石油化工结构设计基础知识.

《石油化工结构设计基础知识.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《石油化工结构设计基础知识.（93页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、石油化工 结构设计基础知识 培训教程 n一、结构的基本知识 n二、混凝土结构 n三、钢结构 n四、砌体结构 一、结构的基本知识（1/4） 1、结构的组成 ：由若干个单元所组成的结构骨架。 2、基本(单元)构件 板：提供活动面，直接承受并传递荷载； 梁：板的支撑构件，承受板传来的荷载并传递； 柱：承受楼面体系（梁、板）传来的荷载并传递； 墙：承受楼面体系（梁、板）传来的荷载并传递； 基础：将柱及墙等传来的上部结构荷载传给地基； 索：悬挂构件或结构体系的主要传力单元； 杆：组成空间构件，如屋架等。 第一讲：绪论（3/12） 一、结构的基本知识（2/4） 3、结构的分类 按材料分类 混凝土结构、钢结

2、构、砌体结构、木结构和混合结构 混凝土结构:素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土 纤维筋混凝土和其它形式的加筋混凝土。 砌体结构：包括砖石砌体结构、砌块砌体结构 混合结构：砖混结构、钢与混凝土组合结构 第一讲：绪论（4/12） 一、结构的基本知识（3/4） 按受力体系分类 框架结构：主要(竖向)受力体系由梁和柱组成； 剪力墙结构：主要(竖向)受力体系由墙组成； 筒体结构：四周封闭的墙形成筒； 塔式结构：下端固定、上端自由的高耸构筑物； 桅式结构：竖立的细长桅杆和纤绳所组成的构筑物； 悬索、悬吊结构：由拉索及边缘构件组成的承重结构； 壳体结构:由曲面形板与边缘构件组成的空间结构； 网架结构：由多根

3、杆件通过节点连结形成的空间结构； 第一讲：绪论（5/12） 一、结构的基本知识（4/4） 板柱结构：由楼板和柱组成承重体系的结构； 墙板结构：由楼板和墙组成承重体系的结构； 折板结构：由多块条形平板组合而成的空间结构； 充气结构：用薄膜制成的，冲入气体后而形成的结构； 膜结构：用柔性受拉索和薄膜及边缘构件组成的结构； 按使用功能分类： 建筑结构、特种结构、桥梁结构、地下结构等 按照建筑物外形分类： 单层、多层、高层、大跨和高耸结构等 按照施工方法分类： 现浇结构、装配结构和装配整体式结构 二、 混凝土结构（1/4） 1、结构形成的原理 组 成: 由钢筋和混凝土结合成一体，共同发挥作用。 混凝土

4、：抗压强度很高，但抗拉强度很低。 钢 筋：抗拉和抗压强度均很高。 共同工作的目的 充分发挥两种材料的强度优势，取长补短。 素混凝土梁的工作特点 开裂前：按照整截面分析，上部受拉下部受压， 受拉区的拉力由混凝土承担。 开裂后：梁断裂。 二、 混凝土结构（2/4） 钢筋混凝土梁如何共同工作 开裂前：受拉区的拉力由钢筋和混凝土共同承担。 开裂后：受拉钢筋承担大了部分拉力，继续承担荷载， 直至屈服强度，受压混凝土压碎，梁破坏。 二、 混凝土结构（3/4） 素混凝土梁与钢筋混凝土梁的对比 极限状态：素砼梁：无明显变形，开裂即破坏 钢筋砼梁：有明显变形，钢筋屈服，砼压碎 承载能力：素砼梁：取决于混凝土的抗

5、拉，低 钢筋砼梁：取决于钢筋抗拉和砼抗压强度，高 抗裂能力：配筋后略有增加，但不显著 共同工作的基础 两者之间存在较好的传递应力的能力，粘结力； 两种材料的温度线膨胀系数相近； 混凝土对钢筋的保护，抗火和耐久性提高。 二、 混凝土结构（4/4） 2、优缺点 优 点： 耐久性好；耐火性好； 可模性好、整体性好。 可就地取材。 缺 点： 自重大； 抗裂差； 施工环节多周期长； 拆除、改造难度大。 3、现状与发展 三、 钢结构（1/1） 1、钢结构的构成 是用钢板、角钢、工字钢、槽钢、钢管和圆钢等钢材 通过焊接等有效的连接方式，所形成的结构。 2、优缺点 优 点： 强度和强度质量比高； 材质均匀、性

