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一、选择题1.关于钢结构及其建筑钢材特点说法错误的一项是（D建筑钢材耐火不耐热）。
2.钢结构具有优越的抗震性能，这是因为建筑钢材具有良好的（B强度）。
3.钢材的抗拉强度能够直接反映（A结构承载能力）。
4.钢材的工艺性能主要包括（A冷加工、热加工、可焊性）。
5.钢材具有两种性质不同的破坏形式分别指（A塑性破坏和脆性破坏）。
6.钢材在低温下，强度（A提高）。
7.钢材在低温下，塑性（B降低）。
8.钢材牌号Q235、Q345、Q390、Q420的命名师根据材料的（A屈服点）。
9.型钢中的H型钢和工字钢相比，不同之处在于（B前者的翼缘相对较宽，且翼缘内外两侧平行）。
10.钢结构的连接方法一般可分为（A焊接连接、铆钉连接和螺栓连接）。
11.利用二氧化碳气体和其他惰性气体作为保护介质的电弧焊熔方法指的是（气体保护焊）。
12.螺栓的性能等级“m.n级”中，小数点前的数字表示（A螺栓成品的抗拉强度不小于m×100MPa）.13.焊接连接的形式按被连接板件的相互位置可分为（B对接、搭接、T形连接、角部连接）。
14.常见的焊接缺陷包括裂纹、焊瘤、烧穿、气孔等，其中焊缝连接中最危险的缺陷是（D裂纹）。
15.焊缝的表示方法中，符号V表示的是（BV形坡口的对接焊缝）。
16.焊接的长度方向与作用力平行的角焊缝是（B侧面角焊缝）。
17.由正面角焊缝、侧面角焊缝和斜焊缝组成的混合焊缝，通常称为（C围焊缝）。
18.试验表明，对缺陷比较敏感的对接焊缝是（C受拉的对接焊缝）。
19.《钢结构工程质量验收规范》规定焊缝按其检验方法和质量要求分为（A三）个等级。
20.螺栓群的抗剪连接承受轴心力时，螺栓受力沿长度方向的分布为（C两端大、中间小）。
21.承受剪力和拉力共同作用的普通螺栓应考虑的两种可能的破坏形式分别是（A螺杆受剪兼受拉破坏、孔壁承压破坏）。
22.高强度螺栓连接分为（A摩擦型连接和承压型连接）。
23.下列关于高强度螺栓连接抗滑移系数说法有误的是（C摩擦面抗滑移系数的大小与板件的钢号无关）。
钢结构脆性断裂与疲劳破坏浅析一、脆性断裂钢材或钢结构的脆性断裂是指应力低于钢材抗拉强度或屈服强度情况下发生突然断裂的破坏。
钢结构尤其是焊接结构，由于钢材、加工制造、焊接等质量和构造上的原因，往往存在类似于裂纹性的缺陷。
脆性断裂大多是因这些缺陷发展以致裂纹失稳扩展而发生的，当裂纹缓慢扩展到一定程度后，断裂即以极高速度扩展,脆断前无任何预兆而突然发生破坏。
钢结构脆性断裂破坏事故往往是多种不利因素综合影响的结果，主要是以下几方面：(1)钢材质量差、厚度大：钢材的碳、硫、磷、氧、氮等元素含量过高，晶粒较粗，夹杂物等冶金缺陷严重，韧性差等；较厚的钢材辊轧次数较少，材质差、韧性低，可能存在较多的冶金缺陷。
(2)结构或构件构造不合理：孔洞、缺口或截面改变急剧或布置不当等使应力集中严重。
(3)制造安装质量差：焊接、安装工艺不合理,焊缝交错，焊接缺陷大，残余应力严重；冷加工引起的应变硬化和随后出现的应变时效使钢材变脆。
(4)结构受有较大动力荷载或反复荷载作用：但荷载在结构上作用速度很快时（如吊车行进时由于轨缝处高差而造成对吊车梁的冲击作用和地震作用等），材料的应力-应变特性就要发生很大的改变。
随着加荷速度增大，屈服点将提高而韧性降低。
特别是和缺陷、应力集中、低温等因素同时作用时，材料的脆性将显著增加。
