钢结构设计原理 课后答案

1.钢结构对钢材性能有哪些要求？ 答：较高的强度，较好的变形能力，良好的工艺性能。

2.钢材的塑性破坏和脆性破坏有何区别？ 答：塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件 的应力达到了钢材的抗拉轻度 fu 后才发生。破坏前构件产生较大的塑性变形，断裂后的端 口呈纤维状， 色泽发暗。 在塑性破坏前， 构件发生较大的塑性变形， 且变形持续的时间较长， 容易及时被发现而采取补救措施，不致引起严重后果。另外，塑性变形后出现内力重分布， 使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高了结构的承载能力。 脆性破坏前 塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢才的屈服点 fy，断裂从应力集中 处开始。冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地。破坏 前没有任何预兆， 无法及时察觉和采取补救措施， 而且个别构件的断裂常会引起整体结构塌 毁，后果严重，损失较大。

3.刚才有哪几项主要性能，分别可用什么指标来衡量？ 答：屈服点 fy，抗拉强度 fy，伸长率δ，冷弯性能，冲击韧性

4.影响钢材性能的主要性能有哪些？ 答：化学成分的影响。冶炼、浇注、轧制过程及热处理的影响。钢材的硬化。温度的影响。 应力集中的影响。重复荷载作用的影响。

5.简述化学元素对钢材性能有哪些影响？ 答;碳直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。硫和磷降低钢材的塑性。韧性。可焊 性和疲劳强度。氧使钢热脆，氮使钢冷脆。硅和锰是脱氧剂，使钢材的强度提高。钒和钛是 提高钢的强度和抗腐蚀性又不显著降低钢的塑性。 铜能提高钢的强度和抗腐蚀性能， 但对可 焊性不利。

6.什么是冷作硬化和时效硬化？ 答：钢材受荷超过弹性范围以后，若重复地卸载加载，将使钢材弹性极限提高，塑性降低， 这种现象称为钢材的应变硬化或冷作硬化。 轧制钢材放置一段时间后，强度提高，塑性降 低，称为时效硬化。

