鋼結構答案版

1、1. 鋼結構的主要特點和合理應用范圍。 特點：（1）鋼材強度高，結構重量輕。（2）材質均勻，且塑性韌性好。（3）良好的加工性能和焊接性能。（4）密封性好。（5）鋼材的可重復使用性。（6）鋼材耐熱但不耐火。（7）耐腐蝕性差。（8）鋼結構的低溫冷脆傾向。（9）可靠性高。（10）抗震抗振動性能好。 應用范圍：（1）大跨結構。（2）工業(yè)廠房。（3）受動力荷載影響的結構。（4）多層和高層建筑。（5）高聳結構（6）可拆卸的結構。（7）容器和其他構筑物。（8）輕型鋼結構。（9）鋼和混凝土的組合結構。2. 極限狀態(tài)設計法：兩種極限狀態(tài)及其內容；設計表達式中各分項系數(shù)的意義和取值。 我國規(guī)范規(guī)定，承重結構應按下

2、列兩類極限狀態(tài)進行設計：（1）承載能力極限狀態(tài)。包括：構件和連接強度破壞、疲勞破壞和因過度變形而不適于繼續(xù)承載，結構和構件喪失穩(wěn)定，結構轉變?yōu)闄C動體系和結構傾覆。（2）正常使用極限狀態(tài)。包括：影響結構、構件和非結構構件正常使用或外觀的變形，影響正常使用的振動，影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括組合結構中混凝土裂縫）。荷載分項系數(shù)S（包括永久、可變荷載分項系數(shù)G、Q）和結構構件抗力分項系數(shù)R應根據(jù)結構功能函數(shù)中基本變量的統(tǒng)計參數(shù)和概率分布類型，以及表1.3.2規(guī)定的結構構件可靠指標，通過計算分析，并考慮工程經驗確定?？紤]到施加在結構上的可變荷載往往不止一種，這些荷載不可能同時達到各自的最大值

3、，因此，還要根據(jù)組合荷載效應分布來確定荷載的組合系數(shù)ci和。結構重要性系數(shù)0（1.1、1.0、0.9）3. 鋼材的兩種破壞形式及其主要特點；鋼材的靜力單向拉伸試驗：曲線、四個階段及其特征值；鋼材的理想彈性塑性體的應力應變曲線。 塑性破壞的主要特征是，破壞前具有較大的塑性變形，常在鋼材表面出現(xiàn)明顯的相互垂直交錯的銹跡剝落線。只有當構件中的應力達到抗拉強度后才會發(fā)生破壞，破壞后的斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗。由于塑性破壞前總有較大的塑性變形發(fā)生，且變形持續(xù)時間較長，容易被發(fā)現(xiàn)和搶修加固，因此不至發(fā)生嚴重后果。鋼材塑性破壞前的較大塑性變形能力，可以實現(xiàn)構件和結構中的內力重分布，鋼結構的塑性設計就是建立在這

4、種足夠的塑性變形能力上。脆性破壞的主要特征是，破壞前塑性變形很小，或根本沒有塑性變形，而突然迅速斷裂。破壞后的斷口平直，呈有光澤的晶粒狀或有人字紋。由于破壞前沒有任何預兆，破壞速度又極快，無法察覺和補救，而且一旦發(fā)生常引發(fā)整個結構的破壞，后果非常嚴重，因此在鋼結構的設計、施工和使用過程中，要特別注意防止這種破壞的發(fā)生。（1）彈性階段，比例極限P。（2）彈塑性階段。（3）塑性階段（屈服階段），屈服點fy。無明顯屈服點時，名義屈服點或f0.2。（4）強化階段，抗拉強度fu。（5）頸縮階段，斷面收縮率、伸長率。fy（即標準值fk）這前材料為完全彈性體，fy之后則為完全塑性體（忽略應變硬化作用），從而

5、將鋼材視為理想的彈塑性材料。4. 鋼材的主要機械（力學）性能及其性能指標。強度、塑性、冷彎性能、沖擊韌性。5. 影響鋼材力學性能（強度、塑性、韌性）的主要因素：化學成分、硬化、溫度、應力集中、復雜應力狀態(tài)?；瘜W成分不利影響或現(xiàn)象有利影響C隨著含碳量的增加，塑性和沖擊韌性尤其是低溫沖擊韌性下降，冷彎性能、可焊性和抗銹蝕性能也明顯惡化，容易脆斷。隨著含碳量的增加，鋼材的屈服點和抗拉強度提高。S（有害）會產生熱脆，降低鋼材的沖擊韌性、疲勞強度、抗銹蝕性能和焊接性能等。非金屬硫化物夾雜經熱軋加工后還會在厚鋼板中形成局部分層現(xiàn)象，在采用焊接連接的節(jié)點中，沿板厚方向承受拉力時，會發(fā)生層狀撕裂破壞。P嚴重地

6、降低鋼的塑性、韌性、冷彎性能和焊接性能，特別是在溫度較低時促使鋼材變脆，稱為冷脆。提高鋼的強度和抗銹蝕能力。Mn（有益）對焊接性能不利，含量不宜過多。提高鋼材強度，消除硫對鋼的熱脆影響，改善鋼的冷脆傾向，同時不顯著降低塑性和韌性。Si（有益）過量的硅會惡化焊接性能和抗銹蝕性能。常與錳共同除氧，生產鎮(zhèn)靜鋼。適量的硅，可以細化品粒，提高鋼的強度，而對塑性、韌性、冷彎性能和焊接性能無顯著不良影響。O（有害）與硫相似會產生熱脆現(xiàn)象。N與磷類似。采用特殊的合金組分配時，氮可作為一種合金元素來提高低合金鋼的強度和抗腐蝕性。H（有害）氫脆，在破裂面上常見到白點，稱為氫白點。含碳量較低且硫、磷含量較少的鋼，氫

