钢结构原理复习思考题.docx

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钢结构原理复习思考题

《钢结构设计原理》复习思考题2016.5.27修改

第1章绪论

1.钢结构与其它材料的结构相比，具有哪些特点？

1）钢材强度高，结构重量轻

2）材质均匀，且塑性韧性好

3）良好的加工性能和焊接性能

4）密封性好

5）钢材的可重复使用性

6）钢材耐热但不耐火

7）耐腐蚀性差

8）钢结构的低温冷脆倾向

2.根据钢结构特点，钢结构有哪些合适的应用范围？

1）大跨结构2）工业厂房3）受动力荷载影响的结构4）多层和高层建筑5）高耸结构6）可拆卸的结构7）容器和其他构筑物8）轻型钢结构9）钢和混凝土的组合结构

（要和上面的钢结构特点联系起来）

3.我国《钢结构设计规范》规定钢结构采用什么设计方法？

具体的准则是什么？

设计方法主要以概率极限状态设计法为主，对于钢结构的疲劳验算，以及储液罐和压力容器等结构，则依然沿用以经验为主的容许应力设计法

具体的准则:

结构在规定的设计使用年限内应满足的功能：

⑴在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；

⑵在正常使用时具有良好的工作性能；

⑶在正常维护下具有良好的耐久性；

⑷在设计规定的偶然事件发生时（后），仍能保持整体稳定性。

可靠性：

结构在规定的时间（设计基准期，一般为50年）内，在规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用和正常维护）下，完成预定功能的能力。

可靠度：

结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的的概率。

是度量结构可靠性的指标。

可靠度指标β:

β可以作为衡量结构可靠度的一个数量指标，只要求出就β可获得对应的失效概率。

两种极限状态指的是什么？

其内容有哪些？

指的是承载能力极限状态和正常使用极限状态，其中承载能力极限状态包括构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载、结构和构件丧失稳定、结构转变为机动体系和结构倾覆，正常使用极限状态包括影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形、影响正常使用的振动、影响正常使用或耐久性能的局部破坏（包括组合结构中混凝土裂缝）

4.分项系数设计准则的公式中，各符号的意义是什么？

两种极限状态设计时对各物理量的代表值有什么要求？

γo——结构重要性系数，不应小于：

1.1（安全等级一级或使用年限100年）,1.0（50年）,0.9（5年），0.95（25年）

γG——永久荷载分项系数

当其效应对结构不利时

--对可变荷载效应控制的组合，应取1.2;

--对永久荷载效应控制的组合，应取1.35;

当其效应对结构有利时

--一般情况下应取1.0；

--对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9。

γQ——可变荷载的分项系数

--一般情况下应取1.4；

--楼面活荷载标准值大于4kN/m2时应取1.3；

--对构件承载力有利时，取为0。

第2章钢结构的材料

1.钢材的生产和加工工艺有哪些？

对钢材质量和组织结构各有什么影响？

钢材的浇铸和脱氧

沸腾钢—用锰作脱氧剂，成本低，但质量较差，不适合连铸工艺；

镇静钢—用锰加硅作脱氧剂，成本高，质量好，适合连铸；

特殊镇静钢—用铝补充脱氧。

热加工

使金属晶粒变细，压合缺陷，性能得到改善。

轧制压缩比大的钢材强度较高。

（故钢材的强度按板厚分组）

冷加工

产生冷作硬化，强度提高但塑性、韧性减少。

应尽量避免局部冷加工硬化。

热处理

退火:

将钢材加热至850-900℃，保温一段时间，随炉温下降至500℃以下，再放至空气中冷却；

正火:

将钢材加热至850-900℃，保温后从炉中取出在空气中冷却；

淬火:

将钢材加热至900℃以上，保温后快速在水中或油中冷却；

回火:

