第一章 钢结构的材料和计算方法优秀课件.ppt

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1、第一章 钢结构的材料和计算方法第1页，本讲稿共66页钢材的生产 钢材的生产一、炼铁 一、炼铁氧化物 生铁 二、炼钢 二、炼钢 含碳量在2.06以下的铁碳合金称为碳素钢。高炉 一氧化碳、碳 炼钢炉：转炉、平炉和电炉 转炉：使用高压空气或氧气将碳和杂质氧化 三、钢材的浇注和脱氧 三、钢材的浇注和脱氧 脱氧剂的不同：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢 新的冶炼技术：连续铸造法生产钢坯(连铸法)国内大钢厂已很少生产沸腾钢 钢材的生产大致可分为炼铁、炼钢和轧制三道工序。第2页，本讲稿共66页钢材的主要性能 第一节 钢材的主要性能n n建筑结构用钢的基本要求：建筑结构用钢的基本要求：(1)(1)较高的强

2、度：结构的承载力大，所需的截面小，较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻；结构的自重轻；(2)(2)较好的弹性、塑性及韧性：塑性好，不易发生较好的弹性、塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载；脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载；(3)(3)良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯性能良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯性能以及耐腐性能。以及耐腐性能。p p钢结构设计规范钢结构设计规范GB50017-2003GB50017-2003推荐承重结构用推荐承重结构用钢宜采用：碳素钢中的钢宜采用：碳素钢中的Q235Q235钢及低合金高强钢中的钢及低合金高强钢中

3、的Q345Q345、Q390Q390和和Q420Q420钢四种钢材。钢四种钢材。第3页，本讲稿共66页一、钢材的破坏形式一、钢材的破坏形式钢材的主要性能11、塑性破坏、塑性破坏22、脆性破坏、脆性破坏破坏前具有较大的塑性变形，常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。只有当构件中的应力达到抗拉强度后才会发生破坏，破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗。一般发生在静力荷载作用时。破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形，而突然迅速断裂。破坏后的断口平直，呈有光泽的晶粒状或有人字纹。钢材承受动力荷载情况下，常会发生低应力脆性破坏。脆性破坏往往是导致钢结构破坏的主要原因之一。第4页，本讲稿共66页二、钢

4、材的主要机械性能 二、钢材的主要机械性能nn强度强度n n 塑性 塑性nn冷弯性能冷弯性能n n 冲击韧性 冲击韧性钢材的主要性能单向静力拉伸试验：用规定形状和尺寸的标准件，在常温下以规定的加载速度施加荷载，试验结果用应力应变曲线表示。1、强度第5页，本讲稿共66页比例极限屈服点抗拉强度钢材的主要性能四个阶段:钢材一次单向拉伸时应力-应变曲线弹性阶段(OA)屈服阶段(AB)强化阶段(BC)破坏阶段(CD)第6页，本讲稿共66页（）弹性阶段（OA段）常用低碳钢的弹性模量常用低碳钢的弹性模量 E=2.0610 E=2.061022 Gpa Gpa。弹性变形在卸载后可以 弹性变形在卸载后可以完全恢复

5、完全恢复。试件发生弹性变形，应力试件发生弹性变形，应力 应变呈线性关系，应变呈线性关系，直线斜率为直线斜率为弹性模量弹性模量E E=/点相对应的应力为点相对应的应力为比例极限比例极限 f f pp第7页，本讲稿共66页（）屈服阶段（段）应力超过应力超过 f f p p 时，应变增加的速度大于应力增长速时，应变增加的速度大于应力增长速度，应力与应变不再成比例，开始产生塑性变形。度，应力与应变不再成比例，开始产生塑性变形。到达屈服点到达屈服点 B B 后，应力发生很小的波动，应变却急后，应力发生很小的波动，应变却急剧增长，出现屈服台阶。剧增长，出现屈服台阶。一般以比较稳定的屈服下限对应的应力作为一

