《鋼結構基本原理》是同濟大學土木工程專業的基礎必修課程，主要研究鋼的力學性能、結構設計原理以及鋼結構在工程中的應用。該課程內容包括鋼材的力學性能分析、鋼結構的基本概念和分類、鋼結構的設計方法和步驟、鋼結構的施工技術和質量控制等。通過本課程的學習，學生將掌握鋼結構的基本理論和應用技術，為后續的專業學習和實踐打下堅實的基礎。

一、課程概況

《鋼結構基本原理》是土木工程專業的專業基礎必修課程，以同濟大學土木工程專業該課程近二十年的教學經驗為基礎，以建立鋼結構基本概念、闡釋鋼結構基本原理為重點，以新版《鋼結構設計標準》為依據，搭建從力學原理到工程設計的橋梁，使學生全面掌握鋼結構材料、構件和連接的基礎知識，理解鋼結構分析的基本原理，為今后進一步學習各類鋼結構與金屬結構的設計、制作和建造奠定基礎。本課程在房屋建筑、橋梁、塔桅、海洋平臺、氣柜油罐等領域都有廣泛應用。

二、課程內容相關

（一）鋼結構材料方面

1. 對材料基本性能的要求
   • 預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、規定非比例伸長應力等參數，以及名義應力（工程應力）和真實應力等概念。對于低合金鋼或低碳鋼，應變硬化應變是屈服應變的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生冷脆，氧和硫會使鋼材發生熱脆。鋼材生產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）都會對鋼材性能產生影響。結構細部設計不合理（如應力集中）、結構或構件的受力性質（如雙向或三向同號應力場）、所受荷載性質（如受反復動力荷載作用）等也是影響因素。
3. 鋼材分類、規格和選用
   • 例如Q235AF表示屈服強度、質量等級A（無沖擊功要求）的沸騰鋼（碳素結構鋼）；Q345D表示屈服強度、質量等級D（要求提供 - 20℃時縱向沖擊功）的特殊鎮靜鋼（低合金鋼）；Q390E表示屈服強度、質量等級E（要求提供 - 40℃時縱向沖擊功）的特殊鎮靜鋼（低合金鋼）；Q235D表示屈服強度、質量等級D（要求提供 - 20℃時縱向沖擊功）的特殊鎮靜鋼（碳素結構鋼）。在不同環境和荷載要求下可據此選用合適的鋼材，如在北方嚴寒地區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；廠房采用焊接鋼結構，室內溫度為 - 10℃，可選用Q235BZ等。

（二）鋼結構的設計要求

1. 基于性能的設計要求
   • 包括安全性、使用性、耐久性。在結構設計概念上，涉及冶金鋼材制作構件、節點安裝結構體系，考慮荷載、強度、穩定性、變形能力、內力、變形、振動等因素，滿足S≤R（S為荷載效應，R為結構抗力）的要求。

（三）鋼結構可能的破壞形式

1. 延性破壞（塑性破壞）
   • 破壞前有明顯變形，并有較長持續時間，應力超過屈服點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、無預兆，而平均應力較小（一般小于屈服點fy），其產生原因包括鋼材化學成分、生產缺陷、加工使用影響、工作溫度、結構細部設計、受力性質、荷載性質等多方面因素。
3. 疲勞破壞
   • 鋼材在連續反復荷載作用下，應力水平低于極限強度，甚至低于屈服點的突然破壞，其強度與反復力大小（以應力比或應力幅衡量，焊接結構用應力幅）和作用時間（次數多則疲勞強度越低）有關。
4. 損傷累積破壞
   • 指隨時間增長，由荷載與溫度變化，化學和環境作用以及災害因素等使結構或構件產生損傷并不斷積累而導致的破壞。
5. 應力腐蝕破壞（延遲斷裂）
   • 在腐蝕性介質中，裂紋尖端應力低于正常脆性斷裂應力臨界值的情況下所造成的破壞。

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