鋼結構原理復習思考題

1、鋼結構設計原理復習思考題 2016.5.27修改第1章 緒論1. 鋼結構與其它材料的結構相比，具有哪些特點？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 2. 根據鋼結構特點，鋼結構有哪些合適的應用范圍？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 （要和上面的鋼結構特點聯(lián)系起來）3. 我國鋼結構設計規(guī)范規(guī)定鋼結構采用什么設計方法？具體的準則是什么？設計方法

2、主要以概率極限狀態(tài)設計法為主，對于鋼結構的疲勞驗算，以及儲液罐和壓力容器等結構，則依然沿用以經驗為主的容許應力設計法 具體的準則:結構在規(guī)定的設計使用年限內應滿足的功能： 在正常施工和正常使用時，能承受可能出現的各種作用； 在正常使用時具有良好的工作性能； 在正常維護下具有良好的耐久性； 在設計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時（后），仍能保持整體穩(wěn)定性。可靠性：結構在規(guī)定的時間（設計基準期，一般為50年）內，在規(guī)定的條件（正常設計、正常施工、正常使用和正常維護）下，完成預定功能的能力?？煽慷龋航Y構在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的的概率。是度量結構可靠性的指標?？煽慷戎笜? 可以作為衡量結構可

3、靠度的一個數量指標，只要求出就可獲得對應的失效概率。 兩種極限狀態(tài)指的是什么？其內容有哪些？指的是承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，其中承載能力極限狀態(tài)包括構件和連接的強度破壞、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，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破壞（包括組合結構中混凝土裂縫）4. 分項系數設計準則的公式中，各符號的意義是什么？兩種極限狀態(tài)設計時對各物理量的代表值有什么要求？o 結構重要性系數，不應小于：1.1（安全等級一級或使用年限100年）,1.0（50

4、年）, 0.9（5年）， 0.95（25年）G 永久荷載分項系數 當其效應對結構不利時 -對可變荷載效應控制的組合，應取1.2; -對永久荷載效應控制的組合，應取1.35; 當其效應對結構有利時 -一般情況下應取1.0； -對結構的傾覆、滑移或漂浮驗算，應取0.9。 Q 可變荷載的分項系數 -一般情況下應取1.4； -樓面活荷載標準值大于4kN/m2時應取1.3； -對構件承載力有利時，取為0。第2章 鋼結構的材料1. 鋼材的生產和加工工藝有哪些？對鋼材質量和組織結構各有什么影響？鋼材的澆鑄和脫氧 沸騰鋼用錳作脫氧劑，成本低，但質量較差，不適合連鑄工藝； 鎮(zhèn)靜鋼用錳加硅作脫氧劑，成本高，質量好

5、，適合連鑄； 特殊鎮(zhèn)靜鋼用鋁補充脫氧。熱加工使金屬晶粒變細，壓合缺陷，性能得到改善。軋制壓縮比大的鋼材強度較高。 （故鋼材的強度按板厚分組 ）冷加工 產生冷作硬化，強度提高但塑性、韌性減少。應盡量避免局部冷加工硬化。 熱處理 退火:將鋼材加熱至850-900，保溫一段時間，隨爐溫下降至500以下，再放至空氣中冷卻；正火:將鋼材加熱至850-900，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻；淬火:將鋼材加熱至900以上，保溫后快速在水中或油中冷卻；回火:將淬火后的鋼材加熱到某一溫度進行保溫，而后在空氣中冷卻；調質處理=淬火高溫回火2. 鋼結構的破壞形式有哪兩種？其特點如何？它們的區(qū)別在哪里？塑性破壞的特點是

6、當應力超過屈服強度后材料有明顯塑性變形，當應力繼續(xù)增大，斷面出現頸縮，有持續(xù)的變形時間?？梢圆扇⊙a救措施。脆性破壞的特點是破壞前無征兆（變形很?。瑪嗫谄街?，破壞突然發(fā)生。往往瞬間發(fā)生破壞，無法察覺和補救，后果嚴重！3、鋼材有哪幾項主要機械性能指標？各項指標可用來衡量鋼材哪些方面的性能？ 各指標如何測定？鋼材的單調拉伸應力應變曲線提供了三個重要的力學性能指標：（1）屈服點fy鋼結構設計中應力允許達到的最大限值。 （2）抗拉強度fu鋼材受拉時能承受的極限應力（3）伸長率5 ，伸長率是衡量鋼材塑性應變能力的重要指標。(4）冷彎性能：衡量鋼材塑性變形能力和冶金質量的綜合指標，可通過冷彎試驗確定。(5

