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1. 钢结构计算的两种极限状态是承载能力极限状态和正常使用极限状态。
2. 钢结构具有轻质高强、材质均匀，韧性和塑性良好、装配程度高，施工周期短、密闭性好、耐热不耐火、易锈蚀。
等特点。
3. 钢材的破坏形式有塑性破坏和脆性破坏。
4. 影响钢材性能的主要因素有化学成分、钢材缺陷、冶炼，浇注，轧制、钢材硬化、温度、应力集中、残余应力、重复荷载作用5. 影响钢材疲劳的主要因素有应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）、应力循环次数6. 建筑钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。
7. 钢结构的连接方法有焊接连接、铆钉连接、螺栓连接。
8. 角焊缝的计算长度不得小于8，也不得小于40。
侧面角焊缝承受静载时，其计算长度不宜大于60 。
9.普通螺栓抗剪连接中，其破坏有五种可能的形式，即螺栓剪坏、孔壁挤压坏、构件被拉断、端部钢板被剪坏、螺栓弯曲破坏。
10. 高强度螺栓预拉力设计值与螺栓材质和螺栓有效面积有关。
11. 轴心压杆可能的屈曲形式有弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲12. 轴心受压构件的稳定系数 与残余应力、初弯曲和初偏心和长细比有关。
13. 提高钢梁整体稳定性的有效途径是加强受压翼缘、和增加侧向支承点。
14. 影响钢梁整体稳定的主要因素有荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、侧向支承点的位置和距离、梁端支承条件。
15.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用限制宽厚比、的方法来保证，而腹板的局部稳定则常采用设置加劲肋的方法来解决。
一、问答题1钢结构具有哪些特点？1．钢结构具有的特点：钢材强度高，结构重量轻钢材内部组织比较均匀，有良好的塑性和韧性钢结构装配化程度高，施工周期短钢材能制造密闭性要求较高的结构钢结构耐热，但不耐火钢结构易锈蚀，维护费用大。
2钢结构的合理应用范围是什么？重型厂房结构大跨度房屋的屋盖结构高层及多层建筑轻型钢结构塔桅结构板壳结构桥梁结构移动式结构3钢结构对材料性能有哪些要求？钢结构对材料性能的要求：较高的抗拉强度和屈服点较好的塑性、韧性及耐疲劳性能良好的加工性能4钢材的主要机械性能指标是什么？各由什么试验得到？是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。
第四章 扭转4.1预备知识一、基本概念 1、扭转变形扭转变形是杆件的基本变形之一，扭转变形的受力特点是：杆件受力偶系的作用，这些力偶的作用面都垂直于杆轴。
此时，截面B 相对于截面A 转了一个角度ϕ，称为扭转角。
同时，杆件表面的纵向直线也转了一个角度γ变为螺旋线，γ称为剪切角。
2、外力偶杆件所受外力偶的大小一般不是直接给出时，应经过适当的换算。
若己知轴传递的功率P(kW)和转速n(r/min)，则轴所受的外力偶矩)(9549Nm nPT =。
3、扭矩和扭矩图圆轴扭转时，截面上的内力矩称为扭矩，用T 表示。
扭矩的正负号，按右手螺旋法则判定。
如扭矩矢量与截面外向法线一致，为正扭矩，反之为负；求扭矩时仍采用截面法。
扭矩图是扭矩沿轴线变化图形，与轴力图的画法是相似4、纯剪切 切应力互等定理单元体的左右两个侧面上只有切应力而无正应力，此种单元体发生的变形称为纯剪切。
在相互垂直的两个平面上，切应力必然成对存在且数值相等，两者都垂直于两个平面的交线、方向到共同指向或共同背离积这一交线，这就是切应力互等定理。
5、切应变 剪切虎克定律 对于纯剪切的单元体，其变形是相对两侧面发生的微小错动，以γ来度量错动变形程度，即称切应变。
当切应力不超过材料的剪切比例极限时，切应力τ和切应变γ成正比，即τ=G γG 称材料的剪切弹性模量，常用单位是GPa 。
6、圆杆扭转时的应力和强度计算(1) 圆杆扭转时，横截面上的切应力垂直于半径，并沿半径线性分布，距圆心为ρ处的切应力为ρτρpI T =图式中T 为横截面的扭矩，I p 为截面的极惯性矩。
(2) 圆形截面极惯性矩和抗扭截面系数实心圆截面324D I p π=， 163D W p π=（D 为直径） 空心圆截面)1(3244a D I p -=π， )1(1643απ-=D W p （D 为外径，d 为内径，D d /=α）(3)圆杆扭转时横截面上的最大切应力发生在外表面处tW T =max τ 式中W t =I p /R ，称为圆杆抗扭截面系数（或抗抟截面模量）。
