2015钢结构第一章 绪论.ppt

5、最优化原理的应用 结构优化设计包括确定优化的结构形式和确定优化的截面尺寸。由于电子计算机的逐步普及，促使结构优化设计得到相应的发展。我国编制的钢吊车梁标准图集，就是根据耗钢量 最小的条件写出目标函数，把强度、稳定、刚度等一系列设计要求作为约束条件，用计算机解得优化的截面尺寸，比过去的标准设计节省钢材5％～10％。优化设计已逐步推广到塔桅结构、网架结构设计等各个方面。 设计参考资料 《水工设计手册》 《水闸》 《水利水电工程钢闸门设计规范》 《钢结构设计规范》2003 《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》1991 《水工建筑物荷载设计规范》1997 《船闸总体设计规范》2001 《水电站压力钢管设计规范》2003 练习 大跨度结构应优先选用钢材，其主要原因是。 （A） 钢结构具有良好的装配性 （B） 钢材的韧性好 （C） 钢材接近均质等向体，力学计算结果与实际结果最符合 （D） 钢材的重量与强度之比小于混凝土等其他材料 学习本章的主要目的是如何选择钢材。这就要求首先掌握钢材的性能，其中最重要的是脆断。 第一节 钢结构对所用材料的要求 1.塑性破坏：p8 钢材在产生很大的变形以后发生的断裂破坏称为塑性破坏，也称为延性破坏。 塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉强度后才发生。 在塑性破坏前，由于总有较大的塑性变形发生，且变形持续的时间较长，很容易及时发现而采取措施予以补救，不致引起严重后果。而且适度的塑性变形能起到调整结构内力分布的作用，使原先结构应力不均匀的，局部高峰的应力部分趋于均匀，从而提高结构的承载能力。 2.脆性破坏： 钢材在变形很小的情况下突然发生断裂破坏。分为一般脆性破坏和疲劳破坏 应力集中（动力荷载、同号复杂应力）、本身质量问题（低温冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地，元素含量、夹杂物、晶粒较粗）、低温、钢板厚度（主应力控制，易于脆性断裂） 由于脆性破坏具有突然性，无法预测，而且个别构件的断裂常引起整个结构塌毁，危及生命财产的安全，后果严重。故比塑性破坏要危险得多，在钢结构工程设计、施工与安装中应采取适当措施尽力避免——选好材、减少应力集中、设计构件选用较薄钢板 一、钢材的破坏形式 钢结构的原材料是钢，钢的种类繁多，性能差别很大，适用于钢结构的钢只是其中的一小部分。用作钢结构的钢必须符合下列要求： 1、强度fy 、fu高： 2、塑性、韧性、耐久性好：可防止脆性破坏，抗动力荷载好，耐疲劳。 3、良好的加工性能：冷、热加工和可焊性好 4、耐腐性好 5、价格便宜(易于施工、价格合理) 有时还要求钢材具有适应低温、高温等环境的能力。 二、钢结构对所用材料的要求 规范规定 按以上要求，钢结构设计规范具体规定：承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。对需要验算疲劳强度的结构用钢材，根据具体情况应当具有常温或负温冲击韧性的合格保证。 二、钢结构对所用材料的要求 《钢结构设计规范（GB50017)》推荐使用： 碳素结构钢中的Q235钢、 低合金结构钢中的Q345钢、Q390钢、Q420钢。 随着研究的深入，必将有一些满足要求的其它种类钢材可供使用。若选用钢结构设计规范还未推荐的钢材时，需有可靠的依据，以确保钢结构的质量。 专用钢结构用材见相关规范。 第二节　钢材的主要机械性能 ◎ 钢材的主要性能 钢材的主要性能包括钢材的力学性能、焊接性能与耐久性能。 钢材的机械性能（力学性能） 通常是指钢厂生产供应的钢材在标准条件下拉伸、冷弯和冲击等单独作用下显示出的各种机械性能。它包括强度、塑性、冷弯性能及韧度等。 它们由相应实验得到，试验采用试件的制作和试验方法都必须按照各相关国家标准规定进行。 一、单向拉伸时的性能 （强度性能） 钢材的强度性能可用几个有代表性的强度指标来表述，它包括材料的比例极限、弹性极限、屈服点与抗拉强度。用以下实验显示： 标准试件在室温（10℃～35℃)、以满足静力加载的加载速度一次加载所得钢材的应力σ～ε应变曲线显示的钢材机械性能如下： (1)弹性阶段：σ≤ fp，σ与ε呈线性关系，称该直线的斜率E为钢材的弹性模量。在钢结构设计中，对所有钢材统一取E =2.06×105 N/mm2。 比例极限fp：这是应力一应变图中直线段的最大应力值。实际上，比比例极限略高处还存在弹性极限，但弹性极限与比例极限十分接近，所以通常略