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第二章如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的σε-关系式。
图2-34 σε-图（a ）理想弹性－塑性 （b ）理想弹性强化解：（1）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化）（2）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：'()tan '()tan yyy y f f f E f E σεαεα=+-=+-如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？ 2235/y f N mm = 2270/c N mm σ= 0.025F ε= 522.0610/E N mm =⨯2'1000/E N mm =图2-35 理想化的σε-图解：（1）A 点：卸载前应变：52350.001142.0610yf E ε===⨯卸载后残余应变：0c ε= 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（2）B 点：卸载前应变：0.025F εε== 卸载后残余应变：0.02386y c f E εε=-= 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（3）C 点：卸载前应变：0.0250.0350.06'c y F f E σεε-=-=+= 卸载后残余应变：0.05869c c E σεε=-= 可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-=试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。
答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；若加载－卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）。
高等钢结构理论-4高等结钢构理论(结钢硕构――士程课)济同大建学筑工系程1.钢构基本性能结特点及1.钢1生材对产材性影的响 .21钢加材工(施)工对件构能性的响1.3影外作界用对结钢性构的影能响2 .结钢构几个的特问殊题目录.12残余应力及其影2.2响钢构结稳定问的题2 3.结钢的构裂问断2题.4结构钢疲劳问题的第一3讲.钢结构本构件3基. 1拉杆3.轴2压心3.3杆受弯件构3.4弯构件压.4钢架框理论41 .失稳式形4 2.析分法方4 3.实际应用第二讲第三讲5.结构钢连接的5.焊1接.5螺2栓接连四第讲目录续)5.(混合3连接6 .钢结构构造设计7 .弯冷薄壁型结构的钢点8.特他其一些心关问题8的. 1塑性计设8 . 2抗钢结震8构3箱.形梁 .84受构件扭8.设计5中试的工作8.6验钢结构固设加计第讲五第六讲第七讲.5钢结构的连接.15接连形式：焊接铆、、普接通栓连螺接高、螺强连栓5.2接角缝焊连接角焊缝性的能：试验研究角缝焊的算计：计公式算有效厚和度度长理论究研缝群的计焊算5 3高强.螺栓接连抗螺栓连接剪：承受轴心剪力螺的连接：栓承受偏心剪的力栓连螺接：放孔和大加长孔剪拉合破联坏.5钢结构连的接(续).5高3螺栓连强(接)续抗螺拉栓接连高螺栓连强抗接拉能：性连接柔性的影板响螺栓和：板时计同的方算法：兼剪力承拉力和的栓连螺接承受重荷复的载栓螺连接抗剪接连：抗拉接连：54混合连.接6.钢结的构构造设计构设造计意义的处结构理的细部解：构件或决零件间的衔之问接重要题：性造构处往形成应往集中或局部力应、力时有不易精确算(数计值分、试验析究)、研避局免破坏而部影响构结性的能发挥影、施工响造(、质价等量) 构件拼接：的等截面拉、压杆变面柱截梁端板接中连的板厚度梁、梁接连:简连接支续和半连连连接续梁、柱连接. 6钢构的构造结计(设)续柔连性接半刚连性接刚性连接：柱脚柱的脚成构脚的计算柱架节桁点节的点侧刚向度节点受板力分析相关范规造构节点上偏心的抵抗疲的劳构造抵抗性断裂的脆构造连接形式焊:接现代钢结最构主的连接方要式9适用广构造简、单、省料省工、自动可、效率化。
