鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理課件

1、 凌 云安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理The Fundamental Theory of Steel Structures4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011鋼結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)方法 根據(jù)教學(xué)大綱要求，本課程主要講授鋼結(jié)構(gòu)的基本原理以及構(gòu)件設(shè)計計算內(nèi)容； 本課程的特點是大家對鋼結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識還較少，結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，理論性強(qiáng)（特別是穩(wěn)定理論）； 受課時限制，不能過多地詳細(xì)講解例題，一定要從受力概念上理解問題，加強(qiáng)課前預(yù)習(xí)與課后復(fù)習(xí)； 多做習(xí)題與思考題。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011本 課

2、 程 的 內(nèi) 容 第一章第一章 緒緒 論論 第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 第三章第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接鋼結(jié)構(gòu)的連接 第四章第四章 軸心受力構(gòu)件軸心受力構(gòu)件 第五章第五章 受彎構(gòu)件設(shè)計受彎構(gòu)件設(shè)計 第六章第六章 拉彎和壓彎構(gòu)件拉彎和壓彎構(gòu)件4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011學(xué)習(xí)參考書學(xué)習(xí)參考書 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范, GB50017-2003. 北京北京: 中國計劃出版社中國計劃出版社, 2003 陳紹蕃等編著陳紹蕃等編著. 鋼結(jié)構(gòu)（上下冊）鋼結(jié)構(gòu)（上下冊）. 北京北京: 中國建筑工業(yè)出中國建筑工業(yè)出版社版社, 2003 沈祖炎，陳以

3、一編著沈祖炎，陳以一編著. 鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理(第二版第二版). 北京北京: 中中國建筑工業(yè)出版社國建筑工業(yè)出版社, 2005 張耀春等張耀春等. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理. 北京北京: 高等教育出版社高等教育出版社, 2006 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊（第三版（第三版 上下冊）上下冊）.北京北京: 中國建筑中國建筑工業(yè)出版社工業(yè)出版社, 2003, 2004 邱鶴年邱鶴年. 新編鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊新編鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊. 北京北京: 中國電力出版社中國電力出版社, 2005 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計計算示例鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計計算示例.北京北京: 中國計劃出版社中國計劃出版社, 2007 夏志斌，姚諫夏志

4、斌，姚諫 編著編著.鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計原理與設(shè)計.北京北京: 中國建中國建筑工業(yè)出版社筑工業(yè)出版社, 20044251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011第第 一一 章章 緒緒 論論第一節(jié)第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的特點鋼結(jié)構(gòu)的特點第二節(jié)第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用應(yīng)用第三節(jié)第三節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法第四節(jié)第四節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10111.11.1鋼結(jié)構(gòu)的特點鋼結(jié)構(gòu)的特點 不同材料形成的結(jié)構(gòu)有各自的特點。鋼結(jié)構(gòu)(steel structure)是由鋼板或型鋼制造而

5、成的結(jié)構(gòu)，其主要特點如下：1.強(qiáng)度(strength)高 與其他材料諸如木材、磚石、混凝土相比，鋼材的容重雖然大，但強(qiáng)度高很多。現(xiàn)舉例說明，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003）中，強(qiáng)度最低的鋼材為Q235，其抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計值為215N/mm2，混凝土設(shè)計規(guī)范（GB50010-2002 ）中標(biāo)號最高的為C80，其抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計值分別為 2.22N/mm2 、35.9N/mm2 ,由此可見，前者抗拉強(qiáng)度為后者的 97倍，而抗壓強(qiáng)度為6倍。因此，在相同的荷載和條件下，鋼結(jié)構(gòu)的重量輕。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10112.塑性(plastic

6、ity)、韌性(toughness)好 由于鋼材的塑性好，一 般情況下，鋼結(jié)構(gòu)不會因偶然或局部超載而發(fā)生突然斷裂，而是以事先有較大變形為先兆。鋼材的韌性好，則使鋼結(jié)構(gòu)能很好地承受動力荷載，這些性能均對鋼結(jié)構(gòu)的安全提供了可靠保證。 鋼材的內(nèi)部組織均勻，非常接近于各向同性體，在使用應(yīng)力階段，鋼材為理想彈性工作，符合工程力學(xué)的基本假定。因此，鋼結(jié)構(gòu)實際受力情況與力學(xué)計算結(jié)果吻合好，可根據(jù)力學(xué)原理建立鋼結(jié)構(gòu)的計算方法。3.材質(zhì)均勻4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 可焊性是鋼結(jié)構(gòu)的獨特優(yōu)點。由于鋼材的可焊性解決了鋼結(jié)構(gòu)的制作問題，致使鋼結(jié)構(gòu)連接大為簡化，可

7、制造各種復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然焊接也將產(chǎn)生殘余應(yīng)力、殘余變形以及熱影響區(qū)脆性等問題。 5.工業(yè)化程度高 鋼結(jié)構(gòu)采用的型鋼和鋼板，經(jīng)專業(yè)廠家制作為鋼構(gòu)件，然后運至工地安裝。型鋼的大量采用再加上專業(yè)化的生產(chǎn)，故精度高、制作周期短。工地安裝廣泛采用螺栓連接，良好的裝配性使工期大為縮短。此外，已建鋼結(jié)構(gòu)也易于拆卸。4.可焊性(weldability)好4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10116.密閉性好 鋼材本身組織致密，焊接的鋼結(jié)構(gòu)可以做到完全密閉，甚至鉚接或螺栓連接都可以做到。因此，可用于建造氣密性和水密性要求高的氣罐、油罐和高壓容器。 7.耐腐蝕性差 鋼材在

8、濕度大和有腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中容易銹蝕。因此，為確保鋼結(jié)構(gòu)的耐久性，必須采用油漆、鍍鋅等防護(hù)措施，故維護(hù)費用較高。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 鋼材當(dāng)輻射熱溫度低于150時，鋼材的主要性能變化很小。因此，其耐熱性能較好。當(dāng)溫度超過150時，材質(zhì)性能有所變化，需采取隔熱措施，當(dāng)溫度達(dá)到600左右，鋼結(jié)構(gòu)會瞬間崩潰，完全喪失承載力。因此，耐火性能差，必須采取一定的防火措施。美國世貿(mào)大樓的坍塌充分說明了鋼結(jié)構(gòu)耐火性能差是一致命缺憾。8.耐熱不耐火4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10111.21.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用鋼

