《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》是同濟(jì)大學(xué)土木工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，主要研究鋼的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(xué)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(jì)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(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)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(xué)習(xí)和實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)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(jì)大學(xué)土木工程專業(yè)該課程近二十年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)，以新版《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)，搭建從力學(xué)原理到工程設(shè)計(jì)的橋梁，使學(xué)生全面掌握鋼結(jié)構(gòu)材料、構(gòu)件和連接的基礎(chǔ)知識(shí)，理解鋼結(jié)構(gòu)分析的基本原理，為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)各類鋼結(jié)構(gòu)與金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、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(tái)、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(duì)材料基本性能的要求
   • 預(yù)備知識(shí)涉及鋼材單向拉伸試驗(yàn)，包括標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)加載方式、加載速率、標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度（室溫）等。通過(guò)試驗(yàn)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(zhǎng)應(yīng)力等參數(shù)，以及名義應(yīng)力（工程應(yīng)力）和真實(shí)應(yīng)力等概念。對(duì)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(xué)成分方面，碳、硫、磷等元素成分過(guò)多會(huì)影響鋼材性能，例如磷和氮會(huì)影響鋼材發(fā)生冷脆，氧和硫會(huì)使鋼材發(fā)生熱脆。鋼材生產(chǎn)過(guò)程中的缺陷如夾層、偏析等也會(huì)影響其性能。在加工和使用過(guò)程中的時(shí)效、冷作硬化、焊接應(yīng)力等，以及工作溫度（可能引起藍(lán)脆或冷脆）都會(huì)對(duì)鋼材性能產(chǎn)生影響。結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)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(hào)應(yīng)力場(chǎng)）、所受荷載性質(zhì)（如受反復(fù)動(dòng)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(qiáng)度、質(zhì)量等級(jí)A（無(wú)沖擊功要求）的沸騰鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼）；Q345D表示屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級(jí)D（要求提供 - 20℃時(shí)縱向沖擊功）的特殊鎮(zhèn)靜鋼（低合金鋼）；Q390E表示屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級(jí)E（要求提供 - 40℃時(shí)縱向沖擊功）的特殊鎮(zhèn)靜鋼（低合金鋼）；Q235D表示屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級(jí)D（要求提供 - 20℃時(shí)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(yán)寒地區(qū)建造廠房露天倉(cāng)庫(kù)使用非焊接吊車梁，承受起重量Q>500KN的中級(jí)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(jì)要求

1. 基于性能的設(shè)計(jì)要求
   • 包括安全性、使用性、耐久性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念上，涉及冶金鋼材制作構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)安裝結(jié)構(gòu)體系，考慮荷載、強(qiáng)度、穩(wěn)定性、變形能力、內(nèi)力、變形、振動(dòng)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(zhǎng)持續(xù)時(shí)間，應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)fy、并達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度f(wàn)u的破壞。
2. 脆性破壞（脆性斷裂）
   • 破壞前無(wú)明顯變形、無(wú)預(yù)兆，而平均應(yīng)力較?。ㄒ话阈∮谇c(diǎn)fy），其產(chǎn)生原因包括鋼材化學(xué)成分、生產(chǎn)缺陷、加工使用影響、工作溫度、結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)、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(qiáng)度，甚至低于屈服點(diǎn)的突然破壞，其強(qiáng)度與反復(fù)力大小（以應(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(shí)間（次數(shù)多則疲勞強(qiáng)度越低）有關(guān)。
4. 損傷累積破壞
   • 指隨時(shí)間增長(zhǎng)，由荷載與溫度變化，化學(xué)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(dǎo)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。

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