对于轴心受压杆件,其屈曲形式通常有三种：弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲。
对于只有一个对称轴的截面，当剪心与形心不重合,杆件绕对称轴弯曲时，产生的剪力不经过截面剪心，必然导致扭转。
因此,当截面绕对称轴弯曲刚度较小,抗扭转刚度也不大时，扭屈曲就成为这种杆件承载力的极限状态。
《钢结构设计规范》（GBJ 17—88）没有特别提出关于轴心压杆弯扭屈曲计算条文，这样处理有计算简单的优点，即按照弯曲屈曲来计算，但也有不利的一面，即设计者可能忽略弯扭屈曲的特点，从而在某些必须考虑扭转的情况下造成疏忽。
下面以单角钢杆件为例：单角钢截面尺寸为L100 6，长2.4m ，两端铰支，其中点设一支撑，则有λy = 61.5 ，λx = 60 （y轴为对称轴）, 即绕强轴y 屈曲对承载力起控制作用。
更因强轴是对称轴,扭转的不利作用不能忽视,这一作用根据本文的方法进行换算, λy = 61.5×1.5=92.3，如果忽略扭转影响, 直接以λy=61.5计算，则稳定系数偏大15 %。
这样处理杆件的实际承载力超出了其计算的承载力，势必存在潜在的危险。
有鉴于此，本文就弯扭屈曲问题进行了初步研究，给出了具体计算方法，同时将国外规范与国内规范进行了对比计算和分析。
1、稳定系数由于轴心受压构件有初弯曲、初偏心、残余应力等缺陷的影响，其承载力大大降低，因此在具体计算时必须用特定条件加以限制。
到目前为止，世界各国钢结构设计规范中的处理方法可概括为四种：（1）按理想轴心受压构件计算，在弹性阶段采用欧拉公式，在弹塑性阶段采用试验曲线，初偏心、初弯曲、残余应力不利影响用特殊安全系数来考虑。
（2）按理想轴心受压构件计算，在弹性阶段采用欧拉临界应力，在弹塑性阶段采用切线模量临界应力，各种不利影响因素用特殊安全系数来考虑。
（3）把初弯曲、初偏心、残余应力等各种缺陷综合考虑成一等效的与长细比有关的初弯曲或初偏心率，利用边缘纤维屈服准则的佩利公式，导出边缘纤维的截面平均应力作为临界应力。
一、填空题1．承受动力荷载作用的钢结构，应选用综合性能好的钢材。
2．冷作硬化会改变钢材的性能，将使钢材的强度提高，塑性、韧性降低。
3．钢材五项机械性能指标是屈服强度、抗拉强度、延伸率、冷弯性能、冲击韧性。
4．钢材中氧的含量过多，将使钢材出现热脆现象。
5．钢材含硫量过多，高温下会发生热脆，含磷量过多，低温下会发生冷脆。
6．时效硬化会改变钢材的性能，将使钢材的强度提高，塑性、韧性降低。
7．钢材在250ºC度附近有强度提高塑性、韧性降低现象，称之为蓝脆现象。
8．钢材的冲击韧性值越大,表示钢材抵抗脆性断裂的能力越强。
9．钢材牌号Q235－BF,其中235表示屈服强度 ,B表示质量等级为B级 ,F表示沸腾钢。
10．钢材的三脆是指热脆、冷脆、蓝脆。
11．钢材在250ºC度附近有强度提高塑性、韧性降低现象，称之为蓝脆现象。
12．焊接结构选用焊条的原则是,计算焊缝金属强度宜与母材强度相适应，一般采用等强度原则。
13．钢材中含有C、P、N、S、O、Cu、Si、Mn、V等元素,其中 N、O 为有害的杂质元素。
14．衡量钢材塑性性能的主要指标是伸长率。
15．.结构的可靠指标β越大,其失效概率越小。
16．承重结构的钢材应具有抗拉强度、屈服点、伸长率和硫、磷极限含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳极限含量的合格保证;对于重级工作制和起重量对于或大于50 t中级工作制焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材,应具有冷弯试验的的合格保证。
17．冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下塑性应变能力和钢材质量的综合指标。
18．冷弯性能是判别钢材塑性变形能力和钢材质量的综合指标。
19．薄板的强度比厚板略高。
20．采用手工电弧焊焊接Q345钢材时应采用 E50 焊条。
21．焊接残余应力不影响构件的强度。
22．角焊缝的最小计算长度不得小于和焊件厚度。
23．承受静力荷载的侧面角焊缝的最大计算长度是。
24．在螺栓连接中，最小端距是 2d25．在螺栓连接中，最小栓距是 3d。
构件的扭转变形和弯扭屈曲
摘要：钢结构的扭转应力和弯扭屈曲是结构中不可忽视的构件变形，学好构件的扭转应力和弯扭屈屈曲是判定构件整体失稳的基础，明确构件的剪力中心和扭转形式，进而建立平衡微分方程，根据边界条件求出临界荷载.
