《水工钢结构》PPT课件.ppt

《《水工钢结构》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《水工钢结构》PPT课件.ppt（198页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、水水工工钢钢结结构构 Hydraulic Steel Structuresv可再生能源学院可再生能源学院v许桂生许桂生 绪论绪论(Introduction)v1 课程的性质和任务v2 钢结构的特点v3 钢结构的应用v4 钢结构设计的要求v5 水工钢结构的发展主要内容主要内容：华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构课程概况课程概况v钢结构是土木工程专业的主要专业课之一，也是水工、港航、海工、农水等水利类专业的专业基础课。钢结构是当前我国重点推广和发展的结构形式。v钢结构是采用钢材制作而成的结构，是建筑工程的主要结构 形式之一。课程的主要内容包括材料、连接、基本构件三大部分。不同结构形式都是由基本构

2、件联结而成，基本构件的核心问题是稳定问题。v本课程为2学分,计划 授课32学时。本课程课堂授课结束后集中安排一周的课程设计。1课程的性质和任务课程的性质和任务华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构课程特点与学习要求课程特点与学习要求v本课程是结构工程中按材料划分出来的一门学科，先修课程有：材料力学、结构力学以及概率统计等。v本课程的主要任务是：着重学习（水工）钢结构的基本理论与基本知识，掌握（水工）钢结构的选材、构造原理、计算方法与结构布置原则。能设计简单的（水工）钢结构构件，对（水工）钢结构的新发展有一定的了解。v本课程的特点是：大家对钢结构的感性认识少，结构构造复杂，理论性强（特别是稳定理论

3、）。v多看书，搞清空间构造，加强感性认识；多作题，避免眼高手低。1课程的性质和任务课程的性质和任务华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构v平时成绩占30 期末考试占70，其中平时成绩主要包括作业、考勤、课堂表现等方面；许桂生水利水电教研室 主楼B620 TEL:61772453课程的意义、成绩评定课程的意义、成绩评定1课程的性质和任务课程的性质和任务华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构水工水工钢结构设计的有关规范钢结构设计的有关规范v钢结构设计规范钢结构设计规范 GB50017-2003v建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068-2001v建筑结构荷载规范建筑结构荷载

4、规范 GB50009-2001v水利水电工程结构可靠度设计统一标准 GB5019994v水工建筑物荷载设计规范 DL5077-1997v水利水电工程钢闸门设计规范 SL74-951课程的性质和任务课程的性质和任务华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构钢结构基本概念钢结构基本概念v钢结构：由钢材通过连接而成的承载结构。由钢材通过连接而成的承载结构。v钢材：通常指型钢和钢板；钢丝绳或钢丝束。通常指型钢和钢板；钢丝绳或钢丝束。v型钢：具有一定几何尺寸等级规格的轧制钢材，比较常见具有一定几何尺寸等级规格的轧制钢材，比较常见的角钢、工字钢、槽钢、的角钢、工字钢、槽钢、T型钢等型钢等(P26)。v连接：焊缝

5、连接、螺栓连接、铆钉连接等焊缝连接、螺栓连接、铆钉连接等(Ch3)。1课程的性质和任务课程的性质和任务华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构钢与铁钢与铁v钢是一种铁碳合金，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般钢是一种铁碳合金，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过不超过2%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。磷等。铁矿石高炉生铁钢炼钢炉v一般生铁的含碳量大于一般生铁的含碳量大于2，钢的含碳量小于，钢的含碳量小于2。1课程的性质和任务课程的性质和任务华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构1承载能力大承载能力大钢材强度高，重量轻，在结构重量相同时，钢结

6、构的承载能钢材强度高，重量轻，在结构重量相同时，钢结构的承载能力更大。力更大。2稳妥可靠稳妥可靠(1)钢材在使用阶段接近理想弹塑性体，这使得理论计算与实际情钢材在使用阶段接近理想弹塑性体，这使得理论计算与实际情况相吻合。况相吻合。(2)钢材具有良好的塑性和韧性，不会因偶然的超载而破坏，对动钢材具有良好的塑性和韧性，不会因偶然的超载而破坏，对动力荷载适应性强。力荷载适应性强。2钢结构的特点钢结构的特点华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构3工业化生产，施工周期短工业化生产，施工周期短钢结构构件一般可以在工厂由专门机具加工，生产效率高，且不受气钢结构构件一般可以在工厂由专门机具加工，生产效率高，且不

