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1、钢钢结结构构SteelStructures第一章第一章 绪绪 论论本章的主要内容本章的主要内容: :n钢结构的特点钢结构的特点n钢结构的主要应用范围钢结构的主要应用范围n本课程的学习方法本课程的学习方法第一节第一节 钢结构的特点钢结构的特点ThecharacteristicofSteelStructure工程结构按材料可分为工程结构按材料可分为:n木结构木结构n钢结构钢结构n钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构n预应力混凝土结构预应力混凝土结构n砖石结构砖石结构钢钢结结构构是是钢钢材材制制成成的的工工程程结结构构，通通常常由由型型钢钢和和钢钢板板等等制制成成的的梁梁、桁桁架架、柱柱、板板等等构构件件组
2、组成成，各各部部分分之之间间用用焊焊缝缝、螺螺栓栓或或铆铆钉钉连连接接有有些些钢钢结结构构还还部部分分采采用用钢钢丝丝绳绳或或钢钢丝丝束。束。钢结构的特点钢结构的特点 1、钢结构自重较轻钢结构自重较轻2、钢结构工作的可靠性较高钢结构工作的可靠性较高3、钢材的抗震性、抗冲击性好钢材的抗震性、抗冲击性好4、钢结构制造的工业化程度较高钢结构制造的工业化程度较高5、钢结构可以准确快速的装配钢结构可以准确快速的装配6、容易做成密封结构容易做成密封结构7、钢结构易腐蚀钢结构易腐蚀、耐火性差、耐火性差第二节第二节钢结构的主要应用范围钢结构的主要应用范围TheMainAppliedAreaofSteelStr
3、ucturen大跨径结构大跨径结构n工业厂房工业厂房n高耸结构高耸结构n高层建筑高层建筑n板壳结构板壳结构n可拆卸结构可拆卸结构第三节第三节本课程的学习方法本课程的学习方法StudyMethodOfTheCoursen课程的性质及主要内容课程的性质及主要内容n钢结构课程的学习方法钢结构课程的学习方法1.课程的性质及主要内容课程的性质及主要内容n钢结构课程是全国高等教育土木工程专业的钢结构课程是全国高等教育土木工程专业的核心课程之一，从此课程中我们可获得很多有关核心课程之一，从此课程中我们可获得很多有关建筑结构的概念、计算方法和设计技能建筑结构的概念、计算方法和设计技能.n通过本课程的学习通过本
4、课程的学习,我们可深刻理解钢材的基我们可深刻理解钢材的基本性能，梁、柱等基本构件及其连接的工作性能，本性能，梁、柱等基本构件及其连接的工作性能，掌握这些方面的基本知识、基本理论和构造原则；掌握这些方面的基本知识、基本理论和构造原则；能正确使用钢结构设计规范，进行基本构件的设能正确使用钢结构设计规范，进行基本构件的设计计.课程主要内容课程主要内容n钢结构课程的主要内容包括钢结构课程的主要内容包括:材料、连材料、连接接(构件之间的连接构件之间的连接)、基本构件设计、基本构件设计(受弯受弯构件、轴心受力构件构件、轴心受力构件)等部分。等部分。2.钢结构课程的学习方法钢结构课程的学习方法n对钢结构课程
5、的学习首先应将基本理论和对钢结构课程的学习首先应将基本理论和基本概念放在重要位置，并要对材料合理选用、基本概念放在重要位置，并要对材料合理选用、连接计算、基本构件计算和结构设计等内容认连接计算、基本构件计算和结构设计等内容认真学习，善于归纳、分析和比较，并不断加深真学习，善于归纳、分析和比较，并不断加深理解。理解。n同时，还需联系工程实践，吸取感性知识。同时，还需联系工程实践，吸取感性知识。n另外，在设计和做习题时，应条理清晰、步另外，在设计和做习题时，应条理清晰、步骤分明、计量单位采用得当，以避免计算中的骤分明、计量单位采用得当，以避免计算中的遗漏和失误。遗漏和失误。第二章第二章钢结构的材料
