《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程教案

1、* 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 教案 *2003-2004 學(xué) 年 第 二 學(xué) 期課程名稱： 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 課程編號(hào)： 任課教師： 任課班級(jí)： 土木工程 03 級(jí) 制定日期： 2005年6 月22日 課程的性質(zhì)、任務(wù) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是高等工科院校 "土木工程專業(yè)"的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究土木建筑鋼結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)件工作性能及其設(shè)計(jì)計(jì)算原理和方法。 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)學(xué)生應(yīng)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)掌握鋼結(jié)構(gòu)的基本理論、基本知識(shí)，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和連接設(shè)計(jì)的基本方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和今后從事較復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工和鋼結(jié)構(gòu)的研究奠定必要的基礎(chǔ)。 課程的基本要求 1、了解“鋼結(jié)構(gòu)”的應(yīng)用和發(fā)展概況以及今

2、后的研究方向；掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和合理的應(yīng)用范圍； 2、理解“鋼結(jié)構(gòu)”的設(shè)計(jì)方法； 3、掌握建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼的主要性能及其主要影響因素，能正確地選擇鋼材； 4、了解桿件和板件穩(wěn)定的基本理論，理解影響穩(wěn)定性的主要因素及提高穩(wěn)定性的措施； 5、掌握各種連接（焊接、螺栓連接）和各類構(gòu)件（梁、柱和屋架）的工作性能、破壞特征及其設(shè)計(jì)的基本方法； 6、掌握構(gòu)件間的連接方法、力的傳遞方式和過(guò)程以及構(gòu)造原則； 7、理解鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范條文規(guī)定，并能夠正確應(yīng)用。 主要參考書： 1、 鋼結(jié)構(gòu) 魏明鐘主編 武漢理工大學(xué)出版社 2、 鋼結(jié)構(gòu)基本原理 沈祖炎 陳揚(yáng)驥 陳以一 編著 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 3、 鋼結(jié)構(gòu) 上冊(cè) 鋼結(jié)

3、構(gòu)基礎(chǔ) 陳紹蕃 顧強(qiáng) 主編 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 4、 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （BG500172003） 課程名稱：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 適用專業(yè)：土木工程（本科） 日期： 星期： 節(jié)： 周 次 課次 教學(xué)內(nèi)容摘要 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 授課方式 （講授、自學(xué)） 教學(xué)手段 學(xué)時(shí)   緒論 學(xué)習(xí)要點(diǎn) 1掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用；2理解鋼結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法，掌握其設(shè)計(jì)表達(dá)式的應(yīng)用；3了解鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。 § 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)重量輕；塑性韌性好；材質(zhì)均勻；制作簡(jiǎn)便施工周期短；密閉性好；具有可焊性；耐熱，不耐火；易腐蝕。 §1.2 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展 一

4、、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 大跨度結(jié)構(gòu)；重型廠房；承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)；高層及高聳結(jié)構(gòu)；可移動(dòng)結(jié)構(gòu)；輕型結(jié)構(gòu)；構(gòu)筑物。 二、鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展 鋼結(jié)構(gòu)用材料；鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法；鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化；鋼結(jié)構(gòu)的防火。 § 1.3 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法 一、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變 二、概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 三、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的表達(dá)式及其應(yīng)用 1 掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)并根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)闡述其合理應(yīng)用范圍。 2 鋼材的性能指標(biāo)中的韌性指標(biāo)在第二章“材料性能”中詳細(xì)講解。 3. 輕型鋼結(jié)構(gòu)在住宅建筑中應(yīng)用是今后時(shí)期發(fā)展方向。 4 結(jié)構(gòu)的功能、極限狀態(tài)、結(jié)構(gòu)可靠度。 難點(diǎn) 是概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。 重點(diǎn) 是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)