6、般以比较稳定的屈服下限对应的应力作为屈服 屈服极限值 极限值 f f yy。常用低碳钢的常用低碳钢的 f f yy为为185185235 235 MPaMPa。有些钢材没有明显的屈服台阶，一般取卸载后有有些钢材没有明显的屈服台阶，一般取卸载后有 0.2%0.2%残余应变所对应的应力为残余应变所对应的应力为名义屈服极限值名义屈服极限值0.2 0.2。第8页，本讲稿共66页钢材名义屈服极限值钢材的主要性能有些钢材没有明显的屈服台阶，一般取卸载后有 0.2%残余应变所对应的应力为名义屈服极限值0.2。MO第9页，本讲稿共66页（3）强化阶段（BC段）超过屈服点以后，试件内部组织结构发生变超过屈服点以

7、后，试件内部组织结构发生变化，抵抗变形能力又重新提高。化，抵抗变形能力又重新提高。CC点对应的应点对应的应力称为力称为抗拉极限强度抗拉极限强度 f f u u。常用低碳钢的常用低碳钢的 f f uu 为为 375 375500 MPa500 MPa。钢材的主要性能第10页，本讲稿共66页（4）破坏阶段（CD段）钢材的颈缩现象钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显著缩小，产生显著缩小，产生“颈缩现象颈缩现象”。由于试件断面急。由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，最后发生断裂。最后发生

8、断裂。钢材的主要性能第1 1页，本讲稿共66页比例极限比例极限ffpp；屈服点屈服点ffy y：强度设计标准值，设计依据；强度设计标准值，设计依据；抗拉强度 抗拉强度f fu u：钢材的最大承载能力，强度储备。钢材的最大承载能力，强度储备。n n 钢材受均匀压缩或受弯也有类似受拉时的工作特性，但 钢材受均匀压缩或受弯也有类似受拉时的工作特性，但是其抗剪要比抗拉强度低很多。是其抗剪要比抗拉强度低很多。钢材的主要性能第12页，本讲稿共66页2、塑性钢材产生塑变时而不发生脆性断裂的能力，有助于内力重分布，提高结构可靠度。伸长率是试件拉断后，标距长度的伸长量L与原标距长度 L0 的比值。钢材拉伸时塑性

9、变形在标距内的分布是不均匀的，颈缩处的伸长较大。钢材拉伸试件取 L0=5d0 或 10d0，则其相应的伸长率5大于10。钢材的主要性能第13页，本讲稿共66页3、冷弯性能钢材塑性和冷加工性能的指标，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。冷弯试验：用标准规定的弯头压弯试件到规定的角度（180或90）时，检查弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象。钢材的主要性能第14页，本讲稿共66页冲击韧性冲击韧性k，钢材在一定温度下塑变及断裂过程中吸收能量的能力，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（0o）、负温（-20o、-40o）区分。韧性是强度和塑性的综合表现。

10、两种测量方法：梅氏试验法和夏比法(恰贝法)3、冲击韧性钢材的主要性能第15页，本讲稿共66页钢材的主要性能冲击试验第16页，本讲稿共66页可焊性在给定的构造形式和焊接工艺条件下获得符合质量要求的焊缝连接的性能。不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求。三、钢材的焊接性能、抗蚀性和防腐蚀措施三、钢材的焊接性能、抗蚀性和防腐蚀措施焊接结构的失事，往往是由于钢材的焊接性能不良，在低温和受动载时发生脆性裂断。对于重要的承受动力荷载的焊接结构，应对所用钢材进行焊接性能的鉴定。11、钢材的焊接性能、钢材的焊接性能钢的焊接性能与钢的含碳量、塑性及冲击韧性有密切关系，可以间接的用钢材的冲击韧性 冲击韧性来鉴定。

11、冲击韧性合格的钢材，其焊接质量也容易得到保证。钢材的主要性能第17页，本讲稿共66页22、钢材的腐蚀现象、钢材的腐蚀现象钢材的主要性能(a)(a)削弱有效截面 削弱有效截面(b)(b)产生局部锈坑，引起应力集中 产生局部锈坑，引起应力集中(c)(c)降低结构承载能力 降低结构承载能力(1)(1)腐蚀对钢结构的危害腐蚀对钢结构的危害(2)(2)水工钢结构的防腐蚀措施水工钢结构的防腐蚀措施(a)(a)涂料防护 涂料防护(b)(b)喷镀防护 喷镀防护(c)(c)电化学保护 电化学保护 外接电源的阴极保护法 外接电源的阴极保护法 牺牲阳极保护法 牺牲阳极保护法第18页，本讲稿共66页一、化学成份一、化