7、脆敏感性低。鋼的強度等級越高，對氫脆越敏感。其他元素釩、鈮、鈦等元素在鋼中形成微細碳化物，加入適量，能起細化晶粒和彌散強化作用，從而提高鋼材的強度和韌性，又可保持良好的塑性。鋁是強脫氧劑，還能細化晶粒，可提高鋼的強度和低溫韌性。鉻、鎳是提高鋼材強度的合金元素，用于Q390及以上牌號的鋼材中，但其含量應受限制，以免影響鋼材的其他性能。銅和鉻、鎳、鉬等其他合金元素，可在金屬基體表面形成保護層，提高鋼對大氣的抗腐蝕能力，同時保持鋼材具有良好的焊接性能。鑭、鈰等稀土元素（RE）可提高鋼的抗氧化性，并改善其他性能。時效硬化（老化）：鋼材強度提高，塑性和韌性下降。冷作硬化（應變硬化）：屈服點提高，塑性和韌

8、性降低。應變時效硬化：在高溫下會快速發(fā)展。當溫度升高至約100時，鋼材的抗拉強度fu、屈服點fy及彈性模量E均有變化?？偟那闆r是強度降低，塑性增大，但數(shù)值不大。然而在250左右時，fu卻有提高，而塑性和沖擊韌性則下降，出現(xiàn)脆性破壞特征，這種現(xiàn)象稱為“藍脆”（因表面氧化膜呈現(xiàn)藍色）。在藍脆溫度范圍內進行熱加工，則鋼材易發(fā)生裂紋。當溫度超過250-300時，fy和fu顯著下降，而伸長率卻明顯增大，產生徐變現(xiàn)象。當溫度達600時，強度接近為零。應力集中的程度取決于槽口形狀的變化。若變化越劇烈，則抗拉強度增長越多，而鋼材的塑性降低也越多，脆性破壞的危險性也越大。復雜應力狀態(tài)下：zs=x2+y2+z2-

9、(xy+yz+zx)+3(xy2+yz2+zx2)=fy 或者以主應力表示為：zs=121-22+2-32+3-12=fy zsfy時，為塑性狀態(tài)；zs<fy時，為彈性狀態(tài)。三個主應力1、2、3同號且差值很小時，即使各自都遠超過fy，材料也很難進入塑性狀態(tài)，甚至到破壞時也沒有明顯的塑性變形，呈現(xiàn)脆性破壞。但是當有一向為異號應力，且同號兩個應力相差又很大時，材料即比較容易進入塑性狀態(tài)，破壞呈塑性特征。6. 鋼材疲勞破壞的特征；影響疲勞強度的主要因素；容許應力幅設計法。鋼結構的疲勞破壞是微觀裂紋在連續(xù)重復荷載作用下不斷擴展直到達到斷裂，故其先決條件是微觀裂紋的形成和裂紋部位的應力集中，然后則

10、取決于作用的連續(xù)重復荷載所產生的應力因素最大應力、應力幅以及應力循環(huán)次數(shù)等。（1）疲勞破壞具有突然性，破壞前沒有明顯的宏觀塑性變形，屬于脆性斷裂。（2）疲勞破壞的斷口與一般脆性斷口不同，可分為三個區(qū)域：裂紋源、裂紋擴展區(qū)和斷裂區(qū)。（3）疲勞對缺陷（包括缺口、裂紋及組織缺陷等）十分敏感。對大量試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析表明：控制焊接結構疲勞壽命最主要的因素是構件和連接的構造類型和應力幅，而與應力比無關。應力幅=max-min，是最大拉應力與最小拉應力或壓應力的代數(shù)差，即當min為壓應力時，應取負值?？汕蟮萌菰S應力幅的表達式為：=(Cn)1/式中，C、均為不同構件和連接類別的試驗參數(shù)。非焊接部位因不存在

11、焊接殘余應力的影響，其疲勞強度除與應力幅有關外，且與最大應力max或應力比有關。（1）常幅疲勞計算將應力幅與所需循環(huán)次數(shù)對應的容許應力幅進行比較，應符合下式要求，即。式中：計算部位的應力幅。對焊接部位為應力幅=max-min；對非焊接部位為應力幅=max-0.7min。（2）變幅疲勞計算由于不同車間內的吊車梁在50年設計基礎期內的應力循環(huán)次數(shù)并不相同，為便于比較，統(tǒng)一按2106循環(huán)次數(shù)計算出了相應的等效應力幅e。將變幅應力譜中的最大應力幅1看成滿負荷工作的常幅設計應力幅，則實際工作的吊車梁的欠載效應的等效系數(shù)為：f=e于是重級工作制吊車梁和重級、中級工作制吊車桁架的疲勞可作為常幅疲勞，按下式計

12、算：f2×106吊2×106循環(huán)次數(shù)n為2106次的容許應力幅 f重級工作制硬鉤吊車1.0重級工作制軟鉤吊車0.8中級工作制吊車0.57. 規(guī)范推薦采用的鋼材牌號及其含義。（1）碳素結構鋼的牌號分為Q195、Q215、Q235和Q275等4種。其中Q235鋼是規(guī)范推薦采用的鋼材，屬于低碳鋼。該牌號鋼材又根據(jù)化學成分和沖擊韌性的不同劃分為A、B、C、D共4個質量等級，質量等級按字母順序由低到高。另外A、B級鋼分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼或鎮(zhèn)靜鋼，而C級鋼全為鎮(zhèn)靜鋼，D級鋼則為特種鎮(zhèn)靜鋼。碳素結構鋼的鋼號由代表屈服點的字母Q、屈服點數(shù)值（厚度t16mm，單位為N/mm2）、質量等級符號

13、、脫氧方法符號等四個部分組成。符號“F”代表沸騰鋼，符號“Z”和“TZ”分別代表鎮(zhèn)靜鋼和特種鎮(zhèn)靜鋼。在具體標注時“Z”和“TZ”可以省略。（2）低合金高強度結構鋼的牌號分為Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690等8種牌號，其中Q345、Q390和Q420是規(guī)范推薦采用的鋼材，質量等級分為A、B、C、D、E共5個等級，質量等級按字母順序由低到高，A、B級為鎮(zhèn)靜鋼，C、D、E級為特種鎮(zhèn)靜鋼，故這種牌號可不加脫氧方法的符號。（3）建筑結構用鋼板的牌號分為Q235GJ、Q345GJ、Q390GJ、Q420GJ和Q460GJ等5種牌號，各強度級別又分為Z向和非Z向

