1、電子教案-鋼結構SteelStructure 鋼鋼 結結 構構 Steel Structures 電子教案-鋼結構SteelStructure 第一章第一章 緒緒 論論 本章的主要內容本章的主要內容: : n鋼結構的特點鋼結構的特點 n鋼結構的主要應用范圍鋼結構的主要應用范圍 n本課程的學習方法本課程的學習方法 電子教案-鋼結構SteelStructure 第一節第一節 鋼結構的特點鋼結構的特點 The characteristic of Steel Structure 工程結構按材料可分為工程結構按材料可分為: n木結構木結構 n鋼結構鋼結構 n鋼筋混凝土結構鋼筋混凝土結構 n預應力混凝土結

2、構預應力混凝土結構 n磚石結構磚石結構 鋼結構是鋼材制成的工程結鋼結構是鋼材制成的工程結 構，通常由型鋼和鋼板等制成的梁、構，通常由型鋼和鋼板等制成的梁、 桁架、柱、板等構件組成，各部分桁架、柱、板等構件組成，各部分 之間用焊縫、螺栓或鉚釘連接有之間用焊縫、螺栓或鉚釘連接有 些鋼結構還部分采用鋼絲繩或鋼絲些鋼結構還部分采用鋼絲繩或鋼絲 束。束。 電子教案-鋼結構SteelStructure 鋼結構的特點鋼結構的特點 1、 鋼結構自重較輕鋼結構自重較輕 2、 鋼結構工作的可靠性較高鋼結構工作的可靠性較高 3、 鋼材的抗震性、抗沖擊性好鋼材的抗震性、抗沖擊性好 4、 鋼結構制造的工業化程度較高鋼結

3、構制造的工業化程度較高 5、 鋼結構可以準確快速的裝配鋼結構可以準確快速的裝配 6、 容易做成密封結構容易做成密封結構 7、 鋼結構易腐蝕鋼結構易腐蝕 、耐火性差、耐火性差 電子教案-鋼結構SteelStructure 第二節第二節 鋼結構的主要應用范圍鋼結構的主要應用范圍 The Main Applied Area of Steel Structure n大跨徑結構大跨徑結構 n工業廠房工業廠房 n高聳結構高聳結構 n高層建筑高層建筑 n板殼結構板殼結構 n可拆卸結構可拆卸結構 電子教案-鋼結構SteelStructure 第三節第三節 本課程的學習方法本課程的學習方法 Study Meth

4、od Of The Course n課程的性質及主要內容課程的性質及主要內容 n鋼結構課程的學習方法鋼結構課程的學習方法 電子教案-鋼結構SteelStructure 1. 課程的性質及主要內容課程的性質及主要內容 n 鋼結構課程是全國高等教育土木工程專業的鋼結構課程是全國高等教育土木工程專業的 核心課程之一，從此課程中我們可獲得很多有關核心課程之一，從此課程中我們可獲得很多有關 建筑結構的概念、計算方法和設計技能建筑結構的概念、計算方法和設計技能. n 通過本課程的學習通過本課程的學習,我們可深刻理解鋼材的基我們可深刻理解鋼材的基 本性能，梁、柱等基本構件及其連接的工作性能，本性能，梁、柱等

5、基本構件及其連接的工作性能， 掌握這些方面的基本知識、基本理論和構造原則；掌握這些方面的基本知識、基本理論和構造原則； 能正確使用鋼結構設計規范，進行基本構件的設能正確使用鋼結構設計規范，進行基本構件的設 計計. 電子教案-鋼結構SteelStructure 課程主要內容課程主要內容 n 鋼結構課程的主要內容包括鋼結構課程的主要內容包括:材料、連材料、連 接接(構件之間的連接構件之間的連接)、基本構件設計、基本構件設計(受彎受彎 構件、軸心受力構件構件、軸心受力構件)等部分。等部分。 電子教案-鋼結構SteelStructure 2. 鋼結構課程的學習方法鋼結構課程的學習方法 n 對鋼結構課程

6、的學習首先應將基本理論和對鋼結構課程的學習首先應將基本理論和 基本概念放在重要位置，并要對材料合理選用、基本概念放在重要位置，并要對材料合理選用、 連接計算、基本構件計算和結構設計等內容認連接計算、基本構件計算和結構設計等內容認 真學習，善于歸納、分析和比較，并不斷加深真學習，善于歸納、分析和比較，并不斷加深 理解。理解。 n 同時，還需聯系工程實踐，吸取感性知識。同時，還需聯系工程實踐，吸取感性知識。 n 另外，在設計和做習題時，應條理清晰、步另外，在設計和做習題時，應條理清晰、步 驟分明、計量單位采用得當，以避免計算中的驟分明、計量單位采用得當，以避免計算中的 遺漏和失誤。遺漏和失誤。 電

