【正文】 鋼結構 Page 2 參考資料 1： 《 鋼結構 》 ，陳紹蕃主編，中國建筑工業(yè)出版社， 2022。 2： 《 鋼結構 》 ，劉聲揚主編，武漢工業(yè)大學出版社， 1992。 3： 《 鋼結構設計原理 》 ，王肇民主編，同濟大學出版社， 1991。 4： 《 鋼結構 》 ，周綏平主編，武漢工業(yè)大學出版社， 1997。 5： 《 鋼結構疑難釋義 》 ，劉聲揚主編，武漢工業(yè)大學出版社， 1993。 6： 《 鋼結構構件的穩(wěn)定 》 ，孫紹文主編，冶金工業(yè)出版社， 1993。 7： 《 建筑鋼結構設計 》 ，王肇民主編，同濟大學出版社， 2022。 8： 《 鋼結構設計規(guī)范理解與應用 》 ，崔佳等編著，中國建筑工業(yè)出版 社， 2022。 9： 《 鋼結構設計規(guī)范 》 GB50017— 2022。 10： 《 冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)程 》 GB50018— 2022。 ———————— 鋼結構設計原理 Page 3 主要內容 1： 緒論 2：鋼結構的材料 3：鋼結構的連接 4：軸心受力構件 5：受彎構件 6：拉彎和壓彎構件 ———————— 鋼結構設計原理 Page 4 第一章 緒 論 鋼結構的特點 鋼結構的設計方法 鋼結構的應用和發(fā)展 —————————— 鋼結構設計原理 Page 5 第一章 緒論 鋼結構的特點 鋼結構的特點 1. 輕質高強 ★ 2. 塑性 、 韌性好 ★ 3. 材質均勻 、性能穩(wěn)定 4. 制作簡便，施工工期短 ★ 5. 密閉性好 6. 耐腐蝕性差 7. 耐熱 不耐火 ★ Page 6 第一章 緒論 鋼結構的設計方法 鋼結構的設計方法 ? 設計方法： 以概率理論為基礎的 極限狀態(tài)設計方法 ? 計算疲勞 仍采用 容許應力幅法 ? 計算 強度、穩(wěn)定、連接 用 荷載 設計值 ? 計算 疲勞、變形 用 荷載 標準值 ? 對于 直接 承受 動力荷載 的結構： 在計算 強度和穩(wěn)定 時，動力荷載設計值 應 乘 動力系數 在計算 疲勞和變形 時，動力荷載標準值 不應 乘 動力系數 Page 7 第一章 緒論 鋼結構的應用與發(fā)展 鋼結構的應用與發(fā)展 1. 鋼結構的 應用 （ 1） 重： 重工業(yè)廠房 ★ （ 2） 大： 大跨度結構 ★ （ 3） 高： 高層建筑、高聳結構 ★ （ 4） 動： 受動荷載作用的廠房 （ 5） 輕： 荷載較小的輕鋼結構 ★ （ 6） 小： 小型、可拆裝的結構 Page 8 第一章 緒論 鋼結構的應用與發(fā)展 2. 鋼結構的 發(fā)展 （ 1） 高性能鋼材 的研究與應用 （ 2） 設計方法 的改進 （ 3） 穩(wěn)定理論 的進一步發(fā)展 （ 4） 預應力鋼結構 的研究與應用 （ 5） 空間鋼結構 與 高層鋼結構 的研究與應用 （ 6） 組合結構 的研究與應用 Page 9 輕質 —— 材料的質量密度與強度的比值 小 Q235鋼 C30混凝土 附 1：輕質高強 Q235鋼 密度 ： 7850kg/m3 強度 ： 235N/mm2 C30混凝土 密度 ： 2450kg/m3 強度 ： 20N/mm2 Page 10 鋼結構設計原理 第二章 .鋼結構的材料 鋼結構對 材料 的要求 鋼材的 破壞形式 鋼材的 主要性能 各種 因素 對鋼材主要性能的影響 復雜應力 作用下鋼材的 屈服條件 鋼材的 疲勞 鋼的 種類 和鋼材 規(guī)格 Page 11 第二章 鋼結構的材料 鋼結構對材料的要求 ? 