項(xiàng)目五鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)教學(xué)團(tuán)隊(duì)任務(wù)一剪切與擠壓受力特點(diǎn)及內(nèi)力計(jì)算課程名稱建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)課程性質(zhì)專業(yè)基礎(chǔ)課授課對(duì)象建技大一學(xué)生授課學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)學(xué)情分析1.學(xué)生在之前的部分學(xué)習(xí)了桿件的軸向拉伸與壓縮，對(duì)剪切與擠壓的內(nèi)力計(jì)算模式有一定的認(rèn)識(shí)；2.80%的同學(xué)能夠掌握應(yīng)力的概念，但是不能很好的區(qū)分正應(yīng)力和切應(yīng)力的區(qū)別，并靈活運(yùn)用。3.70%的學(xué)生能夠分清剪切與擠壓的區(qū)別，但是在進(jìn)行實(shí)用計(jì)算時(shí)，對(duì)剪切面和擠壓面的判斷容易出錯(cuò)，需要進(jìn)行多加練習(xí)。教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.掌握剪切與擠壓的概念及連接處三種破壞形式；2.理解并掌握剪切的實(shí)用計(jì)算；3.理解并掌握擠壓的實(shí)用計(jì)算。能力目標(biāo)掌握對(duì)受剪構(gòu)件的剪切與擠壓實(shí)用計(jì)算。素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度和對(duì)剪切與擠壓實(shí)用計(jì)算的掌握。教學(xué)重點(diǎn)1.剪切與擠壓的概念；2.剪切的實(shí)用計(jì)算；3.擠壓的實(shí)用計(jì)算。教學(xué)難點(diǎn)掌握剪切與擠壓實(shí)用計(jì)算中As與Abs的區(qū)別。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)過程設(shè)計(jì)課堂實(shí)施過程一、剪切與擠壓：（一）概念在工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械中，構(gòu)件之間通常通過鉚釘、螺栓、銷釘?shù)冗B接件相連接，這類連接件的主要變形破壞形式是剪切與擠壓。剪切的受力特點(diǎn)：構(gòu)件在兩側(cè)面受到大小相等、方向相反、作用線相距很近的外力（外力合力）的作用。剪切的變形特點(diǎn)：構(gòu)件沿位于兩側(cè)外力之間的截面發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，稱剪切變形，發(fā)生錯(cuò)動(dòng)的截面稱為剪切面。連接件在受到剪切變形的同時(shí)，往往還要受到擠壓變形。傳遞壓力的接觸面稱為擠壓面。(二)連接處破壞三種形式1.剪切破壞2.擠壓破壞3.拉伸破壞學(xué)生：從實(shí)際生活中舉例受剪構(gòu)件有哪些。老師：結(jié)合學(xué)生的實(shí)例,講解剪切與擠壓的概念及連接處破壞三種形式。二、剪切的實(shí)用計(jì)算：（一）剪切面上的內(nèi)力剪切面上的內(nèi)力為一個(gè)切向力，稱為剪力，記作FS。（二）剪切面上的應(yīng)力在剪切面上，只存在切應(yīng)力，工程中假設(shè)剪切面上的切應(yīng)力平均分布，即有：FS為剪切面上的剪力，用截面法由平衡方程確定；AS為剪切面的面積。（三）剪切強(qiáng)度條件[]為材料的許用切應(yīng)力老師：講解剪切的實(shí)用計(jì)算公式。學(xué)生：分成小組，分別討論剪切面應(yīng)力計(jì)算公式與強(qiáng)度條件公式中各字母的含義。三、擠壓的實(shí)用計(jì)算：（一）擠壓面上的擠壓力在擠壓面上存在著法向的力，稱為擠壓力，記作Fbs。（二）擠壓面上的應(yīng)力在擠壓面上，存在著法向的擠壓應(yīng)力，記作Fbs為擠壓面上的擠壓力；Abs為擠壓面的計(jì)算面積，取實(shí)際擠壓面在垂直于擠壓力的平面上投影的面積。