钢结构教学基础知识省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。第一章第一章 概述概述n n第一节第一节第一节第一节 钢结构特点及应用钢结构特点及应用钢结构特点及应用钢结构特点及应用n n第二节第二节第二节第二节 钢结构设计方法钢结构设计方法钢结构设计方法钢结构设计方法n n第三节第三节第三节第三节 钢结构设计要求钢结构设计要求钢结构设计要求钢结构设计要求n n第四节第四节第四节第四节 钢结构发展方向钢结构发展方向钢结构发展方向钢结构发展方向n n第五节第五节第五节第五节 本课程主要内容、特点和学习方本课程主要内容、特点和学习方本课程主要内容、特点和学习方本课程主要内容、特点和学习方法法法法第1页文档仅供参考,如有不
2、当之处,请联系改正。第一节第一节 钢结构特点及应用钢结构特点及应用一、钢结构特点1 1、材料强度高、强重比大;塑性、韧性好。、材料强度高、强重比大;塑性、韧性好。、材料强度高、强重比大;塑性、韧性好。、材料强度高、强重比大;塑性、韧性好。2 2、材质均匀,符协力学假定,安全可靠度高。、材质均匀,符协力学假定,安全可靠度高。、材质均匀,符协力学假定,安全可靠度高。、材质均匀,符协力学假定,安全可靠度高。3 3、工厂化生产,工业化程度高,施工速度快。、工厂化生产,工业化程度高,施工速度快。、工厂化生产,工业化程度高,施工速度快。、工厂化生产,工业化程度高,施工速度快。4 4、钢结构耐热不耐火;易锈
3、蚀,耐腐性差。、钢结构耐热不耐火;易锈蚀,耐腐性差。、钢结构耐热不耐火;易锈蚀,耐腐性差。、钢结构耐热不耐火;易锈蚀,耐腐性差。第2页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。二、钢结构应用1 1、重型结构及大跨度建筑结构。、重型结构及大跨度建筑结构。、重型结构及大跨度建筑结构。、重型结构及大跨度建筑结构。第3页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。二、钢结构应用2 2、多层、高层及超高层建筑结构。、多层、高层及超高层建筑结构。、多层、高层及超高层建筑结构。、多层、高层及超高层建筑结构。第4页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。二、钢结构应用3 3、塔桅等高耸结构。、塔桅等高耸结构。、塔桅
4、等高耸结构。、塔桅等高耸结构。第5页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。二、钢结构应用4 4、钢混凝土组合结构。、钢混凝土组合结构。、钢混凝土组合结构。、钢混凝土组合结构。第6页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。第二节第二节 钢结构设计方法钢结构设计方法极限状态设计法极限状态设计法极限状态设计法极限状态设计法承载能力极承载能力极承载能力极承载能力极 限状态限状态限状态限状态正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态经济、安全、适用、耐久经济、安全、适用、耐久经济、安全、适用、耐久经济、安全、适用、耐久颠覆颠覆颠覆颠覆强度破坏强度破坏强度破坏强度破坏疲劳破坏疲劳破
5、坏疲劳破坏疲劳破坏丧失稳定丧失稳定丧失稳定丧失稳定变为可变体系变为可变体系变为可变体系变为可变体系第7页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。第二章第二章 钢结构材料钢结构材料n n第一节第一节第一节第一节 钢结构对钢材性能要求钢结构对钢材性能要求钢结构对钢材性能要求钢结构对钢材性能要求n n第二节第二节第二节第二节 结构钢材主要力学性能结构钢材主要力学性能结构钢材主要力学性能结构钢材主要力学性能n n第三节第三节第三节第三节 影响结构钢材力学性能主要原因影响结构钢材力学性能主要原因影响结构钢材力学性能主要原因影响结构钢材力学性能主要原因n n第四节第四节第四节第四节 复杂应力作用下结构钢材
