第一、二、三章鋼結(jié)構(gòu)課件.

1、第一章第一章 緒緒 論論第一節(jié)第一節(jié) 我國鋼結(jié)構(gòu)的概況我國鋼結(jié)構(gòu)的概況第二節(jié)第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的特點和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點和應(yīng)用第三節(jié)第三節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展第四節(jié)第四節(jié) 課程的內(nèi)容、特點和學(xué)習(xí)方法課程的內(nèi)容、特點和學(xué)習(xí)方法第一節(jié)第一節(jié) 我國鋼結(jié)構(gòu)概況我國鋼結(jié)構(gòu)概況從建國以來分三階段：從建國以來分三階段： 50605060年代（初盛時期）：借助蘇聯(lián)的經(jīng)濟和技術(shù)支援，年代（初盛時期）：借助蘇聯(lián)的經(jīng)濟和技術(shù)支援，有百十個項目，都是重型工業(yè)廠房；有百十個項目，都是重型工業(yè)廠房； 6060年代中后期年代中后期7070年代（低潮期）：冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)、年代（低潮期）：冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)、輕鋼屋蓋；輕鋼屋蓋

2、； 8080年代以后年代以后 至今（發(fā)展時期）：向高、大、重方向發(fā)展。至今（發(fā)展時期）：向高、大、重方向發(fā)展。一、鋼結(jié)構(gòu)的特點一、鋼結(jié)構(gòu)的特點1 1、鋼結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量輕、強度、鋼結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量輕、強度高高2 2、材質(zhì)均勻，和力學(xué)計算的假、材質(zhì)均勻，和力學(xué)計算的假定比較符合定比較符合3 3、鋼結(jié)構(gòu)制造簡便，施工周期、鋼結(jié)構(gòu)制造簡便，施工周期短短4 4、塑性和韌性好、塑性和韌性好5 5、鋼材耐腐蝕性差、鋼材耐腐蝕性差6 6、鋼材耐熱但不耐火、鋼材耐熱但不耐火鋼拉桿和壓桿性能比較鋼拉桿和壓桿性能比較第二節(jié)第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用C30混凝土混凝土 密度密度：2450kg/m3 強

3、度強度：14.3N/mm2 Q235鋼鋼 密度密度：7850kg/m3 強度強度：235N/mm2二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用1 1、大跨度鋼結(jié)構(gòu)、大跨度鋼結(jié)構(gòu)2 2、重型廠房鋼結(jié)構(gòu)、重型廠房鋼結(jié)構(gòu)3 3、受動力荷載影響的結(jié)構(gòu)、受動力荷載影響的結(jié)構(gòu)4 4、可拆卸的結(jié)構(gòu)、可拆卸的結(jié)構(gòu)5 5、高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑6 6、容器和其他構(gòu)筑物、容器和其他構(gòu)筑物7 7、輕型鋼結(jié)構(gòu)、輕型鋼結(jié)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展1 1、發(fā)展低合金高強度鋼材和型鋼品種、發(fā)展低合金高強度鋼材和型鋼品種2 2、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件設(shè)計計算方法的深入研究、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件設(shè)計計算方法的深入研究3 3、結(jié)構(gòu)形

4、式的革新、結(jié)構(gòu)形式的革新4 4、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計連接連接鋼材性能鋼材性能及規(guī)格及規(guī)格基本構(gòu)件基本構(gòu)件第四節(jié)第四節(jié) 課程主要內(nèi)容、特點和學(xué)習(xí)方法課程主要內(nèi)容、特點和學(xué)習(xí)方法結(jié)構(gòu)體系設(shè)計結(jié)構(gòu)體系設(shè)計形式形式計算計算構(gòu)造構(gòu)造軸拉構(gòu)件軸拉構(gòu)件受彎構(gòu)件受彎構(gòu)件壓彎構(gòu)件壓彎構(gòu)件軸壓構(gòu)件軸壓構(gòu)件拉彎構(gòu)件拉彎構(gòu)件穩(wěn)定驗算穩(wěn)定驗算承載力承載力剛度剛度鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則基本設(shè)計原則 焊接焊接螺栓連接螺栓連接第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)鋼材的破壞形式結(jié)構(gòu)鋼材的破壞形式第二節(jié)第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)對鋼材性能的要求鋼結(jié)構(gòu)對鋼材性能的要求第三節(jié)第三節(jié) 影響鋼材性能的因素影響鋼材性能的因素第四節(jié)第四節(jié) 結(jié)構(gòu)鋼材的種類

