鋼結構基本原理及設計PPT全套課件

土木工程學院

主講：教授鋼結構基本原理及設計

鋼結構基本原理及設計使用教材:《鋼結構設計原理》張耀春高等教育出版社參考用書:《鋼結構》魏明鐘主編武漢理工大學出版社《鋼結構》鐘善桐中國建筑工業出版社鋼結構基本原理及設計課程內容體系介紹結構軸心構件

受彎構件

偏心構件材料發展構件廠房高層建筑橋梁結構

大跨度建筑塔桅結構焊接鉚接螺栓焊接鉚接螺栓計算方法設計原理鋼結構基本原理及設計§1-1鋼結構發展簡史§1-2鋼結構特點及應用§1-3鋼結構的設計方法§1-4鋼結構的新發展第1章緒論第1章緒論§1-1鋼結構發展簡史

全國重點保護文物－瀘定鐵索橋，建于1705－1706年，橋身共由13根鐵鏈組成；每根（鐵鏈）由862－977節鐵環相扣，每根鐵鏈重1300－1800kg。1.古代發展§1-1鋼結構發展簡史根據文獻記載，中國早在公元前五十年就建成了跨度達百米的鐵索橋，而歐美直到十七世紀尚未出現鐵索橋。瀘定鐵索橋防腐問題§1-1鋼結構發展簡史

公元1061年（宋代）在湖北荊州玉泉寺建成的13層鐵塔，目前依然存在。鐵塔高17.9米，八角十三級，重53.3噸，為我國現存最高、最重、最大的鐵塔。已有900多年的歷史。我國古代金屬結構建筑在世界上處于領先地位。

鎮江甘露寺鐵塔、荊州玉泉寺鐵塔等等。§1-1鋼結構發展簡史

甘露寺鐵塔位于天王殿東北，實際上是唐寶歷元年(八二五年)衛公李德裕建，故又稱衛公塔。宋代重鑄為鐵塔，原塔為七級。十九世紀末又因大風疾雷，傾倒四層。§1-1鋼結構發展簡史建國前2.現代1927~1937年是我國土木工程及金屬結構建設的黃金時代，代表作品有：沈陽皇姑屯機車廠鋼結構廠房（1927）廣州中山紀念堂圓屋頂（1928~1931）錢塘江大橋（1937）§1-1鋼結構發展簡史廣州中山紀念堂是為了紀念孫中山先生建造的，于1931年10月竣工。廳內容積為33300立方米，容量為5000人。建國后，廣州市的標志性建筑，為國家一級文物。

§1-1鋼結構發展簡史

由茅以升先生主持興建的杭州錢塘江大橋。該橋由他帶領一批留學生自行設計和監造(實際施工由丹麥康益洋行承包下部結構和沉箱基礎工程，上部結構鋼梁則由英商道門朗公司承包制造和安裝)。§1-1鋼結構發展簡史建國后第一個五年計劃：以工業廠房（156個大型項目）、交通工程為主。第一重型機械廠第一汽車制造廠§1-1鋼結構發展簡史人民大會堂第二~第四個五年計劃：以公共建筑為主。鋼屋架跨度61米高度7米§1-1鋼結構發展簡史第五個五年計劃~：以工業廠房、公共建筑、交通工程為主寶鋼廠區§1-1鋼結構發展簡史蕪湖長江大橋九江長江大橋(鋼材15MnVN)§1-1鋼結構發展簡史瑞金飯店27層107米金沙江大酒店14層41.4米錦江賓館43層153.21米靜安希爾頓賓館京廣中心53層208米京城大廈52層國貿中心40層長富宮25層§1-1鋼結構發展簡史§1-1鋼結構發展簡史1997年，我國鋼產量達1億噸,1998年投產的軋制H型鋼系列1991年2月4日馬鞍山鋼鐵公司軋制我國第一根H型鋼1996年建成的深圳地王大廈高度325米1998年建成的大連遠洋大廈，鋼結構高層建筑（高度201米，51層），全部由我國自己完成§1-1鋼結構發展簡史上海金茂大廈上海證券大廈§1-1鋼結構發展簡史主跨602米的結合梁斜拉橋在1994年建成時居世界斜拉橋跨度之首，現名列第三。上海楊浦大橋§1-1鋼結構發展簡史

自1996年超過1億噸以來，一直位列世界鋼產量的首位，2006年更達到創紀錄的3.8億噸。我國新的《鋼結構設計規范》GB50017和《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》GB50018也已發布實施。所有這些，為鋼結構在我國的快速發展創造了條件。§1-1鋼結構發展簡史

于1777-1781年，世界上第一座鑄鐵橋。它的建造者是鋼鐵大王亞伯拉罕·達比。由建筑師T·F·普里查德協助設計。這座橋橫跨塞文河，跨度為30.5米。

3.鋼結構在國外的發展史簡介§1-1鋼結構發展簡史框架結構最初在美國得到發展，其主要特點是以生鐵框架代替承重墻。1858--1868年建造的巴黎圣日內維夫圖書館，是初期生鐵框架形式的代表。

§1-1鋼結構發展簡史英國利茲貨幣交易所

倫敦老火車站

美國1850-1880年間“生鐵時代”建造的大量商店、倉庫和政府大廈多應用生鐵構件門面或框架。§1-1鋼結構發展簡史第一座依照現代鋼框架結構原理建造起來的高層建筑是芝加哥家庭保險公司大廈。（1883-1885，WilliamLeBaronJenney）,共十層外形仍然保持著古典的比例§1-1鋼結構發展簡史巴黎的埃菲爾鐵塔，在1889年為紀念法國大革命一百周年而建造，落成之日，設計者埃菲爾驕傲地向世人宣稱，世界上只有法國的國旗具有300米高的旗桿。§1-1鋼結構發展簡史英國福斯橋,建于1889年，是世界上第一座現代化鋼橋。計算簡圖§1-1鋼結構發展簡史鋼拱橋是二十世紀早期常見的橋梁形式。§1-1鋼結構發展簡史美國舊金山的金門大橋，建于20世紀30年代用了二萬多根鋼絲纜繩組成§1-1鋼結構發展簡史紐約帝國大廈馬來西亞石油大廈§1-1鋼結構發展簡史紐約帝國大廈

1931年102層381米

芝加哥漢考克大廈

1970年100層337米

紐約世界貿易中心

1973年110層411米

芝加哥西爾斯大廈

1974年109層442米

馬來西亞石油大廈

1996年88層450米

金茂大廈

88層421米§1-1鋼結構發展簡史§1-1鋼結構發展簡史芝加哥西爾斯大廈

柳京飯店，它有一百零五層，高三百八十米，約有三千個房間，朝鮮最高的建筑，朝鮮建筑史上的奇跡。平壤古代又名柳京。介紹一座混凝土建筑：§1-1鋼結構發展簡史框架結構體系框架支撐結構體系框架剪力墻體系框架---筒體結構體系懸掛結構體系成束筒結構4.高層鋼結構結構體系構件連接§1-1鋼結構發展簡史一、鋼結構的特點2.塑性、韌性好，各向同性、力學性能與力學假定符合程度好，抗震性能好；1.強度/重量比大；穩定性3.具可焊性、易加工制造、具良好的裝配性；4.密封性好；5.可以重復利用；6.有一定的耐熱性，但是耐火性較差；7.易銹蝕、有焊接殘余應力；8.低溫冷脆。§1-2鋼結構特點及應用§1-2鋼結構特點及應用