7、子教案-鋼結構SteelStructure 第二章第二章 鋼結構的材料鋼結構的材料 電子教案-鋼結構SteelStructure 第一節第一節 鋼結構的材料鋼結構的材料 本節主要內容本節主要內容: 對鋼結構用材的基本要求對鋼結構用材的基本要求 鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式 鋼材的主要機械性能鋼材的主要機械性能 電子教案-鋼結構SteelStructure 1.1 對鋼結構用材的基本要求對鋼結構用材的基本要求 n 較高的強度較高的強度 n足夠的變形能力足夠的變形能力 n良好的工藝性能良好的工藝性能 電子教案-鋼結構SteelStructure 1.2 鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式 n塑性破壞塑性

8、破壞: 變形大，時間較長，構件的應力變形大，時間較長，構件的應力 達到了鋼材的抗拉強度，斷口呈纖維狀，色達到了鋼材的抗拉強度，斷口呈纖維狀，色 澤發暗，不致引起嚴重后果。澤發暗，不致引起嚴重后果。 n脆性破壞脆性破壞: 變形很小，計算應力常小于鋼材變形很小，計算應力常小于鋼材 的屈服點，破壞前沒有任何預兆，破壞突然的屈服點，破壞前沒有任何預兆，破壞突然 發生，斷口平直并呈有光澤的晶粒狀，后果發生，斷口平直并呈有光澤的晶粒狀，后果 嚴重嚴重. n 應特別注意防止鋼結構的脆性破壞應特別注意防止鋼結構的脆性破壞。 電子教案-鋼結構SteelStructure 1.3 鋼材的主要機械性能鋼材的主要機械

9、性能 n單向均勻拉伸時鋼材的性能 強度性能強度性能 塑性性能塑性性能 n冷彎性能 n沖擊韌性 電子教案-鋼結構SteelStructure 鋼材的主要機械性能指標鋼材的主要機械性能指標 1、 比例極限比例極限 2、 屈服點屈服點 3、 抗拉強度抗拉強度 4、 伸長率伸長率 5、 冷彎試驗冷彎試驗 6、 沖擊韌性沖擊韌性 電子教案-鋼結構SteelStructure 1.4 鋼材的可焊性鋼材的可焊性 可焊性是指采用一般焊接工藝可焊性是指采用一般焊接工藝 就可完成合格的（無裂紋的）焊縫的就可完成合格的（無裂紋的）焊縫的 性能。性能。 電子教案-鋼結構SteelStructure 第二節第二節 影響

10、鋼材力學性能的主要因素影響鋼材力學性能的主要因素 一、 四 一、 電子教案-鋼結構SteelStructure 1. 化學成分對鋼材主要性能的影響化學成分對鋼材主要性能的影響 化學成分含量化學成分含量 碳素鋼碳素鋼 低合金鋼低合金鋼 n鐵鐵 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、錳、硫、磷、氮、氧、銅、其他元素：碳、硅、錳、硫、磷、氮、氧、銅、 釩、鈦、鈮等釩、鈦、鈮等 電子教案-鋼結構SteelStructure 各成分對鋼材性能的影響各成分對鋼材性能的影響 n碳碳 含量高時，鋼材強度增加，而塑性、韌含量高時，鋼材強度增加，而塑性、韌 性、疲

11、勞強度下降。因此含碳量要加以限制，性、疲勞強度下降。因此含碳量要加以限制， 一般不超過一般不超過 0.22% 。 n硫和磷硫和磷 有害元素，有害元素， 它們降低鋼材的塑性、它們降低鋼材的塑性、 韌性、可焊性、疲勞強度。韌性、可焊性、疲勞強度。 硫使鋼材高溫時熱硫使鋼材高溫時熱 脆，磷使鋼材低溫時冷脆。因此硫和磷的含量脆，磷使鋼材低溫時冷脆。因此硫和磷的含量 要加以限制，一般硫的含量不超過要加以限制，一般硫的含量不超過0.05%， 磷的含量不超過磷的含量不超過0.045% 。 電子教案-鋼結構SteelStructure 2.冶金缺陷對鋼材性能的影響冶金缺陷對鋼材性能的影響 n冶金缺陷有：偏析、