5、及選用結(jié)構(gòu)鋼材的種類及選用第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料1 1、塑性破壞、塑性破壞：破壞前：破壞前有有明顯的變形明顯的變形，破壞歷時時，破壞歷時時 間長，可以采取補救措施。間長，可以采取補救措施。第一節(jié)第一節(jié) 鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式2 2、脆性破壞、脆性破壞：破壞前：破壞前沒有沒有明顯的變形明顯的變形，破壞發(fā)生，破壞發(fā)生 突然，沒有機會補救。突然，沒有機會補救。 脆性破壞的原因脆性破壞的原因? ? 注意：應(yīng)盡量發(fā)揮材料的塑性注意：應(yīng)盡量發(fā)揮材料的塑性 避免一切脆性破壞的可能性避免一切脆性破壞的可能性 （一）、強度（一）、強度1、單向均勻拉伸試驗、單向均勻拉伸試驗試驗條件試驗條件：

6、標準試件標準試件在常溫（在常溫（20）下緩慢加）下緩慢加載，一次完成載，一次完成第二節(jié)第二節(jié) 鋼材的機械性能鋼材的機械性能鋼材在單向均勻受拉時工作性能表現(xiàn)為四個階段：鋼材在單向均勻受拉時工作性能表現(xiàn)為四個階段： A A 彈性階段彈性階段: : 應(yīng)力最高點對應(yīng)應(yīng)力最高點對應(yīng)比例極限比例極限 彈性模量彈性模量 應(yīng)力應(yīng)力pf251006. 2mmNE EB 彈塑性階段彈塑性階段: 應(yīng)力介于應(yīng)力介于 和和 之間之間 彈塑性模量彈塑性模量 是變數(shù)是變數(shù)yfpftEC 塑性階段塑性階段: 應(yīng)力達到屈服強度應(yīng)力達到屈服強度yf%5 . 2%15. 0:, 0tEufD 強化頸縮階段強化頸縮階段: 應(yīng)力最高點

7、對應(yīng)抗拉極限應(yīng)力最高點對應(yīng)抗拉極限（二）鋼材的工作性能可以看作理想彈性塑性體（二）鋼材的工作性能可以看作理想彈性塑性體1. 1. 計算簡便計算簡便2. 與與 相差不大相差不大yfpf3. 雖然雖然 ，但，但 對應(yīng)對應(yīng) 的應(yīng)變非常大（不滿足正的應(yīng)變非常大（不滿足正 常使用極限狀態(tài)）常使用極限狀態(tài)）yfufuf4. 以以 作為設(shè)計強度的依據(jù)，具有較大的強度儲備，作為設(shè)計強度的依據(jù)，具有較大的強度儲備， 若出現(xiàn)偶然因素，使人們有機會補救若出現(xiàn)偶然因素，使人們有機會補救yfl 屈強比屈強比 ：Q235鋼為鋼為0.57，Q345鋼為鋼為0.67uyff /2、簡化計算、簡化計算, 采用理想彈塑性模型采用

8、理想彈塑性模型1、 作為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的最大應(yīng)力作為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的最大應(yīng)力yf3、 作為鋼材實際破壞強度作為鋼材實際破壞強度uf（三）注意（三）注意二、塑性二、塑性當(dāng)應(yīng)力超過屈服點后，能產(chǎn)生顯著的殘余變形（塑當(dāng)應(yīng)力超過屈服點后，能產(chǎn)生顯著的殘余變形（塑性變形）而不立即斷裂的性質(zhì)性變形）而不立即斷裂的性質(zhì) 表示以時表示以時5001000010001,5,10試件中間部分的直徑試件拉斷后的標距長度試件原標距長度%100dldldlllll斷面收縮率：斷面收縮率：指試指試件拉斷后，頸縮區(qū)件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮小值的斷面面積縮小值與原斷面面積比值與原斷面面積比值的百分率的百分率 衡量塑性性能的指標：衡

