钢结构复习.docx

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钢结构复习

一、绪论、钢材及设计方法

1.相对于混凝土和砖石材料，钢材的密度较大，但为什么说钢结构的自重较轻？

答：

钢材与混凝土、砖石材料相比，虽然钢材的重力密度大，但是它的强度和弹性模量及强度与重力密度之比要高得多。

在同样的受力条件下，钢结构构件的截面积要小得多，材料用量少。

自重=材料重量/单位强度

Q235/f=7.85（t/m3）/215MPa=0.0365

C20/f=2.4（t/m3）/20MPa=0.12

柏木/f=0.6（t/m3）/53.3MPa=0.0113

2.钢材强度设计值f的取值依据，为什么是屈服强度fy,而不是抗拉强度fu?

答：

因为『达到fy后进入塑性变形阶段，钢材暂时不能承受更大的荷载，且伴随产生很大不可逆的变形，在工程设计中，需要的不只是不破坏，关键是能正常使用。

发生塑性变形后会影响构件及结构的正常使用，因此，取屈服强度不取抗拉强度。

fy为强度计算依据,fu为材料的强度储备。

3.通过单向拉伸静力试验，可以得到钢材的哪些力学指标?

其中哪三项是最重要的基本力学性能指标?

答：

强度指标塑形指标弹性极限弹性模量比例极限断面收缩率伸长率拉伸强度屈服点屈服强度结构钢的三项基本力学性能

（1）钢材的屈服强度fy

（2）抗拉强度fu

（3）伸长率S

4.镇定钢与沸腾钢主要区别是什么?

答：

脱氧方法不同。

沸腾钢：

在钢水中加入弱脱氧剂锰铁进行脱氧。

塑性、冲击韧性和可焊性较差，易发生时效硬化、材质变脆承受。

静载的水上结构可选用沸腾钢。

镇静钢:

在钢液中加入适量的强脱氧剂硅和锰等，进行较彻底的脱氧。

组织紧密均匀，

强度、冲击韧性、可焊性、抗蚀性等都较高，冷脆性较好;适用于低温以及承受动荷载的焊接结构和重要结构。

5.同种钢号薄钢板的强度、塑性、韧性等力学性能为什么比厚钢板高？

答：

钢材的轧制能使金属的晶粒弯细，并消除显微组织的缺陷，也可使浇筑时形成的气孔，裂纹和疏松，在高温和压力的作用下焊合，并使组织密实。

钢材的压缩比越大，其强度和冲击韧性、塑形越高。

6.承受反复荷载的钢结构，在什么情况下可以不进行疲劳验算？

答：

直接承受动荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化的循环次数nW5?

?

10A4

次时，可以不进行疲劳验算。

7.同号应力作用下，为什么钢材的材质会变脆？

答：

同号应力作用下，即使主应力很高，也很难进入屈服和有明显的变形，塑形遭到遏制，钢材转向变脆。

且聚集在材料内的体积改变应变能很大,一遭到破坏，便呈现出无明显变形征兆的脆性破坏特征。

8.为什么钢材的抗剪强度是抗拉强度的0.58倍？

答：

根据材料力学中的第四强度理论，即受纯剪切时，剪应力达到0.58倍的屈服应力时钢材进入塑性状态，故取钢材的抗剪强度设计值为抗拉强度的0.58倍。

9.钢号Q275BF、Q345B、ZG310-570、35的含义是什么？

答：

Q275BF:

屈服强度为275N/mm2的B级沸腾钢（碳素结构钢）

Q345B;屈服强度为345N/mm2的B级低合金结构钢

ZG310-570:

屈服强度310MPa,抗拉强度570MPa的铸钢

ZG35:

35号铸钢

10.型钢型号130a、[25b、L100X10、70X5的含义是什么？

答：

130a:

截面高度30cm,a类腹板厚度的工字钢

[25b:

截面高度25cm,b类腹板厚度的槽钢

L100*10:

边宽100mm肢厚10mm的等边角钢

①70*5:

外径70mm,壁厚5mm的钢管

11.建筑钢材锈蚀的主要原因是什么？

其防腐措施主要有哪几种方式？

答:

钢材的锈蚀根据与环境介质的作用分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。

化学腐蚀:

是指钢材与周围介质直接发生的氧化或硫化作用。

反应后生成疏松氧化物,其反应速度随温度、湿度提高而加速。

在干燥环境下腐蚀速度缓慢,干湿交替环境下腐蚀速度加快。

电化学腐蚀:

是由于电化学现象在钢材表面产生局部电池作用的腐蚀。

反应生成疏松易剥落的红棕色铁锈,锈蚀不仅使钢材的有效截面积均匀减小,还会产生局部锈坑,引起应力集中,加速钢材的时效,降低钢材的塑性、韧性、强度等力学性能。

建筑工程中防止钢材锈蚀的主要方法有设置保护层或涂刷防腐涂料

12.冷加工硬化和时效硬化的原因是什么？

答:

冷加工硬化:

塑性变形后,塑性变形区域内的晶粒产生相对滑移,导致滑移面下的晶粒破碎,晶格歪扭畸变,滑移面变得凹凸不平,阻碍晶粒进一步滑移,从而提高了抵抗外力的能力,屈服强度提高,同时使塑性降低,脆性增大。

时效硬化：

溶于a-Fe晶体中的碳、氮从铁碳晶体中析出形成自由的碳化物、氮化物，向晶格缺陷处移动和集中,使晶格畸变加剧,造成滑移、变形更为困难,因而强度进一步提高,塑性和韧性则进一步降低。

13.应力集中是引起钢材发生脆性破坏的原因之一，为什么承受静荷载的结构可以不考虑应力集中的不利影响？

答:

由于结构钢材塑性铰好，在静力荷载作用时，能使应力进行重新分布，直到构件全截面的应力都达到屈服强度。

因此应力集中一般不影响构件的静力极限承载力，设计时可以不考虑其影响。

14.承载能力极限状态与正常使用极限状态分别指什么状态？

概率极限状态设计法对所采用的荷载有何要求？

答：

承载能力极限状态：

达到最大承载能力或出现不能继续承载的塑性变形状态正常使用极限状态：

达到正常使用或耐久性的某项极限值的状态，如变形、振动、局部破坏等。

在计算承载能力极限状态时，概率极限状态设计法采用的是荷载的设计值；在计算正常极限状态的变形、疲劳验算时采用的是荷载的标准值。

15.概率极限状态设计法采用的强度设计值f、容许应力设计法采用的容许应力值［a与钢材

的屈服强度fy有什么关系？

答：

概率极限状态设计法：

坯-结构賣耍性紊数柿-抗力分顶系數

水久荷载分项系数可变荷戟分项系数^（―荷载组合系数/-强度设讣恒

K承载能力极限状态

片孔儿;％h+

K

prm

荷载标准值：

永久荷裁G补可变荷戟GA

应力标准值：

叭曲ffQK

应力设计值;ba■儿;務CIOOK

三、容许应力计算方法

—SL74-2III3啦利水电工程钢闸门设计规范

NB350SS-2015水电工程钢闸门设计规范

半概率、半经验的极限状态讣算方法：

<7<札一荷載安金系数

KArK

'3?

眼一强度安全系数

=¥=向希一调整系数

应力根据荷载标准值计算

16.概率极限状态设计法、容许应力设计法分别适用于什么情况的钢结构设计？

答：

概率极限状态设计法适用于民用建筑、水工建筑物水上部分等陆上钢结构容许应力计算法适用于水工、海工等水下钢结构。

二、钢结构的连接

1.焊缝连接的优缺点有哪些?

