燕山大学 钢结构基本原理课程教案

钢结构基本原理课程教案

课程编号：07100210

使用专业：土木工程（本科）

学时： 56学时

课程的性质、任务：

钢结构基本原理是高等工科院校土木工程专业的一门主要专业基础课，通过本课程的教学，使学生掌握钢结构的基本知识、基本理论和基本方法，具有进行一般工业与民用建筑钢结构设计的能力，同时也为学生从事钢结构科研或钢结构制造、安装工作打下必要的基础。

课程的基本要求

1、了解“钢结构”的应用和发展概况以及今后的研究方向；掌握钢结构的特点和合理的应用范围；

2、掌握建筑钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素，能正确地选择钢材；

3、了解杆件和板件稳定的基本理论，理解影响稳定性的主要因素及提高稳定性的措施；

4、掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件（梁、柱和屋架）的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法；

5、掌握构件间的连接方法、力的传递方式和过程以及构造原则；

6、理解《钢结构设计规范》条文规定，并能够正确应用。

主要参考书：

1、《钢结构》魏明钟主编武汉理工大学出版社

2、《钢结构基本原理》沈祖炎陈扬骥陈以一编著中国建筑工业出版社

3、《钢结构设计规范》（BG50017－2003）

第一章概述（1学时）

学习要点：

1．掌握钢结构的特点和钢结构的应用；

2．了解钢结构的现状和发展趋势。

§ 1.1 钢结构的特点

1．讲授内容

强度高、结构重量轻；塑性韧性好；材质均匀；制作简便施工周期短；密闭性好；具有可焊性；耐热，不耐火；易腐蚀。

2．教学重点、难点：

①掌握钢结构的特点；②钢材的性能指标中的韧性指标在第二章“材料性能”中详细讲解。

3．授课方式：自学与讲授相结合。

4．教学手段：采用多媒体课件展示图片。

§1.2 钢结构的应用和发展

1．教授内容：①钢结构的应用：大跨度结构；重型厂房；承受动力荷载的结构；高层及高耸结构；可移动结构；轻型结构；构筑物。②钢结构的发展：钢结构用材料；钢结构的设计方法；钢结构的结构形式；钢结构设计优化；钢结构的防火。

2．教学重点、难点：轻型钢结构在住宅建筑中应用是今后时期发展方向。

3．授课方式：自学与讲授相结合。简单讲述钢结构的应用，学生课下自学。关于钢结构的发展方向指明需要研究的几个主要问题，向学生介绍有关期刊杂志综述文章。

4．教学手段：采用多媒体课件展示图片。

本章作业及测验：

1. 钢材比混凝土容重大，但为什么说钢结构比混凝土结构自重轻？结构自重轻会带来哪些好处？

2 . 钢材的塑性和韧性好，对结构的工作性能有何影响？

第二章钢结构的材料（6学时）

注：因土木工程材料课程中已经学过本章中的部分内容，故应酌情处理好有关内容。复习、自学与讲授相结合。

学习要点：

1.了解钢结构的两种破坏形式；

2.掌握土木工程结构用钢材的主要性能及其力学（机械）性能指标；

3.掌握影响钢材性能的主要因素特别是导致钢材变脆的主要因素；

4.了解土木工程结构用钢材的种类、牌号、规格；

5.了解钢材选择的依据，做到正确选择钢材；

6.掌握钢材疲劳的概念影响疲劳强度的主要因素和疲劳计算方法。

§ 2.1 钢结构对材料性能的要求

1．教授内容：①较高的抗拉强度和屈服点；②较高的塑性和韧性；③良好的工艺性能。

2．授课方式：自学与讲授相结合。

3. 教学手段：采用多媒体课件。

§ 2.2 钢材的主要性能

1．教授内容：

⑴钢材的破坏形式：塑性破坏及其特点；脆性破坏及其特点；

⑵单向受拉时的工作性能：a：低碳钢在标准条件下单向拉伸的应力应变—曲线：低碳钢在单向受拉时的工作可分为弹性工作阶段、弹塑性工作阶段、塑性工作阶段、强化阶段。b：低合金结构钢在单向受拉时的工作性能。

⑶钢材力学（机械）性能指标：屈服强度、伸长率（介绍断面收缩率）、抗拉强度、冷弯性能（冷弯试验）、冲击韧性。

2．教学重点：⑴低碳钢单向受拉的工作性能；⑵力学（机械）性能指标。

3．授课方式：因土木工程材料课程中已经学过本章中的部分内容，故应酌情处理好有关内容。复习、自学与讲授相结合。详细介绍曲线的发展过程及其特点，屈服强度、极限强度，伸长率的概念，结合动画描述试验的过程。

4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授，采用多媒体课件展示图片。

§ 2.3 各种因素对钢材性能的影响

1．教授内容：①化学成分；②冶金缺陷；③钢材硬化；④温度；⑤应力集中；⑥反复荷载；⑦残余应力。

2．教学重点、难点：

重点：化学成分 C 、 P 、 S 的影响；温度、应力集中、动力荷载的影响。

难点：冲击韧性与温度的关系；残余应力的影响（此内容尚须在第三章中“焊接应力与焊接变形”一节中讲授）。

3．授课方式：自学与讲授相结合。

4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授，采用多媒体课件展示图片。

§2.4 复杂应力状态下的工作性能

1．教授内容：①在复杂应力状态下，材料由弹性转入塑性的条件：采用能量强度理论以折算应力来判别：当时，处于弹性状态；当时，处于塑性状态。②折算应力的公式。③讨论钢材在复杂应力作用下的工作性能。

2．教学重点：①折算应力的几个常用公式；②钢材在复杂应力作用下的工作性能。

3．授课方式：自学与讲授相结合。

4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授，采用多媒体课件展示图片。

§ 2.5 钢材的疲劳

1．教授内容：①钢材疲劳破坏的特征；②疲劳破坏的概念、产生原因及破坏特征；③常幅疲劳计算。

2．教学重点、难点：①劳破坏的基本概念；②常幅疲劳计算；

3．授课方式：自学与讲授相结合。

4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授，采用多媒体课件展示图片。

§ 2.6钢材的种类和钢材规格

1．教授内容：钢材的种类：①低碳钢、低合金钢、热处低合金钢。②钢材的选用⑩选择钢材的原则、选择钢材保证的项目。③钢材的规格：热轧钢、薄壁型钢。

2．教学重点：钢材选择应保证的项目。

3．授课方式：自学与讲授相结合。

4．教学手段：板书与多媒体课件结合讲授，采用多媒体课件展示图片。

本章作业测验：

1.钢材有哪些破坏形式？各种破坏形式的特点是什么？

2.分析低碳钢的应力与应变曲线，从中可以得到哪些钢材的性能指标？

3.将钢材简化为理想的弹塑性体的依据是什么？

4.钢结构的静力强度计算为什么以屈服点为依据？

5.导致钢材变脆的主要因素有哪些？为了防止发生脆性破坏，一般在设计、制造、使用中应注意那些问题？

6.钢材在何种复杂应力作用容易进入屈服？

7.抗剪设计强度为抗拉设计强度的 0.58 倍的依据？

8.简述钢材疲劳破坏的机理及其主要影响因素。