(5)在较低环境温度下工作：当温度从常温开始下降肘,材料的缺口韧性将随之降低,材料逐渐变脆。
这种性质称为低温冷脆。
不同的钢种，向脆性转化的温度并不相同。
同一种材料,也会由于缺口形状的尖锐程度不同，而在不同温度下发生脆性断裂。
所以，这里所说的"低温"并没有困定的界限。
为了确定缺口韧性随温度变化的关系，目前都采用冲击韧性试验。
显而易见,随着温度的降低，Cv能量值迅下降，材料将由塑性破坏转变为脆性破坏。
同时可见，钢材由塑性破坏到脆性破坏的转变是在一个温度区间内完成的，此温度区T1－T2称为转变温度区。
在转变温度区内，曲线的转折点〈最陡点〉所对应的温度T0称为转变温度。
钢材的疲劳破坏的概念
钢结构构件和其连接在很多次重复加载和卸载作用下，在其强度还低于钢材抗拉强度甚至低于钢材屈服点的情况下突然断裂，称为疲劳破坏。
破环时的最大应力称为疲劳强度。
由于疲劳破坏是突然产生的，属脆性破坏。
疲劳破坏的发生，其内因是构件及连接在其生产过程中产生的内部或表面的微细裂痕或其他缺陷；结构在焊接过程中在焊缝及其热影响区产生的微观裂纹以及夹渣、孔洞等缺陷；构件在气割、剪切、矫直和冲孔等加工过程中使构件表面损伤而形成局部缺陷。
这些都易促使受力后产生应力集中，出现应力高峰，加上焊接和加工过程中形成的残余应力的影响等，在应力集中处常存在二向或三向同号应力。
其外因是在多次重复荷载作用下，使微细裂痕缓慢扩展，最后发展到削弱了原有截面，使构件或连接因净截面强度不足而突然破坏。
在疲劳破坏的断口截面上，可以发现存在以某点为中心、向外扩展呈半椭圆状的光滑区和余下的粗糙区，如图2-11所示，光滑区的中心即裂纹源。
在多次重复荷载作用下，裂痕的一张一闭使裂纹逐渐扩展而形成断口的光滑区，因所余截面净面积不足而被突然拉断的断口为粗糙区。
《钢结构》学习中心：专业：学号：*名：**作业练习一一、填空题：1、Q 235B ⋅ F 是钢结构中最常用钢种之一，其屈服强度为__、质量等级为___B_____、脱氧方法为__沸腾钢__，与其相匹配的手工电弧焊条是__E43型__。
2、钢材的疲劳破坏属于 脆性 破坏。
3、钢材的主要化学成分是 铁 。
4、结构钢材一次拉伸时的εσ-关系曲线分为以下几个阶段：5、衡量钢材的塑性的指标有钢结构的优点是 ，材质均匀，制造简便，重量轻等。
6、钢材的强度指标是。
7、冷弯性能是判别钢材的综合指标。
8、影响钢材性能的有害化学成分是。
9、钢材的兰脆现象是指温度在时，钢材强度升高，塑性降低的现象。
10、残余应力对轴心受压构件的影响是。
11、钢结构的缺点是12、钢材的塑性指标是。
13、冲击韧性受稳定的影响，设计时根据不同的环境温度提出。
14、可焊性是指15、应力集中。
16、I20a 表示。
二、选择题：在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的，请把所选项前的字母填在题后的括号内。
1.若结构是失效的，则结构的功能函数应满足（A ） A.0<Z B.0>Z C.0≥Z D.0=Z2.结构钢材的伸长率（ B ） A ．105δδ< B.105δδ> C.105δδ= D.无法确定3.钢材韧性是钢材（ C ）的综合指标。
A.可焊性和腐蚀性B.抗火性和塑性C.强度和塑性D.塑性和耐久性4.钢结构的缺点有 C 。
A 轻质高强B 材质均匀C 易腐蚀D 施工周期短5．钢材的塑性指标为 B 。
