钢结构基本知识总结3

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屋面结构
一、思考题：
1、屋盖支撑有哪几种类型？各有什么作用？如何布置？
2、檩条如何设计？拉条有何作用？
3、常用钢屋架形式有哪几种？确定屋架形式需要考虑哪些因素？
4、当上弦节间作用有集中荷载时，怎样确定其局部弯矩？
5、屋架杆件的计算长度在屋架平面内和屋架平面外有何区别？如何取值？
6、屋架各个杆件应采用哪种截面形式？选择杆件截面时应考虑哪些因素？
7、节点设计有哪些构造要求？试述节点设计要点。
8、屋架施工图应包含哪些主要内容？
二、归纳总结：
1、为保证屋盖结构的稳定性，提高房屋的整体刚度，使屋盖结构成为稳定的空间桁架体系，必须在屋架间设置支撑。支撑类型有：上弦横向支撑、下弦横向和纵向支撑、垂直支撑以及系杆。
2、钢檩条在屋面荷载作用下，绕其截面两个主轴弯曲，按双向受弯构件进行设计。
3、钢屋架的外型应与屋面材料所要求的排水坡度相适应，尽量与弯矩图相近似，以使受力合理。腹杆布置应做到长杆受拉，短杆受压；节点构造要简单合理，易于制造。常用钢屋架有三角形、梯形、平行弦等形式。
4、根据使用和施工过程中可能遇到的最不利荷载组合进行屋架各杆件内力计算。计算方法有图解法、数解法或查表、电算法。杆件一般为轴拉或轴压构件，当有节间荷载时，应考虑局部弯矩，按拉弯或压弯构件计算。
5、为了节约钢材，对压杆截面两个方向长细比应相等，满足等稳定性要求，一般采用由两个角钢组成的T型截面形式。上弦杆及下弦杆一般采用两个不等肢角钢短肢相连；支座斜杆采用两个不等肢角钢长肢相连；屋架其它腹杆采用两等肢角钢；中央竖杆采用两等肢角钢组成的十字形截面。为保证两角钢共同受力，肢间应设置垫板。根据杆件受力和计算长度，确定出满足要求的截面。
6、屋架各杆件通过节点板互相连接，节点设计应满足一定的构造要求，节点设计应结合施工图的绘制进行，根据腹杆所需焊缝长度，结合构造要求，确定节点板的形状和尺寸，最后验算弦杆连接焊缝强度。
7、屋架施工图是制作屋架的依据。内容包括屋架详图，上、下弦平面图、剖面图、零件图、材料表及有关说明等。
钢结构制造与防护
一、思考题：
1、钢结构的制造过程？
2、钢结构防锈蚀的措施和机理？
3、钢结构除锈方法？
4、防锈涂料有哪些施工方法？各有什么施工要求？
5、钢结构防火措施有哪些？
二、归纳总结：
1、钢结构的制造大多在金属结构制造厂进行加工，一般要经过钢材备料、放样、号料和切割、制孔、边缘加工、冷弯和热弯、半成品校正、装配、构件焊接、成品校正、油漆、编号等工序，然后运至工地安装。
2、钢结构在湿度大和有侵蚀介质的环境中易锈蚀。常用的防锈蚀方法是采用非金属涂料涂在钢材表面，以保护钢材。涂料有底漆和面漆两种，在涂刷之前，必须将钢材表面的毛刺、铁锈、油污和附着物清除干净——除锈，常用的除锈方法有人工除锈、酸洗除锈、喷砂除锈三种。
涂料的施工方法有刷涂法和喷涂法两种，施工时要掌握合适的涂层厚度和层数以及良好的天气状况和温度条件。
3、在高温时，钢材的性能fy、fu、E都降低，导致承载力降低和变形增大。对高温作用下的钢结构应采取合适的防火材料加以防护。
焊接残余应力和焊接残余变形
一、焊接残余应力和焊接残余变形产生原因
钢结构焊接构件在施焊过程中，焊件局部区域加热熔化，随后又冷却凝固，由于这不均匀的温度场导致焊件不均匀膨胀和收缩，产生应力和变形，残存于焊件内部，即称为焊接残余应力和残余变形。
焊接残余应力和残余变形产生的原因有两方面：
Ⅰ）施焊时焊件上温度分布不均匀；
Ⅱ）施焊时有一部分区域产生了塑性变形。
焊接应力是一种没有荷载作用下的内应力（自内力），在焊件内部自相平衡。焊接应力除上述介绍的纵向焊接残余应力（沿焊缝轴线方向）外，还有横向应力（垂直焊缝长度方向）和厚度方向。