6、屈服条件复杂应力作用下结构钢材屈服条件复杂应力作用下结构钢材屈服条件复杂应力作用下结构钢材屈服条件n n第五节第五节第五节第五节 钢材破坏形式钢材破坏形式钢材破坏形式钢材破坏形式n n第六节第六节第六节第六节 结构钢材种类、规格及其应用结构钢材种类、规格及其应用结构钢材种类、规格及其应用结构钢材种类、规格及其应用n n第七节第七节第七节第七节 钢结构连接材料钢结构连接材料钢结构连接材料钢结构连接材料第8页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。第一节第一节 钢结构对钢材性能要求钢结构对钢材性能要求钢钢材材性性能能要要求求较高强度较高强度较高强度较高强度足够变形能力(很好塑性和韧性)足够变形能力
7、(很好塑性和韧性)足够变形能力(很好塑性和韧性)足够变形能力(很好塑性和韧性)良好加工性能良好加工性能良好加工性能良好加工性能第9页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。钢钢材材主主要要力力学学性性能能强度塑性冲击韧性冷弯性能可焊性Z向收缩率屈服强度fy 为设计依据抗拉强度fu为安全贮备伸长率、断面收缩率衡量钢材承受动力荷载能力钢材承受动力荷载能力是判别钢材塑性及冶金质量综合指标 第三节第三节 钢材主要力学性能钢材主要力学性能第10页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。一、钢结构特点一、钢结构特点1 1、材料强度高、强重比大;塑性、韧性好。、材料强度高、强重比大;塑性、韧性好。、材料强度
8、高、强重比大;塑性、韧性好。、材料强度高、强重比大;塑性、韧性好。2 2、材质均匀,符协力学假定,安全可靠度高。、材质均匀,符协力学假定,安全可靠度高。、材质均匀,符协力学假定,安全可靠度高。、材质均匀,符协力学假定,安全可靠度高。3 3、工厂化生产,工业化程度高,施工速度快。、工厂化生产,工业化程度高,施工速度快。、工厂化生产,工业化程度高,施工速度快。、工厂化生产,工业化程度高,施工速度快。4 4、钢结构耐热不耐火;易锈蚀,耐腐性差。、钢结构耐热不耐火;易锈蚀,耐腐性差。、钢结构耐热不耐火;易锈蚀,耐腐性差。、钢结构耐热不耐火;易锈蚀,耐腐性差。三、钢结构设计方法(极限状态设计法)三、钢结
9、构设计方法(极限状态设计法)1 1、承载能力极限状态设计法、承载能力极限状态设计法2 2、正常使用极限状态设计法、正常使用极限状态设计法、正常使用极限状态设计法、正常使用极限状态设计法四、钢材主要力学性能四、钢材主要力学性能四、钢材主要力学性能四、钢材主要力学性能强度、塑性、冲击韧性、冷弯性能、可焊性、强度、塑性、冲击韧性、冷弯性能、可焊性、强度、塑性、冲击韧性、冷弯性能、可焊性、强度、塑性、冲击韧性、冷弯性能、可焊性、Z Z向性能向性能向性能向性能二、钢结构应用二、钢结构应用重型工业厂房、大跨度建筑屋盖、多层及超高层建筑、重型工业厂房、大跨度建筑屋盖、多层及超高层建筑、高耸结构、组合结构高耸
10、结构、组合结构第11页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。第五节第五节 复杂应力作用下结构钢材屈服条件复杂应力作用下结构钢材屈服条件只有正应力只有正应力只有正应力只有正应力只有剪应力只有剪应力只有剪应力只有剪应力现有正应力又有剪应力现有正应力又有剪应力现有正应力又有剪应力现有正应力又有剪应力第12页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。第六节第六节 钢材破坏形式钢材破坏形式塑性破坏脆性破坏疲劳破坏破坏时有很大塑性变形破坏突然、几乎不出现塑性变形没有显著变形突然破坏原因:1、钢材质量差2、结构、构件结构不妥3、制造安装质量差4、结构受较大动力荷载第13页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改