答：

优点是不削弱结构面（不必钻孔），构造简单，节约钢材，加工方便，在一定条件下还可以采用自动化操作，生产效率高。

此外，焊缝连接的刚度较大、密封性较好。

缺点是焊缝附近钢材因焊缝的高温作用而形成热影响区，热影响区由高温降到常温冷却速度快，会使钢材脆性加大。

同时，由于热影响区的不均匀收缩，易使焊件产生焊接残余应力及残余变形，甚至可以造成裂纹，导致脆性破坏。

焊缝连接结构低温冷脆问题也比较突出。

2.螺栓连接的优缺点有哪些？

答：

优点是结构简单，型式多样，连接可靠，装拆方便，成本低。

缺点是在交变荷载下，易松动。

制孔精度要求较高。

3.按构件之间的相对位置关系，焊缝连接形式分为哪几种？

按焊缝构造分类，焊缝有哪两种类型？

答：

按相对位置分为对接、搭接、T形连接和角接四种。

按构造分为对接焊缝和角焊缝。

4.未采用引弧板时，一条对接焊缝、一条角焊缝的计算长度需扣除多少焊口尺寸？

答：

未采用引弧板时，计算长度|w应由实际长度减去2t（为焊缝厚度）。

采用引弧板时，计算长度lw即等于其实际长度。

5.角焊缝焊脚尺寸的最大值和最小值是多少？

限制其最大、最小值有什么原因？

答：

hf,min>1.5■tmax，，tmax为较厚焊件厚度。

原因：

当焊件较厚而焊脚尺寸又过小时，焊缝内部将因冷却过快而产生脆硬组织，降低塑性，容易形成裂纹。

hf,maxw1.2tmin，tmin为较薄焊件的厚度。

原因：

角焊缝的尺寸过大，易使焊件形成烧伤、烧

穿等“过烧”现象，且使焊件产生较大的焊接残余应力和焊接变形。

且为防止施焊时产生“咬

边”：

当t>6mn时，hf,maxWt-（1~2）mm当t<6mn时，hf,maxwt。

6.对接焊缝和角焊缝的强度设计值是如何规定的？

对接焊缝：

（1）抗压强度fcw与抗剪强度fvw与主体钢材强度f、fv一致；

（2）抗拉、抗弯强度ftw：

I、II级焊缝ftwf，III级焊缝ftw0.85f

角焊缝:

应力分布复杂，焊缝强度由最低的平均剪应力决定，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度

w

采用统一的设计强度Tf。

7.何谓斜焊缝、斜角角焊缝、斜向角焊缝？

斜焊缝:

作用力方向与焊缝方向斜交。

斜角角焊缝：

指的是沿角度呈60〜120的两零件的交线所焊接的焊缝。

斜向角焊缝：

焊缝与作用力方向斜交，夹脚为i,将斜向力分解为垂直于焊缝的Nx及平行于焊缝的Ny。

8.在什么情况下，端焊缝增大系数取值为Bf=1.0?

承受动荷载的情况下。

9.承受竖向偏心力作用的顶接、搭接牛腿，在牛腿与柱的连接角焊缝处各自将产生何种内

力？

焊缝又将承受什么应力？

顶接牛腿：

剪力和弯矩；剪应力和弯应力搭接牛腿：

剪力和扭矩；剪应力

10.扭矩作用下的角焊缝连接，其角焊缝受力计算有哪些假定？

假定：

（1）构件是刚性的，焊缝是弹性的

（2）构件绕焊缝形心转动，焊缝上任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，应力大小与形心距离成正比

11.C级螺栓与A、B级螺栓有什么区别？

可应用于哪些地方的连接？

答：

C级螺栓用4.6级或者4.8级钢制作，加工粗糙，尺寸不够精确，只要求U类孔，成本低，栓孔径比孔径小1.5---2.0mmA级和B级螺栓采用5.6级和8.8级钢制作；需经机床车加工，精度较高，要求I类孔径和栓径相等，只分别允许其有正和负公差。

C级螺栓由于与螺栓孔的空隙较大，当传递剪力时，连续变形大，工作性能差，但传递拉力的性能较好，所以C级螺栓广泛用于需要装拆的链接，承受拉力的安装链接，不重要的链接或者安装时的临时固定等。

12.螺栓连接中间螺孔间距的最大值和最小值各自是多少？

限制其最大、最小值的理由是什

么？

答：

最小中间距：

3d0

最大中间距：

中间排12d0或18tmin（受压）、16d0或24tmin（受拉）；外排8d0或12tmin不能过小,防止螺孔周边应力集中的相互影响较大，且对钢板的截面削弱的多，从而降低其承载能力。

不能过大，尤其是受压板件当栓距过大是，容易发生凸曲现象，板和刚性构件连接时，栓距过大不易紧密接触，潮气易于侵入缝隙而锈蚀。

13.普通螺栓受剪时的破坏形式主要有哪几种？

答：

（1）螺杆剪断抗剪承载力

（2）孔壁挤压破坏承压承载力

（3）钢板拉断净截面强度

（4）端部钢板剪断最小端距2d0

（5）螺杆受弯螺栓夹紧长度小于5d0

14.承受竖向偏心力作用的顶接、搭接牛腿，在牛腿与柱的连接螺栓处各自将产生何种内力？

螺栓又将承受什么荷载？

答：

当承受偏心外力P作用时，可以转化为扭转T=Pe和剪力V=P共同作用，此时将会产生扭矩，剪力，弯矩作用，螺栓承受剪力，扭矩以及弯矩作用，承受静荷载

15.扭矩作用下的螺栓连接，其螺栓受力计算有哪些假定？

答：

（1）被连接钢板是刚性的，螺栓是弹性的

（2）钢板绕螺栓群中心转动，螺栓剪切变形与它到