课程名称：水工钢结构
课程代号：2461
一、课程性质与目标
（一）课程性质和特点
1.《水工钢结构》课程是全国高等教育自学考试水利水电类的专业课，是为培养和检测自学应考者在水工钢结构方面的基础理论知识和应用设计能力而设置的一门技术专业课。
2.水工钢结构是在工程力学和建筑材料等课程的基础上，进行学习和掌握应用的专业课。因而在学习本课程前，应学好工程力学（主要是其中的结构力学和材料力学部分）以及建筑材料（主要是其中的钢材部分）。由于这种结构具有高强以及塑性和韧性好等突出的优点，主要应用于高、大和重型工程结构中。近年来，随着我国钢产量的迅速增长，改革开放后建设事业的发展需求，水利水电、农田水利、港口、航道工程等领域的钢结构、大跨度钢结构以及各种轻钢建筑结构的发展和应用日渐广泛，更显出学习本课程的重要性。因而是从事水利水电工程技术人员应很好学习和掌握应用的专业课程。
（二）课程目标与基本要求
1.本课程是水工专业主干课程之一，其任务是使学生掌握钢结构的设计计算原理，钢结构的连接，基本构件等的设计方法。使学生对于本专业常见的钢结构具有初步的设计能力，为本专业的工作和科学研究提供必要的基础。
2.通过本课程的学习，可获得很多有关钢结构的概念、计算方法和设计技能，这些知识和技能具有普遍意义，有助于培养分析问题和解决问题的能力，以及处理技术问题的能力和素质。也为自学应考者很好的完成毕业设计奠定基础。
3.自学本课程后，自学应考者应了解水工钢结构的特点及其在我国的合理应用范围和发展。深刻理解钢结构的基本性能、梁、柱和桁架等基本构件及其连接的工作性能，掌握这些方面的基本知识、基本理论和构造原则。能正确运用钢结构设计规范，进行基本构件的设计。
（三）与本专业其他课程的关系
1.钢结构这门课程不仅仅是力学的分析和运算，还必须熟悉结构物的使用要求，掌握材料的特性，善于使用材料，掌握钢材的性能和选用，在正确理解规范的条件下，才能进行钢结构的设计工作。
2.钢结构的前期课程主要有：建筑材料、材料力学、结构力学和其他有关的工程力学。所以，学好上述课程是学好钢结构的基础。应考者必须熟悉上述有关课程的内容，同时还应明确本课程有时要直接引用上述课程中有关的计算方法和计算公式。
3.在工程实践中，经常遇到的主要问题是：钢材材质和合理选用；构件的稳定性问题；连接节点的合理构造。自学应考者在学习过程中，对上述三方面的内容应给予重视。
二、课程考核内容与考核目标
绪论
（一）学习目的和要求
通过本章学习，要求了解水工钢结构课程的性质和任务，了解钢结构特点及其在水利水电工程中的应用，了解水工钢结构的发展过程，了解水工钢结构的设计要求，了解水工钢结构的发展方向。
（二）课程内容
1.水工钢结构课程的性质和任务
2.钢结构的特点
3.钢结构在水工中的应用
4.对钢结构设计的要求
5.水工钢结构的发展
（三）考核知识点
1.钢结构的特点
2.钢结构在水工中的应用
3.水工钢结构的发展
（四）考核要求
1.识记钢结构的特点
2.识记钢结构在水工中的应用情况
3.识记钢结构在不同方面的发展过程
第一章 钢结构的材料和计算方法
（一） 学习目的和要求
通过本章的学习，要求深刻理解结构钢材一次拉伸时的力学性能，各种力学指标的意义和用途，复杂应力状态下的屈服条件，以及冲击韧性指标的意义。理解反复循环荷载作用下钢材的疲劳强度，掌握设计规范中的疲劳强度计算方法。深刻理解钢材脆性破坏的原因和危险后果，以及设计中采用合理构造，减少应力集中、防止脆性破坏的措施。了解钢材种类和规格，理解如何正确选用钢材。深刻理解钢结构采用的极限状态设计方法。
（二） 课程内容
第一节 钢材的主要性能
1. 钢材的破坏形式（塑性破坏、脆性破坏；产生脆性破坏的因素）
2. 钢材的主要机械性能。