11、正。一、一、一、一、二、钢材破坏形式塑性破坏脆性破坏三、发生脆性破坏原因1、钢材质量差2、结构、构件结构不妥3、制造安装质量差4、结构受较大动力荷载第14页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。钢材疲劳破坏影响原因应力循环形式应力循环次数应力集中程度及残余应力重复荷载引发应力种类(拉、压应力、剪应力等)应力幅(即最大应力和最小应力差值)疲劳计算条件直接承受动力荷载重复作用钢结构构件及其连接,且当应力改变循环次数超出5万次。第15页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。疲劳计算1、常幅疲劳计算例题:某承受轴心拉力钢板(两侧为半自动切割)钢板承受重复荷载作用,预期循环次数n=5105,其允许应
12、力幅为多少?2、变幅疲劳计算第16页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。第七节第七节 结构钢材种类、规格及其选取结构钢材种类、规格及其选取一、结构钢材种类一、结构钢材种类一、结构钢材种类一、结构钢材种类Q235A.bQ235A.b1 1、QQ:表示:表示:表示:表示“屈屈屈屈”字拼音首位字母,意为字拼音首位字母,意为字拼音首位字母,意为字拼音首位字母,意为“屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度”;2 2、质量等级:分、质量等级:分、质量等级:分、质量等级:分AEAE五级(字序越高质量越好);五级(字序越高质量越好);五级(字序越高质量越好);五级(字序越高质量越好);3 3、脱氧方法:、脱氧方
13、法:、脱氧方法:、脱氧方法:F F沸腾钢;沸腾钢;沸腾钢;沸腾钢;b b半镇静钢;半镇静钢;半镇静钢;半镇静钢;Z Z镇静钢(普通省镇静钢(普通省镇静钢(普通省镇静钢(普通省 略);略);略);略);TZTZ特殊镇静钢。特殊镇静钢。特殊镇静钢。特殊镇静钢。注:注:注:注:1 1、炭素结构钢(、炭素结构钢(、炭素结构钢(、炭素结构钢(Q235)Q235)分:分:分:分:A A、B B、C C、D D 四级,含四级,含四级,含四级,含 所所所所 有脱氧方法;有脱氧方法;有脱氧方法;有脱氧方法;2 2、低合金结构钢、低合金结构钢、低合金结构钢、低合金结构钢(Q345Q390Q420)(Q345Q39
14、0Q420)分:分:分:分:A A、B B、C C、D D、E E五级,只有镇静钢和特殊镇静钢。五级,只有镇静钢和特殊镇静钢。五级,只有镇静钢和特殊镇静钢。五级,只有镇静钢和特殊镇静钢。第17页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。二、结构钢材选材标准二、结构钢材选材标准二、结构钢材选材标准二、结构钢材选材标准2 2、荷载性质、荷载性质、荷载性质、荷载性质1 1、结构或构件主要性、结构或构件主要性、结构或构件主要性、结构或构件主要性4 4、应力特征、应力特征、应力特征、应力特征3 3、连接方法、连接方法、连接方法、连接方法5 5、结构工作温度、结构工作温度、结构工作温度、结构工作温度6 6、
15、钢材厚度、钢材厚度、钢材厚度、钢材厚度第18页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。1 1、为何要求结构用钢有较高屈服强度和抗拉强度?、为何要求结构用钢有较高屈服强度和抗拉强度?2 2、结构用钢力学性能有哪些?、结构用钢力学性能有哪些?3 3、什么是承载能力极限状态?什么是正常使用极限状态?、什么是承载能力极限状态?什么是正常使用极限状态?4 4、塑性破坏和脆性破坏特点是什么?什么时候轻易发生脆性破、塑性破坏和脆性破坏特点是什么?什么时候轻易发生脆性破坏?坏?5 5、造成构件发生脆性破坏原因有哪些?、造成构件发生脆性破坏原因有哪些?6 6、影响疲劳破坏原因有哪些?、影响疲劳破坏原因有哪些?7
16、 7、什么情况下构件需要验算其疲劳强度?、什么情况下构件需要验算其疲劳强度?8 8、钢材中碳含量与钢材各项力学性能之间有什么关系?、钢材中碳含量与钢材各项力学性能之间有什么关系?9 9、什么情况下会发生应力集中现象?它对构件有什么影响?、什么情况下会发生应力集中现象?它对构件有什么影响?第19页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。第三章第三章 钢结构连接钢结构连接n n第一节第一节第一节第一节 连接分类及特点连接分类及特点连接分类及特点连接分类及特点n n第二节第二节第二节第二节 对接焊缝连接设计对接焊缝连接设计对接焊缝连接设计对接焊缝连接设计n n第三节第三节第三节第三节 角焊缝连接设计