9、結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 站在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展前沿，可以說世界上沒有不能實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，只有不合理的結(jié)構(gòu)。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)本身的特點，結(jié)合我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在土木工程領(lǐng)域合理的應(yīng)用范圍大致如下：4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10111.工業(yè)廠房(industrial factory building) 工業(yè)廠房可分為輕型、中型和重型工業(yè)廠房，主要根據(jù)是否設(shè)置吊車以及吊車噸位的大小和運行頻繁程度而定。例如，煉鋼車間、鍛壓車間等。近年來，輕型門式剛架結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房中的應(yīng)用十分普遍。2.大跨結(jié)構(gòu)(large span structure) 大跨結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)

10、度高、自重輕的優(yōu)點。比如，體育館、會展中心、飛機(jī)庫、劇場等。尤其在懸索橋、斜拉橋等橋梁工程中的應(yīng)用。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10113.高層結(jié)構(gòu)(high-rise structure) 高層結(jié)構(gòu)，尤其是超高層結(jié)構(gòu)能充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，塑性、韌性好，抗震性能優(yōu)越等優(yōu)點。例如，辦公樓、賓館、住宅等。近年來，隨著我國鋼產(chǎn)量的逐年增加，鋼結(jié)構(gòu)在多層、高層、超高層建筑中的應(yīng)用將會更加廣泛。4.高聳結(jié)構(gòu)(towering structure) 高聳結(jié)構(gòu)主要包括塔架和桅桿結(jié)構(gòu)。如電視塔、輸電線塔、鉆井塔、環(huán)境大氣監(jiān)測塔、廣播發(fā)射桅桿等。4251 10011

11、 0010 1010 1101 0001 0100 10115.容器、貯罐、管道 如大型油庫、油罐、氣罐、煤氣庫、輸油管等。6.可拆卸或移動的結(jié)構(gòu) 如建筑工地的活動房，臨時的商業(yè)或旅游業(yè)建筑，塔式起重機(jī)，龍門吊等。此類結(jié)構(gòu)多為輕鋼結(jié)構(gòu)并采用螺栓或扣件連接。7.其他構(gòu)筑物如高爐、運輸通廊、棧橋、管道支架等。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011重型廠房結(jié)構(gòu)重型廠房結(jié)構(gòu) 西安變壓器廠（西安變壓器廠（400t吊車）吊車）4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011廠廠 房房 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)4251 10011 0010 101

12、0 1101 0001 0100 1011大大跨跨建建筑筑上上海海體體育育場場4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 位于北京人民大會堂西側(cè)，西長安街以南，總占地面積近位于北京人民大會堂西側(cè)，西長安街以南，總占地面積近12公頃，總建公頃，總建筑面積近筑面積近15萬平方米，總投資萬平方米，總投資26.88億元。億元。 該工程外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，是半橢圓球形，東西長軸該工程外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，是半橢圓球形，東西長軸212.2m，南北短軸南北短軸143.64m，總高度，總高度46.285m。內(nèi)設(shè)歌劇院（。內(nèi)設(shè)歌劇院（2416席）、音樂廳席）、音樂

13、廳（2017席）及戲劇院（席）及戲劇院（1040席）及公共大廳等。屋面采用鈦金屬板，整個席）及公共大廳等。屋面采用鈦金屬板，整個網(wǎng)殼外環(huán)繞人工湖（網(wǎng)殼外環(huán)繞人工湖（35500m2）,各種通道及入口均設(shè)在水下各種通道及入口均設(shè)在水下 。由設(shè)計法國。由設(shè)計法國巴黎機(jī)場航站樓的安德魯建筑師設(shè)計，北京市建筑設(shè)計研究院參與主體設(shè)巴黎機(jī)場航站樓的安德魯建筑師設(shè)計，北京市建筑設(shè)計研究院參與主體設(shè)計計 ，整體結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)，整體結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)6750t，195kg/m2。 大跨結(jié)構(gòu)大跨結(jié)構(gòu)-國家大劇院國家大劇院 4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011國家體育場建筑體形上像

14、鳥巢。可容納國家體育場建筑體形上像鳥巢?？扇菁{8萬人。平面為橢萬人。平面為橢圓形圓形,長軸長軸340m，短軸，短軸292m。屋蓋中間有一個。屋蓋中間有一個146m 76m 的開口，這部分將設(shè)計成開合屋蓋。采用加肋薄壁箱的開口，這部分將設(shè)計成開合屋蓋。采用加肋薄壁箱形截面形截面 ，總用鋼量達(dá)，總用鋼量達(dá)16萬萬t 。大跨結(jié)構(gòu)大跨結(jié)構(gòu)-4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10114251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011國家游泳中心國家游泳中心水立方水立方建筑面積建筑面積 79532；投資：大約為投資：大約為10.2億億RM

15、B鋼骨架結(jié)構(gòu)效果鋼骨架結(jié)構(gòu)效果 4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011多層房屋多層房屋4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011多層房屋多層房屋4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011上海環(huán)球金融中心上海環(huán)球金融中心 由日本森大株式會社的由日本森大株式會社的全額子公司森海外株式會全額子公司森海外株式會社及日本具有代表性的銀社及日本具有代表性的銀行、保險公司、商社等行、保險公司、商社等36家企業(yè)，偕同政府系統(tǒng)機(jī)家企業(yè)，偕同政府系統(tǒng)機(jī)構(gòu)日本海外經(jīng)濟(jì)協(xié)力基金構(gòu)日本海外經(jīng)濟(jì)協(xié)力基金(

16、OECF)聯(lián)合投資的上海環(huán)聯(lián)合投資的上海環(huán)球金融中心，總投資逾球金融中心，總投資逾750億日元。位于陸家嘴金融億日元。位于陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，建筑總面積貿(mào)易區(qū)，建筑總面積335,420平方米，地下平方米，地下3層，層，地上地上94層。建成后的高度層。建成后的高度達(dá)達(dá)492米米 ?？傆娩摿?。總用鋼量26000t，鋼筋混凝土核心，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱。柱。高高層層建建筑筑4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011上海金茂大廈上海金茂大廈 金茂大廈是由中國上海對金茂大廈是由中國上海對外貿(mào)易中心股份有限公司外貿(mào)易中心股份有限公

