钢结构绪论和钢材.ppt

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1、钢 结 构,第一章 概述第二章 建筑钢材第三章 钢结构的连接第四章 轴心受力构件第五章 梁（受弯构件）第六章 拉弯与压弯构件,第一章 绪 论,第一节 钢结构的特点与应用第二节 钢结构的设计原理与方法第三节 钢结构的发展第四节 钢结构课程的学习方法,第一节 钢结构的特点及应用,一、钢结构的特点1、强度高、强重比大；塑性、韧性好；2、材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高；3、工厂化生产，工业化程度高，施工速度快；4、钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。二、钢结构的应用1、重型结构及大跨度建筑结构；2、多层、高层及超高层建筑结构；3、轻钢结构；4、塔桅等高耸结构；5、钢混凝土组合结构。,第二节 钢结

2、构的设计原理与方法,结构设计首层规范建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068）规定：结构的可靠度应采用以概率论为基础的极限状态设计方法分析确定。钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统一标准”要求，采用的也是以概率论为基础，用分项系数表达的极限状态设j计方法。极限状态设计方法，在前序课程（如钢混结构、地基与基础等），对此以作详细介绍，此课就不再讲述，认真进行复习。通过复习应掌握以下概念：结构的极限状态；结构的基本功能要求；结构的可靠度；失效概率；荷载及强度的标准值与设计值。,第三节 钢结构的发展,我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有相当大的差

3、距，最大的差距在于建筑钢结构。97年新发布的中国建筑技术政策中强调要重点发展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求扩大钢结构住宅的市场占有率。96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用”变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业的发展，已成为建筑业发展的重要任务。,第四节 钢结构课程的学习方法,根据教学大纲要求，课程只讲钢结构的基本构件部分；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）；受课时限制，不能过多的详解例

4、题，一定要记好笔记，从机理理解一些理论问题，加强课前预习与课后复习；多作习题与思考题，避免眼高手低。,第二章 建筑钢材,第一节 建筑结构用钢的基本要求第二节 钢材的主要机械性能第三节 影响钢材性能的主要因素第四节 建筑结构用钢的种类及选择,第一节 建筑结构用钢的基本要求,钢材种类繁多，规格、用途也不相同，对建筑结构用钢来说，主要有三方面的要求。1、较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻；2、较好的塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载；3、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；据上要求,钢结构设计规范GB50017-2003推荐承重结

5、构用钢宜采用：炭素结构钢中的Q235钢及低合金高强结构钢中的Q345、Q390和Q420钢四种钢材。,第二节 钢材的主要机械性能,一、单向拉伸试验曲线 根据钢材单向拉伸性能曲线，工程应用中，钢材的性能按理想弹塑性体考虑，fy定为钢材拉、压强度标准值。,二、钢材的主要机械性能强度：fy 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。塑性5（10），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。冷弯性能90o、180o，在冷加工过程中产生塑性变形时，对产生裂纹的敏感性，是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标。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

6、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。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，焊缝影响区材性满足有关要求。,第三节 影响钢材性能的主要因素,1、化学成份2、冶金及轧制3、冷作硬化与时效硬化4、复杂应力与应力集中5、残余应力6、温度,1、化学成份的影响 基本成份为Fe，炭钢中含量占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.

7、3%Mn：含Si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SO、N：O同S；N同P，控制含量0.008%,2、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。3、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

8、降，增加脆性的现象称之为硬化现象。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。,4、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。5、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（P26,图2.10）,残余应力虽对

9、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（后续章节中将详细介绍）。,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。正温影响（P27，图2.11）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。负温影响（P27，图2.12）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

10、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。,第四节 建筑结构用钢的种类与选择 一、钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类,钢材牌号由：“Q、屈服点值、质量等级、脱氧方法”四部分组成。Q：表示“屈”字拼音首位字母，意为“屈服强度”；质量等级：分AE五级（字序越高质量越好）；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：炭素结构钢分：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。如前所述建筑结构用钢，宜选炭素结构钢中的Q235及低合金钢中的Q345、Q390、Q420四种钢材。,二、建筑结构用钢的选择,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。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。,