钢结构基础PPT课件

钢结构基础 陈绍蕃 2014年4月 辅导材料 钢结构上册 钢结构基本原理 说明 撰写这份辅导材料的主旨 在于帮助广大学子掌握本书内容的要领 并形成明晰的概念 文件在形式上和课件一样安排成幻灯片 但性质不完全相同 授课教师可以选择一部分在课堂上演示 也可以留给学生结合复习教材自己阅读 结构课特点钢结构特点应用范围结构组成钢结构的极限状态钢结构的发展课程内容和学习建议 第1章概述 1结构课不同于力学课的特点 1 现实性力学课对现实事物高度抽象化和理想化理论力学 对象是质点 刚体和抽象的力系 材料力学 理想化的变形体 匀质 各向同性 完全弹性 或理想弹塑性 结构课面向现实的物体 钢 木 混凝土 有缺陷 材料 并非质地完全均匀和各向同性 构件 并非理想直杆而是有初始变形 钢构件还存在初始应力 结构 构件间相互连接未必是理想铰接或理想刚接 所受的力来自现实的服役条件和自然环境 要具体分析 2 综合性事物的复杂性导致结构课程的综合性 结构的响应是内在因素和外在因素的综合结果 内在因素 化学元素 金相组织和冶金缺陷决定钢材的基本性能 辊轧使钢材产生方向性和冷却后的残余应力 焊接造成残余应力 残余变形 热影响区和焊接缺陷 制造 安装都有允许误差 其影响不能忽视 外在因素 荷载 自重 使用荷载 气象荷载 有的具有动力性质 温度 对温度变形的约束产生温度应力 低温使材料变脆 环境 腐蚀性介质的不利作用 地震作用和意外的破坏性因素 1结构课不同于力学课的特点 钢材的强度高而质量轻承受同样的荷载 钢构件比其他材料轻 强度 密度比值大 做成跨越结构 无效荷载最低 做成柱子 占建筑面积最小 构件轻 适合于交通不便的地区 有双重性 风荷载大的地区要防屋盖结构被风吸力掀起 强度高的另一后果 容易屈曲 失稳 强度高则杆件细长 板件纤薄 屈曲可以使构件提前失效 强度不能充分发挥作用 尤其是高强钢 稳定计算比较复杂 超出材料力学范围 初始几何缺陷应加以考虑 初弯曲 初倾斜 受压不如受拉 和混凝土刚好相反 组合起来相得益彰 2钢结构不同于其他结构的特点 比其他材料更接近理想材料质地比混凝土均匀 各向同性优于木材 具有较大的线弹性范围 因此 钢结构比较符合材料力学的基本假定 大多数情况可以直接应用材料力学的计算公式 简便 够精确 但稳定性能和脆性断裂等问题涉及专门的力学知识 钢材和理想材料还是有差距 有些钢材存在分层问题 钢板有方向性 使用时要发挥其优良的一面 沿辊轧方向受力 2钢结构不同于其他结构的特点 钢材塑性 延性 和韧性好较好的变形能力 不会突然断裂 超静定结构可以利用内力重分布 地震作用下有良好的吸能能力 韧性好 能较好地抵抗冲击作用 另一方面 注意避免脆性断裂的可能性 选材 构造 施工 耐腐蚀和抗火灾性能差二者都需要防护 提高造价 趋向于改进钢材来解决 有一定成果 2钢结构不同于其他结构的特点 施工优势原材料是钢板和型钢 具有半成品性质 工厂制作阶段 机械化 自动化 包括切割 制孔和焊接等 节省工时 提高精度 工地安装阶段 现场占地少 施工期限短 机械吊装 螺栓紧固 少量焊接 迅速交付使用 资金回收时间短 容易加固 改建 能够做成可拆迁结构 2钢结构不同于其他结构的特点 钢结构对缺陷很敏感钢材出厂时就存在内部缺陷 构件在制作和安装过程中会出现新的缺陷 设计计算中忽视缺陷的存在将造成承载力不足 钢结构的变形有时会控制设计变形可能使内力进一步增大 变形可能改变应力的分布 钢结构对生态环境的影响小 2钢结构不同于其他结构的特点 数控剪板机 2钢结构不同于其他结构的特点 数控切割机 2钢结构不同于其他结构的特点 三辊卷板机 2钢结构不同于其他结构的特点 数控折弯机 2钢结构不同于其他结构的特点 自动焊接机 2钢结构不同于其他结构的特点 钢柱吊装 2钢结构不同于其他结构的特点 高强螺栓扭矩测试 升降车施工 2钢结构不同于其他结构的特点 澳门体育馆吊装 2钢结构不同于其他结构的特点 特性决定应用范围 首先是高 大 重 动 高耸建筑 高楼 塔架和桅杆 上海金茂大厦365m 421m 吉隆坡453m上海环球金融中心492m台北101层508m华沙无线电桅杆642 5m迪拜超过700m高度超过500m的高楼在国内不断兴建 如天津高银117大夏高597m 3应用范围 大跨桥梁 广州珠江口拱桥360m南京长江二桥 斜拉桥 主跨628m江阴长江桥 悬索桥 主跨1385m大跨房屋和体育场 北京游泳中心 水立方 170m 170m北京国家大剧院212m 144m北京奥运主体育场 鸟巢 340m 