道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算CalculationofReinforcedConcreteStructures鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2項(xiàng)目任務(wù)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展；鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求及主要性能；鋼結(jié)構(gòu)的連接方式。目標(biāo)１能夠了解鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)能夠認(rèn)識(shí)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向及主要性能目標(biāo)２能夠掌握鋼結(jié)構(gòu)的連接方法及各自的特點(diǎn)目標(biāo)３3能力目標(biāo)重點(diǎn)和難點(diǎn)識(shí)別鋼結(jié)構(gòu)與砼結(jié)構(gòu)異同下圖是什么？鋼結(jié)構(gòu)是將鋼板、圓鋼、鋼管、鋼索、各種型鋼等鋼材，經(jīng)加工、連接、安裝而組成的工程結(jié)構(gòu)。4思考圖9.12008北京奧運(yùn)會(huì)國家體育場“鳥巢”１.鋼結(jié)構(gòu)有哪些特點(diǎn)？２.鋼結(jié)構(gòu)與砼結(jié)構(gòu)有何區(qū)別？5任務(wù)一：認(rèn)識(shí)鋼結(jié)構(gòu)鋼材的強(qiáng)度高于砼67制造簡單，施工方便，裝配性好8鋼橋9埃菲爾鐵塔位于香港九龍綜合開發(fā)區(qū)，建筑面積51.09萬平方米，101層，高度490米，鋼結(jié)構(gòu)總重3.2萬噸。中國香港第一高樓。10香港環(huán)球貿(mào)易廣場中央電視臺(tái)新臺(tái)址建設(shè)工程CCTV主樓建筑高度234m，地上52層，總建筑面積50萬㎡。主樓由兩座整體向內(nèi)雙向傾斜的塔樓通過底部裙樓和頂部的L型懸臂連成一體，構(gòu)成一個(gè)折角門式建筑，塔樓從底部到頂部傾斜距離達(dá)36.955m。外框筒由雙向傾斜6°的重型鋼柱、邊梁和支撐形成的以蝶形節(jié)點(diǎn)為主的三角形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體系。11鋼材特點(diǎn)鋼材強(qiáng)度高塑性好、韌性高材料勻質(zhì)各向同性，計(jì)算可靠焊接性能好制造簡單，施工方便，宜于裝配密閉不滲漏易于銹蝕，應(yīng)采取防護(hù)耐熱性好，防火性差。答案解析12２.砼特點(diǎn)：就地取材造價(jià)低耐久性好耐火性好可模性好整體性好自重大抗裂性差１.鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢有哪些？２.能否舉例說出幾種代表建筑？13任務(wù)二：了解鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢鋼結(jié)構(gòu)的特發(fā)展趨勢高效能鋼材的研究和應(yīng)用結(jié)構(gòu)和構(gòu)件計(jì)算的研究和改進(jìn)結(jié)構(gòu)形式的革新預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用高層鋼結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用優(yōu)化原理的應(yīng)用新型節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用高效能鋼材的研究和應(yīng)用南京大勝關(guān)長江大橋是世界首座六線鐵路大橋，鋼結(jié)構(gòu)總量高達(dá)三十六萬噸，首次采用了Q420qE級(jí)高強(qiáng)度、高韌性與良好焊接性能的新型鋼材，主橋鋼梁首次采用了三片主桁承重結(jié)構(gòu)、正交異性鋼橋面板，研制使用了四百噸全回轉(zhuǎn)浮吊、大扭矩鉆機(jī)、七十噸變坡爬行架梁吊機(jī)和高七十余米、重兩千余噸的三層吊索塔架等大量新材料、新結(jié)構(gòu)、新設(shè)備、新工藝。15結(jié)構(gòu)和構(gòu)件計(jì)算的研究和改進(jìn)現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，用可靠指標(biāo)度量結(jié)構(gòu)的可靠度，以分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。運(yùn)用各種工程計(jì)算軟件。16結(jié)構(gòu)形式的革新薄壁型鋼結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)膜結(jié)構(gòu)樹狀結(jié)構(gòu)開合結(jié)構(gòu)折疊結(jié)構(gòu)懸掛結(jié)構(gòu)等17預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用張弦梁18弦支穹頂空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展19國家大劇院鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用20高層鋼結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用21優(yōu)化原理的應(yīng)用由于電子計(jì)算機(jī)的逐步普及，促使結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)得到相應(yīng)的發(fā)展。我國編制的鋼吊車梁標(biāo)準(zhǔn)圖集，就是把耗鋼量最小的條件作為目標(biāo)函數(shù)，把強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等作為約束條件，用計(jì)算解得優(yōu)化的截面尺寸，比過去的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)節(jié)省鋼材5%～10%。目前優(yōu)化設(shè)計(jì)已逐步推廣到塔桅結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面。22新型節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用23圖9.6新型節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用(a)螺栓球節(jié)點(diǎn)(b)焊接球節(jié)點(diǎn)(c)鑄鋼節(jié)點(diǎn)(d)樹狀結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)(e)相貫節(jié)點(diǎn)１.鋼材的主要性能有哪些？２.鋼結(jié)構(gòu)連接方式有哪些，各有何特點(diǎn)？24任務(wù)三：了解鋼材的主要性能及掌握鋼結(jié)構(gòu)連接方式【鋼結(jié)構(gòu)材料的要求】強(qiáng)度要求塑性、韌度要求耐疲勞及適用性要求冷、熱加工性能及焊接要求生產(chǎn)與價(jià)格要求解析【鋼材破壞形式及主要性能】破壞形式塑性破壞脆性破壞主要性能力學(xué)性能焊接性能耐久性能鋼結(jié)構(gòu)的連接26(a)焊縫連接;(b)鉚釘連接;(c)螺栓連接圖9.7鋼結(jié)構(gòu)的連接方法焊縫連接優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單，任何形式的構(gòu)件都可直接相連；用料經(jīng)濟(jì)，不削弱截面；制作加工方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大。缺點(diǎn)：在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆；焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低；焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴(kuò)展到整體，低溫冷脆問題較為突出。27鉚釘連接鉚釘連接由于構(gòu)造復(fù)雜、費(fèi)鋼費(fèi)工，現(xiàn)已很少采用。但是鉚釘連接的塑性較好、韌度較高，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查，在一些重型和直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，有時(shí)仍然采用。28螺栓連接（1）普通螺栓連接普通螺栓分為A、B、C三級(jí)：A級(jí)與B級(jí)為精制螺栓，C級(jí)為粗制螺栓4.6級(jí)：抗拉強(qiáng)度不小于400N/mm2，屈服點(diǎn)與抗拉強(qiáng)度之比為0.6。29螺桿公稱直徑/mm12162022242730螺栓孔公稱直徑/mm13.517.52224263033表9－1C級(jí)螺栓孔徑螺栓連接（2）高強(qiáng)螺栓連接類型：一種是只依靠摩擦阻力傳力，并以剪力不超過接觸面摩擦力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，稱為摩擦型連接；另一種是允許接觸面滑移，以連接達(dá)到破壞的極限承載力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，稱為承壓型連接。適用性摩擦型連接螺栓的剪切變形小，彈性性能好、施工較簡單、可拆卸、耐疲勞，特別適用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)。承壓型連接的承載力高于摩擦型的，連接緊湊，但剪切變形大，故不得用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中。30焊接方法和焊縫連接形式1.鋼結(jié)構(gòu)常用焊接法手工電弧焊埋弧焊氣體保護(hù)焊31焊縫連接形式及焊縫形式焊縫連接形式32(a)對(duì)接連接;(b)用拼裝蓋板的對(duì)接連接;(c)搭接連接;(d)、(e)T形連接；(f)、(g)角部連接圖9.10焊縫連接的形式焊縫連接形式及焊縫形式焊縫形式33(a)正對(duì)接焊縫(b)斜對(duì)接焊縫(c)角焊縫圖9.11焊縫形式焊縫連接形式及焊縫形式焊縫形式34圖9.12連續(xù)角焊縫和間斷角焊縫焊縫連接形式及焊縫形式焊縫形式35(a)平焊(b)橫焊(c)立焊(d)仰焊圖9.13焊縫施焊位置焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

