钢结构基本原理课程档案之二知识体系与知识点讨论稿0316wu.docx
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钢结构基本原理课程档案之二知识体系与知识点讨论稿0316wu
课程档案之二
知识体系与知识点
课程名称钢结构基本原理
课程类别专业基础课
专业名称土木工程
责任教授陈以一教授
填报日期2012.03.10
同济大学土木工程学院
一、
知识体系
㈠土木工程专业知识体系及本课程所处位置
[注：
学院统一编写]
㈡本课程与相关课程对应关系
公共基础
课程
专业基础
课程
专业
课程
专业拓展
课程
实践
环节
本科层次
（专业名称）
高等数学B（上）
高等数学B（下）
线性代数
概率论与数理统计
工程力学I
工程力学II
结构力学I
结构力学II
土木工程概论
土木工程材料
荷载与结构设计原则
结构稳定性和极限荷载
计算结构力学与应用软件
数理方程
薄壁杆件力学
建筑结构概念设计
建筑钢结构设计
桥梁概念设计
钢与组合结构桥梁
地下建筑结构
建筑结构抗震
塔桅结构
大跨度结构
建筑幕墙结构
房屋结构抗火设计
组合结构
钢结构基本原理实验
建筑钢结构课程设计
钢与组合结构桥梁
课程设计
毕业设计
研究生层次
（土木工程/结构工程）
弹塑性力学
损伤力学基础
固体力学的变分原理
风工程学
地震工程学
结构稳定理论
高等钢结构理论
钢-混凝土组合结构
建筑结构选型
高层建筑结构
钢管结构
高耸结构
轻型钢结构
索与膜结构
幕墙结构
网架与网壳结构
㈢前修课程要求
工程力学Ⅰ、工程力学Ⅱ、结构力学Ⅰ、结构力学Ⅱ（建议取消）
二、知识单元与知识点
（共计：
知识单元31个；知识点115个；推荐学时43（2.5学分）学时）
知识单元
知识点
推荐
学时
推荐教
材章节
序号
描述
序号
描述
要求
1
钢结构初步知识
1
钢结构应用范围、主要结构体系（形式）、钢结构特点
了解
2
1.1-1.4
2
钢结构可能的破坏形式
熟悉
2.7
3.1—3.7
2
结构钢材料的性能要求
1
强度、塑性、韧性、冷加工性、可焊性和耐久性及各性能的度量指标
掌握
2
2.1
2.2
2.4
2.5
2.6
2
相关性能的测试方法和标准
熟悉
2.1
2.2
2.4
2.5
2.6
3
影响钢材力学性能的一般因素
1
化学成分、冶炼和制作的影响；
碳当量指标和敏感性系数指标
掌握
1.5
2.8.1
2.8.2
2.8.4
？
2
时效和加载历史
掌握
2.8.3
3
高温、低温及低温转变温度
掌握
2.8.5
4
复杂应力条件下钢材的力学性能
1
应力集中
熟悉
1
2.8.6
2
复杂应力及复杂应力条件下屈服条件；塑性破坏和脆性破坏
掌握
2.3
3
高周疲劳和疲劳寿命；疲劳计算中的应力比概念、应力幅准则、依据和计算方法；变幅疲劳与Miner准则
掌握
1.5
2.7.2
4
低周疲劳和钢材滞回性能特点
了解
2.2？
5
结构钢材类型、规格和选用
1
当前应用的结构钢牌号、类型、规格
掌握
1
2.9.1
2.9.2
2.10
2
钢材选用原则
掌握
2.9.3
3
钢材强度设计值的确定原则
掌握
？
4
新型（高性能）钢材开发趋势
了解
？
6
轴心受拉（刚性）构件力学性能
1
轴心受拉构件的常用截面形式
了解
2.0
1.3/4.1
2
净截面与毛截面概念
掌握
2.7/4.1
3
轴心受拉构件强度计算公式及适用条件
掌握
2.8/4.1
4
残余应力对强度影响
熟悉
