第一、二、三章钢结构课件..ppt

第一章是绪论，第一节是我国钢结构的概况，第二节是钢结构的特点和应用，第三节是钢结构的发展，第四节是本课程的内容、特点和学习方法。第一节是中国钢结构的概况，建国以来分为三个阶段：5060年代(初期高峰期):在苏联的经济和技术支持下，有100个项目，全部是重工业工厂。20世纪60年代中后期至70年代(低潮期):冷弯薄壁型钢结构和轻钢屋面；从20世纪80年代至今(发展时期):向高、大、重的方向发展。1、钢结构特点1、钢结构材料重量轻、强度高2、材料均匀，符合力学计算假设3、钢结构制作简单、工期短4、塑性和韧性好5、钢的耐腐蚀性差6、耐热但不耐火、钢拉杆和压杆的性能比较、钢结构特点及应用2、C30混凝土密度：2450kg/m3强度：14.3N/mm2Q235钢密度：7850kg2.钢结构的应用。大跨度钢结构2。重型厂房钢结构3。受动载荷影响的结构4。可拆卸结构5。高层结构和高层建筑。容器和其他结构7。轻钢结构。第三节钢结构的发展1。低合金高强度钢和钢品种的开发。深入研究结构和部件设计计算方法。结构形式创新4。结构优化设计、连接、钢材性能和规格、基本构件、第四节课程主要内容、特点和学习方法、结构体系设计、形式、计算、结构、轴向拉伸构件、弯曲构件、弯曲构件、轴向压缩构件、拉伸弯曲构件、稳定性检验、承载力、刚度、钢结构基本设计原则、焊接、螺栓连接、第一节钢结构的失效形式、第二节钢结构对钢材性能的要求、第三节影响钢材性能的因素、 第4节钢结构的类型和选择，第2节钢结构材料，塑性破坏：破坏前明显变形，破坏持续时间长，可采取补救措施。 第1节钢材失效形式2脆性失效：失效前无明显变形，失效突然发生，无补救机会。?注：应充分发挥材料的塑性，避免一切脆性破坏的可能性，(1)强度，(1)单向均匀拉伸试验，试验条件：标准试件在常温(20)下缓慢加载，一步完成，第二节钢的力学性能， 钢在单向均匀拉伸下的工作性能表现为四个阶段：a .弹性阶段：应力峰值对应于比例极限弹性模量应力，B .弹塑性阶段：应力介于二者之间，弹塑性模量为变量，c .塑性阶段：应力达到屈服强度，d .强化缩颈阶段：应力峰值对应于拉伸极限，(2)钢的工作性能可视为理想的弹塑性体，1 . 计算很简单，2。他们之间没有什么区别。尽管，相应的应变非常大(不满足正常使用极限状态)，4。它被用作设计强度的基础。它有很大的力量储备。如果意外因素发生，人们将有机会补救。Q235钢的屈强比是0.57，Q345钢是0.67。2.简化计算，采用理想的弹塑性模型。1.它被用作钢结构设计的最大应力。3.它被用作钢的实际破坏强度。3.注意2。它是塑料的。当应力超过屈服点时，它会产生显著的残余变形(塑性变形)，而不会立即断裂。断面收缩率：指拉伸试样后，颈缩区的断面面积缩小值与原始断面面积的比值的百分比，以及衡量塑性的指标：伸长率，3。冲击韧性，冲击韧性：材料在动态载荷下吸收能量的能力，以及测量冲击韧性的指标：冲击功，韧性是钢的强度和塑性的综合指标，冲击韧性受温度影响，4。冷弯性能：指冷弯(常温加工)产生塑性变形时，钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标。第五，可焊性是指通过一般焊接工艺可以完成的合格焊缝的性能。可焊性受化学成分影响很大。碳当量：计算可焊性以测量低合金钢，0.45的可焊性是困难的，其他：钢的物理性能指标。弹性模量质量密度剪切模量线性膨胀系数泊松比，一、化学成分，第三节影响钢性能的主要因素，普通碳钢99%，其他杂质元素1%，普通低合金钢具有5%的合金元素，碳(C):钢强度的主要来源，但随着其含量的增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，耐腐蚀性降低。一般控制在0.12% 0.2%和0.2%以下，焊接性好，硫(S):热脆性，不超过0.05%，磷(P):冷脆性。耐腐蚀性略有提高，可焊性降低。不超过0.045%，2、冶金缺陷，常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂物、气孔、裂纹等。偏析化学成分分布不均匀。3.装载速度。1.材料性能测试需要缓慢加载。2.应考虑动荷载对结构的不利影响。加载速度快，钢的屈服点增加，钢脆。因此，4。