钢结构基础考试重点.doc

钢结构的优点：1、材料的强度高，塑性和韧性好。2、材质均匀，和力学计算的假定比较符合。3、钢结构制造简便，施工周期短。4、钢结构的质量轻。5、钢材耐腐蚀性差6、钢材耐热但不耐火钢结构的适用范围：1、大跨度结构。2、重型厂房结构。3、受动力荷载影响的结构。4、可拆卸的结构。5、高耸结构和高层结构。6、容器和其他构筑物。7、轻型钢结构。钢材的主要性能：1、单向拉伸时的工作性能。2、冷弯性能。3、冲击韧性。4、可焊性。单向拉伸时的工作性能：1、比例极限：这是应力-应变图中直线段的最大应力值。2、屈服点的意义：（1）作为结构计算中材料强度标准，或材料抗力标准。（2）形成理想塑形体的模型，为发展钢结构计算理论提供基础。3、抗拉强度：这是应力-应变图中呈曲线关系的最高点。4、伸长率：是断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比。冲击韧性：与低抗冲击作用有关的钢材性能是韧性，实际结构中脆性断裂总是发生在缺口高峰应力的地方，且呈三向受拉的应力状态，成为缺口冲击韧性，简冲击韧性或冲击功。反映钢材质量的主要力学指标：屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、冲击韧性、钢材的工艺性能和化学成分。影响钢材性能的因素：1、化学成分的影响：（1）碳，碳是钢材强度的主要成分。碳含量提高，则钢材强度提高，但同时钢材的塑形、韧性、冷弯性能、可焊性及抗腐蚀能力下降，因此不能使用碳含量高的钢材。（2）锰，是有益元素，它能显著提高钢材强度但不过多降低塑形和冲击韧性。锰有脱氧作用，是弱脱氧剂。锰还能消除硫对钢的热脆影响。（3）硅，是有益元素，有更强的脱氧作用，是强脱氧剂。过量时则会恶化可焊性及抗腐蚀性。（4）硫，硫是有害元素，属于杂质，能生成易于熔化的硫化铁，当热加工及焊接使温度达到一定温度时，可能出现裂纹，称为热脆。硫还能降低钢的冲击韧性，同时影响疲劳性能与抗腐蚀性能。 （5）磷，磷既是有害元素也是能利用的合金元素。磷是碳素钢中的杂质，它在低温下是钢变脆，这种现象称为冷脆。高温时磷也能使钢减少塑形。（6）氧、氮，氧和氮也是有害杂质，在金属熔化的状态下可以从空气中进入。氧能使钢热脆，其作用比硫剧烈，氮能使钢冷脆，与磷相似。2、成材过程的影响：（1）冶炼。钢材的冶炼方法主要有平炉炼钢、氧气顶吹转炉炼钢等。冶炼这一冶金过程形成钢的化学成分与含量，并在很大程度上决定钢的金相组织结构，从而决定其钢号及相应的力学性能。（2）浇铸。把熔炼好的钢水浇铸成钢锭或钢坯有两种方法，一种是浇入铸模做成钢锭，另一种是浇入连续浇铸机做成钢坯。（3）轧制。钢材的轧制能使金属的晶粒变细，也能使气泡、裂纹等焊合，因而改善了钢材的力学性能。（4）热处理。热处理的目的在于取得高强度的同时能保持良好的塑形和韧性，而性能的改善则通过金相组织的改变来实现。正火属于最简单的热处理，把钢材加热至850900并保持一段时间后在空气中自然冷却，即为正火。如果钢材在终止轧制是温度正好控制在上述温度范围，可得到正火的效果，称为控轧。回火是将钢材重新加热至650并保温一段时间，然后在空气中自然冷却。淬火加回火也称调质处理，淬火是把钢材加热至900以上，保温一段时间，然后放入水中或油中快速冷却。影响钢结构的其他因素：1、冷加工硬化。在常温下加工叫冷加工。冷弯、冷拉、冲孔、机械剪切等加工使钢材产生很大塑形变形，减小了塑形和韧性性能。2、温度影响。（1）正温范围，当温度逐渐升高时，钢材的强度、弹性模量会不断降低，变形能力则不断增大。