17、司獨家投資獨家投資5.6億美元建設(shè)億美元建設(shè)的一座的一座88層的超高層大廈，層的超高層大廈，建筑高度建筑高度420.5米，建筑米，建筑面積面積28.9萬平方米，于萬平方米，于1998年年8月月28日竣工。日竣工。 總總用鋼量用鋼量14000t，鋼筋混凝，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱。設(shè)計者為美國土及鋼柱。設(shè)計者為美國S.O.M事務(wù)所。事務(wù)所。 高高層層建建筑筑4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011央視新臺址央視新臺址央視新臺址建設(shè)工程位央視新臺址建設(shè)工程位于北京朝陽區(qū)東三環(huán)中于北京朝陽區(qū)東三環(huán)中路、北京商務(wù)中心區(qū)的路、北

18、京商務(wù)中心區(qū)的核心地段，占地面積核心地段，占地面積18.7萬平方米，總建筑萬平方米，總建筑面積面積55萬平方米萬平方米, 高高230m。央視新臺址建。央視新臺址建設(shè)工程總投資約設(shè)工程總投資約50億元億元人民幣，人民幣，2003年年10月月開工建設(shè)，開工建設(shè)，2008年正年正式運行式運行 。高層建筑高層建筑4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011大連遠(yuǎn)洋大廈大連遠(yuǎn)洋大廈 大連遠(yuǎn)洋大廈由大連遠(yuǎn)洋大連遠(yuǎn)洋大廈由大連遠(yuǎn)洋運輸公司、中遠(yuǎn)房地產(chǎn)開運輸公司、中遠(yuǎn)房地產(chǎn)開發(fā)公司與美國發(fā)公司與美國ESPIRIT公司公司聯(lián)合投資聯(lián)合投資14.8億人民幣開億人民幣開發(fā)的集五星

19、級酒店和甲級發(fā)的集五星級酒店和甲級寫字樓為一體的智能大廈。寫字樓為一體的智能大廈。 總建筑面積總建筑面積14.8萬平方米。萬平方米。其中：其中：A座為五星級酒店，座為五星級酒店，地上地上51層，總高層，總高200.8m。鋼筋混凝土核心筒，外框鋼筋混凝土核心筒，外框鋼框架。設(shè)計、加工、安鋼框架。設(shè)計、加工、安裝全部國產(chǎn)化。裝全部國產(chǎn)化。高層建筑高層建筑4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011臺北臺北101 大廈大廈直徑直徑5.5m，重，重660 t 的阻尼器的阻尼器 長寬各長寬各150m，總面積，總面積30277m2，塔高塔高508m，世界第一高（至，世界

20、第一高（至2008年年8月；月；2003年年10月月17日竣工）日竣工） ，26層以上以層以上以8層為一單元。主要由層為一單元。主要由巨柱、核心系統(tǒng)及外伸桁架梁。巨柱、核心系統(tǒng)及外伸桁架梁。巨柱自地下巨柱自地下5層至地上層至地上90層，最大層，最大尺寸為尺寸為2.4mx3m。高高層層建建筑筑4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011高聳結(jié)構(gòu)高聳結(jié)構(gòu)電視塔、微波塔、通訊塔等電視塔、微波塔、通訊塔等東東方方明明珠珠電電視視塔塔東方明珠廣播電視塔座落在東方明珠廣播電視塔座落在上海浦東新區(qū)黃浦江畔，以上海浦東新區(qū)黃浦江畔，以其其468米的高度成為亞洲第米的高度成為

21、亞洲第一高塔。于一高塔。于1991年年3月開始月開始建造，建造，1994年年11 月完工，總月完工，總重量達(dá)重量達(dá)12萬噸，總投資萬噸，總投資8.3億億元人民幣。元人民幣。 東方明珠塔由三根直徑為東方明珠塔由三根直徑為9米米的擎天立柱、太空艙、上球的擎天立柱、太空艙、上球體、下球體、五個小球、塔體、下球體、五個小球、塔座和廣場組成。座和廣場組成。 4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011236m高青島廣播電視塔高青島廣播電視塔塔塔桅桅結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011陜西銅川天然氣公司陜西銅川天然氣公

22、司1000立方米天然氣球罐立方米天然氣球罐大連西太平洋石化有限公司大連西太平洋石化有限公司1500立方米立方米CF-62鋼球罐鋼球罐殼體結(jié)構(gòu)殼體結(jié)構(gòu)4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011殼體結(jié)構(gòu)殼體結(jié)構(gòu)4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011橋 梁 結(jié) 構(gòu)徐浦大橋徐浦大橋4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011橋 梁 結(jié) 構(gòu)盧浦大橋盧浦大橋4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10114251 10011 0010 1010 1101 00

23、01 0100 1011其其 它它 鋼鋼 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10111.3鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循的一般原則是“技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量”。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法可分為容許應(yīng)力法和極限狀態(tài)設(shè)計法兩種。分述如下： 4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011一 容許應(yīng)力法(allowable stress method) “容許應(yīng)力法”也稱為“安全系數(shù)法”或“定值法”。即將影響結(jié)構(gòu)設(shè)計的諸因素取為定值，采用一個憑經(jīng)驗選定的安全系數(shù)來考慮設(shè)計諸因素變異的影響，以衡量

24、結(jié)構(gòu)的安全度。其表達(dá)式為： (1-1) 4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 容許應(yīng)力法，作為一種傳統(tǒng)的設(shè)計方法計算簡便，目前許多國家在不同的規(guī)范中仍在采用。但此設(shè)計方法采用定值的安全系數(shù)考慮不確定諸因素的影響不科學(xué)，不能定量度量結(jié)構(gòu)的可靠度，而且給人一種誤導(dǎo)，只要有安全系數(shù)結(jié)構(gòu)就百分之百可靠。目前，我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003）中，只有結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接的疲勞強(qiáng)度計算采用此方法。式中： 由標(biāo)準(zhǔn)荷載與構(gòu)件截面尺寸所計算的應(yīng)力； 容許應(yīng)力 =kfkkf材料的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，對于鋼材為屈服點 ； yfk安全系數(shù)。 4251 10011 0010 1