9、量塑性性能的指標：伸長率伸長率三、沖擊韌性三、沖擊韌性沖擊韌性沖擊韌性：在：在動力荷載動力荷載作用下，材料吸收作用下，材料吸收能量能量的能力的能力衡量沖擊韌性的指標：衡量沖擊韌性的指標：沖擊功沖擊功韌性是鋼材強度和塑性的綜合指標韌性是鋼材強度和塑性的綜合指標 梅氏梅氏U型缺口型缺口試件試件:沖擊試驗沖擊試驗的標準試件型式：的標準試件型式： 夏比夏比V型缺口型缺口試件試件:我國采用夏比我國采用夏比V型缺口試件型缺口試件2/cmJk JCV沖擊韌性受溫度的影響沖擊韌性受溫度的影響四、冷彎性能：四、冷彎性能： 指鋼材在冷加工（常指鋼材在冷加工（常溫下加工）產(chǎn)生溫下加工）產(chǎn)生塑性變形塑性變形時，對產(chǎn)生

10、時，對產(chǎn)生裂縫裂縫的抵抗能的抵抗能力力 鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下的塑性應(yīng)變能力和鋼材下的塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的質(zhì)量的綜合指標綜合指標五、五、 可焊性可焊性可焊性指可焊性指采用一般焊接工藝就可完成合格的焊縫的采用一般焊接工藝就可完成合格的焊縫的性能性能可焊性受化學(xué)成分可焊性受化學(xué)成分C的影響比較大的影響比較大碳當(dāng)量：碳當(dāng)量： 衡量低合金鋼的衡量低合金鋼的可焊性的計算可焊性的計算 %eqC %1556%iuorneqNCVMCMCC0.45焊接性能難另：鋼材物理性能指標另：鋼材物理性能指標l 彈性模量彈性模量l 質(zhì)量密度質(zhì)量密度l 剪變模量剪變模量l 線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)l 泊松比

11、泊松比2310206mmNE3 . 023107912mmNEGC06/101237850mkg一、化學(xué)成分一、化學(xué)成分第三節(jié)第三節(jié) 影響鋼材性能的主要因素影響鋼材性能的主要因素普通碳素鋼普通碳素鋼中中Fe占占99%，其他其他雜質(zhì)元素占雜質(zhì)元素占1%普通低合金鋼普通低合金鋼中有中有5%的合金元素的合金元素碳（碳（C）：鋼材強度的主要來源，但是隨其）：鋼材強度的主要來源，但是隨其含量增加含量增加，強度增強度增 加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蝕性降低。加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蝕性降低。一般一般 控制在控制在0.120.2%，在，在0.2以下時，可焊性良好以下時，可焊性良好硫（硫（S）：熱脆性

12、熱脆性，不得超過，不得超過0.05%磷（磷（P）：冷脆性冷脆性?？垢g能力略有提高，可焊性降低?？垢g能力略有提高，可焊性降低。 不得超過不得超過0.045%二、冶金缺陷二、冶金缺陷常見的常見的冶金缺陷冶金缺陷有有偏析偏析、非金屬夾雜非金屬夾雜、氣孔氣孔、裂紋裂紋等。等。偏析偏析化學(xué)成分分布的不均勻程度?；瘜W(xué)成分分布的不均勻程度。三、加荷速度三、加荷速度 1材性試驗要求材性試驗要求緩慢加載緩慢加載 2要考慮要考慮動荷載動荷載對結(jié)構(gòu)的對結(jié)構(gòu)的不利影響不利影響加荷速度高加荷速度高，鋼材屈服點提高，呈，鋼材屈服點提高，呈脆性脆性。因此，。因此，四、鋼材硬化四、鋼材硬化冷作硬化冷作硬化當(dāng)加載超過材料當(dāng)

13、加載超過材料比例極限比例極限卸載后，出現(xiàn)卸載后，出現(xiàn)殘余殘余變形變形，再次加載則，再次加載則屈服點提高，塑性和韌性降低屈服點提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象，的現(xiàn)象，也稱也稱“應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化”時效硬化時效硬化隨時間的增長隨時間的增長，碳和氮的化合物碳和氮的化合物從晶體中從晶體中析出，使材料硬化的現(xiàn)象。析出，使材料硬化的現(xiàn)象。時效硬化20yf f p冷加工及時效冷加工及時效后的塑性區(qū)冷作硬化后的塑性區(qū)40冷作硬化13yf 五、溫度的影響五、溫度的影響1. 正溫范圍正溫范圍 100以內(nèi)以內(nèi) 對鋼材性能對鋼材性能無影響無影響； 100以上以上 隨溫度升高，總的趨勢是隨溫度升高，總的趨勢是強度、彈性模量降