A δ2B δ10C δ0D δ16．常温冲击韧性表示 A 冲击韧性值。
A 20 ℃B 0 ℃C -20 ℃D -40 ℃7．钢材的化学成分中脱氧剂为 D 。
A CB OC ND Mn8．建筑钢材主要的钢种有 B 。
A 热扎型钢B 碳素钢C 冷弯薄壁型钢D 不锈钢9．钢构件的主要优点有 C 。
A 易腐蚀B易拆卸 C 塑性和韧性好 D 耐热不耐火10．钢材的强度指标为 B 。
钢材的疲劳破坏
疲劳破坏的特征和定义：
钢材在循环荷载作用下，应力虽然低于极限强度，甚至低于屈服强度，但仍然会发生断裂破坏，这种破坏形式就称为疲劳破坏。
破坏过程：裂纹的形成----裂纹的扩展----最后的迅速断裂而破坏
破坏特点：
（1）疲劳破坏时的应力小于钢材的屈服强度，钢材的塑性还没有展开，属于脆性破坏。
（2）疲劳破坏的断口与一般脆性破坏的断口不同。
一般脆性破坏后的断口平直，呈有光泽的晶粒状或人字纹。
而疲劳破坏的主要断口特征是放射和年轮状花纹。
（3）疲劳对缺陷十分敏感。
钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤、产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，此现象称为疲劳（fatigue）。
按照断裂寿命和应力高低的不同，疲劳分为高周疲劳（high-cycle fatigue）和低周疲劳（low-cycle fatigue）两类。
高周疲劳的断裂寿命较长，断裂前的应力循环次数n≥5×104，断裂应力水平较低，因此也称低应力疲劳或疲劳，一般常见的疲劳多属于这类。
低周疲劳的断裂寿命较短，破坏前的循环次数n＝102～5×104，断裂应力水平较高，伴有塑性应变发生，因此也称为应变疲劳或高应力疲劳。
1 常幅疲劳
钢材的疲劳－钢材在连续重复荷载作用下裂纹生成、扩展以致断裂破坏的现象。
设计规范规定：循环次数N≥5×104，应进行疲劳计算。
1.1 循环应力的特征应力谱, 应力比, 应力幅, 循环次数 N
1.2 常幅疲劳－重复荷载的数值不随时间变化，所有应力循环内的应力幅保持常量。
1.3 Δσ与 N 的关系
Δσ越大，破坏时循环次数越少；
Δσ越小，破坏时循环次数越多。
⏹破坏时循环次数越少，说明Δσ越大；
⏹破坏时循环次数越多，说明Δσ越小。
1.4 容许应力幅
规范将不同构造和受力特点的钢构件和连接，按其疲劳性能的高低归并划分为8个疲劳计算类别，并对每个类别规定了相应的参数取值。
参数Ｃ和b的取值
国内外试验证明，除了个别在疲劳计算中不起控制作用类别的疲劳强度有随钢材的强度提高而稍有增加外，大多数焊接连接类别的疲劳强度不受钢材强度的影响。
1.5 常幅疲劳的计算公式
疲劳计算采用容许应力幅法，按弹性状态计算应力进行计算。
计算只适用于无高温（t≤150℃）、无严重腐蚀环境中的高周低应变的疲劳计算（应力循环次数n≥5×104)。
当作用于计算部位的设计应力幅小于等于容许应力幅时，不会发生疲劳破坏。
∆σ标准荷载下的设计应力幅；
对于焊接部位的设计应力幅: ∆σ= σ
max
- σ
min
；
对于非焊接部位的折算应力幅：∆σ= σ
max
- 0.7σ
min
σmax每次应力循环中，计算部位的最大拉应力（取正值）
σmin每次应力循环中，计算部位的最小拉应力或压应力（拉应力取正值，压应力取负值）；
[∆σ] 常幅疲劳的容许应力幅