25、010 1101 0001 0100 1011二 極限狀態(tài)設(shè)計法(limit-state design method) 極限狀態(tài)設(shè)計法問世于20世紀(jì)50年代。它將變異性的設(shè)計參數(shù)采用概率分析引入結(jié)構(gòu)設(shè)計中。根據(jù)應(yīng)用概率分析的程度分為三種水準(zhǔn)。即半概率極限狀態(tài)設(shè)計法、近似概率極限狀態(tài)設(shè)計法和全概率極限狀態(tài)設(shè)計法。目前，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法采用的是近似概率極限狀態(tài)設(shè)計法，有時也稱為概率極限狀態(tài)設(shè)計法。1.可靠性(reliability)定義 按照概率極限狀態(tài)設(shè)計法，結(jié)構(gòu)可靠度定義為：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。是結(jié)構(gòu)安全性、適用性和耐久性的總稱。4251 10011 0010

26、 1010 1101 0001 0100 10112.極限狀態(tài)(limit state)定義及分類 當(dāng)結(jié)構(gòu)或其組成部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求時，此特定狀態(tài)就稱為該功能的極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可分為兩類： (1)承載能力極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形時的極限狀態(tài)，它包括強(qiáng)度、穩(wěn)定和疲勞等計算。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用的某項規(guī)定極限值時的極限狀態(tài)。包括靜載下的過大變形、動載下的劇烈振動及耐久性問題。 結(jié)構(gòu)的工作性能可用結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)來描述，若結(jié)構(gòu)設(shè)計時需考慮影

27、響結(jié)構(gòu)可靠性的隨機(jī)變量有n個，即x1,x2,xn,則在n個隨機(jī)變量間通?？山⒑瘮?shù)關(guān)系，若僅考慮R,S兩個參數(shù)，則結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)為： Z=(R,S)=R-S (1-2) 3.結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)(2)正常使用極限狀態(tài)4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011式中：R結(jié)構(gòu)的抗力； S荷載效應(yīng)。實際工程中，隨著條件的不同，Z有三種可能性：當(dāng)Z0 結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)Z=0 結(jié)構(gòu)達(dá)到臨界狀態(tài)，即極限狀態(tài)；當(dāng)Z0 結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的可靠度及失效概率為：結(jié)構(gòu)的可靠度： Ps=P(Z0) (1-3)結(jié)構(gòu)的失效概率： Pf=P(Z0) (1-4)兩者關(guān)系： Ps+Pf=

28、1 (1-5)4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 4.設(shè)計方法表達(dá)式 現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003）中除疲勞計算外，都采用廣大設(shè)計人員熟悉的分項系數(shù)設(shè)計表達(dá)式表示以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法。 (1) 對于承載能力極限狀態(tài)，應(yīng)按荷載效應(yīng)的基本組合或偶然組合進(jìn)行荷載組合，基本組合按下列設(shè)計表達(dá)式中最不利值確定4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011(i)由可變荷載效應(yīng)控制的組合：式中：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；永久荷載的分項系數(shù)；第個可變荷載的分項系數(shù)，其中為可變荷載的分項系數(shù)；按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算

29、的荷載效應(yīng)值；按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算的荷載效應(yīng)值，其中為諸可變荷載效應(yīng)中起 niQciQQQGGikikkSSS2011f (ii)由永久荷載效應(yīng)控制的組合：niQciQGGikikSS10f 0GiQkGSikQS (1-6) (1-7)4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011控制作用者；可變荷載的組合值系數(shù)；參與組合的可變荷載數(shù)；鋼材的強(qiáng)度設(shè)計值。 ，為鋼材屈服點，為抗力分項系數(shù)，對于Q235鋼： 1.087；對于Q345、Q390和Q420鋼： =1.111。但對于端面承壓和連接，則 ，其中為極限強(qiáng)度， =1.538(2) 對于正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)據(jù)

30、不同的設(shè)計要求，采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合或準(zhǔn)永久組合。鋼結(jié)構(gòu)通常只考慮荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合，其設(shè)計式為：cinfRyffRRRuRuffuRniQciQGikkk21 （1-9）4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011式中：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)生的變形值； 超控制作用的第一個可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值；其他第個可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值；結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的容許應(yīng)力值。對于軸心受力和偏心受力構(gòu)件，正常使用極限狀態(tài)用構(gòu)件的長細(xì)比來保證： kGkQ1ikQ 4251 10011 0010 1010 1101 0

31、001 0100 10111.4鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向 1高效能鋼材的研制和應(yīng)用高效能鋼材的研制和應(yīng)用 2計算理論的研究和完善計算理論的研究和完善 3結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新和應(yīng)用結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新和應(yīng)用 4最優(yōu)化原理的應(yīng)用最優(yōu)化原理的應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了一個漫長的歷程。從古至今，煉鐵、煉鋼以及每一項新技術(shù)的問世都極大地推動了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。 我國的歷史最為悠久，是最早用鐵建造結(jié)構(gòu)的國家。其中以鐵鏈橋及鐵塔為典型代表。建于公元5875年的蘭津橋（圖1.1）是最早的一座鐵鏈橋，比歐洲最早的鐵鏈橋早70余年；建于1706年的四川滬定大渡河橋（圖1.2），凈跨100m，寬2.8

32、m，由13根鐵鏈組成，每根約1.6t，鐵鏈錨固于直徑20cm,長4m的鑄鐵錨樁上，該座橋比英國用鑄鐵建造的歐洲第一座跨度31m的拱橋早83年，比美洲第一座跨度為21.3m的鐵鏈橋早105年。 鐵塔作為古代的一種宗教建筑，如建于967年的廣州光孝寺東鐵塔，共7層，塔身高6.35m；建于1061年的湖北荊州玉泉寺鐵塔（圖1.3），共17層，塔身高17.9m；山東濟(jì)寧鐵塔寺鐵塔；江蘇鎮(zhèn)江甘露寺鐵塔等，均以獨特的建筑造型和超凡的冶金技術(shù)，展示了我國勞動人民的聰明智慧和我國古代金屬結(jié)構(gòu)的輝煌成就！4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011圖1.1 蘭津橋 圖1.2

33、滬定大渡河橋 圖1.3 玉泉寺鐵塔 18世紀(jì)末工業(yè)革命在歐洲興起，冶金技術(shù)的發(fā)展使鋼結(jié)構(gòu)在歐美的應(yīng)用快速增長。18世紀(jì)80年代熟鐵型材問世，19世紀(jì)30年代采用軋制方法制造鐵軌，19世紀(jì)2030年代鉚釘連接技術(shù)導(dǎo)致鉚接熟鐵結(jié)構(gòu)的誕生。如1889年采用熟鐵建成的高度321m的巴黎埃菲爾（Eiffel）鐵塔（圖1.4）。 1856年和1867年相繼發(fā)明轉(zhuǎn)爐和平爐冶煉工藝，軟鋼時代到來。從19世紀(jì)60年代和70年代起才有了全鋼制造的橋梁，如建于1847年的跨越美國密西西比河的圣路易斯拱橋，中間跨158.5m，兩邊跨各為153m。19世紀(jì)后半葉焊縫連接出現(xiàn)，20世紀(jì)20年代起在工程結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用。20