同济大学建筑工程系钢与轻型结构研究室2010年度年报本年报统计日期：2010.01.01~2010.12.312011年1月编印钢与轻型结构研究室2010年度报告（2011/02/22完稿）（1）人事变更1月：张梁结束在日本东京东京工业大学博士生短期访学返校。
3月：硕士生景翔斌(导师：童乐为)毕业，毕业论文题目：圆管混凝土K型间隙焊接节点应力集中系数研究，毕业去向：同济大学建筑设计研究院。
3月：硕士生刘淑娟(导师：童乐为)毕业，毕业去向：华润置地有限公司（沈阳）。
；硕士生燕东强(导师：童乐为)毕业，毕业去向：北京建筑设计研究院。
3月：硕士生贾良玖（导师：陈以一）通过硕士学位论文答辩，毕业后到日本东京大学攻读博士学位。
硕士生孙伟（导师：陈以一）通过硕士学位论文答辩，毕业后到上海机电设计研究院工作。
3月：博士生孟宪德（导师：陈以一）通过博士学位论文答辩，毕业后到AECOM中国区工作。
3月：08级硕士生王拓转为提前攻读博士学位，导师陈以一。
7月：博士生王磊（导师：陈以一）通过博士学位论文答辩，毕业后到福建工作。
9月，硕士生徐祥斌（导师：赵宪忠）通过硕士学位论文答辩，毕业后到天津经济技术开发区建设发展局工作。
9月：博士生田亚峰(导师：赵宪忠)入学。
9月：博士生李志强、邵铁峰、直博生柯珂（导师：陈以一）入学。
9月：硕士生汪婉宁（中法联培）、程晓波、闫南南（导师：陈以一）入学。
9月：硕士生陆维艳、陈福、吴思宇、乐永剑(导师：赵宪忠)入学。
9月：硕士生严鹏、张琰琰(导师：王伟)入学。
9月：赵宪忠担任土木工程学院副院长。
9月：谢恩赴葡萄牙Minho大学访学，受欧盟Erasus Mundus计划资助至2011-07-31。
9月：博士生刘博（直博）、黄学伟（导师童乐为）入学9月：硕士生孙波、何荣、彭怀林、赵俊（中法）、吴先芝（专业学位）（导师童乐为）入学11月：博士生廖芳芳结束在美国UC-Davis的一年联合培养返回学校。
断裂与疲劳(专升本)阶段性作业1总分：100分得分：0分一、判断题1. 断裂力学的研究对象是含裂纹体。
(6分)正确错误正确的答案是：正确解题思路：2. 脆性材料不发生或很小塑性变形，没有屈服极限，在经历很小的变形情况下就会发生断裂。
(6分)正确错误正确的答案是：正确解题思路：3. 第二强度理论代表最大切应力理论。
(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：4. 穿晶断裂是韧性的，而不可以是脆性的。
(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：5. 约束力是一种主动力。
(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：6. 低应力脆断多与结构件中存在宏观缺陷(主要是裂纹)有关，且与材料的韧性有关。
(6分)正确错误正确的答案是：正确解题思路：7. 材料的理论断裂强度与实际断裂强度相差很大。
(6分)正确错误正确的答案是：正确解题思路：8. 使构件发生变形的外部物体作用统称为外力，它只表示构件承受的载荷。
(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：9. 根据材料断裂的载荷性质，断裂力学分为静态断裂力学和动态断裂力学，断裂动力学是断裂静力学的基础。
(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：10. 材料的断裂是一个很复杂的过程，是材料性质、载荷类型、复役环境、构件尺寸等多种因素共同作用的结果，并且可能造成灾难性事故，因此断裂控制是无规律可循的。
(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：二、填空题1. 载荷按性质分类有拉伸载荷、压缩载荷和___(1)___ 载荷。
(5分)(1). 正确的答案是: 剪切2. 由于作用循环载荷而性能变劣造成的断裂称为___(2)___ 。
(5分)(1). 正确的答案是: 疲劳断裂3. 材料（或构件）断裂前有明显的塑性变形，即断裂应变较大的断裂方式为___(3)___ 。
(5分)(1). 正确的答案是: 韧性断裂三、单选题1. 断裂化学则是研究各种对材料断裂过程的作用及影响的一门学科。
