鋼結(jié)構(gòu)第一章PPT學(xué)習(xí)教案

1、4.4.了解桿件和板件穩(wěn)定的基本理論，了解桿件和板件穩(wěn)定的基本理論，理解影響穩(wěn)定性理解影響穩(wěn)定性的主要因素及提高穩(wěn)定性的措施；的主要因素及提高穩(wěn)定性的措施；3.3.掌握鋼結(jié)構(gòu)用鋼的主要性能及其主要影響因素，并掌握鋼結(jié)構(gòu)用鋼的主要性能及其主要影響因素，并能正確地選擇鋼材；能正確地選擇鋼材；2.2.理解理解“鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)”的計(jì)算方法；的計(jì)算方法；1.1.了解鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展概況了解鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展概況, ,掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；本課程的基本要求本課程的基本要求5. 5. 掌握各種連接（焊接、螺栓連接）和各類(lèi)構(gòu)件掌握各種連接（焊接、螺栓連接）和各類(lèi)構(gòu)件( (梁、梁、柱和屋架柱和屋架

2、) )的工作性能、破壞特征及其設(shè)計(jì)的基本方法。的工作性能、破壞特征及其設(shè)計(jì)的基本方法。第1頁(yè)/共55頁(yè)教學(xué)參考書(shū)及規(guī)范教學(xué)參考書(shū)及規(guī)范:1.1.鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu) 魏明鐘魏明鐘 主編主編 武漢工業(yè)大學(xué)出版社武漢工業(yè)大學(xué)出版社2.2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB50017-2003)GB50017-2003)7.7.熟悉與土木工程相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。熟悉與土木工程相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。3.3.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 （GB50205-2001)GB50205-2001)第2頁(yè)/共55頁(yè)第3頁(yè)/共55頁(yè)1. 1. 掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

3、和鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。2 2理解鋼結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法，掌握其理解鋼結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法，掌握其設(shè)設(shè) 計(jì)表達(dá)式的應(yīng)用。計(jì)表達(dá)式的應(yīng)用。3 3了解鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)。了解鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)。第4頁(yè)/共55頁(yè)一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)澳大利亞啤酒中心澳大利亞啤酒中心第5頁(yè)/共55頁(yè) 2.2.鋼材的鋼材的塑性塑性和和韌性韌性好；好； 塑性塑性和和韌性韌性是概念上完全不同的兩個(gè)物理量。是概念上完全不同的兩個(gè)物理量。 塑性塑性承受靜力荷載時(shí)，材料吸收變形能的能力承受靜力荷載時(shí)，材料吸收變形能的能力。 塑性好，會(huì)使結(jié)構(gòu)一般情況下不會(huì)由于偶然超載而塑性好，會(huì)使結(jié)構(gòu)一般情況下不會(huì)由于偶然超

4、載而 突然斷裂，給人以安全保證；突然斷裂，給人以安全保證； 韌性韌性承受動(dòng)力荷載時(shí)，材料吸收能量的多少。承受動(dòng)力荷載時(shí)，材料吸收能量的多少。 韌性好，說(shuō)明材料具有良好的動(dòng)力工作性能。韌性好，說(shuō)明材料具有良好的動(dòng)力工作性能。 第6頁(yè)/共55頁(yè) 鋼材屈服前看作彈性材料鋼材屈服前看作彈性材料, ,屈服以后看作塑性屈服以后看作塑性或彈塑性材料或彈塑性材料4 4. .制作、安裝簡(jiǎn)便，工期短，符合工業(yè)化要求制作、安裝簡(jiǎn)便，工期短，符合工業(yè)化要求; ; 國(guó)國(guó)家家大大劇劇院院屋屋架架安安裝裝鋼結(jié)構(gòu)住宅鋼結(jié)構(gòu)住宅第7頁(yè)/共55頁(yè)第8頁(yè)/共55頁(yè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)橋梁第9頁(yè)/共55頁(yè)天津體育場(chǎng)天津體育場(chǎng)千年穹頂千年穹