12、学成份二、冶炼及轧制 二、冶炼及轧制三、复杂应力与应力集中三、复杂应力与应力集中四、冷作硬化与时效硬化四、冷作硬化与时效硬化五、残余应力五、残余应力六、温度六、温度 第二节 影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的主要因素第19页，本讲稿共66页一、化学成份的影响 基本成份为Fe，碳钢中含量占99，C、Si、Mn为杂质元素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。C：含C使强度塑性、韧性、可焊性，应控制在0.22%，焊接结构应控制在0.20%。Si：含Si适量使强度 其它影响不大，有益，应控制0.10.3%Mn：含Mn适量使强度 降低S、O的热脆影响，改善热加工性能，对其它性能影响不

13、大，有益。S：含量使强度塑性、韧性、性能冷弯、可焊性；高温时使钢材变脆热脆现象。P：低温时使钢材变脆冷脆现象；其它同S O、N：O同S；N同P，控制含量0.008%影响钢材力学性能的主要因素第20页，本讲稿共66页二、冶金与轧制的影响 冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用Mn为脱氧剂，时间快，价格低，质量差；镇静钢用Si为脱氧剂，时间慢，价格高，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。三、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，增加脆性的现象称之为硬化

14、现象。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使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。钢材中的C、N，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“老化”现象称之为时效硬化。影响钢材力学性能的主要因素第21页，本讲稿共66页四、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的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应力场时则相反。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。影响钢材力学性能的主要因素1、复杂应力 能量强度理论（第四强度理论）同号 同号应力作用下 应

15、力作用下 eq eq 1 1：当：当 1 1 f f y y 时，时，eq eq 1 1：当：当 eq eq f f y y 时，时，1 1、，强度降 强度降低 低，塑性变形增大，塑性变形增大第22页，本讲稿共66页孔边应力集中影响钢材力学性能的主要因素第23页，本讲稿共66页五、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平衡的内力,残余应力虽对构件的强度无影响，但对构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承载力产生不利影响。第24页，本讲稿共66页六、温度的影响 温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。n 正温影响 总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧性提高，这

16、一现象称之为热塑现象，温度达600o左右时，钢材的强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于进行热加工，此温度称之为热煅温度。需要说明：钢材在300o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蓝脆现象。钢材在300o以上时应采取隔热措施。n 负温影响 随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆性增大，称之为低温冷脆，当温度降至某一特定温度时钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度。影响钢材力学性能的主要因素第25页，本讲稿共66页 第三节 钢材的疲劳钢材的疲劳一、疲劳破坏 钢材在变幅荷载的反复作用下，在钢材在变幅荷载的反复作用下，在应力远小于抗拉强 应力远小于抗拉

17、强度 度时就发生破坏，破坏时断口较整齐，表面有半椭圆时就发生破坏，破坏时断口较整齐，表面有半椭圆状呈放射线的疲劳纹理，断裂前无预兆，是状呈放射线的疲劳纹理，断裂前无预兆，是脆性断裂脆性断裂。疲劳破坏断口呈现光滑和粗糙两个区域。疲劳破坏断口呈现光滑和粗糙两个区域。规范规定：承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当连接，当nn等于或大于等于或大于10105 5次时，应进行疲劳计算。次时，应进行疲劳计算。第26页，本讲稿共66页n n应力比值应力比值：ss=minmin/maxmax对称循环：对称循环：ss=1 1 脉冲循环：脉冲循环：ss=0=0n n应应

