高等钢结构理论

高等结钢构理论(结钢硕构——士程课)济同大建学筑工系

程1.

钢构基本性能结特点及1.钢1生材对产材性影的响 .21钢加材工(施)工对件构能性的响 1.3影外作界用对结钢性构的影能

响2 .结钢构几个的特问殊题

目录

.12残余应力及其影 2.2响钢构结稳定问的题2 3.结钢的构裂问断 2题.4结构钢疲劳问题的第一

3讲.钢结构本构件3基. 1拉杆3.轴2压心 3.3杆受弯件构3.4弯构件

压.4钢架框理论41 .失稳式形4 2.析分法方4 3.实际应用第二讲第三讲

5

.结构钢连接的5.焊1接.5螺2栓接连四第讲

目录续)

5.(混合3连接6 .钢结构构造设计7 .弯冷薄壁型结构的钢点 8.特他其一些心关问题8的. 1塑性计设8 . 2抗钢结震 8构3箱.形梁 .84受构件扭8.设计5中试的工作 8.6验钢结构固设加计第讲五第六讲第七讲

.5钢结构的连接.15接连形式：焊接铆、、普接通栓连螺接高、螺强连栓 5.2接角缝焊连接 角 焊缝性的能：试验研究角缝焊的算计：¾计公式算¾有效厚和度度长¾理论究¾研缝群的计焊算5 3高强.螺栓接连 抗螺栓连接剪：¾承受轴心剪力螺的连接：栓¾承受偏心剪的力栓连螺接：

太原理工大学建筑与土木工程学院

高等钢结构理论作业

专业： 结构工程 姓名： 高培文 学号： S20090588 授课教师： 雷宏刚 在钢结构设计中，极限状态的概念、理论和设计方法已经得到普遍的应用。在极限状态设计方法中，结构在达到其极限承载力之前是非线性。因此，目前的许多工程设计实践都采用二阶弹性分析方法。

随着计算机硬件的发展,尤其是个人计算机和工作站的运算能力和图形功能的提高，使直接的二阶弹塑性分析成为可能。一旦建立了可靠的计算理论和完成相应的程序设计，弹塑性分析将允许我们能更严格地考虑单个构件的性能(最大强度、延性等)和整体结构之间的相互作用和相互依赖关系，更能全面地考虑结构的实际破坏模式和最大强度，而不再需要现行繁琐的设计过程：先对结构作线性的或非线性的弹性分析，继而又对构件进行非弹性的强度设计；虽然工程师设计的结构是安全的,但他不能预测出该结构的破坏荷载。

近年来，一些国家的塑性设计规范条文中已经强调了二阶非弹性分析：二阶非弹性分析给出构件所受的荷载,通过规范的典型公式检验构件的安全性。二阶非弹性分析总是要在一定程度上考虑材料的塑性和结构稳定性之间的耦合作用，如果充分考虑这种耦合作用，那么我们在进行结构设计时，就不必再对构件

第1讲. “高等钢结构”课程内容体系、学习要求

1. 概括总结：钢结构中出现“层间撕裂”问题的原因、防止措施。 2. 在“OK网站”事故栏目查看各种钢结构工程事故，选一实例写出书面分析报告

第 2 讲 钢结构的性能综述

1.试从钢结构材料、制造安装、工作环境、荷载类型、结构形式及构造细节等六个方面，综述对结构性能的影响。

2.以“鸟巢”结构用钢Q460E-Z35，厚110mm为例，综述GB50017对钢结构钢材的规定；分析超过要求时设计、施工方面存在哪些问题?

3.何为冷弯效应？试叙述《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018）是对冷弯效应如何考虑的。 第3讲 钢结构的断裂与疲劳破损

1. 从断裂力学的观点，简述为什么裂纹尺寸、作用应力和材料的韧性是影响脆断的直接因素？

2. 解释何为“断裂韧性”，它与“冲击韧性”有何异同？ 3. 解释何为 “应力腐蚀开裂”？

4. 疲劳设计的准则 ？GB50017采用什么准则，为什么？ 5. 解释 “线性累积损伤准则” 、“雨流计数法”。 6. 焊接结构脆断的原因及防脆断的措施。

7. 疲劳破损的种类？疲劳设计的准则？疲劳破坏的防止措施？

第4讲 基本构件——拉杆、轴压杆、梁 1.综述“剪切

高等钢结构课程作业之一

---------多、高层钢结构

一. 某写字楼分别位于广州市中心和北京市中心，II类场地土，轴线参考尺寸如下图，地下1层（5 m），地上18层，标准层高3.0m或3.2m。完成以下工作： （1）选择合理的钢结构体系（不限于1种）；