工業化程度高（具可焊性、易加工制造、具良好的裝配性）§1-2鋼結構特點及應用

密封性能好§1-2鋼結構特點及應用耐火性不好，易銹蝕鋼結構通常在450～650℃溫度中就會失去承載能力發生很大的變形，導致鋼柱、鋼梁彎曲，因過大變形不能使用一般不加保護的鋼結構的耐火極限為15分鐘左右。§1-2鋼結構特點及應用A.外包層在鋼結構外表添加外包層，可以現澆成型，可以采用噴涂法。B.充水(水套)空心型鋼結構內充水是抵御火災最有效的防護措施。

提高鋼結構耐火性的措施§1-2鋼結構特點及應用屏蔽鋼結構設置在耐火材料組成的墻體或頂棚內，或將構件包藏在兩片墻之間的空隙里增加少許耐火材料或不增加即能達到防火的目的一種經濟的防火方法。

D.膨脹材料采用鋼結構防火涂料保護構件具有防火隔熱性能好、施工不受鋼結構幾何形體限制等優點一般不需要添加輔助設施，涂層質量輕，美觀先進防火技術措施。§1-2鋼結構特點及應用1.大跨度結構

有空間桁架、網架、網殼、懸索、張弦梁、拱架和框架等二.鋼結構的應用國家大劇院§1-2鋼結構特點及應用北京中華世紀壇§1-2鋼結構特點及應用2.工業廠房

鞍鋼1700連鑄主廠房工程

鞍鋼大連鍍鋅線主廠房工程§1-2鋼結構特點及應用3.受動力荷載作用的結構（橋梁、吊車梁）§1-2鋼結構特點及應用深圳地王大廈4.多層與高層結構香港中銀匯豐銀行§1-2鋼結構特點及應用上海環球金融中心根據設計方案，大廈高492米、101層，建成后其高度將超過目前居世界第一的馬來西亞大廈（高452米）。

§1-2鋼結構特點及應用青島電視塔5.高聳結構神州飛船發射塔§1-2鋼結構特點及應用多倫多電視塔多倫多電視塔東方明珠§1-2鋼結構特點及應用6.可拆卸移動結構應用于建筑、鐵路、公路、水利、商業、旅游和軍事等領域的辦公室、指揮部、宿舍、會議室、倉庫、商店及各種臨時用房。§1-2鋼結構特點及應用7.容器和管道§1-2鋼結構特點及應用各種筒倉南京揚子石化化工廠§1-2鋼結構特點及應用

配以零件、扣件、門窗等形成比較完善的建筑體系，即輕鋼結構體系。體系由工廠制作，現場按要求拼裝形成。具有自重輕，建設周期短，適應性強，外表美觀，造價低，易維護等特點。由于自重輕，也降低了基礎的造價。8.輕型鋼結構彩鋼板作屋面和墻面薄壁型鋼作檁條和圈梁H型截面做柱與梁現場用螺栓或焊接門式鋼架為主要結構的一種建筑§1-2鋼結構特點及應用廠房、庫房、體育館展覽館機場機庫

已建和在建的浦東國際機場、首都國際機場、蕭山國際機場、成都雙流國際機場等重要工程。§1-2鋼結構特點及應用全鋼結構無吊車砼柱+鋼屋蓋排架結構§1-2鋼結構特點及應用多層循環類停車設備§1-2鋼結構特點及應用9.鋼與混凝土組合結構黑龍江省聯通大廈§1-2鋼結構特點及應用1.傳統的容許應力法和最大荷載法（統稱單系數法）20世紀初~五十年代前言、鋼結構設計方法的發展演變最大荷載法也稱極限荷載法

SK是容許荷載產生的荷載效應；Rb是結構構件的破壞抗力。§1-3鋼結構的設計方法§1-3鋼結構的設計方法2.三系數極限狀態設計法

五十年代~七十年代將一個安全系數分解為三個系數：超載系數材料均質系數工作條件系數特點------------提出兩種極限狀態：（1）承載力極限；（2）正常使用極限狀態。§1-3鋼結構的設計方法3.半概率極限狀態設計法八十年代~SK是荷載效應標準值；Rk是結構構件抗力標準值。K1

荷載系數（1.23)K2材料系數(3號鋼K2為1.143，16Mn鋼為1.175)K3調整系數(一般等于1)令是構件截面的幾何特征§1-3鋼結構的設計方法

公式形為容許應力法表達式，實為半概率半經驗的極限狀態設計法。缺點：系數大小并不反映可靠度，例如3號鋼K=1.41，16Mn鋼K=1.45，并不說明用16Mn的結構比3號鋼安全。§1-3鋼結構的設計方法1.3.1概率極限狀態設計法

將影響結構功能的諸因素作為隨機變量，認為任何設計都不能保證絕對安全，而是存在一定風險，只要失效概率小到可接受的程度，可認為結構是安全的。思想：半概率法近似概率法全概率法

§1-3鋼結構的設計方法結構的功能要求結構在規定的設計使用年限內應滿足的功能有：

(1)正常施工和正常使用時，能承受可能出現各種作用；

(2)正常使用時具有良好的工作性能；

(3)正常維護下具有足夠的耐久性；

(4)在設計規定的偶然事件（如地震、火災、爆炸、撞擊等）發生時及發生后，仍能保持必須的整體穩定性。§1-3鋼結構的設計方法二.結構的可靠度結構在規定的時間內，規定的條件下，完成預定功能的概率。一般建筑物的設計基準期為50年。三.結構的極限狀態極限狀態-整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態就不能滿足設計規定的某一功能要求。承載力極限狀態強度破壞、疲勞破壞、結構和構件喪失穩定。(2)正常使用極限狀態影響結構、構件和非結構構件正常使用或耐久性能的局部損壞。§1-3鋼結構的設計方法R、S受許多隨機因素影響而不具確定性。結構可靠度定義：結構在規定時間內，在規定條件下，完成預定功能的概率。

>0可靠1.結構功能函數

Z=R-S=0達極限狀態

<0失效狀態結構抗力荷載對結構的綜合效應四.概率極限狀態設計原理§1-3鋼結構的設計方法結構可靠度失效概率

歸并R、S兩個基本變量，設二者都服從正態分布，這樣Z也是正態隨機變量。平均值標準差2.失效概率可靠指標§1-3鋼結構的設計方法可靠指標

μ表示平均值，確定曲線位置；σ表示離散程度，確定形狀。只要二者確定，正態分布f(z)就確定令：f(z)Z

β指標確定了f(z)的分布，由其可確定失效概率Pf§1-3鋼結構的設計方法

半概率法是分別考慮荷載效應與抗力的變異性，概率法是用可靠指標將荷載與抗力的變異性對結構的影響聯合考慮。五.設計表達式按照概率表達式不符合人們習慣將公式轉化為設計人員熟悉的分項系數設計式：Z=R－S1.承載力極限狀態表達式

§1-3鋼結構的設計方法根據結構功能要求，進行承載能力極限狀態設計時，應考慮作用效應的基本組合，必要時應考慮作用效應的偶然性（如火災、爆炸、撞擊、地震等偶然事件的組合）

(1)

基本組合可變荷載效應控制的組合：結構重要性系數荷載效應值分項系數組合值系數§1-3鋼結構的設計方法構件本身的承載能力（抗力）R是材料性能和構件幾何因素的函數：材料強度的標準值抗力分項系數幾何因素（截面積或截面抵抗矩）材料或連接設計強度§1-3鋼結構的設計方法