5、頂西班牙迪加航空港上海會(huì)展中心第10頁(yè)/共55頁(yè)單層廠(chǎng)房單層廠(chǎng)房多層工業(yè)廠(chǎng)房多層工業(yè)廠(chǎng)房2. 2. 工業(yè)廠(chǎng)房工業(yè)廠(chǎng)房金陵石化總廠(chǎng)金陵石化總廠(chǎng)第11頁(yè)/共55頁(yè)單擊圖片播單擊圖片播放放第12頁(yè)/共55頁(yè)單擊圖片播單擊圖片播放放第13頁(yè)/共55頁(yè)3. 3. 承受動(dòng)力荷載及承受動(dòng)力荷載及 地震作用的結(jié)構(gòu)地震作用的結(jié)構(gòu)第14頁(yè)/共55頁(yè)單擊圖片播單擊圖片播放放第15頁(yè)/共55頁(yè)帝王大帝王大廈廈4.高層建筑與高聳結(jié)構(gòu)高層建筑與高聳結(jié)構(gòu)金金茂茂大大廈廈8888層層42420 0米米北京財(cái)富中心北京財(cái)富中心第16頁(yè)/共55頁(yè)東京千年塔東京千年塔第17頁(yè)/共55頁(yè)單擊圖片播單擊圖片播放放第18頁(yè)/共55頁(yè)單擊

6、圖片播單擊圖片播放放第19頁(yè)/共55頁(yè)5 5. .道路、橋梁結(jié)構(gòu)道路、橋梁結(jié)構(gòu)第20頁(yè)/共55頁(yè)單擊圖片播單擊圖片播放放第21頁(yè)/共55頁(yè)6 6. .水利、水工結(jié)構(gòu)水利、水工結(jié)構(gòu)海上石油平臺(tái)海上石油平臺(tái)第22頁(yè)/共55頁(yè)7. 輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)第23頁(yè)/共55頁(yè)單擊圖片播單擊圖片播放放第24頁(yè)/共55頁(yè)第25頁(yè)/共55頁(yè)第26頁(yè)/共55頁(yè)活動(dòng)車(chē)庫(kù)活動(dòng)車(chē)庫(kù)8.8.可拆卸、移動(dòng)房屋及可拆卸、移動(dòng)房屋及 移動(dòng)結(jié)構(gòu)移動(dòng)結(jié)構(gòu)第27頁(yè)/共55頁(yè)單擊圖片播單擊圖片播放放第28頁(yè)/共55頁(yè)9.9.構(gòu)筑物構(gòu)筑物10.10.建筑小品建筑小品單擊圖片播單擊圖片播放放第29頁(yè)/共55頁(yè))11( kfANN-

7、構(gòu)件截面的內(nèi)力；構(gòu)件截面的內(nèi)力；A-構(gòu)件截面幾何特征；構(gòu)件截面幾何特征；F-鋼材的最大強(qiáng)度；鋼材的最大強(qiáng)度；K-K-大于大于1 1的安全系數(shù)；的安全系數(shù)；-鋼材的容許應(yīng)力。鋼材的容許應(yīng)力。第30頁(yè)/共55頁(yè)(2) 極限狀態(tài)分為兩類(lèi)：極限狀態(tài)分為兩類(lèi)： b.b.正常使用正常使用極限狀態(tài)極限狀態(tài): : 包括：包括：影響正常使用或外觀(guān)的變形、影響正常影響正常使用或外觀(guān)的變形、影響正常使用的振動(dòng)、影響正常使用的或耐久性的局部破使用的振動(dòng)、影響正常使用的或耐久性的局部破壞等狀態(tài)壞等狀態(tài)。a.a.承載能力承載能力極限狀態(tài)極限狀態(tài): : 包括：包括：強(qiáng)度破壞、疲勞破壞、不適于繼續(xù)承載強(qiáng)度破壞、疲勞破壞、不適