7、受气候影响。候影响。4密闭性好密闭性好钢材本身组织致密，因而具有良好的气密性和水密性。钢材本身组织致密，因而具有良好的气密性和水密性。5耐热不耐火耐热不耐火钢材在钢材在200oC以下时性能变化很小，但在温度超过以下时性能变化很小，但在温度超过300oC后强度和弹后强度和弹性模量会显著下降。性模量会显著下降。6耐腐蚀性差耐腐蚀性差新建钢结构，一般都需要采用油漆、喷铝、镀锌等进行防绣涂装，在新建钢结构，一般都需要采用油漆、喷铝、镀锌等进行防绣涂装，在涂装前需认真除锈，以后定期涂装，所以维护费用较高，这是钢结构的主涂装前需认真除锈，以后定期涂装，所以维护费用较高，这是钢结构的主要缺点。要缺点。2钢结

8、构的特点钢结构的特点华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构l活动式结构：活动式结构：闸门、升船机等；闸门、升船机等；l装拆式结构：装拆式结构：钢模板、砼搅拌楼等；钢模板、砼搅拌楼等；l密封结构：密封结构：压力管道、贮液罐、贮气罐等；压力管道、贮液罐、贮气罐等；l高耸结构：高耸结构：电视塔、微波塔等；电视塔、微波塔等；l大跨度结构：大跨度结构：桥梁、体育馆等；桥梁、体育馆等；l海工钢结构：海工钢结构：钻井、采油平台等。钻井、采油平台等。3钢结构的应用钢结构的应用华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构泸定桥位于四川省泸定县境内，始建于1705，桥身由13根铁索组成，东西桥台之间净跨100米、铁索长10

9、1.67米、桥宽2.7米。泸定桥华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构玉玉泉泉寺寺在在湖湖北北省省当当阳阳城城西西1 15 5公公里里的的玉玉泉泉山山东东麓麓，始始建建于于东东汉汉末末年年，为为我我国国历历代代著著名名的的佛佛教教寺寺院院之之一一。玉泉寺铁塔华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构艾艾菲菲尔尔铁铁塔塔华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构陕西铜川天然气公司1000立方米天然气球罐大连西太平洋石化有限公司1500立方米CF-62钢球罐华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构三峡挡水闸门吊装三峡挡水闸门吊装华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构桥桥华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构武汉长江大桥

10、武汉长江大桥华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构武汉长江二桥武汉长江二桥华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构汉诺威汉诺威AWD球场球场华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构国家体育场国家体育场(鸟巢鸟巢）全景效果图全景效果图华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构v建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001)规定：结构规定：结构的可靠度应采用以概率论为基础的的可靠度应采用以概率论为基础的极限状态设计方法极限状态设计方法分析确定。分析确定。v钢结构和其他建筑结构一样，遵循钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统一标准统一标准”要求。除要求。除疲劳疲劳计算外，计算外，钢结构

11、设计规范钢结构设计规范(GB50017-2003)采用以采用以概率理概率理论为基础的极限状态设计方法论为基础的极限状态设计方法，用分项系数用分项系数的设计表达式进行的设计表达式进行计算。计算。v水工钢结构的设计目前仍采用容许应力法。水工钢结构的设计目前仍采用容许应力法。4钢结构设计的要求钢结构设计的要求华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构钢结构设计规范钢结构设计规范钢结构设计规范钢结构设计规范(GB50017-2003)(GB50017-2003)(GB50017-2003)(GB50017-2003)第第第第1 1 1 1章总则第条明确章总则第条明确章总则第条明确章总则第条明确指出：指出：指

12、出：指出：“为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全使用、确保质量，特制定做到技术先进、经济合理、安全使用、确保质量，特制定做到技术先进、经济合理、安全使用、确保质量，特制定做到技术先进、经济合理、安全使用、确保质量，特制定本规范本规范本规范本规范”。也就是说，力求用。也就是说，力求用。也就是说，力求用。也就是说，力求用最经济最经济最经济最经济的方法，使所建结构的方法，使所建结构的方法，使所建结构的方法，使所建结构满足下列满足下列满

13、足下列满足下列基本功能基本功能基本功能基本功能要求：要求：要求：要求：4钢结构设计的要求钢结构设计的要求华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构（1）安全性安全性结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的各种作用的能力，以及在偶然事件（如地震、爆炸）出现的各种作用的能力，以及在偶然事件（如地震、爆炸）发生时及发生后，仍保持必要的整体稳定性的能力。发生时及发生后，仍保持必要的整体稳定性的能力。（2）适用性）适用性结构在正常使用条件下，满足预定使用要求的结构在正常使用条件下，满足预定使用要求的能力。能力。（3）耐久性）耐久性结构在正常维护条件下，随时间变化而