3.3.2
8.5
5
构件连接部位的截面效率及其影响因素
了解
4.1
6
轴心受拉构件的抗拉刚度；
长细比及用长细比控制构件刚度的原因
掌握
4.1
7
轴心受拉（柔性）构件力学性能
1
柔性受拉构件的概念及在工程中的应用
了解
0.5
4.3
2
柔性受拉构件的构成
了解
4.3
3
索的刚度方程
了解
4.3
8
拉弯构件强度
1
平截面假定与理想弹塑性假定
熟悉
1.5
2
边缘屈服、有限屈服、全截面塑性状态时的截面法向的应变、应力分布特点
掌握
4.2.2
3
强度计算准则及其计算公式
掌握
4
塑性中和轴与弹性中和轴的区别，截面塑性模量与塑性弯矩的定义和推导
熟悉
4.2.2
9
轴心受压构件截面形式与强度
1
轴心受压构件的常用截面形式，双轴对称、单轴对称与无对称轴截面，实腹式与格构式
了解
2
轴心受压构件强度破坏模式和计算公式
掌握
5.1.1
5.2
10
实腹式轴心压杆的整体稳定
1
理想压杆弹性稳定平衡方程及其物理解释；扭转中心、约束扭矩与自由扭矩、翘曲变形特征和翘曲应力概念；弯曲失稳、扭转失稳和弯扭失稳模式
了解
5.1.2
5.3
6.4
2
理想压杆临界力：
欧拉公式和香莱公式
掌握
5.3.1
3
实际压杆的稳定承载力，几何缺陷及残余应力影响
掌握
5.3.1
4
轴心受压稳定系数，工程设计用柱子曲线，整体稳定计算公式，毛截面与柱子稳定的整体性概念
掌握
5.3.4
5.5
11
格构式轴心压杆的稳定和计算
1
采用格构式构件的原因，格构式构件的截面形式，缀材类别，实轴与虚轴
熟悉
5.4
2
轴压构件考虑剪切变形影响的稳定平衡方程及临界力，失稳变形产生的剪力
熟悉
5.4
3
轴压格构式构件关于实轴与虚轴的整体稳定计算公式，换算长细比，
掌握
5.4
4
格构式构件单肢计算和缀板、缀条计算
掌握
5.7
12
均匀受压矩形薄板的稳定
1
矩形板两对边均匀受压时的板件失稳变形，板件弹性稳定平衡方程的物理意义，板件弯曲刚度表达式
了解
5.6.2
2
四边简支和三边支承一边自由矩形板的临界应力，板的稳定系数，宽厚比概念
熟悉
5.6.2
3
板间相互约束对临界应力的影响
了解
5.6.2
4
板的非弹性失稳
了解
5.6.2
5
轴心压杆中板的边界条件分类；控制局部失稳的准则；防止板件局部失稳的宽厚比限值，钢材屈服点与临界宽厚比的关系
不容许板件发生局部失稳的应力准则：
屈服点准则、整体稳定临界应力准则、工作应力准则；
熟悉
5.6.2
5.6.4
13
均匀受压矩形薄板的屈曲后强度
1
薄板失稳后大变形的非线性方程组及物理意义，压力-变形关系
了解
5.6.3
2
板件屈曲后强度的概念及利用，局部失稳对构件性能的影响
了解
5.6.3
3
薄板屈曲后强度的有效宽度法，采用有效截面计算构件强度和稳定性
了解
5.6.3
5.6.5
14
受弯构件的强度
1
受弯构件的常用截面形式，单向受弯与双向受弯
了解
6.1
2
受弯时正截面边缘屈服、有限屈服、全截面塑性状态分别对应的设计准则，截面抗弯强度计算公式
掌握
6.3.1
6.3.2
3
截面剪应力分布特点，抗剪强度计算公式、抗剪强度近似计算公式的适用条件
掌握
6.3.3
4
集中荷载作用位置构件翼缘-腹板交界处的局部应力分布模式、局部承压强度计算公式
掌握
6.3.4
5
复杂应力状态下的折算应力及强度计算公式；
掌握
6.3.5
6
危险截面与危险点
15
受弯构件整体失稳和稳定性计算
1