7、) 沖擊韌性：衡量帶有缺口的鋼材在沖擊荷載作用下抵抗脆性破壞能力的指標，可通過由沖擊試驗確定。 4、復雜應力狀態(tài)下鋼材的工作性能和單向應力狀態(tài)下有什么不同？（1）當1、 2、3為同號應力且數值接近時，雖應力很大但zs很難達到fy ，很難進入塑性狀態(tài)，變現表現為脆性破壞；（2）有異號應力時，則zs容易達到fy ，會較早進入塑性狀態(tài)。 5、影響鋼材機械性能的主要因素有哪些？各因素的影響規(guī)律有哪些？因素：1）化學成分的影響1. 碳（C）：鋼材強度的主要來源。（純鐵軟） 含碳量 ，強度 ，塑性韌性 ，焊接性能 ，抗腐蝕性 2.硫（S）：有害元素，使鋼材“熱脆”。 3.磷（P）：有害元素，使鋼材“冷脆”

8、 。 4.錳（Mn）：有益元素。弱脫氧劑。提高鋼材強度，同時不顯著降低塑性和韌性。 5.硅（Si）：有益元素。強脫氧劑。提高鋼材強度，同時不顯著降低塑性和韌性。 6.釩（V）：有益元素。細化晶粒，既提高強度又可保持塑性。 7.氧（O）：有害元素，使鋼材“熱脆”。 8.氮（N）：有害元素，使鋼材“冷脆” 。 9.銅（Cu）：提高鋼材抗銹蝕性，用于耐候鋼。 10.氫（H) ：有害元素，使鋼材“氫脆”2）鋼材的焊接性能含碳量0.12%0.20%最好，焊接結構宜用Q235B、C、D的碳素鋼，及碳當量不超過0.38的低合金鋼。3）鋼材的硬化 見下題4）應力集中的影響出現同號應力場，阻礙了塑性變形 鋼材變

9、脆。截面改變的尖銳程度越大，應力集中越嚴重，鋼材越脆。5）荷載類型的影響 速度，屈服點，脆性。 常溫（200C）時影響不大；低溫時應考慮加荷速率的影響。6）溫度的影響200以內對鋼材性能無大影響，該范圍內隨溫度升高總的趨勢是強度、彈性模量降低，塑性增大。250左右抗拉強度略有提高，塑性降低，脆性增加蘭脆現象，該溫度區(qū)段稱為“蘭脆區(qū)”。 260320產生徐變現象。 600左右彈性模量趨于零。6、什么是鋼材的硬化，硬化有哪些類型？其定義是什么？時效硬化隨時間的增長，碳和氮的化合物從晶體中析出，使使鋼材的強度提高，塑性和韌性下降。冷作硬化當荷載超過材料比例極限卸載后，再次加載則鋼材的屈服點提高，塑性

10、和韌性降低。應變時效鋼材產生塑性變形時，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同時可以加速時效硬化，也稱“人工時效”。7、什么是藍脆現象？250左右抗拉強度略有提高，塑性降低，脆性增加蘭脆現象，該溫度區(qū)段稱為“蘭脆區(qū)”。8、什么是鋼材的疲勞？影響疲勞強度的主要因素是哪些？鋼結構疲勞承載力的設計方法是什么？鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會逐漸累積損傷、產生裂紋及裂紋逐漸擴展，直到最后破壞，此現象稱為疲勞。因素：應力幅、應力循環(huán)次數、缺陷設計方法：1）疲勞計算仍然采用容許應力設計法； 2）計算時用荷載的標準值； 3）由于來源于試驗，已考慮動力效應，計算 時不再考慮動力系數。9、鋼結構采用的鋼材主要有哪幾類

11、？牌號如何表示？1） 碳素結構鋼 Q235-A ·F 代表屈服點為235N/mm2 的A級沸騰碳素結構鋼鋼號表示方法：代表屈服點的字母Q、屈服點數值（N/mm2）、質量等級符號（A/B/C/D）、脫氧方法符號（F/b/Z/TZ）四個部分組成。 “F”代表沸騰鋼，“b”代表半鎮(zhèn)靜鋼，“Z”代表鎮(zhèn)靜鋼,“TZ”代表特種鎮(zhèn)靜鋼。標注時Z和TZ可省略。2）低合金高強度結構鋼 低合金高強度結構鋼的牌號命名與碳素結構鋼相似，只是質量等級分為A、B、C、D、E五等，低合金高強度結構鋼采用的脫氧方法均為鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，故可不加脫氧方法的符號。 3）優(yōu)質碳素結構鋼 鋼號：用平均含碳量的萬