295m 3应用范围 重型厂房 框架 吊车起重量达到440t 吊车梁 操作繁重 24h运转 动力作用大 改革开放后的拓展 全面开花 钢产量大增 轻型门式刚架结构 20年盖了千万m2以上 专门为此制订了技术规程 办公楼 住宅楼 一 二层别墅 大型容器 水工结构 海上采油平台 杭州雷锋塔 南海观音像 3应用范围 上海金茂大厦 用钢18500t 和环球金融中心 3应用范围 北京国家大剧院 3应用范围 CCTV主楼 高234m 3应用范围 北京奥运体育场 部分采用Q460E钢 3应用范围 北京理工大学体育馆 3应用范围 北京飞机库 3应用范围 广州体育馆主桁架 空间 辐射桁架 平面 钢索和环梁 3应用范围 中关村软件广场支于4根柱的新型杂交结构 3应用范围 大连重机厂 双层吊车 用钢408kg m2 3应用范围 唐山试验园 3应用范围 芜湖长江桥 312m 铁路公路两用 高性能钢 3应用范围 北盘江大桥 236m 世界上最高的铁路桥 桥面高于水面280m 3应用范围 江阴长江桥主跨1385m 大于金门大桥 3应用范围 长江三峡船闸门 每套八字门重1890t 3应用范围 煤气柜 15万m3干式 3应用范围 200m烟囱 用塔架支持的烟囱 3应用范围 观音像 用钢2000t 3应用范围 雷峰塔 结构用钢1293t 3应用范围 原则 形成一个有效抵抗各种外加作用的整体 可靠而经济 形成几何不可变体的一种方式 以平面结构为基本承重结构 加支撑 单层结构的组成 4钢结构的组成 组成空间结构可以少设或不设支撑 双向或多向传力还可减小结构占用的高度 空间屋盖结构 4钢结构的组成 高耸结构不同于跨越结构风荷载成为主要荷载 满足刚度要求成为决定高楼结构组成的重要因素 型式随高度变化 纯框架 支撑 剪力墙 框筒结构 巨型支撑 支撑成为承重体系的组成部分 高楼的刚度要求 顶点位移 H 500 层间侧移 h 250 还对顶点最大加速度有限制 高层房屋结构 4钢结构的组成 塔桅结构塔架横断面为多边形者需设横隔 桅杆借助纤绳可以保持较小截面 纤绳是柔性构件 必须施加预拉力 纤绳是受拉构件 可用高强钢材 但占地面积大 塔架结构 桅杆结构 4钢结构的组成 钢结构组成原则的补充所承受荷载用最简单 直接的方式传到基础 传力过程没有薄弱环节 受到意外打击不倒塌 大型化的空间体系有利 多用受拉构件有利 空间框架结构 北京理工大学体育馆屋盖结构是大型化的又一例子 两榀拱及其间的立体桁架组成大型体系 其余构件跨度不大 4钢结构的组成 承载能力极限状态 多种多样 包括强度破坏 丧失稳定 结构变为机动体系 过度变形 疲劳破坏和脆性断裂等 拉杆截面强度大多以屈服为准则 和过度变形有关 简支梁以全截面屈服还是部分截面屈服为准 也和过度变形有关 超静定梁和框架可以在多个截面出现塑性铰 直至形成机构为极限状态 但应以失稳受到防止为前提 正常使用极限状态中的变形和振动限制 通常都在弹性范围内 而且是可逆的 在可靠度要求方面可以放宽一些 5钢结构的极限状态 5钢结构的极限状态 结构计算如何切合极限状态钢结构内力计算要考虑两个因素 变形影响和非弹性应变 传统的内力计算一般以结构受力前的位形为对象 不考虑变形影响 随着钢材强度提高和围护结构轻型化 结构在荷载作用下的变形增大 变形对内力的影响不再能够忽视 考虑变形影响的内力分析称为二阶分析 分析体现了几何非线性 多层多跨框架往往在出现少量塑性铰后才达到丧失稳定的极限状态 出现塑性后 变形会更大一些 这时的二阶分析同时体现几何非线性和材料非线性 双重非线性的二阶分析 结果和试验数据吻合较好 事物都在不断发展 钢结构也不例外 高性能的新钢材 提高强度并保证优良的塑性 韧性和可焊性 提高抗火性能和防锈性能 深入了解真实的极限状态 依靠先进的计算手段和试验手段 开发新的结构形式 结构更高 跨度更大 需要开发新结构形式 沙特阿拉伯要建1600m高的楼房 提高制造的技术水平 进一步机械化和自动化 6钢结构的发展 属于钢结构课程基础阶段 钢结构基本原理专业指导委员会推荐教材 钢结构上册 钢结构基础 共分10章 1 概述6 钢结构的正常使用极限状态2 钢结构的材料7 钢结构的连接和节点构造3 构件的截面承载力 强度8 钢结构的脆性断裂和疲劳4 单个构件的承载能力 稳定性9 简单钢结构设计示例5 整体结构中的压杆和压弯构件10 钢结构的防腐蚀和防火教材体系不同于旧教材 按极限状态分章 而不是按构件 有助于区分强度和稳定的不同性质 疲劳和脆断并非单纯材料问题 适当突出构造问题 7课程内容介绍 1 放开眼界 以全