18、力力 幅幅：=maxmax minmin 常幅循环：常幅循环：=常量常量 变幅循环：变幅循环：=变量变量应力循环形式应力循环形式钢材的疲劳第27页，本讲稿共66页疲劳强度：试件在变幅应力的作用下，在规定的周期内，试件不发生断裂所能承受的最大应力幅。长期承受频繁循环荷载作用的结构，必须验算结构的疲劳强度。钢材的疲劳钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，当荷载变化不大或只承受变化压应力，而不承受拉应力，以及循环次数 n 105 的结构，一般不会发生疲劳破坏，可不进行疲劳验算。第28页，本讲稿共66页二、疲劳验算 疲劳验算的主要依据是疲劳验算的主要依据是应力幅应力幅，在一定循环次数 在一定循环次数下，

19、发生疲劳破坏时应力幅的大小取决于构件和连接的细部 下，发生疲劳破坏时应力幅的大小取决于构件和连接的细部构造 构造（按残余应力和应力集中的严重程度分为（按残余应力和应力集中的严重程度分为8 8类），每类 类），每类对应其 对应其 nn曲线或曲线或 log log logn logn 曲线曲线。第29页，本讲稿共66页 n n第30页，本讲稿共66页（1）（2）（3）第31页，本讲稿共66页11、常幅疲劳验算、常幅疲劳验算焊 接 部 位非焊接部位或第32页，本讲稿共66页系系 数数 cc、构件和连 构件和连接类 接类别 别系数 系数1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8c

20、c1940 194010 1012 12861 86110 1012 123.26 3.2610 1012 122.81 2.8110 1012 121.47 1.4710 1012 120.96 0.9610 1012 120.65 0.6510 1012 120.41 0.4110 1012 12 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3第33页，本讲稿共66页2、变幅疲劳验算 根据统计分析预测变幅规律，将应力幅按大小分为 10 级，每级作用的次数为 n i，每级单独作用时，按常幅疲劳计算的疲劳寿命为N i。按线性疲劳累积损伤原则，i 的损伤率为 n i/N i，从而

21、将变幅疲劳折算成常幅疲劳进行计算。第34页，本讲稿共66页（1）发生变幅疲劳破坏时对每一级应力幅有：则第35页，本讲稿共66页（22）设一）设一等效常幅应力幅等效常幅应力幅 ee，疲劳寿命为，疲劳寿命为n n ii（3）第36页，本讲稿共66页第四节 钢材的钢号及选用一、建筑钢的钢号一、建筑钢的钢号(GB700-88(GB700-88、GB/T1591-94)GB/T1591-94)n n 钢材牌号由：钢材牌号由：“Q Q、屈服点值、质量等级、脱氧方法、屈服点值、质量等级、脱氧方法”四部分组成。四部分组成。n n Q Q：表示：表示“屈 屈”字拼音首位字母，意为 字拼音首位字母，意为“屈服强度

22、 屈服强度”（195 195 275MPa 275MPa）；）；n n 质量等级：分 质量等级：分AD AD四级；四级；n n 脱氧方法：脱氧方法：F F沸腾钢；沸腾钢；Z Z镇静钢（一般省略）；镇静钢（一般省略）；b b半镇静钢；半镇静钢；TZ TZ特殊镇静钢。特殊镇静钢。11、碳素结构钢、碳素结构钢第37页，本讲稿共66页Q235-AF钢材屈服强度 钢材屈服强度“屈 屈”字拼音首位字母 字拼音首位字母质量等级 质量等级碳素结构钢分 碳素结构钢分A A、B B、C C、D D 四级 四级脱氧方法 脱氧方法F F沸腾钢 沸腾钢Z Z镇静钢（一般省略）镇静钢（一般省略）b b半镇静钢 半镇静钢T

23、Z TZ特殊镇静钢 特殊镇静钢屈服强度值（屈服强度值（MPa MPa）表示：屈服点为235 MPa A级沸腾碳素结构钢。第38页，本讲稿共66页质量等级 A 不要求做冲击试验 B 要求做常温冲击试验 C 要求做0冲击试验 D 要求做20冲击试验第39页，本讲稿共66页Q235A Q235A 承受静荷载作用的结构 承受静荷载作用的结构Q235CQ235C和和DD级级 重要的焊接结构重要的焊接结构Q235D Q235D 较低温度下使用的结构 较低温度下使用的结构Q195Q195、Q215Q215钢钉、铆钉、螺栓、铁丝 钢钉、铆钉、螺栓、铁丝Q255Q255及及Q275 Q275 机械零件和工具机械