6、能好，结构可靠性高。 施工简便、工期短。 延性好、抗震能力强。 易于改造和加固。 缺 点：耐腐蚀性差；耐火性差；钢材价格相对较高。 3、现状与发展 四、砌体结构 （1/1） 1、砌体结构的组成 砌体结构是用砖、石或砌块， 用砂浆等胶结材料砌筑的结构。 2、优缺点 优 点：耐久性好； 耐火性好； 就地取材； 施工技术要求低； 造价低廉。 缺 点： 强度低，砂浆与砖石之间的粘接力较弱； 自重大；砌筑工作量大，劳动强度高。 粘土用量大，不利于持续发展。 3、现状与发展 三、结构功能和极限状态（1/2） 1、结构的功能 （1）安全性：要求结构承担正常施工和正常使用条件下， 可能出现的各种作用，而不产生

7、破坏。并且在偶然事件发 生时以及发生后，能保持必需的整体稳定性，不至于因局 部损坏而产生连续破坏。 （2）适用性：要求结构在正常使用时满足正常的要求，具 有良好的工作性能。 （3）耐久性 要求结构在正常使用和维护下，在规定的使 用期内，能够满足安全和使用功能要求。如 材料的老化、腐蚀等不能超过规定的限制等 。 三、结构功能和极限状态（2/2） 2、极限状态 (1)定义：极限状态是判别结构是否能够满足其功能要求的 标准，指结构或结构一部分处于失效边缘的状态 。 (2)分类： 承载能力极限状态 是判别结构是否满足安全性要求的标准，指结构或结构 构件达到最大承载能力或不适于继续加载的变形。 正常使用

8、极限状态： 是判别结构是否满足正常使用和耐久性要求的标准， 指结构或构件达到正常使用或耐久性的某些规定限值。 第三讲：材料的性能(1/34) 内容提要 n一、钢材的物理力学性能 n二、混凝土的物理力学性能 n三、砌体的材料及力学性能 第11讲：材料的性能(2/34) 一、钢材的物理力学性能（1/13） 1、简单应力下钢材的性能 (1)钢材的应力-应变关系 曲线形式： 有明显流幅的： 弹性、屈服、强化和颈缩阶段 没有明显流幅的： 没有明显的屈服阶段 曲线简化： 屈服前：完全弹性的； 屈服后：完全塑性的。 第11讲：材料的性能(3/34) 一、钢材的物理力学性能（2/13） (2)钢材的强度指标

9、屈服强度：设计时钢材允许达到的最大应力 有明显流幅的钢材：取屈服点的应力； 无有明显流幅的钢材：取条件屈服强度。 条件屈服强度：残余应变为0.2%对应的应力。 极限强度：材料能承受的最大应力反映安全储备 屈强比：屈服强度/极限强度 (3)钢材的塑性指标 伸长率：拉断后构件伸长率 截面收缩率：拉断后面积缩小率 冷弯性能：以冷弯的角度来衡量 第12讲：材料的性能(8/34) 一、钢材的物理力学性能（7/13） 3 影响钢材性能的一般因素 (1)化学成分 碳：提高强度；但塑性，可焊性、耐锈蚀性等劣化。 锰：提高强度，改善脆性；但对可焊性和耐锈力不利。 硅：提高强度，但含量过高，对塑性可焊性耐锈力不利

10、。 硫：高温时变脆，降低塑性韧性抗疲劳能力和耐锈能力。 磷：提高强度和耐锈力，低温变脆，降低塑性可焊性等。 (2)钢材缺陷 偏析:钢中化学成分的不一致性和不均匀性 裂纹：先天的裂纹，或是微观的或是宏观的 分层：在厚度方向分成多层，各层相互连接，并不脱离 夹杂物：尤其是硫化物和氧化物等 第13讲：材料的性能(9/34) 一、钢材的物理力学性能（8/13） (3)钢材的硬化 时效硬化：现象：时间增加，强度提高，塑性下降。 特点：过程很长，反复荷载和高温下易产生 。 冷作硬化：常温下产生塑性变形后屈服点提高，塑性降低 。 应变时效：产生塑性变形后，特别是在高温下，使已经产 生冷作硬化的钢材又发生时效

11、硬化。 第13讲：材料的性能(10/34) 一、钢材的物理力学性能（9/13） (4)温度 在正常温度下：基本不随温度变化 在高温度下：温度升高，强度、弹性模量均有下降趋势 蓝脆现象：250左右，抗拉强度反而提高， 塑性和韧性下降。 在低温时：温度降低，强度略提高， 塑性等下降，有脆性倾向。 冷脆现象：当温度降低至某一温度以下时， 材料变脆。 第13讲：材料的性能(11/34) 一、钢材的物理力学性能（10/13） (5)应力集中 现象：当构件内部缺陷或截面形状等改变时，应力分布 不均匀，出现局部高峰应力，促使钢材变脆。 影响因素：截面变化愈剧烈，应力集中现象愈明显。 第13讲：材料的性能(1