关键词：扭转应力弯扭屈曲钢结构
引言
随着我国经济的不断发展，传统的建筑钢结构施工技术已经不能适应社会发展的需要，越来越多的建筑的出现，使建筑钢结构得到了很快的发展，技术也在不断的进步，为人们的生活和社会经济做出了巨大的贡献，钢结构施工技术用其独特的优势，得到了广泛的应用。
现阶段，随着相关制度的进一步完善以及重点建筑项目的开发，钢结构获得了进一步的发展。
但是随着钢结构自身引发的安全事故的增多，对其自身发展造成了极为恶劣的影响，因此对钢结构稳定性设计的有效研究就变得极为重要。
1扭转应力
1.1 自由扭转
非圆截面杆件的扭转可分为自由扭转和约束扭转。
等直杆两端受扭转力偶作用，且翘曲不受任何限制的情况属于自由扭转。
这种情况下杆件各横截面的翘曲程度相同，纵向纤维的长度无变化，故横截面上没有正应力而只有切应力。
即表示工字钢的自由扭转、若由于约束条件或受力条件的限制，造成杆件各横截面的翘曲程度不同，这势必引起相邻两截面间纵向纤维的长度改变。
于是横截面上除切应力外还有正应力，这种情况称为约束扭转，即为工字钢约束扭转的示意图。
像工字钢、槽钢等薄壁杆件，约束扭转时横截面上的正应力是相当大的。
但一些实体杆件，如截面为矩形或椭圆的杆件，因约束扭转而引起的正应力很小，与自由扭转并无太大差别。
当开口薄壁杆（工字型截面），两端受到大小相等、方向相反的扭矩 Mt的作用，构件将产生自由扭转。
自由扭转有以下两个特点：
1.构件各截面的翘曲相同。
因此，构件的纵向纤维不产生轴向应变，截面上没有正应力，只有因扭转引起的剪应力。
剪应力的分布与截面形状有关，但在各截面上的分布均相同。
2.纵向纤维不发生弯曲，即翼缘和腹板的纵向纤维保持直线，上、下翼缘仅相互扭转了一个角度（扭转角）。
开口薄壁构件自由扭转时，根据弹性力学，其扭矩与扭转率的关系为：
闭口截面的抗扭能力要比开口截面的抗扭能力大得多。
1.2 约束扭转
双轴对称工字型截面悬臂构件，在悬臂端处受有外扭矩Mt，使上、下翼缘往不同的方向弯曲。
由于悬臂端截面可自由翘曲而固定端截面完全不能翘曲，因此中间各截面受到不同程度的约束，这就使约束扭转。
为了简化约束扭转计算，通常采用以下两个基本假定：刚性周边假定，即构件垂直于其轴线的截面投影形状在扭转变形前后不变。
板件中面的剪应变为0。
组成构件的各板件，当厚度t与宽度b之比小于或等于1/10，轮廓尺寸与构件的长度之比小于或等于1/10时，构件弯曲和扭转时的剪应变极其微小，对构件的影响可以忽略不计。
2 弯扭屈曲
梁的截面一般都作成窄而高的形式，对截面两主轴惯性矩相差很大。
如梁跨
度中部无侧向支承或侧向支承距离较大，在最大刚度主平面内承受横向荷载或弯
矩作用时，荷载达一定数值，梁截面可能产生侧向位移和扭转，导致丧失承载能力，这种现象叫做梁的侧向弯扭屈曲（简称侧扭屈曲）或称梁丧失了整体稳定，
此时的横向荷载或弯矩被称为临界荷载或临界弯矩。
应该着重注意的两种情况是：
在横向荷载作用于形心的情况下，其临界弯矩都比纯弯曲时高。
这是由于纯
弯曲时梁所有截面弯矩均达到最大值，而横向荷载作用情况只跨中达到最大；
横向荷载作用于上翼缘比作用于下翼缘的临界弯矩低。
这是由于梁一旦扭转，作用于上翼缘的荷载对剪心产生不利的附加扭矩，使梁扭转加剧，助长屈曲；而
荷载在下翼缘产生的附加扭矩会减缓梁的扭转。
扭转屈曲临界力求解的步骤是：按梁达到临界状态发生微小扭转变形的情况