兰脆现象指温度在250C左右的区间内，抗拉强度有局部提高，屈服强度也有所回升，同时塑形有所降低，材料有转脆倾向。（2）负温范围，在负温范围抗拉强度和屈服强度都增高但塑形变形能力减小，因而材料转脆。 3、应力集中,在缺陷或截面变化处附近，应力线曲折、密集、出现高峰应力现象称为应力集中。塑形材料：有屈服现象的钢材或者虽然没有明显屈服现象而能发生较大塑形变形的钢材一般属于塑形材料。脆性材料：没有屈服现象或塑性变形能力很小的钢材。延性破坏：超过屈服点即有明显塑形变形产生的构件，当达到抗拉强度时将在很大变形的情况下断裂，这是材料的塑形破坏，也称为延性破坏。特点：塑性破坏的端口常为杯形，并因晶体在剪切之下相互滑移的结果而呈纤维状。脆性破坏：没有塑性变形或只有很小塑性变形时即发生的破坏。特点：其断口平直并因各晶粒往往在一个面断裂而呈光泽的晶粒状。疲劳断裂：疲劳断裂是微观裂缝在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。过程：裂纹的形成、裂纹缓慢扩展、迅速断裂。钢号表示法及代表意义：Q235A屈服强度为235N/mm，A级，镇静钢； Q235Ab屈服强度为235N/mm,A级，半镇静钢； Q235AF屈服强度为235N/mm，A级，沸腾钢；Q235D屈服强度为235N/mm,D级，特殊镇静钢。对Q235钢来说，A、B两级的脱氧方法可以是Z、b、F，C级只能是Z，D级只能是TZ。型钢规格：1、热轧钢板。钢板用“厚*宽*长（单位为毫米）”。 2、热轧型钢（1）角钢。角钢有等边和不等变两种。等边角钢以边宽和厚度表示，如100*10为肢宽100mm、厚度10mm的等边角钢。不等边角钢则以两边宽度和厚度表示。（2）槽钢。我国槽钢有热轧普通槽钢和热轧轻型槽钢两种。前者的表示法如30a,指槽钢外廓高度为30cm且副班厚度为最薄的一种；后者的表示法如25Q，表示外廓高度为25cm,Q是汉语拼音“轻”的拼音字首。（3）工字钢。我国工字钢分为普通型和轻型2种工字钢。与槽钢一样，工字钢外廓高度的厘米数即为型号，普通型者当型号较大时腹板厚度分为a、b、c三种。两种工字钢表示法如：32c, 32Q。（4）H型钢和部分T型钢。热轧H型钢分为三类：宽翼缘H型钢（HW）、中翼缘H型钢（HM）和窄翼缘H型钢（HN）。H型钢的表示法是先用符号H（或HW、HM、和HN）表示型钢的类别，后面加“截面高度*翼缘宽度*腹板厚度*翼缘厚度”。如H300*300*10*15。部分H型钢也分为三类：宽翼缘部分T型钢（TW）、中翼缘部分T型钢（TM）和窄翼缘部分T型钢（TN）。其表示方法与H型钢类同。3、冷弯薄壁型钢，是用26m厚的薄钢板经冷弯或磨牙而成型的。截面的塑性发展系数：工字形截面取x=1.05,y=1.2；箱型截面取x=y=1.05，均较截面的形状系数F为小。确定焊接截面的尺寸，首先要定出梁的高度：1、容许最大高度hmax:梁的截面高度必须满足净空要求，亦即不能超过建筑设计或工艺设备需要的净空所允许的限值。依此条件所决定的截面高度称为容许最大高度。2、容许最小高度hmin：梁的最小高度依刚度条件所决定，即应使梁的挠度满足正常使用极限状态的要求。依此条件所决定的截面高度称为容许最小高度。3、经济高度，一般来说，梁的高度大，腹板用钢量增多，而梁翼缘板用量相对减少；梁的高度小，则情况相反。最经济的截面高度应使梁的总用钢量为最小，设计时可参照经济高度的经验公式初选截面高度。影响轴心受压构件的整体稳定性的主要因素：截面的纵向残余应力、构件的初弯曲、荷载作用点的初偏心、构件的端部约束条件。