第一章鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的時(shí)代背景與基礎(chǔ)認(rèn)知第二章鋼結(jié)構(gòu)彈性階段力學(xué)行為解析第三章鋼結(jié)構(gòu)塑性階段力學(xué)行為研究第四章鋼結(jié)構(gòu)疲勞與斷裂力學(xué)特性第五章鋼結(jié)構(gòu)高溫與低溫力學(xué)特性第六章鋼結(jié)構(gòu)新型材料與前沿技術(shù)應(yīng)用01第一章鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的時(shí)代背景與基礎(chǔ)認(rèn)知現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展現(xiàn)狀全球鋼結(jié)構(gòu)建筑占比2026年預(yù)計(jì)達(dá)35%，以上海中心（632m）為代表橋梁鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用東京晴空塔（634m）采用Q460高強(qiáng)鋼，極限承載力8000kN/m2產(chǎn)量增長(zhǎng)趨勢(shì)2023年中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量1.2億噸，橋梁用鋼占比22%材料性能要求高層建筑用鋼屈服強(qiáng)度≥420MPa，橋梁用鋼≥400MPa技術(shù)創(chuàng)新方向新型H型鋼（WH400）彈性模量達(dá)215GPa可持續(xù)性發(fā)展綠色建筑項(xiàng)目再生鋼比例達(dá)80%鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)特性核心指標(biāo)彈性模量對(duì)比普通碳素鋼（Q235）200GPa，低合金鋼（Q345）210GPa屈服強(qiáng)度分析現(xiàn)行規(guī)范要求建筑結(jié)構(gòu)用鋼最小屈服強(qiáng)度≥235MPa應(yīng)變硬化特性Q420鋼在應(yīng)變0.01-0.04區(qū)間強(qiáng)度提升42%典型鋼結(jié)構(gòu)工程力學(xué)響應(yīng)廣州塔（600m）某地鐵車站某大跨度鋼桁架風(fēng)載（450m高度風(fēng)速30m/s）作用下的彈性變形實(shí)測(cè)值：1.2m對(duì)比：同等工況下混凝土結(jié)構(gòu)需增加截面尺寸約35%才能達(dá)到相同剛度結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：采用新型鋼桁架設(shè)計(jì)，抗風(fēng)性能優(yōu)異鋼柱在強(qiáng)震中（峰值加速度0.45g）實(shí)測(cè)應(yīng)變達(dá)4.5%，出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)動(dòng)鉸設(shè)計(jì)特點(diǎn)：抗震性能優(yōu)異，可承受大震作用技術(shù)參數(shù)：采用高性能抗震鋼，屈服強(qiáng)度420MPa施工階段通過(guò)塑性鉸設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)分段吊裝，節(jié)約工期35%結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：分段吊裝技術(shù)，提高施工效率技術(shù)參數(shù)：桁架跨度120m，鋼材Q345鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)特性測(cè)試方法鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的測(cè)試方法包括拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)等。拉伸試驗(yàn)用于測(cè)定材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，彎曲試驗(yàn)用于測(cè)定材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲韌性，沖擊試驗(yàn)用于測(cè)定材料的沖擊韌性，疲勞試驗(yàn)用于測(cè)定材料的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。這些測(cè)試方法可以提供材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，為鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。此外，還可以通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究等方法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性進(jìn)行深入研究。02第二章鋼結(jié)構(gòu)彈性階段力學(xué)行為解析彈性階段工程實(shí)例廣州塔（600m）風(fēng)載（450m高度風(fēng)速30m/s）作用下的彈性變形實(shí)測(cè)值：1.2m某地鐵車站鋼柱在強(qiáng)震中（峰值加速度0.45g）實(shí)測(cè)應(yīng)變達(dá)4.5%，出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)動(dòng)鉸某大跨度鋼桁架施工階段通過(guò)塑性鉸設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)分段吊裝，節(jié)約工期35%某橋梁鋼箱梁實(shí)測(cè)變形量為28mm，遠(yuǎn)小于規(guī)范限值（120mm/300L）某鐵路鋼梁同等工況下混凝土結(jié)構(gòu)需增加截面尺寸約35%才能達(dá)到相同剛度某體育館鋼屋架在安裝階段發(fā)生失穩(wěn)：因臨時(shí)支撐剛度不足導(dǎo)致下弦桿彈性屈曲彈性階段力學(xué)模型歐拉公式應(yīng)用某鋼柱（L/D=60）臨界屈曲荷載計(jì)算值8300kN，實(shí)測(cè)值8550kN懸臂梁分析某鋼屋蓋懸臂梁（L=45m）撓度計(jì)算公式：v=FL3/3EI，實(shí)測(cè)v=0.95計(jì)算值屈服前應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系彈性階段應(yīng)力和應(yīng)變滿足線性關(guān)系，鋼梁在200MPa應(yīng)力時(shí)應(yīng)變0.001典型