《鋼結構》課程教案首頁 （**式）
緒論鋼結構在各項工程中的應用極為廣泛，如我們平時所遇到的鋼廠房、鋼橋、塔架、桅杆、鋼閘門、儲液庫等，鋼結構是由單獨的構件，例如梁、桁架、柱和板等組成，亦即由鋼製成的桿件和薄板組成。
這些桿件和薄板用焊縫和螺栓等彼此連線成符合建築物用途的結構綜合體，如上所提到鋼橋等。從工程結構角度來看，鋼結構是工程結構的乙個分枝。
這些結構的不同之點就是材料不同，鋼結構對應的材料是鋼材、木結構對應的材料是木材等等，由於材料不同，使其它們各有自己的特點。
一、鋼結構的特點
1、結構自重輕
這裡指的是鋼結構輕。在同樣的跨度，同樣的載荷下，鋼結構比鋼筋混凝土結構輕得多。主要是因為鋼的強度高，故所需要的截面小。
通常取材料的容重和容許應力的比值作為衡量結構工作的重量指標；鋼材的，，所以鋼結構與其它結構相比是自重較輕的結構，因而也便於運輸和安裝。
2、可靠性較高（相對於其它結構）
因為鋼有下列特點，塑性好，韌性好，比較符合各項同性，是一種理想的彈塑性體。
塑性好的意思是鋼結構在破壞前有很大的變形。如果脆性材料（如粉筆）破壞前就無預兆，（膠皮變形很大）。
理想的彈塑性體。
假如設計施工沒問題，則鋼結構就比較可靠，比較符合各項同性（巨集**）。
鋼的抗拉、壓的強度是相等的，而混凝土的和是不同的，木材也有橫紋和順紋之分，各項強度也不相同。
韌性好指的是指成承受動載的效能好
3、製造容易、安裝方便
鋼結構所用的材料單純而且是成材，加工比較簡便，並且能使用機械操作，因此大量的鋼結構一般是在專業化的金屬結構件做成構件，精確度較高，用鋼筋混凝土時則需要立模，紮筋等。鋼結構的連線採用焊接和螺栓連線，在短期內使用的工程。
4、施工周期短
由於鋼結構構件製造的機械化，自動化程度高，且裝配速度快，因此它的施工速度快，周期短，不象鋼筋混凝土，需要養護，乙個工廠，如果早建好一年就比晚建好一年的經濟效益大，乙個旅店也是如此。比採用鋼筋混凝土結構可提前竣工，提交。
5、抗震性好
對同樣沒有考慮抗震措施時，鋼結構比混凝土結構和磚石結構抗震性好。
鋼結構也有下列缺點：
耐腐蝕性和耐火效能差，鋼結構容易生鏽→油漆→帶來維護的問題，對高塔的維護要高空作業。現在日本有種塗料，一次能用10年，當溫度高於500~600℃時，鋼的彈性模量會下降，強度減小，使鋼結構失去工作能力，因而接近高溫的結構需要增加隔熱措施。
二、鋼結構的應用
1、大跨度：如武漢長江大橋50年代建代，正橋鋼桁架為9孔，每孔跨度128m，正橋全長1155.5m。
又如北京人民大會堂，很多重要結構都採用了鋼結構，其中萬人會議廳跨度達61m，重慶北碚朝陽橋，嘉陵江大橋（88公尺一跨）都是鋼結構的橋。61年北京工人體育館採用94m的屋蓋結構，能容納1.5萬人；67年首都體育館採用跨度99m的平板網架結構，1.
5萬人；73年上海體育館採用平板網架結構110m。
2、活動式結構：如鋼閘門，起重機等，對於這一類需要移動和轉動的結構，可以充分發揮自重較輕的優點，從而能大大降低啟閉裝置的造價和運轉所需要的動力，同時也發揮鋼材抗振效能好的優點，因為活動或結構不可避免地要承受一定的動荷載。
3、可拆卸的結構：由於鋼結構不僅重量輕，還可以用螺栓和其它便於拆卸的手段來連線。因此需要搬遷和周轉使用的結構，如建築工地生產和生活用房的骨架，裝配式的混凝土攪拌機等常用鋼結構。
4、密閉結構（如閘門、壓力鋼管、儲液罐、儲氣罐等）用鋼板製作這類結構不易漏水、氣和油，密閉性好。
三、設計要求
安全、適用、經濟、美觀，這便是進行工程結構評價所用的指標。
安全——主要指結構在承受工作荷載方面，對於各種破壞狀態都具有必要的安全度。
適用——滿足使用要求，保養方便。
經濟——省材、省工、省時、造價低。
美觀——結構應和周圍環境協調。
要做到這幾點，設計工作者應該重視採用先進的設計理論和計算方法，例如盡量使構件型式和規格標準化和統一化從而減輕設計製造和安裝的工作量，以達到降低造價的目的。
前面提到鋼結構是由梁、柱、桁架、板等基本構件組成，所以本課的內容要學、梁、柱、桁架的設計，以及各種構件的連線（不能象搭積木那樣），還要講鋼的材料，最後接水工專業課，學習水工鋼閘門，這就是本課程的主要內容。
一、鋼材，
二、連線，
三、梁，
四、壓桿，
五、桁架，
六、水平面鋼閘門。
第一章鋼結構的材料
§ 1—1 建築鋼的種類和效能
一、種類
鋼結構的材料一般都採用建築鋼。建築鋼按其化學效能可分為：
1）普通碳素鋼，主要成份為鐵與少量的碳。在鋼結構中常採用含碳量低於0.22%的低碳鋼，其中又以3號的鋼為最常用。
