研究生课程论文《高等钢结构理论》

研究生课程论文

1 引言

作为结构工程专业博士研究生的一门学位课程，《高等钢结构理论》所涉及到的内容包罗甚广。总的来说，应当主要包括以下内容：钢结构的材料性质，钢结构的连接，钢结构的断裂与疲劳破损，钢结构的稳定理论，钢结构的设计与制造，厂房钢结构，大跨屋盖钢结构，多高层房屋钢结构，塔桅钢结构，大跨度结构的极限承载力分析理论和方法，钢结构的动力分析及冷弯薄壁型钢结构等。《钢结构》在土木工程专业的本科阶段和结构工程专业的硕士研究生阶段都曾经学习过，其基本内容和上述内容没有什么差别，所不同的只是，现阶段的学习在广度和深度上都应当比以往更加深入，尤其应当在稳定理论方面掌握深厚的知识。这是因为对于钢结构而言，稳定性能是决定其承载能力的一个特别重要的因素，同混凝土结构相比，强度已经退居到一个次要的地位，在钢结构的理论和设计方法上，钢结构的稳定性能都显得格外需要重视。

近几十年来，在研究发挥钢结构稳定性能的潜力和完善稳定计算的理论方面，国内外都取得了很大的进步。钢结构基本构件的稳定理论，现在已经从弹性稳定发展到弹塑性稳定。以往研究较多的完善杆件的稳定性问题，现在也已经发展到了研究带有几何缺陷和力学缺陷的实际杆件。并且，随着高速电子计算机存储的海量增长和性能的飞速发展，对于各种构件的稳定性能的研究，也已经发展到了采用各种数值方法来计算其极限荷载，并分析其屈曲后性能从而得到P－Δ的全程曲线。在作理论分析的同时，包括我国在内的许多国家同时还进行了大量的稳定性能的试验验证，以及将理论研究成果利用图表表示或演化为实用计算公式，从而将弹塑性稳定理论用于解决钢结构设计中的各种实际问题。

钢结构稳定理论的研究，归根结底还是为了实际上的应用。而理论上的研究成果，也只有在正式形成规范并发布实施之后，对于实际的各种类型的钢结构工程的设计和制造才能起到指导性作用。因此，钢结构稳定研究的最新成果，往往被各国的设计规范所吸收采纳。2003年10月份，我国新一版的《钢结构设计规范》(GB 50017－2003)终于正式发布实施，其中就吸纳了近十几年来国内外的最新研究成果，对原规范(GBJ 17－88)的内容进行的较大范围的修订。本着理论研究应当服务于工程应用的考虑，学习《高等钢结构理论》这门课，在掌握钢结构稳定理论的同时，应当关注理论的规范转化。因此，本课程报告的内容，在简要介绍钢结构基本设计原理和设计方法之后，将对原规范中存在的问题，新规范的主要修订内容和今后的研究方向进行大概地介绍。

2 钢结构基本原理和设计方法简述

2．1 钢结构基本原理

2. 1. 1 材料的基本性能

建筑结构中所用的钢材通常都是塑性性能较好的材料，在拉力的作用下具有明显的屈服平台。因此，传统的钢结构设计，以钢材的屈服点作为钢材强度的极限，并把局部屈服作为承载能力的准则。在钢材的生产过程中，要经过熔炼，脱氧，轧制，矫直和热处理等工艺阶段，这些都会对钢材的力学性能产生很大的影响。另外，钢结构在加工制造安装中的冷加工，焊接和焰割也会对钢材材性，比如冷作硬化，焊接残余应力，焊接残余应变等带来很大影响。因此，在钢结构的设计分析和计算中，要充分考虑到这些影响因素，这样才不会造成较大的误差。此外，钢材是一种易腐蚀性材料，当结构的工作环境处于潮湿和腐蚀性介质的包围中时，应特别注意结构防腐，现在国内已能生产耐候钢材，其耐腐蚀性能比普通钢材大大的提高。