受弯构件整体失稳的变形特征（弯扭变形）；均匀弯矩作用下构件弹性稳定平衡方程及其物理解释
了解
6.2.2
2
两端简支均匀受弯构件弹性失稳临界弯矩的求解
了解
6.5.1
3
弯矩分布、边界约束、集中荷载作用位置、构件截面形式变化对临界弯矩的影响；受弯构件侧向支承的作用和工程实现方式；受弯构件边界约束类型和典型构造方式
熟悉
6.5.1
4
受弯构件非弹性失稳的概念
了解
6.5.1
5
受弯构件整体稳定的设计计算公式；利用结构布置和构造措施保证整体稳定（可不计算整体稳定性）的条件
掌握
6.5.2
16
受弯构件中翼缘和腹板的局部稳定
1
受压翼缘局部失稳变形、弹性失稳临界应力公式
熟悉
6.6.1
2
腹板受对边不均匀压力作用时的失稳变形、板的稳定系数与应力梯度关系；
腹板受均匀剪力作用时的失稳变形、弹性失稳临界应力公式、板的稳定系数与板件长宽比关系；
腹板受单边分布压力作用时的失稳变形和临界应力；
多种应力作用下板件失稳的相关公式
熟悉
6.6.1
3
由屈服点准则确定的受弯构件翼缘和腹板的宽厚比限值
掌握
6.6.2
4
防止腹板局部失稳的加劲肋及其布置，
掌握
6.6.3
5
腹板局部稳定分区格验算
了解
6
利用板件屈曲后强度的设计概念
了解
6.6.4
7
按板件宽厚比进行构件截面分类，以及截面分类与钢结构设计方法的关系
了解
3.2.3
17
受弯构件的变形计算
1
受弯构件挠度验算
掌握
6.7
18
压弯构件的截面形式和截面强度计算
1
压弯构件的常用截面形式及其与受力特点的关系
了解
7.1
2
压弯构件强度破坏模式和计算公式
掌握
7.2
7.3
19
实腹式压弯构件的整体稳定性及计算
1
单向压弯构件整体稳定平衡方程组，整体失稳变形特征
了解
2
单向压弯构件平面内失稳的方程解；二阶效应；边缘屈服准则下的稳定承载力；极限荷载和稳定的极值问题；整体失稳时的轴力-弯矩关系
熟悉
7.4.1
3
单向压弯构件平面内稳定的计算公式；等效弯矩系数概念；二阶效应放大因子
掌握
7.4.1
4
单向压弯构件平面外失稳（弯扭失稳）的方程解
熟悉
7.4.2
5
单向压弯构件平面外稳定的计算公式；闭口截面构件的计算公式修正
掌握
7.4.2
6
双向压弯的整体稳定计算公式
20
格构式构件单向压弯时的整体稳定性计算
1
弯矩绕虚轴的格构式压弯构件的整体稳定计算公式
掌握
7.5.2
2
弯矩绕虚轴格构式压弯构件的单肢稳定计算
掌握
7.5.2
3
缀材验算
掌握
21
压弯构件板件稳定性要求
1
压弯构件不允许发生局部失稳时对翼缘、腹板的宽厚比限值
掌握
7.6.2
22
压弯构件的长细比
关于计算长度的概念和计算
2
压弯构件的长细比限值
掌握
？
23
焊接连接及其特点
1
焊接工艺：
电弧焊（手工、自动及气体保护焊）、电渣焊、电阻焊、气焊、
了解
8.2.1
2
焊接材料：
焊条、焊丝
了解
8.2.1
3
焊缝形式：
对接焊缝、角焊缝；焊件相对位置：
平接、搭接与顶接；施焊方位：
附焊、立焊、横焊与仰焊
熟悉
8.2.2
4
对接焊缝和角焊缝的图纸符号表示
了解
？
5
焊接连接的优点和缺点；焊接残余应力；焊接变形；各种焊接缺陷对连接力学性能的影响
熟悉
8.2.3
8.5.1
8.5.2
24
对接焊缝的构造和计算
1
对接焊缝的构造：
引弧板；平焊缝和斜焊缝
熟悉
8.3.1
2
焊缝质量检验等级；质量等级与焊缝设计强度关系
掌握
8.3.2
3
对接焊缝的破坏；强度计算公式；焊缝计算长度
掌握
8.3.3
4
典型连接计算：