建立平衡方程；求出其通解；由边界条件求出特解；在轴心压杆扭转屈曲的计算中，可采用扭转屈曲临界力与欧拉临界力相等得到换算长细比λz，然后与长细比
λx、λy比较得出杆件是否由扭转屈曲控制设计。
3 钢结构稳定问题分类
平衡状态具有稳定的和不稳定的两种不同的性质。
当结构处于不稳定平衡状
态时，给结构施加一个来自外部的细小扰动，就会使结构或组成结构的构件突然
产生巨大变形，从而导致结构丧失其稳定承载能力，且将这个外部干扰撤去后，
结构也不会回复恢复以前的平衡状态，这种现象就叫失稳。
失稳即表示在不施加
附加荷载的情况下，结构的变形突然很大，结构抵抗变形的能力（即刚度）在此
时消失了。
从本质上来看，构件和结构是由弹性材料制作的，本身具有刚度；外
加荷载具有负的刚度，才能抵消由材料弹性提供的正的刚度，导致结构和构件的
失稳。
因为钢结构失稳的现象具有多样性，为了正确分析出结构的稳定承载力，
就必须正确区分钢结构不同的失稳类型，明确各种失稳类型的性质。
就其性质而言，可以分为三类：分枝屈曲，极值型失稳和跃越失稳。
其中，跃越失稳一般发
生在双边铰接的扁拱结构中和受到横向均布压力的球面扁壳结构中，因此，本文
仅简单介绍压杆整体失稳可能出现的分枝屈曲和极值型失稳。
3.1 分枝屈曲
一个没有任何几何缺陷和物理缺陷的完善型结构，例如一个理想的轴心受压
杆件，在轴力作用下，当外部荷载 P 达到了它的荷载极限限值 Pcr时，构件会突
然产生弯曲变形，它平衡时的状态由原来受到轴向压力作用时的直线形式，变成
现在的发生弯曲变形后的曲线平衡状态。
这种平衡状态发生突变的现象称为屈曲。
在数学上平衡微分方程有多个解，在图形上，荷载—挠度曲线可以看出，在A 点
时的平衡途径有直线 AC 和水平线 AB。
因为在同一荷载点 A 荷载—挠度曲线呈现
分枝，此类失稳又名平衡分屈曲枝。
比较传统的结构稳定理论分析中把分枝屈曲
叫做第一类稳定问题。
3.2 极值型失稳
的荷载-挠度曲线，在 OAB段，构件处在稳定平衡状态，轴力和挠度的关
系成正比，即轴力增加，其挠度也变大。
随着外部荷载的逐渐增大，构件的挠度
变化也逐渐加快。
接下来，随着截面塑性的不断发展，外部荷载最终的 B 点达到
其荷载极值 Pu。
BC 段曲线时，为了让内部应力和外部荷载保持平衡状态，必须
逐步降低外部荷载。
可以知道，极值型失稳和分枝屈曲是完全不同的失稳形式。
极值型失稳不是一个突然发生的过程，而是在外部荷载作用下，挠度一点点增加
的缓慢变化形式。
同时，极值型失稳失稳后的稳定极限承载力并不像分枝屈曲中失稳后依然能够加以利用。
比较传统的结构稳定理论分析中把极值型失稳叫做第二类稳定问题。
4 结束语
综上所述，即使钢结构在建筑施工中的应用带给建筑行业较高的效益，但是在对其的利用中仍然存在着诸多的不足之处，需要建筑人员格外的注意。
本文根据钢材料以及钢结构本身存在的缺陷进行深入性的分析，进而提出了强化钢结构稳定性的设计方案。
在对钢结构进一步优化的整体过程中，要以安全性为首要原则，进而发挥钢结构的作用。
参考文献
［1］雷良龙. 建筑钢结构设计中稳定性的设计方法[J].建材与装饰,2016.
［2］洪军. 关于建筑钢结构设计的探讨分析[J].建筑工程技术与设计，2015. ［3］戴葆青. 材料力学[M].北京航空航天大学出版社，2010.
［4］戴国欣. 钢结构（第4版）[M].武汉理工大学出版社，2012.。