14、仍能满结构在正常维护条件下，随时间变化而仍能满足预定功能要求的能力。足预定功能要求的能力。结构的安全性、适用性和耐久性总称为结构的结构的安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性。可靠性。4钢结构设计的要求钢结构设计的要求华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构我国钢结构的发展概况我国钢结构的发展概况根据考古发现，我国在春秋时期已经开始使用人工制铁。根据考古发现，我国在春秋时期已经开始使用人工制铁。公元前公元前6070年，已建成铁链桥。比较著名的铁链桥有云年，已建成铁链桥。比较著名的铁链桥有云南的沅江桥、贵州的盘江桥、四川的泸定桥。南的沅江桥、贵州的盘江桥、四川的泸定桥。此外，还建有不少铁塔，如湖北

15、荆州的玉泉寺铁塔、江苏此外，还建有不少铁塔，如湖北荆州的玉泉寺铁塔、江苏镇江的甘露寺铁塔等。镇江的甘露寺铁塔等。5钢结构的发展钢结构的发展华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构新中国钢结构的发展新中国钢结构的发展l桥梁方面：1957年的武汉长江大桥；年的武汉长江大桥；1968年的南京长江大桥；年的南京长江大桥；1992年年的九江长江大桥；的九江长江大桥；1993年的上海杨浦大桥；年的上海杨浦大桥；1996年的西陵长江大桥等。年的西陵长江大桥等。l公用与民用建筑：首都体育馆（跨度首都体育馆（跨度99m平板）；上海体育馆（直径平板）；上海体育馆（直径110m平板网架结构）；秦俑陈列馆（跨度平板网架结

16、构）；秦俑陈列馆（跨度70m的三铰拱钢结构）的三铰拱钢结构）。l塔桅结构：北京环境气象桅杆（北京环境气象桅杆（1977，325m）；上海东方明珠电视塔）；上海东方明珠电视塔（1995，468m）。）。l水工结构：葛洲坝葛洲坝2号船闸人字钢闸门（号船闸人字钢闸门（349.72.5m，重，重600t）；三）；三峡永久船闸人字钢闸门（峡永久船闸人字钢闸门（38.520.23.0m，重，重1904t）；三峡升船机；三峡升船机承船厢承船厢（钢质开口槽形梁格结构，（钢质开口槽形梁格结构，1322310m，过船吨位，过船吨位3000t）。5钢结构的发展钢结构的发展华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构钢结构的

17、发展趋势钢结构的发展趋势1.高性能钢材的研制高性能钢材的研制2.设计方法和计算理论的改进设计方法和计算理论的改进3.结构形式的革新结构形式的革新5钢结构的发展钢结构的发展钢结构具有的优越特点，使它成为一种比较理想的结构。随着我国现钢结构具有的优越特点，使它成为一种比较理想的结构。随着我国现代化建设的发展和钢产量的增加，钢结构的应用将会有很大发展，钢结构代化建设的发展和钢产量的增加，钢结构的应用将会有很大发展，钢结构工程的科学技术水平也将进一步提高，其发展趋势为：工程的科学技术水平也将进一步提高，其发展趋势为：华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构1.高性能钢材的研制高性能钢材的研制钢结构的突出特

18、点就是钢材的强度高，因此特别适用钢结构的突出特点就是钢材的强度高，因此特别适用于大跨度和承受大的荷载，采用高强度钢材，更能发挥钢于大跨度和承受大的荷载，采用高强度钢材，更能发挥钢结构这一优势。为保证必要的塑性、韧性和可焊性，钢结结构这一优势。为保证必要的塑性、韧性和可焊性，钢结构用的高强度钢一般都是低合金钢。构用的高强度钢一般都是低合金钢。5钢结构的发展钢结构的发展华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构我国高性能钢材的研制和应用我国高性能钢材的研制和应用屈服点为屈服点为345N/mm2的的16锰钢锰钢南京长江大桥南京长江大桥屈服点为屈服点为390N/mm2的的15锰钒钢锰钒钢屈服点为屈服点为41