2）普通低合金鋼，除主要含鐵與c外，尚含有少量的合金素如錳，鈦、矽等。其合金元素總量一般不超過3%，故稱為低合金鋼。其中以16mn鋼為最常用。
二、主要效能
1、鋼結構對材料的要求
①強度高→值高可減輕結構的自重。
②節約鋼材、降低造價，高可增加結構的安全保障。
③較高的塑性，韌性及耐久性，較高的塑性和韌性使結構在荷載作用下有足夠的應變能力，既可減輕結構脆性破壞傾向，又能通過較大的塑性變形，調整區域性應力高峰。較高的耐疲勞性則使結構具有較好的抵抗重複荷載的能力。
④良好的工藝效能
此外，還要根據具體情況要求鋼材具有耐腐蝕的能力。
二、建築鋼的主要機械能性
鋼材的工作大致可分為：彈性，塑性（屈服）、自強和破壞四個階段，其中：是用來衡量鋼材強度，塑性，韌性的指標。
，， ①——作為設計強度；②——作為一種強度儲備（因變形過大）；③——塑性——表示鋼材經受巨大的變形後尚不致破壞的能力；④鋼兼有良好的彈性與塑性，當時，成直線關係，又以前的應變都很小，故在計算鋼結構的強度時，可近似地將鋼的彈性工作階段提高到，同時由於低碳鋼的流幅相當長，當應力達到屈服點而出現塑性流動時，鋼由理想的彈性轉為理想的塑性體。
鋼受壓、受彎的效能→與受拉圖。
鋼受剪的效能→，。
鋼材的脆斷，脆斷發生條件、危害，脆斷同韌性的關係，衝擊韌性的測定。
∵構件內能的增加=外力所作的功
用表示鋼材的冷彎效能
三、鋼的可焊性、抗蝕性和防腐措施
鋼的可焊性、抗蝕性和防腐措施是鋼經焊接後質量如何是否有裂縫，夾渣，強度是否低以焊接前。
焊接結構的失事往往是由於鋼材的可焊性不良，在低溫或受動載時發生脆斷，故對於重要的受動載結構，應對所用鋼材進行可焊性的鑑定。
鋼材的鏽蝕使承載力降低。
影響因素：①環境；②結構型式（最好不要做成）；③材料種類
防鏽措施：①刷漆；②鍍鋅、鉻；③電化學保護。
§ 1—2 鋼的組織和化學成分等對鋼材效能的影響
一、組織構造
鋼的內部組織構造是直接影響鋼材效能的主要因素，低碳鋼的組織構造主要是由鐵素體和少量珠光體構成。
鋼的基本組織
鐵素體：碳溶解於中所形成的固溶體（接近於純鐵）。強度低，塑性高，如果鋼中鐵素體的晶粒越細，珠光體網狀層分布越密越均勻，則鋼的質量愈好，強度與塑性，特別是衝擊韌性都有所提高。
滲碳體：碳與鐵相互作用形成的化合物（含）。
珠光體：由鐵素體與滲碳體組成的共析體。強度高，塑性低。可根據組織構造解釋低碳鋼的屈服現象。
二、化學成份
①主要成份，，引起鋼材熱脆，降低熱加工效能和焊接效能，並降低塑性衝擊韌性和疲勞強度。
——強度↑塑性↓，低碳鋼0.22%
——易引起鋼的熱脆（焊接時脆）0.05%
——易引起鋼的冷脆（低溫時脆）0.045%
——形成氣孔氣泡，使鋼效能變脆，是雜質；引起鋼材冷脆降低塑性，和衝擊韌性，使鋼的可焊性和冷彎效能變差。
——使鋼強度↑，塑性影響不大，可影響可焊性，因此這些元素必須加以限制。
——能提高強度和抗腐蝕性，但過多易使表面熱脆開裂，應限制。
——在鋼中屬於有利元素，在鋼中加入適量的錳，除能消除，使鋼熱脆的影響外還能較顯著地提高，並能保證較好的塑性和衝擊韌性，在鋼中的加入適量的矽，除用以脫氧外，還要以提高鋼的。
三、（不講）
四、時效硬化（老化）
1、定義：鋼的性質隨時間逐漸變脆的現象較為時效硬化。
2、原因：鋼素體內溶有少量的c、n，其溶解度隨溫度的降低而減小。當碳逐漸以固溶體析出時，形成滲碳體和氧化物，從而加強了晶界的間層，使鋼變硬變脆。
3、影響因素：①溫度，②重複荷載
§ 1—3 影響鋼材脆性斷裂的因素
一、低溫
①影響情況；塑性。
②臨界溫度
③要求：a.構件的工作溫度高於冷脆區臨界溫度。
b.對低溫工作的構件保證。
二、複雜應力
1、鋼材的塑性條件：
2、同號平面應力，主體應力作用下，強度提高，塑性變低，鋼材變脆。
即使，但，可將代入來算。
3、異號平面應力，強度降低，塑性增加
：鋼梁常用的工字形截面梁
三、應力集中的影響
應力集中的影響是複雜應力狀態的許多例項之一。在什麼情況下要發生應力集中呢？當構件截面有突變時要發生應力集中，構件沒有突變時力線均勻，斷面應力也均勻，當構件有孔洞時，力線就會彎曲，孔邊應力就會增加，不僅在方向，向也產生了應力。
力線密的地方，應力↑如果取孔邊附近一塊單元來看。雖是平向受力，但由於應力集中產生了向的力，強度雖然提高了，但塑性變壞了，區域性地方就會變脆，阻止了方向的變形，要增加變形，就得加大，所以強度提高了。但我們不能利用所增加的強度，我們害怕鋼材變脆，應力集中是我們不希望的，應盡量避免，例如構件截面突變的應做成漸變的。
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