6、钢结构的材料第一节第一节钢结构的材料钢结构的材料本节主要内容本节主要内容:对钢结构用材的基本要求对钢结构用材的基本要求钢材的破坏形式钢材的破坏形式钢材的主要机械性能钢材的主要机械性能1.1对钢结构用材的基本要求对钢结构用材的基本要求n 较高的强度较高的强度n足够的变形能力足够的变形能力n良好的工艺性能良好的工艺性能1.2钢材的破坏形式钢材的破坏形式 n塑性破坏塑性破坏:变形大，时间较长，构件的应力变形大，时间较长，构件的应力达到了钢材的抗拉强度，断口呈纤维状，色达到了钢材的抗拉强度，断口呈纤维状，色泽发暗，不致引起严重后果。泽发暗，不致引起严重后果。n脆性破坏脆性破坏:变形很小，计算应力常小于
7、钢材变形很小，计算应力常小于钢材的屈服点，破坏前没有任何预兆，破坏突然的屈服点，破坏前没有任何预兆，破坏突然发生，断口平直并呈有光泽的晶粒状，后果发生，断口平直并呈有光泽的晶粒状，后果严重严重.n应特别注意防止钢结构的应特别注意防止钢结构的脆性破坏脆性破坏。1.3钢材的主要机械性能钢材的主要机械性能n单向均匀拉伸时钢材的性能强度性能强度性能塑性性能塑性性能n冷弯性能n冲击韧性 钢材的主要机械性能指标钢材的主要机械性能指标1、比例极限比例极限2、屈服点屈服点3、抗拉强度抗拉强度4、伸长率伸长率5、冷弯试验冷弯试验6、冲击韧性冲击韧性1.4钢材的可焊性钢材的可焊性 可焊性是指采用一般焊接工艺可焊性
8、是指采用一般焊接工艺就可完成合格的（无裂纹的）焊缝的就可完成合格的（无裂纹的）焊缝的性能。性能。第二节第二节影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素一、四一、1. 化学成分对钢材主要性能的影响化学成分对钢材主要性能的影响化学成分含量化学成分含量碳素钢碳素钢低合金钢低合金钢n铁铁99%大于大于95%n其他元素其他元素1%小于小于5%n其他元素：碳、硅、锰、硫、磷、氮、氧、铜、其他元素：碳、硅、锰、硫、磷、氮、氧、铜、钒、钛、铌等钒、钛、铌等各成分对钢材性能的影响各成分对钢材性能的影响n碳碳 含量高时，钢材强度增加，而塑性、韧含量高时，钢材强度增加，而塑性、韧性、疲劳强度下降。因此含碳
9、量要加以限制，性、疲劳强度下降。因此含碳量要加以限制，一般不超过一般不超过0.22%。n硫和磷硫和磷有害元素，有害元素，它们降低钢材的塑性、它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性、疲劳强度。韧性、可焊性、疲劳强度。硫使钢材高温时热硫使钢材高温时热脆，磷使钢材低温时冷脆。因此硫和磷的含量脆，磷使钢材低温时冷脆。因此硫和磷的含量要加以限制，一般硫的含量不超过要加以限制，一般硫的含量不超过0.05%，磷的含量不超过磷的含量不超过0.045%。2.冶金缺陷对钢材性能的影响冶金缺陷对钢材性能的影响n冶金缺陷有：偏析、非金属杂质、气孔、裂纹冶金缺陷有：偏析、非金属杂质、气孔、裂纹及分层等。及分层等。n偏析偏析恶
