钢结构的特点

钢结构的特点

钢结构的特点:1、轻质高强2、塑性、韧性好3、各向同性,性能稳定4、可焊性5、不易渗漏

6.制造简便,施工周期短7、耐腐蚀性差8、耐热但不耐火9、存在稳定性问题。

应用范围:重型工业厂房,大跨度结构,高耸结构,与高层结构受动力荷载作用的结构,可拆卸与移动的结构,容器与管道,轻型钢结构其她建筑——支架等。

钢结构的设计方法主要以概率极限状态设计法为主,对疲劳以及压力容器沿用以经验为主的容许应力设计法。

钢材力学性能指标包括:抗拉强度FU反映钢材受拉时所能承受的极限应力,伸长率衡量钢材断裂前所具有的塑性形变能力指标,以试件破坏后在标定的长度内残余应变表示,屈服点,断面收缩率衡量钢材塑性与韧性,冷弯性能判断钢材塑性变形能力与冶金质量与冲击韧性用于比较韧性的好坏。

钢结构的破坏形式:1、 塑性破坏。特征:构件应力超过屈服点,并且达到抗拉极限强度后,构件产生明显的变形。断口:色泽发暗。后果:在破坏前有很明显的变形,并有较长的变形持续时间,便于发现与补救。2、脆性破坏:在破坏前无明显变形,没有任何预兆。断

口:平齐与呈有光泽的晶粒。后果:突然发生的,危险性大,应尽量避免。

1)屈服点 fy——应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力(取屈服阶段波动部分的应力最低值),它就是衡量钢材的承载能力与确定钢材强度设计值的重要指标。

(2)抗拉强度 fu ——应力应变曲线最高点对应的应力,它就是钢材破坏前所能承受的最大应力。

3)钢材的塑性——当应力超过屈服点后,钢材能产生显著的残余变形(塑性变形)而不立即断裂的性质。

塑性好坏可用断面收缩率与伸长率表示,通过静力拉伸试验得到。

元素对钢结构性能的影响:碳(C)——钢材强度的主要来源,但就是随其含量增加,强度增加,塑性、冷弯、冲击、抗疲劳降低,可焊性降低,抗腐蚀性降低。硫(S) ——有害元素,引起热脆与分层。磷(P)——冷脆性。抗腐蚀性略有提高,但可焊性、塑性与韧性降低 。锰(Mn)——合金元素。弱脱氧剂。与S形成MnS,(熔点为1600℃),可以消除一部分S的有害作用,改善钢的冷脆倾向,但对焊接不利,不宜过多。硅(Si)——合金元素。就是强脱氧剂,可细化精粒,提高强度,且不影响其它性能,但过量会恶化焊接性与抗锈性。钒(V)——合金元素。细化晶粒,提高强度,其碳化物具有高温稳定性,适用于受荷较大的焊接结构。氧(O)——有害杂质。降低钢材的力学性能,特别就是降低韧性,还有促进钢材的时效敏感性,使热脆性增加,可焊性变差。氮(N)——有害杂质。使钢材塑性下降,韧性显著下降,加剧钢材的时效敏感性与冷脆性。

冶金缺陷的影响:偏析 金属结晶后化学成分分布不均匀的现象。主要就是硫、磷偏析,其后果就是偏析区钢材的塑性、韧性、可焊性变坏。 非金属夹杂 指钢材中的非金属化合物,如硫化物、氧化物,她们使钢材性能变脆。 裂纹 钢材中存在的微观裂纹。

气泡 浇铸时由FeO与C作用所生成的CO气体不能充分逸出而滞留在钢锭那形成的微小空洞。 分层 浇铸时的非金属夹杂在轧制后可能造成钢材的分层。

影响钢材性能的因素:化学成分的影响。冶金缺陷的影响,荷载的影响,构造缺陷的影响,温度的影响,硬化时间与间歇的影响,残余应力的影响。

防止脆性断裂的方法:合理设计,正确制造,合理使用。

钢材在循环荷载作用下,应力虽然低于极限强度,甚至低于屈服强度,但仍然会发生断裂破坏,这种破坏形式就称为疲劳破坏。1、 破坏过程:裂纹的形成----裂纹的扩展----最后的迅速断裂而破坏。2、 破坏特点

