钢结构基本原理PPT文件格式下载.ppt

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7：

建筑钢结构设计建筑钢结构设计，王肇民主编，同济大学出版社，王肇民主编，同济大学出版社，2001。

8：

钢结构设计规范理解与应用钢结构设计规范理解与应用，崔佳等编著，中国建筑工业出版，崔佳等编著，中国建筑工业出版社，社，2003。

9：

钢结构设计规范钢结构设计规范GB500172003。

10：

冷弯薄壁型钢结构技术规程冷弯薄壁型钢结构技术规程GB500182002。

钢结构设计原理2主要内容1：

绪论绪论2：

钢结构的材料：

钢结构的材料3：

钢结构的连接：

钢结构的连接4：

轴心受力构件：

轴心受力构件5：

受弯构件：

受弯构件6：

拉弯和压弯构件：

拉弯和压弯构件钢结构设计原理3第一章第一章绪绪论论1.1钢结构的特点钢结构的特点1.2钢结构的设计方法钢结构的设计方法1.3钢结构的应用和发展钢结构的应用和发展钢结构设计原理4第一章绪论1.1钢结构的特点1.1钢结构的特点钢结构的特点1.轻质高强轻质高强2.塑性塑性、韧性好韧性好3.材质均匀材质均匀、性能稳定、性能稳定4.制作简便，施工工期短制作简便，施工工期短5.密闭性好密闭性好6.耐腐蚀性差耐腐蚀性差7.耐热耐热不耐火不耐火5第一章绪论1.2钢结构的设计方法1.2钢结构的设计方法钢结构的设计方法u设计方法：

设计方法：

以概率理论为基础的以概率理论为基础的极限状态设计方法极限状态设计方法u计算疲劳计算疲劳仍采用仍采用容许应力幅法容许应力幅法u计算计算强度、稳定、连接强度、稳定、连接用用荷载荷载设计值设计值u计算计算疲劳、变形疲劳、变形用用荷载荷载标准值标准值u对于对于直接直接承受承受动力荷载动力荷载的结构：

的结构：

在计算在计算强度和稳定强度和稳定时，动力荷载设计值时，动力荷载设计值应应乘乘动力系数动力系数在计算在计算疲劳和变形疲劳和变形时，动力荷载标准值时，动力荷载标准值不应不应乘乘动力系数动力系数6第一章绪论1.3钢结构的应用与发展1.3钢结构的应用与发展钢结构的应用与发展1.钢结构的钢结构的应用应用

（1）重：

重：

重工业厂房重工业厂房

（2）大：

大：

大跨度结构大跨度结构（3）高：

高：

高层建筑、高耸结构高层建筑、高耸结构（4）动：

动：

受动荷载作用的厂房受动荷载作用的厂房（5）轻：

轻：

荷载较小的轻钢结构荷载较小的轻钢结构（6）小：

小：

小型、可拆装的结构小型、可拆装的结构7第一章绪论1.3钢结构的应用与发展2.钢结构的钢结构的发展发展

（1）高性能钢材高性能钢材的研究与应用的研究与应用

（2）设计方法设计方法的改进的改进（3）稳定理论稳定理论的进一步发展的进一步发展（4）预应力钢结构预应力钢结构的研究与应用的研究与应用（5）空间钢结构空间钢结构与与高层钢结构高层钢结构的研究与应用的研究与应用（6）组合结构组合结构的研究与应用的研究与应用8轻质轻质材料的质量密度与强度的比值材料的质量密度与强度的比值小小Q235钢钢C30混凝土混凝土附附1：

轻质高强：

轻质高强Q235钢钢密度密度：

7850kg/m3强度强度：

235N/mm2C30混凝土混凝土密度密度：

2450kg/m3强度强度：

20N/mm29钢结构设计原理第二章.钢结构的材料2.1钢结构对钢结构对材料材料的要求的要求2.2钢材的钢材的破坏形式破坏形式2.3钢材的钢材的主要性能主要性能2.4各种各种因素因素对钢材主要性能的影响对钢材主要性能的影响2.5复杂应力复杂应力作用下钢材的作用下钢材的屈服条件屈服条件2.6钢材的钢材的疲劳疲劳2.7钢的钢的种类种类和钢材和钢材规格规格10第二章钢结构的材料2.1钢结构对材料的要求u较高的强度较高的强度2.1钢结构对材料的要求钢结构对材料的要求u足够的变形能力。