钢硬化，冷加工硬化-当加载超过材料比例极限，发生卸载时，发生残余变形，当再次加载时，屈服点增加，塑性和韧性降低，也称为“应变硬化”。随着时间的推移，时效硬化从晶体中沉淀出碳和氮化合物，使材料硬化。5.温度的影响。1.正温度范围，100内不影响钢的性能；当温度高于100时，总的趋势是强度和弹性模量降低，塑性增加。250时抗拉强度略有增加，塑性和韧性下降，脆性增加，出现蓝脆性现象。这个温度区被称为“蓝色脆性区”；250 350恒定应力条件下，钢继续以非常缓慢的速度变形蠕变现象。弹性模量在600左右趋于零，承载力几乎完全丧失。2.负温度范围。当温度低于常温时，钢的脆性倾向随着温度的降低而增加应用温度必须高于T1，但不一定高于T2。6.钢在复杂应力下的屈服条件假设如下：1 .材料从弹性到塑性的强度指数用变形过程中单位体积内积累的能量来表示；2.当复合应力下的变形能等于单轴应力下的变形能时，钢将由弹性转变为塑性。弹性状态、塑性状态、平面应力状态、梁的应力状态、三维主应力表示为：三个主应力符号相同，差异很小，很难进入塑性状态，表现为脆性破坏和纯剪切应力状态，因此：取规范钢的抗剪强度设计值，7。应力集中、结构缺陷的影响：部件表面不平、缺口、厚度突变等。应力集中：由于结构缺陷、不均匀应力、弯曲的力线和缺陷处的峰值应力。应力集中的危害：塑性降低，脆性增加。在结构设计中应避免截面和锐角的突然变化。八。厚度的影响。随着厚度的增加，钢的拉伸、压缩、弯曲和剪切强度降低。九。重复负荷的影响。在重复荷载作用下，钢结构的抗力和性能会发生显著的变化疲劳：钢在连续交变荷载作用下。损伤将逐渐积累，裂纹将发生，裂纹将逐渐扩展，从而断裂现象的强度低于极限强度fu，甚至低于屈服强度fy，脆性断裂，1。更高的强度，2。足够的变形能力，良好的塑性和韧性。良好的加工性能(包括冷加工、热加工和可焊性)，1。钢结构对材料的要求：第4节结构钢的类型和规范，2。结构钢的类型，1。化学成分，普通碳钢Q235，普通低合金钢Q345，Q390，Q420，平炉成本高，质量好(约6小时100吨)，氧气顶吹转炉成本低，质量也可以(150吨15分钟)，2。熔炉类型，3。脱氧程度，沸腾钢(F)少脱氧镇静钢(Z)全脱氧半镇静钢(B)脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢(TZ)特种镇静钢之间，4。质量等级，a级：确保抗拉强度、屈服点和伸长率以及硫和磷含量，b、c和d级：确保抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击韧性(20、0和-20),碳、硅、锰、硫和磷含量，e级：除满足d级要求外，还要求-40冲击韧性；5.钢号，碳钢：q质量等级(a-d)脱氧程度(f，b)低合金钢：q质量等级(a-e)如Q235-AF和q345-e (2)荷载类型(静荷载或动荷载)；(3)连接方法(焊接或非焊接)；(4)工作条件(温度、腐蚀等。)，钢结构设计规范 (GB50017-2003)规定承重结构用钢应具有抗拉强度、延伸率、屈服强度和硫磷含量的合格保证，焊接结构也应具有碳含量的合格保证。焊接承重结构和重要的非焊接承重结构用钢也应具有冷弯试验的合格保证。需要进行疲劳检查的焊接结构钢材应具有常温或负温冲击韧性的合格保证。对于需要检查疲劳的非焊接结构钢，应具有常温冲击韧性的合格保证。3.钢的规格，1。热轧钢板，(1)工字钢普通工字钢工字钢工字钢20aH钢HW3001015 T钢TW1503001015(2)槽钢32b(3)角钢L12510L1258010(4)钢管4006，2。热轧钢(附录钢表)，3。壁厚1.5 5 mm的冷弯薄壁型钢，结构设计标准：各种作用引起的结构效应(内力和变形)不得大于材料性能和几何因素决定的结构(包括连接)的抗力或规定限值。问题与矛盾：荷载大小、材料强度、截面大小、计算方式、施工质量等因素都是随机变量(或随机过程)，导致结构效应和抗力都是随机变量。不可能保证结构效应小于阻力或规定的极限值，但只能保证一定的概率。第三章钢结构设计方法：1 .概述。1.容许应力法(从中华人民共和国成立到1957年)。钢可以使用的最大强度除以一般安全系数作为结构设计计算的最大容许应力，即容许应力法，2，半概率法(1957-1988)。 