（三）擠壓強(qiáng)度條件[bs]為材料的許用擠壓應(yīng)力。（四）應(yīng)用案例練習(xí)老師：講解擠壓的實(shí)用計(jì)算公式。學(xué)生：分成小組，分別討論擠壓面應(yīng)力計(jì)算公式與強(qiáng)度條件公式中各字母的含義。教學(xué)反思學(xué)生在之前的內(nèi)容中學(xué)習(xí)了桿件的軸向拉伸與壓縮，對(duì)剪切與擠壓的內(nèi)力計(jì)算模式有一定的認(rèn)識(shí)，但是不能很好的區(qū)分正應(yīng)力和切應(yīng)力的區(qū)別，在進(jìn)行實(shí)用計(jì)算時(shí)，對(duì)剪切面和擠壓面的判斷容易出錯(cuò)，需要進(jìn)行多加練習(xí)結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知，從學(xué)生的實(shí)際生活出發(fā)，通過一些實(shí)例，讓學(xué)生掌握剪切與擠壓的實(shí)用計(jì)算。任務(wù)二鋼結(jié)構(gòu)連接與構(gòu)件課程名稱建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)課程性質(zhì)專業(yè)基礎(chǔ)課授課對(duì)象建技大一學(xué)生授課學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)學(xué)情分析1.學(xué)生在之前的部分學(xué)習(xí)了鋼筋混凝土構(gòu)件的基本構(gòu)造要求，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的材料性能及基本特點(diǎn)有一定的認(rèn)識(shí)；2.80%的同學(xué)能夠掌握鋼結(jié)構(gòu)的基本概念，但是對(duì)于施工中對(duì)應(yīng)的不同連接方法還需進(jìn)一步加強(qiáng)掌握。教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.掌握鋼結(jié)構(gòu)的連接方法；2.理解并掌握鋼結(jié)構(gòu)焊接連接；3.理解并掌握鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接；4.學(xué)會(huì)識(shí)讀鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件。能力目標(biāo)掌握鋼結(jié)構(gòu)的主要連接方法，并學(xué)會(huì)識(shí)讀鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件。素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度和對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的認(rèn)知。教學(xué)重點(diǎn)1.鋼結(jié)構(gòu)的連接方法；2.鋼結(jié)構(gòu)焊接連接；3.鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接；4.鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的識(shí)讀。教學(xué)難點(diǎn)根據(jù)受力特點(diǎn)區(qū)分不同鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)過程設(shè)計(jì)課堂實(shí)施過程一、鋼結(jié)構(gòu)的連接方法：鋼結(jié)構(gòu)的連接方法有焊縫連接、螺栓連接和鉚釘連接三種。（一）焊縫連接焊縫連接是通過電弧產(chǎn)生的熱量使焊條和焊件局部熔化，經(jīng)冷卻凝結(jié)成焊縫，從而將焊件連接成為一體。