14、鋼，Z向鋼有Z15、Z25、Z35三個等級。各牌號又按不同沖擊試驗要求分為不同質量等級。其中Q235GJ、Q345GJ、Q390GJ、Q420GJ為規(guī)范推薦采用的鋼材。（4）優(yōu)質碳素結構鋼有兩大類，一類為普通含錳量的鋼，另一類為較高含錳量的鋼，兩類的鋼號均用兩位數(shù)字表示，它表示鋼中的平均含碳量的萬分數(shù)，前者數(shù)字后不加Mn，后者數(shù)字后加Mn，如45鋼，表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質碳素鋼；45Mn鋼，則表示同樣含碳量、但錳的含量也較高的優(yōu)質碳素鋼。8. 選擇鋼材應考慮的因素；鋼材的保證項；承重結構鋼材的一般選用方法；鋼材的規(guī)格。應根據(jù)結構的重要性、荷載特征、連接方法、工作環(huán)境、應力狀態(tài)和鋼材厚

15、度等因素綜合考慮，選用合適牌號和質量等級的鋼材。一般而言，對于直接承受動力荷載的構件和結構、重要的構件或結構、采用焊接連接的結構以及處于低溫下工作的結構，應采用質量較高的鋼材。對承受靜力荷載的受拉及受彎的重要焊接構件和結構，宜選用較薄的型鋼和板材構成；當選用的型材或板材的厚度較大時，宜采用質量較高的鋼材，以防鋼材中較大的殘余拉應力和缺陷等與外力共同作用形成三向拉應力場，引起脆性破壞。承重結構采用的鋼材應具有抗拉強度、伸長率、屈服強度（通稱3項保證）和硫、磷含量的合格保證，對焊接結構尚應具有含碳量的合格保證。焊接承重結構以及重要的非焊接承重結構采用的鋼材，還應具有冷彎試驗的合格保證（合稱4項保證

16、）。以上規(guī)定是規(guī)范的強制性條文，是承重結構鋼材應具有的強度和塑性性能的基本保證和可焊性保證。對于需要驗算疲勞的非焊接結構的鋼材亦應具有常溫沖擊韌性的合格保證。鋼板截面的表示方法為在符號“”后加“寬度厚度”。熱軋型鋼：角鋼型號的表示方法為在符號“”后加 “長邊寬短邊寬厚度”（對不等邊角鋼），或加“邊長厚度”（對等邊角鋼）。工字鋼有普通工字鋼、輕型工字鋼和H型鋼三種。普通工字鋼的型號用符號“”后加截面高度的厘米數(shù)來表示，20號以上的工字鋼，又按腹板的厚度不同，分為a、b或a、b、c等類別，例如20a, 表示高度為200mm，腹板厚度為a類的工字鋼。H型鋼與普通工字鋼相比，其翼緣板的內外表面平行，便

17、于與其他構件連接。H型鋼的基本類型可分為寬翼緣（HW）、中翼緣（HM）及窄翼緣（HN）三類。還可剖分成T型鋼供應，代號分別為TW、TM、TN。H型鋼和相應的6 型鋼的型號分別為代號后加“高度H寬度B腹板厚度t1翼緣厚度t2”。槽鋼有普通槽鋼和輕型槽鋼兩種。適于作檁條等雙向受彎的構件，也可用其組成組合或格構式構件。槽鋼的型號與工字鋼相似，例如32a, 指截面高度320mm，腹板較薄的槽鋼。鋼管有無縫鋼管和焊接鋼管兩種。型號可用代號“D”后加“外徑d壁厚t”表示，如D1808等。9. 鋼結構的連接方法；連接（接頭）形式；焊縫形式；焊條選擇。鋼結構的連接方法可分為焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接和輕型鋼

18、結構用的緊固件連接。焊縫連接形式按被連接鋼材的相互位置可分為對接、搭接、T形連接和角部連接四種。這些連接所采用的焊縫主要有對接焊縫和角焊縫。對接焊縫按所受力的方向分為正對接焊縫和斜對接焊縫。角焊縫可分為正面角焊縫、側面角焊縫和斜焊縫。焊縫沿長度方向的布置分為連續(xù)角焊縫和間斷角焊縫二種。焊縫按施焊位置分為平焊、橫焊、立焊及仰焊。手工電弧焊所用焊條應與焊件鋼材（或稱主體金屬）相適應，例如：對Q235鋼采用E43型焊條；對Q345鋼采用E50型焊條；對Q390鋼和Q420鋼采用E55型焊條。焊條型號中字母E表示焊條，前兩位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強度（單位為kgf/mm2），后邊還有兩位數(shù)字或再附加

19、符號，用來表示適用焊接位置、電流、以及藥皮類型等。不同鋼種的鋼材相焊接時，宜采用低組配方案，即宜采用與低強度鋼相適應的焊條。10. 對接焊縫與鋼材強度設計值的比較；對接焊縫在軸心力作用下的強度計算。三級檢驗的焊縫的抗拉強度為母材強度的85%，一、二級檢驗的焊縫的抗拉強度可認為與母材相等。只有受拉的三級焊縫才需要進行計算。當斜焊縫與作用力間的夾角56o（tan1.5）時，其強度超過母材，可不作計算。直焊縫：=Nlwtftw或fcw斜焊縫：=Nsinlwtftw=Ncoslwtfvw上述公式中l(wèi)w為焊縫計算長度；t為連接件的較小厚度，對T型接頭為腹板厚度；ftw、fcw為對接焊縫的抗拉、抗壓強度設

20、計值。斜焊縫公式中，加引弧板時，lw=b/sin；不加引弧板時，lw=b/sin-2t；fvw為對接焊縫抗剪強度設計值。11. 角焊縫的構造要求：最大、最小焊腳尺寸；最大、最小焊縫計算長度；搭接連接的構造要求。（1）除了直接焊接鋼管結構的焊腳尺寸hf不宜大于支管壁厚的2倍外，hf不宜大于較薄焊件厚度的1.2倍。板件邊緣角焊縫：hfmax1.2t薄 1.5t厚hft厚 (t6mm)t厚-12mm (t>6mm)自動焊熔深大，最小焊腳尺寸可減小1mm，對T型連接的單面角焊縫，應增加1mm。當焊件厚度等于或小于4mm時，則最小焊腳尺寸應與焊件厚度相同。（2）側面角焊縫的計算長度不宜大于60hf

