材料力學(xué)第四版課件-第一張緒論

湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院

建筑工程系鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理4.了解桿件和板件穩(wěn)定的基本理論，理解影響穩(wěn)定性的主要因素及提高穩(wěn)定性的措施；3.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；2.理解“鋼結(jié)構(gòu)”的計(jì)算方法；1.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)；本課程的基本要求5.掌握各種連接（焊接、螺栓連接）和各類構(gòu)件(梁、柱和屋架)的工作性能、破壞特征及其設(shè)計(jì)的基本方法。6.理解構(gòu)件間的連接方法、力的傳遞方式和過程以及構(gòu)造原則；教學(xué)參考書及規(guī)范:1.鋼結(jié)構(gòu)

武漢工業(yè)大學(xué)出版社2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

（GB50017-2003)7.熟悉與土木工程相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。3.冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范

（GB50018-2002)4.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范

（GB50205-2001)第一章緒論大綱要求1.掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。2．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)計(jì)表達(dá)式的應(yīng)用。3．了解鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展趨勢?！?.1鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍1.輕質(zhì)高強(qiáng)由于鋼材強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)需要的構(gòu)件截面小，結(jié)構(gòu)自重輕。a=容重/強(qiáng)度，a越小，結(jié)構(gòu)相對越輕。鋼材：a=1.7～3.7×10-4/m；木材：a=5.4×10-4/m；鋼砼：a=18×10-4/m；一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)澳大利亞啤酒中心

2.鋼材的塑性和韌性好

塑性和韌性是概念上完全不同的兩個(gè)物理量。

塑性—承受靜力荷載時(shí)，材料吸收變形能的能力。

塑性好，會使結(jié)構(gòu)一般情況下不會由于偶然超載而突然斷裂，給人以安全保證；韌性—承受動力荷載時(shí)，材料吸收能量的多少。

韌性好，說明材料具有良好的動力工作性能。

3.材質(zhì)均勻、各向同性，接近理想的彈塑性體，與力

學(xué)假定符合較好;

鋼材屈服前看作彈性材料，屈服以后看作塑性或彈塑性材料4.制作、安裝簡便，工期短，符合工業(yè)化要求;

國家大劇院屋架安裝鋼結(jié)構(gòu)住宅5、密閉性好，不滲漏;6、鋼材耐熱性好，耐火性差;

200℃以上則出現(xiàn)蘭脆和徐變；600℃以上不能承載。當(dāng)結(jié)構(gòu)表面長期受輻射熱達(dá)150℃以上或在短時(shí)間內(nèi)可能受到火焰作用時(shí)，須采用隔熱和防火措施。

7、鋼材耐腐蝕性差，低溫冷脆。二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍1、大跨度結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)橋梁天津體育場千年穹頂西班牙迪加航空港上海會展中心國家大劇院“鳥巢”單層廠房多層工業(yè)廠房2.工業(yè)廠房梯形屋架3.承受動力荷載及地震作用的結(jié)構(gòu)帝王大廈4.高層建筑與高聳結(jié)構(gòu)

高寬比限制：高層建筑2～6高聳結(jié)構(gòu)由工藝決定金茂大廈88層420米北京財(cái)富中心東京千年塔迪拜塔帝國大廈5.道路、橋梁結(jié)構(gòu)6.水利、水工結(jié)構(gòu)海上石油平臺(1)波紋拱殼結(jié)構(gòu)7.輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)(2)門式剛架結(jié)構(gòu)（3）多層輕型房屋建筑活動車庫8.可拆卸、移動房屋及移動結(jié)構(gòu)9.構(gòu)筑物10.建筑小品§1.2鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法一、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變1.容許應(yīng)力方法

從20世紀(jì)初到20世紀(jì)50年代，鋼結(jié)構(gòu)采用安全系數(shù)法設(shè)計(jì)，即:N--構(gòu)件截面的內(nèi)力；A--構(gòu)件截面幾何特征；f--鋼材的最大強(qiáng)度；[σ]--鋼材的容許應(yīng)力；k--大于1的安全系數(shù)，用以考慮各種不定性，憑工程經(jīng)驗(yàn)取值。特點(diǎn):計(jì)算簡單；但沒有與抗力和作用的變異性相聯(lián)系。2.概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法(1)極限狀態(tài)：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(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，此特定狀態(tài)稱為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。(2)

極限狀態(tài)分為兩類：b.正常使用極限狀態(tài):包括：影響正常使用或外觀的變形、影響正常使用的振動、影響正常使用的或耐久性的局部破壞等狀態(tài)。a.承載能力極限狀態(tài):包括：強(qiáng)度破壞、疲勞破壞、不適于繼續(xù)承載的變形、失穩(wěn)、傾覆、變?yōu)闄C(jī)動體系等狀態(tài)。

(3)根據(jù)應(yīng)用概率分析的程度不同，可分為三種水準(zhǔn)：

半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法;近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法;（現(xiàn)行規(guī)范采用方法）全概率設(shè)計(jì)方法。a.半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法;1).三系數(shù)法（當(dāng)時(shí)稱為計(jì)算極限狀態(tài)法）

:1957年至1973年我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用半概率的分項(xiàng)系數(shù)法,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中引入三個(gè)分項(xiàng)系數(shù)，即:荷載分項(xiàng)系數(shù)--考慮荷載的不定性;

材料分項(xiàng)系數(shù)--考慮材料的不均性;

工作條件系數(shù)--考慮結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的工作特點(diǎn)以及某些假定的計(jì)算簡圖與實(shí)際情況不完全相符等因素。2)半經(jīng)驗(yàn)半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法(容許應(yīng)力法）

N--構(gòu)件截面的內(nèi)力；A--構(gòu)件截面幾何特征；K1--荷載系數(shù)；K2--材料系數(shù);K3--調(diào)整系數(shù)；fyk--鋼材的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；[σ]--鋼材容許應(yīng)力b、近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

（現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017－2003)）

結(jié)構(gòu)工作性能可用結(jié)構(gòu)的“功能函數(shù)”來描述：

Z＝g（X1，X2，…，Xn）

（1－3）

式中：g（·）--結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)；Xi(i＝1，2,…,n)--影響結(jié)構(gòu)可靠性的各物理量。

將各因素概括為兩個(gè)綜合隨機(jī)變量--結(jié)構(gòu)的抗力R、

作用效應(yīng)S，則公式（1-3）可以寫成：

Z＝g（R，S）＝R－S

（1-4）在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，可能出現(xiàn)下列三種情況：

Z＞0表示結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；Z＝0表示結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)Z＜0表示結(jié)構(gòu)處于失效狀態(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)，為此，通常將下式：

Z＝g(R，S)＝R－S＝0

(1-5)

稱為極限狀態(tài)方程。結(jié)構(gòu)能完成預(yù)定功能的概率(可靠度)用Ps表示，則：Ps＝P{Z≥0}（1-6）結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率(失效概率)用Pf表示，則：Pf＝P{Z<