，钢的冲击韧性突然急剧下降，试件断口脆性损坏。
30、 一般来说，由于结构钢的塑性较好，当内力增大时，应力分布不均匀的现象会逐渐平缓。
31、 选钢原则：
（1） 结构的类型和重要性；
（2） 荷载的性质；
（3） 连接方法；
（4） 结构工作温度；
（5） 结构的应力性质；
（6） 结构形式及钢厚；
第三章 钢结构的可能破坏形式
1、 钢结构可能的破坏形式：
（1） 整体结构失稳；
（2） 局部结构和构件不稳定；
（3） 塑性破坏结构；
（4） 结构脆性断裂；
（5） 结构疲劳损伤；
（6） 结构的损伤累积破坏；
第四章 拉伸构件及索
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第五章 轴压构件
1、 轴压构件一般不稳定：
a) 双轴对称:工字型，H形状，只有弯曲不稳定；
b) 单轴对称：不对称工字型，T形状、槽形、绕非对称轴弯曲不稳定；绕对称轴弯曲不稳定；
c) 无对称轴：不等肢L形，弯扭失稳；
d) 中心对称:十字，Z形，扭转失稳。
2、 轴压构件强度：
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3、 整体稳定：
a) 欧拉临界力(理想弹性轴压杆):
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b) 极限承载力：
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c) 格构构构件转换的细比
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按公式计算
4、 局部稳定：
a) 稳定系数k根据支座条件取对应值
b) 板屈曲后承载能力也很大，屈曲后的强度来自板内横向膜张力。
c) 实腹构件局部失稳由宽厚比板控制。
d) 为保证格构柱单肢的稳定性不低于整体，其长细比
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a) 轧制截面不需要局部稳定，自动满足；
第六章 受弯构件
1、 弯曲构件的主要损坏形式：
a) 截面强度损伤：边缘屈服后，根据弹性核大小判断承载力；生产部位的剪切损伤；
b) 整体失稳：平面内外弯矩作用；
c) 局部不稳定：分为弹性和弹性塑性；局部弹性不稳定表明弯曲构件局部损坏，承载能力开始恶化，但不一定作为整体损坏的标准。
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6、 剪力中心：弯曲中心、扭转中心、截面扭转旋转中心；横向力线应靠近剪力中心。
7、 自由扭转：截面应力为扭转引起的剪应力；单位长度的扭转角相等
a) 截面上等值反应的一对扭矩；
b) 构件端部截面的纵向纤维不受约束。
8、 约束扭转：上下翼缘有等值反向双力矩。
9、 翘曲:约束扭转时，构件截面不再保持为平面。
10、 影响临界弯矩的主要因素：
| 因素 |
临界弯矩 |
| 侧向弯曲刚度、扭转刚度、弯曲刚度 |
|
| 构件跨度 |
- |
| 截面不对称 |
|
| 荷载作用模式系数 |
|
| 横荷载作用位置 |
|
| 支承对位移的约束程度 |
+ |
11、 可以不进行整体稳定计算的情况：
a) 有足够刚度的铺板覆盖在受弯构件的受压翼缘上并与其牢固连接，能有效阻止受压医院的侧向变形；
b) 受弯构件的自由长度小于某一临界值。
12、 局部稳定设计准则：
a) 板件局部失稳的临界应力不小于材料的屈服强度；
b) 板件局部失稳的临界应力不小于构件的整体稳定临界应力；
c) 板件局部失稳的临界应力不小于实际工作应力。（最经济）
13、 桁架机制：有横向加劲肋的简支梁受剪局部失稳后，主压应力不变，主拉应力增加。梁的上下翼缘犹如上下弦杆，横向加劲肋如同受压竖杆，失稳区段内的斜向张拉力带则起到受拉斜杆的作用。
14、 反复荷载、塑性设计中，不考虑利用屈曲后强度。
第七章 压弯构件
1、 破坏形式
| 强度破坏 |
整体失稳 |
局部失稳 |
| 与受弯构件类似 |
平面内失稳、平面外失稳 |
类似于轴心受力构件 |
2、 强度
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3、 整体稳定
a) 平面内整体稳定性
i. 宽厚比相当大的板件组成的截面（冷弯薄壁型构件），在全截面发展塑性的可能性较小，一般以边缘屈服准则作为设计准则。
ii. 确定平面内稳定性的两种方式：试验数据统计、力学模型数值分析
iii. 平面内稳定承载力计算方式：
| 名称 |
公式 |
特点 |
| 单项表达式 |
值受影响因素较多，使用不便。 |
|
| 相关公式 |
部分发展塑性 |
b) 平面外整体稳定性
i. 平面外整体失稳呈现弯扭状态。
ii. 计算公式：
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c) 格构式构件
| 单肢稳定 |
对于缀条，可以按轴心受力构件计算单肢在各杆轴力作用下的稳定性。对于缀板，平面内稳定需考虑剪力引起的局部弯矩。 |
| 缀条稳定 |
与轴心受压类似 |
4、 局部稳定
a) 设计准则：
i. 不允许发生局部失稳
ii. 考虑利用屈曲后强度
第八章 钢结构的连接
1、 焊接方式
| 电弧焊 |
最常用，不同钢种焊接，宜用与低强度钢材相适应的焊条 |
| 电渣焊 |
电弧焊的一种，常用于高层建筑等钢结构中箱型柱的内部横隔板与柱的焊接 |
| 电阻焊 |
适用于板叠厚度不超过12mm |
| 气焊 |
薄钢板、小型结构 |
2、 焊接形式
a) 对接焊缝：直缝、斜缝；
b) 角焊缝：侧缝、端缝。
3、 焊接结构的优缺点
a) 优点
i. 不需要打孔钻眼，省工省时，截面不受到削弱；
ii. 不限形状、无辅助零件、构造简单、传力路线短、适应面广；
iii. 气密性、水密性好，结构刚性大，整体性好；
b) 缺点：
i. 热影响区使钢材变脆；
ii. 残余应力容易发生脆性破坏，降低压杆稳定的临界荷载，影响尺寸和形状；
iii. 局部裂缝易扩散到整体；
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1、 剪力螺栓的破坏形式：
a) 螺杆剪断破坏；
b) 钢板孔壁挤压破坏；
c) 净截面断裂；
d) 边缘冲切破坏；
e) 弯曲破坏；
2、 普通螺栓计算：
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