第二章如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的σε-关系式。
图2-34 σε-图（a ）理想弹性－塑性 （b ）理想弹性强化解：（1）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化）（2）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：'()tan '()tan yyy y f f f E f E σεαεα=+-=+-如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？ 2235/y f N mm = 2270/c N mm σ= 0.025F ε= 522.0610/E N mm =⨯2'1000/E N mm =图2-35 理想化的σε-图解：（1）A 点：卸载前应变：52350.001142.0610yf E ε===⨯卸载后残余应变：0c ε= 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（2）B 点：卸载前应变：0.025F εε== 卸载后残余应变：0.02386y c f E εε=-= 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（3）C 点：卸载前应变：0.0250.0350.06'c y F f E σεε-=-=+= 卸载后残余应变：0.05869c c E σεε=-= 可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-=试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。
答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；若加载－卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）。
同济大学研究生课程考核试卷2015－2016 学年第一学期课号：2020388 课名：高等钢结构与组合理论考试考查：考试此卷选为：期中考试( )、期终考试(√)、重考( )试卷、开卷（）、闭卷（√）年级专业学号姓名命题教师：郭小农、童乐为、邓长根、孙飞飞、张其林、陈以一、蒋首超、陈世鸣考试说明：（1）本课程为闭卷考试，学生不得将教材、笔记以及作业本等与考试有关的书籍、资料带入考场。
（2）考卷装订成册，学生不得自行拆开。
试题一（钢材性能与结构体系部分，共6分）1.（3分）某简支钢梁，两端承受端弯矩，长度为6m，截面为工字形，截面高度400mm，已知钢材的弹性模量为E=200GPa，屈服强度为235MPa，屈服平台的最大流幅2.0%。
若假定钢梁在整个加载过程中一直满足平截面假定；试分别计算：（1）钢材边缘纤维刚刚屈服时，钢梁的跨中挠度；（1分）（2）边缘纤维应变达2.0%时，钢梁的跨中挠度；（1分）（3）说明屈服平台段长度对于结构承载性能的重要性。
（1分）⏹答案答：1）根据已知条件，εy=f y/E=235/2.0×105=0.1175%由材料力学可知，简支纯弯钢梁的变形曲线为圆弧；截面曲率为：ψ=2εy/0.4=2*0.1175%/0.4=0.005875 m-1因此曲率半径为：R=1/ψ=170.213m跨中挠度为：δ=R-(R2-32)0.5=1/ψ=170.213-170.186=0.027m=27mm2）根据已知条件，ε=2%截面曲率为：ψ=2ε/0.4=2*2%/0.4=0.1 m-1因此曲率半径为：R=1/ψ=10m跨中挠度为：δ=R-(R2-32)0.5=1/ψ=10-9.5394=0.4606m=460.6mm3）屈服平台段使得结构具有良好的塑性和变形能力。
2.（3分）如何理解结构形态对结构受力性能的影响？举例说明结构体系与结构形态的关系。
⏹答案（其他回答若理论上正确也可给分）（a）在相同的荷载条件下，不同的结构形态将导致不同的结构内力（弯矩或轴力），从而影响结构的受力性能。
同济大学建筑工程系研究生课程《高等钢结构原理》断裂与疲劳部分学生作业2015. 9.一、作业要求1．每位学生自选4道概念论述题和1道计算题。