（2）进行柱、框架梁、次梁、楼梯间和电梯间的布置；

（3）初选各构件截面形式，并运用有关设计软件（ETABS、SAP2000等）进行结构

分析设计；

（4）进行弹性时程分析或弹塑性时程分析（选做）； （5）若提出2种不同结构体系，请对比分析。 二. 提交成果：计算书（主要信息如周期，位移等）、

标准层结构平面图（A3） 梁柱节点大样（A3） 主次梁节点大样等（A3） 柱脚大样（A3）

三. 目的和要求

全体学生分为48个小组，先从上课名单顺序张增球同学排起，一组一个，依次排 序，到方万里同学是第48小组。从郑子麟同学起又从第1组开始排，一组一个同学。先请班长按此原则排好名单后再发给大家。

本作业的目的是旨在训练学生在高层钢结构的基本知识、结构体系、设计原理、软件运用和绘制施工图等方面的理解和掌握，要求独立完成。

轴线参考尺寸图

表1 各组别参数取值

河北工业大学研究生课程考试试卷要求:

1.请转发选课同学，见名单。

2.答案写在答题纸上，请从陈培老师那里领取。 3.下学期一开学由智鹏统一收齐交上。

课程编号 12S16A0202 课程名称 高等钢结构理论 学期 2013年春 共 1 页第 1 页 学位层次 硕士 考试时间 2 小时 考试方式 开卷 试卷种类 A 卷

河北工业大学研究生课程考试试题

1. 对钢板、扁钢、工字钢和宽翼缘工字钢进行材性试验，应在什么部位取样？原因何在？ 2. 钢材的分层现象是什么原因引起的？有无抗层状撕裂的钢材？如有则说明其特点。如何从设计上防止层间撕裂？全面论述如何从施工上防止层间撕裂？

3. 图示截面的简支梁属于重要性为一类的构件，使用时最低温度为?20?C。试按瑞士《钢材质量选择建议》确定各部分的材料等级。

30 ?600× P I c 2P Ib Ib h P -?650×30600x30 20 ?2000×30 ?600×理论切断点

2Ic L Ic L 第3题图 第4题图 第12题图

4.

第3章 习题 (2013年版)

请在以下四组问答题中每组选1题回答(必要时须附插图和实例)：

(以下蓝色字体标记修订，首次下载的同学可以不关心；红色字体标记警示，请给予重视) 第一组

3.1a 综述有关塑性铰的概念、假设、适用情形、研究和应用进展。（重点阐述有关钢结构的

内容，可以适当扩展到钢-混凝土组合结构，不要长篇大论有关纯钢筋混凝土结构）

3.1b 综述有关各种改进塑性铰法、各种塑性区方法的研究和应用进展。(参见课件

p.60-63,p.100-109)

3.1c 选择一种或几种有限元分析软件，论述其可用于钢框架结构弹塑性分析或推覆分析的单

元类型，并自选合适的计算模型，施加竖向荷载和水平荷载，进行算例分析，通过Mises应力云图、应变云图、荷载-位移曲线等形式展示计算结果。

3.1d 塑性设计与弹性设计的基本区别？塑性设计有哪些方法、各自的适用范围如何？

第二组

3.2a 为了满足塑性设计的要求，国内外钢结构相关规范EC3, BS5950, GB50017-2003, GB

50017-201X(送审稿)分别如何进行构件截面分类？哪类截面适用于塑性设计？

3.2b 对《钢结构设计规范》(GB50017-201X) (送审稿)有何修改意见和建议？包括理解或应用

《高等钢结构原理》 3、4章学生作业

系 （所）：建筑工程系 班 级 学 号： 姓 名： 培养层次：专业硕士

2014年12月13日

第三章

第一组

3.1b 试用简单塑性分析法，求出图3.1b所示超静定梁的极限荷载。当 0

FP? (1-?)l=Mu+Mu(1-?)