14、低，強度、彈性模量降低， 塑性增大；塑性增大； 250左右左右 抗拉強度略有提高，塑性和韌性降低，脆性增抗拉強度略有提高，塑性和韌性降低，脆性增 加加藍脆現(xiàn)象藍脆現(xiàn)象。該溫度區(qū)段稱為。該溫度區(qū)段稱為“藍脆區(qū)藍脆區(qū)”； 250350 在應(yīng)力不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)在應(yīng)力不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù) 變形變形徐變現(xiàn)象徐變現(xiàn)象。 600左右左右 彈性模量趨于零彈性模量趨于零 ，承載能力幾乎完全，承載能力幾乎完全喪失喪失。低溫對鋼材沖擊韌性的影響1T C t / T cT 2（有兼壞破種兩壞破性脆沖擊功區(qū)度溫變轉(zhuǎn)）壞破性塑2. 負溫范圍負溫范圍 當(dāng)溫度當(dāng)溫度低于常溫低于常溫時，鋼材

15、的時，鋼材的脆脆 性性傾向隨溫度降低而傾向隨溫度降低而增加增加。T1 T2 之間之間溫度轉(zhuǎn)變脆性區(qū)溫度轉(zhuǎn)變脆性區(qū)，沖，沖擊功急劇下降。而且不同的鋼材其擊功急劇下降。而且不同的鋼材其脆性轉(zhuǎn)變區(qū)溫度不同，必須通過試脆性轉(zhuǎn)變區(qū)溫度不同，必須通過試驗確定。使用驗確定。使用溫度必須高于溫度必須高于T1 ，但不一定高于但不一定高于T2六、六、 復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件假定：假定：1. 材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強度指標用變形時單位體積材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強度指標用變形時單位體積 中積聚的能量來表達；中積聚的能量來表達； 2. 當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時的變形能當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力

16、狀態(tài)下變形能等于單軸受力時的變形能 時，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。時，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。)(3)(2zx2yz2xyxzzyyx2z2y2xredyredf彈性狀態(tài)彈性狀態(tài)yredf塑性狀態(tài)塑性狀態(tài)平面應(yīng)力平面應(yīng)力狀態(tài)狀態(tài)2xyyx2y2x3red梁的應(yīng)力梁的應(yīng)力狀態(tài)狀態(tài)223red213232221)()()(red三向主應(yīng)力表示為：三向主應(yīng)力表示為：三個主應(yīng)力同號且差值很小時，很難進入塑三個主應(yīng)力同號且差值很小時，很難進入塑性，呈現(xiàn)性，呈現(xiàn)脆性破壞脆性破壞純剪應(yīng)力純剪應(yīng)力狀態(tài)狀態(tài)yredf3yf58. 0所以：所以：規(guī)范規(guī)范中鋼材的抗剪強度設(shè)計值中鋼材的抗剪強度設(shè)計值 取取yf58.0vf

17、七、應(yīng)力集中的影響七、應(yīng)力集中的影響構(gòu)造缺陷構(gòu)造缺陷：構(gòu)件表面不平整，有：構(gòu)件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突變等刻槽、缺口，厚度突變等應(yīng)力集中應(yīng)力集中：由于構(gòu)造缺陷，應(yīng)力：由于構(gòu)造缺陷，應(yīng)力不均勻，力線變曲折，不均勻，力線變曲折，缺陷處缺陷處 有高峰應(yīng)力有高峰應(yīng)力。應(yīng)力集中的危害：塑應(yīng)力集中的危害：塑性降低，性降低，脆性脆性增加增加 構(gòu)造設(shè)計時應(yīng)構(gòu)造設(shè)計時應(yīng)避免截面避免截面突變和尖銳角突變和尖銳角的情況的情況八、厚度的影響八、厚度的影響隨著厚度的增加，鋼材的隨著厚度的增加，鋼材的抗拉、抗壓、抗彎、抗剪強度抗拉、抗壓、抗彎、抗剪強度均下降均下降九、重復(fù)荷載的影響九、重復(fù)荷載的影響 鋼材在反復(fù)荷

