【正文】 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 2. 設(shè)計(jì)方法和計(jì)算理論的改進(jìn) 《 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 》 和現(xiàn)行 《 鋼規(guī) 》 都要求采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，這是通過(guò)大量理論研究和試驗(yàn)分析取得的成果，但是還有很多問(wèn)題需要進(jìn)一步研究和完善，有大量的工作需要繼續(xù)完成。 167。 網(wǎng)架一類(lèi)的桿件多而超靜定結(jié)構(gòu)次數(shù)又多的空間結(jié)構(gòu) 大跨度懸索結(jié)構(gòu)和斜拉結(jié)構(gòu) 預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu) 鋼和混凝土組合結(jié)構(gòu) （ 2） 結(jié)構(gòu)形式革新的另一種形式是把梁、拱、懸索等不同受力類(lèi)型的結(jié)構(gòu)融于同一結(jié)構(gòu)。 5 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 （ 3） 隨著高強(qiáng)度螺栓和焊接技術(shù)的發(fā)展，鉚接結(jié)構(gòu)已被栓焊或全焊結(jié)構(gòu)代替。 （ 4） 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的研究 近年來(lái)，我國(guó)已建成一批高層建筑，如： 上海錦江飯店分館 （ 153m） 深圳發(fā)展中心大廈 （ 165m） 北京京廣中心大廈 （ 208m） 我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)發(fā)展很快，結(jié)構(gòu)革新在科研、設(shè)計(jì)、材料、制造加工、安裝建設(shè)等方面還有許多工作要做。 5 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 ? CH1 緒論 ? CH2 鋼結(jié)構(gòu)的材料和計(jì)算方法 ? CH3 鋼結(jié)構(gòu)的連接 ? CH4 鋼梁 ? CH5 鋼柱與鋼壓桿 ? CH6 鋼桁架 ? CH7 平面鋼閘門(mén) 水 工 鋼 結(jié) 構(gòu) 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 Ch2 鋼結(jié)構(gòu)的材料和計(jì)算方法 ?167。 2 影響鋼材機(jī)械性能的主要因素 ?167。 4 建筑鋼的種類(lèi)、牌號(hào)及選用 ?167。 6 鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 167。 ?塑性破壞 —— 在應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度 fu后產(chǎn)生很大的塑性變形而發(fā)生的斷裂。 1 鋼材的主要性能 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 二、鋼材的主要性能 ? 強(qiáng)度 － fy 強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)計(jì)依據(jù)； fu鋼材的最大承載強(qiáng)度，安全儲(chǔ)備。 ? 冷彎性能 － 90o、 180o，在冷加工過(guò)程中產(chǎn)生塑性變形時(shí)，對(duì)產(chǎn)生裂紋的敏感性，是判別鋼材塑性及冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。 167。 ? 抗腐蝕性 －鋼材腐蝕速度是研究鋼材腐蝕和抗腐蝕的重要指標(biāo)，一般可按鋼材每年腐蝕厚度的毫米數(shù)或單位時(shí)間內(nèi)單位面積腐蝕減損的重量來(lái)表示。 1 鋼材的主要性能 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 167。 ? C：含 C↑ 使強(qiáng)度 ↑ 塑性、韌性、可焊性 ↓ ，應(yīng)控制在 ≤%。 ? S：含量 ↑ 使強(qiáng)度 ↑ 塑性、韌性、冷彎性能、可焊性 ↓ ； 高溫時(shí)使鋼材變脆－ 熱脆現(xiàn)象 。 2 影響鋼材性能的主要因素 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 冶煉與軋制的影響 ? 冶 煉 的影響主要為脫氧方法：沸騰鋼用 Mn為脫氧劑，時(shí)間快，價(jià)格低，質(zhì)量差；鎮(zhèn)靜鋼用 Si為脫氧劑，時(shí)間慢，價(jià)格高，質(zhì)量好。 167。 ? 冷加工時(shí)（常溫進(jìn)行彎折、沖孔剪切等），鋼材發(fā)生塑性變形從而使鋼材變硬的現(xiàn)象稱(chēng)之為 冷作硬化 。 167。 ? 鋼構(gòu)件由于截面的改變以及孔洞、凹槽、裂紋等原因而使構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力集中實(shí)際為：局部應(yīng)力增大并多為同號(hào)應(yīng)力場(chǎng)。 