較高的強度 鋼結構對材料的要求 ? 足夠的變形能力。即塑性、韌性好。 ? 良好的加工性能（包括冷加工、熱加工和可焊性） 《 鋼結構設計規(guī)范 》 GB500172022規(guī)定： 承重結構 的鋼材應具有 抗拉強度 、 伸長率 、 屈服強度 和 硫、磷含量 的合格保證，對 焊接結構 尚應具有碳含量的合格保證。 焊接承重結構以及重要的非焊接承重結構采用的鋼材 還應具有 冷彎試驗 的合格保證。需要驗算 疲勞 的 焊接結構 的鋼材，應具有常溫或負溫 沖擊韌性 的合格保證。對需要驗算 疲勞 的 非焊接結構 的鋼材應具有 常溫 沖擊韌性 的合格保證。 Page 12 第二章 鋼結構的材料 鋼材的破壞形式 ? 塑性破壞 ：破壞前 有 明顯的變形 ，破壞歷時時 間長，可以采取補救措施。 鋼材的破壞形式 ? 脆性破壞 ：破壞前 沒有 明顯的變形 ，破壞發(fā)生 突然，沒有機會補救。 ?脆性破壞的原因 ：鋼材內部缺陷，焊接缺陷、構造 不合理、使用不當等。 ? 應盡量發(fā)揮材料的塑性 ? 避免一切脆性破壞的可能性 Page 13 第二章 鋼結構的材料 鋼材的主要性能 一、強度 鋼材的主要性能 強度指標是由鋼材的 單向均勻受拉 試驗測得的 強度指標： 比例極限 ； 屈服強度 ； 極限強度 yf uf 試驗條件 ： 標準試件 在常溫（ 20℃ ）下緩慢加載， 一次完成 Page 14 第二章 鋼結構的材料 鋼材的主要性能 ? 鋼材在單向均勻受拉時工作性能表現為四個階段 1. 彈性階段 : 應力最高點對應 比例極限 彈性模量 應力 pf mmNE ???? ?? E2. 彈塑性階段 : 應力介于 和 之間 彈塑性模量 是變數 yfpftE3. 塑性階段 : 應力達到屈服強度 yf%%:,0 ?? ?tEuf4. 強化頸縮階段 : 應力最高點對應抗拉極限 Page 15 第二章 鋼結構的材料 鋼材的主要性能 ? 鋼材的工作性能可以看作理想彈性塑性體 1. 計算簡便 2. 與 相差不大 yf pf3. 雖然 ＞ ，但 對應 的應變非常大（不滿足正 常使用極限狀態(tài)） yfuf uf4. 以 作為設計強度的依據，具有較大的強度儲備， 若出現偶然因素，使人們有機會補救 yf? 屈強比 ： Q235鋼為 ， Q345鋼為 uy ff /Page 16 第二章 鋼結構的材料 鋼材的主要性能 ? 簡化計算 , 采用理想彈塑性模型 ? 作為鋼結構設計的最大應力 yf? 作為鋼材實際破壞強度 ufPage 17 第二章 鋼結構的材料 鋼材的主要性能 二、塑性性能 塑性 ：在 靜力荷載 作用下，鋼材吸收 變形能 的能力 衡量塑性性能的指標： 伸長率 ?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%100???????????dldldlllllPage 18 第二章 鋼結構的材料 鋼材的主要性能 三、沖擊韌性 沖擊韌性 ：在 動力荷載 作用下，材料吸收 能量 的能力 衡量沖擊韌性的指標： 沖擊功 ? 韌性是鋼材強度和塑性的綜合指標 梅氏 U型缺口 試件 : 沖擊試驗 的標準試件型式： 夏比 V型缺口 試件 : 我國采用夏比 V型缺口試件 ? ?2/ cmJk?? ?JCV? 沖擊韌性受溫度的影響 ?沖擊韌性 由沖擊韌性試驗獲得 Page 19 第二章 鋼結構的材料 鋼材的主要性能 四、冷彎性能 ? 冷彎性能 是檢驗鋼材適應 冷加工 （常溫下加工） 的能力和顯示 鋼材內部缺陷 狀況的一項指標 ? 冷彎性能 是考察鋼材在 復雜應力狀態(tài) 下發(fā)展 塑性 變形 能力的指標 ? 