19、0N/mm2的的15锰钒氮钢锰钒氮钢九江长江大桥九江长江大桥国外高强度钢的发展国外高强度钢的发展日本、美国、前苏联都已把屈服点为日本、美国、前苏联都已把屈服点为700N/mm2以上的钢列入了规范，以上的钢列入了规范，如何研制高强度钢并合理应用是一个重要课题。如何研制高强度钢并合理应用是一个重要课题。另外，耐腐蚀钢、宽翼缘工字型钢、方钢管、压型钢板、冷弯薄壁型钢另外，耐腐蚀钢、宽翼缘工字型钢、方钢管、压型钢板、冷弯薄壁型钢等都能较好发挥钢材的效能，得到较好的经济效果，有着广阔的发展前景。等都能较好发挥钢材的效能，得到较好的经济效果，有着广阔的发展前景。5钢结构的发展钢结构的发展华北电力大学华北电

20、力大学钢结构钢结构2.设计方法和计算理论的改进设计方法和计算理论的改进统一标准统一标准和现行和现行钢规钢规都要求采用以概率论为基础的极限状态设计都要求采用以概率论为基础的极限状态设计法，这是通过大量理论研究和试验分析取得的成果，但是还有很多问题需法，这是通过大量理论研究和试验分析取得的成果，但是还有很多问题需要进一步研究和完善，有大量的工作需要继续完成。要进一步研究和完善，有大量的工作需要继续完成。例如实际构件和几何缺陷的统计分析，残余应力的分布，机会缺陷和残余实际构件和几何缺陷的统计分析，残余应力的分布，机会缺陷和残余应力对承载力继续状态的影响；应力对承载力继续状态的影响；受压构件的极限承载

21、力及其影响因素；受压构件的极限承载力及其影响因素；多次重复荷载和动力作用下构件和结构的极限状态；多次重复荷载和动力作用下构件和结构的极限状态；钢材的塑性利用和板件屈服后的强度问题等等。钢材的塑性利用和板件屈服后的强度问题等等。5钢结构的发展钢结构的发展华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构3.结构形式的革新结构形式的革新（1）计算理论和计算手段的进步以及新材料新工艺的出现，为钢结构形式计算理论和计算手段的进步以及新材料新工艺的出现，为钢结构形式的革新提供了条件。的革新提供了条件。网架一类的杆件多而超静定结构次数又多的空间结构网架一类的杆件多而超静定结构次数又多的空间结构 大跨度悬索结构和斜拉结构

22、大跨度悬索结构和斜拉结构 预应力钢结构预应力钢结构 钢和混凝土组合结构钢和混凝土组合结构（2）结构形式革新的另一种形式是把梁、拱、悬索等不同受力类型的结结构形式革新的另一种形式是把梁、拱、悬索等不同受力类型的结构融于同一结构。构融于同一结构。九江长江大桥九江长江大桥 北京北郊综合体育馆北京北郊综合体育馆 亚运村游泳馆亚运村游泳馆5钢结构的发展钢结构的发展华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构 （3）随着高强度螺栓和焊接技术的发展，铆接结构已被栓焊或全焊结构代随着高强度螺栓和焊接技术的发展，铆接结构已被栓焊或全焊结构代替。替。厂房钢结构、塔桅结构、网架结构中广泛应用了高强度螺栓连接；厂房钢结构、塔

23、桅结构、网架结构中广泛应用了高强度螺栓连接；西陵长江大桥的箱型加劲梁采用了全焊接结构；西陵长江大桥的箱型加劲梁采用了全焊接结构；孙口黄河大桥桁梁采用了整体焊接节点、节点外拼接的新的型式。孙口黄河大桥桁梁采用了整体焊接节点、节点外拼接的新的型式。（4）高层建筑钢结构的研究高层建筑钢结构的研究近年来，我国已建成一批高层建筑，如：近年来，我国已建成一批高层建筑，如：上海锦江饭店分馆上海锦江饭店分馆 （153m153m）深圳发展中心大厦深圳发展中心大厦 （165m165m）北京京广中心大厦北京京广中心大厦 （208m208m）我国钢结构事业发展很快，结构革新在科研、设计、材料、制造加工、我国钢结构事业