2 影響鋼材性能的主要因素 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 殘余應(yīng)力的影響 ? 鋼材在軋制、焊接、切割等過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生在構(gòu)件內(nèi)部自相平衡的內(nèi)力 ,殘余應(yīng)力雖對(duì)構(gòu)件的強(qiáng)度無(wú)影響，但對(duì)構(gòu)件的變形（剛度）、疲勞以及穩(wěn)定承載力產(chǎn)生不利影響 。 2 影響鋼材性能的主要因素 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 溫度的影響 溫度的影響，一般可分正溫與負(fù)溫影響兩部分。 ? 需要說(shuō)明：鋼材在 300o左右時(shí)，強(qiáng)度提高，塑性、韌性下降，鋼材表面呈藍(lán)色，這一反覆現(xiàn)象稱(chēng)之為 藍(lán)脆現(xiàn)象 。 167。 ? 負(fù)溫影響 ? 隨著溫度的降低鋼材的強(qiáng)度提高，塑性、韌性降低，脆性增大，稱(chēng)之為 低溫冷脆 ，當(dāng)溫度降至某一特定溫度時(shí)鋼材的脆性急劇增大，稱(chēng)此溫度點(diǎn)為 轉(zhuǎn)脆溫度 。 2 影響鋼材性能的主要因素 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 ?鋼材在 交變應(yīng)力 作用下 ， 在遠(yuǎn)低于抗拉強(qiáng)度時(shí)突然發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，稱(chēng)為 疲勞破壞 。破壞時(shí)塑性變形極小。 3 鋼材的疲勞 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 疲勞破壞的機(jī)理 鋼結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂是裂紋在 連續(xù)重復(fù)荷載作用下 不斷擴(kuò)展以至斷裂的脆性破壞。 與疲勞破壞有關(guān)的幾個(gè)概念 應(yīng)力集中 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中存在的孔洞、槽口、凹角、裂縫、厚度變化、形狀變化、內(nèi)部缺陷等使一些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力的現(xiàn)象。 3 鋼材的疲勞 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 ?應(yīng)力循環(huán) 連續(xù)重復(fù)荷載之下應(yīng)力從最大到最小重復(fù)一周叫做一個(gè)循環(huán)。 ?應(yīng)力幅 應(yīng)力幅表示應(yīng)力變化的幅度，用△ ? =?max ?min表示，應(yīng)力幅總是正值。 167。 3 鋼材的疲勞 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 取此 ?? 作為容許應(yīng)力幅 , 并將 m 調(diào)成整數(shù) , 記為 ? ? ???1????????nC （ 1 1 4 ） 式中 n —— 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)； C 、 ? —— 系數(shù)，根據(jù) 構(gòu)件和連接類(lèi)別 按 表 1 3 采用 。 如為全壓應(yīng)力循環(huán)，不出現(xiàn)拉應(yīng)力，則對(duì)這一部位不必進(jìn)行疲勞計(jì)算。 3 鋼材的疲勞 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 167。 ? Q：表示“屈”字拼音首位字母，意為“屈服強(qiáng)度”； ? 質(zhì)量等級(jí)：分 A~E五級(jí)（字序越高質(zhì)量越好）； ? 脫氧方法： F－沸騰鋼； Z－鎮(zhèn)靜鋼（一般省略）； b－半鎮(zhèn)靜鋼； TZ－特殊鎮(zhèn)靜鋼。 結(jié)構(gòu)用鋼宜選碳素結(jié)構(gòu)鋼中的 Q235及低合金鋼中的 Q34Q390、 Q420四種鋼材。 4 建筑鋼的種類(lèi)、牌號(hào)及選用 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 二、結(jié)構(gòu)用鋼的選擇 1. 鋼材的質(zhì)量和性能，由鋼材力學(xué)性能中的抗拉強(qiáng)度 fu、屈服強(qiáng)度 fy、伸長(zhǎng)率 δ5（ δ10）、冷彎 180o及沖擊韌性 αk，化學(xué)成分 C、 S、 P等的極限含量，以及冶煉脫氧方法來(lái)衡量。 2. 一般承重結(jié)構(gòu)應(yīng)有 fu、 fy、 δ5以及 C（ ≤%）、 S、 P的極限含量合格保證；焊接及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)還應(yīng)具備冷彎 180o合格保證（ C≤%）；承受動(dòng)力荷載需要驗(yàn)算結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度時(shí) ,還應(yīng)根據(jù)具體情況增加對(duì) αk的不同要求。 