钢结构基本原理复习
鋼結構基本原理 第一章 緒論 1、 鋼結構的優點： （1） 強度高、重量輕； （2） 材性好，可靠度高； （3） 工業化程度高，工期短； （4） 密封性好； （5） 抗震性能好； （6） 耐熱性較好； 2、 鋼結構的缺點： （1） 鋼材價格相對較貴； （2） 耐銹蝕性差； （3） 耐火性差； 第二章 鋼結構材料 1、 鋼結構對鋼材的要求： （1） 有較高的強度； （2） 塑性好； （3） 沖擊韌性好； （4） 冷加工性能好； （5） 可焊性好； （6） 耐久性好； 2、 屈服點和流幅是鋼材的很重要的兩個力學性能指標，前者是表示鋼材強度指標，后者表示鋼材塑性變形指標。 3、 鋼材的工作性能： （1） 在設計時取屈服點為鋼材可以達到的最大應力； （2） 鋼材符合理想的彈塑性本構； （3） 鋼材破壞前的塑性變形很大，差不多等于彈性變形的200倍； （4） 屈強比可以看做衡量鋼材強度儲備的一個系數，屈強比越低鋼材的安全儲備越大。 4、 伸長率不能代表鋼材的最大塑性變形能力，但測量斷面收縮率時容易產生較大的誤差。 5、 鋼材的塑性指標比強度指標更為重要，塑性可以調節初始缺陷。 6、 時效現象：在間歇反復荷載下，鋼材屈服點提高，韌性降低，并且極限強度也稍微提高。 7、 疲勞：多次反復加荷后，鋼材的強度下降。 8、 第四強度理論（折算應力）：
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9、 鋼材的抗剪屈服點為抗拉屈服點的0.58倍。 10、 韌性：鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，是衡量鋼材抗沖擊性能的指標。 11、 冷彎性能：鋼材在冷加工產生塑性變形時，對發生裂縫的抵抗能力，是衡量鋼材力學性能的綜合性指標。
12、
13、 可焊性好是指焊縫安全、可靠、不發生焊接裂縫，焊接接頭和焊縫的沖擊韌性以及熱影響區的延伸性（塑性）和力學性能都不低于母材。
14、 碳當量是衡量普通低合金鋼中各元素對焊后母材的碳化反應的綜合性能。
15、 塑性破壞：也稱延性破壞。
16、 脆性破壞：破壞前無明顯變形，平均應力小。
17、 剪應力先超過晶粒的抗剪能力，將發生塑性破壞；拉應力先超過晶粒的抗拉能力，將發生脆性破壞。
18、 影響鋼材脆斷的直接因素是裂紋尺寸、作用力和材料的韌性。
19、 提高鋼材抗脆斷性能的主要措施：
（1） 加強施焊工藝管理；
（2） 焊縫不宜過分集中，施焊時不宜過強約束，避免產生過大殘余應力；
（3） 進行合理細部構造設計，避免產生應力集中；
（4） 選擇合理的鋼材；
20、 疲勞破壞：鋼材在連續反復荷載作用下，應力雖然還低于極限強度，甚至還低于屈服點，也會發生破壞。屬于反復荷載作用下的脆性破壞。
21、 疲勞極限：應力循環即使反復無窮多次，試件仍然不會破壞。
22、 損傷：塑性損傷、疲勞損傷、材質變化、蠕變損傷等。
23、 化學成分影響鋼材性能：
（1） 碳：屈服點和抗拉強度提高；但塑性和韌性，特別是低溫沖擊韌性下降，可焊性、耐腐蝕性能、疲勞強度和冷彎性能明顯下降。
（2） 硅：用以制成質量較高的鎮靜鋼。適量硅可大為提高強度，而對塑性、沖擊韌性、冷彎性能及可焊性無明顯影響；過多則降低性能。
（3） 錳：適量提高強度，消除熱脆，改善冷脆傾向；過量使鋼材脆硬，降低抗銹性和可焊性。
（4） 釩：提高強度和抗銹性，不顯著降低塑性，有時有硬化作用。
（5） 硫：大大降低塑性、沖擊韌性、疲勞強度和抗銹性，高溫變脆產生裂縫——熱脆。
（6） 磷：提高強度和抗銹性，但嚴重降低塑性、沖擊韌性、冷彎性能，冷脆。
（7） 氧和氮：氧熱脆，氮冷脆。