17、角焊缝连接设计角焊缝连接设计角焊缝连接设计n n第四节第四节第四节第四节 焊接残余应力和焊接残余应变焊接残余应力和焊接残余应变焊接残余应力和焊接残余应变焊接残余应力和焊接残余应变n n第五节第五节第五节第五节 普通螺栓连接设计普通螺栓连接设计普通螺栓连接设计普通螺栓连接设计n n第六节第六节第六节第六节 高强度螺栓连接设计高强度螺栓连接设计高强度螺栓连接设计高强度螺栓连接设计第20页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。第一节第一节 连接分类及特点连接分类及特点一、连接概述一、连接概述连连连连接接接接焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接紧固件连接紧固件连接紧固件连接紧固件连接第21页文档仅供参考
18、,如有不当之处,请联系改正。二、焊缝连接二、焊缝连接焊接优点焊接优点焊接优点焊接优点用料经济用料经济用料经济用料经济不减弱截面不减弱截面不减弱截面不减弱截面连接密封性好、整体性好连接密封性好、整体性好连接密封性好、整体性好连接密封性好、整体性好焊接缺点焊接缺点焊接缺点焊接缺点焊接部位附近材质变脆焊接部位附近材质变脆焊接部位附近材质变脆焊接部位附近材质变脆产生残余应力及残余应变产生残余应力及残余应变产生残余应力及残余应变产生残余应力及残余应变第22页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。焊缝连接形式和种类焊缝连接形式和种类按被连接钢材相对位置分按被连接钢材相对位置分按施焊方位分按施焊方位分按受
19、力特点分按受力特点分角焊缝角焊缝对接焊缝对接焊缝第23页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。三、铆钉、螺栓连接三、铆钉、螺栓连接铆钉连接铆钉连接铆钉连接铆钉连接普通螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接高强度螺栓连接高强度螺栓连接高强度螺栓连接高强度螺栓连接承压型承压型承压型承压型摩擦型摩擦型摩擦型摩擦型经过摩擦力抗剪经过摩擦力抗剪经过摩擦力抗剪经过摩擦力抗剪经过孔壁与螺栓杆经过孔壁与螺栓杆经过孔壁与螺栓杆经过孔壁与螺栓杆相互挤压抗剪相互挤压抗剪相互挤压抗剪相互挤压抗剪第24页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。第二节第二节 对接焊缝连接设计对接焊缝连接设计一、对接焊缝结构一、对
20、接焊缝结构焊接材料与构件钢材匹配焊接材料与构件钢材匹配焊接材料与构件钢材匹配焊接材料与构件钢材匹配Q235用E43Q345用E50对接焊缝坡口形式对接焊缝坡口形式对接焊缝坡口形式对接焊缝坡口形式见P54图3.9厚度不等两钢板对接厚度不等两钢板对接厚度不等两钢板对接厚度不等两钢板对接关于用引弧板焊接问题关于用引弧板焊接问题关于用引弧板焊接问题关于用引弧板焊接问题第25页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。二、对接焊缝计算二、对接焊缝计算1 1、轴向受力对接焊缝、轴向受力对接焊缝、轴向受力对接焊缝、轴向受力对接焊缝例题:例题:试验算左图所表示钢板对试验算左图所表示钢板对试验算左图所表示钢板对试
21、验算左图所表示钢板对接焊缝强度。图中接焊缝强度。图中接焊缝强度。图中接焊缝强度。图中a=540mma=540mm,t=22mmt=22mm,轴心拉力设计值,轴心拉力设计值,轴心拉力设计值,轴心拉力设计值N=2150KNN=2150KN。钢材为。钢材为。钢材为。钢材为Q235BFQ235BF,手,手,手,手工焊,焊条为工焊,焊条为工焊,焊条为工焊,焊条为E43E43型,三级焊缝,型,三级焊缝,型,三级焊缝,型,三级焊缝,施焊时使用引弧板。施焊时使用引弧板。施焊时使用引弧板。施焊时使用引弧板。第26页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。2 2、对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用、对接焊缝承受弯矩和