4 建筑鋼的種類(lèi)、牌號(hào)及選用 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 ? 鋼板：厚鋼板、薄鋼板、扁鋼。 ? 冷彎薄壁型鋼：采用薄鋼板冷軋制成。 5 軋成鋼材的規(guī)格及用途 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 167。 （ 2） 適用性 結(jié)構(gòu)在正常使用條件下，滿(mǎn)足預(yù)定使用要求的能力。 結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性總稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的 可靠性 。 6 鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法 ? 《 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 》 ：結(jié)構(gòu)可靠度 —— 結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 《 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 167。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述 167。各構(gòu)件的可靠程度各不相同，而整個(gè)結(jié)構(gòu)取決于可靠度最小的構(gòu)件 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 ?半概率法 （ 1957年～ 1988年） ? 三個(gè)系數(shù)的極限狀態(tài)計(jì)算方法（ 1957年～ 1974年） ? 以結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)為依據(jù)，多系數(shù)分析后用單一設(shè)計(jì)安全系數(shù)的容許應(yīng)力計(jì)算方法（ 1974年～ 1988年） k f f ff ? ? ???k Q Q ? ? ???材料強(qiáng)度概率： 荷載概率： kf kQ—— 材料強(qiáng)度和荷載的標(biāo)準(zhǔn)值 k? Q?—— 材料強(qiáng)度和荷載的平均值 k? Q?—— 材料強(qiáng)度和荷載的標(biāo)準(zhǔn)差 k? Q?—— 材料強(qiáng)度和荷載的保證系數(shù) 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性的處理有所改進(jìn) 缺點(diǎn)：對(duì)荷載、材料性能等的處理都取一個(gè)經(jīng)驗(yàn)定值，因?yàn)檫@對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度的 研究?jī)H處于以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的定性分析階段 式中： —— 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)荷載求得的內(nèi)力； —— 屈服強(qiáng)度； —— 構(gòu)件幾何特性； 、 、 —— 分別為荷載系數(shù)、材料系數(shù)和調(diào) 整系數(shù) —— 安全系數(shù)； —— 鋼材的容許應(yīng)力 ?半概率法 （ 1957年～ 1988年） 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 水工鋼結(jié)構(gòu) ：鋼閘門(mén)、壓力鋼管、攔污柵、升船機(jī)等。 水工鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ?半概率法 （ 1957年～ 1988年） 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 ? 概率論為基礎(chǔ) ? 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 ? 結(jié)構(gòu)可靠度研究由以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的定性分析階段推進(jìn)到以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的定量分析階段 ? 近似的概率設(shè)計(jì)法 （分析中忽略和簡(jiǎn)化了基本變量隨時(shí)間變化的關(guān)系，所以確定基本變量分布時(shí)有相當(dāng)程度的近似性，且進(jìn)行了線(xiàn)性化簡(jiǎn)化計(jì)算 ） ?概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì) (一次二階矩 )法 （ 1988年～ ） 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 ?極限狀態(tài) ： 實(shí)質(zhì)上是結(jié)構(gòu)可靠與不可靠的界限，故也可稱(chēng)為“界限狀態(tài)”；對(duì)于結(jié)構(gòu)的各種極限狀態(tài)，均應(yīng)規(guī)定明確的標(biāo)志或限值 ? 