24、零件和工具碳素结构钢的运用碳素结构钢的运用碳素结构钢的牌号有碳素结构钢的牌号有 Q195 Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255、Q275Q275，钢结构规范中推荐使用的碳素结构钢为，钢结构规范中推荐使用的碳素结构钢为 Q235Q235。第40页，本讲稿共66页nn钢材牌号由：钢材牌号由：“QQ、屈服点值、质量等级、屈服点值、质量等级”三三部分组成。部分组成。n n Q Q：表示：表示“屈 屈”字拼音首位字母，意为字拼音首位字母，意为“屈服屈服强度强度”（295 295 460MPa 460MPa）；n n质量等级：分质量等级：分AEAE五级（字序越高质量越好）；五级（

25、字序越高质量越好）；22、低合金高强度结构钢、低合金高强度结构钢质量等级质量等级 E E 要求做要求做4040的冲击试验的冲击试验第41页，本讲稿共66页新旧低合金高强度结构钢标准牌号对照表新旧低合金高强度结构钢标准牌号对照表第42页，本讲稿共66页钢结构规范中推荐适用低合金钢中的 钢结构规范中推荐适用低合金钢中的Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420三种钢材。三种钢材。低合金钢具有较高的强度和较好的塑性、韧性和低合金钢具有较高的强度和较好的塑性、韧性和可焊性，主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋，可焊性，主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中

26、，尤其是大跨度、广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中，尤其是大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构。承受动荷载和冲击荷载的结构。低合金钢的运用第43页，本讲稿共66页33、铸钢、铸钢 碳素铸钢的牌号由 碳素铸钢的牌号由“ZG ZG”符号及屈服强度、抗拉强度符号及屈服强度、抗拉强度组成，如组成，如 ZG 230 ZG 230 450 450。合金合金铸钢的牌号由铸钢的牌号由“ZG ZG”符号及合金结构钢牌号组符号及合金结构钢牌号组成，如成，如 ZG 50Mn2 ZG 50Mn2。铸钢主要用于支承结构（滚轮、轨道）铸钢主要用于支承结构（滚轮、轨道）ZG230ZG230450 450 ZG25 ZG25ZG

27、270ZG270 500 500 ZG35 ZG35ZG310 ZG310 570 570 ZG45 ZG45ZG340ZG340 640 640 ZG55 ZG55新旧钢号的对应新旧钢号的对应第44页，本讲稿共66页二、建筑钢的选用二、建筑钢的选用选材依据 选材依据（11）荷载特性）荷载特性（22）结构类型及重要性）结构类型及重要性（33）连接方法）连接方法（4 4）工作温度和环境）工作温度和环境第45页，本讲稿共66页 一般承重结构可选用一般承重结构可选用 f f yy、f f u u、三项保证三项保证和 和S S、P P、C C 含量合格的 含量合格的 Q235Q235A A F F；较

28、重要结构可选用增加了 较重要结构可选用增加了180180冷弯合格，有冷弯合格，有四项 四项保证 保证的的 Q235 Q235 A A F F、Q235 Q235B B F F、Q235 Q235A A、Q235 Q235BB；繁重操作的吊车梁等重要结构，在常温工作时可选 繁重操作的吊车梁等重要结构，在常温工作时可选用再增加了常温冲击韧性合格，有 用再增加了常温冲击韧性合格，有五项保证五项保证的 的 Q235Q235BB、Q235 Q235CC；在负温工作时，需选；在负温工作时，需选用再用再增加了增加了负温负温冲击韧性合格，有冲击韧性合格，有六项保证六项保证的的 Q235 Q235 D D。承重