8、于繼續(xù)承載的變形、失穩(wěn)、傾覆、變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系等狀態(tài)。的變形、失穩(wěn)、傾覆、變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系等狀態(tài)。 第31頁(yè)/共55頁(yè)第32頁(yè)/共55頁(yè))21(321 KfKKKfANykyk N- N-構(gòu)件截面的內(nèi)力；構(gòu)件截面的內(nèi)力； A-A-構(gòu)件截面幾何特征；構(gòu)件截面幾何特征； K K1 1-荷載系數(shù)；荷載系數(shù)； K K2 2-材料系數(shù)材料系數(shù); ; K K3 3-調(diào)整系數(shù)；調(diào)整系數(shù)； f fykyk-鋼材的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；鋼材的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值； -鋼材容許應(yīng)力鋼材容許應(yīng)力第33頁(yè)/共55頁(yè)式中：式中： g g（）-結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)；結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)； X Xi i(i(i1 1，2,2,n)-,n)-影響結(jié)構(gòu)可靠性

9、的各物理量。影響結(jié)構(gòu)可靠性的各物理量。 第34頁(yè)/共55頁(yè) 將各因素概括為兩個(gè)綜合隨機(jī)變量將各因素概括為兩個(gè)綜合隨機(jī)變量-結(jié)構(gòu)的抗力結(jié)構(gòu)的抗力R R、 作用效應(yīng)作用效應(yīng)S S，則公式（，則公式（1-31-3）可以寫(xiě)成：）可以寫(xiě)成： Z Zg g（R R，S S）R RS S （1-41-4） 在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，可能出現(xiàn)下列三種情況：在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，可能出現(xiàn)下列三種情況： Z Z0 0表示結(jié)構(gòu)處于表示結(jié)構(gòu)處于可靠可靠狀態(tài)；狀態(tài)； Z Z0 0表示結(jié)構(gòu)處于表示結(jié)構(gòu)處于極限極限狀態(tài)狀態(tài) Z Z0 0表示結(jié)構(gòu)處于表示結(jié)構(gòu)處于失效失效狀態(tài)；狀態(tài)； 判斷結(jié)構(gòu)是否可靠，要看結(jié)構(gòu)是否達(dá)到極限狀態(tài)，判斷結(jié)構(gòu)是

10、否可靠，要看結(jié)構(gòu)是否達(dá)到極限狀態(tài)， 為此，通常將下式：為此，通常將下式： Z Zg(Rg(R，S)S)R RS S0 0 (1-5)(1-5) 稱(chēng)為稱(chēng)為極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)方程。第35頁(yè)/共55頁(yè)P(yáng) Ps sPZ0PZ0 （1-61-6）結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率( (失效概率失效概率) )用用P Pf f表示，表示，則：則：P Pf fPZ0PZ0 （1-71-7）由于事件由于事件Z0Z0與事件與事件ZZ0 0是對(duì)立事件，所以結(jié)是對(duì)立事件，所以結(jié)構(gòu)的可靠度與結(jié)構(gòu)的失效概率滿(mǎn)足構(gòu)的可靠度與結(jié)構(gòu)的失效概率滿(mǎn)足: : P Ps s P Pf f 1 1 或或 P Ps s

11、1- P1- Pf f （1-81-8）第36頁(yè)/共55頁(yè))91()()0(0 dZZfZPPff(z)f(z)P Pf fz zZ Z 的概率密度曲線(xiàn)的概率密度曲線(xiàn)Z=R-SZ=R-S Z)111()101(22 SRZSRZ 令：令：Z Z、R R、S S的平均值分別的平均值分別為為 z z、R R、s s，標(biāo)準(zhǔn)差，標(biāo)準(zhǔn)差分分 別為別為z z、R R、s s，則，則: : 第37頁(yè)/共55頁(yè) f(z)f(z)z zZ Z 的概率密度曲線(xiàn)的概率密度曲線(xiàn)P Pf fZZ=R-SZ=R-S)121(00 ZZZZfZffZPZPZP )151()()141()1(1 ffPPZZZ 因因 服從標(biāo)

