土木工程概论作业

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1、钢结构在土木工程中的应用研究（西南科技大学城市学院土木工程与建筑学院，四川绵阳621010）[摘要]土木工程结构常用到两种材料，即钢筋混凝土以及结构钢，对于土木工程来说不仅要从结构特性的角度考虑，还要考虑施工的成本有效性以及施工有效性。本文就分析了钢结构在土木工程中的特点，并阐述钢结构的施工要点。[关键词]钢结构土木工程·0引言钢结构是由钢板热轧型钢和冷加工成型的薄壁钢制成。与其他材料的结构相比有以下优点：1）材料强度高，钢材质量轻，2）韧性塑性好，3）材质均匀。4）制作简单，施工周期短，5）密封性好。而钢结构的缺点是：1）耐热不耐火150摄氏度时强

2、度无变化，600摄氏度时强度约为0.2）钢材耐腐性能差，维护费用高。·1土木工程中钢结构的特点1.1强度一般来说，结构钢构件承受或者容纳作用效应的能力是由材料的强度来决定的。可以利用国家标准来确定结构钢的构建条件，这些标准中列出了钢结构可以使用的材料，比如建筑结构钢要满足CSA标准ASTMstandardA992/A992M或者CAN/CSAG40.20/C40.21等相关标准的要求。近年来，建筑钢发生了很大的变化，过去的建筑结构所用的抗拉强度以及屈服强度相关数据均摘自CISC(2006)历史记录，而目前加拿大对于工程结构钢以及普通结构钢的标准定出7

3、个钢种和8个强度级别。根据屈服强度其范围为260~700Mpa。不过不是全部的钢种都有的强度级别，因此如果是一个特定的建筑钢结构设计，那么对钢种类型和强度级别的选择就非常重要。从整体来说，采用钢结构可以减少物料消耗、减轻结构自重、降低支撑部件与地基尺寸，最终降低整个建筑的结构成本。1.2刚度震动、变形等适用性参数由构件的刚度来决定，进而由结构体系的刚度来决定。结构体系的实际刚度又有其构件和连接件的分布来决定。不过简单说来，构件的刚度有材料的几何截面特性以及材料的弹性模量来决定，结构弹性模量通常为200GPA。而普通密度抗压强度在20-40GPA范围内

4、的混凝土弹性模量通常在20-28GPA范围内；即使对于高强度混凝土来说期末两不过在40-45GPA之间，由此可见钢结构的刚性是混凝土的十倍及五倍左右，所以钢结构的刚性有着显著的优势。1.3延性延性指的是某种材料的拉伸的过程中无断裂的塑性能力，一般情况下延性是结构设计中，特别是抗震设计中比较重要的参数，钢结构可以说是目前使用最广泛的韧性最好的工程材料之一。不过材料内在的延性并不会都转化成建筑结构的内在延性，因此要充分认识到这点。采取适当的实际策略和可靠稳定的机制，通常设计具有延性影响就要有足够的材料截面材料的延性以及结构延性和构建延性。延性的能力和需求

5、要与延性水平曲线延性（构建延性）以及位移延性（结构延性）所匹配。不过虽然钢结构的应变延性比较高，但是因为受弯构件的受力不稳定，所以构件的曲延性经常不足。1.4韧性衡量材料断裂前吸收能量以及塑性变形能力的指标就是韧性。它可以抵抗缺口部位的不稳定裂纹的扩展。韧性通常表示钢结构在制造安装以及使用过程中可以承受比较大的工业变形，是钢结构一个很重要的特点，正式因为钢结构件的韧性才使其在弯曲剪切冲孔锻造钻孔等制作过程中降低了生产裂纹的可能性。钢结构足够的断裂韧性是必须具备的，特别受到交边荷载以及冲击荷载的建筑结构来说更要具备此特性。钢结构的断裂韧性对于温度条件很

6、敏感，并且随着温度的升高而降低。所以在天气寒冷的地区设计钢结构，首先要考虑韧性。相对来说，，降低碳铌钢比高碳钢成分钢更能改善性能。1.5整体由上可知，无论是从刚度、强度还是延性方面，钢结构都要优于钢筋混凝土，并且钢结构可以比较容易建构出异国风情的建筑形式，通常钢结构可以提供最佳的设计灵活性以及最大的空间利用率。·2钢结构的缺点　当然，每种材料都不是完美的，所以钢结构的应用和施工也存在着一定的缺点，其主要表现为以下几个方而：2.1材料缺点尽管钢结构的刚度要远远大于混凝土，但是对于一个给定的负载，钢结构的构件截面刚度则要小于与其对比的混凝土结构，这主要是

7、因为钢的强度优势导致其构件的尺寸相对较小。因此要提高这些构件的稳定性，就要增加型钢的尺寸或者采取填充混凝土以及外包混凝土的措施，以提高截面的刚度。并且钢材的耐火性和耐腐蚀性都相对有欠缺。钢材长期受到100度的辐射热时强度的变化不大，表现出一定的耐热性能，但当温度达到150度时，就要采用隔热层进行保护，并且重要部位的钢结构一定要涂刷防火涂料。2.2市场环境2.2.1设计力量较薄弱在设计建筑结构时要注意结构的功能要求是不是属于钢结构合理的应用范围。通常在设计较高承载力需要使用钢结构时，要考虑用不适合继续承载的巨大变形为结构设计的极限状态为准则。钢结构有很

8、多节点，要对每个螺丝、垫板以及焊缝进行精确的计算，而且每个专业要一次性到位，所以钢结构的设计要比混凝土结构的