永久荷載效應控制的組合：

對于一般排架、框架結構，可采用簡化式計算：

由可變荷載效應控制的組合：

由永久荷載效應控制的組合，仍按上式進行計算

§1-3鋼結構的設計方法(2)

偶然組合

極限狀態設計表達式宜按下列原則確定：

偶然作用的代表值不乘分項系數；與偶然作用同時出現的可變荷載，應根據觀測資料和工程經驗采用適當的代表值

具體的設計表達式及各種系數，應符合專門規范的規定。

2.正常使用極限狀態表達式結構只考慮荷載的標準組合，其設計式為：

§1-3鋼結構的設計方法§1-4鋼結構的新發展1.4.1結構用鋼的新發展

高強度高性能鋼、低屈服點鋼和耐火鋼的開發和應用

Q420鋼，該鋼材(15MnVN)已應用在九江長江大橋建設壓型鋼板薄壁型鋼應用網架和網殼結構張弦桁架懸掛結構變截面輕鋼門式剛架金屬拱型波紋屋蓋鋼-混凝土組合結構和混合結構1.4.2新型結構體系的應用和發展§1-4鋼結構的新發展1.4.3設計方法的新發展

設計方法還有待發展開展整個框架結構體系為對象的二階非彈性分析

預應力鋼結構計算機應用結構優化§1-4鋼結構的新發展第2章鋼結構材料§2-1概述§2-2鋼材的生產§2-3鋼材的主要性能第2章鋼結構材料§2-4各種因素對鋼材性能的影響§2-5鋼材的疲勞§2-6建筑用鋼的種類、規格和選用1）有較高的強度，屈強比滿足要求，保證安全儲備2）有足夠的變形能力塑性----破壞前有預兆，能內力重分布韌性----在動載下破壞能吸收較大能量§2-1概述4）適應低溫、有害介質侵蝕及承受疲勞荷載5）易生產、價格便宜3）有良好的加工性能，適應冷熱加工，有良好的可焊性《鋼結構設計規范》（GB50017-2002)推薦的普通碳素結構鋼Q235鋼和低合金高強度結構鋼Q345、Q390及Q420符合要求§2-1概述§2-2鋼材的生產2.2.1鋼材的冶煉一.煉鐵二.煉鋼碳素鋼

低合金高強度結構鋼常用的煉鋼爐有三種形式：轉爐、平爐和電爐。電爐煉鋼煉成的鋼質量好。耗電量大，成本高。轉爐煉鋼是利用高壓空氣或氧氣

氧氣頂吹轉爐冶煉的鋼中有害元素和雜質少，生產周期短，效率高、質量好、成本低。

鋼材的生產分為煉鐵、煉鋼和軋制§2-2鋼材的生產§2-2鋼材的生產§2-2鋼材的生產平爐煉鋼，平爐的原料廣泛，容積大，產量高，冶煉工藝簡單，化學成分易于控制，煉出的鋼質量優良。平爐鋼周期長，效率低成本高三.鋼材的澆注和脫氧按脫氧的方法和程度的不同，碳素結構鋼可分為沸騰鋼、半鎮靜鋼、鎮靜鋼和特殊鎮靜鋼4類。

沸騰鋼采用脫氧能力較弱錳作脫氧劑，脫氧不完全。鋼中留有較多氧化鐵夾雜和氣孔。質量較差。

鎮靜鋼采用錳加硅作脫氧劑，脫氧較完全，硅在還原氧化鐵過程中還會產生熱量，使鋼液冷卻緩慢，使氣體充分逸出，澆注時不出現沸騰現象。質量好，成本高。半鎮靜鋼的脫氧程度介于上述二者之間。特殊鎮靜鋼是在錳硅脫氧后，再用鋁補充脫氧，脫氧程度高于鎮靜鋼。低合金高強度結構鋼一般都是鎮靜鋼。§2-2鋼材的生產以“Q”代表屈服點屈服點數值共分195、215、235、255和275(MPa)5種質量等級按有害成分硫、磷含量由多到少的規律，分別由A、B、C、D符號表示脫氧方法以F表示沸騰鋼，b表示半鎮靜鋼，Z表示鎮靜鋼，TZ表示特殊鎮靜鋼。Z和TZ在鋼的牌號中予以省略C級只能是Z，D級只能是TZ。例如：Q235A·F表示屈服點為235MPa的A級沸騰鋼

Q215B，表示屈服點為215MPa的B級鎮靜鋼

Q215B·b表示屈服點為215MPa的B級半鎮靜鋼§2-2鋼材的生產

一.鋼材的組織構造碳素結構鋼是在純鐵中加適量的碳來提高強度鐵素體強度、硬度較低，而塑性、韌性良好滲碳體鐵碳化合物熔點高，硬度大，幾乎沒有塑性與鐵素體晶粒形成珠光體，在鐵素體晶粒空隙中，形成網狀間層。珠光體強度很高，堅硬富有彈性

低合金結構鋼是在低碳鋼中加入少量的合金元素合金元素及其化合物溶解于鐵素體和珠光體中，使強度提高，塑性、韌性和焊接性能不降低2.2.2鋼材的組織構造和缺陷§2-2鋼材的生產二.鋼材的鑄造缺陷

冶金缺陷，如偏析、非金屬夾雜、氣孔、縮孔和裂紋等熱加工、冷加工和熱處理三種。將鋼坯加熱至塑性狀態，依靠外力改變其形狀,產生出各種厚度的鋼板和型鋼，稱為熱加工在常溫下對鋼材進行加工稱為冷加工通過加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼的組織結構發生變化，稱為熱處理2.2.3鋼材的加工§2-2鋼材的生產一.熱加工