2．应仔细审题，答题清楚到位。
鼓励有全面深入的高质量论述。
3．相互抄袭很容易识别，均按无作业成绩处理。
请独立思考答题。
4．概念论述题照抄授课教师讲稿，作业成绩最高只能得60分。
5．书面答题，统一做在A4纸上，打印和手写均可，封面写上系（所）别、学号和姓名、硕士生或博士生。
校外旁听生写上单位名称。
6．作业可集中给班长统一提交到土木大楼A711室，截至时间2015年11月20日7．本课程考核方式为期末考试和平时作业考核相结合，最终成绩为40%期末考试与60%平时作业成绩之和。
二、参考书目（1）[英]T.R. 格尔内，焊接结构的疲劳，机械工业出版社，1988。
（2）焦馥杰，焊接结构分析基础，上海科学技术出版社，1991。
（3）[德]D. 拉达伊，焊接结构疲劳强度，机械工业出版社，1994。
（4）霍立兴，焊接结构工程强度，机械工业出版社，1995。
（5）陈绍蕃，钢结构设计原理，科学出版社，2000。
（6）[荷]J.Wardenier, 钢管截面的结构应用，同济大学出版社，2004。
（7）N.E. Dowling, Mechanical Behavior of Materials, Pearson Prentice Hall, 2007（8）国家标准，钢结构设计规范GB50017－2003（9）Eurocode 3 : Design of steel structures – Part 1-9 : Fatigue,EN 1993-1-9, 2005.三、概念论述题1．焊接钢结构的缺点及其原因2．焊接结构可能出现哪些类似裂纹的缺陷3．影响焊接钢结构脆性断裂的主要因素及其效应4．线弹性断裂力学的研究对象和应用范围5．裂纹类型和裂纹尖端附近的应力场特点6．应力强度因子的一般表达式和用途7．应力强度因子与应力集中系数的区别8．应变时效的要义9．高强度钢材在动力荷载、低温条件下应用需要特别关注什么问题10．防止焊接钢结构脆性断裂的基本措施11．焊接与非焊接钢结构在疲劳性能上的异同点12．为什么焊接结构疲劳性能比非焊接结构差13．焊接结构疲劳裂纹出现的位置和扩展有什么特点14．钢结构疲劳寿命离散性具有怎样的特点15．解释应力幅是评价焊接钢结构疲劳强度的一个指标16．采用高强度钢材是否有助于改善焊接钢结构疲劳性能17．无限寿命、安全使用寿命、破损－安全等疲劳设计思想的基本要义18．基于构造分类的疲劳设计方法的特点19．何谓热点应力20．基于热点应力的疲劳设计方法的特点21．断裂力学在焊接钢结构疲劳分析中有何用武之地22．如何运用断裂力学裂纹扩展原理来预测焊接钢结构的疲劳寿命23．如何运用结构损伤原理来评估变幅疲劳问题24．可采取哪些措施来改善焊接钢结构疲劳性能四、计算题1.有一宽度很大的平钢板，中心有一长度为2a的初始裂纹，a=10mm，两侧受到均匀拉应力，钢材为高强度钢，屈服强度f y =550MPa，断裂韧性K IC =3000 MPa·mm1/2。
同济大学钢结构基本原理课后习题答案完全版(总38页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第二章如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的σε-关系式。
tgα'=E'f y 0f y 0tgα=E 图2-34 σε-图（a ）理想弹性－塑性（b ）理想弹性强化解：（1）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化） （2）弹性阶段：tan E σεαε==⋅ 非弹性阶段：'()tan '()tan y y y y f f f E f Eσεαεα=+-=+-如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少2235/y f N mm = 2270/c N mm σ= 0.025F ε= 522.0610/E N mm =⨯2'1000/E N mm =σf yσF图2-35 理想化的σε-图解：（1）A 点： 卸载前应变：52350.001142.0610y f E ε===⨯卸载后残余应变：0c ε=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（2）B 点： 卸载前应变：0.025F εε== 卸载后残余应变：0.02386y c f Eεε=-=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（3）C 点： 卸载前应变：0.0250.0350.06'c yF f E σεε-=-=+=卸载后残余应变：0.05869cc Eσεε=-=可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-=试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。