12、準(zhǔn)正態(tài)分布，故上式又可寫(xiě)成：服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，故上式又可寫(xiě)成：式中式中: : ()-)-標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù)；-1-1( ()-)-標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù) 的反函數(shù)的反函數(shù)。)131(0 ZZffZZZPZP則：則：令：令：第38頁(yè)/共55頁(yè)f(z)f(z)z zZ Z 的概率密度曲線(xiàn)的概率密度曲線(xiàn)P Pf fZZ=R-Z=R-S S單擊圖片播單擊圖片播放放第39頁(yè)/共55頁(yè)fP標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布時(shí)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布時(shí) 與與 的對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)值值 pf4.04.03.17X103.17X10-5-53.73.71.08X101.08X10-4-43 .3 .2 26.87X106.87X10-4-41

13、.35X101.35X10-3-33 .3 .0 0 的計(jì)算的計(jì)算: : 將式將式(1-10)(1-10)、(1-11)(1-11)代入代入的定義的定義式得：式得：)161(22 SRsRRZ 第40頁(yè)/共55頁(yè)第41頁(yè)/共55頁(yè))171(0 RS 第42頁(yè)/共55頁(yè)荷載效應(yīng)組合如下：荷載效應(yīng)組合如下：)181(211 SSSSQikciQinikQQGkG 2.2.由永久荷載效應(yīng)控制的組合：由永久荷載效應(yīng)控制的組合：)191(1 SSSQikciQiniGkG 3.3.荷載分項(xiàng)系數(shù)取值如下：荷載分項(xiàng)系數(shù)取值如下：1.1.由可變荷載效應(yīng)控制的組合：由可變荷載效應(yīng)控制的組合：第43頁(yè)/共55頁(yè)第

14、44頁(yè)/共55頁(yè) 對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)這種單一材料，可以將荷載效應(yīng)表對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)這種單一材料，可以將荷載效應(yīng)表達(dá)式用應(yīng)力形式表示。達(dá)式用應(yīng)力形式表示。 ）（ 201)(2110fdQiknicikQQGkGQi )211()(1 fdQikciniQiGkGo 可變荷載起控制作用時(shí)：可變荷載起控制作用時(shí)：永久荷載永久荷載起控制作用時(shí)：起控制作用時(shí)：AASSQikQikGkGk ,式中：式中：4、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式第45頁(yè)/共55頁(yè)fd-鋼材或連接材料強(qiáng)度鋼材或連接材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)值。)221( ARffRkd fk-鋼材或連接材料強(qiáng)度鋼材或連接材料強(qiáng)

15、度標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值。R-鋼材或連接材料抗力分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)于鋼材或連接材料抗力分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)于Q235Q235鋼鋼R R=1.087=1.087;Q345;Q345、Q390Q390、Q420Q420鋼鋼R R=1.111=1.111 。鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范給出了各類(lèi)鋼材和連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范給出了各類(lèi)鋼材和連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。第46頁(yè)/共55頁(yè)第47頁(yè)/共55頁(yè)第48頁(yè)/共55頁(yè)第49頁(yè)/共55頁(yè)第50頁(yè)/共55頁(yè)(二二) 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)）（23121 niQikcikQGkvvvvv 1.1. 對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，要求分別采用對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，要求分別采用荷載的標(biāo)荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合，并使變形等不超過(guò)，并使變形等不超過(guò)相應(yīng)的規(guī)定限值。相應(yīng)的規(guī)定限值。Gk Gk -永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的 變形值；變形值；Q1kQ1k-第第1個(gè)個(gè)可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中 產(chǎn)生的變形值（該值使計(jì)算結(jié)果為最大）；產(chǎn)生的變形值（該值使計(jì)算結(jié)果為最大）；第51頁(yè)/共55頁(yè) QikQik-其他第其他第i i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)