钢结构原理与设计-1

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1、3钢结构设计原理——土木工程2010（2012.11讲稿）第一章绪论§1.1钢结构的特点一、钢结构的特点（一）.优点1．强度高，钢材的比值高例：等矩形截面简支梁取得或说明：①不变，↑所需的梁高↓，经济性好②高的材料适用于大跨/高耸结构。2．弹性模量E大，刚度大，结构变形小例：对于均布荷载q作用的结构，最大挠度：说明：↑↓，大的材料适用于大跨/高耸的结构。3．钢材均质，各向同性，为理想弹塑性材料——计算假定符合钢结构实际受力4.塑性与韧性好——塑性好，屈服台阶长，受力变形时吸收能量大，适用于动荷载结构和抗震结构5.可焊性

2、好——易于制造复杂结构体系，如复杂节点、完全密封容器等6.适于标准化设计和工业化制造，安装速度快，施工不受季节与气候限制7．通过螺栓和节点构造，便于拆缷和拼装，易于修复和更换——适用于可修复结构、环保结构、临时结构（施工支架，施工挂篮等）8．环保材料——可完全拆除，回收，利用（二）缺点1.易腐蚀——需定期检查及涂漆，养护与维修费用高。2.耐火性差——t≥300°C时，强度急剧下降t＜250°C时，材料性能才相对稳定当温度作用可能＞150°C时，结构需采用防火措施。3.低温条件下，在复杂应力状态下易发生脆性破坏4.钢桥噪

3、音大，不适于城区5.相对其它建筑材料，价格偏高二、钢结构适用范围1．在桥梁结构中（横向）①．跨度，一般不用。②．，与混凝土桥方案比选后选用。例：a）1968年用国产16Mn低合金钢建成南京长江大桥：b）1994年通车的九江长江大桥：（主跨系杆拱）③．跨度>800m的大跨悬索桥加劲梁，常采用钢桁梁、钢板④．钢—混结合梁中钢板梁或钢桁梁，钢管砼桁架桥等。⑤．拆装式军用桥，钢引桥，钢立交桥2．工业与民用建筑中（竖向）①．高层房屋钢结构②．重型工业厂房③．大型场馆，购物中心（如WallMark等）④．海洋平台，起重运输等⑤．高

4、耸结构3．各种临时性结构如：万能杆件，钢塔架，钢拱架，挂篮，钢模板，膺架等。§1.2钢结构设计和设计规范自学§1.3钢结构课程内容和要求自学第一章钢结构的材料及性能§2.1.钢材的工作性能∆钢结构采用的钢材称为结构钢（structuralsteel）一、强度•以低碳钢标准试件在常温下静载单向拉伸试验来讨论工作阶段：段：上屈服点下屈服点（鲍辛格效应）∆定义：说明：，•屈强比：∆表明设计强度的一种储备•钢结构设计中，常把定义为应力极限（或叫设计强度），作为承载能力极限状态的标志。∆以16mMnq钢为例：二、塑性•钢结构破坏

5、的两种形式：塑性破坏和脆性破坏•塑性破坏前：有显著的变形，有明显的屈服台阶•衡量塑性的两个指标：伸长率和断面收缩率ѱ1．伸长率式中：——原标距——新标距•大，钢材破坏前产生的永久塑性变形和吸收能量的能力愈强，延伸性和塑性愈好。•大，对调整结构中局部超高应力、结构中塑性内力重分布的进行和减少结构脆性破坏的倾向性都有重要意义（一般）。2．断面收缩率ѱ式中：——原截面面积——断口截面面积•表示钢材颈缩区可能产生的最大塑性变形能力，是衡量在力作用下产生永久塑性变形而不致断裂的性质的一项重要指标。•↑，塑性性质愈好。三、韧性表征

6、钢材因塑性破坏而断裂的过程中吸收能量的能力，表示钢材抵抗冲击荷载的能力。•塑性指标——由静载试验获得•韧性——由动载试验获得•实验方法：梅氏试件（我国）：开有U形槽口夏比试件（西方）：开有V形槽口∆旧规范采用梅氏试件，新规范采用夏比试件（P11）式中：——冲击功（击断标准试件需要的功）——试件破坏所需要的功——缺口处最小截面积↑，韧性越好。四、可焊性•指某种钢材在合理的设计与一定的工艺的条件下，经过焊接后能获得良好的连接性能。1．焊接会引起：某些裂缝和局部区域内钢材变脆；残余应力；焊缝中可能还有气孔、根部未焊透等。2．

7、可焊性试验：A）抗裂性试验：按规定条件将试件焊成后有多少裂缝立即出现。B）使用性能可焊性试验：是指焊接区域材料的塑性；要求焊接后其工作性能不低于母材。•方法：焊接模型一段时效和若干加载截取小试件冲击韧性试验五、冷弯性•在常温下冷加工结构的抗弯曲变形和抗分层能力•冷弯试验：钢试件弯成，检查其内、外及侧面有无裂缝、裂断或剥落。•它是常规静力拉伸及冲击韧性试验的补充，可检验钢材内部缺陷（如：夹杂分布、结晶排列等），检查钢材的塑性和可焊性。§2.2钢材种类，牌号及规格一、钢材的种类1．按冶炼方法：电炉钢：质量最佳，贵，建筑中不

8、用平炉钢：质量好，价低，转炉钢：顶吹氧气转炉钢结构钢酸性侧吹转炉钢质量相对差，碱性侧吹转炉钢在淘汰中2．按脱氧方法（钢锭浇注方法）•钢液中残留氧，将使钢材晶粒粗细不匀并发生热脆。•强脱氧剂：硅——镇定钢：质量最好，浇注时平静凝固，晶粒密实，均匀。半镇定钢弱脱氧剂：锰——沸腾钢：质量较差，脱氧不充分，产生“一氧化碳”溢出浇注时在沸腾