5、用設(shè)計(jì)表達(dá)式及應(yīng)用。 自學(xué)與講授相結(jié)合。 重點(diǎn)講授鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單講述鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，學(xué)生課下自學(xué)。關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向指明需要研究的幾個(gè)主要問(wèn)題，向?qū)W生介紹有關(guān)期刊雜志綜述文章。 簡(jiǎn)單介紹設(shè)計(jì)方法的演變；由于在“荷載與設(shè)計(jì)方法”課程中已學(xué)過(guò)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，這里重點(diǎn)講解鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)如何應(yīng)用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式。 采用多媒體課件展示圖片。 板書：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表達(dá)式 本章 2學(xué)時(shí) 1 1 第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 學(xué)習(xí)要點(diǎn) 1. 了解鋼結(jié)構(gòu)的兩種破壞形式； 2. 掌握土木工程結(jié)構(gòu)用鋼材的主要性能及其 力學(xué)（機(jī)械） 性能指標(biāo)； 3. 掌握影響鋼材性能的主要因素特別是導(dǎo)致鋼材變脆的主要因素；

6、4. 了解土木工程結(jié)構(gòu)用鋼材的種類、牌號(hào)、規(guī)格； 5. 了解鋼材選擇的依據(jù)，做到正確選擇鋼材； 6. 掌握鋼材疲勞的概念影響疲勞強(qiáng)度的主要因素和疲勞計(jì)算方法。  § 2 1 鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料性能的要求 1 、較高的抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn) 2 、較高的塑性和韌性 3 、良好的工藝性能 § 2 2 鋼材的主要性能 一鋼材的破壞形式 （一）塑性破壞及其特點(diǎn) （二）脆性破壞及其特點(diǎn) 二、 單向受拉時(shí)的工作性能 1 、低碳鋼在標(biāo)準(zhǔn)條件下單向拉伸的應(yīng)力應(yīng)變曲線： 低碳鋼在單向受拉時(shí)的工作可分為： 彈性工作階段 彈塑性工作階段 塑性工作階段 強(qiáng)化階段 2 、低合金結(jié)構(gòu)鋼在單向受拉時(shí)的工作

7、性能 （二）鋼材力學(xué)（機(jī)械）性能指標(biāo)   屈服強(qiáng)度   伸長(zhǎng)率（介紹斷面收縮率）   抗拉強(qiáng)度   冷彎性能（冷彎試驗(yàn)）   沖擊韌性 § 2 4 各種因素對(duì)鋼材性能的影響 一、化學(xué)成分 二、冶金缺陷 三、鋼材硬化 四、溫度 五、應(yīng)力集中 六、反復(fù)荷載 七、殘余應(yīng)力 § 5 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的工作性能 在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的條件： 采用能量強(qiáng)度理論以折算應(yīng)力來(lái)判別： 當(dāng) 時(shí) 處于彈性狀態(tài)； 當(dāng) 時(shí) 處于塑性狀態(tài)。 折算應(yīng)力 的公式。 討論鋼材在復(fù)雜應(yīng)力作用下的工作性能。 § 2 6 鋼材的疲勞

8、60; 鋼材疲勞破壞的特征 疲勞破壞的 概念、產(chǎn)生原因及破壞特征 2 、常幅疲勞計(jì)算   變幅疲勞計(jì)算 § 26鋼材的種類和 鋼材 規(guī)格   鋼材的種類   低碳鋼   低合金鋼   熱處低合金鋼   鋼材的選用   選擇鋼材的原則   選擇鋼材保證的項(xiàng)目   鋼材的規(guī)格   熱軋鋼   薄壁型鋼 本節(jié)重點(diǎn)： 1 ）低碳鋼單向受拉的工作性能； 2 ）力學(xué)（機(jī)械）性能指標(biāo)。     重點(diǎn)： 化學(xué)成分 C 、 P 、 S 的影響；溫度、應(yīng)力