疲劳破坏时的应力小于钢材的屈服强度,钢材的塑性还没有展开,属于脆性破坏。疲劳破坏的断口与一般脆性破坏的断口不同。一般脆性破坏后的断口平直,呈有光泽的晶粒状或人字纹。而疲劳破坏的主要断口特征就是放射与年轮状花纹。疲劳对缺陷十分敏感。 影响疲劳破坏的主要因素:应力幅,循环次数,缺陷。

提高疲劳强度与疲劳寿命的措施:(ａ)采取合理构造细节设计,尽可能减少应力集中;(ｂ)严格控制施工质量,减小初始裂纹尺寸;(ｃ)采取必要的工艺措施如打磨、敲打等。

连接:连接的形式有焊接连接,铆钉连接,螺栓连接,轻型钢结构用的紧固件连接。焊缝的连接形式有:对接,搭接,T形连接,角部连接。对接焊缝按受力方向分为正对接焊缝,与斜对接焊缝,角焊缝分为正面角焊缝,侧面角焊缝与斜角焊缝。焊缝连接优点:用料经济,不削弱截面;构造简单,任何形式的构件都可直接相连;连接的密闭性好,结构刚度大;制作加工方便,可实现自动化操作;焊缝连接缺点:在焊缝附近的热影响区内,钢材的金相组织发生改变,导致局部材质变脆;焊接残余应力与残余变形,对结构工作不利,使受压构件承载力降低;焊接结构对裂纹很敏感,局部裂纹一旦发生,就容易扩展到整体,低温冷脆问题较为突出。焊接方法可以分为两大类,即熔化焊(手工电弧焊、自动埋弧焊、气焊、电渣焊)与压力焊。手工电弧焊设备简单,操作灵活方便,适用于任意空间位置的焊接,特别适用于焊接短焊缝与曲折焊缝。高空焊接时,只能采用手工焊。埋弧焊就是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。优点:自动化

钢结构的特点

程度高,焊接速度快,劳动强度低,焊接质量好,焊缝内部缺陷少。缺点:设备投资大,施工位置受限等。气体保护焊就是利用二氧化碳气体或其她惰性气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法。优点:焊接速度快,焊接质量好。缺点:施工地点受限制。电渣焊就是利用通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法。电渣焊一般分为熔嘴电渣焊与非熔嘴电渣焊。优点:焊接速度快,焊接质量好。缺点:输入的热量大,接头在高温下停留时间长、焊缝附近容易过热,焊缝金属呈粗大结晶的铸态组织,冲击韧性低,焊件在焊后一般需要进行正火与回火热处理。压力焊——焊接过程中必须要施加压力,可能加热也可能不加热才能完成的焊接。其特点就是焊接变形小、裂纹少、易实现自动化等特点电阻焊与其她连接方法相比,具有连接头质量高、辅助工序少、无须填加焊接材料等优点,尤其易于机械化、自动化,生产率高,使其经济效益显著。

焊缝代号:由引出线(横线与带箭头的斜线)、图形符号(单边角焊缝、双边角焊缝、V型坡口焊缝、塞焊缝、围焊缝等)与辅助符号(如现场安装焊缝)组成。焊条应与焊件钢材相适应,不同钢种的钢材相焊接时,采用与低强度钢相适应的焊条。焊缝缺陷有:裂纹,焊瘤,烧穿,弗坑,气孔,夹渣,咬边,未融合,未焊透。