FP= Mu(2-?)/ ? (1-?)l

由数学知识可得当?=2-√2时取最大值，FP=√2 Mu/(3√2-4)

第二组

3.2b 简述剪力和钢材应力-应变曲线强化对受弯截面的极限抗弯承载力的影响。

剪力的影响：当构件受到剪力作用时，屈服准则为

2ζ2?η2??y2?3?vy (1)

从公式(1)中我们可以看到当截面上存在剪应力时，至少有一部分正应力还未达到fy时就已完全进入塑性。剪力的存在会加速塑性铰的形成，降低受弯截面的极限抗弯承载力。

钢材应力-应变曲线强化的影响：

图1 钢材应力应变曲线图

从图1中我们可以看到，钢材并不是理想的应力应变曲线，当钢材达到屈服后，其在达到最大承载力之前，其强度仍然可以提高。因此按理想弹塑性模型考虑，截面所承受的弯矩将低于极限弯

《高等钢结构》复习题

（1） 按承载力极限状态和正常极限状态设计钢结构时，应考虑荷载效应的哪种组合？

承载力极限状态：基本组合；正常使用状态：标准组合。 （2）钢材的设计强度是根据钢材的什么确定的？

钢材的屈服强度

fy除以抗力分项系数rR。

钢结构的塑性好、韧性好指的是什么？各用什么指标表示？

塑性好，结构在静载和动载作用下具有足够的应变能力，可减轻结构脆性破坏的倾向，同时可通过较大的塑性变形调整局部压力。韧性好，结构具有较好的抵抗重复荷载作用的能力。塑性：伸长率。韧性：材料断裂时所吸收的总能量（包括弹性和非弹性）来度量。

钢结构的两种主要破坏形式是什么？各有什么特点？

塑性破坏：破坏前构件产生较大的塑性变形，断裂后的端口呈纤维状，色泽发暗。 脆性破坏：破坏前没有任何预兆，破坏是突然发生的，端口平直并呈有光泽的晶粒状。

（1） 钢材牌号是根据材料的什么命名的？同一牌号钢材为什么设计强度不同？

钢的牌号由代表屈服点的的字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）、脱氧方法符号四部分按顺序组成。

钢的牌号仍有质量等级符号，分为A、B、C、D、E五个等级。E级主要是要求-40 ?C的冲击韧性。

（2） 沸腾钢与镇静钢冶炼浇注方法的主要不同

同济大学建筑工程系研究生课程 《高等钢结构原理》断裂与疲劳部分

学生作业 2015. 9.

一、作业要求

1．每位学生自选4道概念论述题和1道计算题。

2．应仔细审题，答题清楚到位。鼓励有全面深入的高质量论述。 3．相互抄袭很容易识别，均按无作业成绩处理。请独立思考答题。 4．概念论述题照抄授课教师讲稿，作业成绩最高只能得60分。

5．书面答题，统一做在A4纸上，打印和手写均可，封面写上系（所）别、学号和姓名、硕士生或博士生。校外旁听生写上单位名称。

6．作业可集中给班长统一提交到土木大楼A711室，截至时间2015年11月20日 7．本课程考核方式为期末考试和平时作业考核相结合，最终成绩为40%期末考试与60%平时作业成绩之和。

二、参考书目

（1）[英]T.R. 格尔内，焊接结构的疲劳，机械工业出版社，1988。 （2）焦馥杰，焊接结构分析基础，上海科学技术出版社，1991。 （3）[德]D. 拉达伊，焊接结构疲劳强度，机械工业出版社，1994。 （4）霍立兴，焊接结构工程强度，机械工业出版社，1995。 （5）陈绍蕃，钢结构设计原理，科学出版社，2000。

（6）[荷]J.Wardenier, 钢管截面的结构应用，同济大学出版社，2

钢结构稳定理论

3.1弹性压弯构件的基本微分方程

第三章 压弯构件的弯曲屈曲3.1弹性压弯构件的基本微分方程dQx 由剪力平衡： q x dx dM dy 由弯矩平衡： x Qx P 0 dx dx EIyIV Py q x P k ,y IV k 2 y q x / EI EI 非齐次四阶微分方 程：2

y A sin kx B cos kx Cx D f ( x) 其中f ( x)为满足微分方程的特解压弯构件的弯曲屈曲1

钢结构稳定理论

3.1弹性压弯构件的基本微分方程

例1 q qx2 解：此时f ( x ) x2 2 EIk2 2P 利用边界条件： 0时y0 0,y0 0 x l时yl 0,yl 0 x q 可求得：B D 2 k P q 1 coskl A 2 k P sin klql C 2P q kl k2x y 2 tg sin kx coskx 1 ( l x ) k P 2 2 压弯构件的弯曲屈曲2

钢结构稳定理论

3.