第1讲-钢结构材料

1、郭小农郭小农20152015年年同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系第第1讲讲 钢结构材料和结构体系钢结构材料和结构体（不回短信）（不回短信）65980531 土木楼土木楼A730Guo-xiao-Tj_3d3s_密码密码12345620152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系主要知识点主要知识点1.1.钢材的钢材的本构关系本构关系复习复习钢结构基本原理钢结构基本原理2.2.钢材性能的钢材性能的主要影响因素主要影响因素陈绍蕃陈绍蕃钢结构设计原理钢结构设计原理第第1 1章章3.3.钢结构的钢结构的主要结构体系主要结构体系随便吹吹牛随便

2、吹吹牛第第1节节本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1. 本构关系本构关系标准拉伸试样标准拉伸试样NN20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系l线弹性段：应力应变成线弹性段：应力应变成线性关系线性关系，卸载后变形消失；卸载后变形消失；l非线弹性段：应力应变为非线弹性段：应力应变为非线性关系非线性关系，卸载后变形消失；，卸载后变形消失；l总体而言，弹性阶段总体而言，弹性阶段变形很小变形很小；l应力应变进入非线性的弹塑性阶段，有明显的水平状的屈服平应力应变进入非线性的弹塑性阶段，有明显的水平状的屈服

3、平台，应力基本保持不变应变不断发展（台，应力基本保持不变应变不断发展（暂时丧失加载能力暂时丧失加载能力）；）；l卸载后弹性变形消失，但仍残留变形塑性变形。卸载后弹性变形消失，但仍残留变形塑性变形。l钢材内部晶粒重新排列，恢复承载能力；钢材内部晶粒重新排列，恢复承载能力；l超过顶点后，试件出现横向收缩，称超过顶点后，试件出现横向收缩，称“颈缩颈缩”，随后断裂，随后断裂1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2pN/mm200f1 . 0p25N/mm1006. 2E2yN/mm235f15. 0y5 . 215. 0p2uN/mm46

4、0370f521% 26%1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.屈服强度屈服强度 fy 用作为钢结构设计可达到的最用作为钢结构设计可达到的最大应力，原因：大应力，原因： （1）fe、fp、fy非常接近非常接近，三者合一，可认，三者合一，可认为弹性与塑性的分界点；为弹性与塑性的分界点； （2）fy以后，以后，塑性变形很大塑性变形很大，一旦超载，易，一旦超载，易被发现加固补救；被发现加固补救； （3）fy 发展到发展到fu，有很大一段区域，可作为有很大一段区域，可作为强度储备，称强度储备，称fu/fy为为强屈比强屈比，要求大于，要

5、求大于1.22.为计算方便，通常将实际的应力应变曲线为计算方便，通常将实际的应力应变曲线简化，视作理想弹塑性模型。简化，视作理想弹塑性模型。 ofyfefpfu实际实际曲线曲线理想弹塑性模型的理想弹塑性模型的曲线曲线塑性塑性E0弹性弹性Efy1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系yfyfufuf0.2%,p1. 本构关系本构关系n

6、BERamburg-Osgood模型模型特别的，对于铝合金特别的，对于铝合金0.20.1nf0.20.2%nEf20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系Von Mises 屈服条件：屈服条件：弹性弹性yzsfyzsf塑性塑性2223xyyxyxzs(b) 两向应力状态两向应力状态折算应力折算应力)(3222222zxyzxyxzzyyxzyxzs(a) 三向应力状态三向应力状态 2221223310.5zs(c) 一般梁中一般梁中(d) 纯剪状态纯剪状态

7、22zs3y2zs33f1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系a)20010O10030040020010O100300500(%)(%)2(N/mm ) (N/mm )2b)y(c)fO11fyyfcb(a)(b)1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1. 本构关系本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1. 本构关系

8、本构关系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1. 本构关系本构关系单调加载单调加载时效时效单向往复加载单向往复加载鲍辛格效应鲍辛格效应随动强化随动强化等向强化等向强化20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1. 本构关系本构关系-400-0.02-0.01-20000.010.020200400(Mpa)第第2节节主要影响因素主要影响因素20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑

9、工程系2. 影响因素影响因素20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系

10、同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素11yf1121220152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2. 影响因素影响因素第第3节节钢结构体系钢结构体系简介简介20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系桁架结构桁架结构

11、 Truss（杆系）（杆系）框架结构框架结构 Frame（杆系）（杆系）网格结构网格结构 Space Grid Structure (杆系杆系)拱与拱架结构拱与拱架结构 Arch（曲杆）（曲杆）板式结构结构板式结构结构 Plate（板）（板）张拉结构张拉结构 Tension Structure3. 结构体系结构体系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3.1 桁架结构桁架结构平面桁架平面桁架3. 结构体系结构体系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系空间空间桁架桁架3. 结构体系结构体系3.1 桁架结构桁架结构

12、20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系主要特点：梁式结构，杆件以受轴力为主；主要特点：梁式结构，杆件以受轴力为主；主要荷载：垂直于桁架方向主要荷载：垂直于桁架方向传力体系：弦杆传递弯矩，腹杆传递剪力；传力体系：弦杆传递弯矩，腹杆传递剪力；3. 结构体系结构体系3.1 桁架结构桁架结构20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3.2 框架结构框架结构3. 结构体系结构体系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系主要特点：梁受弯矩为主；柱压弯为主；主要特点：梁受弯矩为主；柱压弯为

13、主；主要荷载：竖向力主要荷载：竖向力+水平力水平力传力体系：根据水平力的传递分为带支撑框架和无支撑纯框架传力体系：根据水平力的传递分为带支撑框架和无支撑纯框架3. 结构体系结构体系3.2 框架结构框架结构20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3. 结构体系结构体系3.3 网格结构网格结构/空间结构空间结构20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【案例案例03】某网架的分块安装某网架的分块安装3. 结构体系结构体系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系主要特点：杆件以受轴力

14、为主；主要特点：杆件以受轴力为主；主要荷载：竖向力主要荷载：竖向力+水平力水平力传力体系：依靠结构的体型来达到传递荷载的最高效率。传力体系：依靠结构的体型来达到传递荷载的最高效率。3. 结构体系结构体系3.3 网格结构网格结构/空间结构空间结构20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3. 结构体系结构体系3.4 拱结构拱结构20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系主要特点：合理拱轴的构件以受轴力为主；弯矩较小主要特点：合理拱轴的构件以受轴力为主；弯矩较小主要荷载：竖向力主要荷载：竖向力+水平力水平力3. 结构体系结

15、构体系3.4 拱结构拱结构20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3.6 板式结构板式结构3. 结构体系结构体系20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系主要特点：依靠板件承受荷载，应尽量使板件面内受力主要特点：依靠板件承受荷载，应尽量使板件面内受力重要注意：需保证板件的边缘刚度重要注意：需保证板件的边缘刚度3. 结构体系结构体系3.6 板式结构板式结构20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3. 结构体系结构体系平面索桁架体系平面索桁架体系承重索承重索: : 形状形状下凹下凹

16、 作用作用承受外荷载承受外荷载稳定索稳定索: : 形状形状上凸上凸 作用作用稳定结构体系稳定结构体系施加预应力后结构成形施加预应力后结构成形3.7 张拉结构张拉结构20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3. 结构体系结构体系 矩形平面中矩形平面中置置平面索桁架平行布平面索桁架平行布20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3. 结构体系结构体系圆形平面中圆形平面中平面索桁架径向布置平面索桁架径向布置20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3. 结构体系结构体系单层预应力索网单层预应力索网由两组相互正交且曲率相反的由两组相互正交且曲率相反的索组成索组成, , 形成一种负高斯曲形成一种负高斯曲面面, , 有帐篷型和马鞍型两种。有帐篷型和马鞍型两种。帐篷形帐篷形马鞍形马鞍形20152015钢结构基本原理钢结构基本原理同