21、，當大于上述數(shù)值時，其超過部分在計算中不予考慮。這是因為側焊縫應力沿長度分布不均勻，兩端較中間大，且焊縫越長差別越大。當焊縫太長時，雖然仍有因塑性變形產生的內力重分布，但兩端應力可首先達到強度極限而破壞。若內力沿測面角焊縫全長分布時，比如焊接梁翼緣板與腹板的連接焊縫，計算長度可不受上述限制。（3）角焊縫的最小計算長度角焊縫的焊腳尺寸大而長度較小時，焊件的局部加熱嚴重，焊縫起滅弧所引起的缺陷相距太近，以及焊縫中可能產生的其他缺陷，使焊縫不夠可靠。對搭接連接的側面角焊縫而言，如果焊縫長度過小，由于力線彎折大，也會造成嚴重應力集中。因此，為了使焊縫能夠有一定的承載能力，根據(jù)使用經驗，側面角焊縫或正面

22、角焊縫的計算長度均不得小于8hf和40mm，考慮到焊縫兩端的缺陷，其實際焊接長度應較前述數(shù)值還要大2hf（單位為mm）。（4）搭接連接的構造要求當板件端部僅有兩條側面角焊縫連接時，試驗結果表明，連接的承載力與b/lw有關。b為兩側焊縫的距離，lw為側焊縫長度。當b/lw>1時，連接的承載力隨著b/lw比值的增大而明顯下降。這主要是因應力傳遞的過分彎折使構件中應力分布不均勻造成的。為使連接強度不致過分降低，應使每條側焊縫的長度不宜小于兩側面角焊縫之間的距離，即b/lw1。兩側面角焊縫之間的距離b也不宜大于16t（t>12mm）或200mm（t12mm），t為較薄焊件的厚度，以免因焊縫

23、橫向收縮，引起板件發(fā)生較大拱曲。在搭接連接中，當僅采用正面角焊縫時，其搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，也不得小于25mm，以免焊縫受偏心彎矩影響太大而破壞。桿件端部搭接采用三面圍焊時，在轉角處截面突變，會產生應力集中，如在此處起滅弧，可能出現(xiàn)弧坑或咬肉等缺陷，從而加大應力集中的影響。故所有圍焊的轉角處必須連續(xù)施焊。對于非圍焊情況，當角焊縫的端部在構件轉角處時，可連續(xù)地作長度為2hf的繞角焊。桿件與節(jié)點板的連接焊縫宜采用兩面?zhèn)群?，也可用三面圍焊，對角鋼桿件可采用L形圍焊，所有圍焊的轉角處也必須連續(xù)施焊。12. 角焊縫的應力狀態(tài)、分布、強度、塑性：側面角焊縫；正面角焊縫。大量試驗結果表明，側面

24、角焊縫主要承受剪應力。塑性較好，彈性模量低（E=7104N/mm2），強度也較低。傳力線通過側面角焊縫時產生彎折，應力沿焊縫長度方向的分布不均勻，呈兩端大而中間小的狀態(tài)。焊縫越長，應力分布越不均勻，但在進入塑性工作階段時產生應力重分布，可使應力分布的不均勻現(xiàn)象漸趨緩和。正面角焊縫受力較復雜，截面的各面均存在正應力和剪應力，焊根處有很大的應力集中。這一方面由于力線的彎折，另一方面焊根處正好是兩焊件接觸間隙的端部，相當于裂縫的尖端。經試驗，正面角焊縫的靜力強度高于側面角焊縫。國內外試驗結果表明，相當于Q235鋼和E43型焊條焊成的正面角焊縫的平均破壞強度比側面角焊縫要高出35%以上。低合金鋼的試驗

25、結果也有類似情況。13. 直角角焊縫在各種力單獨作用及其共同作用下的計算。只有正面角焊縫受力時：f=Nhelwfffw只有側面角焊縫受力時：f=Nhelwffw14. 受軸心力作用的角鋼與鋼板的連接角焊縫計算：兩面?zhèn)群?；三面圍焊?只有側面角焊縫時按 f=Nhelwffw 計算。三面圍焊時：（1）用蓋板的對接連接1）正面角焊縫承擔的內力N=fffwhelw 2）側面角焊縫承擔的內力f=N-Nhelwffw （2）承受斜向軸心力的角焊縫 1）f=Nsinhelw，f=Ncoshelw 2）(ff)2+f2ffw式中f=1.22，動力荷載結構中f=1.0。 （3）承受軸力的角鋼端部連接 1）N3=

26、fffwhelw 2）N2=K2N-N32，N1=K1N-N32 3）lw1=N12×0.7hf1ffw，lw2=N22×0.7hf2ffw 4）hf3=N32×0.7lw3fffw，式中l(wèi)w3=b-h0。 （4）當存在彎矩M時 1）f=Nx2helw+6M2helw，f=NyAe=Ny2helw2）(ff)2+f2ffw，式中f=1.22，動力荷載結構中f=1.0。對于工字梁（或牛腿）與鋼柱翼緣的角焊縫連接，通常只承受彎矩M和剪力V的聯(lián)合作用。由于翼緣的豎向剛度較差，在剪力作用下，如果沒有腹板焊縫存在，翼緣將發(fā)生明顯撓曲。這就說明，翼緣板的抗剪能力極差。因此，計

27、算時通常假設腹板焊縫承受全部剪力，而彎矩則由全部焊縫承受。f1=MIwh12fffw式中，M為全部焊縫所承受的彎矩；Iw為全部焊縫有效截面對中性軸的慣性矩；h1為上下翼緣焊縫有效截面最外纖維之間的距離。f2=MIwh22f=V(he2lw2)式中，(he2lw2)為腹板焊縫有效截面積之和；h2為腹板焊縫的實際長度。則腹板焊縫2的端點應按下式驗算強度：(f2f)2+f2ffw工字梁（或牛腿）與鋼柱翼緣角焊縫的連接的另一種計算方法是使焊縫傳遞應力與母材所承受應力相協(xié)調，即假設腹板焊縫只承受剪力；翼緣焊縫承擔全部彎矩，并將彎矩M化為一對水平力H=M/h1。則翼緣焊縫的強度計算式為：f=Hhe1lw1