34、世紀(jì)30年代末到50年代初，高強(qiáng)螺栓連接開始應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)工程，促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011圖1.4 埃菲爾鐵塔 圖1.5 西爾斯大廈 自20世紀(jì)70年代起國外鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的高峰期到來。代表性建筑有1974年建成的110層，高443m的美國芝加哥西爾斯（Sears）大廈（圖1.5）；1974年建成的5層纖繩，高645m的波蘭華沙長波用桅桿；1973年建成的高392m的蘇聯(lián)基輔自立式電視塔；1975年建成的直徑207m的美國新奧爾良超級穹頂；80年代初建成的跨度218m的新加波章宜機(jī)場飛機(jī)庫；1981年建成的主跨1410m的英國

35、亨伯（Humber）吊橋； 1998年4月建成通車的中央跨長1991m的日本明石海峽吊橋（圖1.6），實現(xiàn)了超大跨度的飛躍。1996年建成的地上88層、450m高的馬來西亞吉隆坡石油大廈（圖1.7）；于1998年動工、2004年12月正式開放的地下5層，地上101層508m高的臺北101大廈（圖1.8），被視為世界新“地標(biāo)”，在高度方面向極限沖刺。鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)入目前最高境界！4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011圖1.6 日本明石海峽吊橋4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 圖1.7 石油大廈 阿聯(lián)酋七星級酒

36、店4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011圖1.8 臺北101大廈4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011圖圖1.9 1.9 倫敦子彈頭倫敦子彈頭圖圖1.10 1.10 瑞典瑞典190190米陀螺型奇異建筑米陀螺型奇異建筑 中國鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展雖有輝煌的歷史，但在半封建半殖民地的百年歷史中落后了。1949年新中國成立后，由于鋼產(chǎn)量的限制，鋼結(jié)構(gòu)雖有發(fā)展，但數(shù)量少、規(guī)模小，僅在重型廠房、大跨度公共建筑以及塔桅結(jié)構(gòu)中采用。鞍山、武漢、包頭等鋼廠的煉鋼、軋鋼及連鑄車間均采用了鋼結(jié)構(gòu)， 在公共建筑方面代表作有1962年建成的北

37、京工人體育館采用圓形雙層輻射式懸索結(jié)構(gòu)，直徑94m；1967年建成的浙江體育館采用雙曲拋物面正交索網(wǎng)的懸索結(jié)構(gòu)，橢圓平面，8060m；1975年建成的上海體育館，跨度110m的三向平板網(wǎng)架；1977年建成的北京環(huán)境氣象塔為高達(dá) 325m的5層纖繩三角形桿身的鋼桅桿結(jié)構(gòu)。 在橋梁方面代表作有：1957年建成的武漢長江大橋；1968年建成的南京長江大橋等。1978年以后，我國改革開放政策實施，鋼結(jié)構(gòu)得到了前所未有的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域得以拓展。比如，1994年建成的天津新體育館，采用圓形平面球面雙層網(wǎng)殼，直徑108m；1996年建成的嘉興電廠干煤柵，采用矩形平面三心圓柱面雙層網(wǎng)殼，跨度為103.5m；1

38、997年建成的上海體育館馬鞍山環(huán)形大懸挑空間鋼結(jié)構(gòu)屋蓋，最大懸挑長度78m； 2000年建成的上海浦東國際機(jī)場航站樓張弦梁屋蓋鋼結(jié)構(gòu)，張弦梁屋架最大跨度為80m。正建的中國國家大劇院（圖1.9）的鋼結(jié)構(gòu)東西跨度212.24m，南北跨度143.64m，高度46.285m，蛋殼面積3.5萬米2 ;正建的2008奧運會主場館鳥巢（圖1.10）等。這些建筑的建成標(biāo)志我國大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)已迅速接近國際先進(jìn)水平。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011圖1.12 中國國家大劇院圖1.11 2008奧運會主場館鳥巢4251 10011 0010 1010 1101 0

39、001 0100 1011另外，高層及超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑在北京、上海、深圳等地拔地而起，以地下3層，地上88層，420.5m的上海金貿(mào)大廈（圖1.11）為代表，標(biāo)志著我國超高層鋼結(jié)構(gòu)已進(jìn)入世界前列！圖1.13上海金貿(mào)大廈 綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)作為一種綜合性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)，既有輝煌的歷史，更有美好的未來。我國自1996年鋼產(chǎn)量首次突破1億噸大關(guān)居世界第一至今，以1997年建設(shè)部頒發(fā)的中國建筑技術(shù)政策（19962010）為代表，國家推出一系列政策推動鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用?？梢灶A(yù)言:21世紀(jì)是鋼結(jié)構(gòu)的世紀(jì)！中國鋼結(jié)構(gòu)飛速發(fā)展的時代已經(jīng)到來！圖圖1.14 1.14 東京千年塔東京千年塔日本東京千年塔(Millenni

40、um Tower)高約840米，外觀呈現(xiàn)圓錐形，約170層樓，可用于商業(yè)和居住。千年塔可以容納6萬人。 終極塔樓高(Ultima Tower)2英里，約合3218.7m。其基座直徑約1830米，大約500層樓,容納約100萬人口。 超群大廈(Bionic Tower)約合1200米、有300層樓，容納約10萬人造價是150億美元。 福斯特建筑事務(wù)所的水晶島(Crystal Island)項目高1500英尺(約合457米)，可供3萬人居住。 東京清水TRY 2004巨城金字塔的高度是埃及吉薩大金字塔的12倍。埃及吉薩大金字塔高6574英尺(約合2003米)，可容納75萬人。 X-Seed 400