冷彎性能 由 冷彎試驗 確定 Page 20 第二章 鋼結構的材料 鋼材的主要性能 ? 鋼材物理性能指標 ?彈性模量 ?泊松比 ?剪變模量 ?線膨脹系數 ?質量密度 23102 0 6 mmNE ????? ?23107912 mmNEG ???? ?C06 /1012 ????37 8 5 0 mkg??Page 21 附 2：拉伸試件 Page 22 附3：沖擊韌性試驗 Page 23 附4：冷彎試驗 Page 24 第二章 鋼結構的材料 各種因素對鋼材主要性能的影響 一、化學成分 各種因素對鋼材主要性能的影響 普通碳素鋼 中 Fe占 99%， 其他 雜質元素占 1% 普通低合金鋼 中有 ＜ 5%的合金元素 碳（ C）：鋼材強度的主要來源，但是隨其 含量增加 ， 強度增 加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蝕性降低。 一般 控制在 ％～ %，在 ％以下時，可焊性良好 硫（ S） ： 熱脆性 ，不得超過 % 磷（ P） ： 冷脆性 ?？垢g能力略有提高，可焊性降低。 不得超過 % Page 25 第二章 鋼結構的材料 各種因素對鋼材主要性能的影響 錳（ Mn）：合金元素。 弱脫氧劑 。與 S形成 MnS，熔點為 1600℃ ，可以消除一部分 S的有害作用。 硅（ Si）：合金元素。 強脫氧劑 。 氧（ O） ：有害雜質，效果同 S。 氮（ N） ：有害雜質，效果同 P。 Page 26 第二章 鋼結構的材料 各種因素對鋼材主要性能的影響 二、冶金缺陷 常見的 冶金缺陷 有 偏析 、 非金屬夾雜 、 氣孔 、 裂紋 等。 偏析 —— 化學成分分布的不均勻程度。 三、加荷速度 1．材性試驗要求 緩慢加載 2．要考慮 動荷載 對結構的 不利影響 加荷速度高 ，鋼材屈服點提高，呈 脆性 。因此， Page 27 第二章 鋼結構的材料 各種因素對鋼材主要性能的影響 四、鋼材硬化 時效硬化20yf f pσ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)4ε％ 0冷作硬化13 yf σε％冷作硬化 — 當加載超過材料 比例極限 卸載后，出現 殘余變形 ，再次加載則 屈服點提高，塑性和韌性降低 的現象，也稱“應變硬化” 應變時效 —— 鋼材產生塑性變形時，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同時可以加速時效硬化 ，因此也稱“人工時效”。 時效硬化 —— 隨時間的增長 ， 碳和氮的化合物 從晶體中析出，使材料硬化的現象。 Page 28 第二章 鋼結構的材料 各種因素對鋼材主要性能的影響 五、溫度的影響 1. 正溫范圍 100℃ 以內 對鋼材性能 無影響 ； 100℃ 以上 隨溫度升高，總的趨勢是 強度、彈性模量降低 ， 塑性增大 250℃ 左右 抗拉強度略有提高，塑性和韌性降低，脆性增 加 —— 藍脆現象 。該溫度區(qū)段稱為“藍脆區(qū)”。 260～ 320℃ 在應力不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù) 變形 —— 徐變現象 。 600℃ 左右 彈性模量趨于零 ，承載能力幾乎完全喪失。 Page 29 低溫對鋼材沖擊韌性的影響1T C t / 176。T c T 2（有兼壞破種兩壞破性脆沖擊功區(qū)度溫變轉 ）壞破性塑第二章 鋼結構的材料 各種因素對鋼材主要性能的影響 2. 負溫范圍 ? 當溫度 低于常溫 時，鋼材的 脆 性傾向