28、fffw腹板焊縫的強度計算式為：f=V2he2lw2ffw式中，he1lw1為一個翼緣上角焊縫的有效截面積之和；2he2lw2為兩條腹板焊縫的有效截面積。15. 焊接殘余應力和焊接殘余變形：產生原因；對結構工作的影響。由于不均勻的溫度場，導致焊件不均勻的膨脹和收縮，從而使焊件內部殘存應力并引起變形。焊接殘余應力按其方向可分為縱向殘余應力、橫向殘余應力和厚度方向殘余應力三種。焊接殘余變形的主要形式有縱向和橫向收縮、彎曲變形、角變形和扭曲變形等。焊接應力的影響：（1）對結構靜力強度的影響：有焊接應力構件的承載能力和沒有殘余應力時相同。（2）對結構剛度的影響：構件焊接應力會降低結構的剛度，降低壓桿穩(wěn)

29、定承載力。（3）對低溫冷脆的影響：在低溫情況下，更易形成冷脆斷裂。（4）對疲勞強度的影響：產生阻礙塑性變形的殘余應力，材料變脆，裂紋容易產生和開展，疲勞強度也因而降低。焊接變形的影響：不但影響結構的尺寸和外形的美觀，而且降低結構的承載能力，引起事故。16. 螺栓的種類；螺栓對栓孔的要求；螺栓排列最大、最小間距的依據(jù)；螺栓連接的其他構造要求。普通螺栓，分A、B、C三級。A、B級為精制螺栓，類孔，設計孔徑與螺栓桿徑應相等。C級為粗制螺栓，類孔，螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大1.53mm。高強度螺栓，分為摩擦型（大1.52.0mm）、承壓型（大1.01.5mm）（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距過小

30、時，鋼材有剪斷或撕裂的可能。各排螺栓距和線距太小時，構件有沿折線或直線破壞的可能。對受壓構件，當沿作用方向螺栓距過大時，被連板間易發(fā)生鼓曲和張口現(xiàn)象。（2）構造要求：螺栓的中矩及邊距不宜過大，否則鋼板間不能緊密貼合，潮氣侵入縫隙使鋼材銹蝕。（3）施工要求：要保證一定的空間，便于轉動螺栓板手擰緊螺帽。17. 普通螺栓、高強度螺栓摩擦型抗剪連接的受力工作性能、極限狀態(tài)和承載力設計值。（1）摩擦傳力的彈性階段，01。（2）滑移階段，12。（3）栓桿傳力階段，23。（4）彈塑性階段，34。曲線的最高點即連接的極限承載力。高強度螺栓由于預拉力高，由右圖的曲線可見，其上升斜直線段比普通螺栓要高得多，它表明

31、連接彈性性能好，在相對滑移前承載能力高，且剪切變形小，耐疲勞。摩擦型連接受剪高強度螺栓即以摩擦阻力剛被克服、連接即將產生相對滑移作為承載能力的極限狀態(tài)，即到圖中1點。普通螺栓受剪承載力設計值：Nvb=nvd24fvb高強度螺栓摩擦型抗剪連接：Nvb=0.9nfP18. 普通螺栓抗剪連接的破壞形式及其防止破壞方法。受剪螺栓連接達到極限承載力時，可能的破壞形式有：1）當栓桿直徑較小，板件較厚時，栓桿可能先被剪斷；2）當栓桿直徑較大，板件較薄時，板件可能先被擠壞，由于栓桿和板件的擠壓是相對的，故也可把這種破壞叫做螺栓承壓破壞；3）端距l(xiāng)1太小，端距范圍內的板件有可能被栓桿沖剪破壞；4）板件可能因螺栓

32、孔削弱太多而被拉斷。5）螺栓桿發(fā)生彎曲破壞。上述第3種破壞形式由螺栓端距l(xiāng)12d0來保證；第4種破壞屬于構件的強度驗算來保證；一般情況下，被連接板件總厚度小于5倍螺栓直徑時，第5種破壞形式可以避免。因此，普通螺栓的受剪連接只考慮1、2兩種破壞形式。19. 普通螺栓、高強度螺栓摩擦型抗剪連接、抗拉連接、抗拉剪連接的計算。（1）普通螺栓：受剪承載力設計值：Nvb=nvd24fvb承壓承載力設計值：Ncb=dtfcb式中，nv為受剪面數(shù)目；d為螺栓桿直徑；t為在不同受力方向中，同一個受力方向承壓構件總厚度的較小值；fvb、fcb分別為螺栓的抗剪和承壓強度。當連接長度l115d0（d0為螺孔直徑）時，

33、即所需螺栓數(shù)n為：n=NNminb式中，Nminb為一個螺栓受剪承載力設計值與承壓承載力設計值的較小值。當連接長度l1>15d0時，承載力設計值需乘以折減系數(shù)：=1.1-l1150d00.7則對長連接，所需抗剪螺栓數(shù)為：n=NNminb假定拉應力在螺栓螺紋處截面上均勻分布，因此單個螺栓的抗拉承載力設計值為：Ntb=Aeftb=de24ftb當外力N通過螺栓群形心時，假定每個螺栓所受的拉力相等，因此連接所需的螺栓數(shù)目為：n=NNtb當螺栓群小偏心受拉時，中和軸應取在螺栓群的形心軸O處，螺栓內力按三角形分布（上部螺栓受拉，下部螺栓受壓），即每個螺栓i所受拉力或壓力NiM的大小與該螺栓至中和軸

34、的距離yi成正比，即：Nmax=N/n+Ney1/yi2NtbNmin=N/n-Ney1/yi20中和軸假定在（彎矩指向一側）最外一排螺栓的位置。當螺栓群大偏心受拉時，即e>=yi2/(ny1)時，在端板底部將出現(xiàn)受壓區(qū)，偏安全取中和軸位于最下排螺栓O處，則：Ni=Neyi/yi2N1=Ne'y'1/yi2Ntb同時受拉剪作用時，需同時滿足：(NvNvb)2+(NtNtb)21NvNcb式中Nv、Nt為一個螺栓所承受的剪力和拉力設計值；Nvb、Ntb為一個螺栓的螺桿抗剪和抗拉承載力設計值；Ncb為一個螺栓的孔壁承壓承載力設計值。（2）高強度螺栓摩擦型所需螺栓數(shù)目：nNNm

