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钢结构11-20考点

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钢结构11-20考点_第1页
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2011结构工程师:钢结构考点(11)3.薄壁型钢  薄壁型钢系用薄钢板经模压或冷弯制成,其截面形式及尺寸可按合理方案设计薄壁 型钢能充分利用钢材的强度,节约钢材,所以已在我国逐步推广使用  薄壁型钢的壁厚一般为1.5--5mm,但承重结构受力构件的壁厚不宜小于2mm常用 薄壁型钢的截面形式图15-1-9  卷边Z形钢表示为:  Z120 X 60X20X3  (高x宽x肋x厚)  卷边槽钢表示为:  C120 X 60X20X3  (高x宽x肋x厚)  【例15-1-1】有四种厚度不同的Q235钢板,其中( )厚度的钢板强度设计值 最高  A. 12mm B. 17mm C. 26mm D. 30mm  【解】钢材的强度(抗拉、抗压、抗剪强度)随厚度增厚其强度下降,对Q235当厚度≤16mm时,其强度最大,对其他Q345、Q390、Q420钢当厚度≤16mm时,其对应的强度也为最大故应选A项  【例15-1-2】直接承受动力荷载的钢结构,在计算疲劳和正常使用极限状态的变形 时,其荷载取值为( )  A.均采用设计值,应乘动力系数B.均采用设计值,不乘动力系数 C.均采用标准值,应乘动力系数D.均采用标准值,不乘动力系数  【解】钢结构计算疲劳和变形时,均采用标准值,对于动力荷载标准值不乘动力系 数;但在计算强度和稳定性时,应取动力荷载设计值,并应乘以动力系数。

所以,本题应 选D项2011结构工程师:钢结构考点(12)第二节 钢结构的构件  一、受弯构件——梁  (一)梁的类型  钢梁在工业与民用建筑结构中应用甚广,主要用以承受横向荷载,故又称受弯构件受弯构件包括实腹式(梁)和格构式(桁架)两类本章只介绍梁,桁架将在后面另立一节  钢梁最常用于工作平台梁、楼盖梁、墙架梁、吊车梁、框架梁等钢梁按材料和制作方法可分为型钢梁和组合梁两大类型钢梁加工简单、制造方便、成本较低,因而广泛用作中小型钢梁当荷载或跨度相当大时,由于工厂轧制条件的限制,型钢梁的尺寸有限,不能满足构件承载能力和刚度的要求,因此必须采用组合梁  型钢梁常用工字钢或槽钢制成(图15―2-1a、b、c)工字钢的截面材料分布比较符合平面弯曲的特点,用料比较经济,应用最广槽钢的翼缘较小,材料在截面上的分布不如工字钢合理,而且它的截面不对称,剪力中心在腹板的外侧,弯曲时常同时产生扭转,受力性能较差,应用不如工字钢广泛用槽钢时应采取措施使荷载的作用线接近剪力中心,或采取构造措施使截面不会产生扭转  薄壁型钢(图15―2-1d、e、f)可用作某些受力不大的受弯构件,如檩条和墙梁等,用料比较经济,但因薄壁断面,防锈要求较高,也要防止杆件的扭转和屈曲。