24、 沸騰鋼：錳作脫氧劑，塑性、韌性、可焊性較差，容易發時效和變脆。
25、 鎮靜鋼：硅作脫氧劑，成品率低，成本較高，屈服點高、沖擊韌性好、冷彎性能、可焊性、抗銹性好，時效敏感性較小。
26、 鋼材經熱軋后，由于不均勻冷卻會產生殘余應力，一般在冷卻較慢處產生拉應力，冷卻早的地方產生壓應力。殘余應力自平衡。
27、 硬化：在重復荷載作用下，鋼材彈性極限有所提高。
28、 藍脆現象：在250℃左右時，鋼材抗拉強度提高而沖擊韌性下降。
29、 低溫冷脆：當溫度下降到某一數值時，鋼材的沖擊韌性突然急劇下降，試件斷口發生脆性破壞。
30、 在一般情況下，由于結構鋼材的塑性較好，當內力增大時，應力分布不均勻的現象會逐漸平緩。
31、 選用鋼材的原則：
（1） 結構的類型及重要性；
（2） 荷載的性質；
（3） 連接方法；
（4） 結構的工作溫度；
（5） 結構的受力性質；
（6） 結構形式和鋼材厚度；
第三章 鋼結構的可能破壞形式
1、 鋼結構可能的破壞形式：
（1） 結構的整體失穩；
（2） 結構和構件的局部失穩；
（3） 結構的塑性破壞；
（4） 結構的脆性斷裂；
（5） 結構的疲勞破壞；
（6） 結構的損傷累積破壞；
第四章 受拉構件及索
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第五章 軸心受壓構件
1、 一般情況下軸心受壓構件的失穩形態：
a) 雙軸對稱：工字型、H形，只出現彎曲失穩；
b) 單軸對稱：不對稱工字型、T形、槽形，繞非對稱軸彎曲失穩；繞對稱軸彎扭失穩；
c) 無對稱軸：不等肢L形，彎扭失穩；
d) 中心對稱：十字型、Z形，扭轉失穩。
2、 軸心受壓構件的強度：
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3、 整體穩定：
a) 歐拉臨界力（理想彈性軸心壓桿）：
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b) 極限承載力：
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c) 格構式構件換算長細比
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按公式計算
4、 局部穩定：
a) 穩定系數k按支座條件取對應值
b) 板屈曲后還會有很大的承載能力，其屈曲后強度來源于板面內橫向的薄膜張力。
c) 實腹構件局部失穩通過寬厚比板件來控制。
d) 為保證格構柱單肢穩定性不低于整體，其長細比
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a) 軋制截面不需要驗算局部穩定，自動滿足；
第六章 受彎構件
1、 受彎構件的主要破壞形式：
a) 截面強度破壞：邊緣屈服后根據彈性核大小判斷承載力；制作處受剪破壞；
b) 整體失穩：彎矩作用平面內、彎矩作用平面外；
c) 局部失穩：分為彈性和彈塑性；彈性局部失穩說明受彎構件局部遭到破壞，承載性能開始惡化，但不一定作為構件整體遭到破壞的判別標準。
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6、 剪力中心：彎曲中心、扭轉中心，截面發生扭轉的旋轉中心；設計時應使橫向力作用線靠近剪力中心。
7、 自由扭轉：截面應力為扭轉引起的剪應力；單位長度的扭轉角處處相等
a) 截面上受等值反響的一對扭矩作用；
b) 構件端部截面的縱向纖維不受約束。
8、 約束扭轉：上下翼緣存在等值反向的雙力矩。
9、 翹曲：約束扭轉時，構件截面不再保持為平面。
10、 整體失穩，影響臨界彎矩的主要因素：