将淬火后的钢材加热到某一温度进行保温，而后在空气中冷却；

调质处理=淬火＋高温回火

2.钢结构的破坏形式有哪两种？

其特点如何？

它们的区别在哪里？

塑性破坏的特点是当应力超过屈服强度后材料有明显塑性变形，当应力继续增大，断面出现颈缩，有持续的变形时间。

可以采取补救措施。

脆性破坏的特点是破坏前无征兆（变形很小），断口平直，破坏突然发生。

往往瞬间发生破坏，无法察觉和补救，后果严重！

3、钢材有哪几项主要机械性能指标？

各项指标可用来衡量钢材哪些方面的性能？

各指标如何测定？

钢材的单调拉伸应力—应变曲线提供了三个重要的力学性能指标：

（1）屈服点fy——钢结构设计中应力允许达到的最大限值。

（2）抗拉强度fu——钢材受拉时能承受的极限应力

（3）伸长率δ5，伸长率是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。

（4）冷弯性能：

衡量钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标，可通过冷弯试验确定。

（5）冲击韧性：

衡量带有缺口的钢材在冲击荷载作用下抵抗脆性破坏能力的指标，可通过由冲击试验确定。

4、复杂应力状态下钢材的工作性能和单向应力状态下有什么不同？

（1）当σ1、σ2、σ3为同号应力且数值接近时，虽应力很大但σzs很难达到fy，很难进入塑性状态，变现表现为脆性破坏；

（2）有异号应力时，则σzs容易达到fy，会较早进入塑性状态。

5、影响钢材机械性能的主要因素有哪些？

各因素的影响规律有哪些？

因素：

1）化学成分的影响

1.碳（C）：

钢材强度的主要来源。

（纯铁—软）

含碳量↗，强度↗，塑性韧性↘，焊接性能↘，抗腐蚀性↘

2.硫（S）：

有害元素，使钢材“热脆”。

3.磷（P）：

有害元素，使钢材“冷脆”。

4.锰（Mn）：

有益元素。

弱脱氧剂。

提高钢材强度，同时不显著降低塑性和韧性。

5.硅（Si）：

有益元素。

强脱氧剂。

提高钢材强度，同时不显著降低塑性和韧性。

6.钒（V）：

有益元素。

细化晶粒，既提高强度又可保持塑性。

7.氧（O）：

有害元素，使钢材“热脆”。

8.氮（N）：

有害元素，使钢材“冷脆”。

9.铜（Cu）：

提高钢材抗锈蚀性，用于耐候钢。

10.氢（H）：

有害元素，使钢材“氢脆”

2）钢材的焊接性能

含碳量0.12%～0.20%最好，焊接结构宜用Q235B、C、D的碳素钢，及碳当量不超过0.38的低合金钢。

3）钢材的硬化

见下题

4）应力集中的影响

出现同号应力场，阻碍了塑性变形—钢材变脆。

截面改变的尖锐程度越大，应力集中越严重，钢材越脆。

5）荷载类型的影响

•速度↗，屈服点↗，脆性↗。

•常温（200C）时影响不大；低温时应考虑加荷速率的影响。

6）温度的影响

200℃以内对钢材性能无大影响，该范围内随温度升高总的趋势是强度、弹性模量降低，塑性增大。

250℃左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加—兰脆现象，该温度区段称为“兰脆区”。

260～320℃产生徐变现象。

600℃左右弹性模量趋于零。

6、什么是钢材的硬化，硬化有哪些类型？

其定义是什么？

时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使使钢材的强度提高，塑性和韧性下降。

冷作硬化——当荷载超过材料比例极限卸载后，再次加载则钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低。

应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。

即冷作硬化的同时可以加速时效硬化，也称“人工时效”。

7、什么是蓝脆现象？

250℃左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加—兰脆现象，该温度区段称为“兰脆区”。

8、什么是钢材的疲劳？

影响疲劳强度的主要因素是哪些？

钢结构疲劳承载力的设计方法是什么？

钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤、产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，此现象称为疲劳。

