《金属结构设计》绪论用省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

金属结构设计课程名称1/680绪论目录0.绪论

§0.1金属结构特点和应用

§0.2金属结构设计基本要求

§0.3金属结构设计方法

§0.4金属结构研究进展2/680绪论§0.1金属结构特点和应用

⑴金属结构（钢结构）定义

⑵金属结构特点

⑶金属结构应用3/680绪论由钢材制成板和型钢，按一定规则用焊缝、螺栓或铆钉连接起来，能承受荷载并满足一定使用要求工程结构，称为钢结构。机械工程中，称为金属结构。

⑴金属结构(钢结构)定义4/680绪论①材质均匀，可靠性高。

②强度高，重量轻。

③塑性和韧性好。

④便于机械化制造。

⑤安装方便，施工期限短。

⑥密封性好。

⑦耐热性很好。

⑧耐火性差。

⑵金属结构特点⑨耐锈蚀性差。5/680绪论①工业与民用建筑：工业厂房结构、大跨度建筑结构、多层建筑结构和高层建筑结构等。②交通运输：车辆、船舶和桥梁等。③石油化工：压力容器、海上石油钻井平台、石油钻井塔架等。④水利电力：水工钢闸门、栏污栅、压力钢管、大型施工栈桥、输电杆塔、火电厂锅炉钢排架等。⑤大型机械：起重机械、运输机械、石油机械等。⑶金属结构应用6/680绪论⑴安全可靠、耐用。§0.2金属结构设计基本要求⑵满足工作要求。⑶结构合理、经济。①工作性能好、使用方便。②结构自重轻。③制造工艺性好。④安装、运输和维修方便。⑷外形美观。

7/680绪论

§0.3金属结构设计方法§0.3.1金属结构设计目标

§0.3.2传统允许应力设计法

§0.3.3新允许应力设计法

§0.3.4极限状态设计法

§0.3.5金属结构设计基本要求8/680绪论§0.3.1金属结构设计目标金属结构设计目标：是使金属结构在满足功效要求基础上，安全可靠，技术先进和经济合理。我国金属结构设计方法主要经历三个阶段：传统允许应力设计法、新允许应力设计法、以概率为基础极限状态设计法。9/680绪论设计准则：结构构件计算应力应不超出结构设计规范要求允许应力，其按承载能力普通表示式为：式中：——构件由各种标准荷载产生总内力；——构件几何参数(截面面积或截面抵抗矩等)；——允许应力，是将构件材料极限应力(钢材屈服点σs或用符号fy）除以大于1安全系数Ｋ而得，即：优点：形式简单，应用方便。缺点：采取凭经验确定定值单一安全系数，没有考虑各种结构详细情况差异，不能确保所设计结构含有比较一致安全水平。

(0-1)§0.3.2传统允许应力设计法10/680绪论设计准则：与上同。其按承载能力普通表示式为：

式中：K1—荷载系数；

K2—材料系数；

K3—调整系数

特点：保留了传统允许应力设计法简单明了形式，但赋于了新内容，概念明确，便于应用。

新内容：安全系数Ｋ确定方法不一样。以结构极限状态为依据，结合我国二十多年工程实际经验，对影响结构安全度各种原因以数理统计方法逐一进行分析，即进行多系数分析，综合成一个单一安全系数。此法实质上是半概率半经验极限状态设计法。