開軋和鍛壓溫度控制在1150～1300℃

鋼材軋制成鋼板或型鋼，使金屬的晶粒變細，壓合鋼坯中的氣孔、裂紋等缺陷，改善鋼材的力學性能。

熱軋薄板和壁厚較薄的熱軋型鋼，因輥軋次數較多，鋼材的性能改善明顯，其強度、塑性、韌性和焊接性能均優于厚板和厚壁型鋼

鋼材強度按板厚分組§2-2鋼材的生產

鋼中的硫化物和氧化物等非金屬夾雜，經軋制之后被壓成薄片會出現分層現象。使鋼板沿厚度方向受拉的性能惡化

鋼材沿軋制方向（縱向）的性能優于垂直軋制方向（橫向）的性能，使各向異性增大。鋼板部件應沿其橫向切取試件進行拉伸和冷彎試驗。§2-2鋼材的生產二.冷加工

冷軋卷板和冷軋鋼板

冷彎薄壁型鋼和壓型鋼板

高強鋼絲

§2-2鋼材的生產§2-2鋼材的生產三.熱處理

包括退火、正火、淬火和回火退火和正火改善組織以提高鋼的機械性能其操作方法為：在爐中鋼材加熱保溫一段時間后，隨爐溫冷卻至500℃以下，再放至空氣中冷卻的工藝稱為完全退火若保溫后從爐中取出在空氣中冷卻的工藝稱為正火。正火的冷卻速度比退火快，強度和硬度有所提高低溫退火，主要用來消除鑄件、熱軋件、鍛件、焊接件和冷加工件中的殘余應力§2-2鋼材的生產淬火工藝是將鋼件加熱到900℃以上，保溫后快速在水中或油中冷卻增加了鋼材強度和硬度，使塑性和韌性降低回火工藝將淬火后的鋼材加熱到某一溫度進行保溫，而后在空氣中冷卻消除殘余應力，調整強度和硬度，減少脆性，增加塑性和韌性，形成較穩定的組織。通常稱淬火加高溫回火的工藝為調質處理。強度較高的鋼材，如Q420中的C、D、E級鋼和高強度螺栓的鋼材都要經過調質處理。§2-2鋼材的生產鋼材有兩種完全不同的破壞形式：塑性破壞脆性破壞塑性破壞的主要特征是，破壞前具有較大的塑性變形，常在鋼材表面出現明顯的相互垂直交錯的銹跡剝落線。破壞后的斷口呈纖維狀，色澤發暗。脆性破壞的主要特征是，破壞前塑性變形很小，或根本沒有塑性變形，而突然迅速斷裂。破壞后的斷口平直，呈有光澤的晶粒狀或有人字紋。§2-3鋼材的主要性能2.3.1鋼材的破壞形式§2-3鋼材的主要性能鋼材的多項性能指標通過單向拉伸試驗獲得給出相應鋼材的單調拉伸應力－應變曲線。由試驗曲線看出，在比例極限σp以前鋼材的工作是彈性的；比例極限以后，進入了彈塑性階段；達到了屈服點fy后，塑性平臺；出現強化階段，產生頸縮而破壞。2.3.2鋼材在單向一次拉伸下工作性能§2-3鋼材的主要性能一.四個工作階段：1）彈性階段：2）彈塑性階段：應力由0~比例極限fp應力由fp~屈服點fy3）塑性階段：應力保持fy

不變，應變由(0.1~0.2)%~(2~3)%;4）強化階段：應力由fy~抗拉強度fu設計以鋼材的屈服點f

y

作為靜力強度承載力極限§2-3鋼材的主要性能σεfy如果沒有殘余應力，比例極限與屈服應力合為一點，彈塑性階段消失，為簡化計算，將應力應變關系簡化為如圖二.理想彈塑性體理想彈塑性體應力應變關系1．強度設計時以鋼材的屈服強度為基礎，抗拉強度σu是鋼材破壞前所承受最大應力，此時結構因塑性變形很大而失去使用性能，σu／σy值的大小，作為鋼材強度儲備的參數三.鋼材的機械性能§2-3鋼材的主要性能衡量鋼材塑性變形能力的主要指標是伸長率δ和斷面收縮率ψ。2．塑性原標距間長度的伸長值與原標距比值的百分率。一般以l0／d0=5為標準試件。伸長率δ5：式中：l0——試件原標距長度；

d0——試件標距長度內的直徑；

l1——試件拉斷后標距間的長度。

§2-3鋼材的主要性能斷面的頸縮率：式中：A0——試件標準斷面的面積

A1——試件拉斷后頸縮區的斷面積鋼材單調拉伸應力－應變曲線提供了三個重要的力學性能指標：抗拉強度fu、伸長率δ和屈服點fy。抗拉強度fu是鋼材一項重要強度指標，反映鋼材受拉時能承受的極限應力伸長率δ是衡量鋼材斷裂前所具有的塑性變形能力的指標，其相應伸長率分別用δ5或δ10表示屈服點fy是鋼結構設計中應力允許達到的最大限值§2-3鋼材的主要性能一.冷彎性能鋼材的冷彎性能由冷彎試驗確定試驗時，根據鋼材的牌號和不同的板厚，按國家相關標準規定的彎心直徑，在試驗機上把試件彎曲180°

以試件表面和側面不出現裂紋和分層為合格冷彎試驗不僅能檢驗材料承受規定的彎曲變形能力大小，還能顯示其內部的冶金缺陷判斷鋼材塑性變形能力和冶金質量的綜合指標2.3.3鋼材的其它性能§2-3鋼材的主要性能冷彎性能試驗方法具有一定彎心直徑d的沖頭對標準試件中部施加荷載使之彎曲不出現裂紋或分層，判斷鋼材的冷彎性能冷彎性能試驗§2-3鋼材的主要性能二.沖擊韌性單調拉伸試驗比較不同鋼材在正常情況下韌性好壞沖擊韌性是評定帶有缺口鋼材沖擊荷載作用下抵抗脆性破壞能力的指標，通常用帶有夏比V型缺口的標準試件

沖擊韌性值隨溫度的降低而降低相當溫度下的沖擊韌性指標：

在寒冷地區承受動力作用重要承重結構，應根據工作溫度和所用鋼材牌號，提出相當溫度下的沖擊韌性指標要求§2-3鋼材的主要性能鋼材的沖擊韌性是指鋼材在沖擊荷裁作用下，斷裂過程中吸收機械動能的一種能力，是衡量鋼材抵抗沖擊荷裁作用我國以前曾采用過梅氏試件(U形缺口)作沖擊韌性試驗。

§2-3鋼材的主要性能多軸應力下，材料的綜合強度指標要用變形時單位體積中積聚的能量來衡量形狀改變比能理論：三向應力下，形狀改變比能等于單向拉伸下積聚的比能時，鋼材由彈性轉入塑性狀態2.3.4鋼材在復雜應力狀態下的屈服條件時，為塑性狀態；時，為彈性狀態

§2-3鋼材的主要性能對塑性材料，同號應力狀態易發生脆斷，鋼材在異號應力狀態時容易發生塑性破壞。正應力與剪應力表示：§2-3鋼材的主要性能fy單軸拉伸雙軸異號受力雙軸同號受力εσ當σ1、σ2、σ3為同號應力且數值接近時，即使它們各自都遠大于fy，折算應力σzs仍小于fy說明鋼材很難進入塑性狀態破壞表現為脆性

§2-3鋼材的主要性能在實腹梁的腹板中：當純剪時：鋼材的抗剪設計強度為：平面應力狀態下§2-3鋼材的主要性能

碳含碳量低，鋼的強度不高．但塑性大．伸長率和沖擊韌性高，鋼質柔軟，易于冷加工、切削和焊接含碳量較高，鋼的強度高，但塑性小，硬度大，性脆，不易加工2.4.1化學成分的影響§2-4各種因素對鋼材性能的影響§2-4各種因素對鋼材性能的影響錳元素(Mn)是一種弱脫氧劑錳提高鋼材的屈服強度和抗拉強度，改善鋼材的冷脆傾向，降低硫、氧對鋼材的熱脆影響，改善鋼材熱加工性能，不顯著降低塑性和沖擊韌性。普通碳素鋼中，錳含量在0.3~0.8％，低合金鋼中，在1.2~1.6％之間，過多會使鋼材變硬變脆．降低鋼材耐腐蝕和可焊性。硅元素(Si)是一種較強的脫氧劑。適量的硅可提高鋼材強度而對其塑性、冷彎性能、沖擊性能、可焊性能無明顯不良影響。在碳素鋼中含量不超過0.3％，低合金鋼中限制在0.6％以內。過高硅含量降低鋼材的塑性、韌性、抗銹性和可焊性。§2-4各種因素對鋼材性能的影響

釩元素(V)是低合金鋼中合金元素。可以細化鋼材晶粒結構而提高鋼材屈服強度和抗拉強度。釩的化合物穩定，使鋼的高溫硬度提高，15MnV鋼是在16Mn鋼基礎上加入適量的釩(0.04~0.12％)熔煉成強度較高低合金鋼。