24、发展很快，结构革新在科研、设计、材料、制造加工、安装建设等方面还有许多工作要做。安装建设等方面还有许多工作要做。5钢结构的发展钢结构的发展华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构vCH1绪论绪论vCH2钢结构的材料和计算方法钢结构的材料和计算方法vCH3钢结构的连接钢结构的连接vCH4钢梁钢梁vCH5钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆vCH6钢桁架钢桁架vCH7平面钢闸门平面钢闸门水水工工钢钢结结构构华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构Ch2钢结构的材料和计算方法钢结构的材料和计算方法v1 钢材的主要性能v2 影响钢材机械性能的主要因素v3 钢材的疲劳v4 建筑钢的种类、牌号及选用v5 轧成钢材的规格及用途

25、v6 钢结构的计算方法华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构1 钢材的主要性能钢材的主要性能一、一次单向拉伸试验曲线一、一次单向拉伸试验曲线 fBACD华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构钢材的两种破坏形式：钢材的两种破坏形式：v脆性破坏在一定条件下，未产生警示性的塑性变形在一定条件下，未产生警示性的塑性变形而突然发生的脆性断裂。而突然发生的脆性断裂。v塑性破坏在应力达到抗拉强度在应力达到抗拉强度fu后产生很大的塑性后产生很大的塑性变形而发生的断裂。变形而发生的断裂。1 钢材的主要性能钢材的主要性能华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构二、钢材的主要性能二、钢材的主要性能强度强度fy强度设计标准值

26、，设计依据；强度设计标准值，设计依据；fu钢材的最大承载强度，安全储备。钢材的最大承载强度，安全储备。塑性塑性u，钢材产生塑变时而不发生脆性断裂的能力，便于内力重分布，钢材产生塑变时而不发生脆性断裂的能力，便于内力重分布，吸收能量，重要指标。吸收能量，重要指标。冷弯性能冷弯性能90o、180o，在冷加工过程中产生塑性变形时，对产生裂纹的敏在冷加工过程中产生塑性变形时，对产生裂纹的敏感性，是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标。感性，是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标。韧性韧性冲击韧性冲击韧性k，钢材在一定温度下塑变及断裂过程中吸收能量的能力，钢材在一定温度下塑变及断裂过程中吸收能量的能力，用于表征

27、钢材承受动力荷载的能力（动力指标），按常温（用于表征钢材承受动力荷载的能力（动力指标），按常温（20o）、）、零温零温（0o）、负温（负温（-20o、-40o）区分区分。1 钢材的主要性能钢材的主要性能华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构二、钢材的主要性能二、钢材的主要性能可焊性可焊性表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的能力不产生裂纹，表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的能力不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求。焊缝影响区材性满足有关要求。抗腐蚀性抗腐蚀性钢材腐蚀速度是研究钢材腐蚀和抗腐蚀的重要指标，一般可钢材腐蚀速度是研究钢材腐蚀和抗腐蚀的重要指标，一般可按钢材每年腐蚀厚度的毫米数或单位时

28、间内单位面积腐蚀减损的重量来按钢材每年腐蚀厚度的毫米数或单位时间内单位面积腐蚀减损的重量来表示。（水工）钢结构常用的防腐措施：表示。（水工）钢结构常用的防腐措施：(a)涂料防护涂料防护(b)喷镀保护喷镀保护(c)电化学保护电化学保护1 钢材的主要性能钢材的主要性能华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构2影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素1、化学成份、化学成份2、冶炼及轧制、冶炼及轧制3、冷作硬化与时效硬化、冷作硬化与时效硬化4、复杂应力与应力集中、复杂应力与应力集中5、残余应力、残余应力6、温度、温度华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构1、化学成份的影响化学成份的影响 基本成份为基本成

29、份为Fe，炭钢中含量占，炭钢中含量占99，C、Si、Mn为杂质元素，为杂质元素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。为冶炼过程中不易除尽的有害元素。C：含：含C使强度使强度塑性、韧性、可焊性塑性、韧性、可焊性，应控制在，应控制在0.20%。Si：含：含Si适量使强度适量使强度 其它影响不大，有益，应控制其它影响不大，有益，应控制0.10.3%Mn：含：含Si适量使强度适量使强度 降低降低S、O的热脆影响，改善热加工性能，对其它的热脆影响，改善热加工性能，对其它性能影响不大，性能影响不大，有益有益。S：含量含量使强度使强度塑性、韧性、冷弯性能、可焊性塑性、韧性、冷弯性能、可焊性；高温时