答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；若加载－卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）。
同济大学建筑工程系钢与轻型结构研究室2009年度年报本年报统计日期：2009.01.01~2009.12.312010年1月编印钢与轻型结构研究室2009年度报告（2010/01/15完稿）（1）人事变更3月：硕士研究生程欣（导师陈以一）经提前攻博方式转为博士研究生（导师陈以一）、硕士研究生闫伸（导师赵宪忠）经提前攻博方式转为博士研究生（导师赵宪忠）。
3月：研究生汪文辉（导师陈以一）通过硕士学位论文答辩。
毕业后到上海机电设计研究院工作。
3月：硕士研究生史炜洲和刘永强（导师童乐为）通过学位论文答辩，毕业后分别到上海建筑设计研究院和广州市设计院工作。
5月：硕士研究生周丽瑛（导师童乐为）因2008年赴英国一公司实习一年，推迟一年于2009年5月通过学位论文答辩，毕业后到新加坡城市道路建设管理局工作。
5月：研究生董柏平、石运东（导师陈以一）通过硕士学位论文答辩。
毕业后董柏平到美国Leigh University攻读博士学位，石运东到日本京都大学攻读博士学位。
5月：研究生邰慧（导师赵宪忠）通过硕士学位论文答辩。
毕业后到华东建筑设计研究院有限公司工作。
6月：博士生研究生孙建东、王新毅、顾敏（导师童乐为）通过学位论文答辩，毕业后分别到山东省建筑科学研究院、南昌工程学院土木系、同济大学建筑工程系工作。
7月：童乐为教授、赵宪忠副教授分别担任新一届建筑工程系主任和副主任。
7月：日本熊本大学工学博士隋伟宁进入同济大学土木工程博士后流动站，联系导师陈以一。
9月：硕士研究生潘伶俐、吴旗、刘浩晋（导师陈以一）入学。
9月：硕士研究生楼瑜杰、陈颖智、周青、Oluo（尼日利亚）（导师童乐为），博士研究生刘洋、潘春宇（导师童乐为）入学。
9月：硕士研究生王彬、李明、秦如、Chisanga Kaluba（导师赵宪忠）入学。
9月：博士研究生鞠晓臣（2008年9月入学）因获得国家留学基金资助而退学，赴日本名古屋大学攻读博士学位。
10月：硕士研究生李永振（导师赵宪忠）通过硕士学位论文答辩。
5.1 影响轴心受压稳定极限承载力的初始缺陷有哪些?在钢结构设计中应如何考虑?5.2 某车间工作平台柱高2.6m,轴心受压,两端铰接.材料用I16,Q235钢,钢材的强度设计值2215/d f N mm =.求轴心受压稳定系数ϕ及其稳定临界荷载. 如改用Q345钢2310/d f N mm =,则各为多少? 解答:查P335附表3-6,知I16截面特性,26.57, 1.89,26.11x y i cm i cm A cm === 柱子两端较接,1.0x y μμ==故柱子长细比为 1.0260039.665.7x x xli μλ⨯=== ,2600 1.0137.618.9y y y l i μλ⨯=== 因为x y λλ<,故对于Q235钢相对长细比为137.61.48λπ==钢柱轧制, /0.8b h ≤.对y 轴查P106表5-4(a)知为不b 类截面。
故由式5-34b 得()223212ϕααλλλ⎡=++⎢⎣()2210.9650.300 1.48 1.482 1.48⎡=+⨯+⎢⎣⨯ 0.354=(或计算137.6λ=,再由附表4-4查得0.354ϕ=)故得到稳定临界荷载为20.35426.1110215198.7crd d N Af kN ϕ==⨯⨯⨯= 当改用Q365钢时,同理可求得 1.792λ=。