優(yōu)點(diǎn)：不削弱構(gòu)件截面，節(jié)約鋼材，構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造方便，連接剛度大，密封性能好，在一定條件下易于采用自動(dòng)化作業(yè)，生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn)：焊縫附近鋼材因焊接高溫作用形成的熱影響區(qū)可能是某些部位材質(zhì)變脆；焊接過程中鋼材受到分布不均勻的高溫和冷卻，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和使用性能有一定影響；焊接結(jié)構(gòu)由于剛度大，局部裂紋一經(jīng)發(fā)生很容易擴(kuò)展到整體，尤其是在低溫下易發(fā)生脆斷；焊縫連接的塑性和韌性較差，施焊時(shí)可能產(chǎn)生缺陷，使疲勞強(qiáng)度降低。(二)螺栓連接螺栓連接是通過螺栓這種緊固件把連接件連接成為一體。螺栓連接分普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩種。優(yōu)點(diǎn)：施工工藝簡(jiǎn)單、安裝方便，特別適用于工地安裝連接，也便于拆卸，適用于需要裝拆結(jié)構(gòu)和臨時(shí)性連接。缺點(diǎn)：需要在板件上開孔和拼裝時(shí)對(duì)孔，增加制造工作量，且對(duì)制造的精度要求較高；螺栓孔還使構(gòu)件截面削弱，且被連接件常需相互搭接或增設(shè)輔助連接板（或角鋼），因而構(gòu)造較繁且多費(fèi)鋼材。（三）鉚釘連接鉚釘連接是將一端帶有半圓形預(yù)制釘頭的鉚釘，將釘桿燒紅后迅速插入連接件的釘孔中，然后用鉚釘槍將另一端也打鉚成釘頭，以使連接達(dá)到緊固。優(yōu)點(diǎn)：鉚接傳力可靠，塑性、韌性均較好，質(zhì)量易于檢查和保證，可用于重型和直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)：鉚接工藝復(fù)雜、制造費(fèi)工費(fèi)料，且勞動(dòng)強(qiáng)度高，故已基本被焊接和高強(qiáng)度螺栓連接所取代。學(xué)生：從實(shí)際生活中舉例鋼結(jié)構(gòu)的連接有哪些。老師：結(jié)合學(xué)生的實(shí)例,講解鋼結(jié)構(gòu)的連接方法及三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。二、焊接連接：（一）焊接方法鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法是電弧焊，包括手工電弧焊、自動(dòng)或半自動(dòng)電弧焊以及氣體保護(hù)焊等。手工電弧焊自動(dòng)焊氣體保護(hù)焊（二）焊縫形式焊縫連接形式根據(jù)被連接構(gòu)件間的相互位置可分為對(duì)接、搭接、T形連接和角接等四種形式。焊縫按其工作性質(zhì)來分有強(qiáng)度焊縫和密強(qiáng)焊縫兩種。焊縫按施焊位置分，有平焊、立焊、橫焊和仰焊四種。（三）焊接構(gòu)造1.對(duì)接焊縫2.角焊縫老師：講解鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接。學(xué)生：分成小組，分別討論不同焊接方法及其構(gòu)造要求。三、螺栓連接：（一）普通螺栓連接的構(gòu)造鋼結(jié)構(gòu)采用的普通形式為大六角頭型，其代號(hào)用字母M與公稱直徑（mm）表示。工程中常用M18，M20，M22，M24。按國際標(biāo)準(zhǔn)，螺栓統(tǒng)一用螺栓的性能等級(jí)來表示，如“4.6級(jí)”、“8.8級(jí)”等。小數(shù)點(diǎn)前數(shù)字表示螺栓材料的最低抗拉強(qiáng)度，如“4”表示400N/mm2，“8”表示800N/mm2。小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字（0.6、0.8）表示螺栓材料的屈強(qiáng)比，即屈服點(diǎn)與最低抗拉強(qiáng)度的比值。根據(jù)螺栓的加工精度，普通螺栓又分為A、B、C三級(jí)。