41、0摩天巨塔樓高13,123英尺(約合4000米)，造價1萬億美元，形似帳篷由巨柱支撐，每根柱子都可以住人。X-Seed 4000摩天巨塔共有800個樓層，可以讓50萬至100萬人在此安居樂業(yè)。 空中之城1000(Sky City 1000)是一座約1000米高的城市，可容納常駐居民3.6萬，工人10萬。圖圖1.15 1.15 舊金山終極塔樓舊金山終極塔樓 圖圖1.16 1.16 超群大廈超群大廈 圖圖1.17 1.17 莫斯科水晶島莫斯科水晶島 圖圖1.18 1.18 東京清水東京清水TRY 2004TRY 2004巨城金字塔巨城金字塔 圖圖1.19 1.19 東京東京X-Seed 4000

42、X-Seed 4000 圖圖1.20 1.20 東京空中之城東京空中之城10001000 圖圖1.21 1.21 世界超高層建筑圖譜世界超高層建筑圖譜 圖圖1.22 1.22 世界超高層建筑圖譜世界超高層建筑圖譜 圖圖1.23 1.23 中國超高層建筑圖譜中國超高層建筑圖譜第二章第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 第一節(jié)第一節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)用鋼的基本要求建筑結(jié)構(gòu)用鋼的基本要求 第二節(jié)第二節(jié) 鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式 第三節(jié)第三節(jié) 鋼材的主要機(jī)械性能鋼材的主要機(jī)械性能 第四節(jié)第四節(jié) 影響鋼材性能的主要因素影響鋼材性能的

43、主要因素 第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜應(yīng)力作用下的屈服條件復(fù)雜應(yīng)力作用下的屈服條件 第六節(jié)第六節(jié) 鋼材的疲勞和疲勞計算鋼材的疲勞和疲勞計算 第七節(jié)第七節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)用鋼的種類及選擇建筑結(jié)構(gòu)用鋼的種類及選擇4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011第一節(jié)第一節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)用鋼的基本要求建筑結(jié)構(gòu)用鋼的基本要求 鋼材種類繁多，規(guī)格、用途也不相同，對建筑結(jié)構(gòu)用鋼來說，主要有三方面的要求。1、較高的強(qiáng)度：結(jié)構(gòu)的承載力大，所需的截面小，結(jié)構(gòu)的自重輕；2、較好的塑性及韌性：塑性好，不易發(fā)生脆性破壞；韌性好，利于承受動力荷載；3、良好的加工性能與耐久性：包括可焊性、冷彎性能以及耐腐性能

44、； 據(jù)上要求,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017-2003推薦承重結(jié)構(gòu)用鋼宜采用：炭素結(jié)構(gòu)鋼中的Q235鋼及低合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼中的Q345、Q390和Q420鋼四種鋼材。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011第二節(jié)第二節(jié) 鋼材的破壞形式鋼材的破壞形式 兩種破壞形式：塑性破壞：由于變形過大，超過了材料或構(gòu)件可能的應(yīng)變能力而產(chǎn)生的，而且僅在構(gòu)件的應(yīng)力達(dá)到了鋼材的抗拉強(qiáng)度fu后才發(fā)生的。 2 脆性破壞:脆性破壞前塑性變形很小，甚至沒有塑性變形，計算應(yīng)力可能小于鋼材的屈服點fy，斷裂從應(yīng)力集中處開始。破壞前沒有任何預(yù)兆，破壞是突然發(fā)生的。4251 10011 0010

45、 1010 1101 0001 0100 1011第三節(jié)第三節(jié) 鋼材的主要機(jī)械性能鋼材的主要機(jī)械性能一、單向拉伸試驗曲線 根據(jù)鋼材單向拉伸性能曲線，工程應(yīng)用中，鋼材的性能按理想彈塑性體考慮，fy定為鋼材拉、壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011二、鋼材的主要機(jī)械性能1.強(qiáng)度：fy 強(qiáng)度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)計依據(jù)；fu鋼材的最大承載強(qiáng)度，安全儲備。2.塑性5（10），鋼材產(chǎn)生塑變時而不發(fā)生脆性斷裂的能力，便于內(nèi)力重分布，吸收能量，重要指標(biāo)。3.冷彎性能90o、180o，在冷加工過程中產(chǎn)生塑性變形時，對產(chǎn)生裂紋的敏感性，是判別鋼材塑性及冶金質(zhì)量的綜

46、合指標(biāo)。4.韌性沖擊韌性k，鋼材在一定溫度下塑變及斷裂過程中吸收能量的能力，用于表征鋼材承受動力荷載的能力（動力指標(biāo)），按常溫（20o）、零溫（0o） 、負(fù)溫（-20o、-40o）區(qū)分 。5.可焊性表征鋼材焊接后具備良好焊接接頭性能的能力不產(chǎn)生裂紋，焊縫影響區(qū)材性滿足有關(guān)要求。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011第四節(jié)第四節(jié) 影響鋼材性能的主要因素影響鋼材性能的主要因素1 1、化學(xué)成份、化學(xué)成份2 2、冶金及軋制、冶金及軋制3 3、冷作硬化與時效硬化、冷作硬化與時效硬化4 4、復(fù)雜應(yīng)力與應(yīng)力集中、復(fù)雜應(yīng)力與應(yīng)力集中5 5、殘余應(yīng)力、殘余應(yīng)力6 6、溫

47、度、溫度4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10111、化學(xué)成份的影響 基本成份為基本成份為F Fe e，炭鋼中含量占，炭鋼中含量占9999，C C、S Si i、M Mn n為雜質(zhì)元為雜質(zhì)元素，素，S S、P P、N N、O O為冶煉過程中不易除盡的有害元素。為冶煉過程中不易除盡的有害元素。C C：含：含CC使強(qiáng)度使強(qiáng)度塑性、韌性、可焊性塑性、韌性、可焊性，應(yīng)控制在，應(yīng)控制在0.22%0.22%，焊接，焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)控制在結(jié)構(gòu)應(yīng)控制在0.20%0.20%。S Si i：含：含S Si i適量使強(qiáng)度適量使強(qiáng)度 其它影響不大，有益，應(yīng)控制其它影響不大，有益，應(yīng)控制

48、0.10.3%0.10.3%M Mn n：含：含S Si i適量使強(qiáng)度適量使強(qiáng)度 降低降低S S、O O的熱脆影響，改善熱加工性能，對的熱脆影響，改善熱加工性能，對其它性能影響不大，其它性能影響不大，有益有益。S S：含量：含量使強(qiáng)度使強(qiáng)度塑性、韌性、性能冷彎、可焊性塑性、韌性、性能冷彎、可焊性； 高溫時使鋼材變脆高溫時使鋼材變脆熱脆現(xiàn)象熱脆現(xiàn)象。P P：低溫時使鋼材變脆：低溫時使鋼材變脆冷脆現(xiàn)象冷脆現(xiàn)象；其它同；其它同S SO O、N N：O O同同S S；N N同同P P，控制含量，控制含量0.008%0.008%4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10