30、使钢材变脆高温时使钢材变脆热脆现象热脆现象。P：低温时使钢材变脆低温时使钢材变脆冷脆现象冷脆现象；其它同；其它同SO、N：O同同S；N同同P，控制含量控制含量0.008%2影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构2、冶炼与轧制的影响冶炼与轧制的影响冶冶炼的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用Mn为脱氧剂，时间为脱氧剂，时间快，价格低，质量差；镇静钢用快，价格低，质量差；镇静钢用Si为脱氧剂，时间慢，价为脱氧剂，时间慢，价格高，质量好。格高，质量好。反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以使钢材中的气反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可

31、以使钢材中的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密实，晶粒孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性能提高。细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性能提高。2影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构3、冷作硬化与时效硬化冷作硬化与时效硬化由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性下降，由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性下降，脆性增加的现象称之为脆性增加的现象称之为硬化现象硬化现象。冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生塑性变冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生塑性变形从而

32、使钢材变硬的现象称之为形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化冷作硬化。钢材中的钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形成碳化随着时间的增长和温度的变化，而形成碳化物和氮化物，使钢材变脆的物和氮化物，使钢材变脆的“老化老化”现象称之为现象称之为时效硬化时效硬化。2影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构4、复杂应力与应力集中的影响复杂应力与应力集中的影响钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应力场时则

33、相反。力场时则相反。钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而使构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增使构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增大并多为同号应力场。大并多为同号应力场。2影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构5 5、残余应力的影响残余应力的影响钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自相钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自相平衡的内力平衡的内力,残余应力虽对构件的强度无影响，但对构件的残余应力虽对构件的强度无影响，但对构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承

34、载力产生不利影响变形（刚度）、疲劳以及稳定承载力产生不利影响。2影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构6、温度的影响 温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。n正温影响正温影响总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧性总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧性提高，这一现象称之为提高，这一现象称之为热塑现象热塑现象，温度达，温度达600o左右时，钢左右时，钢材的强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于进行热材的强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于进行热加工，此温度称之为加工，此温度称之为热

35、煅温度热煅温度。需要说明：钢材在需要说明：钢材在300o左右时，强度提高，塑性、韧性下左右时，强度提高，塑性、韧性下降，钢材表面呈蓝色，这一反覆现象称之为降，钢材表面呈蓝色，这一反覆现象称之为蓝脆现象蓝脆现象。钢。钢材在材在300o以上时应采取以上时应采取隔热措施隔热措施。2影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构6、温度的影响 温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。n负温影响负温影响随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆性增大，称之为性增大，称之为低

36、温冷脆低温冷脆，当温度降至某一特定温度时，当温度降至某一特定温度时钢材的脆性急剧增大，称此温度点为钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度转脆温度。2影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构v钢材在钢材在交变应力作用下作用下，在远低于抗拉强度时突然发生断裂在远低于抗拉强度时突然发生断裂的现象，称为的现象，称为疲劳破坏。v疲劳破坏的特点疲劳破坏的特点：当：当重复荷载的循环次数的循环次数n达到某定值时，达到某定值时，在钢材中的应力虽然低于抗拉极限强度，甚至还低于屈服点，在钢材中的应力虽然低于抗拉极限强度，甚至还低于屈服点，也会提前发生也会提前发生突然脆性断裂

37、。破坏时塑性变形极小。破坏时塑性变形极小。3钢材的疲劳钢材的疲劳华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构疲劳破坏的机理疲劳破坏的机理 钢结构的疲劳断裂是裂纹在连续重复荷载作用下不断扩展以至断裂的脆性破坏。疲劳破坏经历三个阶段：裂纹的形成，裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂。与疲劳破坏有关的几个概念与疲劳破坏有关的几个概念 应力集中应力集中 钢结构构件中存在的孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度变化、形状变化、内部缺陷等使一些区域产生局部高峰应力的现象。3钢材的疲劳钢材的疲劳华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构v应力循环连续重复荷载之下应力从最大到最小重复一周叫连续重复荷载之下应力从最大到最小重复一周叫做一个循环

38、。应力循环特征常用应力比来表示，拉应力取正做一个循环。应力循环特征常用应力比来表示，拉应力取正值，压应力取负值。值，压应力取负值。v应力幅应力幅表示应力变化的幅度，用应力幅表示应力变化的幅度，用 =max-min表表示，应力幅总是正值。示，应力幅总是正值。v疲劳寿命（致损循环次数）疲劳寿命指在连续反复荷载作疲劳寿命指在连续反复荷载作用下应力的循环次数，一般用用下应力的循环次数，一般用n表示。表示。3钢材的疲劳钢材的疲劳华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构3钢材的疲劳钢材的疲劳华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构3钢材的疲劳钢材的疲劳华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构3钢材的疲劳钢材的疲劳华北