硫元素(S)是一種有害元素。硫與鐵化合成硫化鐵(FeS)散布在純鐵體層間中，當溫度在800～1200℃時熔化而使鋼材出現熱裂紋，且易脆斷。稱為熱脆現象。使鋼材焊接性能和熱加工性能變壞，降低鋼材塑性和沖擊韌性。§2-4各種因素對鋼材性能的影響

氧、氮是有害元素，容易從鐵液中逸出，故含量甚少。氧的作用與硫類似，增大鋼的熱脆性。氮的作用同磷類似，能顯著降低鋼材的塑性和沖擊韌性，冷彎性能和焊接性能，特別是增大鋼材的冷脆性§2-4各種因素對鋼材性能的影響

磷元素(P)也是一種有害元素。磷的存在可提高鋼材的強度和抗銹蝕性，但嚴重降低鋼材的塑性、冷彎性能、沖擊韌性和可焊性。在低溫下，鋼材易產生低溫脆斷,稱為冷脆現象。

鋼材的焊接性能受含碳量和合金元素含量的影響含碳量超過時，焊縫及熱影響區容易變脆一般Q235A的含碳量較高，因此這一牌號通常不能用于焊接構件。而Q235B、C、D的含碳量控制在上述的適宜范圍之內，適合焊接使用在高強度低合金鋼中，低合金元素大多對可焊性有不利影響，《建筑鋼結構焊接技術規程》使用碳當量來衡量低合金鋼的可焊性，其的計算公式如下：

2.4.2鋼材的焊接性能§2-4各種因素對鋼材性能的影響

其中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu分別為分別為碳、錳、鉻、鉬、釩、鎳和銅的百分含量。鋼材焊接性能的優劣除了與鋼材的碳當量有直接關系之外，還與母材厚度、焊接方法、焊接工藝參數以及結構形式等條件有關。

當CE在0.38％～0.45％范圍內時，鋼材呈現淬硬傾向，施焊時需要控制焊接工藝、采用預熱措施并使熱影響區緩慢冷卻，以免發生淬硬開裂；當CE大于0.45％時，鋼材的淬硬傾向更加明顯，需嚴格控制焊接工藝和預熱溫度才能獲得合格的焊縫。§2-4各種因素對鋼材性能的影響

鋼材的硬化有三種情況：時效硬化、冷作硬化（或應變硬化）和應變時效硬化在高溫時溶于鐵中的少量氮和碳，隨著時間的增長逐漸由固溶體中析出，生成氮化物和碳化物，散存在鐵素體晶粒的滑動界面上，對晶粒的塑性滑移起到遏制作用，從而使鋼材的強度提高，塑性和韌性下降。這種現象稱為時效硬化在冷加工使鋼材產生較大的塑性變形的情況下，卸荷后再重新加載，鋼材的屈服點提高，塑性和韌性降低的現象稱為冷作硬化2.4.3鋼材的硬化§2-4各種因素對鋼材性能的影響

應力—應變曲線將沿圖中EDHK進行，屈服點由D點提高到H點塑性區和應變硬化區的范圍縮小。這也是一個對鋼結構的不利因素。§2-4各種因素對鋼材性能的影響時效過程長在塑性變形后對鋼材加熱到200～300C，使時效在幾小時內完成，稱為人工時效。重要結構常需進行人工時效，然后再測定其沖擊韌性，以保證鋼材長期具有較好的韌性。當截面有裂紋(內部的或表面的)、孔洞、刻槽、凹角時以及截面厚度或寬度突然改變時構件中應力分布變得不均勻。在缺陷或截面變化處附近，應力線曲折、密集、出現高峰應力的現象稱為應力集中。當數值相等三向拉應力時，直到材料斷裂也不屈服。三向拉應力狀態容易脆性破壞2.4.4應力集中的影響§2-4各種因素對鋼材性能的影響

應力集中現象可能由內應力產生：在澆注、軋制和焊接加工過程中，不同部位鋼材冷卻速度不同產生。焊接殘余應力：在焊縫附近殘余拉應力常達到屈服點，在焊縫交叉處經常出現雙向、甚至三向殘余拉應力場，使鋼材局部變脆。當外力引起的應力與內應力處于不利組合時，會引發脆性破壞。因此，在進行鋼結構設計時，應盡量使構件和連接節點的形狀和構造合理，防止截面的突然改變。鋼結構焊接構造設計和施工時，盡量減少焊接殘余應力。§2-4各種因素對鋼材性能的影響

荷載可分為靜力的和動力的兩大類。快速加載動力荷載中的沖擊荷載連續交變荷載，循環荷載吊車梁地震2.4.5荷載類型的影響一.加載速度的影響在沖擊荷載作用下，加載速度很高，由于鋼材的塑性滑移在加載瞬間跟不上應變速率，反映出屈服點提高的傾向試驗研究表明，在室溫環境下，雖然鋼材的屈服點和抗拉強度隨應變速率增加而提高，塑性變形能力卻沒有下降，反而提高§2-4各種因素對鋼材性能的影響二.循環荷載的影響鋼材在連續交變荷載作用下，會逐漸累積損傷、產生裂紋及裂紋逐漸擴展，直到最后破壞，這種現象稱為疲勞疲勞可分為高周疲勞和低周疲勞兩類當鋼材承受拉力至產生塑性變形，卸載后，再使其受拉，其受拉的屈服強度將提高至卸載點（冷作硬化現象）；而當卸載后使其受壓，其受壓的屈服強度將低于一次受壓時所獲得的值。這種經預拉后抗拉強度提高，抗壓強度降低的現象稱為包辛格效應

§2-4各種因素對鋼材性能的影響在150℃以內，鋼材的強度、彈性模量和塑性均與常溫相近。在250℃左右，抗拉強度有局部性提高，伸長率和斷面收縮率均降至最低，出現藍脆現象（鋼材表面氧化膜呈藍色）。顯然鋼材的熱加工應避開這一溫度區段。在300℃以后，強度和彈性模量均開始顯著下降，塑性顯著上升。達到600℃時，強度幾乎為零，塑性急劇上升，鋼材處于熱塑性狀態。2.4.6溫度的影響§2-4各種因素對鋼材性能的影響

當溫度低于常溫時，隨著溫度的降低，鋼材的強度提高，而塑性和韌性降低，逐漸變脆，稱為鋼材的低溫冷脆。在直接承受動力作用的鋼結構設計中，為了防止脆性破壞，沖擊試驗并進行統計分析才能得到。我國有關標準對不同牌號和等級的鋼材，規定了在不同溫度下的沖擊韌性指標對Q235鋼，除A級不要求外，其它各級鋼均取CV=27J

對低合金高強度鋼，除A級不要求外，E級鋼采用CV=27J§2-4各種因素對鋼材性能的影響影響因素：鋼材的化學成分、組織構造和缺陷等；構造缺陷和焊接加工引起的應力集中、低溫影響、動荷作用、冷作硬化和應變時效硬化等。防止脆性破壞的發生：(1)合理設計。(2)正確制造。(3)合理使用。2.4.7防止脆性斷裂的方法§2-4各種因素對鋼材性能的影響§2-5鋼材的疲勞2.5.1疲勞破壞的特征1.疲勞的概念鋼材料在循環荷載作用下，當循環數達到某一定值時，鋼材發生破壞的現象叫做鋼材的疲勞；疲勞屬于脆性破壞。

