【正文】 石油化工 結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)知識 培訓(xùn)教程 ?一、 結(jié)構(gòu)的基本知識 ?二、混凝土結(jié)構(gòu) ?三、鋼結(jié)構(gòu) ?四、砌體結(jié)構(gòu) 一、結(jié)構(gòu)的基本知識（ 1/4） 結(jié)構(gòu)的組成 ：由若干個單元所組成的結(jié)構(gòu)骨架。 基本 (單元 )構(gòu)件 ?板：提供活動面，直接承受并傳遞荷載； ?梁：板的支撐構(gòu)件，承受板傳來的荷載并傳遞； ?柱：承受樓面體系（梁、板）傳來的荷載并傳遞； ?墻：承受樓面體系（梁、板）傳來的荷載并傳遞； ?基礎(chǔ)：將柱及墻等傳來的上部結(jié)構(gòu)荷載傳給地基； ?索：懸掛構(gòu)件或結(jié)構(gòu)體系的主要傳力單元； ?桿：組成空間構(gòu)件，如屋架等。 第一講：緒論（ 3/12） 一、結(jié)構(gòu)的基本知識（ 2/4） 結(jié)構(gòu)的分類 ?按材料分類 混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu) ?混凝土結(jié)構(gòu) :素混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土 纖維筋混凝土和其它形式的加筋混凝土。 ? 砌體結(jié)構(gòu)：包括磚石砌體結(jié)構(gòu)、砌塊砌體結(jié)構(gòu) ? 混合結(jié)構(gòu)：磚混結(jié)構(gòu)、鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu) 第一講：緒論（ 4/12） 一、結(jié)構(gòu)的基本知識（ 3/4） 按受力體系分類 ? 框架結(jié)構(gòu)：主要 (豎向 )受力體系由梁和柱組成； ? 剪力墻結(jié)構(gòu)：主要 (豎向 )受力體系由墻組成； ? 筒體結(jié)構(gòu)：四周封閉的墻形成筒； ? 塔式結(jié)構(gòu)：下端固定、上端自由的高聳構(gòu)筑物； ? 桅式結(jié)構(gòu)：豎立的細長桅桿和纖繩所組成的構(gòu)筑物； ? 懸索、懸吊結(jié)構(gòu)：由拉索及邊緣構(gòu)件組成的承重結(jié)構(gòu)； ? 殼體結(jié)構(gòu) :由曲面形板與邊緣構(gòu)件組成的空間結(jié)構(gòu)； ? 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)：由多根桿件通過節(jié)點連結(jié)形成的空間結(jié)構(gòu)； 第一講：緒論（ 5/12） 一、結(jié)構(gòu)的基本知識（ 4/4） ? 板柱結(jié)構(gòu)：由樓板和柱組成承重體系的結(jié)構(gòu)； ? 墻板結(jié)構(gòu)：由樓板和墻組成承重體系的結(jié)構(gòu)； ? 折板結(jié)構(gòu)：由多塊條形平板組合而成的空間結(jié)構(gòu)； ? 充氣結(jié)構(gòu)：用薄膜制成的，沖入氣體后而形成的結(jié)構(gòu)； ? 膜結(jié)構(gòu)：用柔性受拉索和薄膜及邊緣構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)； ? 按使用功能分類： 建筑結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)等 ? 按照建筑物外形分類： 單層、多層、高層、大跨和高聳結(jié)構(gòu)等 ? 按照施工方法分類： 現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)和裝配整體式結(jié)構(gòu) 二、 混凝土結(jié)構(gòu)（ 1/4） 結(jié)構(gòu)形成的原理 ? 組 成 : 由鋼筋和混凝土結(jié)合成一體，共同發(fā)揮作用。 ? 混凝土：抗壓強度很高，但抗拉強度很低。 ? 鋼 筋：抗拉和抗壓強度均很高。 ? 共同工作的目的 充分發(fā)揮兩種材料的強度優(yōu)勢，取長補短。 ?素混凝土梁的工作特點 ? 開裂前：按照整截面分析 ， 上部受拉下部受壓 ， 受拉區(qū)的拉力由混凝土承擔(dān) 。 ? 開裂后：梁斷裂 。 