钢结构设计与钢材的选用

钢结构设计与钢材的选用 来源：考试大2010年2月12日【考试大：中国教育考试第一门户】
钢结构是用钢材经过加工、连接、安装而建成的一种工程结构，它需要承受各种可能的自然环境和人为环境作用，并应满足各种预定功能要求和具有足够的可靠性及良好的社会经济效益。
钢结构设计的关键：是选择方案，其内容应包括钢结构的类型、体系、节点型式、连接方法和钢材种类、性质的选择及确定。其中，钢材种类、性质的选择及确定具有十分重要意义，这是由于钢结构的上述特点与结构钢材的强度高低，塑性大小，韧性好坏，锈蚀难易和耐热强弱等的性质密不可分。钢结构所用结构钢材种类、性质的选择及确定又与钢结构的类型、体系、节点型式、连接方法以及结构所处的环境等相互关联。因此根据钢结构设计要求的特性选用与其相匹配的结构钢材的种类和性质具有重要意义。
钢结构可以考虑从不同角度进行其分类，以下列出几种：
钢结构在许多工程建设领域都有应用,并可将其分类列属于：
（2）桥梁工程： 铁路、公路桥，城市过街、立交桥等；
（4）海洋工程： 海洋石油平台、设施，海底输油管线等；
不同领域应用的钢结构常称为该领域的钢结构，如：建筑钢结构，桥梁钢结构，海洋钢结构等。由于应用领域、所处环境和使用要求的不同，各种钢结构所受自然环境和人为环境的作用也有差异。其设计，施工和使用虽有所区别，但是其基本属性和特征及其总的设计理念、原理、方法和所依据的理论基础等均雷同。
钢结构的加工、制造、受力工作性能以及破坏形态等，除与其所用结构钢材种类、性质等有关外，尚与所用钢材的厚薄、规格有关，故尚可按其组成中所用主要钢材的厚薄及规格分为：
（2）普通钢结构：厚度约8～40mm的钢板和普通型钢组成的钢结构；
用厚度小于1.5mm的钢板制成的钢结构也可称为超轻型钢结构；厚度大于100mm钢板和特殊型号钢材组成的钢结构也可称为超重型钢结构。轻型、超轻型钢结构的稳定性和缺陷敏感性问题较为突出；重型钢结中焊接残余应力、钢板层状撕裂以及疲劳和脆性断裂等对其正常工作的影响较大。不言而喻，各种类型的钢结构除满足其使用要求外，都必须具有足够的可靠性，即安全性、适用性、耐久性和良好的社会经济效益。
（1）梁格结构，受弯曲工作的梁组成的结构；
（3）拱架结构，单向曲形构件组成的平面结构；其截面受压、弯和剪；
（5）网架结构，主要受拉或压的杆件组成的平面型网状结构；
（7）索杆结构，张力索（或链杆）和受压杆件组成的结构；
（9）混合结构，（1）～（7）中两种及其以上结构组成的结构；
（11）预应力结构，对（1）～（10）施加有预应力的结构。
三、 钢结构破坏的性质、形态与防止对策
（1）伴有明显不可恢复性的塑性变形的塑性破坏；
结构钢材的破坏性质取决于钢材本身的性质及其所处的环境条件和受力状况。一般结构钢材，在常温、单向、一次、缓慢、或/和均匀拉伸的情况下，其破坏通常是塑性的；但是，在低温、双向（或三向）、多次、快速、或/和非均匀拉伸的情况下，其破坏常是脆性的。普通高强度钢材的塑性、韧性较差，其破坏常是脆性的。特殊工艺处理的优质高强度钢材的塑性、韧性好，通常情况下，其破坏常会是塑性的；但是，在特殊情况下，如脆性转变温度以下的低温、双向（或三向）、多次、快速、或/和非均匀拉伸下其破坏常是呈脆性的。
钢构件是由型钢或/和钢板经过加工连接组成的，其破坏可发生在杆身或连接处，破坏性质和形态与钢材、连接方法、受力状况等有关，起因可能是由于其截面几何特性不能满足受力要求，板件或连接受力超过其极限承载力而失效退出工作，致使钢构件或/和连接破坏，其破坏形态及其防止对策主要有：
主要防止对策：增大板件截面积，加强连接，选用较高强度钢材，使其折算应力σeq不大于钢材的设计值??y/γR，（γR为抗力分项系数）即：
并使其连接具有足够承载力。
主要防止对策：调整构件截面几何特性、边界支承条件，减小板件的宽厚比、长细比，使其名义应力σnomin小于其临界应力设计值σcr/γR ，即：σnomin≤σcr/γR （3.2）
主要防止对策：选用塑性、韧性好的钢材,减小缺陷,减小应力集中，降低应力幅Δσ，并使符合式（3.3）的要求：
其中：σmax，σmin—最大，最小作用应力；β，C—疲劳特征参数；
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