因素：

应力幅、应力循环次数、缺陷

设计方法：

1）疲劳计算仍然采用容许应力设计法；

2）计算时用荷载的标准值；

3）由于来源于试验，已考虑动力效应，计算

时不再考虑动力系数。

9、钢结构采用的钢材主要有哪几类？

牌号如何表示？

1）碳素结构钢Q235-A·F代表屈服点为235N/mm2 的A级沸腾碳素结构钢

钢号表示方法：

代表屈服点的字母Q、屈服点数值（N/mm2）、质量等级符号（A/B/C/D）、脱氧方法符号（F/b/Z/TZ）四个部分组成。

“F”代表沸腾钢，“b”代表半镇静钢，“Z”代表镇静钢,“TZ”代表特种镇静钢。

标注时Z和TZ可省略。

2）低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢的牌号命名与碳素结构钢相似，只是质量等级分为A、B、C、D、E五等，低合金高强度结构钢采用的脱氧方法均为镇静钢或特殊镇静钢，故可不加脱氧方法的符号。

3）优质碳素结构钢

钢号：

用平均含碳量的万分数表示，按锰含量分两类。

35Mn——含碳量为0.35%的较高锰含量的优质碳素结构钢

合金结构钢35Mn2——含碳量为0.35%，含锰量为1.5%~2.49%的合金结构钢

10、热轧型钢的规格如何表示？

1）H型钢，“HW高度×宽度×腹板厚度×翼缘厚度”如“HW300×300×11×19”“HN200×100×5.6×8.5”

2）工字钢，I+截面高度的厘米数+腹板厚度类别如“I20a”

3）槽钢，与工字钢相似如“[20b”

4）角钢等肢角钢，边长×厚度如“L63×5”

不等肢角钢，长边宽×短边宽×厚度如“L125×80×8”

11、承重结构的钢材应具有哪些机械性能及化学成分的合格保证？

（1）一般的承重结构，要求钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证；对焊接结构尚应具有含碳量的合格保证；