18、載作用下，結(jié)構(gòu)的抗力及性能會發(fā)生重要鋼材在反復(fù)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的抗力及性能會發(fā)生重要變化變化 疲勞（疲勞（fatigue）：鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會逐漸）：鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會逐漸累積損傷、產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴展，以至斷裂的現(xiàn)累積損傷、產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴展，以至斷裂的現(xiàn)象象強度低于極限強度強度低于極限強度fu甚至低于屈服強度甚至低于屈服強度fy，脆性，脆性斷裂斷裂1、較高的強度、較高的強度2、足夠的變形能力，塑性、韌性好具有、足夠的變形能力，塑性、韌性好具有3、良好的加工性能（包括冷加工、熱加工和可焊性）、良好的加工性能（包括冷加工、熱加工和可焊性）一、鋼結(jié)構(gòu)對一、鋼結(jié)構(gòu)對材料材

19、料的要求：的要求：第四節(jié)第四節(jié) 結(jié)構(gòu)鋼材的種類和鋼材規(guī)格結(jié)構(gòu)鋼材的種類和鋼材規(guī)格二、結(jié)構(gòu)用二、結(jié)構(gòu)用鋼的種類鋼的種類1. 化學(xué)成分化學(xué)成分普通碳素鋼普通碳素鋼 Q235普通低合金鋼普通低合金鋼 Q345、Q390、Q420平爐平爐 成本高，質(zhì)量好（成本高，質(zhì)量好（6小時小時100t左右）左右）氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐 成本低，質(zhì)量也可（成本低，質(zhì)量也可（15分鐘分鐘150t）2. 爐種爐種3. 脫氧程度脫氧程度沸騰鋼（沸騰鋼（F） 脫氧較差脫氧較差鎮(zhèn)靜鋼（鎮(zhèn)靜鋼（Z） 脫氧充分脫氧充分半鎮(zhèn)靜鋼（半鎮(zhèn)靜鋼（b） 脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間特殊鎮(zhèn)靜鋼（特殊鎮(zhèn)靜鋼（

20、TZ）4. 質(zhì)量等級質(zhì)量等級A級：保證抗拉強度、屈服點和伸長率及硫、磷含量級：保證抗拉強度、屈服點和伸長率及硫、磷含量B、C、D級：保證抗拉強度、屈服點、伸長率、冷彎和沖擊級：保證抗拉強度、屈服點、伸長率、冷彎和沖擊 韌性（分別為韌性（分別為20、0 、-20）及碳、硅、）及碳、硅、 錳、硫、磷含量錳、硫、磷含量E級：級： 除滿足除滿足D級的要求外，還要求級的要求外，還要求-40時的沖擊韌性時的沖擊韌性5. 鋼材編號鋼材編號碳素鋼：碳素鋼： Q質(zhì)量等級（質(zhì)量等級（AD）脫氧程度（）脫氧程度（F，b）低合金鋼：低合金鋼： Q質(zhì)量等級（質(zhì)量等級（AE）如如Q235-AF、Q345-C6. 鋼材的選

21、擇鋼材的選擇（1）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性；）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性；（2）荷載的種類（靜荷載或動荷載）；）荷載的種類（靜荷載或動荷載）；（3）連接方法（焊接或非焊接）；）連接方法（焊接或非焊接）；（4）工作條件（溫度，腐蝕等）工作條件（溫度，腐蝕等）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003）規(guī)定：）規(guī)定：承重結(jié)構(gòu)承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有的鋼材應(yīng)具有抗拉強度抗拉強度、伸長率伸長率、屈服強度屈服強度和和硫、磷硫、磷含量含量的合格保證，對的合格保證，對焊接結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。焊焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)

22、構(gòu)采用的鋼材還應(yīng)具有還應(yīng)具有冷冷彎試驗彎試驗的合格保證。需要驗算的合格保證。需要驗算疲勞疲勞的的焊接結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)的鋼材，應(yīng)具有的鋼材，應(yīng)具有常溫或負溫常溫或負溫沖擊韌性沖擊韌性的合格保證。對需要驗算的合格保證。對需要驗算疲勞疲勞的的非焊接結(jié)非焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有的鋼材應(yīng)具有常溫常溫沖擊韌性沖擊韌性的合格保證。的合格保證。三、鋼材的規(guī)格三、鋼材的規(guī)格1. 熱軋鋼板熱軋鋼板（1）工字鋼）工字鋼 普通工字鋼普通工字鋼 20a H型鋼型鋼 HW3003001015 T型鋼型鋼 TW1503001015（2）槽鋼）槽鋼 32b（3）角鋼）角鋼 L12510 L1258010（4）鋼管）鋼管 40062