鋼結(jié)構(gòu)連接最常用4.6級(jí)或4.8級(jí)普通螺栓為C級(jí)螺栓；而5.6級(jí)與8.8級(jí)普通螺栓為A級(jí)或B級(jí)螺栓，A級(jí)、B級(jí)螺栓屬精制螺栓，工程中較少采用，C級(jí)普通螺栓在鋼結(jié)構(gòu)工程中有廣泛的應(yīng)用。（二）普通螺栓連接的排列螺栓的排列應(yīng)簡(jiǎn)單、統(tǒng)一而緊湊，滿足受力要求，構(gòu)造合理又便于安裝。排列方式有并列和錯(cuò)列兩種排列（如圖所示）。并列較簡(jiǎn)單，錯(cuò)列較緊湊。（三）普通螺栓連接的受力特點(diǎn)1.受剪螺栓連接2.受拉螺栓連接受拉螺栓連接中，在外力N作用下，構(gòu)件相互間有分離趨勢(shì)，從而使螺栓沿桿軸方向受拉。受拉螺栓的破壞形式是栓桿被拉斷，其部位多在被螺紋削弱的截面處。3.拉剪螺栓連接由于C級(jí)螺栓的抗剪能力差，故對(duì)重要連接一般均應(yīng)在端板下設(shè)置支托，以承受剪力（如圖所示）。對(duì)次要連接，若端板下不設(shè)支托，則螺栓將同時(shí)承受剪力和沿桿軸方向的拉力的作用。（三）高強(qiáng)度螺栓的受力特點(diǎn)高強(qiáng)度螺栓連接按設(shè)計(jì)和受力要求可分為摩擦型和承壓型兩種。摩擦型連接在承受剪切時(shí)，以外剪力達(dá)到板件間可能發(fā)生的最大摩阻力為極限狀態(tài)；當(dāng)超過時(shí)板件間發(fā)生相對(duì)滑移，即認(rèn)為連接已失效而破壞。摩擦型高強(qiáng)度螺栓只利用接觸面間的摩擦阻力傳遞剪力，其整體性能好、抗疲勞能力強(qiáng)，適用于承受動(dòng)力荷載和重要的連接。承壓型連接在受剪時(shí)，則允許摩擦力被克服并發(fā)生板件間相對(duì)滑移，然后外力可以繼續(xù)增加，并以此后發(fā)生的螺桿剪切或孔壁承壓的最終破壞為極限狀態(tài)。允許外力超過構(gòu)件接觸面間的摩擦力，利用螺栓桿與孔壁直接接觸傳遞剪力，承載能力比摩擦型提高較多。可用于不直接承受動(dòng)力荷載的情況。老師：講解鋼結(jié)構(gòu)的螺栓連接。學(xué)生：分成小組，分別討論普通螺栓連接和高強(qiáng)螺栓連接的受力特點(diǎn)及其構(gòu)造要求。四、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件：（一）軸心受力構(gòu)件軸心受力構(gòu)件是指承受通過截面形心的軸向力作用的構(gòu)件，分為軸心受拉構(gòu)件和軸心受壓構(gòu)件。它們廣泛的應(yīng)用于柱、桁架、網(wǎng)架、塔架和支撐等結(jié)構(gòu)中。1.軸心受力構(gòu)件的受力特點(diǎn)軸心受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度的要求。軸心受拉構(gòu)件的剛度是以它的長細(xì)比來控制的。軸心受壓構(gòu)件的受力性能與受拉構(gòu)件不同，除有些短粗或截面有較大削弱的構(gòu)件其承載力由強(qiáng)度條件起控制作用外，一般情況下，軸心受壓構(gòu)件的承載能力是由穩(wěn)定條件決定的。因此設(shè)計(jì)時(shí)除滿足強(qiáng)度和剛度的條件外，還應(yīng)滿足整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性的要求。2.軸心受壓柱的構(gòu)造軸心受壓柱由柱頭、柱身、柱腳三部分組成。按柱身的構(gòu)造型式可分為實(shí)腹式和格構(gòu)式兩類。（二）受彎構(gòu)件承受橫向荷載的實(shí)腹式受彎構(gòu)件通常稱為梁，它是組成鋼結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件之一。1.類型與應(yīng)用鋼梁按截面的形式分為型鋼梁和組合梁兩大類。型鋼梁構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造省工，成本較低，故應(yīng)用較多。但在荷載較大或構(gòu)件的跨度較大時(shí)，所需梁的截面尺寸較大時(shí)，由于軋制條件的限制，型鋼的尺寸、規(guī)格不能滿足梁承載力和剛度的要求，這時(shí)常采用組合梁。2.受彎構(gòu)件（梁）的穩(wěn)定性整體穩(wěn)定性局部穩(wěn)定性（三）梁的拼接和連接