二、 混凝土結(jié)構(gòu)（ 2/4） 鋼筋混凝土梁如何共同工作 ? 開裂前：受拉區(qū)的拉力由鋼筋和混凝土共同承擔(dān) 。 ? 開裂后：受拉鋼筋承擔(dān)大了部分拉力 ， 繼續(xù)承擔(dān)荷載 ， 直至屈服強度 ， 受壓混凝土壓碎 ， 梁破壞 。 二、 混凝土結(jié)構(gòu)（ 3/4） 素混凝土梁與鋼筋混凝土梁的對比 ? 極限狀態(tài)：素砼梁：無明顯變形 ， 開裂即破壞 鋼筋砼梁：有明顯變形 ， 鋼筋屈服 ， 砼壓碎 ? 承載能力：素砼梁：取決于混凝土的抗拉 ， 低 鋼筋砼梁：取決于鋼筋抗拉和砼抗壓強度 ，高 ? 抗裂能力：配筋后略有增加 ， 但不顯著 ? 共同工作的基礎(chǔ) ? 兩者之間存在較好的傳遞應(yīng)力的能力，粘結(jié)力； ? 兩種材料的溫度線膨脹系數(shù)相近； ? 混凝土對鋼筋的保護，抗火和耐久性提高。 二、 混凝土結(jié)構(gòu)（ 4/4） 優(yōu)缺點 ? 優(yōu) 點： ? 耐久性好； ?耐火性好； ? 可模性好、整體性好。 ? 可就地取材。 ? 缺 點： ?自重大； ?抗裂差； ?施工環(huán)節(jié)多周期長； ?拆除 、 改造難度大 。 現(xiàn)狀與發(fā)展 三、 鋼結(jié)構(gòu)（ 1/1） 鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)成 是用鋼板 、 角鋼 、 工字鋼 、 槽鋼 、 鋼管和圓鋼等鋼材 通過焊接等有效的連接方式 ， 所形成的結(jié)構(gòu) 。 優(yōu)缺點 ? 優(yōu) 點： ? 強度和強度質(zhì)量比高； ? 材質(zhì)均勻 、 性能好 ， 結(jié)構(gòu)可靠性高 。 ? 施工簡便 、 工期短 。 ? 延性好 、 抗震能力強 。 ? 易于改造和加固 。 ? 缺 點：耐腐蝕性差；耐火性差；鋼材價格相對較高 。 現(xiàn)狀與發(fā)展 四、砌體結(jié)構(gòu) （ 1/1） 砌體結(jié)構(gòu)的組成 砌體結(jié)構(gòu)是用磚 、 石或砌塊 ， 用砂漿等膠結(jié)材料砌筑的結(jié)構(gòu) 。 優(yōu)缺點 ? 優(yōu) 點： ?耐久性好； ?耐火性好； ?就地取材； ?施工技術(shù)要求低； ?造價低廉 。 ? 缺 點： ?強度低 ， 砂漿與磚石之間的粘接力較弱； ?自重大； ?砌筑工作量大 ， 勞動強度高 。 ?粘土用量大 ， 不利于持續(xù)發(fā)展 。 現(xiàn)狀與發(fā)展 三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（ 1/2） 結(jié)構(gòu)的功能 （ 1）安全性：要求結(jié)構(gòu)承擔(dān)正常施工和正常使用條件下，可能出現(xiàn)的各種作用，而不產(chǎn)生破壞。并且在偶然事件發(fā)生時以及發(fā)生后，能保持必需的整體穩(wěn)定性，不至于因局部損壞而產(chǎn)生連續(xù)破壞。 （ 2） 適用性：要求結(jié)構(gòu)在正常使用時滿足正常的要求 ， 具 有良好的工作性能 。 （ 3）耐久性 要求結(jié)構(gòu)在正常使用和維護下，在規(guī)定的使 用期內(nèi)，能夠滿足安全和使用功能要求。如 材料的老化、腐蝕等不能超過規(guī)定的限制等。 三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（ 2/2） 極限狀態(tài) (1)定義：極限狀態(tài)是判別結(jié)構(gòu)是否能夠滿足其功能要求的 標準 ， 指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)一部分處于失效邊緣的狀態(tài) 。 (2)分類： ?承載能力極限狀態(tài) 是判別結(jié)構(gòu)是否滿足安全性要求的標準 ， 指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu) 構(gòu)件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)加載的變形 。 ?正常使用極限狀態(tài)： 是判別結(jié)構(gòu)是否滿足正常使用和耐久性要求的標準 ， 指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性的某些規(guī)定限值。 