  组合梁由钢板、型钢用焊缝、铆钉或螺栓连接而成它的截面组成比较灵活,可使材料在截面上的分布更为合理,节约用料它常用作荷载或跨度较大的梁用三块钢板焊成的工字型组合梁构造最简单,制作方便,应用最广泛有时限于钢板厚度,偶有采用双层翼缘板的组合梁承受动力荷载的梁,如钢材质量不能满足焊接结构的要求,可采用铆接或高强度螺栓连接用T型钢和钢板也可焊成工字形梁当梁承受的荷载很大而其截面高度受到限制时,或承受双向弯矩(Mx和My)时,或承受很大的扭矩时,可采用箱形截面梁  钢梁上常浇有钢筋混凝土楼板,通过连接件(圆柱头焊钉,弯起短钢筋等)将钢梁和混凝土板连接成钢与混凝土组合梁(图15―2-2),利用混凝土受压,利用钢材受拉而达到更为经济的效果  在跨度很大而荷载不大时(弯矩很大而剪力较小),将H型钢(宽翼缘工字钢)沿腹板的折线割开再焊成空腹的蜂窝形梁,是一种经济、合理的形式  根据弯曲变形情况,可分为在一个主平面内弯曲的单向受弯梁和两个主平面内弯曲的双向受弯梁(或称斜弯曲梁)根据梁的支撑情况,可分为简支梁和连续梁钢梁一般都用简支梁简支梁制造简单,安装方便,且可避免支座不均匀沉陷所产生的不利影响2011结构工程师:钢结构考点(13)四、钢材的品种、牌号和选用  (一)钢材的品种和牌号  钢材的品种繁多,性能各异,在钢结构中采用的钢材主要有二个种类,一是碳素结构钢(或称普通碳素钢),二是低合金钢。

  1.碳素结构钢  我国碳素结构钢有五种牌号,Q235是钢结构常用的钢材品种其中Q是屈服点的意思,235代表钢材屈服强度(单位为N/mm2)  Q235按质量等级、脱氧方法不同,分别表示如下:  AB(F, b, Z). C(Z). D(TZ)  ABCD表示质量等级  Q235质量等级分为A、B、C、D四级,由A到D表示质量由低到高不同质量等级要求如下:  A——提供S、P、C、Mn、Si化学成分和fu、fy、δ5(δ10),根据买方需要可提供1800冷弯试验,但无冲击功规定,含炭量和含锰量不作为交货条件  B——提供S、P、C、Mn、Si化学成分和fu、fy、δ5(δ10),冷弯180'试验还提供+200C时冲击功Ak≥27J  C——除与B级要求一样外,还提供00C时冲击功Ak≥27J  D----除与B级要求一样外,还提供-200C时冲击功Ak≥27J  根据脱氧方法不同,钢材分为沸腾钢(F)、半镇静钢(b)、镇静钢(z)和特殊镇静钢(TZ),对Q235来说,A、B两级钢的脱氧方法可以是Z、F、b,C级钢只能是Z,D级钢只能是TZ,表示牌号时Z和TZ可以省略  例:  Q235A--fy=235N/mm2、A级镇静钢;  Q235Bb----- fy =235N/mm2、B级半镇静钢;  Q235D----- fy =235N/mm2、D级特殊镇静钢。

  2.低合金钢  在钢结构中采用低合金钢品种有Q345、Q390和Q420等屈服点分别为345N/mm2,390N/mm2 , 420 N/mm2, Q345、Q390、Q420按质量等级用下式表示:  质量等级分为五级由A到E表示质量由低到高,各级要求如下:  A--提供P、S、C、Mn、Si、V、Nb、Ti化学成分和fu、fy、δ5(δ10)),根据买方需要提供1800冷弯试验无冲击功要求;  B--提供P、S、C、Mn、Si、V、Nb、Ti化学成分和fu、fy、δ5(δ10))、1800冷弯试验+200C时冲击功Ak≥34J;  C——除与B级要求一样外,还提供00C 2时冲击功Ak≥34J;  D—除与B级要求一样外,还提供-200C时冲击功Ak≥34J;  E——除与B级要求一样外,还提供-400C时冲击功Ak≥27J  脱氧方法为镇静钢和特殊镇静钢时,可省略Z、TZ记号  例:  Q345D—fy =345N/mm2、D级特殊镇静钢;  Q390A——fy =390N/mm2、A级镇静钢;  Q420E——fy =420N/mm2、E级特殊镇静钢2011结构工程师:钢结构考点(14) (二)选用钢材的原则  选定钢材的标号和对钢材的质量提出要求时,应考虑下列结构特点:  1.结构的类型及重要性  由于使用条件、结构所处部位等方面的不同,结构可以分为重要、一般和次要的三类。