35、inb，式中Nminb是相應連接類型的單個高強度螺栓受剪承載力的最小值。 nNNtb，式中Ntb為在桿軸方向受拉力時，一個高強度螺栓的承載力設計值。受剪：Nvb=0.9nfP受拉：Ntb=0.8P偏心受拉時最大拉力及其驗算式為：N1=Nn+Neyi2y1Ntb受剪拉聯(lián)合作用時：NvNvb+NtNtb120. 梁的強度計算：抗彎、抗剪、局部承壓、折算應力；梁的剛度要求。梁抗彎強度應滿足：MxxWnxfyR=f式中，R為材料抗力分項系數(shù)，對Q235鋼取1.087，對Q345、Q390、Q420鋼取1.111。對雙向受彎的梁，其強度應滿足：MxxWnx+MyyWnyf式中My、Wny、y分別為作用在

36、截面上繞y軸的彎矩、繞y軸的凈截面模量和相應的塑性發(fā)展系數(shù)。的取值為：（1）對有平翼緣板的一側取1.05；（2）對無翼緣板的一側取1.20；（3）對圓管邊緣取1.15；（4）對格構式構件的虛軸取1.0。實腹梁截面上的剪應力為：=VySxIxtw，maxfv式中，Vy為計算截面y軸主平面內的剪力；Sx為計算剪應力處以上（或以下）截面對中和軸x軸的面積矩；Ix為繞x軸的毛截面慣性矩；tw為計算點處板件的厚度。腹板邊緣的局部壓應力計算公式：c=Ftwlzf式中，F(xiàn)集中荷載，對動力荷載應考慮動力系數(shù)； 集中荷載增大系數(shù)，對重級工作制吊車梁，=1.35；其他梁及支座處=1.0。 lz集中荷載在腹板計算高

37、度上邊緣的假定分布長度，按下式計算：跨中集中荷載：lz=a+5hy+2hR梁端支反力處：lz=a+2.5hy+b式中，a為集中荷載沿梁跨度方向的支承長度，對鋼軌上的輪壓可取為50mm；hy為自梁頂面至腹板計算高度上邊緣的距離；hR為軌道的高度，對梁頂無軌道的梁hR=0；b為梁端到支座板外邊緣距離，如果b 大于2.5hy，取2.5hy；f為鋼材的抗壓強度設計值。梁在設計中危險點處的折算應力z應滿足：z=2+c2-c+321f式中，、c為腹板計算高度邊緣同一點上同時產生的正應力、剪應力和局部壓應力，和c以拉應力為正，壓應力為負。、c分別按公式=VySxIxtw、c=Ftwlz計算，按下式計算：=M

38、xIny1式中，In為梁凈截面慣性矩；y1為所計算點至梁中和軸的距離；1為計算折算應力時的強度設計值增大系數(shù)，考慮到梁的某一截面處腹板邊緣的折算應力達屈服時，僅限于局部，所以設計強度予以提高；同時也考慮到異號應力場將增加鋼材的塑性性能，因而1可取得大一些；故當和c異號時，取1=1.2；當和c同號或 c=0時，取1=1.1。21. 梁喪失整體穩(wěn)定的現(xiàn)象、原因和實質；影響梁整體穩(wěn)定承載力的因素；提高梁整體穩(wěn)定承載力的措施。（1）梁在偶然的很小側向干擾力作用下，會實然向剛度較小的側向彎曲，并伴隨扭轉。此時若除去側向干擾力，側向彎扭變形也不再消失。若彎矩再略增加，則彎扭變形將迅速增大，梁也隨之失去承重

39、能力，這種現(xiàn)象稱為梁喪失整體穩(wěn)定。因此梁的失穩(wěn)是從穩(wěn)定平衡狀態(tài)轉變?yōu)椴环€(wěn)定平衡狀態(tài)，并產生側向彎扭屈曲。兩種平衡狀態(tài)過渡時梁所能承受的最大彎矩和截面的最大彎曲壓應力稱為臨界彎矩Mcr和臨界應力cr。（2）影響梁整體穩(wěn)定的因素從以上分析可以看出截面的側向抗彎剛度EIy、抗扭剛度GIt和翹曲剛度EI越大，臨界彎矩越高；梁兩端的支承條件對臨界彎矩也有不可忽視的影響，約束程度越高，臨界彎矩越高；構件側向支承點間的距離l1越小，臨界彎矩越大；梁的整體失穩(wěn)是由受壓翼緣側向失穩(wěn)引起，受壓翼緣寬大的截面，臨界彎矩高一些。此外，荷載的種類和作用位置對臨界彎矩也有不可忽視的影響，彎矩圖飽滿的構件，臨界彎矩低些；荷

40、載作用的位置越高對梁的整體穩(wěn)定也越不利。（3）增強梁整體穩(wěn)定的措施從影響梁整體穩(wěn)定的因素來看可以采用以下辦法增強梁的整體穩(wěn)定性：1）增大梁截面尺寸，其中增大受壓翼緣的寬度是最為有效的；2）增加側向支撐系統(tǒng)，減小構件側向支承點間的距離l1，側向支撐應設在受壓翼緣處，按第6章的方法將受壓翼緣視為軸心壓桿計算支撐所受的力。3）當梁跨內無法增設側向支撐時，宜采用閉合箱形截面，因其Iy、It和I均較開口截面的大。4）增加梁兩端的約束提高其穩(wěn)定承載力。在公式（4.4.14）、（4.4.19）中我們認為支座是夾支支座，因此在實際設計中，我們必須采取措施使梁端不能發(fā)生扭轉。在以上措施中沒有提到荷載種類和荷載作

41、用位置，這是因為在設計中它們一般并不取決于設計者。22. 梁整體穩(wěn)定的計算：計算公式；穩(wěn)定系數(shù)公式中各符號的意義和取值方法；彈塑性階段的穩(wěn)定系數(shù)；不必驗算整體穩(wěn)定的條件。（1）計算公式：1）在最大剛度主平面內單向受彎的梁：=MxWxcrR=crfyfyR=bf 或MxbWxf式中，b=crfy=McrMy 梁的整體穩(wěn)定性系數(shù)； Mx繞強軸（x軸）作用的最大彎矩； Wx按受壓纖維確定對x軸梁毛截面模量。2）在兩個主平面內受彎的H型鋼截面或工字形截面梁：MxbWx+MyyWyf式中，My繞弱軸（y軸）作用的彎矩； Wy按受壓纖維確定對y軸梁毛截面模量。3）單軸對稱工字形截面：b=b4320y2Ah

