钢结构第2章(带答案)

第2章 钢结构材料

1 钢材代号Q235D的含义为 Q为屈服强度的汉语拼音字母，235为屈服强度数值、D为质量等级符号。

2 钢材的硬化，提高了钢材的 强度 ，降低了钢材的 塑性和韧性 。

3 当用公式≤[]计算常幅疲劳时，式中表示 工作应力幅，对焊接结构的焊接部位minmax，对于非焊接部位minmaxk。

4 钢材的两种破坏形式为 塑性破坏 和 脆性破坏 。

5 钢材的设计强度等于钢材的屈服强度fy除以 抗力分项系数γR 。

6 钢材在复杂应力状态下，由弹性转入塑性状态的条件是折算应力等于或大于钢材

单向拉伸的屈服极限。

7 按 脱氧方法 之不同，钢材有镇静钢和沸腾钢之分。

8 钢材的Cv值与温度有关，在-20ºC或在-40ºC所测得的Cv值称 低温冲击韧性 。

9 随着时间的增长，钢材强度提高，塑性和韧性下降的现象称为 时效硬化 。

10 通过标准试件的一次拉伸试验，可确定钢材的力学性能指标为：抗拉强度fu、

和 屈服极限fy和伸长率δ 。

11 钢材设计强度f与屈服点fy，之间的关系为 Ryff 。

12 韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中 吸收能量 的能力，亦即钢材抵抗 冲击

荷载的能力。

13 对于焊接结构，除应限制钢材中硫、磷的极限含量外，还应限制 C 的含量不超过规定值0.2%。

14 在疲劳设计时，经过统计分析，把各种构件和连接分为 8 类，相同应力循环次数下，类别越高，容许应力幅越 低 。

15 衡量钢材抵抗冲击荷载能力的指标称为 冲击韧性

。它的值越小，表明击断试件所耗的能量越 少 ，钢材的韧性越 差 。

16 钢中含硫量太多会引起钢材的 热 ；含磷量太多会引起钢材的 冷 。

17 钢材受三向同号拉应力作用时，即使三向应力绝对值很大，甚至大大超过屈服点，但两两应力差值不大时，材料不易进入 塑性 状态，发生的破坏为 脆性 破坏。

18 如果钢材具有 良好的塑性 性能，那么钢结构在一般情况下就不会因偶然或局部超载而发生突然断裂。

19 应力集中易导致钢材脆性破坏的原因在于应力集中处 塑性变形 受到约束。

20 随着温度下降，钢材的 脆性 倾向增加。

钢结构第4章作业参考答案

4.1 验算由2L63×5组成的水平放置的轴心拉杆的强度和长细比。轴心拉力的设计值为270KN，只承受静力作用，计算长度为3m。杆端有一排直径为20mm的孔眼（图4.37），钢材为Q235钢。如截面尺寸不够，应改用什么角钢？

注：计算时忽略连接偏心和杆件自重的影响。

解：查表2228.12,215cmAmmNf

有孔洞，

危险截面是孔洞所在的正截面

22102852021028.12mmAn

此截面能承受的最大轴力为：

KNNKNfANn27002.2212151028][

不满足要求

改用Q235，2L63×2，cmicmiyx98.2,93.1

22125852021058.14mmAn 2232156.214125810270mmNfmmNANfn实实际应力

长细比：

350][4.15593.1300xxil

350][7.10098.2300yyil

满足要求。

4.2 一块━400×20的钢板用两块拼接板━400×12进行拼接。螺栓孔径为22mm，排列如图4.38所示。钢板轴心受拉，N=1350KN（设计值）。钢材为Q235钢，解答下列问题：

（1）钢板1-1截面的强度够否？

（2）是否还需要验算2-2截面的强度？假定N力在13个螺栓中平均分配，2-2截面应如何验算？

（3）拼接板的强度够否？

解：查表得t=20钢板220205mmNf,t=12钢板220215mmNf

(1)在1-1截面， 20厚钢板266802022320400mmAn

220232051.2026680101350mmNfmmNANn

12厚拼接板2801612)223400(2mmAn

212232154.1688016101350mmNfmmNANn

所以，1-1截面强度满足设计要求。

（2）因2-2截面螺栓较1-1截面多，截面削弱较大，所以需要验算，方法同上。

20厚钢板2580020225400mmAn

2202320517958001310101350mmNfmmNANn

所以在2-2截面处亦满足要求

（3）验算拼接板的强度(靠近中心处的螺栓截面)