39、电力大学华北电力大学钢结构钢结构一、钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类一、钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类v钢材牌号由：“Q、屈服点值、质量等级、脱氧方法”四部分组成。lQ：表示“屈”字拼音首位字母，意为“屈服强度”；l质量等级：分AE五级（字序越高质量越好）；l脱氧方法：F沸腾钢；Z镇静钢（一般省略）；b半镇静钢；TZ特殊镇静钢。注：碳素结构钢分：A、B、C、D 四级，含所有脱氧方法；低合金结构钢分：A、B、C、D、E五级，只有镇静钢和特殊镇静钢。结构用钢宜选碳素结构钢中的Q235及低合金钢中的Q345、Q390、Q420四种钢材。4建筑钢的种类、牌号及选用建筑钢的种类、牌号及选用华北电力

40、大学华北电力大学钢结构钢结构二、结构用钢的选择二、结构用钢的选择1.钢材的质量和性能，由钢材力学性能中的抗拉强度fu、屈服强度fy、伸长率5（10）、冷弯180o及冲击韧性k，化学成分C、S、P等的极限含量，以及冶炼脱氧方法来衡量。选材时应根据结构的重要性、荷载性质（静、动）、连接方法、工作温度等因素来综合考虑以选择适宜钢材。2.一般承重结构应有fu、fy、5以及C（0.22%）、S、P的极限含量合格保证；焊接及重要的非焊接承重结构还应具备冷弯180o合格保证（C0.2%）；承受动力荷载需要验算结构疲劳强度时,还应根据具体情况增加对k的不同要求。4建筑钢的种类、牌号及选用建筑钢的种类、牌号及选

41、用华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构v钢板：厚钢板、薄钢板、扁钢。钢板：厚钢板、薄钢板、扁钢。v型钢（热轧成型）：角钢、工字钢、型钢（热轧成型）：角钢、工字钢、H型钢、槽钢、型钢、槽钢、T型钢、钢管等。型钢、钢管等。v冷弯薄壁型钢：采用薄钢板冷轧制成。冷弯薄壁型钢：采用薄钢板冷轧制成。钢材的规格钢材的规格5轧成钢材的规格及用途轧成钢材的规格及用途华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构5轧成钢材的规格及用途轧成钢材的规格及用途华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构（1）安全性 结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的各种作用的能力，以及在偶然事件（如地震、爆炸）发生时及发生后，仍保持必要的整

42、体稳定性的能力。（2）适用性 结构在正常使用条件下，满足预定使用要求的能力。（3）耐久性 结构在正常维护条件下，随时间变化而仍能满足预定功能要求的能力。结构的安全性、适用性和耐久性总称为结构的结构的安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性可靠性。钢结构的设计要求钢结构的设计要求钢结构的设计要求钢结构的设计要求6钢结构的计算方法钢结构的计算方法v统一标准统一标准：结构可靠度：结构可靠度结构在规定的时间内、在规定的条件下，结构在规定的时间内、在规定的条件下，完成预定功能的概率。完成预定功能的概率。v钢规钢规：除疲劳计算外，应采用以概率理论为基础的极限状态设计法，：除疲劳计算外，应采用以概率理论为基

43、础的极限状态设计法，用分项系数设计表达式进行计算。用分项系数设计表达式进行计算。华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构钢结构设计规范钢结构设计规范6钢结构的计算方法钢结构的计算方法华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构结构设计准则：结构设计准则：结构由各种作用所产生的结构由各种作用所产生的效应效应（内力和变形）（内力和变形）不不大于大于结构（包括连接）由材料性能和几何因素等所确定的结构（包括连接）由材料性能和几何因素等所确定的抗力或规抗力或规定限值定限值问题及矛盾：问题及矛盾：荷载大小、材料强度、截面尺寸、计算模式、施工荷载大小、材料强度、截面尺寸、计算模式、施工质量等因素均为随机变量（或随机过程

44、）不确定，导致质量等因素均为随机变量（或随机过程）不确定，导致结构效应结构效应与与抗力抗力均为随机变量，不可能保证百分之百保证结构效应小于抗力或均为随机变量，不可能保证百分之百保证结构效应小于抗力或规定限值，只能作一定的概率保证。规定限值，只能作一定的概率保证。结构设计概述结构设计概述6钢结构的计算方法钢结构的计算方法华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构容许应力法容许应力法（建国初（建国初1957年）年）v把钢材可以使用的最大强度，除以一个笼统的安全系数作为结构设计计把钢材可以使用的最大强度，除以一个笼统的安全系数作为结构设计计算时构件容许达到的最大应力，即容许应力法：算时构件容许达到的最大应