焊接过程中构件会产生一些局部鼓起、弯曲、歪斜和扭曲等变形。焊接残余变形包括纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形和扭曲变形等。通常为其中某几种变形的组合。例如，开单面V型坡口的以对接焊缝连接的平板可能既发生两个方向的收缩变形，又同时发生角变形；收缩变形通常靠制造下料时预加收缩余量来解决；形状变形则靠合理设计、合理制造和焊接工艺来减小。
二、焊接残余应力和残余变形的影响
㈠、焊接残余应力对结构性能的影响
1、静力强度：由于残余应力是自平衡的自内力，有残余应力的构件的承载力与无残余应力的完全一样，所以焊接应力对在常温下承受静力荷载的承载力没有影响；
2、刚度：由于在残余拉应力区域提前进入塑性状态，继续增加的外力仅由剩余的弹性区承担，只增大变形，而应力保持不变，因此残余应力将使结构变形增加，刚度减小；
3、压杆的稳定承载力：残余应力将使杆件的抗弯刚度减小，从而降低其稳定承载力；
4、疲劳强度：由于焊缝中存在三向应力，阻碍了塑性变形，使钢材变脆，使裂纹易于发生和发展，因此焊接应力将使疲劳强度降低。
㈡、焊接残余变形的影响
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，受荷载时将产生相应的附加内力，对结构的使用和受力不利。例如轴心压杆，因焊接发生了弯曲变形，变成了压弯构件，显然强度和稳定承载力都受影响。所以对残余变形要加以限制，超出规定限值必须加以矫正。
三、防止和减少焊接应力和变形的措施
焊接残余应力和变形，直接影响到焊接结构的制造和安装质量、受力性能、正常使用和安全可靠，设计和制造时应予以充分重视，并采取下列措施尽量减少其影响。
㈠、设计方面：为减少焊接应力和变形，要进行合理的焊缝设计，从构造上采取一些措施。
1、采用适宜的焊脚尺寸和焊缝长度，最好采用细长焊缝，不用粗短焊缝；
2、焊缝应尽可能对称布置，不宜过分集中，以减小焊接残余变形；
3、应尽量避免焊缝三向相交；（因为每个方向的焊缝都存在着沿焊缝轴线方向的焊接残余拉应力，在相交处形成三向同号拉应力场，使材料变脆。不可避免时，应使主要焊接连接通过，次要焊缝中断；梁的腹板、翼缘和加劲肋的相交处肋板应切角。）
4、避免仰焊和不方便位置的焊接。
㈡、制造和焊接工艺方面
1、采用合理的施工顺序；
2、反变形法；（在掌握焊接残余变形的规律后，施焊前给构件以一个和焊接变形相反的预变形，使构件在焊接后产生的焊接变形与之正好抵消。）
3、退火法；（对于小尺寸焊件，施焊后放入热源中，加热至600°C左右并保温一定时间，然后缓慢冷却，可消除应力；焊后退火处理是消除焊接残余应力最有效的方法。）
4、刚性固定法；（对焊件施加个足够大的外力，使其不能自由收缩而达到减少残余变形的目的，方法是用夹具固定或将焊件点焊在厚大的基座上。）
5、锤击法；（在焊缝冷却过程中，用头部带小圆弧的小锤轻击焊缝，使焊缝金属产生塑性变形，从而得到延伸，这样可减少焊缝中部的变形，降低焊接应力。为防止产生裂纹，敲击应在焊缝塑性较好的热状态时进行。）
6、预热法。（在焊接前，对焊件整体或局部加热到一定温度，减少焊缝处与整体的温度差，使它们尽可能均匀分布和自由收缩，从而减少焊接残余应力。）
四、矫正焊接残余变形的方法
1、机械矫正法；用机械方法对残余变形的焊件施加一个外力使其发生与残余变形方向相反的屈服变形，已达到矫正残余变形的目的，这种方法属于冷矫正。
2、火焰矫正（局部加热法）；它是根据焊接残余变形产生的原理，利用局部加热后的收缩而引起的变形来矫正已产生的变形，这种方法属于热矫正。

lanke

焊接残余应力和变形考试中貌似没遇到过这样的情况~~