鋼結(jié)構(gòu)工程彈性階段響應(yīng)廣州塔（600m）某地鐵車站某大跨度鋼桁架風(fēng)載（450m高度風(fēng)速30m/s）作用下的彈性變形實(shí)測(cè)值：1.2m對(duì)比：同等工況下混凝土結(jié)構(gòu)需增加截面尺寸約35%才能達(dá)到相同剛度結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：采用新型鋼桁架設(shè)計(jì)，抗風(fēng)性能優(yōu)異鋼柱在強(qiáng)震中（峰值加速度0.45g）實(shí)測(cè)應(yīng)變達(dá)4.5%，出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)動(dòng)鉸設(shè)計(jì)特點(diǎn)：抗震性能優(yōu)異，可承受大震作用技術(shù)參數(shù)：采用高性能抗震鋼，屈服強(qiáng)度420MPa施工階段通過(guò)塑性鉸設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)分段吊裝，節(jié)約工期35%結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：分段吊裝技術(shù)，提高施工效率技術(shù)參數(shù)：桁架跨度120m，鋼材Q345鋼結(jié)構(gòu)彈性階段測(cè)試方法鋼結(jié)構(gòu)彈性階段的測(cè)試方法包括拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)等。拉伸試驗(yàn)用于測(cè)定材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，彎曲試驗(yàn)用于測(cè)定材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲韌性，沖擊試驗(yàn)用于測(cè)定材料的沖擊韌性，疲勞試驗(yàn)用于測(cè)定材料的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。這些測(cè)試方法可以提供材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，為鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。此外，還可以通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究等方法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性進(jìn)行深入研究。03第三章鋼結(jié)構(gòu)塑性階段力學(xué)行為研究塑性階段工程現(xiàn)象深圳平安金融中心（599.1m）鋼管柱在強(qiáng)震中（峰值加速度0.45g）實(shí)測(cè)應(yīng)變達(dá)4.5%，強(qiáng)度下降至常溫的38%東北某核電站鋼穹頂在-45℃低溫下出現(xiàn)脆性斷裂，斷裂能僅20J/m2某大跨度鋼桁架在施工階段通過(guò)塑性鉸設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)分段吊裝，節(jié)約工期35%某橋梁鋼箱梁在火災(zāi)中形成多個(gè)塑性鉸，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌某鐵路鋼梁因焊接缺陷在運(yùn)營(yíng)5年后發(fā)生塑性斷裂某吊車梁焊縫處存在未熔合缺陷，在循環(huán)載荷下形成疲勞源，最終導(dǎo)致斷裂塑性階段力學(xué)模型歐拉公式應(yīng)用某鋼柱（L/D=60）臨界屈曲荷載計(jì)算值8300kN，實(shí)測(cè)值8550kN懸臂梁分析某鋼屋蓋懸臂梁（L=45m）撓度計(jì)算公式：v=FL3/3EI，實(shí)測(cè)v=0.95計(jì)算值屈服前應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系彈性階段應(yīng)力和應(yīng)變滿足線性關(guān)系，鋼梁在200MPa應(yīng)力時(shí)應(yīng)變0.001典型鋼結(jié)構(gòu)工程塑性階段響應(yīng)深圳平安金融中心（599.1m）東北某核電站某大跨度鋼桁架鋼管柱在強(qiáng)震中（峰值加速度0.45g）實(shí)測(cè)應(yīng)變達(dá)4.5%，強(qiáng)度下降至常溫的38%鋼穹頂在-45℃低溫下出現(xiàn)脆性斷裂，斷裂能僅20J/m2在施工階段通過(guò)塑性鉸設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)分段吊裝，節(jié)約工期35%鋼結(jié)構(gòu)塑性階段測(cè)試方法鋼結(jié)構(gòu)塑性階段的測(cè)試方法包括拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)等。拉伸試驗(yàn)用于測(cè)定材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，彎曲試驗(yàn)用于測(cè)定材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲韌性，沖擊試驗(yàn)用于測(cè)定材料的沖擊韌性，疲勞試驗(yàn)用于測(cè)定材料的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。這些測(cè)試方法可以提供材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，為鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。此外，還可以通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究等方法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性進(jìn)行深入研究。