（1）焊縫缺陷常見的缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透等36(a)裂紋(b)焊瘤(c)燒穿(d)弧坑(e)氣孔(f)夾渣(g)咬邊(h)未熔合(i)未焊透圖9.14焊縫缺陷焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

（2）焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)一般包括外觀檢查和內(nèi)部無損檢驗(yàn)，前者檢驗(yàn)外觀缺陷和幾何尺寸，后者檢查內(nèi)部缺陷。檢驗(yàn)方法：內(nèi)部無損檢驗(yàn)?zāi)壳皬V泛采用超聲波檢驗(yàn)，其使用靈活、經(jīng)濟(jì)，對(duì)內(nèi)部缺陷反應(yīng)靈敏，但不易識(shí)別缺陷性質(zhì)。有時(shí)還采用磁粉檢驗(yàn)、熒光檢驗(yàn)等較簡單的方法作為輔助檢驗(yàn)方法。此外還可采用X射線或

射線透照或拍片方法，其中X射線方法應(yīng)用較廣。37焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

焊縫等級(jí)：一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫作外觀檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；一級(jí)、二級(jí)焊縫則除外觀檢查外，還要求一定數(shù)量的超聲波檢驗(yàn)并符合相應(yīng)級(jí)別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。38焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

（3）焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用①需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時(shí)應(yīng)為一級(jí)，受壓時(shí)應(yīng)為二級(jí)。②在不需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，由于三級(jí)對(duì)接焊縫的抗拉強(qiáng)度有較大變異性，其設(shè)計(jì)值為主體鋼材的85%左右，所以，凡要求與母材等強(qiáng)度的受拉對(duì)接焊縫應(yīng)不低于二級(jí)；受壓時(shí)難免在其他因素影響下使焊縫中有拉應(yīng)力存在，故宜為二級(jí)。39焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

（3）焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用③重級(jí)工作制和起重量

的中級(jí)工作制吊車梁的腹板與上翼緣板之間，以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的T形接頭焊透的對(duì)接與角接組合焊縫，不應(yīng)低于二級(jí)。④由于角焊縫的內(nèi)部質(zhì)量不易探測，故規(guī)定其質(zhì)量等級(jí)一般為三級(jí)，只對(duì)直接承受動(dòng)力荷載且需要驗(yàn)算疲勞和起重量

的中級(jí)工作制吊車梁才規(guī)定角焊縫的外觀質(zhì)量為二級(jí)。40角焊縫的構(gòu)造1.角焊縫的形式和強(qiáng)度41圖9.16直角角焊縫截面角焊縫的構(gòu)造角焊縫的形式和強(qiáng)度42圖9.17斜角角焊縫截面圖9.18側(cè)面角焊縫的應(yīng)力狀態(tài)角焊縫的構(gòu)造2.角焊縫的構(gòu)造要求（1）最大焊腳尺寸要求43角焊縫的構(gòu)造2.角焊縫的構(gòu)造要求（2）最小焊腳尺寸44（3）側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長度角焊縫的構(gòu)造2.角焊縫的構(gòu)造要求（4）角焊縫的最小計(jì)算長度不得小以