应根据不同情况,有区别地选用钢材,并对钢材质量提出不同保证项目  2.荷载的性质  按所承受荷载的性质,结构可分为承受静力荷载和承受动力荷载两种在承受动力荷载的结构或构件中,又有经常满载和不经常满载的区别,因此;荷载性质不同,就应选用不同的钢材,并提出不同的质量保证项目例如对重级工作制吊车梁,就要选用冲击韧性疲劳性能好的钢材,如Q345C或Q235C而对于一般承受静力荷载的结构或构件,如普通屋架及柱等(在常温条件下),就可以选用Q235A  3.连接方法  连接方法不同,对钢材质量要求也不同例如焊接结构的钢材,由于焊接过程中不可避免地会产生焊接应力、焊接变形和焊接缺陷,在受力性质改变和温度变化的情况下,容易引起缺口敏感,导致构件产生裂纹或裂缝,甚至发生脆性断裂所以焊接钢结构对钢材的化学成分,力学性能和可焊性都有较高的要求如钢材中的碳、硫、磷的含量要低、塑性、韧性指标要高,可焊性要好等但对非焊接结构(如用高强度螺栓或铆钉连接的结构),这些要求就可以放宽  4.结构的工作温度  结构所处的环境和工作条件,例如室内、室外温度变化、腐蚀作用情况等对钢材的影响很大钢材有随着温度下降而发生脆断(低温冷脆)的特性。

钢材的塑性、冲击韧性都随着温度的下降而降低,当下降到冷脆转变温度时,钢材处于脆性状态,随时都可能突然发生脆性断裂国内外都有这样的工程事故的实例而经常在低温条件下工作的焊接结构则更为敏感,选材时必须慎重考虑  5.构件的受力性质  结构的低温脆断事故,绝大部分是发生在构件内部有局部缺陷(如缺口、刻痕、裂纹、夹渣等)的部位但同样的缺陷对拉应力比压应力影响更大因此,经常承受拉力的构件,应选用质量较好的钢材  此外,在设计文件和施工图纸上,对所选用的钢材,除了选定钢材的标号(包括钢类、炉种、钢号和浇注方法)外,还应明确提出所必需的保证条件2011结构工程师:钢结构考点(15) (三)钢材的规格和表示方法  钢结构所用的钢材主要为热轧成型的钢板和型钢,以及冷弯成型的薄壁型钢,有时也采用圆钢和无缝钢管  1.钢板  钢板有厚钢板、薄钢板和扁钢(带钢)之分其规格如下:  厚钢板:厚度4.5--60mm,宽度600--3000mm,长度4--12m;  薄钢板:厚度1.0--4mm,宽度500--1500mm,长度0.5--4m;  扁 钢:厚度3--60mm,宽度l0~200mm,长度3--9m  图纸中对钢板规格采用“—宽x厚x长”或“—宽x厚”表示。

  例:-450×8×3100  2.型钢  钢结构常用的型钢是角钢,槽钢、工形钢、宽冀缘H钢、T型钢和钢管等普通型钢是由钢材热轧而成  (1)角钢  角钢有等边角钢和不等边角钢(图15-1-8a,b)图纸中对角钢规格采用如下表示:  L180×8(等边角钢)  (宽×厚)  L180×90×8(不等肢角钢)  (长肢宽×短肢宽×厚)  (2)圆钢管 图15-1-8c  圆钢管分为无缝钢管和有缝钢管  其表示方法为  ф180×4(外径×壁厚)  (3)槽钢 图15-1-8d  槽钢表示方法为:  [20表示槽钢高度200mm,其余尺寸查规格表  (4)工字形型钢 图15-1-8e  工字钢表示方法为:  I40,表示400mm高度,其尺寸查有关规格表  (5)H型钢 图15-1-8f  H型钢表示方法为:  H340x250x9x4  (高x宽x腹板厚x冀缘厚)  (6)T型钢 图15-1-8g  T型钢由H型钢切割而成,其表示为:  T100×200X9X12  (高x宽x腹板厚x翼缘厚)2011结构工程师:钢结构考点(16)3.薄壁型钢薄壁型钢系用薄钢板经模压或冷弯制成,其截面形式及尺寸可按合理方案设计。