为什么换算长细比：当格构式轴心受压杆绕虚轴发生弯曲失稳时，因剪力要由比较柔弱的缀睬负担或是柱肢也参与负担，剪切变形较大，导致构件产生较大的附加侧向变形，它对构件临界力的降低是不能忽略的，经理论分析，用换算长细比ox来代替对x轴的长细比x，就可以确定考虑剪切变形影响的格构式轴心压杆的临界力。不需要计算梁的整体稳定性的情况：1、有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时；2、H型钢或工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度l1与其宽度b1之比不超过表4-7所规定的数值时；3、箱型截面简支梁其截面尺寸满足h/b06,且l1/b0不超过95时。对于不符合上述任一条件的梁，则应进行整体稳定性的计算。钢结构的连接方法：焊接、铆接、普通螺栓连接、和高强度螺栓连接。焊接连接的优缺点：优点：（1）构造简单、不削弱截面、节约钢材、加工方便、易于采用自动化操作、连接的密封性好、刚度大。 缺点：焊接残余应力和残余变形对结构有不利影响，低温冷脆问题也比较突出。铆钉连接的优缺点：优点：塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，适用于直接承受动载结构的连接。 缺点：构造复杂，用钢量多。普通螺栓连接的优缺点：优点：施工简单、拆装方便。 缺点：用钢量多，适用于安装连接和需要经常拆装的结构。常用焊接方法：电弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等。焊缝连接的优缺点：优点：（1）不需要在钢材上打孔钻眼，既省工，又不减损钢材截面，使材料可以充分利用；（2）任何形状的构件都可以直接连接，不需要辅助零件，构造简单；（3）焊缝连接的密封性好，结构刚度大。 缺点：（1）由于施焊时的高温作用，形成焊缝附近的热影响区，使钢材的金属组织和力学性能发生变化，材质变脆；（2）焊接的残余应力使焊接结构发生脆性破坏的可能性增大，残余变形使其尺寸和形状发生变化，矫正费工；（3）焊接结构对整体性不利的一面是，局部裂缝一经发生便容易扩展到整体。焊接结构低温问题比较突出。焊缝缺陷：裂纹、气孔、烧穿和未焊透等缺陷。 裂纹是焊缝连接中最危险的缺陷，按产生的时间不同可分为热裂纹和冷裂纹，前者是在焊接时产生的，后者是在焊缝冷却过程中产生的。 气孔是由空气入侵或受潮的药皮熔化时产生气体而形成的，也可能是焊件金属上的油、锈等引起的。焊缝形式主要有对接焊缝和角焊缝。钢结构的焊接热效应包括残余应力、残余变形、热影响区的钢材组织变化。焊接残余应力的影响：1、对结构静力强度的影响：残余应力不影响结构的静力强度。2、对结构刚度的影响：焊接残余应力会降低结构的刚度。3、对压杆稳定的影响：焊接残余应力使压杆的挠曲刚度减小，从而降低其稳定承载能力。4、对低温冷脆的影响：对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力，阻碍塑性的发展，使裂缝容易发生和发展，增加了钢材低温脆断倾向。5、对疲劳强度的影响：焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响。减少焊接残余应力和残余变形的方法：1、采取合理的施焊次序。2、施焊前给试件一个和焊接变形相反的预变形，使构件在焊接后产生的焊接变形与之正好抵消。3、对于小尺寸焊件，在施焊前预热或施焊后回火。螺栓排列应考虑：1、受力要求：端距不应小于2倍的螺栓孔径。2、构造要求：栓距和线距应适中。3、施工要求：要保证有一定的空间，便于转动螺栓扳手。