10、化钢材的性能；恶化钢材的性能；n非金属杂质非金属杂质使钢材起层，降低钢材的冷弯性能。使钢材起层，降低钢材的冷弯性能。3.复杂应力和应力集中的影响复杂应力和应力集中的影响第三节第三节钢材的疲劳钢材的疲劳n疲劳的概念疲劳的概念钢结构的疲劳断裂是裂纹在连续重复荷载作用钢结构的疲劳断裂是裂纹在连续重复荷载作用下不断扩展以至断裂的脆性破坏，塑性变形极小，破下不断扩展以至断裂的脆性破坏，塑性变形极小，破坏前没有明显破坏预兆，危险性较大。出现疲劳断裂坏前没有明显破坏预兆，危险性较大。出现疲劳断裂时，截面上的应力低于材料的抗拉强度，甚至低于屈时，截面上的应力低于材料的抗拉强度，甚至低于屈服强度。服强度。n疲劳
11、应力疲劳应力引起疲劳破坏的应力为疲劳应力。引起疲劳破坏的应力为疲劳应力。 第四节第四节钢材的选择钢材的选择n钢材的选择要考虑如下因素钢材的选择要考虑如下因素:n结构的类型及重要性结构的类型及重要性n结构所受荷载特性结构所受荷载特性动载、静载动载、静载n连接的方法连接的方法焊接、螺栓连接焊接、螺栓连接n结构的工作温度和所处的环境结构的工作温度和所处的环境n钢材的厚度钢材的厚度第五节第五节钢结构的计算方法钢结构的计算方法本节主要内容本节主要内容:n极限状态的概念极限状态的概念n现行规范的极限状态设计公式现行规范的极限状态设计公式第三章第三章钢结构的连接钢结构的连接第一节第一节连接的类型和特点连接的
12、类型和特点(a)焊接连接焊接连接(b)螺栓连接螺栓连接(c)铆接连接铆接连接1. 连接的类型连接的类型2.连接的特点连接的特点焊接的特点焊接的特点n构造简单构造简单n节省钢材节省钢材n密闭性好密闭性好n有焊接应力和焊接变形有焊接应力和焊接变形螺栓连接的特点螺栓连接的特点n操作简单操作简单n便于拆卸便于拆卸n耐疲劳、承受动载可靠耐疲劳、承受动载可靠n构造麻烦构造麻烦第二节第二节焊接连接焊接连接焊缝连接方法焊缝连接方法目前主要的目前主要的焊缝连接方法有焊缝连接方法有:1.电弧焊电弧焊手工焊手工焊焊剂层下自动焊和半自动焊焊剂层下自动焊和半自动焊2.电阻焊电阻焊3.电渣焊电渣焊4.二氧化碳气体保护焊二
13、氧化碳气体保护焊焊接连接的型式及焊缝类型焊接连接的型式及焊缝类型n焊接连接的型式焊接连接的型式(a)对接对接 (b)塔接塔接 (c)顶接顶接 (d)L型连接型连接第三节第三节对接焊缝连接的构造和计算对接焊缝连接的构造和计算对接焊缝连接的构造对接焊缝连接的构造要求要求1、开剖口要求、开剖口要求2、不等宽、不等厚构件连接要求、不等宽、不等厚构件连接要求3、引弧板要求、引弧板要求对接焊缝承受弯矩、剪力计算对接焊缝承受弯矩、剪力计算第四节第四节角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求n计算厚度计算厚度侧焊缝主要承受纵向剪应力，剪切破侧焊缝主要承受纵向剪应力，剪切破坏通常发生在焊缝截面三角形的最小厚度坏通常发生在焊缝截面三角形的最小厚度的平面上和两焊脚边成角。故直角角焊缝的平面上和两焊脚边成角。故直角角焊缝计算的有效厚度计算的有效厚度. 角焊缝计算的基本公式角焊缝计算的基本公式n端焊缝受力计算公式端焊缝受力计算公式n侧面焊缝受力计算公式侧面焊缝受力计算公式弯矩作用下角焊缝计算弯矩作用下角焊缝计算第六节第六节螺栓连接的性能和计算螺栓连接的性能和计算n抗剪连接螺栓的破坏形式抗剪连接螺栓的破坏形式(a)拴杆剪断拴杆剪断(b）孔壁挤压坏）孔壁挤压坏(c)钢板拉断钢板拉断(d)端部钢板剪断端部钢板剪断 (e)栓杆受弯破坏栓杆受弯破坏