9、集中、動(dòng)力荷載的影響。 難點(diǎn) ：沖擊韌性與溫度的關(guān)系；殘余應(yīng)力的影響（此內(nèi)容尚須在第三章中“焊接應(yīng)力與焊接變形”一節(jié)中講授）。 重點(diǎn) ：   折算應(yīng)力 的幾個(gè)常用公式；   鋼材在復(fù)雜應(yīng)力作用下的工作性能。 重點(diǎn) ：   勞破壞的基本 概念 2 ）常幅疲勞計(jì)算； 難點(diǎn) ： 變幅疲勞計(jì)算。 重點(diǎn)：鋼材選擇應(yīng)保證的項(xiàng)目 因土木工程材料課程中已經(jīng)學(xué)過(guò)本章中的部分內(nèi)容，故應(yīng)酌情處理好有關(guān)內(nèi)容。 復(fù)習(xí)、自學(xué)與講授相結(jié)合。 。 詳細(xì)介紹曲線 的發(fā)展過(guò)程及其特點(diǎn)，屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率的概念 ， 結(jié)合動(dòng)畫描述試驗(yàn)的過(guò)程， 自學(xué)與講授相結(jié)合。 自學(xué)與講授相結(jié)合。 自學(xué)與講授相

10、結(jié)合。 自學(xué)與講授相結(jié)合。 自學(xué)與講授相結(jié)合。 1. 鋼材比混凝土容重大，但為什么說(shuō)鋼結(jié)構(gòu)比混凝土結(jié)構(gòu)自重輕？結(jié)構(gòu)自重輕會(huì)帶來(lái)哪些好處？ 2 . 鋼材的塑性和韌性好，對(duì)結(jié)構(gòu)的工作性能有何影響？（可結(jié)合第二章的學(xué)習(xí)來(lái)思考） 3. 現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范采用何種設(shè)計(jì)方法？包含那些計(jì)算內(nèi)容？各自的分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式如何？ 4 . 設(shè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗力為 R ，作用效應(yīng)為 S，則 ：當(dāng) Z=R-S>0時(shí)，表示（ ）；當(dāng)Z=R-S=0時(shí)，表示（ ）；當(dāng)Z=R-S<0時(shí)，表示 ( ) 。 5 . 可靠指標(biāo)與可靠度 , 失效概率的關(guān)系如何？ 6. 為什么鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值與其按厚度或直徑的分組度有關(guān)？

11、7 . 名詞解釋 作用 作用效應(yīng) 可靠性 可靠度 極限狀態(tài) 失效概率 強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 荷載標(biāo)準(zhǔn)值 荷載設(shè)計(jì)值思考題主要為學(xué)生復(fù)習(xí)之用，目的是加強(qiáng)理解和記憶。 1 、鋼材有哪些破壞形式？各種破壞形式的特點(diǎn)是什么？ 2 、分析低碳鋼的應(yīng)力與應(yīng)變曲線，從中可以得到哪些鋼材的性能指標(biāo)？ 、將鋼材簡(jiǎn)化為理想的彈塑性體的依據(jù)是什么？ 、鋼結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度計(jì)算為什么以屈服點(diǎn)為依據(jù)？ 、導(dǎo)致鋼材變脆的主要因素有哪些？為了防止發(fā)生脆性破壞，一般在設(shè)計(jì)、制造、使用中應(yīng)注意那些問(wèn)題？ 、鋼材在何種復(fù)雜應(yīng)力作用容易進(jìn)入屈服？ 、抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度為抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 0.58 倍的依據(jù)？ 、簡(jiǎn)述鋼材疲勞破壞的機(jī)理及其主要影響因素。 9.計(jì)算題 圖示焊接工字形截面簡(jiǎn)支粱，承受一移動(dòng)的集中荷載 F=460 kN （標(biāo)準(zhǔn)值）作用，循環(huán)次數(shù) n= 10 6 次，鋼材 Q235 ，腹板與翼緣采用角焊縫連接，手工焊，三級(jí)焊縫，外觀缺陷驗(yàn)符合二級(jí)。試驗(yàn)算腹板高度邊緣主體金屬的疲勞強(qiáng)