內部缺陷----應力集中----產生微裂紋----微裂紋在循環荷載下擴展----截面削弱----宏觀裂紋失穩擴展----斷裂引起疲勞破壞的交變荷載有兩種類型常幅交變荷載常幅疲勞變幅交變荷載變幅疲勞轉動的機械零件常幅疲勞破壞，吊車橋、鋼橋變幅疲勞破壞。§2-5鋼材的疲勞1)低周疲勞高周疲勞2)特征

a突然性

b疲勞破壞的斷口與一般脆性斷口不同，三個區域：裂紋源、裂紋擴展區和斷裂區。擴展區表面較光滑，可見放射和年輪狀花紋，是疲勞斷裂的主要斷口特征。

c疲勞對缺陷敏感。缺口裂紋組織缺陷§2-5鋼材的疲勞tt平均應力：應力比：應力輻：循環應力和變幅應力§2-5鋼材的疲勞2影響疲勞的主要因素：1）有無缺陷、缺陷的尺寸，有無殘余應力。2）應力水平3）應力輻4）應力比

對彈性材料，這一因素影響不象對彈塑性材料那樣大。時，稱常幅循環§2-5鋼材的疲勞2.5.2常幅疲勞一.非焊接結構的疲勞疲勞強度與主體金屬連接類型有關與循環應力的應力比ρ

循環次數n有關。

n＝2×106次，TJ17-74曾根據試驗得到的簡化疲勞曲線，驗算以拉應力為主的疲勞計算公式如下：§2-5鋼材的疲勞驗算部位最大拉應力；以拉應力為主的疲勞容許強度；=0時的疲勞容許強度，試驗定；構造形式有關的系數，試驗定。以應力為準則的疲勞驗算方法不適用于焊接結構

§2-5鋼材的疲勞二.焊接結構的疲勞

焊接結構疲勞壽命主要的因素構件和連接的構造類型和應力幅，而與應力比無關焊接殘余應力的影響σfyfyσmaxσminΔσ=σmax-σminfy-Δσt+--(a)(b)(c)焊縫附近的真是循環應力§2-5鋼材的疲勞

當名義循環應力為拉時，焊縫附近的殘余拉應力已達屈服點不再增加，實際拉應力保持fy不變；當名義循環應力減小到最小時，焊縫附近的實際應力將降至

顯然，焊縫附近的真實應力比為

只要應力幅為常數，不管循環荷載下的名義應力比為何值，焊縫附近的真實應力比也為常數。焊縫部位的疲勞壽命主要與有關。§2-5鋼材的疲勞Δσnn1Δσ1lgΔσlgnlgnLg[Δσ]lgCβ1(a)(b)2s應力幅與循環壽命的關系§2-5鋼材的疲勞可求得容許應力幅的表達式C、β均為不同構件和連接類別的試驗參數。循環次數n應力幅1234疲勞極限新規范給出的疲勞曲線(Δσ?n)圖§2-5鋼材的疲勞三.常幅疲勞驗算1.對不同的構件和連接類型歸納劃分為8類2.對于非焊接結構，使用螺栓連接和構件，殘余拉應力很小，疲勞壽命不僅與應力幅Δσ有關，也與名義應力比ρ有關3.折算應力幅采用荷載的標準值容許應力設計法內力計算中不乘動力系數試驗包括動力作用

§2-5鋼材的疲勞一.變幅疲勞的一般計算方法根據線性累積損傷準則等效應力幅Δσe，計算公式為：各應力幅Δσi對應循環次數為ni，相對的疲勞壽命為Ni，線性累積損傷準則為：

應力幅Δσi循環一次時，將引起1/Ni的損傷，ni次循環的損傷為ni/Ni；其它應力幅水平的常幅循環應力也有各自的損傷狀況，當這些損傷份額之和等于1時，將發生疲勞破壞。

或2.5.3變幅疲勞§2-5鋼材的疲勞lgΔσlgnΔσ1Δσ2Δσ3Δσen1n2n3N1N2N3Σniβ1變幅疲勞的疲勞曲線§2-5鋼材的疲勞等效常幅疲勞應力幅Δσe，循環次后：或將上述代入下式

有

得則－以應力循環次數表示的結構預期壽命；

ni－應力幅水平為Δσi的應力循環次數。§2-5鋼材的疲勞二.吊車梁的疲勞

欠載效應的等效系數最大應力幅

1變幅疲勞工作環境2獲得一些有代表性的車間的重級工作制中級工作制吊車桁架的設計應力譜。3按2×106循環次數4最大應力幅Δσ1

；常幅設計應力幅Δσ§2-5鋼材的疲勞2.5.4疲勞驗算中一些值得注意的問題

(1)疲勞驗算仍然采用容許應力設計方法，標準荷載用容許應力幅作為疲勞強度

(2)規范中提出的疲勞強度以試驗為依據規定8種以外連接構造，應進行專門的研究高溫、海水腐蝕環境、焊后經熱處理、低周高應變疲勞構件或連接的疲勞

(3)在應力循環中不出現拉應力的部位不計算疲勞

(4)靜力強度對焊接構件和連接的疲勞強度無顯著影響，故可以認為，疲勞容許應力幅與鋼種無關§2-5鋼材的疲勞§2-6建筑用鋼的種類、規格和選用

2.6.1建筑用鋼的種類碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼優質碳素結構鋼在冷拔碳素鋼絲和連接用緊固件中厚度方向性能鋼板、焊接結構用耐候鋼、鑄鋼一.碳素結構鋼按國家標準《碳素結構鋼》GB/T700生產的鋼材有Q195、Q215、Q235、Q255和Q275種品牌，板材厚度不大于16mm屈服點分別為195、215、235、255、275N/mm2Q235含碳量在0.22％以下，強度適中，塑性、韌性均較好

除A級外，其它三個級別的含碳量均在0.20％以下。§2-6建筑用鋼的種類、規格和選用二.低合金高強度結構鋼按國家標準《低合金高強度結構鋼》GB/T1591生產的鋼材共有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460板材厚度不大于16mm屈服點295、345、390、420和460N/mm2。含碳量均不大于0.20％，合金元素的總量低于5％，故稱為低合金高強度鋼。Q345、Q390和Q420均按化學成分和沖擊韌性劃分為A、B、C、D、E共5個質量等級，A、B級為鎮靜鋼，C、D、E級為特種鎮靜鋼，故可不加脫氧方法的符號。

三.優質碳素結構鋼與碳素結構鋼的區別在于鋼中含雜質元素較少，磷、硫等害元素含量均不大于0.035％，其它缺陷限制也較嚴格§2-6建筑用鋼的種類、規格和選用

一類為普通含錳量的鋼一類為較高含錳量的鋼兩類的鋼號均用兩位數字表示，它表示鋼中的平均含碳量的萬分數，前者數字后不加Mn，后者數字后加Mn，

45號鋼，表示平均含碳量為0.45％的優質碳素鋼；

45Mn號鋼，表示同樣含碳量、但錳的含量也較高的優質碳素鋼。

四.其他鋼

防止鋼材的層狀撕裂而采用Z向鋼，處于外露環境對耐腐蝕有特殊要求或在腐蝕性作用下的結構采用耐候鋼§2-6建筑用鋼的種類、規格和選用2.6.2鋼材規格熱軋成型的鋼板和型鋼，以及冷加工成型的冷軋薄鋼板和冷彎薄壁型鋼一.鋼板鋼板有厚鋼板、薄鋼板、扁鋼（或帶鋼）之分。鋼板截面的表示方法為在符號“－”后加“寬度×厚度”，如－200×20等。鋼板的供應規格如下：厚鋼板：厚4.5~60mm，寬600~3000mm，長4~12m；薄鋼板：厚0.35~4mm，寬500~1500mm，長0.5~4m