23、. 熱軋型鋼熱軋型鋼（附錄（附錄 型鋼表）型鋼表）120020400，如板長厚寬3. 冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼壁厚壁厚1.55mm結(jié)構(gòu)設(shè)計準則結(jié)構(gòu)設(shè)計準則：結(jié)構(gòu)由各種作用所產(chǎn)生的：結(jié)構(gòu)由各種作用所產(chǎn)生的效應(yīng)效應(yīng)（內(nèi)力和變形）（內(nèi)力和變形）不大于不大于結(jié)構(gòu)（包括連接）由材料性能和幾何因素等所確定的結(jié)構(gòu)（包括連接）由材料性能和幾何因素等所確定的抗力或規(guī)定限值?？沽蛞?guī)定限值。問題及矛盾問題及矛盾：荷載大小、材料強度、截面尺寸、計算模式、施：荷載大小、材料強度、截面尺寸、計算模式、施工質(zhì)量等因素均為隨機變量（或隨機過程）不確定，導(dǎo)致工質(zhì)量等因素均為隨機變量（或隨機過程）不確定，導(dǎo)致結(jié)結(jié)構(gòu)效應(yīng)構(gòu)效應(yīng)與

24、與抗力抗力均為隨機變量，不可能保證百分之百保證結(jié)構(gòu)均為隨機變量，不可能保證百分之百保證結(jié)構(gòu)效應(yīng)小于抗力或規(guī)定限值，只能作一定的概率保證效應(yīng)小于抗力或規(guī)定限值，只能作一定的概率保證第三章第三章 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法一、概一、概 述述1、容許應(yīng)力法、容許應(yīng)力法（建國初（建國初1957年）年） 把鋼材可以使用的最大強度，除以一個籠統(tǒng)的安全系數(shù)作為把鋼材可以使用的最大強度，除以一個籠統(tǒng)的安全系數(shù)作為結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時構(gòu)件容許達到的最大應(yīng)力，即允許應(yīng)力法結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時構(gòu)件容許達到的最大應(yīng)力，即允許應(yīng)力法 2、半概率法、半概率法（1957年年1988年）年）概率論概率論為基礎(chǔ)為基礎(chǔ)概率極限狀態(tài)設(shè)計

25、方法概率極限狀態(tài)設(shè)計方法結(jié)構(gòu)可靠度研究由經(jīng)驗為基礎(chǔ)的定性分析階段推進以概率結(jié)構(gòu)可靠度研究由經(jīng)驗為基礎(chǔ)的定性分析階段推進以概率論和數(shù)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)的定量分析階段論和數(shù)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)的定量分析階段近似近似的概率設(shè)計法的概率設(shè)計法 （分析中忽略和簡化了基本變量隨時間（分析中忽略和簡化了基本變量隨時間變化的關(guān)系，所以確定基本變量分布時有相當(dāng)程度的近似變化的關(guān)系，所以確定基本變量分布時有相當(dāng)程度的近似性，且進行了線性化簡化計算性，且進行了線性化簡化計算 ） 3、一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計法、一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計法（1988年發(fā)展中）年發(fā)展中）1、極限狀態(tài)：、極限狀態(tài)：實質(zhì)上是結(jié)構(gòu)可靠與不可靠的界限，故也可稱實

26、質(zhì)上是結(jié)構(gòu)可靠與不可靠的界限，故也可稱為為“界限狀態(tài)界限狀態(tài)”；對于結(jié)構(gòu)的各種極限狀態(tài)，均應(yīng)規(guī)定明；對于結(jié)構(gòu)的各種極限狀態(tài)，均應(yīng)規(guī)定明確的標志或限值確的標志或限值2、兩類極限狀態(tài)：、兩類極限狀態(tài)： （1）承載能力極限狀態(tài)）承載能力極限狀態(tài) 包括：構(gòu)件和連接的包括：構(gòu)件和連接的強度破壞強度破壞、疲勞破壞疲勞破壞和因和因過度變形過度變形而不適于繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件而不適于繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件喪喪失穩(wěn)定失穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)椋Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系機動體系和和結(jié)構(gòu)傾覆結(jié)構(gòu)傾覆 （2）正常使用極限狀態(tài)）正常使用極限狀態(tài) 包括：影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)包括：影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用或耐久性能的局部損壞（