12、分數表示，按錳含量分兩類。35Mn含碳量為0.35%的較高錳含量的優(yōu)質碳素結構鋼合金結構鋼 35Mn2含碳量為0.35%，含錳量為1.5%2.49%的合金結構鋼10、熱軋型鋼的規(guī)格如何表示？1）H型鋼，“HW高度×寬度×腹板厚度×翼緣厚度”如 “HW300×300×11×19” “HN200×100×5.6×8.5” 2）工字鋼，I+截面高度的厘米數+腹板厚度類別 如 “I20a”3）槽鋼 ，與工字鋼相似 如“ 20b”4）角鋼 等肢角鋼，邊長×厚度 如 “L63×5” 不等肢角鋼，長

13、邊寬×短邊寬×厚度 如 “L125×80×8”11、承重結構的鋼材應具有哪些機械性能及化學成分的合格保證？(1)一般的承重結構，要求鋼材應具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、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；(2)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；(3)對需要疲勞驗算的鋼結構，規(guī)范建議：根據結構工作溫度直接查表。第3章 連接1. 鋼結構有哪幾種連接方法？它們各在哪些范圍應用較合適？連接方法：焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接、緊固件連接焊縫連接：優(yōu)點構造簡單、用料經濟、制造加工方便、密閉性好、結構剛

14、度大；缺點：熱影響區(qū)變脆、有殘余應力及殘余變形、裂紋易擴展、易低溫冷脆。鉚釘連接：優(yōu)點塑性和韌性較好，傳力可靠，質量易于檢查。缺點：勞動強度大，施工條件差，施工速度慢。費鋼費工，現已很少采用。 普通螺栓連接C級螺栓（粗制螺栓）：用類孔，孔徑比桿徑大1.53mm。用于安裝連接及次要連接。高強度螺栓摩擦型連接：優(yōu)點與鉚釘類似，施工方便。2. 焊接方法、焊縫型式有哪些？焊條的級別及選用原則是什么？焊接方法：手工電弧焊、自動或半自動埋弧焊、氣體保護焊、電渣焊、電阻焊、螺柱焊焊縫形式：1）對接焊縫（正對接焊縫和斜對接焊縫、T型對接焊縫）2）角焊縫（正面角焊縫、側面角焊縫和斜焊縫）3. 焊縫質量級別如何劃

15、分和應用？ 焊縫按其檢驗方法和質量要求分為一級、二級和三級。三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合三級質量標準；一、二級焊縫除對全部焊縫作外觀檢查并符合相應級別的質量標準外，尚要求一定數量的超聲波探傷，必要時采用射線探傷檢驗。4. 普通螺栓和高強度螺栓的級別如何表示？普通螺栓材料性能等級為4.6級或4.8級。（小數點前數字表示最小抗拉強度fu400N/mm2 ，小數點后數字表示屈強比 fy/fu=0.6或0.8 ） 高強度螺栓材料性能等級為8.8級或10.9級。5. 常用焊縫附號表示的意義分別是什么？ 焊縫代號由引出線（橫線和帶箭頭的斜線）、圖形符號（單邊角焊縫、雙邊角焊縫、V型坡口焊縫、塞

16、焊縫、圍焊縫等）和輔助符號（如現場安裝焊縫）組成。箭頭所指一側焊縫的圖形符號和焊縫尺寸應標注在橫線上 另一側橫線下 6. 對接焊縫如何計算？在什么情況下對接焊縫可不必計算？有引弧板時Lw =L；無引弧板時Lw =L-2t a. 焊接缺陷對受壓、受剪的對接焊縫影響不大，焊縫與母材強度相等。 b. 焊接缺陷對受拉的焊縫影響較大。三級焊縫缺陷較多，抗拉強度為母材的85%；一二級焊縫抗拉強度與母材相等。7. 直角角焊縫計算的基本假設是什么？1) 所有角焊縫只承受剪應力，根據焊縫受力方向區(qū)分為側面角焊縫和正面角焊縫；2) 焊縫計算截面為45°“咽喉截面”，面積為3) 在靜力條件下，考慮正面角焊