| 因素 | 臨界彎矩 |
| 側向抗彎剛度、抗扭剛度、抗翹曲剛度 | + |
| 構件跨度 | - |
| 截面不對稱程度 | + |
| 荷載作用方式系數 | + |
| 橫向荷載作用位置 | + |
| 支承對位移的約束程度 | + |
11、 可以不進行整體穩定計算的情況：
a) 有足夠剛度的鋪板覆蓋在受彎構件的受壓翼緣上并與其牢固連接，能有效阻止受壓醫院的側向變形；
b) 受彎構件的自由長度小于某一臨界值。
12、 局部穩定設計準則：
a) 板件局部失穩的臨界應力不小于材料的屈服強度；
b) 板件局部失穩的臨界應力不小于構件的整體穩定臨界應力；
c) 板件局部失穩的臨界應力不小于實際工作應力。（最經濟）
13、 桁架機制：有橫向加勁肋的簡支梁受剪局部失穩后，主壓應力不變，主拉應力增加。梁的上下翼緣猶如上下弦桿，橫向加勁肋如同受壓豎桿，失穩區段內的斜向張拉力帶則起到受拉斜桿的作用。
14、 反復荷載、塑性設計中，不考慮利用屈曲后強度。
第七章 壓彎構件
1、 破壞形式
| 強度破壞 | 整體失穩 | 局部失穩 |
| 與受彎構件類似 | 平面內失穩、平面外失穩 | 類似于軸心受力構件 |
2、 強度
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3、 整體穩定
a) 平面內整體穩定性
i. 寬厚比相當大的板件組成的截面（冷彎薄壁型構件），在全截面發展塑性的可能性較小，一般以邊緣屈服準則作為設計準則。
ii. 確定平面內穩定性的兩種方式：試驗數據統計、力學模型數值分析
iii. 平面內穩定承載力計算方式：
| 名稱 | 公式 | 特點 |
| 單項表達式 | 值受影響因素較多，使用不便。 | |
| 相關公式 | 部分發展塑性 |
b) 平面外整體穩定性
i. 平面外整體失穩呈現彎扭狀態。
ii. 計算公式：
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c) 格構式構件
| 單肢穩定 | 對于綴條，可以按軸心受力構件計算單肢在各桿軸力作用下的穩定性。對于綴板，平面內穩定需考慮剪力引起的局部彎矩。 |
| 綴條穩定 | 與軸心受壓類似 |
4、 局部穩定
a) 設計準則：
i. 不允許發生局部失穩
ii. 考慮利用屈曲后強度
第八章 鋼結構的連接
1、 焊接方式
| 電弧焊 | 最常用，不同鋼種焊接，宜用與低強度鋼材相適應的焊條 |
| 電渣焊 | 電弧焊的一種，常用于高層建筑等鋼結構中箱型柱的內部橫隔板與柱的焊接 |
| 電阻焊 | 適用于板疊厚度不超過12mm |
| 氣焊 | 薄鋼板、小型結構 |
2、 焊接形式
a) 對接焊縫：直縫、斜縫；
b) 角焊縫：側縫、端縫。
3、 焊接結構的優缺點
a) 優點
i. 不需要打孔鉆眼，省工省時，截面不受到削弱；
ii. 不限形狀、無輔助零件、構造簡單、傳力路線短、適應面廣；
iii. 氣密性、水密性好，結構剛性大，整體性好；
b) 缺點：
i. 熱影響區使鋼材變脆；
ii. 殘余應力容易發生脆性破壞，降低壓桿穩定的臨界荷載，影響尺寸和形狀；
iii. 局部裂縫易擴散到整體；
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1、 剪力螺栓的破壞形式：
a) 螺桿剪斷破壞；
b) 鋼板孔壁擠壓破壞；
c) 凈截面斷裂；
d) 邊緣沖切破壞；
e) 彎曲破壞；
2、 普通螺栓計算：
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總結
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