螺栓连接分为:普通螺栓连接与高强度螺栓连接。

焊件应力的成因:产生了不均匀的温度场且超过500度。,类型有:纵向应力,垂直方向应力与沿厚度方向应力。

焊接应力与变形对结构工作性能的影响:1对结构静力强度的影响。2、对结构刚度的影响。降低刚度削弱稳定性3、加剧低温冷脆。4对疲劳裂缝敏感。

减少焊接应力与焊接变形的方法:设计方面:1) 采用细长,不采用短粗的焊缝;2) 对称布置焊缝,减小变形;3)不等高连接加不大于1/4的斜坡,减小应力集中;制作方面:1) 焊件预热法;2) 锤击法;3) 退火法;4) 反变形法;5) 合理施焊次序; 6) 局部加热法。

螺栓组的的破坏形式:栓杆被剪断;被连接板被挤压破坏;被连接板被拉破坏;被连接板被冲剪破坏 —拉豁;栓杆受弯破坏。螺栓组受扭的基本假定:被连接板就是刚性的,螺栓就是弹性的;在扭矩作用下,绕螺栓群中心旋转;所有螺栓共同工作,每个螺栓受力大小与其到形心的距离成正比,方向垂直于矢径。螺栓组受弯的基本假定:在弯矩作用下,板件绕最边缘的螺栓旋转;每个螺栓受力大小与其到旋转中心的距离成正比。

单个螺栓受剪假定:剪应力均匀分布,沿螺栓杆直径平面。受力要求:受力方向,螺栓的端距过小时,钢材有被剪断或撕裂的可能。螺栓中距以及边距不宜过大,否则不能紧贴合,潮气使钢材锈蚀。

高强承压型:螺栓或钢板破坏为极限状态。高强摩擦型:剪力达到摩擦力极限承载力为极限状态。

梁整体稳定的概念:当外荷载产生的翼缘压力达到一定值时,翼缘板只能尧着自身强轴发生平面内的屈曲。应属于第一类的稳定问题。提高梁整体稳定性的措施:提高侧向抗弯刚度。(增大b)提高抗扭刚度(增大b同样可以)最有效的办法── 加侧向支承,减小侧 向支承点间距。

梁的局部稳定:梁在不同板段有不同的受力状态,不同的受力状态都可能使腹板丧失稳定。加劲肋的设置原则:当。。。腹板局部稳定能够保证,不必配置加劲肋。对于吊车梁按构造配置横向加劲肋。当。。。应配置横向加劲肋。当。。。除了配置横向加劲肋外,还应在弯矩较大的受压区配置纵向加劲肋。

轴心受力构件按其截面组成形式:实腹式与格构式。实腹式三种截面形式:热轧,冷弯,型钢或者钢板组合截面。轴心受力构件应满足两个极限状态:第一极限状态包括∶强度、稳定。第二极限状态(正常使用极限状态。轴心拉杆——只有强度;轴心压杆——强度、稳定必须同时满足。稳定分为两种∶第一类稳定——由直杆平衡转为微微弯曲的平衡,变形(挠度)从无到有——平衡分枝现象。 第二类稳定——由于初始缺陷,压杆一开始便为偏心受力(压弯杆件),因此无平衡分枝现象,变形从小到大, 直到失稳破坏为止。轴心受力构件由于截面形式不同,可能有三种屈曲形式而丧失稳定。即弯曲屈曲、扭转屈曲与弯扭屈曲。

轴心受压构件的局部稳定:各种组合截面如工字型、槽形等截面,其薄板的厚度与其它两个方向的尺寸相比很小,当受压力作用时,会产生鼓曲,进而退出工作,降低整个构件的稳定承载力。

板件宽厚比限值:确定板件宽厚比限值通常有两种方法(原则):

1) .等稳定原则即就是局部屈曲应力不低于整体屈曲的临界应力。

2) .令 局部屈曲临界应力不小于屈服应力。

(考虑箱型截面的相互作用及屈曲后强度)