由式5-34b 计算得0.257ϕ=(或由166.7λ=,查表得0.257ϕ=)故稳定临界荷载为20.25726.1110310208.0crd d N Af kN ϕ==⨯⨯⨯=5.3 图5-25所示为一轴心受压构件,两端铰接,截面形式为十字形.设在弹塑性范围内/E G 值保持常数,问在什么条件下,扭转屈曲临界力低于弯曲屈曲临界力,钢材为Q235.5.4 截面由钢板组成的轴心受压构件,其局部稳定计算公式是按什么准则进行推导得出的.5.5 两端铰接的轴心受压柱,高10m,截面为三块钢板焊接而成,翼缘为剪切边,材料为Q235,强度设计值2205/d f N mm =,承受轴心压力设计值3000kN (包括自重).如采用图5-26所示的两种截面,计算两种情况下柱是否安全.图5-26 题5.5解答:截面特性计算: 对a)截面:32394112(5002020500260)8500 1.436101212x I mm =⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=⨯ 3384112205005008 4.167101212y I mm =⨯⨯⨯+⨯⨯=⨯ 2250020500824000A mm =⨯⨯+⨯=244.6x i mm ==131.8y i mm ==对b)截面:32384112(4002540025212.5)104009.575101212x I mm =⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=⨯ 33841122540040010 2.667101212y I mm =⨯⨯⨯+⨯⨯=⨯ 24002524001024000A mm =⨯⨯+⨯=199.7x i mm ==105.4y i mm==整体稳定系数的计算:钢柱两端铰接,计算长度10000ox oy l l mm == 对a)截面: 1000040.88244.6ox x x l i λ=== 1000075.87131.8ox y y l i λ=== 对b)截面: 1000050.08199.7kx x x l i λ=== 1000094.88105.4ox y y l i λ=== 根据题意,查P106表5-4(a),知钢柱对x 轴为b 类截面,对y 轴为c 类截面.对a)截面:对x 轴:40.880.440x λπ===()223212x x x x ϕααλλλ⎡=++⎢⎣()2210.9650.30.440.4420.44⎡=⨯+⨯+⎢⨯⎣0.895=(或计算40.88λ=,再由附表4-4查得0.896x ϕ )对y 轴:25.870.816y λπ==()223212y y y y ϕααλλλ⎡=++⎢⎣()2210.9060.5950.8160.81620.816⎡=⨯+⨯+⎢⨯⎣0.604=(或计算75.87λ=,再由附表4-5查得0.604y ϕ )故取该柱的整体稳定系数为0.604ϕ=对b)截面,同理可求得0.852x ϕ=,0.489y ϕ=,故取该柱截面整体稳定系数为0.489ϕ= 整体稳定验算:对a)截面 0.604240002052971.68 3000 crd d N Af kN kN ϕ==⨯⨯=<不满足。
高等钢结构作业系所：专业：学号：姓名：指导教师：二零一四年十一月十一日1、焊接结构可能出现哪些类似裂纹的缺陷？答：焊接结构可能出现的类似裂纹的缺陷有：焊接裂纹、气孔、错边和错口、咬边、未焊透、焊瘤。
1）焊接裂纹裂纹是焊接结构中危害比较严重的缺陷。
她减少焊缝断面面积的同时引起应力集中，使得裂纹扩大，造成接头破坏。
它可能发生在焊缝金属中，也可能发生在母材中，可能垂直于焊缝，也可能平行于焊缝。
常见的有焊缝金属内部凝固裂纹和热影响区中的氢裂纹，前者主要取决于凝固速率，后者主要为硬显微组织和材料内氢气逸散情况决定，二者均可通过预热加以控制。
根据裂纹受力状况不同，裂纹可分为张开型、滑开型和撕开型。
张开型是受垂直于裂纹面的拉应力作用所致；滑开型是受平行于裂纹面、同时垂直于裂纹前缘的剪应力所致；撕开型是受平行于裂纹面、同时平行于裂纹前缘的剪应力所致。
裂纹形态如图1所示。
张开型滑开型撕开型图1根据裂纹发展方向，裂纹可以分为纵向裂纹和横向裂纹。
纵向裂纹在焊缝熔池的凹口内是最常见。
横向裂纹一般常见于合金钢焊接时，低碳钢在冷却过快或冷却不均匀时也可能产生横向裂纹。
裂纹形态如图2所示。
