[分享]最全面的钢结构学习总结二

知识点

1、焊接是钢结构最主要的连接方式，有对接焊缝和角焊缝两种基本形式。

常用的焊接方法有手工焊、自动（或半自动）埋弧焊。手工焊焊条型号应与主体金属强度相适应。施焊过程中可能产生裂纹、气孔、烧穿、弧坑等缺陷。为保证焊缝质量，应根据焊缝等级按各自不同的检验标准进行质量检查。

2、焊缝

为保证焊缝质量和便于施焊，对接焊缝要求按焊件厚度采用不同形式的坡口，坡口形式有I形、单边V形、V形、U形、K形、X形等。对于没有采用引弧板的焊缝，计算时焊缝长度要考虑起落弧的影响。对接焊缝截面上的应力分布与母材相同，强度计算公式也相同，轴力作用下一般采用直缝，强度不足时可采用斜焊缝，当倾斜角度θ≤56°时，可不进行焊缝强度计算，在弯矩、剪力共同作用下的计算公式也可采用材料力学公式。

3、角焊缝受力复杂，按受力不同分为侧焊缝和端焊缝

为保证焊接质量，规范对焊脚尺寸hf及焊缝计算长度lw等都作了构造规定。角焊缝计算以最小焊缝截面为计算截面，且不论抗拉、抗压及抗剪均采用同一强度设计值￡fw。对角焊缝在轴心力、弯矩、扭矩、剪力及几个力共同作用下的受力进行了分析并推导出不同情况下的计算公式，应熟练掌握。

4、焊接

施焊时，由于不均匀的温度场，使杆件产生焊接变形和焊接应力，这对结构在常温、静载作用下的承载力没有影响，但增大了结构的变形，降低了结构的刚度、疲劳强度以及稳定承载力。从设计和施工方面应采取不同措施减小或消除残余应力和残余变形，如设计上尽量使焊缝对称布置；施焊时应采用合理的施焊次序等。

5、螺栓排列

普通螺栓排列时，规范根据受力、构造和施工三方面的要求规定了容许距离，针对螺栓几种可能的排列形式，提出了不同的防止措施，在确定单个螺栓承载力设计值的基础上，分析了螺栓群在不同荷载作用下的受力和计算方法。

6、高强度螺栓

高强度螺栓是通过特制扳手拧紧螺帽，使螺杆产生很大的预拉力，将板件压紧。在外力作用下，板件间产生很大的摩擦力。摩擦型高强螺栓就是依靠摩擦力传递剪力的。当剪力等于摩擦力时，连接应定达到极限状态。掌握其受力性能，传力方式及各种计算方法，并与普通螺栓加以对照理解分析。

Q

什么因素决定了角焊缝的尺寸？

A

角焊缝尺寸由焊缝尺寸中最短的焊脚高来决定

钢结构中的残余应力就是指的焊接残余应力吗？还是焊接残余应力只是其中的主要部分？

1,钢结构的焊接过程是在焊件局部区域加热熔化,然后冷却凝固的热过程,由于不均匀的温度场,导致构件不均匀的膨胀和收缩,从而使构件内部残存应力并引起变形,通称的焊接残余应力和残余变形.

2,残余应力是钢材在热轧、氧割、焊接的加热和冷却过程中产生的，先冷却部分形成压应力，后冷却部分形成拉应力。

3,焊接残余应力按其方向可划分为纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力三种。

4,焊接残余应力和焊接残余变形的影响

<1>，刚度——由于在残余拉应力区域提前进入塑性状态而刚度降为零，继续增加的外力仅由弹性区承担，因此构件变形必然增大，刚度减小。

<2>，静力强度——残余应力对静力强度并无影响。

<3>，压杆的稳定承载力——有残余应力的压杆，在残余应力区提前进入塑性状态，截面的弹性区减小，杆件的抗弯刚度也相应减小，因此其稳定承载力降低。

<4>，疲劳强度和温度冷脆——由于塑性变形受到约束，材料变脆，使裂纹容易产生和开展，疲劳强度也会降低，在低温情况下，更容易形成冷脆裂纹。

5，焊接残余变形对结构的影响

焊接残余变形不仅影响结构的尺寸，使装配困难，而且使构件产生初偏心和初弯曲等初始缺陷，在受荷载时引起附加内力，影响其承载能力。

6，焊接残余应力的分布与大小

残余应力的分布、大小与截面的形状、尺寸、制造方法和加工过程等有关，而与钢材的强度等级关系不大。

7，减少焊接残余应力和残余变形的方法：

如上所述，焊接残余应力和残余变形对结构性能均有不利影响，故应减小残余应力并控制残余变形过大，使其符合〈施工规范〉的规定，否则应进行矫正。残余应力和残余变形在焊接过程中是相互关连的。为了减小残余变形，在施焊时应对焊件进行加强约束。