（2）焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材，还应具有冷弯试验的合格保证；

（3）对需要疲劳验算的钢结构，规范建议：

—根据结构工作温度直接查表2.6.4。

第3章连接

1.钢结构有哪几种连接方法？

它们各在哪些范围应用较合适？

连接方法：

焊接连接、铆钉连接、螺栓连接、紧固件连接

焊缝连接：

优点构造简单、用料经济、制造加工方便、密闭性好、结构刚度大；缺点：

热影响区变脆、有残余应力及残余变形、裂纹易扩展、易低温冷脆。

铆钉连接：

优点塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查。

缺点：

劳动强度大，施工条件差，施工速度慢。

费钢费工，现已很少采用。

普通螺栓连接C级螺栓（粗制螺栓）：

用Ⅱ类孔，孔径比杆径大1.5～3mm。

用于安装连接及次要连接。

高强度螺栓摩擦型连接：

优点与铆钉类似，施工方便。

2.焊接方法、焊缝型式有哪些？

焊条的级别及选用原则是什么？

焊接方法：

手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊、气体保护焊、电渣焊、电阻焊、螺柱焊

焊缝形式：

1）对接焊缝（正对接焊缝和斜对接焊缝、T型对接焊缝）

2）角焊缝（正面角焊缝、侧面角焊缝和斜焊缝）

3.焊缝质量级别如何划分和应用？

焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。

三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；

一、二级焊缝除对全部焊缝作外观检查并符合相应级别的质量标准外，尚要求一定数量的超声波探伤，必要时采用射线探伤检验。

4.普通螺栓和高强度螺栓的级别如何表示？

普通螺栓材料性能等级为4.6级或4.8级。

（小数点前数字表示最小抗拉强度fu≥400N/mm2，小数点后数字表示屈强比fy/fu=0.6或0.8）

高强度螺栓材料性能等级为8.8级或10.9级。

5.常用焊缝附号表示的意义分别是什么？

焊缝代号由引出线（横线和带箭头的斜线）、图形符号（单边角焊缝、双边角焊缝、V型坡口焊缝、塞焊缝、围焊缝等）和辅助符号（如现场安装焊缝）组成。

箭头所指一侧焊缝的图形符号和焊缝尺寸应标注在横线上

………另一侧…………………………………………横线下

6.对接焊缝如何计算？

在什么情况下对接焊缝可不必计算？

有引弧板时Lw=L；无引弧板时Lw=L-2t

a.焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，焊缝与母材强度相等。

b.焊接缺陷对受拉的焊缝影响较大。

三级焊缝缺陷较多，抗拉强度为母材的85%；一二级焊缝抗拉强度与母材相等。

7.直角角焊缝计算的基本假设是什么？

1）所有角焊缝只承受剪应力，根据焊缝受力方向区分为侧面角焊缝和正面角焊缝；

2）

焊缝计算截面为45°“咽喉截面”，面积为

3）在静力条件下，考虑正面角焊缝强度提高22%，动力荷载下，不考虑其强度的提高；

8.角焊缝的尺寸有哪些要求？

角焊缝在各种荷载作用下如何计算？

最大焊脚尺寸

，t1---较薄焊件厚度。

T形连接当t≤6mm时，hf≤t，当t>6mm时，hf≤t-（1~2）mm

最小焊脚尺寸

，t2----较厚焊件厚度

侧面角焊缝的最大计算长度

，1、当实际长度大于以上值时，超过部分计算时不与考虑；2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。

角焊缝的最小计算长度

，实际焊缝长度尚应再加2hf

如何计算：

见练习题

9.焊接残余应力的成因是什么？

其特点是什么？

成因：

焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝处可达1600oC，而邻近区域温度骤降。

温度高的钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小的钢材限制，产生热态塑性压缩，焊缝冷却时被塑性压缩的焊缝区趋向于收缩，但受到两侧钢材的限制而产生拉应力。

特点：

焊接应力是无荷载的内应力，故在焊件内自相平衡，

10.焊接残余应力和残余变形对结构工作有什么影响？

工程中如何减少残余应力和残余变形的影响？

应力影响：

1）对静力强度没有影响（在常温、静载、无严重应力集中时焊接应力不影响结构强度。

）2）降低构件的刚度3）降低构件的稳定承载力4）降低构件的疲劳强度5）加剧低温冷脆

变形影响：

1）构件不平整，安装困难，且产生附加应力；2）变轴心受压构件为偏心受压构件

减少焊接应力和变形的措施：

1）采用细长，不采用短粗的焊缝2）对称布置焊缝，减小变形；3）不等高连接加不大于1/4的斜坡，减小应力集中4）尽量防止小锐角连接；5）焊缝不宜过于集中，不要出现三向交叉焊缝；6）注意施焊方便，以保证焊接质量。