第三講： 材料的性能 (1/34) 內(nèi)容提要 ? 一、鋼材的物理力學(xué)性能 ? 二、混凝土的物理力學(xué)性能 ? 三、砌體的材料及力學(xué)性能 第 11講： 材料的性能 (2/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（ 1/13） 簡單應(yīng)力下鋼材的性能 (1)鋼材的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系 ?曲線形式： ?有明顯流幅的： 彈性 、 屈服 、 強化和頸縮階段 ?沒有明顯流幅的： 沒有明顯的屈服階段 ?曲線簡化 ： 屈服前：完全彈性的； 屈服后：完全塑性的。 第 11講： 材料的性能 (3/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（ 2/13） (2)鋼材的強度指標 ?屈服強度 ：設(shè)計時鋼材允許達到的最大應(yīng)力 ?有明顯流幅的鋼材：取屈服點的應(yīng)力； ?無有明顯流幅的鋼材：取條件屈服強度 。 ?條件屈服強度：殘余應(yīng)變?yōu)?%對應(yīng)的應(yīng)力 。 ?極限強度 ：材料能承受的最大應(yīng)力反映安全儲備 ?屈強比 ：屈服強度 /極限強度 (3)鋼材的塑性指標 ?伸長率 ：拉斷后構(gòu)件伸長率 ?截面收縮率 ：拉斷后面積縮小率 ?冷彎性能 ：以冷彎的角度來衡量 第 12講： 材料的性能 (8/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（ 7/13） 3 影響鋼材性能的一般因素 (1)化學(xué)成分 ?碳 ：提高強度；但塑性 ， 可焊性 、 耐銹蝕性等劣化 。 ?錳 ：提高強度 ， 改善脆性；但對可焊性和耐銹力不利 。 ?硅 ：提高強度 ， 但含量過高 ， 對塑性可焊性耐銹力不利 。 ?硫 ：高溫時變脆 ， 降低塑性韌性抗疲勞能力和耐銹能力 。 ?磷 ：提高強度和耐銹力 ， 低溫變脆 ， 降低塑性可焊性等 。 (2)鋼材缺陷 ?偏析 :鋼中化學(xué)成分的不一致性和不均勻性 ?裂紋 ：先天的裂紋 ， 或是微觀的或是宏觀的 ?分層 ：在厚度方向分成多層 ， 各層相互連接 ， 并不脫離 ?夾雜物 ：尤其是硫化物和氧化物等 第 13講： 材料的性能 (9/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（ 8/13） (3)鋼材的硬化 ?時效硬化 ： ?現(xiàn)象：時間增加 ， 強度提高 ， 塑性下降 。 ?特點：過程很長 ， 反復(fù)荷載和高溫下易產(chǎn)生 。 ?冷作硬化 ： 常溫下產(chǎn)生 塑性變形后屈服點提高 ， 塑性降低 。 ?應(yīng)變時效 ：產(chǎn)生塑性變形后 ， 特別是在高溫下 ， 使已經(jīng)產(chǎn) 生冷作硬化的鋼材又發(fā)生時效硬化 。 第 13講： 材料的性能 (10/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（ 9/13） (4)溫度 ?在正常溫度 下：基本不隨溫度變化 ?在高溫度下 ：溫度升高，強度、彈性模量均有下降趨勢 ?藍脆現(xiàn)象： 250℃ 左右 ， 抗拉強度反而提高 ， 塑性和韌性下降 。 ?在低溫時 ：溫度降低 ， 強度略提高 ， 塑性等下降 ， 有脆性傾向 。 ?冷脆現(xiàn)象：當(dāng)溫度降低至某一溫度以下時， 材料變脆。 第 13講： 材料的性能 (11/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（ 10/13） (5)應(yīng)力集中 ?現(xiàn)象 ：當(dāng)構(gòu)件內(nèi)部缺陷或截面形狀等改變時 ， 應(yīng)力分布 不均勻 ， 出現(xiàn)局部高峰應(yīng)力 ， 促使鋼材變脆 。 ? 影響因素 ：截面變化愈劇烈 ， 應(yīng)力集中現(xiàn)象愈明顯 。 第 13講： 材料的性能 (12/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（ 11/13） 結(jié)構(gòu)對鋼材的要求及鋼材的分類 (1)結(jié)構(gòu)對鋼材的要求 ?具有較高的屈服強度和極限強度； ?具有良好的塑性和韌性 ?具有良好的工藝加工性