42、Wx1+yt14.4h2+b235fy式中，b=b/b等效臨界彎矩系數(shù)； b截面不對稱影響系數(shù)： 對雙軸對稱工字形截面和H型鋼，b=0； 對單軸對稱工字開截面，b=0.82b-1 加強受壓翼緣2b-1 加強受拉翼緣 式中，b=I1/(I1+I2)，I1、I2分別是受壓翼緣和受拉翼緣對y軸的慣性矩。 y梁在側向支承點間繞y軸的長細比，y=l1/ly，ly為梁毛截面對y軸的回轉半徑； A梁的毛截面面積； t1受壓翼緣的厚度。當b>0.6時梁已進入彈塑性階段，應采用下式對b進行修正，用'b代替b。0.6<'b=1.07-0.282b1.0（2）在以下情況梁的整體穩(wěn)定不需驗

43、算：1）當有鋪板（各種鋼筋混凝土板和鋼板）密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固相連，能阻止梁的受壓翼緣側向位移時。2）前面已經提到影響鋼梁整體穩(wěn)定性的主要因素是受壓翼緣側向支承點的間距l(xiāng)1和受壓翼緣的平面內剛度，因此主要取決于l1和b1。經過計算發(fā)現(xiàn)，對于H型鋼截面或工字形截面簡支梁當l1/b1滿足表4.4.3要求時可不驗算整體穩(wěn)定，因為此時的'b已大于1。3）重型吊車梁和鍋爐構架大板梁有時采用箱形截面（圖4.4.5），這種截面抗扭剛度大，只要截面尺寸滿足h/b06，l1/b195(235/fy)就不會喪失整體穩(wěn)定。表4.4.3 H型鋼或工字形截面簡支梁不需計算整體穩(wěn)定的最大l1/b1值鋼號

44、跨中無側向支承點的梁跨中受壓翼緣有側向支承點的梁，無論荷載作用于何處荷載作用于上翼緣荷載作用于下翼緣Q23513.020.016.0Q34510.516.513.0Q39010.015.512.5Q4209.515.012.023. 單向彎曲型鋼梁的設計方法：截面選擇；截面驗算。（1）根據(jù)梁的荷載、跨度和支承情況，計算梁的最大彎矩設計值Mmax，并按所選的鋼號確定抗彎強度設計值f。（2）按抗彎強度或整體穩(wěn)定性要求計算型鋼需要的截面模量：Wnx=Mxxf然后在型鋼規(guī)格表中選擇截面模量接近Wnx的型鋼作為試選截面。（3）截面驗算：1）強度：抗彎強度?？辜魪姸?。局部承壓強度。由于型鋼梁的腹板較厚，故

45、一般均能滿足抗剪強度和局部承壓強度的要求，因此，若在最大剪力處截面無太大削弱，一般均可不作驗算。折算應力亦可不作驗算。2）整體穩(wěn)定。若沒有能夠阻止梁受壓翼緣側向位移的密鋪鋪板和支承時，計算整體穩(wěn)定性。3）剛度計算。24. 焊接工字形截面組合梁的設計方法：截面選擇的內容；確定截面各主要尺寸需考慮的因素；截面驗算。（1）梁高估算。梁的截面高度h應根據(jù)建筑設計容許的最大高度、剛度要求的最小高度和用鋼經濟的經濟高度三方面條件確定。（2）腹板尺寸。腹板厚度應滿足下式抗剪強度要求。tw1.2Vmaxhwfv 為滿足構造要求和局部穩(wěn)定，常按下列經驗公式估算：tw=hw3.5（3）翼緣尺寸。由Wnx=Mxxf

46、 求得需要的凈截面模量，則整個截面需要的慣性矩為：Ix=Wnxh2由于腹板尺寸已確定，其慣性矩為：Iw=112twh03則翼緣需要的慣性矩為：It=Ix-Iw2bt(h0/2)2由上式得：bt=2(Ix-Iw)h02翼緣寬度b或厚度t只要定出一個，就能確定另一個。b通常取(1/31/5)h，同時為保證局部穩(wěn)定b/tb/30fy/235，如果截面考慮發(fā)展部分塑性則b/tb/26fy/235。選擇b和t時要符合鋼板規(guī)格尺寸，一般b取10mm的倍數(shù)，t取2mm的倍數(shù)，且不小于8mm。根據(jù)試選截面，計算截面各種幾何特性，然后進行強度、剛度和整體穩(wěn)定驗算。驗算方法與型鋼梁相似，可按有關公式進行。局部穩(wěn)定

47、（腹板加勁肋的配置）計算。25. 組合梁腹板加勁肋的配置原則（規(guī)定）；各種原則（規(guī)定）的依據(jù)；加勁肋有哪幾種，它們各自有什么作用；腹板考慮屈曲后強度的基本概念；受壓翼緣的寬厚比限值；支承加勁肋的設計計算。（1）參考各種應力單獨作用時的臨界高厚比，以及考慮同時可能還有其他應力的作用，規(guī)范規(guī)定：1）當h0/tw80235fy時，c=0腹板局部穩(wěn)定能夠保證，不必配置加勁肋；對吊車梁及類似構件（c0），應按構造配置橫向加勁肋，其間距不大于2h0。2）當h0/tw>80235fy時，應配置橫向加勁肋，用來防止因剪應力產生的屈曲。3）當h0/tw>170235fy（受壓翼緣扭轉受到約束，如連有