12、2/34) 一、钢材的物理力学性能（11/13） 4、结构对钢材的要求及钢材的分类 (1)结构对钢材的要求 具有较高的屈服强度和极限强度； 具有良好的塑性和韧性 具有良好的工艺加工性能； 良好的耐锈蚀能力 与混凝土良好的粘结力 (2)钢材的选择： 结构或构件的类型及重要性； 作用的性质（静力和动力作用）； 连接方式（焊接、铆接或螺栓连接）； 工作环境（温度和腐蚀等）。 第13讲：材料的性能(13/34) 一、钢材的物理力学性能（12/13） (3)结构用钢材的分类 碳素钢： 强度等级：按屈服强度分五个品种，Q195Q275。 质量等级：A、B、C、D四级，对冲击韧性要求不同 脱氧方式：镇静、半

13、镇静、沸腾和特殊镇静，用ZbF和TZ 示例：Q235Bb表示屈服强度为235，B级半镇静钢 低合金钢： 强度等级：按屈服强度分五个品种，Q295Q460。 质量等级：A、B、C、D、E五级，对冲击韧性要求不同 脱氧方式：镇静和特殊镇静钢 热处理钢 第13讲：材料的性能(14/34) 一、钢材的物理力学性能（13/13） (4)钢材的规格 钢板：以“宽度厚度长度”或“宽度厚度”表示 型钢：角钢：等边“L肢宽厚度”；不等边“L长肢宽短肢宽厚度” 工字钢：普通工字钢以I+截面的高度；轻型工字钢前面加Q 槽钢：有普通槽钢和轻型槽钢两种，用截面的高度编号 H型钢：热扎和焊接两种，“高度*宽度*腹板厚度*

14、翼缘厚度” 钢管：有热轧无缝钢管和焊接钢管。以“外径壁厚”表示 薄壁型钢：用薄钢板冷轧而成，形式及尺寸可以变化。 钢筋 按照表面形状：有光面钢筋和变形钢筋 钢筋种类： 热轧钢筋：分HRB235、HRB335和HRB400或RRB400三级，符号+直径 预应力钢丝：有光面碳素、螺旋肋和三面刻痕钢丝三种，符号+直径 预应力钢绞线：多根钢丝绞合制成。“1股数公称直径”表示 热处理钢筋：HT+钢筋表示 第14讲：材料的性能(15/34) 二、混凝土的物理力学性能（1/11） 1、简单受力下混凝土的性能 (1)受压的应力应变关系 曲线特征 应力小：近似线性关系 应力大：非线性关系 近峰值:不稳定非线性

15、下降段：反弯点后平缓 主要影响因素 混凝土强度：强度提高,峰值点应变高；下降段陡延性差 加载速度：愈大，强度高，峰值应变低；下降段陡延性差 第14讲：材料的性能(17/34) 二、混凝土的物理力学性能（3/11） (2)简单受力下混凝土的强度 立方体抗压强度 立方体抗压强度 标准方法制作,边长150mm立方体, 28天龄期，进行抗压实验得到的破坏时试件的平均压应力。 立方体抗压强度标准值：95%保证率的立方体抗压强度值。 用途：力学性能的基本代表值，混凝土强度等级划分依据。 强度等级：按立方体抗压强度标准值分为14级，“C+标准值” 轴心抗压强度 立方体受压不是处于单轴受力状态！ 采用棱柱体，中间基本上是处于轴心受压。 第14讲：材料的性能(18/34) 二、混凝土的物理力学性能（4/11） 影响因素：材料成分、养护、龄期、实验方法和试件尺寸 与立方体强度的关系 关系系数(比值)：小于等于C50时，取0.76； 大于C50时： 考虑混凝土脆性的折减系数，小于C40时，不折减取1.0 ； 大于C40时： 轴心抗拉强度 试验方法：直接拉伸、弯折和劈裂 与立方体强度的关系 第15讲：材料的性能(20/34) 二、混凝土的物理力学性能（6/11） 2、复杂应力下混凝土的性能 (1)复合应力下混凝土强度和变形 多向受压 双向压：强度提高； 三向压(约束受压)：强