49、112 2、冶金與軋制的影響、冶金與軋制的影響 冶金的影響主要為脫氧方法：沸騰鋼用冶金的影響主要為脫氧方法：沸騰鋼用M Mn n為脫氧劑，為脫氧劑，時間快，價格低，質(zhì)量差；鎮(zhèn)靜鋼用時間快，價格低，質(zhì)量差；鎮(zhèn)靜鋼用S Si i為脫氧劑，時為脫氧劑，時間慢，價格高，質(zhì)量好。間慢，價格高，質(zhì)量好。 反復(fù)的軋制可以改善鋼材的塑性，同時可以使鋼材中反復(fù)的軋制可以改善鋼材的塑性，同時可以使鋼材中的氣孔、裂紋、疏松等缺陷焊合，使金屬晶體組織密的氣孔、裂紋、疏松等缺陷焊合，使金屬晶體組織密實，晶粒細(xì)化，消除纖維組織缺陷，使鋼材的力學(xué)性實，晶粒細(xì)化，消除纖維組織缺陷，使鋼材的力學(xué)性能提高。能提高。3 3、冷作硬

50、化與時效硬化、冷作硬化與時效硬化 由于某種因素的影響而使鋼材強(qiáng)度提高，塑性、韌性由于某種因素的影響而使鋼材強(qiáng)度提高，塑性、韌性下降，增加脆性的現(xiàn)象稱之為下降，增加脆性的現(xiàn)象稱之為硬化現(xiàn)象硬化現(xiàn)象。 冷加工時（常溫進(jìn)行彎折、沖孔剪切等），鋼材發(fā)生冷加工時（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)象稱之為塑性變形從而使鋼材變硬的現(xiàn)象稱之為冷作硬化冷作硬化。 鋼材中的鋼材中的C C、N N，隨著時間的增長和溫度的變化，而形，隨著時間的增長和溫度的變化，而形成碳化物和氮化物，使鋼材變脆的成碳化物和氮化物，使鋼材變脆的“老化老化”現(xiàn)象稱之現(xiàn)象稱之為為時效硬化時效硬化。4251 10

51、011 0010 1010 1101 0001 0100 10114 4、復(fù)雜應(yīng)力與應(yīng)力集中的影響、復(fù)雜應(yīng)力與應(yīng)力集中的影響 鋼材在多向同號應(yīng)力場作用下，一向的變形受到另鋼材在多向同號應(yīng)力場作用下，一向的變形受到另一向的限制，而使鋼材強(qiáng)度增加，塑性、韌性下降，異一向的限制，而使鋼材強(qiáng)度增加，塑性、韌性下降，異號應(yīng)力場時則相反。號應(yīng)力場時則相反。 鋼構(gòu)件由于截面的改變以及孔洞、凹槽、裂紋等原鋼構(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)力集中實際為：局部應(yīng)因而使構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力集中實際為：局部應(yīng)力增大并多為同號應(yīng)力場。力增大并多為同號應(yīng)力場。5 5、殘余應(yīng)力的影

52、響、殘余應(yīng)力的影響 鋼材在軋制、焊接、切割等過程中會產(chǎn)生在構(gòu)件內(nèi)鋼材在軋制、焊接、切割等過程中會產(chǎn)生在構(gòu)件內(nèi)部自相平衡的內(nèi)力部自相平衡的內(nèi)力, ,殘余應(yīng)力雖對構(gòu)件的強(qiáng)度無影響，殘余應(yīng)力雖對構(gòu)件的強(qiáng)度無影響，但對構(gòu)件的變形（剛度）、疲勞以及穩(wěn)定承載力產(chǎn)生不但對構(gòu)件的變形（剛度）、疲勞以及穩(wěn)定承載力產(chǎn)生不利影響（后續(xù)章節(jié)中將詳細(xì)介紹）利影響（后續(xù)章節(jié)中將詳細(xì)介紹）。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 10116、溫度的影響 溫度的影響，一般可分正溫與負(fù)溫影響兩部分溫度的影響，一般可分正溫與負(fù)溫影響兩部分。正溫影響正溫影響 總體影響規(guī)律為溫度上升，鋼材的強(qiáng)度降低，

53、塑性、總體影響規(guī)律為溫度上升，鋼材的強(qiáng)度降低，塑性、韌性提高，這一現(xiàn)象稱之為韌性提高，這一現(xiàn)象稱之為熱塑現(xiàn)象熱塑現(xiàn)象，溫度達(dá)，溫度達(dá)600600o o左右時，左右時，鋼材的強(qiáng)度幾乎降至為零，而塑性、韌性極大，易于進(jìn)鋼材的強(qiáng)度幾乎降至為零，而塑性、韌性極大，易于進(jìn)行熱加工，此溫度稱之為行熱加工，此溫度稱之為熱煅溫度熱煅溫度。 需要說明：鋼材在需要說明：鋼材在300300o o左右時，強(qiáng)度提高，塑性、韌性下左右時，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)象稱之為降，鋼材表面呈藍(lán)色，這一反覆現(xiàn)象稱之為藍(lán)脆現(xiàn)象藍(lán)脆現(xiàn)象。鋼材在鋼材在300300o o以上時應(yīng)采取以上時應(yīng)采取隔熱措施隔熱措施

54、。負(fù)溫影響負(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，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，稱之為脆性增大，稱之為低溫冷脆低溫冷脆，當(dāng)溫度降至某一特定溫度，當(dāng)溫度降至某一特定溫度時鋼材的脆性急劇增大，稱此溫度點為時鋼材的脆性急劇增大，稱此溫度點為轉(zhuǎn)脆溫度轉(zhuǎn)脆溫度。4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011第五節(jié)復(fù)雜應(yīng)力作用下的屈服條件第五節(jié)復(fù)雜應(yīng)力作用下的屈服條件 在單向拉力試驗中，單向應(yīng)力達(dá)到屈服點時，在單向拉力試驗中，單向應(yīng)力達(dá)到屈服點時，鋼材即進(jìn)入塑性狀態(tài)。在復(fù)雜應(yīng)力作用下，鋼材由鋼材即進(jìn)入塑性狀態(tài)。在復(fù)雜應(yīng)力作用下，鋼