48、剛性鋪板或焊有鐵軌時）或h0/tw>150235fy（受壓翼緣扭轉未受到約束時），或按計算需要時，除配置橫向加勁肋外，還應在彎矩較大的受壓區(qū)配置縱向加勁肋，用來防止因彎曲壓應力產生的屈曲。局部壓應力很大的梁，必要時尚應在受壓區(qū)配置短加勁肋。任何情況下（包括考慮腹板屈曲后強度的設計）h0/tw均不宜超過250235fy，以免高厚比過大時產生焊接翹曲變形。在本條中的h0為腹板的計算高度，對單軸對稱梁，h0應取為腹板受壓區(qū)高度hc的2倍。對雙軸對稱截面，2hc=h0。4）梁的支座處和上翼緣受有較大固定集中荷載處，宜設置支承加勁肋。當腹板高厚比h0/tw85235fy時，腹板在剪應力作用下不會失

49、穩(wěn)；當h0/tw177235fy（受壓翼緣扭轉受到約束時）或h0/tw80235fy（受壓翼緣扭轉未受到約束時），在彎曲壓應力作用下不會失穩(wěn)；當h0/tw84235fy時，在局部壓應力c作用下不會失穩(wěn)。也可以說，當h0/tw84235fy時，在三種應力的單獨作用下腹板均不會喪失局部穩(wěn)定。（2）根據(jù)腹板高厚比h0/tw的比值，采取配置加勁肋是保證腹板局部穩(wěn)定的最有效方法。具體做法是根據(jù)腹板在各種應力作用下的屈曲特征，在相應的凹凸變形部位，設置橫向加勁肋或縱向加勁肋、短加勁肋以及支承加勁肋（實際是承受固定集中荷載或支座反力的橫向加勁肋）等。（3）腹板屈曲后有繼續(xù)承載更大的荷載的能力，利用腹板屈曲后

50、強度的梁，其腹板高厚比可放寬至250都不需設置縱向加勁肋。規(guī)范推薦將其用于承受靜力荷載或間接承受動力荷載的組合梁。對吊車梁等直接承受動力荷載的梁，由于腹板反復屈曲可能引起腹板邊緣產生疲勞裂紋，且有關資料還不充分，故暫不采用，即仍需按上一節(jié)內容配置腹板加勁肋并驗算局部穩(wěn)定。（4）梁寬度b與其厚度t之比的限值為（塑性設計）：bt13235fy如梁按彈性設計時可放寬至：bt15235fy（5）支承加勁肋的設計：外伸長度：bsh030+40mm厚度：tsbs151）腹板平面外的穩(wěn)定性：取軸心受壓構件截面為加勁肋和加勁肋每側15tw235/fy范圍的腹板，在梁端不若不中此數(shù)時，可取實際長度。計算長度取腹

51、板高度h0。由于在腹板平面內不可能失穩(wěn)，故僅按下面公式計算其在腹板平面外的穩(wěn)定性：NAf式中，N集中荷載或支座反力； 軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)，由z=l0/iz確定，iz=Iz/A繞腹板z軸的回轉半徑。2）端面承壓強度：當支承加勁肋的端部為刨平頂緊時，應按所承受的支座反力面承壓應力：=NAcefce式中，Ace端面承壓面積，即支承加勁肋與翼緣或突緣式加勁板與柱頂?shù)慕佑|面積； fce鋼材端面承壓（刨平頂緊）強度設計值。當支承加勁肋的端部為焊接時，應計算焊縫強度。3）支承加勁肋與腹板的連接焊縫：按承受的支座反力或集中荷載進行計算，并假定應力沿焊縫全長均勻分布。26. 軸心受力構件的強度計算；軸心受力

52、構件的剛度要求。對無孔洞等削弱的軸心受力構件，以全截面平均應力達到屈服強度為強度極限狀態(tài)，應按下式進行毛截面強度計算：=NAf式中，N為構件的軸心力設計值；f為鋼材抗拉強度設計值或抗壓強度設計值；A為構件的毛截面面積。對有孔洞等削弱的軸心受力構件，在孔洞處截面上的應力分布是不均勻的，靠近孔邊處將產生應力集中現(xiàn)象。對這種受拉構件，其承載能力極限狀態(tài)要分兩種情況考慮：（1）毛截面屈服。計算同上。（2）凈截面拉斷。因此按下式進行凈截面強度計算：=NAnf式中，An為構件的凈截面面積。對有螺紋的拉桿，An取螺紋處的有效截面面積。當軸心受力構件采用普通螺栓（或鉚釘）連接時，若螺栓（或鉚釘）為并列布置（圖

53、6.2.2a），An按最危險的正交截面（-截面）計算；若螺栓錯列布置（圖6.2.2b），構件既可能沿正交截面-破壞，也可能沿齒狀截面-或-破壞。截面-或-的毛截面長度較大但孔洞較多，其凈截面面積不一定比截面-的凈截面面積大。An應取-、-或-截面的較小面積計算。對于高強度螺栓摩擦型連接的構件，可以認為連接傳力所依靠的摩擦力均勻分布于螺孔四周，故在孔前接觸面已傳遞一半的力（圖6.2.3）。因此，最外列螺栓處危險截面的凈截面強度應按下式計算：=N'Anf式中，N'=N(1-0.5n1/n)；n為連接一側的高強度螺栓總數(shù)；n1為計算截面（最外列螺栓處）上的高強度螺栓數(shù)目；0.5為孔前

54、傳力系數(shù)。對于高強度螺栓摩擦型連接的構件，除按上式驗算凈截面強度外，還應驗算毛截面強度。軸心受力構件的剛度計算應滿足：=l0i式中，構件最不利方向的細長比，一般為兩主軸方向長細比的較大值； l0相應方向的構件計算長度，按各類構件的規(guī)定取值； I相應方向的截面回轉半徑； 受拉構件或受壓構件的容許細長比。27. 軸心受壓的失穩(wěn)（屈曲）形式及其與構件截面形式的關系；影響軸心受壓構件穩(wěn)定承載力的因素。屈曲變形分為彎曲屈曲、扭轉屈曲和彎扭屈曲三種形式。對于一般雙軸對稱截面的軸心壓桿，其屈曲形式一般為彎曲屈曲，只有某些特殊截面如薄壁十字形截面，在一定條件下才可能產生扭轉屈曲。單軸對稱截面如角鋼、槽鋼和T形鋼或雙板T形截面等，因其截面只有一個對稱軸，截面的形心O和剪切中心S不重合，故當桿件繞截面的對稱軸彎曲的同時，必然會伴隨扭轉變形，產生彎扭屈曲