扁鋼：厚4~60mm，寬12~200mm，長3~9m。花紋鋼板§2-6建筑用鋼的種類、規格和選用

常用的有角鋼、工字鋼、槽鋼。角鋼分為等邊的和不等邊兩種，角鋼型號的表示方法為在符號“L”后加“長邊寬×短邊寬×厚度”（對不等邊角鋼，如L125×80×8），或加“邊長×厚度”（對等邊角鋼，如L125×8）。我國生產的角鋼最大邊長為200mm，供應長度般為4~19m二.熱軋型鋼工字鋼有普通工字鋼、輕型工字鋼和H型鋼三種。普通工字鋼的型號I20a表示高度為200mm，腹板厚度為a類的工字鋼。輕型工字鋼。§2-6建筑用鋼的種類、規格和選用普通工字鋼的型號為10～63號輕型工字鋼為10~70號H型鋼可分為寬翼緣（HW）、中翼緣（HM）及窄翼緣（HN）三類。HW400×400×13×21寬翼緣和中翼緣H型鋼可用于鋼柱等受壓構件窄翼緣H型鋼則適用于鋼梁等受彎構件槽鋼有普通槽鋼和輕型槽鋼二種。［32a指截面高度320mm，腹板較薄的槽鋼。鋼管有無縫鋼管和焊接鋼管兩種。可用代號“D”后加“外徑d×壁厚t”表示，如D180×8等。§2-6建筑用鋼的種類、規格和選用三.冷彎薄壁型鋼采用1.5~6mm厚的鋼板經冷彎和輥壓成型的型材采用0.4~1.6mm的薄鋼板經輥壓成型的壓型鋼板截面形式和尺寸均可按受力特點合理設計，能充分利用鋼材的強度、節約鋼材冷彎高頻焊接圓管和方、矩形管§2-6建筑用鋼的種類、規格和選用2.6.3鋼材的選擇一.鋼材選用原則和建議鋼材選用既要確保結構物的安全可靠，又要經濟合理保證承重結構的承載能力，防止在一定條件下出現脆性破壞，應根據結構的重要性、荷載特征、連接方法、工作環境、應力狀態和鋼材厚度等因素綜合考慮，選用合適牌號和質量等級的鋼材。二.國外防脆選材的有關建議三.國內外鋼材的互換問題

§2-6建筑用鋼的種類、規格和選用§3-1鋼結構的連接§3-2對接焊縫的構造和計算§3-3角焊縫的構造和計算§3-4焊接殘余應力和焊接變形§3-5普通螺栓的構造和計算§3-6高強度螺栓連接的構造和計算第3章連接

第3章連接

構件由型鋼、鋼板等通過連接構成構件通過安裝連接構成整個結構安全可靠、傳力明確、構造簡單、制造方便節約鋼材

連接方法分為焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接等§3-1鋼結構的連接§3-1鋼結構的連接

鋼結構的連接方法（a）焊縫連接（b）鉚釘連接；（c）螺栓連接（d）緊固件連接1.連接的重要地位

1）型鋼組成構件，構件組成結構

2）連接方式直接影響結構構造、制造工藝、造價

3）連接質量影響結構的安全和使用壽命

4）傳遞連接件間力和彎矩2.基本連接形式

1）對接連接2）搭接連接

3）垂直連接4）角形連接§3-1鋼結構的連接3.1.1焊縫連接一.焊縫連接的特點

焊接連接是現代鋼結構最主要的連接方法。

優點：1.構造簡單，任何形式的構件都可直接相連；

2.用料經濟，不削弱截面；

3.制作加工方便，可自動化操作，質量好；

4.連接的密閉性好，結構剛度大。

缺點：1.在焊縫附近的熱影響區內，鋼材組織發生改變，導致局部材質變脆；

2.焊接殘余應力和殘余變形使受壓構件承載力降低；

3.焊接結構對裂紋很敏感，局部裂紋一旦發生，就容易擴展到整體；

4.低溫冷脆。§3-1鋼結構的連接二.鋼結構常用的焊接方法

目前應用最多的是手工電弧焊和自動(或半自動)埋弧焊，還有氣體保護焊等1.手工電弧焊

最常用的一種焊接方法。通電后，在涂有藥皮的焊條和焊件間產生電弧。§3-1鋼結構的連接a）電路；b）施焊過程；1—電焊機；2—導線；3—焊件；4—電弧；5—藥皮；6—起保護作用的氣體；7—熔渣；8—焊縫金屬；9—主體金屬；10—焊絲；11—熔池

優點：設備簡單，操作靈活方便，適于任意空間位置的焊接，特別適于焊接短焊縫。

缺點：生產效率低，勞動強度大，焊接質量與焊工的技術水平和精神狀態有很大的關系。對Q235鋼采用E43型焊條對Q345鋼采用E50型對Q390鋼和Q420鋼采用E55型E代表焊條

E后面的兩個數字如43表示焊條鋼絲抗拉強度為：

43kgf／mm2(420N／mm2)。數字后的兩個×，表示焊條藥皮類型、適用的施焊位置以及適用的焊接電源§3-1鋼結構的連接

埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒的電弧焊方法焊絲送進和焊接方向的移動有專門機構控制的

稱埋弧自動電弧焊焊絲送進有專門機構控制，焊接方向移動靠工人操作的

稱為埋弧半自動電弧焊自動或半自動化操作，焊接工藝穩定，焊縫化學成分均勻，焊縫質量好，焊件變形小。2.埋弧焊（自動或半自動）

不同強度鋼材焊接，采用與較低強度鋼材適應焊接材料用與較低強度鋼材相適應焊條施焊，焊縫塑性性能與沖擊韌性好。§3-1鋼結構的連接埋弧自動電弧焊1—焊絲轉盤；2—轉動焊絲的電動機；3—焊劑漏斗；4—電源；5—熔化的焊劑；6—焊縫金屬；7—焊件；8—焊劑；9—移動方向§3-1鋼結構的連接現場用自動行走埋弧焊機焊接重型H型鋼§3-1鋼結構的連接3.氣體保護焊

氣體保護焊采用裸焊絲用從焊槍中噴出的氣體保護施焊過程中的電弧、熔池和高溫焊縫金屬，用保護氣體代替了焊劑二氧化碳作為保護氣體，稱為二氧化碳保護焊§3-1鋼結構的連接