即塑性、韧性好。

足够的变形能力。

u良好的加工性能（包括冷加工、热加工和可焊性）良好的加工性能（包括冷加工、热加工和可焊性）钢结构设计规范钢结构设计规范GB50017-2003规定：

规定：

承重结构承重结构的钢材应具有的钢材应具有抗拉强度抗拉强度、伸长率伸长率、屈服强度屈服强度和和硫、磷硫、磷含量含量的合格保证，对的合格保证，对焊接结构焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。

尚应具有碳含量的合格保证。

焊焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有还应具有冷冷弯试验弯试验的合格保证。

需要验算的合格保证。

需要验算疲劳疲劳的的焊接结构焊接结构的钢材，应具有的钢材，应具有常温或负温常温或负温冲击韧性冲击韧性的合格保证。

对需要验算的合格保证。

对需要验算疲劳疲劳的的非焊接结非焊接结构构的钢材应具有的钢材应具有常温常温冲击韧性冲击韧性的合格保证。

的合格保证。

11第二章钢结构的材料2.2钢材的破坏形式u塑性破坏塑性破坏：

破坏前：

破坏前有有明显的变形明显的变形，破坏历时时，破坏历时时间长，可以采取补救措施。

间长，可以采取补救措施。

2.2钢材的破坏形式钢材的破坏形式u脆性破坏脆性破坏：

破坏前没有没有明显的变形明显的变形，破坏发生，破坏发生突然，没有机会补救。

突然，没有机会补救。

l脆性破坏的原因脆性破坏的原因：

钢材内部缺陷，焊接缺陷、构造：

钢材内部缺陷，焊接缺陷、构造不合理、使用不当等。

不合理、使用不当等。

应尽量发挥材料的塑性应尽量发挥材料的塑性避免一切脆性破坏的可能性避免一切脆性破坏的可能性12第二章钢结构的材料2.3钢材的主要性能一、强度一、强度2.3钢材的主要性能钢材的主要性能强度指标是由钢材的强度指标是由钢材的单向均匀受拉单向均匀受拉试验测得的试验测得的强度指标：

强度指标：

比例极限比例极限；

屈服强度屈服强度；

极限强度极限强度试验条件试验条件：

标准试件标准试件在常温（在常温（20）下缓慢加载，）下缓慢加载，一次完成一次完成13第二章钢结构的材料2.3钢材的主要性能钢材在单向均匀受拉时工作性能表现为四个阶段钢材在单向均匀受拉时工作性能表现为四个阶段1.弹性阶段弹性阶段:

应力最高点对应应力最高点对应比例极限比例极限2.弹性模量弹性模量3.应力应力2.弹塑性阶段弹塑性阶段:

应力介于应力介于和和之间之间弹塑性模量弹塑性模量是变数是变数3.塑性阶段塑性阶段:

应力达到屈服强度应力达到屈服强度4.强化颈缩阶段强化颈缩阶段:

应力最高点对应抗拉极限应力最高点对应抗拉极限14第二章钢结构的材料2.3钢材的主要性能钢材的工作性能可以看作理想弹性塑性体钢材的工作性能可以看作理想弹性塑性体1.计算简便计算简便2.与与相差不大相差不大3.虽然虽然，但，但对应对应的应变非常大（不满足正的应变非常大（不满足正常使用极限状态）常使用极限状态）4.以以作为设计强度的依据，具有较大的强度储备，作为设计强度的依据，具有较大的强度储备，若出现偶然因素，使人们有机会补救若出现偶然因素，使人们有机会补救l屈强比屈强比：

Q235钢为钢为0.57，Q345钢为钢为0.6715第二章钢结构的材料2.3钢材的主要性能简化计算简化计算,采用理想弹塑性模型采用理想弹塑性模型作为钢结构设计的最大应力作为钢结构设计的最大应力作为钢材实际破坏强度作为钢材实际破坏强度16第二章钢结构的材料2.3钢材的主要性能二、塑性性能二、塑性性能塑性塑性：