45、力，即容许应力法：N构件的内力；S截面几何特性；s钢材屈服强度；K总安全系数；构件的计算应力式中：优点：简单、明确简单、明确缺点：太笼统太笼统。各构件的可靠程度各不相同，而整个结构取决于可靠度最小的构件华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构半概率法半概率法（1957年年1988年）年）三个系数的极限状态计算方法（三个系数的极限状态计算方法（1957年年1974年）年）以结构极限状态为依据，多系数分析后用单一设计安全系数的容许应力计以结构极限状态为依据，多系数分析后用单一设计安全系数的容许应力计算方法（算方法（1974年年1988年）年）材料强度概率：荷载概率：材料强度和荷载的标准值材料强度和荷载

46、的平均值材料强度和荷载的标准差材料强度和荷载的保证系数华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构优点：对结构可靠性的处理有所改进缺点：对荷载、材料性能等的处理都取一个经验定值，因为这对结构可靠度的研究仅处于以经验为基础的定性分析阶段式中：根据标准荷载求得的内力；屈服强度；构件几何特性；、分别为荷载系数、材料系数和调整系数安全系数；钢材的容许应力半概率法半概率法（1957年年1988年）年）华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构水工钢结构：钢闸门、压力钢管、拦污栅、升船机等。水利水电工程钢闸门设计规范SL74-95船闸总体设计规范JTJ305-2001水电站压力钢管设计规范SL281-2003水工钢结构

47、采用容许应力法容许应力法进行设计，实质上属于半概率、半经验的极限状态设计法。水工钢结构的设计水工钢结构的设计半概率法半概率法（1957年年1988年）年）华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构概率论为基础概率论为基础概率极限状态设计方法概率极限状态设计方法结构可靠度研究由以经验为基础的定性分析阶段推进到以概结构可靠度研究由以经验为基础的定性分析阶段推进到以概率论和数理统计为基础的定量分析阶段率论和数理统计为基础的定量分析阶段近似的概率设计法近似的概率设计法（分析中忽略和简化了基本变量随时间变（分析中忽略和简化了基本变量随时间变化的关系，所以确定基本变量分布时有相当程度的近似性，化的关系，所以确定

48、基本变量分布时有相当程度的近似性，且进行了线性化简化计算且进行了线性化简化计算）概率极限状态设计概率极限状态设计(一次二阶矩一次二阶矩)法法（1988年年）华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构极限状态极限状态：实质上是结构可靠与不可靠的界限，故也可实质上是结构可靠与不可靠的界限，故也可称为称为“界限状态界限状态”；对于结构的各种极限状态，均应规定；对于结构的各种极限状态，均应规定明确的标志或限值明确的标志或限值两类极限状态两类极限状态：（1）承载能力极限状态承载能力极限状态包括：构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度包括：构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载，结构和构件丧

49、失稳定，结构转变为机动体系和结构倾变形而不适于继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆覆（2）正常使用极限状态正常使用极限状态包括：影响结构、构件和非结构构件正常使用或耐包括：影响结构、构件和非结构构件正常使用或耐久性能的局部损坏（包括组合结构中混凝土裂缝）久性能的局部损坏（包括组合结构中混凝土裂缝）概率极限状态设计法概率极限状态设计法（1988年年）华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构功能函数功能函数式中Z=g()结构的功能函数；xi(i=1,2,n)影响结构或构件可靠度的基本变量仅有作用效应S和结构抗力R两个基本变量时结构的功能函数可表为：荷载效应S：取决于各种荷载（恒载

50、、活载、风、地震作用、温度变化等）结构或构件的承载力或抗力R：取决于材料、构件的几何特性等概率极限状态设计法概率极限状态设计法（1988年年）华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构由于由于R R和和S S都是随机变量，其函数都是随机变量，其函数Z Z也是一个随机变量。三种可能状态：也是一个随机变量。三种可能状态：结构可靠度：结构可靠度：结构在规定时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率结构在规定时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率若以ps表示结构的可靠度 则：若以pf表示结构的失效概率 则：概率极限状态设计法概率极限状态设计法（1988年年）华北电力大学华北电力大学钢结构钢结构Z的概率密