2）气孔气孔（如图3）指的是焊缝金属凝固时，金属内气体由于被截留而引起的孔穴。
通常呈球状，尺寸差别很大，很可能散及整个焊缝，也可能局部成串出现。
母材或电焊条中的高含硫量、焊条药皮中过量的水分和不稳定的保护气层都可能产生密集气孔。
气孔降低焊缝的强度的同时可能使接头处产生渗漏。
在焊缝检查时发现有均匀的、成群的链形成气孔必须将这一段焊缝铲去，重新补焊，对单个气孔需根据所在位置的重要性决定是否处理。
3）错边和错口错边（如图4）指的是焊接后两个焊件未在同一平面内，一个高，一个低。
若焊件是板材，则称错边，若焊件是管材，则称错口。
焊件检验中根据不同情况，对错边和错口量有所要求。
4）咬边咬边（如图5）是指焊趾、焊缝根部或焊道间的沟槽状缺陷。
主要是因为焊接时电流、电压过高或焊缝空间位置不合适，造成融化金属分布不均匀。
Fe-SMA材料补强钢结构疲劳性能综述
吴水根;余倩倩
【期刊名称】《结构工程师》
【年(卷),期】2022(38)5
【摘要】钢结构基础设施在服役过程中,受到荷载和环境介质的共同作用,往往产生裂纹、锈蚀等损伤。
铁基形状记忆合金(Fe-SMA)材料性能优良,价格相对低廉,可基于形状记忆效应,便捷地施加预应力,对疲劳损伤钢结构进行加固补强。
本文对Fe-SMA材料补强钢结构疲劳性能已有相关研究工作进行综述,包括Fe-SMA材料恢复应力、Fe-SMA加固钢结构疲劳性能、环境温度和疲劳荷载对钢结构补强体系的影响,并和NiTinol-FRP复合材料补强钢结构疲劳性能进行了对比。
【总页数】9页(P182-190)
【作者】吴水根;余倩倩
【作者单位】同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司;同济大学建筑工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TU3
【相关文献】
1.FRP补强疲劳损伤钢结构裂纹扩展研究
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5.复合材料补强钢板的疲劳性能研究现状
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同济大学建筑工程系研究生课程
《高等钢结构与组合结构原理》断裂与疲劳部分
任课教师：童乐为（2班）
一、概念论述题：
1.焊接钢结构的缺点及其原因
答：
1)焊接钢结构，如焊接方法不正确，焊接过程易产生热裂纹、冷裂纹、层
状撕裂、未熔合及未焊透、气孔和夹渣六种缺陷。
缺陷将成为焊接钢结
构断裂的起源；
2)焊接对钢构件局部加热后冷却，不均匀的温度使焊接钢结构内部存在残
余应力和残余变形（焊缝处钢材受拉，远离焊缝处受压），和其他因素结
合在一起，可能导致开裂，使构件部分截面提前进入塑性，降低受压构
件的稳定临界承载力；
3)焊接钢结构连接具有较大刚性。
当出现三条相互垂直的焊缝时，材料的
塑性变形很难发展，钢材三向受拉，容易发生脆断；
4)焊接使结构形成连续的整体，焊接钢结构易开裂，且一旦裂缝开展，可
能一断到底（止裂性能差），不像栓接和铆接能在接缝处裂缝终止；
5)焊接钢结构容易产生热影响区，是焊接连接的薄弱部位，当输入的热量
不大冷却速率很快时，出现钢材强度提高、塑性韧性降低的脆硬现象；
6)由于高强度钢材对缺陷敏感，用高强钢材做结构，构建中存储的应变能
高，断裂的危险性更大。
7)工地焊接，焊接质量难于保证，离散性大，且耽误工期。
从发展预制装
配建筑角度讲，钢结构适合工厂焊接，现场栓接。
2.裂纹类型和裂纹尖端附近的应力场特点
答：
断裂力学将裂纹分为三种基本类型，即张开型裂纹（I型）；滑开型裂纹（II 型）；撕开型裂纹（III型）
1)张开型（最常见，最危险）：拉力与裂纹平面垂直，如图1（a）；
2)滑开型：受平行于裂纹面、同时垂直于裂纹前缘的剪应力作用，使裂纹
上下二面产生相对滑移，如图1（b）;
3)撕开型：受平行于裂纹面、同时平行于裂纹前缘的剪应力作用，使裂纹
上下二面错开，如图1（c）；
（a ）张开型
（b ）滑开型
（c ）撕开型
图 1 裂纹类型
裂纹尖端附近的应力场特点：
图 2 裂纹尖端地区应力场坐标系
（1） 对于张开型裂缝（I 型）
根据弹性理论平面问题求解，裂纹尖端附近各点(),A r θ=，r a <<的应力分量为：
图 3 裂纹尖端附近应力场