(0-2)§0.3.3新允许应力设计法11/680绪论§0.3.4极限状态设计法

⑴结构应满足功效⑵结构可靠性⑶极限状态⑷计算方法①安全性

②适用性

③耐久性

①结构可靠性②结构可靠度

①几个名词解释②承截能力极限状态③正常使用极限状态12/680绪论①安全性

结构应能承受正常施工和正常使用时可能出现各种荷载、外加变形等作用；在偶然事件发生时及发生后仍能保持必需整体稳定性，不致坍毁。

13/680绪论②适用性

结构在正常使用荷载作用下，应含有良好工作性能，满足预定使用要求，如不发生影响正常使用过大变形等。14/680绪论③耐久性

结构在正常维护下，随时间改变仍能满足预定功效要求，如不发生严重锈蚀而影响结构使用寿命等。

15/680绪论①结构可靠性

指结构在要求时间内（设计基准期，如50年），在要求条件下（正常设计、正常施工、正常使用和正常维护），完成预定功效能力。用结构可靠度来度量。

16/680绪论②结构可靠度指结构在要求时间内，在要求条件下，完成预定功效概率。可靠概率：结构或构件能够完成预定功效概率。

失效概率：结构或构件不能完成预定功效概率。二者互补，即。17/680绪论①几个名词解释作用：指使结构产生内力、变形、应力、应变全部原因。作用效应（Ｓ）：指结构上作用引发结构或其构件内力和变形；作用为荷载时，其效应可称为荷载效应。因作用是不确定随机变量，所以作用效应普通也是随机变量。结构抗力（Ｒ）：指结构或构件承受作用效应（及内力和变形）能力（如构件承载能力、刚度等）。它取决于构件材料性能、几何参数等，也是随机变量。

结构极限状态：指结构能够满足设计要求某一功效要求临界状态。

18/680绪论②承载能力极限状态这种极限状态对应于结构或构件到达最大承载能力（如强度破坏、丧失稳定、疲劳破坏等）或不适于继续承载变形（如过分塑性变形等）。

19/680绪论③正常使用极限状态这种极限状态对应于结构或构件到达正常使用或耐久性能某项要求限值（如结构或构件出现影响正常使用变形，出现影响正常使用振动，出现影响正常使用或耐久性局部破坏）。

20/68⑷计算方法0绪论结构所处各种状态可概括为：

＞＞结构处于可靠状态；

Ｒ＝Ｓ(0-3)或写成Ｚ＝Ｒ－Ｓ＝０结构处于极限状态(0-4)＜＜结构处于失效状态。式(0-4)称为极限状态方程。Z＝g(R，S)是反应结构完成功效状态函数，称为结构功效函数或状态函数。更普通情况，极限状态方程Z＝g(R，S)可写成：Z＝g(X1，X2，...，Xn)(0-5)式中：Xi(i＝1,2,...,n)——基本变量，计算结构各种荷载（作用）效应时采取荷载值及影响结构抗力各种原因，如材料性能、几何参数、计算模式等。它们都是独立随机变量。21/680绪论用公式表示：(0-6)(0-7)按上述原理进行概率运算是一个非常复杂课题，且当前我们对很多随机变量缺乏足够统计资料，所以在上述方法基础上又进行了分析、推导和简化，按照失效概率要求，校准了各随机变量分项系数，提供了以概率理论为基础极限状态设计法（疲劳计算除外），用分项系数设计表示式进行计算。这种方法实质上是近似概率极限状态设计法。

设计时应使Ｚ≥0(R≥S)概率不低于某一特定数值。

22/680绪论§0.3.5金属结构设计基本要求对于承载能力极限状态，采取以下设计表示式：

（0-8）写成应力表示式：（0-9）现行钢结构设计规范(GB50017-)，采取以概率为基础极限状态设计方法（疲劳强度除外），用分项系数表示式进行计算。各种承重结构均应按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。23/68§0.3.5金属结构设计基本要求（续）0绪论对于正常使用极限状态，其计算公式为：(0-10)注：计算结构或构件强度、稳定性以及连接强度时，应采取荷载设计值；计算变形和疲劳时，应采取荷载标准值。对于直接承受动力荷载结构，计算强度和稳定时，动力荷载应乘以动力系数；计算变形和疲劳时，不乘动力系数。我国《钢结构设计规范》(GB50017－)采取此法。24/680绪论宝钢150吨电炉主厂房25/680绪论宝钢成品库工程26/680绪论济钢炼钢厂厂房27/680绪论上海浦东国际金融大厦工程28/680绪论广州新白云（网架结构）机场航站楼张拉膜工程29/680绪论山东水上训练基地体育场30/680绪论三峡莲沱大桥结构31/680绪论某公路大桥32/680绪论越南铁道桥，桁架结构，2410t33/680绪论胜利海洋钻井平台34/680绪论自升式海上石油钻井平台

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