在：

在静力荷载静力荷载作用下，钢材吸收作用下，钢材吸收变形能变形能的能力的能力衡量塑性性能的指标：

衡量塑性性能的指标：

伸长率伸长率17第二章钢结构的材料2.3钢材的主要性能三、冲击韧性三、冲击韧性冲击韧性冲击韧性：

在动力荷载动力荷载作用下，材料吸收作用下，材料吸收能量能量的能力的能力衡量冲击韧性的指标：

衡量冲击韧性的指标：

冲击功冲击功韧性是钢材强度和塑性的综合指标韧性是钢材强度和塑性的综合指标梅氏梅氏U型缺口型缺口试件试件:

冲击试验冲击试验的标准试件型式：

的标准试件型式：

夏比夏比V型缺口型缺口试件试件:

我国采用夏比我国采用夏比V型缺口试件型缺口试件冲击韧性受温度的影响冲击韧性受温度的影响冲击韧性冲击韧性由冲击韧性试验获得由冲击韧性试验获得18第二章钢结构的材料2.3钢材的主要性能四、冷弯性能四、冷弯性能冷弯性能冷弯性能是检验钢材适应是检验钢材适应冷加工冷加工（常温下加工）（常温下加工）的能力和显示的能力和显示钢材内部缺陷钢材内部缺陷状况的一项指标状况的一项指标冷弯性能冷弯性能是考察钢材在是考察钢材在复杂应力状态复杂应力状态下发展下发展塑性塑性变形变形能力的指标能力的指标冷弯性能冷弯性能由由冷弯试验冷弯试验确定确定19第二章钢结构的材料2.3钢材的主要性能钢材物理性能指标钢材物理性能指标l弹性模量弹性模量l泊松比泊松比l剪变模量剪变模量l线膨胀系数线膨胀系数l质量密度质量密度20附附22：

拉伸试件：

拉伸试件21附附33：

冲冲击击韧韧性性试试验验22附附44：

冷冷弯弯试试验验23第二章钢结构的材料2.4各种因素对钢材主要性能的影响一、化学成分一、化学成分2.4各种因素对钢材主要性能的影响各种因素对钢材主要性能的影响普通碳素钢普通碳素钢中中Fe占占99%，其他其他杂质元素占杂质元素占1%普通低合金钢普通低合金钢中有中有5%的合金元素的合金元素碳（碳（C）：

）：

钢材强度的主要来源，但是随其钢材强度的主要来源，但是随其含量增加含量增加，强度增强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。

加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。

一般一般控制在控制在0.120.2%，在，在0.2以下时，可焊性良好以下时，可焊性良好硫（硫（S）：

热脆性热脆性，不得超过，不得超过0.05%磷（磷（P）：

冷脆性冷脆性。

抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。

不得超过不得超过0.045%24第二章钢结构的材料2.4各种因素对钢材主要性能的影响锰（锰（Mn）：

合金元素。

弱脱氧剂弱脱氧剂。

与。

与S形成形成MnS，熔点为熔点为1600，可以消除一部分，可以消除一部分S的有害作用。

的有害作用。

硅（硅（Si）：

强脱氧剂强脱氧剂。

氧（氧（O）：

有害杂质，效果同有害杂质，效果同S。

氮（氮（N）：

有害杂质，效果同有害杂质，效果同P。

25第二章钢结构的材料2.4各种因素对钢材主要性能的影响二、冶金缺陷二、冶金缺陷常见的常见的冶金缺陷冶金缺陷有有偏析偏析、非金属夹杂非金属夹杂、气孔气孔、裂纹裂纹等。

等。

偏析偏析化学成分分布的不均匀程度。

化学成分分布的不均匀程度。

三、加荷速度三、加荷速度1材性试验要求材性试验要求缓慢加载缓慢加载2要考虑要考虑动荷载动荷载对结构的对结构的不利影响不利影响加荷速度高加荷速度高，钢材屈服点提高，呈，钢材屈服点提高，呈脆性脆性。

因此，。

因此，26第二章钢结构的材料2.4各种因素对钢材主要性能的影响四、钢材硬化四、钢材硬化冷作硬化冷作硬化当加载超过材料当加载超过材料比例极限比例极限卸载后，出现卸载后，出现残余变形残余变形，再，再次加载则次加载则屈服点提高，塑性和韧性降低屈服点提高，塑性和韧性降低的现象，也称的现象，也称“应变硬化应变硬化”应变时效应变时效钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。

即钢材产生塑性