基于概率论的概率极限状态设计方法结构可靠性研究从基于经验的定性分析阶段发展到基于概率论和数理统计的定量分析阶段近似概率设计方法(基本变量与时间变化的关系在分析中被忽略和简化，因此在确定基本变量的分布时有相当程度的近似性，并进行线性简化计算)。 3.一阶二阶矩极限状态设计方法(1988 正在开发)，1。极限状态：它本质上是结构可靠性和不可靠性之间的边界，所以也可以称为“极限状态”；对于结构的各种极限状态，应规定清晰的标志或界限。2.两种极限状态：(1)承载能力的极限状态包括：构件和连接的强度失效、疲劳失效和由于过度变形而无法继续承载、结构和构件的稳定性丧失、结构向移动系统的转换和结构倾覆(2)正常使用的极限状态包括：影响结构、构件和非结构构件的正常使用或耐久性的局部损坏(包括复合结构中的混凝土裂缝)，2。概率极限设计方法，3。功能函数，其中Z=G ()是结构的功能函数；Xi (I=1，2，n) 是影响结构或部件可靠性的基本变量，当只有两个基本变量时，结构的功能函数：作用效应s和结构阻力r可表示如下：(3.3)。荷载效应s:取决于结构或构件在各种荷载(恒载、活载、风、地震作用、温度变化等)下的承载力或阻力r。)；取决于材料和部件等的几何特征。(3.2)。因为r和s都是随机变量，它的函数z也是随机变量。功能函数Z: 4有三种可能的状态。结构可靠性：结构在规定的时间和条件下完成预定功能的概率；如果结构可靠度用ps表示：如果结构失效概率用pf表示：(3.4)，则Z的概率密度fZ(Z)曲线：正态分布概率密度曲线中Z的平均值和标准差有如下关系：可靠度指数或安全指数与pf有一一对应关系。和pf相反。如果Z是正态分布：by:by:by:因为仅用分布的特征值计算，即一阶原点矩(均值)Z和二阶中心矩(方差)Z2，所以非线性函数只取线性项，不考虑Z的全分布，所以这种方法称为一阶二阶矩法，和pf对应表。不同结构构件承载力极限状态的可靠指标。设计表达式建筑结构可靠度设计统一标准 (GB50068)规定，结构构件极限状态的设计表达式应根据各种极限状态的设计要求，用相应的荷载代表值、材料性能标准值、几何参数标准值和各种分项系数表示。，1。简单荷载分项系数设计公式：RK阻力标准值SGK永久荷载(G)效应值SQK可变荷载(Q)效应值分项系数按标准值计算，其中：一般荷载分项系数：G=1.2；q=1.4当永久载荷效应和可变载荷效应符号不同时：g=1.0；q=1.4电阻分系数：Q235钢：r=1.087；Q345、Q390Q420钢： r=1.111，其中：钢强度设计值f钢强度除以分项抗力系数，分项系数根据可靠性指标，可变荷载效应控制组合，(3.7)，可变荷载效应控制组合，(3.8)，2，极限承载力状态荷载效应基本组合，3，正常使用极限状态荷载效应标准组合，(3.10)， vQ1K变形值由VGK 永久荷载标准值产生，vQ1K变形值由具有控制功能的第一变荷载标准值产生，其他I变荷载标准值v结构或构件的容许变形值，其中，容许应力幅值法仍用于计算疲劳。 计算强度、稳定性和连接载荷的设计值以及疲劳和变形载荷的标准值。对于直接承受动荷载的结构，在计算疲劳和变形时，动荷载的设计值应乘以动力系数。计算疲劳和变形时，动载荷的标准值不得乘以动态系数。疲劳破坏特征是突发性的，破坏前没有明显的宏观塑性变形。它属于脆性断裂，不同于一般的脆性断裂。它可以分为三个区域：裂纹源、裂纹扩展区域和断裂区域对缺陷(包括缝隙、裂纹和组织缺陷等)非常敏感。)。在第三节中，钢的疲劳有两种类型：恒幅疲劳恒幅循环应力引起的恒幅交变载荷(简称循环应力)变幅疲劳变幅交变载荷变幅循环应力(简称变幅应力)，1。应力循环特性(应力比)最小应力与最大应力之比(拉应力取正值，压应力取负值)=-1完全对称循环=0脉冲循环=-1 0不完全对称循环(拉应力或压应力占主导地位)2。影响系钢和非焊接结构疲劳强度的因素：最大应力、应力比、循环次数、缺口效应、1。恒幅疲劳。3.焊接结构的疲劳强度与非焊接结构的疲劳强度根本不同的原因是：由于焊接加热和随后的冷却，在焊缝及其附近产生残余应力，因此疲劳裂纹对形成和发展最敏感的区域的焊接结构的疲劳强度与名义应力和应力比无关，而与应力幅有关。公式3.12中八种组分和连接形式的-N曲线，参数和C的确定，以及4。恒幅疲劳校核计算。焊接结构的焊接部分的等幅疲劳校核计算：(3-12)，焊接结构的非焊接部分和非焊接结构的等幅疲劳