钢结构教学-1(郭彦林)

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1、钢结构课件－郭彦林教授一、钢结构的几种破坏形式1.结构作为刚体失去平衡；2.结构转变为机动体系；3.结构构件或连接因超过材料强度而发生强度破坏；4.结构的塑性破坏，即结构出现过度塑性变形而不能继续工作；5.结构在重复荷载作用下的疲劳破坏（脆性断裂，高周疲劳破坏）；6.结构在重复荷载作用下的损伤累积破坏（低周疲劳破坏）；ò损伤的定义：荷载与温度变化、化学和环境作用等都会使材料内部产生微观以至宏观的缺陷。材料含有这种缺陷便认为材料受到损伤；ò钢结构在施工和使用期间，总会受到各种不利因素（如材料老化、锈蚀，或地震、强风）的作用，使结构某一部分发生损伤；结构损伤不

2、断累积而导致的破坏叫损伤累积破坏；ò材料损伤的形式很多，本文主要讨论在重复荷载作用下的弹塑性损伤和低周疲劳损伤（n<10000）；结构在强地震作用下，钢构件和节点会进入弹塑性状态并开始损伤，损伤不断累会导致结构倒塌；这种破坏也叫低周疲劳断裂（荷载强度很大，反复次数不多）；ò影响结构损伤累积破坏的因素很多，其中最主要的因素是应力集中和材料性能变脆。7.结构或构件丧失稳定性（结构的整体和局部失稳,构件的整体和局部失稳）；1)丧失稳定性是钢结构一个突出问题；不同结构和钢构件有不同的失稳形式；稳定性计算是钢结构设计的重要内容；2)钢结构课：材料性能；连接计算及构造

3、设计；基本构件的稳定理论及应用。二、钢结构稳定问题的特点及分类1.什么是结构的稳定问题（AlexanderChajes）？如何对钢结构稳定问题进行分类（陈）？•什么是结构的稳定问题？•第一类稳定问题（分支失稳）bifurcationbuckling¾平衡分支失稳：轴心压杆；板；圆柱壳；¾稳定分支失稳：板：stablebifurcation¾不稳定分支失稳（或叫有限干扰型屈曲）：圆柱壳unstablebifurcationbuckling；L形刚架；¾缺陷敏感性：取决于是稳定分支失稳还是不稳定分支失稳•第二类稳定问题（极值点失稳：极值型失稳和屈曲后极值型失稳

4、）：考虑结构的初始缺陷(imperfection)•跃越屈曲：这类失稳的特点是结构由初始的平衡位置突然跳跃到另一个平衡位置，在跳跃过程中出现很大的位移，使结构的平衡位形发生很大的变化。扁拱结构和球面扁壳的失稳属于跃越屈曲；2.结构稳定问题的特点•考虑变形对外力效应的影响：分析结构的稳定问题，必然要涉及到结构变形后的位形和变形对外力效应的影响。•静定和超静定结构的区分失去意义：静定和超静定结构的概念是为分析结构的应力或内力而提出的；静定结构的内力计算只用静力平衡就足够了，超静定结构的内力计算还需要补充变形协调关系；稳定计算总要涉及到结构变形后的位形，静定和超

5、静定结构的区分就失去了意义。•叠加原理不适应。3.强度问题与稳定问题的区别•强度问题与稳定问题有其明显的区别：强度是构件的一个截面问题，而稳定则是构件的整体问题，因为结构的刚度是由它的整体组成所决定的。•从非线性全过程的分析角度来考察，结构的稳定问题和强度问题是相互联系在一起的。•钢结构和钢构件稳定分析必须考虑几何非线性的影响，必须考虑材料非线性的影响，必须考虑结构或构件的初始缺陷的影响（初弯曲，荷载的初偏心，结构体形的偏差以及残余应力）。4.稳定计算和设计中的整体观点•举例说明（seefig.1andfig.2）•边界条件：善于整体分析，重视构件与构件之

6、间的相互作用；（构件局部屈曲中板件之间的相互作用；结构体系中构件与构件之间的作用）•加载过程：不同加载阶段构件之间的相互作用是不相同的，应考虑结构体系中构件之间刚度的重分布。5.稳定问题的计算方法•平衡法：根据变形后的位形建立平衡微分方程，并求解；平衡法只能求解屈曲荷载，不能判断结构平衡状态的稳定性；•能量法：用总势能的驻值原理可以求解屈曲荷载；用总势能最小原理可以判断屈曲后平衡的稳定性（山脊，山谷，平原;不稳定平衡，稳定平衡，随遇平衡）；•其它数值计算方法：有限元及类似与有限元法等；一、钢结构的特点及应用范围1.钢结构的特点1)强度高，塑性和韧性好：构件

7、截面小，但受稳定控制；2)材质均匀，与力学计算的假定比较符合：3)钢结构制造简便，工业化程度高，施工周期短；4)钢结构的质量轻：strength/ρ>>othermaterials,woodandconcrete5)钢结构抗震性能好：高层结构等；6)钢材耐热性能好：<250,ok;>300,strengthgodown;=600,strengthzero;7)钢材耐腐蚀性差；8)钢结构不耐火；9)钢材价格相对较贵。2.钢结构的应用范围1)大跨度钢结构（网架，网壳，斜拉及悬悬吊结构，张拉结构及杂交结构，如体育场馆、会展中心等公共建筑）2)高层建筑（刚架结构，

8、框支（剪）结构等）3)轻型钢结构（门式刚架，多层结构，拱板结构，低