承受轴心力的钢板拼接焊缝；承受弯矩和剪力的“牛腿”
掌握
8.3.3
25
角焊缝的构造和计算
1
角焊缝的构造：
直角焊缝、平坡焊缝和深熔焊缝；斜角焊缝；端焊缝与侧焊缝；绕焊与断续焊
熟悉
8.4.1
2
焊缝尺寸的构造要求
掌握
8.4.1
3
端焊缝和侧焊缝受力特点；最小破坏面假定；角焊缝强度的试验公式和计算公式；计算应力的规定
掌握
8.4.2
4
单个角焊缝的强度计算公式；角焊缝强度设计值；因受剪不均匀性对侧缝计算长度的折减
掌握
8.4.2
5
典型连接计算：
承受轴力的角钢与节点板的连接；承受轴力、剪力和弯矩的“牛腿”；承受剪力、扭矩的三面围焊的搭接板
掌握
8.4.3
26
螺栓连接及其特点
1
工艺：
定位、制孔、接触面处理；螺栓拧紧的方式
了解
？
8.7.2
2
螺栓连接的分类及特点
熟悉
8.6.2
8.7.1
3
螺栓排列构造：
并列与错列；容许间距规定和原因
熟悉
8.6.1
27
普通螺栓连接构造和计算
1
普通螺栓等级；螺栓孔制作要求；孔径与螺栓直径关系
熟悉
8.6？
2
螺栓受剪的工作机理；破坏模式：
螺栓杆剪断、孔壁压坏、连接件断裂、撕剪、螺栓杆弯曲；防止破坏的计算手段和构造手段
掌握
8.6.2
3
单个螺栓抗剪承载力设计值；抗剪面
掌握
8.6.2
4
螺栓受拉的工作机理；撬力概念
掌握
8.6.2
5
单个螺栓抗拉承载力设计值；螺纹处的有效截面
掌握
8.6.2
6
典型连接计算：
均匀受剪与非均匀受剪；剪力和扭矩共同作用；均匀受拉；受弯作用与受拉受弯作用（转动轴假定）；剪力和拉力共同作用
掌握
8.6.3
8.6.4
8.6.5
28
高强度螺栓连接构造和计算
1
高强度螺栓等级；孔径与螺栓直径关系；摩擦面处理和抗滑移系数
熟悉
2
高强度螺栓受剪的工作机理；连接破坏的滑移准则和极限强度准则，摩擦型连接和承压型连接
掌握
8.7.1
3
高强度螺栓抗拉的工作机理
掌握
8.7.1
4
摩擦型连接高强度螺栓的抗剪承载力设计值和抗拉承载力设计值
掌握
8.7.2
8.7.3
5
承压型连接高强度螺栓的抗剪承载力设计值和抗拉承载力设计值
掌握
8.7.5
6
摩擦型连接高强度螺栓的典型连接计算：
受剪、受扭剪、受弯与受拉弯（中和轴假定）作用
掌握
8.7.4
？
31
钢拱结构概念
1
拱的形式和受力特点
了解
9.3.1
2
拱的平面内、外失稳变形特点
了解
9.3.2
9.3.3
㈣“知识单元与知识点”部分的编写是重点。
几点说明：
1、知识点的撰写应尽可能细化，以便学生掌握知识内容和后续知识体系贯通。
2、知识点中的“要求”包括“了解”、“熟悉”和“掌握”三个层次，分别定义为：
了解：
理解相关知识点内容，一般性知道
熟悉：
清楚知识点的原理、内容、依据、程序及方法，并且知道概念以及内部各知识点之间的联系
掌握：
完整理解、把握知识的全面含义，以及不同知识点之间的区别与联系，并加以灵活运用
3、“推荐学时”可对应于知识点，亦可对应于若干知识点或知识单元（即若干个知识点合并，给出一个推荐学时）。
4、两个建议：
①在知识点中，可用方括号“[]”列出重要概念、核心理论和关键物理量；②知识点撰写应尽可能详细，一般地，每一学分课程内容对应的篇幅不宜少于3页。
5、给出了《混凝土结构基本原理》和《钢结构基本原理》的一个编写样例，供参考。
推荐教材：
沈祖炎等主编《钢结构基本原理》
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