17、縫強度提高22%，動力荷載下，不考慮其強度的提高；8. 角焊縫的尺寸有哪些要求？角焊縫在各種荷載作用下如何計算？最大焊腳尺寸 ，t1-較薄焊件厚度。T形連接當 t6mm時，hft， 當 t>6mm時，hft-(12)mm最小焊腳尺寸 ， t2-較厚焊件厚度側面角焊縫的最大計算長度 ，1、當實際長度大于以上值時，超過部分計算時不與考慮； 2、當內力沿側焊縫全長分布時，不受上式限制。角焊縫的最小計算長度 ，實際焊縫長度尚應再加2hf如何計算：見練習題9. 焊接殘余應力的成因是什么？其特點是什么？成因：焊接過程是一個不均勻的加熱和冷卻過程，焊件上產生不均勻的溫度場，焊縫處可達1600oC，而鄰

18、近區(qū)域溫度驟降。溫度高的鋼材膨脹大，但受到兩側溫度低、膨脹小的鋼材限制，產生熱態(tài)塑性壓縮，焊縫冷卻時被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向于收縮，但受到兩側鋼材的限制而產生拉應力。特點：焊接應力是無荷載的內應力，故在焊件內自相平衡，10. 焊接殘余應力和殘余變形對結構工作有什么影響？工程中如何減少殘余應力和殘余變形的影響？應力影響：1）對靜力強度沒有影響（在常溫、靜載、無嚴重應力集中時焊接應力不影響結構強度。）2）降低構件的剛度3）降低構件的穩(wěn)定承載力4）降低構件的疲勞強度5）加劇低溫冷脆變形影響：1）構件不平整，安裝困難，且產生附加應力；2）變軸心受壓構件為偏心受壓構件 減少焊接應力和變形的措施：1）采用細

19、長，不采用短粗的焊縫2）對稱布置焊縫，減小變形；3）不等高連接加不大于1/4的斜坡，減小應力集中4）盡量防止小銳角連接；5）焊縫不宜過于集中，不要出現三向交叉焊縫；6）注意施焊方便，以保證焊接質量。11. 螺栓的排列有哪些型式和規(guī)定？錯列和并列，規(guī)定：1）受力要求：如端距 等2）構造要求：間距不能太大，避免壓不緊潮氣進入腐蝕3）施工要求：螺栓間距不能太近，便于安裝，中距 12. 普通螺栓連接受剪有哪幾種破壞形式？規(guī)范中采用哪些手段避免這些破壞的發(fā)生？破壞形式：1）螺栓桿剪斷；2）板件被擠壞（螺栓承壓破壞）；3）板件被拉（壓） 破壞；4）板件沖剪破壞 5）螺栓桿受彎破壞。措施：1）被連接板件總厚

20、度小于5倍的螺栓直徑可防止受彎破壞 2）螺栓端距 可防止板件沖剪破壞3）通過計算保證螺栓（鉚釘）抗剪、抗擠壓以及被連接構件具有足夠的抗拉強度 13. 普通螺栓群在各種力單獨或共同作用時如何計算？ 基本假設分別是什么？1）軸心受力，基本假定：螺栓群均勻受力2）螺栓群受扭，基本假定：1、被連接板是剛性的,螺栓是彈性的；2、在扭矩作用下，繞螺栓群中心旋轉;3、所有螺栓共同工作，每個螺栓受力大小與其到形心的距離成正比，方向垂直于矢徑3） 螺栓群受彎計算，基本假定：1、在彎矩作用下，板件繞最邊緣的螺栓旋轉;2、每個螺栓受力大小與其到旋轉中心的距離成正比。如何計算：見練習題14. 高強度螺栓連接有哪些類型

21、，區(qū)別在哪里？高強度螺栓連接在各種力作用下如何計算？基本假設分別是什么？類型：摩擦型高強螺栓連接和承壓性高強螺栓連接，區(qū)別在于計算方法和極限狀態(tài)選擇不同如何計算：見練習題第4章 受彎構件的計算原理1. 梁的類型有哪些？如何分類？1）按功能分：樓蓋梁、平臺梁、吊車梁、墻架梁等2）按制作方法分：型鋼梁、組合梁3）按受力分為：單向受彎、雙向受彎2. 梁的強度計算包括哪些內容，如何進行計算？內容：抗彎強度、抗剪強度、局部壓應力、折算應力塑性發(fā)展系數，對于需要計算疲勞的梁，不考慮塑性發(fā)展，取1.0 局部壓應力，F 集中力,對動力荷載應考慮動力系數；腹板的計算高度ho的規(guī)定：1軋制型鋼，兩內孤起點間距;2

