钢结构设计原理期末总结(第一章、第二章)

中南大学大三钢结构设计原理期末考试知识考点总结

Chapter1绪论

1.钢结构的优缺点

a.优点：

（1）轻质高强——

（2）质地均匀，各向同性——①塑性韧性好→③抗震性能好

——②计算与实际相符，安全可靠度高

（3）工业化程度高——工期短

（4）具有可焊性——封闭性能好

（5）250℃内钢材性质变化很小——耐热性较好

（6）易加固维修，拆卸或改建——经济，绿色，环保

b.缺点：

（1）造价相对昂贵

（2）耐锈蚀性差

（3）耐火性差

（4）压力与弯矩等作用下存在构件局部与结构整体失稳问题

（5）低温下易脆断

2.钢结构用于土木工程时的主要结构形式

（1）重型工业厂房

（2）高层房屋建筑

（3）大跨度结构

（4）高耸结构

（5）板壳结构

（6）移动性结构

3.各种钢结构形式中组成构件的分类

Chapter2钢结构材料

1.钢结构对钢材的要求

Ⅰ钢材力学性能（机械性能）的要求

a.有较高的强度——①屈服强度fy高→减小构件截面尺寸，节约钢材，降低造价

——②抗拉强度fu高→增加结构的安全储备

b.塑性好——避免脆性破坏，提高构件延性，提高抗震能力

c.冲击韧性好——提高结构抗动力荷载的能力，避免裂纹和脆性断裂

d.冷加工性能好——保证钢材加工过程中不发生裂纹或脆断

Ⅱ其它性能要求

a.可焊性好——①施工可焊性→焊缝金属和近缝区钢材不发生裂纹

②使用可焊性→焊缝和焊接热影响区的力学性能不低于母材的力学性能

b.耐久性好——钢结构的使用寿命

2.钢材的工作性能及相应的评定指标和试验确定

Ⅰ单向均匀受拉的静力拉伸试验应力应变曲线

a.弹性阶段

b.屈服阶段

c.强化阶段

d.颈缩阶段

Ⅱ钢材的主要工作性能——评定指标

a.强度——①屈服强度fy→设计时钢材可达到的最大应力，即强度标准值

——②抗拉强度fu→钢材破坏前所能承受的最大应力

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——③强屈比fu/fy≥1.2→钢材强度储备系数

b.塑性——概念：指应力超过屈服点后，试件产生明显的残余塑性变形而不断裂的性质

——①伸长率δ=(l-l0)/l0→表示钢材断裂前发生塑性变形的能力，愈大塑性愈好

——②断面收缩率ψ=(A0-A)/A0→表示试件颈缩区横断面面积在断裂前后的相对减缩

c.冲击韧性——概念：指钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量与抵抗冲击荷载的能力

d.冷弯性能——概念：指钢材在冷加工(常温加工)时，对产生裂缝的抵抗能力

e.可焊性——概念：指钢材经过焊接能够获得良好的焊接接头的性能

f.耐久性——概念：耐腐蚀性，抗疲劳性和耐时效性

g.Z向伸缩率——概念：当钢材较厚或承受沿厚度方向的拉力时，所要求的沿板厚方向的收缩率

——防止沿厚度方向的分层与撕裂

3.应力比、应力幅、应力循环次数的概念及相互关系

Ⅰ相关概念

a.应力比ρ=σmin/σmax——指反复荷载引起的应力循环中绝对值最小的峰值应力σmin与绝对值最大的峰值应力σmax的比值。

b.应力幅Δσ=σmax-σmin——

c.应力循环次数N=c×Δσ-β——

Ⅱ相互关系

4.影响钢材性能的一般因素

a.化学成分的影响：（直接影响钢的组织构造，从而影响钢的力学性能）

①碳——优点：含量↑，屈服强度与抗拉强度↑

缺点：塑性、低温冲击韧性、可焊性、耐腐蚀性、疲劳强度、冷弯性能↓

②硅——作脱氧剂，用以制成质量较高的镇静钢

适量(0.1%~0.3%)→强度↑

超量(达1%左右)→降低钢材的塑性，冲击韧性，抗锈性和可焊性

③锰——弱脱氧剂

④钒——提高钢材强度和抗锈蚀性能

⑤硫——有害元素，降低钢材的塑性，冲击韧性，疲劳强度和抗锈性

⑥磷——有害元素，提高强度与抗锈性，但严重降低塑性，冲击韧性与冷弯性

⑦氧——有害元素，是钢材发生热脆

⑦氮——有害元素，是钢材发生冷脆

b.生产过程的影响：冶炼，浇铸，轧制

c.时效的影响：使钢材强度（屈服点和抗拉强度）提高，塑性降低

d.冷作硬化的影响：钢结构制造时，在冷加工过程中引起的钢材硬化现象。

e.温度的影响：低温冷脆现象，冷脆转变温度越低，钢材的韧性越好。

f.应力集中的影响：应力集中促使钢材变脆，可能使局部区域提前出现塑性变形

5.钢结构用钢材的分类、规格及选用原则

Ⅰ分类：

a.碳素结构钢

①牌号：Q195，Q215，Q235，Q255，Q275

②含义：Q——屈服强度阿拉伯数字——屈服强度大小

③质量分级：[A]、[B]、[C]、[D]由低到高四级

④脱氧方法：Z镇静钢，b半镇静钢，F沸腾钢，TZ特殊镇静钢

⑤对应关系：[A]级与[B]级→Z(默认)、b、F

[C]级→Z

[D]级→TZ

b.低合金钢

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中南大学土木工程学院工民建方向

①牌号：Q295，Q345，Q390，Q420，Q460

②质量分级：[A]、[B]、[C]、[D]、[E]由低到高五级③脱氧方法：镇静钢或特殊镇静钢

⑤对应关系：

Ⅱ规格：

a.热轧厚板“—厚度×宽度×长度”

b.薄钢板

c.热轧型钢

①角钢——主要用途：

——等边角钢“∟边长×厚度”

——不等边角钢“∟长边×短边×厚度”

②工字钢——主用用途：用于受弯构件

——普通工字钢“I+号数(截面高度cm)+a/b/c腹板厚度类型”——轻型工字钢“Q+I+号数(截面高度cm）”

③槽钢——主要用途：次要的受弯构件如檀条等

——符号“［型号(截面高度cm+腹板厚度类型a/b/c)”④H型钢

⑤T型钢

d.冷弯薄壁型钢

钢结构设计原理