为了减小我们应考虑以下两个方面：

〈1〉设计方面

〈2〉制造、焊接工艺方面。

焊接残余应力分类及影响：

焊接残余变形：焊接的不均匀加热和高温区的热态塑性压缩，使构件冷却后产生一些残余变形，如纵向缩短，横向缩短，弯曲变形，角变形和扭曲变形等。

焊接残余应力分类：

1）纵向焊接残余应力；

2）横向残余应力；

3）沿焊缝厚度方向的残余应力；

4）约束状态下产生的焊接应力。

焊接残余应力的影响

1）对结构静力强度的影响：对于具有一定塑性的材料，在静力荷载作用下，焊接残余应力是不会影响结构强度的；

2）对刚度的影响：焊接残余应力会降低结构的刚度；

3）对压杆稳定的影响：焊接残余应力会使压杆的挠曲刚度减小，从而必定降低其稳定承载力；

4）对低温冷脆的影响：在厚板和有三轴交叉焊缝的情况下，将产生三轴焊接残余应力，阻碍塑性变形，在低温下使裂纹容易发生和发展，加速构件的脆性破坏；

5）对疲劳的影响：焊接残余应力对疲劳强度有不利影响，使焊缝及其附近产生高额残余拉应力。

 减少焊接残余应力和焊接变形的方法

1）采用合理的施焊次序：例如钢板对接时采用分段退焊，厚焊缝采用分层焊，工字形截面按对角跳焊等；

2）施焊前给构件一个和焊接变形相反的预变形，使构件在焊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（加热至600°C左右，然后缓慢冷却），可以消除焊接残余应力。也可以用机械方法或氧炔焰局部加热反弯以消除焊接变形。

合理的焊缝设计

为了减少焊接应力与焊接变形，设计时在构造上采取一些措施：

1）焊接的位置要合理，焊缝的布置应尽可能对称于构件重心，以减少焊接变形。

2）焊缝尺寸要适当，在允许范围内，可以采用较小焊脚尺寸，并加大焊缝长度，使需要的焊缝总面积不变，以免因焊脚尺寸过大而引起过大的焊接残余应力。焊缝过厚还可能引起施焊时烧穿、过热等现象。

3）焊缝不宜过度集中。

4）应尽量避免三向焊缝相交，为此可使次要焊缝中断，主要焊缝连续通过。

5）要考虑钢板的分层问题，避免垂直于板面传递拉力。

此外，为了保证焊接质量，还应注意：焊缝连接构造要尽可能避免仰焊，并且施焊时焊条易于到达。

拓展

残余应力的简图一般用直线或不太复杂的曲线组成。

◆    1、轧制普通工字钢：翼缘厚度比腹板的厚度大的多，腹板在型钢热轧后先冷却，翼缘在冷却的过程中受到与其连接的腹板的牵制作用，因此翼缘产生拉应力，而腹板的中部受到压缩产生压应力；

◆    2、轧制H型钢：翼缘的尖端先冷却，因此具有较高的残余压应力；

◆    3、焊接工字钢：翼缘具有轧制边或火焰切割以后又经过刨边的焊接工字形截面，其残余应力与H型钢类似，只是翼缘与腹板连接处的残余拉应力可能达到屈服强度；

◆    4、具有火焰切割翼缘的焊接工字型截面：翼缘切割时的温度场和焊缝施焊时类似，因此边缘产生拉应力，翼缘与腹板连接处的残余拉应力经常达到屈服强度；

◆    5、用很厚的翼缘板组成的焊接工字型截面：沿翼缘的厚度残余应力也有很大变化，板的外表具有残余压应力，板端的应力很高可达到屈服强度，而板的内表在腹板连接焊缝处具有很高的残余拉应力；

◆    6、焊接箱型截面：在连接焊缝处具有高达屈服强度的残余拉应力，而在截面的中部残余压应力随板件的宽厚比和焊缝的大小而变化，当宽厚比放大到40时残余压应力只有0.2fy左右；

◆    7、等边角钢：等边角钢的残余应力，其峰值与角钢边的长度有关；

◆    8、轧制钢管：轧制钢管沿壁厚变化的残余应力，他的内表面在冷却时因受到先已冷却的外表面的约束故有残余拉应力，而外表面具有残余压应力。（热轧圆管的拉压残余应力都比较小）

残余应力使构件刚度降低，对压杆的承载能力有不利影响，残余应力的分布情况不同，影响程度也不同。此外，残余应力对两端铰接的等截面挺直杆的影响和对有初弯曲柱的影响也是不同的。柱的长度不同，残余应力的影响也不相同。

课后习题

1、手工焊条型号应根据什么选择？钢材Q235和16Mn须分别采用哪种焊条系列？

2、焊接过程中可能产生哪些缺陷？对钢结构有何影响？

3、焊缝质量如何检查？如何分级？

4、焊缝代号如何表示？

5、对接焊缝有哪些构造形式？

6、什么叫引弧板？？有何优缺点？

7、对接焊缝在哪种情况下才须进行计算？为什么要采用斜焊缝？

8、角焊缝的焊脚尺寸hf和焊缝计算长度lw有哪些规定？为什么？

9、角焊缝在各种受力情况下如何进行分析和计算？

10、焊接残余应力和残余变形是如何产生的？对结构有哪些影响？应采取什么措施来避免或减少此影响？

11、受剪螺栓有哪几种可能的破坏形式？如何防止？

12、普通螺栓在各种受力情况下的计算原则？

13、为什么要规定螺栓排列的最大和最小尺寸？   

14、普通螺栓与高强螺栓有何不同之处？

15、什么叫高强螺栓的预拉力P？如何确定？

16、单个高强螺栓受剪和受拉时如何计算？

17、在弯矩M作用下受拉的高强度螺栓群和普通螺栓群的计算有何区别？