11.螺栓的排列有哪些型式和规定？

错列和并列，规定：

1）受力要求：

如端距等2）构造要求：

间距不能太大，避免压不紧潮气进入—腐蚀3）施工要求：

螺栓间距不能太近，便于安装，中距

12.普通螺栓连接受剪有哪几种破坏形式？

规范中采用哪些手段避免这些破坏的发生？

破坏形式：

1）螺栓杆剪断；2）板件被挤坏（螺栓承压破坏）；3）板件被拉（压）破坏；4）板件冲剪破坏5）螺栓杆受弯破坏。

措施：

1）被连接板件总厚度小于5倍的螺栓直径可防止受弯破坏

2）螺栓端距可防止板件冲剪破坏

3）通过计算保证螺栓（铆钉）抗剪、抗挤压以及被连接构件具有足够的抗拉强度

13.普通螺栓群在各种力单独或共同作用时如何计算？

基本假设分别是什么？

1）轴心受力，基本假定：

螺栓群均匀受力

2）螺栓群受扭，基本假定：

1、被连接板是刚性的,螺栓是弹性的；2、在扭矩作用下，绕螺栓群中心旋转;3、所有螺栓共同工作，每个螺栓受力大小与其到形心的距离成正比，方向垂直于矢径

3）螺栓群受弯计算，基本假定：

1、在弯矩作用下，板件绕最边缘的螺栓旋转;2、每个螺栓受力大小与其到旋转中心的距离成正比。

如何计算：

见练习题

14.高强度螺栓连接有哪些类型，区别在哪里？

高强度螺栓连接在各种力作用下如何计算？

基本假设分别是什么？

类型：

摩擦型高强螺栓连接和承压性高强螺栓连接，区别在于计算方法和极限状态选择不同

如何计算：

见练习题

第4章受弯构件的计算原理

1.梁的类型有哪些？

如何分类？

1）按功能分：

楼盖梁、平台梁、吊车梁、墙架梁等

2）按制作方法分：

型钢梁、组合梁

3）按受力分为：

单向受弯、双向受弯

2.梁的强度计算包括哪些内容，如何进行计算？

内容：

抗弯强度、抗剪强度、局部压应力、折算应力

塑性发展系数，对于需要计算疲劳的梁，不考虑塑性发展，取1.0

局部压应力，F—集中力,对动力荷载应考虑动力系数；

腹板的计算高度ho的规定：

1．轧制型钢，两内孤起点间距;

2．焊接组合截面，为腹板高度;

3．铆接时为铆钉间最近距离。

3.刚度如何验算？

要求在荷载标准值（不考虑分项系数和动力系数）的作用下，梁的最大挠度不超过规范规定的容许挠度

4.梁的整体失稳是一种怎样的现象？

其原因是什么？

整体稳定性与哪些因素有关？

增强梁的整体稳定性可采用哪些措施？

现象：

侧向弯曲，伴随扭转（出平面弯扭屈曲）

原因：

上翼缘受压，达临界力时屈曲，其弱轴为1-1轴，但由于腹板及受拉下翼缘的约束，使之只能侧向屈曲，同时带动相连的腹板和下翼缘发生侧向位移并伴有整个截面的扭转——梁整体弯扭失稳。