薄壁 型钢能充分利用钢材的强度,节约钢材,所以已在我国逐步推广使用薄壁型钢的壁厚一般为1.5--5mm,但承重结构受力构件的壁厚不宜小于2mm常用薄壁型钢的截面形式图15-1-9  卷边Z形钢表示为:  Z120 X 60X20X3  (高x宽x肋x厚)  卷边槽钢表示为:  C120 X 60X20X3  (高x宽x肋x厚)  【例15-1-1】有四种厚度不同的Q235钢板,其中( )厚度的钢板强度设计值 最高  A. 12mm B. 17mm C. 26mm D. 30mm  【解】钢材的强度(抗拉、抗压、抗剪强度)随厚度增厚其强度下降,对Q235当厚度≤16mm时,其强度最大,对其他Q345、Q390、Q420钢当厚度≤16mm时,其对应的强度也为最大故应选A项  【例15-1-2】直接承受动力荷载的钢结构,在计算疲劳和正常使用极限状态的变形 时,其荷载取值为( )  A.均采用设计值,应乘动力系数B.均采用设计值,不乘动力系数 C.均采用标准值,应乘动力系数D.均采用标准值,不乘动力系数  【解】钢结构计算疲劳和变形时,均采用标准值,对于动力荷载标准值不乘动力系 数;但在计算强度和稳定性时,应取动力荷载设计值,并应乘以动力系数。

所以,本题应 选D项2011结构工程师:钢结构考点(17)第二节 钢结构的构件  一、受弯构件——梁  (一)梁的类型  钢梁在工业与民用建筑结构中应用甚广,主要用以承受横向荷载,故又称受弯构件受弯构件包括实腹式(梁)和格构式(桁架)两类本章只介绍梁,桁架将在后面另立一节  钢梁最常用于工作平台梁、楼盖梁、墙架梁、吊车梁、框架梁等钢梁按材料和制作方法可分为型钢梁和组合梁两大类型钢梁加工简单、制造方便、成本较低,因而广泛用作中小型钢梁当荷载或跨度相当大时,由于工厂轧制条件的限制,型钢梁的尺寸有限,不能满足构件承载能力和刚度的要求,因此必须采用组合梁  型钢梁常用工字钢或槽钢制成(图15―2-1a、b、c)工字钢的截面材料分布比较符合平面弯曲的特点,用料比较经济,应用最广槽钢的翼缘较小,材料在截面上的分布不如工字钢合理,而且它的截面不对称,剪力中心在腹板的外侧,弯曲时常同时产生扭转,受力性能较差,应用不如工字钢广泛用槽钢时应采取措施使荷载的作用线接近剪力中心,或采取构造措施使截面不会产生扭转  薄壁型钢(图15―2-1d、e、f)可用作某些受力不大的受弯构件,如檩条和墙梁等,用料比较经济,但因薄壁断面,防锈要求较高,也要防止杆件的扭转和屈曲。

