钢结构.ppt

水工钢结构
三峡大学土木与建筑学院学院
李昆 likun2408@
结构工程是这样的一种艺术
使用材料——这些材料只能估算
建立真实的结构——这些真实的结构只能近似的分析
来承受外力——这些外力不能准确得知
以满足我们对公众安全职责的要求
Edwavd L. Wilson
Static & dynamic Analysis of Structures University of California at BerkeleySAP、ETABS等结构分析软件的原创者
第一章钢结构的材料和计算方法
重点问题:
钢材的优势在哪里?——机械性能及其主要力学指标
其性能会如何变化?——影响钢材性能的主要因素
钢材有哪几种分类?——规格、牌号和选用原则
钢结构该如何设计?——概率极限状态设计方法
结构钢材的破坏形式:
塑性破坏脆性破坏
钢结构对钢材性能的要求
(1) 较高的强度: 屈服强度(屈服点)fy和抗拉强度fu
(2) 良好的塑性: 伸长率钢材拉伸图
(3) 韧性好:冲击韧性值AKv
(4) 可焊性好
(5) 合格的冷弯性能
影响钢材性能的主要因素
(1) 化学成分
钢材由各种化学成分组成的,其基本元素为铁(Fe),碳素结构钢中铁占99%。碳和其它元素仅占1%,但对钢材的性能有着决定性的影响。普通低合金钢中还含有低于5%的合金元素。
碳(C) 、硫(S) 、磷(P) 、氧(O)和氮(N) 、锰(Mn) 、硅(Si)
(2) 冶炼、轧制、热处理
(3) 钢材的硬化
时效硬化
冷作硬化
(4) 温度的影响
(5) 复杂应力状态
(6) 应力集中
(7) 反复荷载作用
结构钢材种类及其选择
(1) 钢材的种类和牌号
碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点的数值(N/mm2)、质量等级符号和脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。如Q235-AF表示屈服强度为235N/mm2的A级沸腾钢;Q235-Bb表示屈服强度为235N/mm2的B级半镇静钢;Q235-C表示屈服强度为235N/mm2的C级镇静钢。
低合金高强度结构钢
低合金钢是在冶炼过程中添加一种或几种少量合金元素,其总量低于5%的钢材。其牌号与碳素结构钢牌号的表示方法相同,常用的低合金钢有Q345、Q390、Q420等。
低合金钢的脱氧方法为镇静钢或特殊镇静钢。
Q345-B表示屈服强度为345N/mm2的B级镇静钢;Q390-D表示屈服强度为390N/mm2的D级特殊镇静钢。
碳素结构钢和低合金钢都可以采取适当的热处理(如调质处理)进一步提高其强度。例如用于制造高强度螺栓的45号优质碳素钢以及40硼(40B)、20锰钛硼(20MnTiB)就是通过调质处理提高强度的。
(2) 钢材的选用原则
钢材选用的原则是既要使结构安全可靠和满足使用要求,又要最大可能节约钢材和降低造价。为保证承重结构的承载力和防止在一定条件下可能出现的脆性破坏,应综合考虑下列因素:结构的重要性、荷载的性质、连接方法、结构的工作环境、钢材厚度
(3)钢材的规格
钢结构所用钢材主要为热轧成型的钢板、型钢,以及冷弯成型的薄壁型钢等。
钢板
钢板有薄钢板(~4mm)、厚钢板(~60mm)、特厚板(板厚>60mm)和扁钢(厚度4~60mm,宽度为12~200mm)等。钢板用“—宽×厚×长”或“—宽×厚”表示,单位为mm,如—450×8×3100,—450×8。
型钢
钢结构常用的型钢是角钢、工字型钢、槽钢和H型钢、钢管等。除H型钢和钢管有热轧和焊接成型外,其余型钢均为热轧成型。
冷弯薄壁型钢
冷弯薄壁型钢采用薄钢板冷轧制成。~12mm,但承重结构受力构件的壁厚不宜小于2mm。薄壁型钢能充分利用钢材的强度以节约钢材,在轻钢结构中得到广泛应用。常用冷弯薄壁型钢截面型式有等边角钢]、卷边等边角钢、Z型钢、卷边Z型钢、槽钢、卷边槽钢(C型钢)、钢管等。
结构的可靠性和可靠度
按照概率极限状态设计法,结构的可靠度定义为结构在规定的时间内,规定的条件下,完成预定功能的概率。“完成预定功能”指对某项规定功能而言结构不失效。结构在规定的设计使用年限内应满足的功能有:
(1) 在正常施工和正常使用时,能承受可能出现的各种作用;
(2) 在正常使用时具有良好的工作性能;
(3) 在正常维护下具有足够的耐久性;
(4) 在设计规定的偶然事件发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定性。
规定的设计使用年限(设计基准期)是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目标使用的年限。大陆规范规定建筑结构的设计基准期为50年。
因此结构可靠度的计算可转换为失效概率的计算。可靠的结构设计指的是使失效概率