因素：

侧向抗弯刚度、抗扭刚度、翘曲刚度；

梁端支承条件，侧向支承点距离l1，受压翼缘宽度；

荷载种类（弯矩图越饱满Mcr越低）；

荷载作用的位置（位置越高越不利）。

措施：

⑴增大梁截面尺寸，特别是受压翼缘宽度

⑵增加侧向支撑，减小侧向支承点距离L1（最有效的方法）

⑶采用闭合箱型截面

⑷增加梁端约束

5.进行梁的临界弯矩分析时，结构模型的基本假设是什么？

1）两端夹支座（叉支座）——只能绕x轴，y轴转动，不能绕z轴（梁轴线）转动（只能自由挠曲，不能扭转）；

2）理想直梁——初始变形；

3）荷载作用在梁的最大刚度平面内，失稳前只发生平面弯曲；

4）理想弹性体；

5）临界状态时属小变形；

6）梁变形后，力偶矩与原来的方向平行。

6.规范中梁的整体稳定设计简化方法是如何进行的？

规范公式：

式中：

——梁的整体稳定系数，有多个表达式

上述稳定系数是按弹性理论得到的，当

时梁已经进入弹塑性阶段，整体稳定临界力显著降低，因此应对稳定系数加以修正，即：

当

时

7.梁受压翼缘和腹板的局部稳定如何保证？

梁翼缘的局部稳定：

限制板件的宽厚比为

（考虑塑性发展）或

（不考虑塑性发展）

梁腹板的局部稳定：

通过设置“横向加劲肋”和“纵向加劲肋”来保证不发生局部失稳。

8.腹板加劲肋的种类及设置原则？

种类：

横向加劲肋、纵向加劲肋、支承加劲肋、短加劲肋

设置原则：

不考虑屈曲后强度的组合梁，应按以下原则布置腹板加劲肋：

或

或计算需要时，应在弯曲受压较大区格，加配纵向加劲肋。

（4）梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋。

**注：

规范规定横向加劲肋最大间距为2h0，最小间距为0.5h0

第6章轴心受力构件

1.什么是第一类稳定问题？

什么是第二类稳定问题？

第一类稳定：

由直杆平衡转为微弯曲的平衡，变形（挠度）从无到有平衡分枝现象

第二类稳定：

由于初始缺陷，压杆一开始便为偏心受力（压弯杆件），因此无平衡分枝现象，变形从小到大，直到失稳破坏为止

2.轴心受力构件有哪些种类和截面形式？

种类：

实腹式构件和格构式构件

截面形式：

热轧型钢截面、实腹式组合截面、格构式截面、冷弯型钢截面

3.轴心受力构件各需验算哪几个方面的内容？

轴心受拉构件：

强度、刚度

轴心受压构件：

强度、刚度、整体稳定、局部稳定

4.轴心受压构件可能发生失稳现象有哪些？

弯曲失稳、弯扭失稳、扭转失稳

5.

等稳定设计原则的具体概念是什么？

由于支承条件及截面形式不同、绕不同轴的杆件屈曲临界力是不同的，即，不经济。

因此应想办法使它们相近，实际上，若达到，就基本上达到了等稳定。

6.影响轴心受压构件整体稳定承载力的因素有哪些？

1）截面残余应力2）构件初偏心3）构件初弯曲4）长细比5）构件端部约束条件

7.规范中考虑哪些因素的影响进行轴心受压构件整体稳定承载力计算，简化方法是如何考虑的？

稳定系数的含义是什么？

考虑：

残余应力和初始缺陷（初弯曲、初偏心）

考虑不同截面形式的不同残余应力分布，进行了大量有限元计算，共作出200多条曲线，最后将其归纳成四类

轴心受压构件的整体稳定系数

，其含义是临界压应力与屈服点的比值。

8.焊接工字型截面轴心受压构件的整体稳定性如何计算？

如何计算：

见练习题

9.焊接工字型截面轴心受压构件的局部稳定性如何保证？

采用限制板件宽（高）厚比，保证局部稳定局部屈曲临界应力不低于整体屈曲临界应力。

公式中的长细比

—取构件两方向长细比的较大值。

10.格构式轴心受压构件的计算模型和实腹式构件有什么不同？

考虑哪些方面的影响？

规范中对格构式构件的计算进行哪些修正？

双肢缀条式柱——桁架式计算模型，

双肢缀板式柱——框架式计算模型

实轴：

通过分肢腹板的主轴。

绕实轴弯曲屈曲时，和实腹式轴心压杆没有区别

虚轴：

通过分肢缀件的主轴。

绕虚轴弯曲屈曲时，要考虑剪切变形的影响。

规范对格构式构件绕虚轴稳定计算：

采用换算长细比进行修正。

第7章拉弯、压弯构件

1.拉弯、压弯构件有哪些种类和截面形式？

种类：

实腹式构件和格构式构件

截面形式：

热轧型钢截面、实腹式组合截面、格构式截面、冷弯型钢截面

2.拉弯、压弯构件各需验算哪几个方面的内容？

拉弯构件：

强度、刚度

压弯构件：

强度、刚度、整体稳定、局部稳定

3.什么是压弯构件弯矩平面内失稳？

什么是压弯构件弯矩平面外失稳？

它们分别属于哪类稳定问题？

1）压弯构件弯矩作用平面内失稳——弯曲屈曲。

属于第二类稳定：

在N和M同时作用下，一开始构件就在弯矩作用平面内发生变形，当N和M同时增加到一定大小时则到达极限状态。

2）压弯构件弯矩作用平面外失稳——弯扭屈曲。

属于第一类稳定：

开始时构件在弯矩作用平面外没有变形，当N和M增加到临界力时，构件将产生侧向位移和扭转失稳。

4.实腹式压弯构件的计算特点？

公式中各符号的意义及取值原则？

采用相关公式计算

对于单轴对称截面，尚应补充计算受拉一侧：

式中：

、

——分别为最大受压纤维和受压较小翼缘的毛截面模量。

——（考虑分项系数后的）欧拉临界荷载

——弯矩，取计算段内最大弯矩。

——等效弯矩系数。

（将最大弯矩按最大挠度相等的原则等效成两端等弯矩）。

按规定采用且

1.0