同济大学钢结构基本原理（《钢结构基本原理》是土木工程专业的专业基础必修课程）

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《钢结构基本原理》是同济大学土木工程专业的基础必修课程，主要研究钢的力学性能、结构设计原理以及钢结构在工程中的应用。该课程内容包括钢材的力学性能分析、钢结构的基本概念和分类、钢结构的设计方法和步骤、钢结构的施工技术和质量控制等。通过本课程的学习，学生将掌握钢结构的基本理论和应用技术，为后续的专业学习和实践打下坚实的基础。

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一、课程概况

《钢结构基本原理》是土木工程专业的专业基础必修课程，以同济大学土木工程专业该课程近二十年的教学经验为基础，以建立钢结构基本概念、阐释钢结构基本原理为重点，以新版《钢结构设计标准》为依据，搭建从力学原理到工程设计的桥梁，使学生全面掌握钢结构材料、构件和连接的基础知识，理解钢结构分析的基本原理，为今后进一步学习各类钢结构与金属结构的设计、制作和建造奠定基础。本课程在房屋建筑、桥梁、塔桅、海洋平台、气柜油罐等领域都有广泛应用。

二、课程内容相关

（一）钢结构材料方面

对材料基本性能的要求
- 预备知识涉及钢材单向拉伸试验，包括标准拉伸试样（取样位置在钢板端部垂直于轧制方向，有特定的形状与尺寸）、标准加载方式、加载速率、标准试验温度（室温）等。通过试验得出如比例极限、屈服荷载、极限荷载、弹性模量、规定非比例伸长应力等参数，以及名义应力（工程应力）和真实应力等概念。对于低合金钢或低碳钢，应变硬化应变是屈服应变的10 - 15倍。
影响钢材性能的一般因素
- 化学成分方面，碳、硫、磷等元素成分过多会影响钢材性能，例如磷和氮会影响钢材发生冷脆，氧和硫会使钢材发生热脆。钢材生产过程中的缺陷如夹层、偏析等也会影响其性能。在加工和使用过程中的时效、冷作硬化、焊接应力等，以及工作温度（可能引起蓝脆或冷脆）都会对钢材性能产生影响。结构细部设计不合理（如应力集中）、结构或构件的受力性质（如双向或三向同号应力场）、所受荷载性质（如受反复动力荷载作用）等也是影响因素。
钢材分类、规格和选用
- 例如Q235AF表示屈服强度、质量等级A（无冲击功要求）的沸腾钢（碳素结构钢）；Q345D表示屈服强度、质量等级D（要求提供 - 20℃时纵向冲击功）的特殊镇静钢（低合金钢）；Q390E表示屈服强度、质量等级E（要求提供 - 40℃时纵向冲击功）的特殊镇静钢（低合金钢）；Q235D表示屈服强度、质量等级D（要求提供 - 20℃时纵向冲击功）的特殊镇静钢（碳素结构钢）。在不同环境和荷载要求下可据此选用合适的钢材，如在北方严寒地区建造厂房露天仓库使用非焊接吊车梁，承受起重量Q>500KN的中级工作制吊车，可选Q235D、Q345D等；厂房采用焊接钢结构，室内温度为 - 10℃，可选用Q235BZ等。

（二）钢结构的设计要求

基于性能的设计要求
- 包括安全性、使用性、耐久性。在结构设计概念上，涉及冶金钢材制作构件、节点安装结构体系，考虑荷载、强度、稳定性、变形能力、内力、变形、振动等因素，满足S≤R（S为荷载效应，R为结构抗力）的要求。

（三）钢结构可能的破坏形式

延性破坏（塑性破坏）
- 破坏前有明显变形，并有较长持续时间，应力超过屈服点fy、并达到抗拉极限强度fu的破坏。
脆性破坏（脆性断裂）
- 破坏前无明显变形、无预兆，而平均应力较小（一般小于屈服点fy），其产生原因包括钢材化学成分、生产缺陷、加工使用影响、工作温度、结构细部设计、受力性质、荷载性质等多方面因素。
疲劳破坏
- 钢材在连续反复荷载作用下，应力水平低于极限强度，甚至低于屈服点的突然破坏，其强度与反复力大小（以应力比或应力幅衡量，焊接结构用应力幅）和作用时间（次数多则疲劳强度越低）有关。
损伤累积破坏
- 指随时间增长，由荷载与温度变化，化学和环境作用以及灾害因素等使结构或构件产生损伤并不断积累而导致的破坏。
应力腐蚀破坏（延迟断裂）
- 在腐蚀性介质中，裂纹尖端应力低于正常脆性断裂应力临界值的情况下所造成的破坏。