27、包括組合結(jié)構(gòu)中混構(gòu)件正常使用或耐久性能的局部損壞（包括組合結(jié)構(gòu)中混凝土裂縫）凝土裂縫） 二、概率極限設(shè)計方法二、概率極限設(shè)計方法3、功能函數(shù)、功能函數(shù) 式中 Z=g() 結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)； xi(i=1,2,n) 影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件可靠度的基本變量僅有作用效應(yīng)僅有作用效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力和結(jié)構(gòu)抗力R兩個基本變量時兩個基本變量時結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)可表為：結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)可表為： （3.3） 荷載效應(yīng)荷載效應(yīng)S：取決于各種荷載（恒載、活載、風(fēng)、地震作用、取決于各種荷載（恒載、活載、風(fēng)、地震作用、 溫度變化等）溫度變化等） 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力或抗力結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力或抗力R：取決于材料、構(gòu)件的幾何特性等取決于材料、

28、構(gòu)件的幾何特性等 （3.2） 由于由于R和和S都是隨機變量，其函數(shù)都是隨機變量，其函數(shù)Z也是一個隨機也是一個隨機變量。功能函數(shù)變量。功能函數(shù)Z存在三種可能狀態(tài)：存在三種可能狀態(tài)：4、結(jié)構(gòu)可靠度、結(jié)構(gòu)可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，結(jié)構(gòu)在規(guī)定時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率完成預(yù)定功能的概率 若以若以ps表示結(jié)構(gòu)的可靠度表示結(jié)構(gòu)的可靠度 則：則： 若以若以pf表示結(jié)構(gòu)的失效概率表示結(jié)構(gòu)的失效概率 則：則： （3.4） Z的概率密度的概率密度fZ（Z）曲線：曲線：正態(tài)分布正態(tài)分布概率密度曲線中概率密度曲線中Z的平均值和標準差存在下述關(guān)系：的平均值和標準差存在下述關(guān)系： 可靠指標

29、或安全指標可靠指標或安全指標與與pf存在一一對應(yīng)關(guān)系，存在一一對應(yīng)關(guān)系， 與與pf變化相反變化相反若若Z為正態(tài)分布：為正態(tài)分布：由：由：有：有：由于由于的計算只采用分布的特征的計算只采用分布的特征值，即一階原點矩（均值）值，即一階原點矩（均值）Z和和二階中心矩（方差）二階中心矩（方差）Z2，對，對非線性函數(shù)只取線性項，而不非線性函數(shù)只取線性項，而不考慮考慮Z的全分布，故稱此法為的全分布，故稱此法為一一次二階矩法次二階矩法與與pf對應(yīng)表格對應(yīng)表格不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠指標不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠指標三、設(shè)計表達式三、設(shè)計表達式建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一

30、標準(GB50068)規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)設(shè)計表達式，應(yīng)根據(jù)各種極限狀態(tài)的設(shè)計要求，采用極限狀態(tài)設(shè)計表達式，應(yīng)根據(jù)各種極限狀態(tài)的設(shè)計要求，采用有關(guān)的荷載代表值、材料性能標準值、幾何參數(shù)標準值以及各有關(guān)的荷載代表值、材料性能標準值、幾何參數(shù)標準值以及各種分項系數(shù)等表達。種分項系數(shù)等表達。 KGGKQQKRRSS1、簡單荷載分項系數(shù)設(shè)計式：、簡單荷載分項系數(shù)設(shè)計式：RK 抗力標準值SGK按標準值計算的永久荷載（G）效應(yīng)值SQK按標準值計算的可變荷載（Q）效應(yīng)值 分項系數(shù)式中： 一般情況下荷載分項系數(shù)：一般情況下荷載分項系數(shù)： G1.2 ； Q1.4永久荷載效應(yīng)與可變荷載效應(yīng)異號時：