331sin sin 1sin sin
222222x θθθθθθσ⎛⎫⎛⎫
=−⋅=−⋅ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
331sin sin 1sin sin
222222y θθθθθθσ⎛⎫⎛⎫
=+⋅=+⋅ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
33cos cos cos cos
222222xy θθθθθθ
τ=⋅⋅⋅⋅
I K =0xz yz ττ==
张量表示为： 应力张量：()(I,II,III)
ij ij f t σθ=；
位移张量：()i i u K θ=；
结合以上三种裂纹尖端应力公式可知，裂纹尖端附近的应力场特点为：
1) 应力分量与r 的平方根成反比，当r 趋近于0时，尖端应力趋于无限大，
裂纹尖端应力场出现奇异性。
2) 应力分量有共同因子I K 。
应力分量完全决定I K （与坐标r ，θ无关），I
K 是在名义应力作用下，裂纹体处于弹性平衡状态时，裂纹尖端应力场的
强弱，是应力场强度因子。
3) 以上推导为裂纹尖端附近应力场的近似表达式，越接近裂纹尖端，精度
越高。
3. 防止焊接钢结构脆性断裂的基本措施
防止焊接钢结构脆性断裂，需要从选材、结构设计、生产工艺和产品质量控制等几个方面：
（1） 采用合理的结构设计
1) 全面了解焊接结构的工作条件：气温、工作荷载是否变动、有无冲击荷
载等；
2) 尽量减少结构和接头的应力集中：①变截面地方，结构设计成平缓过渡，
避免突变和尖角。
②选用应力集中系数小的对接接头，避免应力集中系数大的盖板接头，角焊缝尽可能改用对接焊缝。
③不同厚度构件对接采用圆滑过渡形式。
④充分考虑可焊性，焊缝布置在便于施焊和检验的部位。
⑤避免焊缝密集，防止焊接部位材性变坏和复杂的残余应力场，尤其是立体相交；
图 4 尖角过度和平滑过度接头
图 5 封头设计合理与不合理接头
图 6 不同板厚的接头设计方案
图 7 不易施焊的焊缝部位举例
3) 尽量减少结构的刚度：对大型焊接结构，在满足结构的使用条件下，尽
量减少结构刚度，降低应力集中和附加应力的影响；
4) 不采用过厚的板材，在满足工作应力条件下，尽量采用薄板。
采用多层
板能减小结构刚度，降低钢板的转变温度，防止结构脆性破坏；
图 8 单层翼缘板和多层翼缘板
5) 重视结构中附加件的连接形式和不受力焊缝的设计，不在受力构件上加
焊附加件；
图 9 附加原件的安装方案
6) 合理的焊接工艺，焊接后的热处理，消除焊接残余应力的影响； 7) 结构设计为超静定，多路径传递荷载。
（2） 选择合适的钢材
1)在结构的工作条件下，焊缝、热影响区和焊缝部位具有足够的抗开裂性
能，母材具有一定的止裂性能；
2)选材不宜单独追求强度指标，忽视其他性能；
3)选择含硫、磷等有害元素含量低的钢材；
（3）精心制造，严格执行制造工艺和质量要求，保证制造质量
1)严格执行制造工艺的一切规定，按规定的工艺参数施工；
2)禁止使用过大的焊接线能量；
3)禁止在结构主体上任意点焊附件和引弧。
和微裂纹的产生以及物理性能退化），称为疲劳损伤。
疲劳累计损伤理论和计算模型主要有线性疲劳累积损伤理论、双线性疲劳累积损伤理论、非线性疲劳累积损伤理论、基于热力学的疲劳累积损伤理论和概率疲劳累积损伤理论。
对于变幅疲劳问题，线性累计损伤准则（Miner规则）最常用。
Miner规则假定任意给定的应力水平下，每一次循环均产生损伤。
后一次累积损伤与荷载历程无关。
加载顺序的变化不影响疲劳寿命。
根据Miner 规则，变幅疲劳中各应力幅造成的损伤可用i
i
n N 表示，且可以线性叠加，即：
=1i
i
n D N =∑
式中：
D ——损伤度；
行通过吊车梁平均100次，作用在吊车梁上的轮压平均值P=200kN （标准值），可变荷载分项系数1.4。
吊车梁钢材料Q235B ，截面惯性矩I x =4134×105 mm 4。
吊车梁H 型钢纵向角焊缝构造细节的疲劳强度(容许应力幅∆σ)－寿命(N)的计算公式为：[∆σ]3N =3.26×1012。
试问：该吊车梁预期具有多少年Y 的疲劳寿命（一年按360天计）。
解：根据《钢结构设计标准》
3.1.3：疲劳设计采用容许应力法
3.1.6：计算疲劳时，应采用荷载标准值。
4
1 I x=4134×105mm4。
