《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》是同濟大學土木工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，主要研究鋼的力學性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理以及鋼結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用。該課程內(nèi)容包括鋼材的力學性能分析、鋼結(jié)構(gòu)的基本概念和分類、鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法和步驟、鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)和質(zhì)量控制等。通過本課程的學習，學生將掌握鋼結(jié)構(gòu)的基本理論和應(yīng)用技術(shù)，為后續(xù)的專業(yè)學習和實踐打下堅實的基礎(chǔ)。

一、課程概況

《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》是土木工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，以同濟大學土木工程專業(yè)該課程近二十年的教學經(jīng)驗為基礎(chǔ)，以建立鋼結(jié)構(gòu)基本概念、闡釋鋼結(jié)構(gòu)基本原理為重點，以新版《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》為依據(jù)，搭建從力學原理到工程設(shè)計的橋梁，使學生全面掌握鋼結(jié)構(gòu)材料、構(gòu)件和連接的基礎(chǔ)知識，理解鋼結(jié)構(gòu)分析的基本原理，為今后進一步學習各類鋼結(jié)構(gòu)與金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計、制作和建造奠定基礎(chǔ)。本課程在房屋建筑、橋梁、塔桅、海洋平臺、氣柜油罐等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

二、課程內(nèi)容相關(guān)

（一）鋼結(jié)構(gòu)材料方面

1. 對材料基本性能的要求
   • 預(yù)備知識涉及鋼材單向拉伸試驗，包括標準拉伸試樣（取樣位置在鋼板端部垂直于軋制方向，有特定的形狀與尺寸）、標準加載方式、加載速率、標準試驗溫度（室溫）等。通過試驗得出如比例極限、屈服荷載、極限荷載、彈性模量、規(guī)定非比例伸長應(yīng)力等參數(shù)，以及名義應(yīng)力（工程應(yīng)力）和真實應(yīng)力等概念。對于低合金鋼或低碳鋼，應(yīng)變硬化應(yīng)變是屈服應(yīng)變的10 - 15倍。
2. 影響鋼材性能的一般因素
   • 化學成分方面，碳、硫、磷等元素成分過多會影響鋼材性能，例如磷和氮會影響鋼材發(fā)生冷脆，氧和硫會使鋼材發(fā)生熱脆。鋼材生產(chǎn)過程中的缺陷如夾層、偏析等也會影響其性能。在加工和使用過程中的時效、冷作硬化、焊接應(yīng)力等，以及工作溫度（可能引起藍脆或冷脆）都會對鋼材性能產(chǎn)生影響。結(jié)構(gòu)細部設(shè)計不合理（如應(yīng)力集中）、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的受力性質(zhì)（如雙向或三向同號應(yīng)力場）、所受荷載性質(zhì)（如受反復(fù)動力荷載作用）等也是影響因素。
3. 鋼材分類、規(guī)格和選用
   • 例如Q235AF表示屈服強度、質(zhì)量等級A（無沖擊功要求）的沸騰鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼）；Q345D表示屈服強度、質(zhì)量等級D（要求提供 - 20℃時縱向沖擊功）的特殊鎮(zhèn)靜鋼（低合金鋼）；Q390E表示屈服強度、質(zhì)量等級E（要求提供 - 40℃時縱向沖擊功）的特殊鎮(zhèn)靜鋼（低合金鋼）；Q235D表示屈服強度、質(zhì)量等級D（要求提供 - 20℃時縱向沖擊功）的特殊鎮(zhèn)靜鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼）。在不同環(huán)境和荷載要求下可據(jù)此選用合適的鋼材，如在北方嚴寒地區(qū)建造廠房露天倉庫使用非焊接吊車梁，承受起重量Q>500KN的中級工作制吊車，可選Q235D、Q345D等；廠房采用焊接鋼結(jié)構(gòu)，室內(nèi)溫度為 - 10℃，可選用Q235BZ等。

（二）鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求

1. 基于性能的設(shè)計要求
   • 包括安全性、使用性、耐久性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計概念上，涉及冶金鋼材制作構(gòu)件、節(jié)點安裝結(jié)構(gòu)體系，考慮荷載、強度、穩(wěn)定性、變形能力、內(nèi)力、變形、振動等因素，滿足S≤R（S為荷載效應(yīng)，R為結(jié)構(gòu)抗力）的要求。

（三）鋼結(jié)構(gòu)可能的破壞形式

1. 延性破壞（塑性破壞）
   • 破壞前有明顯變形，并有較長持續(xù)時間，應(yīng)力超過屈服點fy、并達到抗拉極限強度fu的破壞。
2. 脆性破壞（脆性斷裂）
   • 破壞前無明顯變形、無預(yù)兆，而平均應(yīng)力較小（一般小于屈服點fy），其產(chǎn)生原因包括鋼材化學成分、生產(chǎn)缺陷、加工使用影響、工作溫度、結(jié)構(gòu)細部設(shè)計、受力性質(zhì)、荷載性質(zhì)等多方面因素。
3. 疲勞破壞
   • 鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，應(yīng)力水平低于極限強度，甚至低于屈服點的突然破壞，其強度與反復(fù)力大?。ㄒ詰?yīng)力比或應(yīng)力幅衡量，焊接結(jié)構(gòu)用應(yīng)力幅）和作用時間（次數(shù)多則疲勞強度越低）有關(guān)。
4. 損傷累積破壞
   • 指隨時間增長，由荷載與溫度變化，化學和環(huán)境作用以及災(zāi)害因素等使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生損傷并不斷積累而導致的破壞。
5. 應(yīng)力腐蝕破壞（延遲斷裂）
   • 在腐蝕性介質(zhì)中，裂紋尖端應(yīng)力低于正常脆性斷裂應(yīng)力臨界值的情況下所造成的破壞。

同濟鋼結(jié)構(gòu)課程教材推薦

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準最新動態(tài)

鋼結(jié)構(gòu)性能影響因素分析

鋼結(jié)構(gòu)破壞形式案例研究