29、结构选用Q235钢的方法：第46页，本讲稿共66页11、钢板、钢板-宽度宽度 厚度厚度 长度长度 厚钢板：厚厚钢板：厚 4.5 60 mm 4.5 60 mm 薄钢板：厚薄钢板：厚 0.2 4 mm 0.2 4 mm 扁钢板：宽扁钢板：宽 3 60 mm 3 60 mm22、角钢、角钢 肢宽肢宽 壁厚壁厚 等肢角钢等肢角钢 100 10 100 10 不等肢角钢不等肢角钢 100 100 80108010第五节 轧成钢材的规格及用途第47页，本讲稿共66页33、工字钢、工字钢 工工 高度高度区别腹板厚度区别腹板厚度的字母的字母 aa、bb、cc 工工20a20a、工、工20b20b4 4、槽钢

30、、槽钢 高度 高度 区别腹板厚度的字母区别腹板厚度的字母 aa、bb、cc 14 14aa、14 14bb第48页，本讲稿共66页55、钢管、钢管 外径外径 厚度厚度 66、压型钢板、压型钢板 YX YX 高高 波距波距 宽度宽度 压型钢板截面第49页，本讲稿共66页第六节 钢结构的计算方法结构计算的目的是构件和连接在使用荷载作用下能结构计算的目的是构件和连接在使用荷载作用下能安全可靠的工作，恰当的处理安全可靠的工作，恰当的处理可靠性可靠性和和经济性经济性两方两方面的要求：面的要求：三、概率极限状态设计法概要 安全性安全性 适用性 适用性 耐久性耐久性11、可靠性、可靠性第50页，本讲稿共66

31、页22、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”。33、两类极限状态、两类极限状态 承载能力 承载能力极限状态 极限状态 达到最大承载能力或出现不能继续承载的过大塑 达到最大承载能力或出现不能继续承载的过大塑性变形的状态 性变形的状态 正常使用正常使用极限状态极限状态 达到正常使用或耐久性的极限值的状态，如变达到正常使用或耐久性的极限值的状态，如变形、振动、局部破坏等形、振动、局部破坏等安全是相对的安全是相对的第51页，本讲稿共66页 荷载效应荷载效应 S S 荷载对结构构件或连接的综合效应。荷载对结

32、构构件或连接的综合效应。结构抗力结构抗力 R R 结构或构件的抗力。结构或构件的抗力。44、极限状态方程和功能函数、极限状态方程和功能函数 Z=R Z=R-S S R R S S，Z 0 Z S S，Z 0 Z 0 时时，可靠状，可靠状态态 当抗力小于荷载效应的概率极小时，即可认为结构是 当抗力小于荷载效应的概率极小时，即可认为结构是安全可靠的。安全可靠的。第52页，本讲稿共66页5 5、结构可靠度（、结构可靠度（P P ss）与失效概率（）与失效概率（P P ff）P P ss=11 P P ff 失效概率（失效概率（P P ff）结构可靠度（结构可靠度（P P ss）第53页，本讲稿共66

33、页RR、SS为相对独立的服从正态分布的随机变量，为相对独立的服从正态分布的随机变量，则则ZZ也服从正态分布。也服从正态分布。可靠指标可靠指标66、可靠指标、可靠指标 第54页，本讲稿共66页（a a）正态分布）正态分布（b b）标准正态分布）标准正态分布 P ff有什么关系有什么关系第55页，本讲稿共66页n n将将 隐含到隐含到分项系数分项系数中，简化计算：中，简化计算：n n增大增大 值，则值，则 R R、SS也增大，安全度得到提高 也增大，安全度得到提高（119）n n概率法和定值法的基本区别就在于两者的分项系数概率法和定值法的基本区别就在于两者的分项系数不同。不同。7 7、分项系数分项

34、系数第56页，本讲稿共66页二、概率极限状态设计方法 GBJ 17-88 GBJ 17-88 钢结构设计规范 钢结构设计规范荷载标准值：荷载标准值：正常情况下的最大值正常情况下的最大值，G G KK、Q Q KK荷载设计值荷载设计值：G G d d=G G G G KK、Q Q dd=Q Q Q Q K K荷载组合值：荷载组合值：C C Q Q KK1、承载能力极限状态第57页，本讲稿共66页2、正常使用极限状态GKGK、QK QK 是由是由荷载标准值 荷载标准值G G KK、Q Q KK在结构中产在结构中产生的变形值生的变形值第58页，本讲稿共66页三、容许应力计算方法 SL74-95 SL