12、非金屬雜質、氣孔、裂紋冶金缺陷有：偏析、非金屬雜質、氣孔、裂紋 及分層等。及分層等。 n偏析偏析 惡化鋼材的性能；惡化鋼材的性能； n非金屬雜質使鋼材起層，降低鋼材的冷彎性能。非金屬雜質使鋼材起層，降低鋼材的冷彎性能。 電子教案-鋼結構SteelStructure 3. 復雜應力和應力集中的影響復雜應力和應力集中的影響 )( 133221 2 3 2 2 2 1 eq 電子教案-鋼結構SteelStructure 第三節第三節 鋼材的疲勞鋼材的疲勞 n疲勞的概念疲勞的概念 鋼結構的疲勞斷裂是裂紋在連續重復荷載作用鋼結構的疲勞斷裂是裂紋在連續重復荷載作用 下不斷擴展以至斷裂的脆性破壞，塑性變形極

13、小，破下不斷擴展以至斷裂的脆性破壞，塑性變形極小，破 壞前沒有明顯破壞預兆，危險性較大。出現疲勞斷裂壞前沒有明顯破壞預兆，危險性較大。出現疲勞斷裂 時，截面上的應力低于材料的抗拉強度，甚至低于屈時，截面上的應力低于材料的抗拉強度，甚至低于屈 服強度。服強度。 n疲勞應力疲勞應力 引起疲勞破壞的應力為疲勞應力。引起疲勞破壞的應力為疲勞應力。 電子教案-鋼結構SteelStructure 電子教案-鋼結構SteelStructure 第四節第四節 鋼材的選擇鋼材的選擇 n鋼材的選擇要考慮如下因素鋼材的選擇要考慮如下因素: n結構的類型及重要性結構的類型及重要性 n結構所受荷載特性結構所受荷載特性

14、動載、靜載動載、靜載 n連接的方法連接的方法 焊接、螺栓連接焊接、螺栓連接 n結構的工作溫度和所處的環境結構的工作溫度和所處的環境 n鋼材的厚度鋼材的厚度 電子教案-鋼結構SteelStructure 第五節第五節 鋼結構的計算方法鋼結構的計算方法 本節主要內容本節主要內容: n極限狀態的概念極限狀態的概念 n現行規范的極限狀態設計公式現行規范的極限狀態設計公式 電子教案-鋼結構SteelStructure 第三章第三章 鋼結構的連接鋼結構的連接 電子教案-鋼結構SteelStructure 第一節第一節 連接的類型和特點連接的類型和特點 電子教案-鋼結構SteelStructure (a)焊

15、接連接焊接連接 (b)螺栓連接螺栓連接 (c)鉚接連接鉚接連接 1. 連接的類型連接的類型 電子教案-鋼結構SteelStructure 2.連接的特點連接的特點 焊接的特點焊接的特點 n構造簡單構造簡單 n節省鋼材節省鋼材 n密閉性好密閉性好 n有焊接應力和焊接變形有焊接應力和焊接變形 螺栓連接的特點螺栓連接的特點 n操作簡單操作簡單 n便于拆卸便于拆卸 n耐疲勞、承受動載可靠耐疲勞、承受動載可靠 n構造麻煩構造麻煩 電子教案-鋼結構SteelStructure 第二節第二節 焊接連接焊接連接 電子教案-鋼結構SteelStructure 焊縫連接方法焊縫連接方法 目前主要的焊縫連接方法有目

16、前主要的焊縫連接方法有: 1. 電弧焊電弧焊 手工焊手工焊 焊劑層下自動焊和半自動焊焊劑層下自動焊和半自動焊 2. 電阻焊電阻焊 3. 電渣焊電渣焊 4.二氧化碳氣體保護焊二氧化碳氣體保護焊 電子教案-鋼結構SteelStructure 焊接連接的型式及焊縫類型焊接連接的型式及焊縫類型 n焊接連接的型式焊接連接的型式 (a)對接對接 (b)塔接塔接 (c)頂接頂接 (d)L型連接型連接 電子教案-鋼結構SteelStructure 第三節第三節 對接焊縫連接的構造和計算對接焊縫連接的構造和計算 電子教案-鋼結構SteelStructure 對接焊縫連接的構造要求對接焊縫連接的構造要求 1、開剖

17、口要求、開剖口要求 2、不等寬、不等厚構件連接要求、不等寬、不等厚構件連接要求 3、引弧板要求、引弧板要求 電子教案-鋼結構SteelStructure 對接焊縫承受彎矩、剪力計算對接焊縫承受彎矩、剪力計算 w t w f W M w v w w f tI VS w t f 1 . 13 2 1 2 1 電子教案-鋼結構SteelStructure 第四節第四節 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算 電子教案-鋼結構SteelStructure 角焊縫的構造要求角焊縫的構造要求 n計算厚度計算厚度 側焊縫主要承受縱向剪應力，剪切破側焊縫主要承受縱向剪應力，剪切破 壞通常發生在焊縫截面三角形的最小厚度壞通常發生在焊縫截面三角形的最小厚度 的平面上和兩焊腳邊成角。故直角角焊縫的平面上和兩焊腳