钢结构复习题

一、 填空题

 结构有哪两种极限状态： 承载能力极限状态 ，正常使用极限状态

 工程结构必须具备哪些功能：安全性，使用性，耐久性，总称为结构的可靠性

 疲劳破坏的三个阶段：裂纹的形成，裂纹的缓慢扩展，迅速断裂

 钢材的选择： 结构的重要性，荷载的性质，连接方法，工作环境，钢材厚度

 焊缝连接形式： 对接 搭接 T形连接 角部连接

 焊缝残余应力： 纵向焊接残余应力，横向，厚度方向 。产生原因：焊接加热和冷却过程中不均匀收缩变形

 梁的刚度用梁在标准荷载作用下的挠度来衡量

 抗剪螺栓破坏形式：螺栓杆剪断，孔壁压坏，板被拉断，板端剪断，螺杆弯曲

 承受动力荷载作用的钢结构，应选用 塑性，冲击韧性好 的钢材。

 冷作硬化会改变钢材的性能，将使钢材的 屈服点 提高，塑性和韧性 降低。

 钢材五项机械性能指标是 屈服强度、抗拉强度、冷弯性、伸长率、冲击韧性。

 钢材中氧的含量过多，将使钢材出现 热脆 现象。

 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 。

 时效硬化(老化)会改变钢材的性能，将使钢材的 强度 提高， 塑性韧性 降低。

 钢材在250ºC度附近有 抗拉强度、硬度 提高 伸长率 降低现象，称之为蓝脆现象。

 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 。

 钢材牌号Q235－BF,其中235表示 屈服强度 ,B表示 质量等级B级 ,F表示 沸腾钢 。

 钢材的三脆是指 热脆 、 冷脆 、 蓝脆 。

 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 。

 钢材中含有C、P、N、S、O、Cu、Si、Mn、V等元素,其中 S P O N 为有害的杂质元素。

 衡量钢材塑性性能的主要指标是 伸长率 。

 结构的可靠指标β越大,其失效概率越 小 。

 承重结构的钢材应具有 屈服强度、 抗拉强度 、 伸长率 和 冷弯性 、 硫磷极限含量

第1 页 共 4 页 钢结构设计原理期中考试卷答案

一、填空题（本大题共12题，每题2分，总计24分）

1、《钢结构设计规范》GB50017-2003中规定，除疲劳计算外，采用以概率理论为基础的 极限状态设计方法 ；计算疲劳仍采用 容许应力幅法 。

2、承载能力 极限状态指结构或构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形。

3、结构的可靠度指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，用来衡量。与fP有一一对应关系，越大，fP 越小 。

4钢材在单向均匀受拉时工作性能表现为四个阶段： 弹性阶段 、弹塑性阶段

、塑性阶段以及应变硬化阶段。

5、 部分发展塑性 准则是指构件受力最大截面的部分受压区和受拉区进入塑性为强度极限，界面塑性发展深度根据具体情况确定。当工字形截面翼缘板自由外伸宽度1b与厚度t之比不大于yf23513 时，05.1x。

6.对工字形梁进行折算应力验算时，公式（σ2+σc2-σσc+3τ2）1/2≤β1f包含的应力有 正应力 、 剪应力 、 局部压应力 。

7、验算格构式轴心受压柱整体稳定性时，绕实轴的整体稳定计算与实腹柱相同，绕虚轴的整体稳定应采用 换算长细比 进行计算。肢件间的距离由 实轴和虚轴等稳定条件 来决定。

8、钢结构的承载能力分为三个层次：截面承载能力、构件承载能力和结构承载能力。

9、影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素是截面的纵向残余应力 、

构件初弯曲、荷载作用点的初偏心以及 构件端部约束条件等。

10、实腹式偏心受压构件的整体稳定性，包括弯矩 作用平面内 的稳定和弯矩作用平面外的稳定。

11、当工字型梁部分截面腹板的局部稳定性不满足要求时，最有效的措施是设置加劲肋。

12、对于板件的宽厚比，传统的热轧型钢和焊接构件是按 不允许板件的屈曲先于构件的整体屈曲 的思路进行设计的。

三、简答题：（本大题共4小题，总计26分）

4. 1解:

N = YGNGK+YQNQK =1.2X|X315 + 1.4X|X315 = 420^

焊缝质量为三级，用引弧板施焊。查表得E43焊条的//= 185/V/mm2,

Q235 钢的 / = 215/V/mm2。

N 420 X103 「北 t> ------ : ■ bf. = ---------- =1135mm 200x185 故取 f = 12mm o

4. 2解:

N = YGNGK+YQNQK =1.2XO.2A/A +1.4XO.8A/A =l36Nk 焊缝质量为二级，ftw=215N/mm2未用引弧板施焊 lw — 400 — 2x12 = 316mm

N = f；vlwt = i.36Nk

ftwlwt.

1.36 = 215X376X12 亍山册

1.36

4. 4解:

1）焊脚尺寸仰 hf、> 1 珀匚唤=l-5xV10 = 4.74mm

hf[ < 1.2/inin = 1.2x8 = 9.6mm

趾部尺寸! h/2 !-5At = 1.5x VlO = 4.74m/n

W V^/2 "nin - （1 〜2）= 8-（1 〜2） = 6 〜7mm

为方便备料,取hfi = hf2 = hf = 6mm ,满足上述要求。

2） 轴心力N的设计值

N = YC>NC.K^YQNQK =1.2X0」x 180 +1.4x 0.9x 180 = 248.4^

按角钢背与趾部侧面角焊缝内力分配系数可知:等边角钢内力分配系

数

勺=0.3 — = 0.7

b h

对角钢趾部取力矩平衡得：N\b = N®

N\=^N = 0.3N = 0.3x248.4 = 74.52RN 1 b

N2=N-N} =0.7^ =0.7X24&4 = 173.88RN

3） 焊缝长度。

当构件截面为一只角钢时，考虑角钢与节点板单面连接所引起的偏心 影响，厂应乘以折减系数0.85o