  组合梁由钢板、型钢用焊缝、铆钉或螺栓连接而成它的截面组成比较灵活,可使材料在截面上的分布更为合理,节约用料它常用作荷载或跨度较大的梁用三块钢板焊成的工字型组合梁构造最简单,制作方便,应用最广泛有时限于钢板厚度,偶有采用双层翼缘板的组合梁承受动力荷载的梁,如钢材质量不能满足焊接结构的要求,可采用铆接或高强度螺栓连接用T型钢和钢板也可焊成工字形梁当梁承受的荷载很大而其截面高度受到限制时,或承受双向弯矩(Mx和My)时,或承受很大的扭矩时,可采用箱形截面梁  钢梁上常浇有钢筋混凝土楼板,通过连接件(圆柱头焊钉,弯起短钢筋等)将钢梁和混凝土板连接成钢与混凝土组合梁(图15―2-2),利用混凝土受压,利用钢材受拉而达到更为经济的效果  在跨度很大而荷载不大时(弯矩很大而剪力较小),将H型钢(宽翼缘工字钢)沿腹板的折线割开再焊成空腹的蜂窝形梁,是一种经济、合理的形式  根据弯曲变形情况,可分为在一个主平面内弯曲的单向受弯梁和两个主平面内弯曲的双向受弯梁(或称斜弯曲梁)根据梁的支撑情况,可分为简支梁和连续梁钢梁一般都用简支梁简支梁制造简单,安装方便,且可避免支座不均匀沉陷所产生的不利影响2011结构工程师:钢结构考点(18) (二)梁格布置  梁格是由许多梁排列而成的平面体系,例如楼盖和工作平台等。

梁格上的荷载一般先由铺板传给次梁,再由次梁传给主梁,然后传到柱或墙,最后传给基础和地基  根据梁的排列方式,梁格可分成下列三种典型的形式:  (1)简式梁格(图15―2-3a)只有主梁,适用于梁跨度较小的情况;  (2)普通式梁格(图15―2-3b)有次梁和主梁,次梁支承于主粱上;  (3)复式梁格(图15―2-3c)除主梁和纵向次梁外,还有支承于纵向次梁上的横向次梁铺板可采用钢筋混凝土板或钢板,目前大多采用钢筋混凝土板铺板宜与梁牢固连接使两者共同工作,分担梁的受力,节约钢材,并能增强梁的整体稳定性2011结构工程师:钢结构考点(19) (三)受弯构件的计算  受弯构件应进行强度、整体稳定、局部稳定和刚度等计算,才能保证构件的安全  1.强度计算  受弯构件应进行正应力、剪应力、局部承压应力和折算应力等四个方面计算,其中由弯矩产生的正应力和由剪力产生剪应力一般情况都需计算,而局部承压应力和折算应力根据截面构造、受力状态等情况确定是否进行计算  (1)正应力计算  在主平面内受弯的实腹构件(腹板不发生局部失稳),其正应力强度计算公式:  单向受弯构件  双向受弯构件  式中 Wnx,Wny——对x轴和y轴的净截面模量;  Mx,My——绕x轴和y轴的弯矩(对工字形截面:x轴为强轴、y轴为弱轴,);  γx,γy——截面塑性发展系数,γx=γy =1不考虑塑性发展,) γx、γy其他情况可查阅钢结构设计规范(GB 50017—2003)  f—钢材的抗弯强度设计值。

2011结构工程师:钢结构考点(20) (2)剪应力计算  在主平面内受弯的实腹构件(腹板不发生局部失稳),其抗剪强度计算公式:  式中 V——计算截面沿腹板平面作用的剪力;  S-----计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩;  I----毛截面惯性矩;  tw------腹板厚度;  fv——钢材的抗剪强度设计值  对于腹板高厚比(h0/tw)比较大( )而考虑屈曲后强度的工字形截面焊接组合梁,应按下式验算梁的抗弯和抗剪承载能力:  式中 M、V------梁的同一截面上同时产生的弯矩和剪力设计值;计算时,  当 V<0.5Vu取V=0.5Vu  M   Mf厂梁两翼缘所承担的弯矩设计值;  Afl、h1-----较大翼缘的截面积及其形心至梁中和轴的距离;  Af2、h2--较小翼缘的截面积及其形心至梁中和轴的距离;  Meu、Vu-----梁的抗弯和抗剪承载力设计值按钢结构设计规范  式(15-2-4)、式(15-2-5)考虑了腹板屈曲后强度,仅用于承受静力荷载的工字形单向受弯梁。

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