3. 钢材的焊接性能、抗蚀性和防腐蚀措施。
第二节 影响钢材力学性能的主要因素
1. 化学成分的影响
2. 钢材冶炼和轧制的影响
3. 复杂应力和应力集中的影响
4. 时效硬化的影响
5. 低温影响
第三节 钢材的疲劳
1. 钢材疲劳破坏的特点
2. 常幅疲劳验算
第四节 钢材的钢号及选用
1. 建筑钢的钢号
2. 建筑钢的供应方式及符号
3. 建筑钢的选用
4. 铸钢和锻钢的钢号及选用
第五节 轧成钢材的规格及用途
1. 在选用截面规格时应考虑的问题
2. 常用轧成钢材的规格与用途
第六节 钢结构的计算方法
1. 概率极限状态设计法、可靠度、预定的功能
2. 钢结构的规范计算方法
3. 容许应力计算方法
（三） 考核知识点
1. 结构钢材一次拉伸时的力学性能
2. 钢材的静力力学性能指标
3. 钢材的韧性指标
4. 钢材的疲劳强度
5. 结构钢材的塑性破坏和脆性破坏
6. 钢材的牌号、规格和合理选用
7. 近似概率极限状态设计法
（四）考核要求
1. 结构钢材一次拉伸时的力学性能
（1）领会全过程曲线的四个阶段——弹性、弹塑性、塑性和强化阶段。
（2）领会应力达到屈服应力时，进入塑性阶段，应力保持不变，应变可自由增加，达到2%～3%，钢材暂时失去承载力，但并未破坏。
（3）领会塑性阶段结束后，钢材恢复了承载力，直至应力达抗拉强度时，钢材断裂破坏，最大应力为20%～30%.
（4）领会钢材一次拉伸的全过程以及塑性破坏。
2. 钢材的静力力学性能指标
（1）识记化学成分和钢材轧制工艺对工作性能及力学指标的影响。
（2）领会钢材以屈服点为强度设计指标的根据。
（3）领会钢材的弹性模量达 ，因此弹性工作时变形很小。
（4）为了简化力学分析和计算，可假设钢材为理想弹性一塑性体。
3. 钢材的韧性指标
（1）识记冲击韧性试验方法。
（2）领会冲击韧性的意义，能在选用钢材时正确地提出冲击韧性指标的要求。
4. 钢材的疲劳强度
（1）识记循环荷载的种类。
（2）领会在反复荷载作用下构件和连接中受拉区钢材的疲劳破坏。
（3）能简单应用常幅疲劳和变幅疲劳的计算方法。
5 结构钢材的塑性破坏和脆性破坏
（1）领会钢材的两种可能破坏形式，两者的区别和后果。
（2）领会应力集中现象产生的原因和后果，以及设计中应采取的合理构造措施。
（3）领会冶金缺陷和温度变化可能引起钢材脆性破坏现象。
（4）领会时效硬化和冷作硬化的现象和原因。
6. 钢材的牌号、规格和合理选用
（1）识记建筑结构中采用的钢材牌号和用途。
（2）识记各种钢材的规格和特性。
（3）领会如何根据使用要求、使用条件、受力状况等合理地选用钢材。
7. 近似概率极限状态设计法
（1）领会结构可靠性的内容，用可靠度指标来衡量结构可靠性的方法。
（2）领会钢结构采用的以概率理论为基础、用应力计算公式表达的近似概率极限状态设计方法和设计表达式。
（3）领会结构和构件的两种极限状态。
（4）领会极限状态设计法中的几个系数的意义：材料抗力分项系数、载荷效应分项系数、载荷组合系数和结构重要性系数。
（5）领会钢结构设计中承载能力极限状态包括的强度（包含疲劳强度）和稳定极限，正常使用极限状态包括的变形和长细比限制的意义。
（6）领会标准值和设计值的区别及其应用。
第二章 钢结构的连接
（一） 学习目的和要求
钢结构是由若干构件及元件组成，其间必须用某种方法加以连接，连接是组成钢结构的重要环节，是本课程的基本知识和基本技能。
通过本章的学习，要求了解钢结构采用的焊接连接和螺栓连接两种常用的连接方法，及其特点。深刻理解对接焊缝及角焊缝的工作性能。熟练掌握各种内力作用下，连接的构造、传力过程和计算方法。了解焊缝缺陷对其承载力的影响及质量检验方法。理解焊接残余应力和焊接变形的种类、产生原因及其影响，以及减小和消除的方法。深刻理解普通螺栓的工作性能和破坏形式，熟练掌握螺栓连接在传送各种内力时，连接的构造、传力过程和计算方法。理解螺栓排列方式和构造要求。深刻理解高强度螺栓的工作性能，熟练掌握高强度螺栓连接传递内力时，连接的构造、传力过程和计算方法。理解焊接连接和螺栓连接的疲劳强度，提高疲劳强度的措施，掌握疲劳验算方法。