04第四章鋼結(jié)構(gòu)疲勞與斷裂力學(xué)特性疲勞破壞工程案例某橋梁鋼箱梁在運(yùn)營(yíng)5年后出現(xiàn)疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展速率3mm/年某地鐵車站因焊接缺陷在循環(huán)載荷下形成疲勞源，最終導(dǎo)致斷裂某鐵路鋼梁因腐蝕環(huán)境導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度下降，最終發(fā)生脆性斷裂某工業(yè)廠房鋼屋架在長(zhǎng)期循環(huán)載荷作用下出現(xiàn)疲勞破壞某大跨度鋼桁架因焊接缺陷導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度下降，最終發(fā)生脆性斷裂某橋梁鋼箱梁因腐蝕環(huán)境導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度下降，最終發(fā)生脆性斷裂疲勞破壞機(jī)理S-N曲線分析某鋼箱梁焊縫處S-N曲線表明，循環(huán)應(yīng)力幅≤50MPa時(shí)疲勞壽命>10^6次斷口形貌疲勞斷口宏觀呈現(xiàn)貝殼狀特征，微觀存在貝狀紋，某鐵路鋼梁實(shí)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展深度d=0.8mm環(huán)境影響因素環(huán)境濕度80%以上時(shí)疲勞裂紋擴(kuò)展速率增加45%，需進(jìn)行防腐蝕設(shè)計(jì)典型鋼結(jié)構(gòu)工程疲勞性能數(shù)據(jù)某橋梁鋼箱梁某鐵路鋼梁某大跨度鋼桁架循環(huán)應(yīng)力幅≤50MPa時(shí)疲勞壽命>10^6次環(huán)境濕度80%以上時(shí)疲勞裂紋擴(kuò)展速率增加45%，需進(jìn)行防腐蝕設(shè)計(jì)在強(qiáng)腐蝕環(huán)境中疲勞強(qiáng)度下降，最終發(fā)生脆性斷裂鋼結(jié)構(gòu)疲勞測(cè)試方法鋼結(jié)構(gòu)疲勞測(cè)試方法包括拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)等。拉伸試驗(yàn)用于測(cè)定材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，彎曲試驗(yàn)用于測(cè)定材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲韌性，沖擊試驗(yàn)用于測(cè)定材料的沖擊韌性，疲勞試驗(yàn)用于測(cè)定材料的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。這些測(cè)試方法可以提供材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，為鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。此外，還可以通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究等方法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性進(jìn)行深入研究。05第五章鋼結(jié)構(gòu)高溫與低溫力學(xué)特性高溫力學(xué)特性分析溫度對(duì)彈性模量的影響鋼在300℃以下性能變化不明顯，600℃時(shí)屈服強(qiáng)度下降60%，延伸率增加45%熱膨脹效應(yīng)某鋼桁架在火災(zāi)中熱膨脹量達(dá)120mm，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)熱應(yīng)力計(jì)算某橋梁鋼箱梁在+40℃高溫下熱應(yīng)力σ=60MPa，遠(yuǎn)超規(guī)范限值（30MPa）熱疲勞性能某鋼屋面在暴曬條件下溫差達(dá)80℃，導(dǎo)致面板產(chǎn)生0.3mm翹曲變形材料特性高溫下鋼的粘塑性顯著，某試驗(yàn)實(shí)測(cè)應(yīng)變速率0.001/s時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈非線性低溫力學(xué)特性分析脆性轉(zhuǎn)變溫度某鋼柱在-40℃低溫下出現(xiàn)脆性斷裂，斷裂能僅20J/m2材料特性低溫下鋼的沖擊韌性顯著下降，某試驗(yàn)實(shí)測(cè)值僅常溫的15%典型鋼結(jié)構(gòu)工程高溫性能數(shù)據(jù)某橋梁鋼箱梁在+40℃高溫下熱應(yīng)力σ=60MPa，遠(yuǎn)超規(guī)范限值（30MPa）某鋼屋面在暴曬條件下溫差達(dá)80℃，導(dǎo)致面板產(chǎn)生0.3mm翹曲變形鋼結(jié)構(gòu)高溫測(cè)試方法鋼結(jié)構(gòu)高溫測(cè)試方法包括拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)等。拉伸試驗(yàn)用于測(cè)定材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，彎曲試驗(yàn)用于測(cè)定材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲韌性，沖擊試驗(yàn)用于測(cè)定材料的沖擊韌性，疲勞試驗(yàn)用于測(cè)定材料的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。這些測(cè)試方法可以提供材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，為鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。此外，還可以通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究等方法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性進(jìn)行深入研究。06第六章鋼結(jié)構(gòu)新型材料與前沿技術(shù)應(yīng)用材料創(chuàng)新工程需求可持續(xù)發(fā)展需求綠色建筑項(xiàng)目再生鋼比例達(dá)80%輕量化需求某超高層鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)要求自重減輕30%，推動(dòng)新型高強(qiáng)鋼研發(fā)技術(shù)創(chuàng)新方向新型H型鋼（WH400）彈性模量達(dá)215GPa可回收性某橋梁鋼箱梁采用再生鋼比例達(dá)70%，強(qiáng)度仍達(dá)Q345水平耐腐蝕性新型耐腐蝕鋼（如Corten鋼）在海洋環(huán)境下性能保持率≥90%新型材料特性形變儲(chǔ)能鋼在塑性變形過(guò)程中可儲(chǔ)存能量，某試驗(yàn)實(shí)測(cè)儲(chǔ)能效率達(dá)25%非晶鋼材料某實(shí)驗(yàn)用非晶鋼（AmorphousSteel）強(qiáng)度達(dá)2000MPa，韌性顯著提高前沿技術(shù)應(yīng)用案例3D打印鋼結(jié)構(gòu)某機(jī)場(chǎng)航站樓采用鋼3D打印技術(shù)建造框架，減