二氧化碳保護焊的焊接效率高，金屬熔化深度大，焊縫質量好，是一種良好的焊接方法，施焊時周圍的風速要小，以免氣體被吹散。§3-1鋼結構的連接4.電阻焊電阻焊利用電流通過焊件接觸點表面電阻所產生的熱來熔化金屬，再通過加壓使其焊合。適用于板疊厚度不大于12mm的焊接。對冷彎薄壁型鋼構件，電阻焊可用來綴合壁厚不超過3.5mm的構件。三.焊接連接形式及焊縫形式1.焊縫連接形式分為對接、搭接、T型連接和角部連接對接連接主要用于厚度相同或接近相同的兩構件相互連接。采用對接焊縫的對接連接，由于相互連接的兩構件在同一平面內，因而傳力均勻平緩，沒有明顯的應力集中，且用料經濟，但是焊件邊緣需要加工，被連接兩板的間隙和坡口尺寸有嚴格的要求。§3-1鋼結構的連接a)對接接頭；(b)搭接接頭；（c）T形接頭；(d)角接接頭。§3-1鋼結構的連接§3-1鋼結構的連接雙層蓋板和角焊縫對接連接，傳力不均勻、費料，但施工簡便，連接兩板間隙無需嚴格控制。角焊縫的搭接連接，適用不同厚度構件連接。傳力不均勻，材料較費，但構造簡單，施工方便。T型連接省工省料，用于制作組合截面。當采用角焊縫連接時，焊件間存在縫隙，截面突變，應力集中現象嚴重，疲勞強度較低，可用于不直接承受動力荷載結構連接。對于直接承受動荷載的結構？2.焊縫形式

a)對接焊縫：正對接焊縫、斜對接焊縫。

b)角焊縫：正面角焊縫、側面角焊縫、斜焊縫。

§3-1鋼結構的連接c)焊縫沿長度方向的布置分為連續角焊縫和間斷角焊縫

連續角焊縫和間斷角焊縫d)焊縫按施焊位置分為平焊、橫焊、立焊及仰焊

§3-1鋼結構的連接施焊時焊縫在焊件之間的相對空間位置、焊縫連接可分為平焊、橫焊、立焊和仰焊等。平焊有時稱作俯焊，施焊方便，質量易保證；仰焊困難。設計和制造時應盡量考慮使多數焊縫能在平焊或較方便的位置焊接．避免仰焊。§3-1鋼結構的連接四.焊縫缺陷及焊縫質量檢驗

1.焊縫缺陷常見的缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透。裂紋焊瘤燒穿弧坑氣孔夾渣咬邊未熔合未焊透§3-1鋼結構的連接2.焊縫質量檢驗缺陷處引起應力集中，故對連接的強度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響。

焊縫質量檢驗一般可用外觀檢查及無損檢驗，前者檢查外觀缺陷和幾何尺寸，后者檢查內部缺陷。無損檢驗目前廣泛采用超聲波檢驗，使用靈活經濟，對內部缺陷反應靈敏，但不易識別缺陷性質；最明確可靠的檢驗方法是x射線或y射線透照或拍片，x射線應用較廣。§3-1鋼結構的連接超聲波探傷一級焊縫標準檢測§3-1鋼結構的連接《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB50205-2001）規定焊縫按其檢驗方法和質量要求分為一級、二級和三級。三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合三級質量標準；要求全焊透的一級、二級焊縫則除外觀檢查外，還要求用超聲波探傷進行內部缺陷的檢驗，超聲波探傷不能對缺陷作出判斷時，應采用射線探傷檢驗。§3-1鋼結構的連接3.焊縫質量等級的規定

GB50017規范規定，焊縫應根據結構的重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環境、應力狀態等情況。§3-1鋼結構的連接1.需進行疲勞計算的構件中，凡對接焊縫均應焊透①力垂直于焊縫長度方向的橫向對接焊縫或T型對接與角接組合焊縫，受拉時應為一級，受壓時應為二級②力平行于焊縫長度方向的縱向對接焊縫應為二級

2.不計算疲勞的構件，要求與母材等強的對接焊縫應予焊透，其質量等級當受拉時應不低于二級，受壓時宜為二級3.重級工作制和起重量Q≥50t的中級工作制吊車梁的腹板與上翼緣之間的T形接頭焊縫焊透。焊縫形式一般為對接與角接的組合焊縫，其質量等級不應低于二級4.不焊透的T形接頭采用的角焊縫或部分焊透的對接與角接組合焊縫，以及搭接連接采用的角焊縫，其質量等級為：①直接承受動力荷載且需要驗算疲勞的結構和吊車起重量等于或大于50t的中級工作制吊車梁，焊縫的外觀質量標準應符合二級；②對其他結構，焊縫的外觀質量標準可為三級。§3-1鋼結構的連接3.1.2鉚釘和螺栓連接

一.鉚釘連接鉚釘連接有熱鉚和冷鉚二種方法。

熱鉚是由燒紅的釘坯插入構件的釘孔中，壓鉚機鉚合而成

冷鉚是在常溫下鉚合而成在建筑結構中一般采用熱鉚專用鋼材BL2和BL3號鋼制成鉚釘連接的質量和受力性能與釘孔的制法有很大關系。釘孔的制法分為Ⅰ、Ⅱ兩類。Ⅰ類孔是用鉆模鉆成，或先沖成較小的孔，裝配時再擴鉆而成，質量較好。Ⅱ類孔是沖成或不用鉆模鉆成，簡單，但構件拼裝時釘孔不易對齊，故質量較差。§3-1鋼結構的連接優點塑性、韌性比焊接連接好傳力可靠，連接質量容易檢查對主體金屬材質質量要求比焊接低缺點釘孔削弱制孔和打鉚要求技術水平勞動條件差鉚釘連接由于構造復雜，費鋼費工，現已很少采用。§3-1鋼結構的連接二.螺栓連接螺栓連接分普通螺栓連接和高強度螺栓連接1.普通螺栓連接分為A、B、C三級。

A級與B級為精制螺栓，C級為粗制螺栓

C級螺栓材料性能等級為4.6級或4.8級

A級和B級螺栓材料性能等級則為5.6級或8.8級

8.8級其抗拉強度不小于800N/mm2，屈強比為0.8C級螺栓由未經加工的圓鋼壓制而成螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大1.5~3mmA、B級螺栓由毛坯在車床上經過切削加工精制而成§3-1鋼結構的連接2.高強度螺栓連接

45號鋼，40B鋼和20MnTiB鋼加工制作經熱處理后，螺栓抗拉強度應分別不低于

800N/mm2和1000N/mm2

屈強比分別為0.8和0.9

等級分別稱為8.8級和10.9級

§3-1鋼結構的連接大六角頭型和扭剪型安裝時通過特別的板手，以較大的扭矩上緊螺帽，使螺桿產生很大的預拉力使接觸面間產生摩擦力，傳遞外力這種連接稱為高強度螺栓摩擦型連接優點：施工方便，對構件削弱小，可拆換，承受動力荷載，耐疲勞，韌性和塑性好§3-1鋼結構的連接

高強度螺栓也可同普通螺栓一樣，允許接觸面滑移，依靠螺栓桿和螺栓孔之間的承壓來傳力。這種連接稱為高強度螺栓承壓型連接。摩擦型連接的栓孔直徑比螺桿的公稱直徑d大1.5~2.0mm；承壓型連接的栓孔直徑比螺桿的公稱直徑d大1.0~1.5mm。

3.1.4焊縫代號、螺栓圖例《焊縫符號表示法》規定：焊縫代號由引出線、圖形符號和輔助符號三部分組成。§3-1鋼結構的連接

焊縫代號

當焊縫分布比較復雜或用上述標注方法不能表達清楚時，在標注焊縫代號的同時，可在圖形上加柵線表示。§3-1鋼結構的連接螺栓圖例§3-1鋼結構的連接§3-2對接焊縫的構造和計算

焊透的對接焊縫和T形對接與角接組合焊接部分焊透的對接焊縫和T形對接與角接組合焊縫3.2.1對接焊縫的構造1.坡口型式對接焊縫的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊縫當焊件厚度很小（手工焊6mm，埋弧焊10mm）時，直邊縫一般厚度焊件可采用單邊V形或V形焊縫較