（二） 课程内容
第一节 钢结构连接的种类和特点
1. 钢结构的连接方法
2. 焊接连接的特点
（1） 焊接连接的优点和缺点
（2） 常用的电弧焊的基本原理和设备
（3） 焊条的种类和用途
（4） 焊缝的方位和要求
（5） 焊缝符号和标注方法
（6） 焊缝的缺陷和质量检验
3. 螺栓连接的特点
（1） 普通螺栓的类别及特点
（2） 高强度螺栓的类别及特点
第二节 焊接方法和焊缝强度
1. 电弧焊的原理和焊接方法
2. 焊缝缺陷及焊缝质量检验
3. 焊缝连接形式和焊缝类型
4. 焊缝的强度
第三节 对接焊缝连接的构造和计算
1. 连接构造
2. 对接焊缝的强度计算
（1） 对接直焊缝承受轴心力
（2） 对接焊缝承受弯矩和剪力
第四节 角焊缝连接的构造和计算
1. 受力情况和构造要求
（1） 角焊缝的受力情况
（2） 角焊缝的构造要求
2. 角焊缝的符号
3. 角焊缝的强度计算
（1） 角焊缝计算的基本公式
（2） 轴心力（拉、压或剪力）作用时连接计算
（3） 弯矩、剪力和轴力共同作用T型连接计算
（4） 扭矩和剪力共同作用下搭接连接计算
第五节 焊接应力和焊接变形
1. 焊接应力和焊接变形产生的原因
2. 焊接残余应力和变形的危害性及解决措施
（1） 减小或消除焊接残余应力的措施
（2） 减小或消除焊接变形的措施
第六节 螺栓连接
1. 螺栓种类、特点和形式
2. 螺栓连接的构造和计算
（1） 螺栓连接的构造
（2） 单个螺栓的承载力设计值
（3） 板件受轴心力作用的抗剪螺栓连接计算
（4） 受扭矩和剪力作用的抗剪螺栓连接计算
（5） 受拉力和剪力共同作用的螺栓连接计算
3. 高强螺栓连接的构造和计算
（1） 高强螺栓连接的构造和性能
（2） 高强螺栓连接的强度计算
（三） 考核知识点
1. 钢结构连接的种类和特点
2. 对接焊缝及其连接
3. 角焊缝及其连接
4. 焊接应力和焊接变形
5. 普通螺栓连接和高强度螺栓连接
（四） 考核要求
1. 钢结构连接的种类和特点
（1）识记钢结构常采用的两种连接方法，焊接和螺栓连接，它们的优缺点和用途。
（2）识记电弧焊的基本原理和设备，焊条种类和选用，焊缝的方位和要求，焊缝符号和标注方法，以及焊缝缺陷和国家规定的质量检验标准。
（3）识记普通和高强度螺栓的优缺点和用途。
2.对接焊缝及其连接
（1）领会对接焊缝的构造和工作性能。
（2）领会对接连接和T字连接的构造，能综合应用传递各种内力传递过程的计算和焊缝的计算公式。
3.角焊缝及其连接
（1）领会角焊缝的形式、工作性能和构造要求，包括直角焊缝、斜角焊缝和未焊透的坡口焊缝。
（2）领会采用角焊缝的对接连接、搭接连接和丁字连接的工作性能和构造要求。
（3）能综合应用上述各种连接方法在不同内力作用下的内力传递过程分析，以及连接的计算。
４.焊接应力和焊接变形
领会焊接应力和焊接变形的种类、产生原因及影响，以及减小和消除的措施。
５.普通螺栓连接和高强度螺栓连接
（１）领会螺栓的排列和构造要求。
（２）领会普通螺栓连接传递剪力和拉力时的工作性能和破坏形式。
（３）综合应用普通螺栓连接在传递各种内力时，传递过程的分析和计算方法。
（４）领会高强度螺栓连接的工作性能，能综合应用高强度螺栓连接在受剪、受拉以及同时受剪和受拉的连接中，力的传递过程和内力分析及计算。
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