35、74-95 水利水电工程钢闸门设计规范水利水电工程钢闸门设计规范水工钢结构设计，受荷载涉及水文，泥沙，波浪水工钢结构设计，受荷载涉及水文，泥沙，波浪等自然条件比较复杂，统计资料不足。等自然条件比较复杂，统计资料不足。以结构的极限状态以结构的极限状态(强度、稳定、变形等强度、稳定、变形等)为依为依据，对影响结构可靠度的某种因素以据，对影响结构可靠度的某种因素以数理统计数理统计的方 的方法，并 法，并结合我国工程实践 结合我国工程实践，进行多系数分析，求出，进行多系数分析，求出单单一的设计安全系数一的设计安全系数，以简单的容许应力表达。，以简单的容许应力表达。第59页，本讲稿共66页n n半概率、

36、半经验的极限状态计算方法：半概率、半经验的极限状态计算方法：n n 内力应根据 内力应根据荷载标准值荷载标准值计算计算KK11，KK2 2，K K33 荷载、强度安全系数和调整系数，荷载、强度安全系数和调整系数，KK33 主要考虑结构重要性、荷载的特异性和受力复杂主要考虑结构重要性、荷载的特异性和受力复杂等。等。钢材的容许应力。钢材的容许应力。第60页，本讲稿共66页第61页，本讲稿共66页四、两种计算方法的异同1、概率极限状态设计法是建立在概率统计的基础上，容许应力计算法是建立在半概率、半经验的基础上；2、概率极限状态设计法中采用了不同的分项系数和组合系数，容许应力计算法中采用了同一个安全系

37、数和调整系数；第62页，本讲稿共66页3、在计算承载能力极限状态时，概率极限状态设计法采用的是荷载的设计值，容许应力计算法采用的是荷载的标准值；4、概率极限状态设计法适用于民用建筑等陆上钢结构，容许应力计算法适用于水工、海工等水下钢结构；5、两种方法在计算正常极限状态时采用的都是荷载的标准值。第63页，本讲稿共66页本章的主要内容学习要点：钢材的破坏形式 钢材的抗拉性能、塑性、冲击韧性、冷弯性能及评定指标 钢材锈蚀的危害和防腐措施 影响钢材力学性能的主要因素 复杂应力和应力集中对钢材力学性能的影响 钢结构的常幅耐疲计算 钢材的钢号、规格 钢结构的两种极限状态 两种计算方法的特点和区别 第64页

38、，本讲稿共66页练习1某某Q345Q345钢构件焊接部位的疲劳类别属于钢构件焊接部位的疲劳类别属于 6 6 类。经测试一年类。经测试一年内的应力变化总次数为内的应力变化总次数为33万次，其中各种应力幅的出现频率万次，其中各种应力幅的出现频率为：为：1 1=15 MPa=15 MPa占占5%5%，2 2=45 MPa=45 MPa占占20%20%，3 3=75=75 MPa MPa占 占30%30%，4 4=105 MPa=105 MPa占占25%25%，5 5=135 MPa=135 MPa占占15%15%，6 6=165 MPa=165 MPa占 占5%5%。（11）以设计基准期）以设计基准期 T=50 T=50 年考虑，试验算其疲劳强度是年考虑，试验算其疲劳强度是否满足设计要求；否满足设计要求；（22）求该构件的设计疲劳寿命（年）。）求该构件的设计疲劳寿命（年）。练习及思考第65页，本讲稿共66页思考1、课本 P33：1133、1144、1188、11992、影响钢材力学性能的主要因素。3、如何验算疲劳强度？什么情况下可以不必验算钢材的疲劳？4、钢结构常用钢材的钢号和轧成钢材的规格。练习及思考第66页，本讲稿共66页