55、材由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)入塑性狀態(tài)的條件是按能量強(qiáng)度理論計彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)入塑性狀態(tài)的條件是按能量強(qiáng)度理論計算的折算應(yīng)力算的折算應(yīng)力 與單相應(yīng)力下的屈服點相比較與單相應(yīng)力下的屈服點相比較來判斷：來判斷： 當(dāng)當(dāng) 時為彈性狀態(tài)；時為彈性狀態(tài)； 時為塑性狀時為塑性狀態(tài)。態(tài)。 如三向應(yīng)力有一向應(yīng)力很小（如厚度較小，厚度如三向應(yīng)力有一向應(yīng)力很?。ㄈ绾穸容^小，厚度方向的應(yīng)力可忽略不計）或為零時，則屬于平面應(yīng)方向的應(yīng)力可忽略不計）或為零時，則屬于平面應(yīng)力狀態(tài)，上式成為力狀態(tài)，上式成為 red2zx2yz2xyxzzyyx2z2y2xred3yredfyredf2xyyx2y2xred3red4251 10011 0010

56、1010 1101 0001 0100 1011 在一般的梁中，只存在正應(yīng)力在一般的梁中，只存在正應(yīng)力 和剪應(yīng)力和剪應(yīng)力 ，則：，則： 當(dāng)只有剪應(yīng)力時，當(dāng)只有剪應(yīng)力時， 則：則： 由此得：由此得： 因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范確定鋼材抗剪強(qiáng)度為因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范確定鋼材抗剪強(qiáng)度為 抗拉設(shè)計抗拉設(shè)計強(qiáng)度的強(qiáng)度的0.58倍。倍。 當(dāng)平面或立體應(yīng)力皆為拉應(yīng)力時，材料破壞時沒有明當(dāng)平面或立體應(yīng)力皆為拉應(yīng)力時，材料破壞時沒有明顯的塑性變形產(chǎn)生，即材料處于脆性狀態(tài)。顯的塑性變形產(chǎn)生，即材料處于脆性狀態(tài)。0y2redf3322red3yy58f. 03f4251 10011 0010 1010 1101 0001

57、 0100 1011第六節(jié)第六節(jié) 鋼材的疲勞和疲勞計算鋼材的疲勞和疲勞計算1 疲勞破壞：鋼材在循環(huán)應(yīng)力多次反復(fù)作用下裂紋生成，擴(kuò)展以至斷裂破壞的現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞或疲勞破壞。疲勞破壞屬于脆性破壞。2 疲勞計算類別及參數(shù)取值： 1應(yīng)力譜 循環(huán)荷載在鋼材內(nèi)應(yīng)起的反復(fù)循環(huán)應(yīng)力隨時間變化的曲線即為應(yīng)力譜 2應(yīng)力幅 試驗與分析證明應(yīng)力幅相同的情況下，最大最小應(yīng)力無論是較高或較低，以及應(yīng)力比是較大或較小，對疲勞強(qiáng)度基本不起作用。minmax4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 3疲勞計算類別：不同類別鋼構(gòu)件或連接的疲勞 強(qiáng)度各不相同。按其疲勞性能的高低歸并為八個

58、疲勞計算類別，并對每個類別規(guī)定了相應(yīng)的參數(shù)取值。其中一類疲勞性能最好，八類最差。需要指出，疲勞破壞應(yīng)力幅或疲勞允許應(yīng)力幅主要取決于 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)以及構(gòu)件或連接的具體構(gòu)造細(xì)節(jié)和應(yīng)力集中程度 .3 疲勞曲線：對于不同的構(gòu)件和連接用不同的應(yīng)力幅 在疲勞試驗機(jī)上進(jìn)行常幅循環(huán)應(yīng)力試驗可得試件發(fā)生疲勞破壞時的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n，將足夠多的試驗點連接起來，便得到 曲線，即疲勞曲線。4 鋼構(gòu)件和連接的疲勞計算: 規(guī)范規(guī)定當(dāng)應(yīng)力變化的循環(huán)次數(shù)大于等于十萬次（n ）時，應(yīng)對應(yīng)力循環(huán)中出現(xiàn)的拉應(yīng)力的部位進(jìn)行疲勞計算，對不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位一般不計算疲勞，計算疲勞時，不乘分項系數(shù)，也不乘動力系數(shù)，按彈性方法計算其應(yīng)力。n5

59、104251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 5 常幅疲勞的容許應(yīng)力幅： 實際上試驗數(shù)據(jù)是分布在實線兩側(cè)有一定寬度的分布帶，鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定容許應(yīng)力幅取分散帶的下限，即平行于實線但偏左k倍的標(biāo)準(zhǔn)差的疲勞屈線。試驗表明，常幅疲勞的容許應(yīng)力幅與循環(huán)次數(shù)n的關(guān)系，采用對數(shù)坐標(biāo)時，大體是一多 為-1/ 的直線。 式中c, -系數(shù)，按疲勞計算類別查表 n-應(yīng)力循環(huán)系數(shù)1nc4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 6 常幅疲勞計算常幅疲勞計算: 焊接部位焊接部位 非焊接部位非焊接部位 拉應(yīng)力時取正號，壓應(yīng)力時取正號拉應(yīng)力時取正

60、號，壓應(yīng)力時取正號 7 變幅疲勞計算：變幅疲勞計算： 當(dāng)疲勞應(yīng)力幅變化時，按照線性疲勞累積損傷原則當(dāng)疲勞應(yīng)力幅變化時，按照線性疲勞累積損傷原則，將隨機(jī)變化的應(yīng)力幅折算成等效常應(yīng)力幅，然后按常應(yīng)，將隨機(jī)變化的應(yīng)力幅折算成等效常應(yīng)力幅，然后按常應(yīng)力幅疲勞計算：力幅疲勞計算：minmaxminmax7 . 0/1iiienn4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 式中：式中： -以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的結(jié)構(gòu)預(yù)期使用壽命以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的結(jié)構(gòu)預(yù)期使用壽命 -預(yù)期壽命內(nèi)相應(yīng)力幅的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)預(yù)期壽命內(nèi)相應(yīng)力幅的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 8 吊車梁的變幅計算：吊車梁的變幅計算：