22、焊接組合截面，為腹板高度;3鉚接時為鉚釘間最近距離。 3. 剛度如何驗算？ 要求在荷載標準值（不考慮分項系數和動力系數）的作用下，梁的最大撓度不超過規(guī)范規(guī)定的容許撓度4. 梁的整體失穩(wěn)是一種怎樣的現象？其原因是什么？整體穩(wěn)定性與哪些因素有關？增強梁的整體穩(wěn)定性可采用哪些措施？現象：側向彎曲，伴隨扭轉（出平面彎扭屈曲）原因：上翼緣受壓，達臨界力時屈曲，其弱軸為 1 -1軸，但由于腹板及受拉下翼緣的約束，使之只能側向屈曲，同時帶動相連的腹板和下翼緣發(fā)生側向位移并伴有整個截面的扭轉梁整體彎扭失穩(wěn)。因素：側向抗彎剛度、抗扭剛度、翹曲剛度；梁端支承條件，側向支承點距離l1，受壓翼緣寬度；荷載種類（彎矩圖

23、越飽滿Mcr越低）；荷載作用的位置（位置越高越不利）。措施： 增大梁截面尺寸，特別是受壓翼緣寬度 增加側向支撐，減小側向支承點距離L1 （最有效的方法） 采用閉合箱型截面 增加梁端約束5. 進行梁的臨界彎矩分析時，結構模型的基本假設是什么？ 1）兩端夾支座（叉支座）只能繞x軸，y軸轉動，不能繞z軸（梁軸線）轉動（只 能自由撓曲，不能扭轉）； 2）理想直梁初始變形； 3）荷載作用在梁的最大剛度平面內，失穩(wěn)前只發(fā)生平面彎曲； 4）理想彈性體； 5）臨界狀態(tài)時屬小變形； 6）梁變形后，力偶矩與原來的方向平行。6. 規(guī)范中梁的整體穩(wěn)定設計簡化方法是如何進行的？規(guī)范公式： 式中：梁的整體穩(wěn)定系數，有多個

24、表達式上述穩(wěn)定系數是按彈性理論得到的，當 時梁已經進入彈塑性階段，整體穩(wěn)定臨界力顯著降低，因此應對穩(wěn)定系數加以修正，即：當時7. 梁受壓翼緣和腹板的局部穩(wěn)定如何保證？梁翼緣的局部穩(wěn)定：限制板件的寬厚比為（考慮塑性發(fā)展）或（不考慮塑性發(fā)展）梁腹板的局部穩(wěn)定：通過設置“橫向加勁肋”和“縱向加勁肋”來保證不發(fā)生局部失穩(wěn)。8. 腹板加勁肋的種類及設置原則？ 種類：橫向加勁肋、縱向加勁肋、支承加勁肋、短加勁肋設置原則：不考慮屈曲后強度的組合梁，應按以下原則布置腹板加勁肋： 或或計算需要時，應在彎曲受壓較大區(qū)格，加配縱向加勁肋。(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。 * 注：

25、規(guī)范規(guī)定橫向加勁肋最大間距為2h0，最小間距為0.5h0第6章 軸心受力構件1. 什么是第一類穩(wěn)定問題？什么是第二類穩(wěn)定問題？第一類穩(wěn)定：由直桿平衡轉為微彎曲的平衡，變形（撓度）從無到有平衡分枝現象第二類穩(wěn)定：由于初始缺陷，壓桿一開始便為偏心受力（壓彎桿件），因此無平衡分枝現象，變形從小到大，直到失穩(wěn)破壞為止2. 軸心受力構件有哪些種類和截面形式？種類：實腹式構件和格構式構件 截面形式：熱軋型鋼截面、實腹式組合截面、格構式截面、冷彎型鋼截面3. 軸心受力構件各需驗算哪幾個方面的內容？軸心受拉構件：強度、剛度軸心受壓構件：強度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定4. 軸心受壓構件可能發(fā)生失穩(wěn)現象有哪些？彎曲失穩(wěn)、彎扭失穩(wěn)、扭轉失穩(wěn)5. 等穩(wěn)定設計原則的具體概念是什么？由于支承條件及截面形式不同、繞不同軸的桿件屈曲臨界力是不同的，即 ， 不經濟。因此應想辦法使它們相近，實際上，若達到 ，就基本上達到了等穩(wěn)定。6. 影響軸心受壓構件整體穩(wěn)定承載力的因素有哪些？1）截面殘余應力 2）構件初偏心 3）構件初彎曲 4）長細比 5）構件端部約束條件7. 規(guī)范中考慮哪些因素的影響進行軸心受壓構件整體穩(wěn)定承載力計算，簡化方法是如何考慮的？穩(wěn)定系數的含義是什么？考慮：殘余應力和初始缺陷（初彎曲、初偏心）考慮不同截面形式的不同殘余應力