因，12厚拼接板2696012)225400(2mmAn

2122321597.1936960101350mmNfmmNANn

4.3 验算图4.39所示和摩擦型高强螺栓连接的钢板净截面强度。螺栓直径20mm，孔径22mm，钢材为Q235AF，承受轴心拉力N=600KN（设计值）。

解：查表得2215mmNf，且因螺栓对称布置

KNnnNN500)935.01(600)5.01(1'向正截面为危险截面最外列螺栓形心处的竖

因两块拼接板厚度之和大于受力板，所以只须验算受力板的强度

22243614)322240(,336014240mmAmmAn

验算净截面 223'2153.205243610500mmNfmmNANn

验算毛截面 2232156.178336010600mmNfmmNAN

所以，满足要求

4.4 一水平放置两端铰接的Q345钢做成的轴心受拉构件，长9m，截面为由2L90×8组成的肢尖向下的T形截面，问是否能承受设计值为870KN的轴心

解：查表得2L90×8的22310,09.4,76.2,88.27mmNfcmicmicmAyx，按一般建筑桁架杆件考虑，350][

（1）强度验算

222331005.3121088.2710870mmNfmmNAN略

（2）刚度验算

对x轴 350][32676.29000xxil

对y轴 350][22009.49000yyil

所以，对整体而言，刚度满足要求，强度略有不足，可选用2L90×10

4.5 某车间工作平台柱高，按两端铰接的轴心受压柱考虑。如果柱采用I16（16号热轧工字钢），试经计算解答：

（1）钢材采用Q235钢时，设计承载力为多少？

（2）改用Q345钢时，设计承载力是否显著提高？

（3）如果轴心压力为330KN（设计值），I16能否满足要求？如果不满足，从构造上采取什么措施就能满足要求？

解：查表得I16工字钢的150][,89.1,57.6,1.262cmicmicmAyx

（1）当采用Q235钢时，2215mmNf

150][6.3957.6260xxil

150][6.13789.1260yyil 对轧制工字钢，若对x轴失稳属于a类截面，对y轴失稳属于b类，

因 6.39235yxf， 6.137235yyf

分别查表得：

943.0cx，355.0cy

所以最大承载力为：

22215101.26355.0mmNfNANcy

解得，KNN2.199

（2）若改为Q345，则2310mmNf

因 482353456.39235yxf， 7.1662353456.137235yyf

查表得， 921.0cx，257.0cy

所以最大承载力

KNAfNcy9.207101.26257.03102

和Q235钢的KNN2.199相比提高不多。

（3）当N=330KN，时

用Q235钢时 22232152.356101.26355.010330mmNfmmNANcy

用Q345钢时 2223310492101.26257.010330mmNfmmNANcy

所以均不满足要求，可以在中间加剪刀撑，使计算长度mllo3.12

此时：

150][8.1957.6130xxil 150][8.6889.1130yyil

对Q235钢而言： 8.19235yxf， 8.68235yyf

查表得， 981.0cx，758.0cy

对Q345钢而言： 242353458.19235yxf， 4.832353458.68235yyf

查表得， 974.0cx，665.0cy

所以，用Q235钢时 22232158.166101.26758.010330mmNfmmNANcy

用Q345钢时 22233101.190101.26665.010330mmNfmmNANcy

所以均满足要求。

4.6、设某工业平台柱承受轴心压力5000KN（设计值），柱高8m，两端铰接。要求设计一H型钢或焊接工字形截面柱及其柱角（钢材为Q235）。基础混凝土强度等级为C15（22.7mmnfc)。

解：①、查表：2205mmNf，初步假定其长细比为λ=75，选择截面尺寸：

选用HW型钢，b类，查得720.0

2334.3387520572.0105000mmfNA

选用HW400×400×20×35，236065mmA、cmix31.18、cmiy45.10

mmlox8000、mmloy8000、150、mKNg77.2

其截面如下图所示，验算其刚度及稳定性：

15072.431838000x

15056.765.1048000y