22、剪力共同作用、对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用、对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用第27页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。一、焊缝连接一、焊缝连接 优缺点优缺点优点:用料经济、不减弱截面、连接密封性好、整体性好。优点:用料经济、不减弱截面、连接密封性好、整体性好。优点:用料经济、不减弱截面、连接密封性好、整体性好。优点:用料经济、不减弱截面、连接密封性好、整体性好。缺点:焊接部位附近材质变脆,产生残余应力及残余应变。缺点:焊接部位附近材质变脆,产生残余应力及残余应变。缺点:焊接部位附近材质变脆,产生残余应力及残余应变。缺点:焊接部位附近材质变脆,产生残余应力及残余应变。二、焊缝连接形式和种类
23、二、焊缝连接形式和种类1、按被连接钢材相对位置分:对接、搭接、按被连接钢材相对位置分:对接、搭接、T行连接、角接行连接、角接2、按施焊方位分:平焊、立焊、横焊、仰焊、按施焊方位分:平焊、立焊、横焊、仰焊3、按受力特点分:对接焊缝、角焊缝、按受力特点分:对接焊缝、角焊缝三、高强度螺栓连接三、高强度螺栓连接三、高强度螺栓连接三、高强度螺栓连接(摩擦型、承压型)(摩擦型、承压型)(摩擦型、承压型)(摩擦型、承压型)四、对接焊缝计算四、对接焊缝计算四、对接焊缝计算四、对接焊缝计算1 1、轴向受力对接焊缝、轴向受力对接焊缝、轴向受力对接焊缝、轴向受力对接焊缝2 2、对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用、对接焊
24、缝承受弯矩和剪力共同作用、对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用、对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用第28页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。第三节第三节 角焊缝连接设计角焊缝连接设计一、角焊缝形式一、角焊缝形式正面角焊缝正面角焊缝正面角焊缝正面角焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝斜角焊缝斜角焊缝斜角焊缝斜角焊缝二、角焊缝截面形状二、角焊缝截面形状直角角焊缝直角角焊缝直角角焊缝直角角焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝第29页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。三、角焊缝尺寸要求三、角焊缝尺寸要求最小焊角尺寸最小焊角尺寸最小焊角尺寸最小焊角尺寸最大焊角尺寸最大焊角尺寸最大焊角尺
25、寸最大焊角尺寸侧面角焊缝最侧面角焊缝最侧面角焊缝最侧面角焊缝最小计算长度小计算长度小计算长度小计算长度侧面角焊缝最侧面角焊缝最侧面角焊缝最侧面角焊缝最大计算长度大计算长度大计算长度大计算长度第30页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。四、直角角焊缝强度验算四、直角角焊缝强度验算第31页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。四、直角角焊缝强度验算四、直角角焊缝强度验算正面角焊缝验算正面角焊缝验算正面角焊缝验算正面角焊缝验算侧面角焊缝验算侧面角焊缝验算侧面角焊缝验算侧面角焊缝验算r第32页文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。1 1、承受轴心力作用时角焊缝连接计算、承受轴心力作用时角焊缝连
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