兩類(lèi)極限狀態(tài) ： （ 1） 承載能力極限狀態(tài) 包括：構(gòu)件和連接的強(qiáng)度破壞、疲勞破壞和因過(guò)度變形而不適于繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件喪失穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系和結(jié)構(gòu)傾覆 （ 2） 正常使用極限狀態(tài) 包括：影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用或耐久性能的局部損壞（包括組合結(jié)構(gòu)中混凝土裂縫） ?概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 （ 1988年～ ） 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 ?功能函數(shù) 式中 Z=g(﹒ ) —— 結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)； xi(i=1,2,……n) —— 影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件可靠度的基本變量 僅有作用效應(yīng) S和結(jié)構(gòu)抗力 R兩個(gè)基本變量時(shí)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)可表為： 荷載效應(yīng) S：取決于各種荷載（恒載、活載、風(fēng)、地震作用、溫度變化等） 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力或抗力 R：取決于材料、構(gòu)件的幾何特性等 ?概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 （ 1988年～ ） 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 由于 R和 S都是隨機(jī)變量，其函數(shù) Z也是一個(gè)隨機(jī)變量。 ? 若 Z為正態(tài)分布： ?由： 有： 由于 β的計(jì)算只采用分布的特征值，即一階原點(diǎn)矩（均值） μZ和二階中心矩（方差） σZ2，對(duì)非線(xiàn)性函數(shù)只取線(xiàn)性項(xiàng)，而不考慮Z的全分布，故稱(chēng)此法為一次二階矩法。 KG G K Q Q KRR SS??????簡(jiǎn)單荷載分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)式： RK —— 抗力標(biāo)準(zhǔn)值 SGK—— 按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的永久荷載（ G）效應(yīng)值 SQK—— 按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的可變荷載（ Q）效應(yīng)值 γ —— 分項(xiàng)系數(shù) 式中： 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 ? 一般情況下荷載分項(xiàng)系數(shù)： γ G＝ ； γ Q＝ ? 永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)： γ G＝ ? 可變荷載大于 4kN/m2時(shí)： γ Q＝ ? 抗力分項(xiàng)系數(shù)： Q235鋼： γ R＝ ； Q34 Q390； Q420鋼： γ R＝ 其中：鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f—— 鋼材強(qiáng)度除以對(duì)應(yīng)的抗力分項(xiàng)系數(shù)，即 分項(xiàng)系數(shù) γ 以可靠指標(biāo) β為基礎(chǔ)用概率統(tǒng)計(jì)方法求出。 1 連接的類(lèi)型 ?167。 3 對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造和計(jì)算 ?167。 5 焊接應(yīng)力和焊接變形 ?167。 1 連接的類(lèi)型 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 鉚釘連接 ? 鉚釘連接（ riveted connections）的制造有熱鉚和冷鉚二種方法。 冷鉚 是在常溫下鉚合而成。 鉚釘打好后，釘桿由高溫逐漸冷卻而發(fā)生收縮，但被釘頭之間的鋼板阻止住，所以釘桿中產(chǎn)生了 收縮拉應(yīng)力 ，對(duì)鋼板則產(chǎn)生 壓縮系緊力 。當(dāng)構(gòu)件受剪力作用時(shí)，鋼板接觸面上產(chǎn)生很大的摩擦力，因而能大大提高連接的工作性能 。 1 連接的類(lèi)型 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 167。 2 焊接方法和焊縫強(qiáng)度 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 167。 2 焊接方法和焊縫強(qiáng)度 電弧焊 華北電力大學(xué) 《 鋼結(jié)構(gòu) 》 手工電弧焊示意圖 167。 2 焊接方法和焊縫強(qiáng)度 手工電弧焊 華北電力大