31、永久荷載效應(yīng)與可變荷載效應(yīng)異號時： G1.0 ； Q1.4 抗力分項系數(shù)：抗力分項系數(shù)： Q235鋼：鋼： R1.087； Q345、Q390；Q420鋼：鋼： R1.111其中：鋼材強度設(shè)計值其中：鋼材強度設(shè)計值f鋼材強度除以抗力分項系數(shù)鋼材強度除以抗力分項系數(shù)分項系數(shù)分項系數(shù) 以可靠指標以可靠指標為基礎(chǔ)用概率設(shè)計法求出為基礎(chǔ)用概率設(shè)計法求出KRR可變荷載效應(yīng)控制的組合：可變荷載效應(yīng)控制的組合：0112nGGKQQ KQiciQiKif （3.7） 可變荷載效應(yīng)控制的組合：可變荷載效應(yīng)控制的組合：01nGGKQiciQiKif （3.8） 2、承載能力極限狀態(tài)、承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)的荷載

32、效應(yīng)的 基本組合基本組合3、正常使用極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)的荷載效應(yīng)的 標準組合標準組合 12nGKQ KciQiKi （3.10） vGK 永久荷載標準值產(chǎn)生的變形值vQ1K 起控制作用的第一個可變荷載標準值產(chǎn)生的變形值vQiK 其他第i個可變荷載標準值產(chǎn)生的變形值v 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的容許變形值式中： 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法u 設(shè)計方法：設(shè)計方法：以概率理論為基礎(chǔ)的以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法極限狀態(tài)設(shè)計方法 u 計算疲勞計算疲勞仍采用仍采用容許應(yīng)力幅法容許應(yīng)力幅法u 計算計算強度、穩(wěn)定、連接強度、穩(wěn)定、連接用用荷載荷載設(shè)計值設(shè)計值u 計算計算疲勞、變形疲勞、變形

33、用用荷載荷載標準值標準值u 對于對于直接直接承受承受動力荷載動力荷載的結(jié)構(gòu)：的結(jié)構(gòu)： 在計算在計算強度和穩(wěn)定強度和穩(wěn)定時，動力荷載設(shè)計值時，動力荷載設(shè)計值應(yīng)應(yīng)乘乘動力系數(shù)動力系數(shù) 在計算在計算疲勞和變形疲勞和變形時，動力荷載標準值時，動力荷載標準值不應(yīng)不應(yīng)乘乘動力系數(shù)動力系數(shù) 疲勞破壞特征疲勞破壞特征 突然性，破壞前沒有明顯的宏觀塑性變形，屬于突然性，破壞前沒有明顯的宏觀塑性變形，屬于脆性斷裂脆性斷裂 斷口與一般脆性斷口與一般脆性斷口斷口不同，可分為三個區(qū)域：裂紋源、裂不同，可分為三個區(qū)域：裂紋源、裂紋擴展區(qū)和斷裂區(qū)紋擴展區(qū)和斷裂區(qū) 對對缺陷缺陷（包括缺口、裂紋及組織缺陷等）十分（包括缺口、裂紋及組織缺陷等）十分敏感敏感 第三節(jié)第三節(jié) 鋼材的疲勞鋼材的疲勞 疲勞的兩種類型：疲勞的兩種類型： 常幅疲勞常幅疲勞常幅交變荷載引起常幅交變荷載引起常幅循環(huán)應(yīng)力（簡稱循常幅循環(huán)應(yīng)力（簡稱循環(huán)應(yīng)力）環(huán)應(yīng)力） 變幅疲勞變幅疲勞變幅交變荷載變幅交變荷載變幅循環(huán)應(yīng)力（簡稱變幅應(yīng)變幅循環(huán)應(yīng)力（簡稱變幅應(yīng)力）力）1、應(yīng)力循環(huán)特征（、應(yīng)力循環(huán)特征（應(yīng)力比應(yīng)力比） 按絕對值計算的最小應(yīng)力和最大應(yīng)力之比（拉應(yīng)力取正按絕對值計算的最小應(yīng)力和最大應(yīng)力之比（拉應(yīng)力取正值，壓應(yīng)力取負值）值，壓應(yīng)力取負值） -1 -1 完全對稱循環(huán)完全對稱循環(huán) 0 0 脈沖循環(huán)脈沖循環(huán) -1-10 0 不完全對稱循環(huán)不