例题2.1 某钢板承受轴心拉力，截面为420mm×2Omm，钢材为Q345-B，因长度不够而用横向对接焊缝接长，如图2.14所示。
焊缝质量等级为一级，但表面未进行磨平加工。
钢板承受重复荷载，预期循环次数n=106次，荷载标准值Nmax=1200kN，Nmin=-200kN。
要求进行疲劳强度验算。
【解】由附表8的项次2，横向对接焊缝附近的主体金属当焊缝表面未经加工但质量等级为一级时，计算疲劳时属第3类。
➢由表2.1，查得C＝3.26×1012，β＝3。
[]σ
σ∆
≤
∆
➢ 当n ＝106次时的容许应力幅为：
➢ 计算部位的设计应力幅：
➢ 因此疲劳强度不满足要求，不安全。
➢ 若对焊缝表面进行加工磨平，则计算疲劳时由附表8的项次2，查得疲劳类别为第2类。
此时，C ＝861×1012，β＝4，则
➢ 因此疲劳强度满足要求，可见，焊缝表面进行加工磨平可提高疲劳强度。
2 变幅疲劳
当应力循环内的应力幅随机变化时为变幅疲劳。
可将变幅疲劳折算为等效的常幅疲劳，然后按常幅疲劳检算式检算。
1.能够测得使用期内应力变幅规律 （a ）检算公式
∆σe —等效常幅疲劳应力幅。
[∆σ]—常幅疲劳的容许应力幅。
[]1
1
12
3
2
6
3.2610148.3N/mm 10c n βσ⎛⎫⨯⎛⎫∆=== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()3
22
max min
120020010166.7N/mm []148.3N/mm 42020σσσσ--⨯⎡⎤⎣⎦∆=-==>∆=⨯[]1
1
124
2
6
86110171.3N/mm 10c n βσ⎛⎫⨯⎛⎫∆=== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭22
166.7N/mm []171.3N/mm
σσ∆=<∆
=
（b) 计算
若能预测结构在使用寿命期间各种荷载的应力幅以及次数分布所构成的设计应力谱，则根据累积损伤原理可将变幅疲劳折合为等效常幅疲劳，将随机变化的应力幅折算为等效应力幅∆σ
e
按下式进行疲劳计算：
Σn i 以应力循环次数表示的结构预期使用寿命；
n
i
预期寿命内应力幅水平达到∆σ
i
的应力循环次数
2.不能测得使用期内应力变幅规律
设计重级工作制吊车的吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架时，应力幅是按满载得出的，实际上常常发生不同程度欠载情况。
如果没有对实际应力幅的统计资料，即属本情形。
使用欠载效应系数，按常幅疲劳进行计算。
计算公式
总结：
1.承受动力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N≥5×104次时，应进行疲劳计算。
2.在应力循环中不出现拉应力的部位，可不计算疲劳。
根据应力幅概念，不论应力循环是拉应力还是压应力，只要应力幅超过容许值就会产生疲劳裂纹。
但由于裂纹形成的同时，残余应力自行释放，在完全压应力(不出现拉应力)循环中，裂纹不会继续发展，故规范规定此种情况可不于验算。
3.计算疲劳时，应采用荷载的标准值，不考虑荷载分项系数和动力系数，而且应力按弹性工作计算。
4.根据试验，不同钢种的不同静力强度对焊接部位的疲劳强度无显著影响。
可认为，疲劳容许应力幅与钢种无关。
5.提高疲劳强度和疲劳寿命的措施
（ａ）采取合理构造细节设计，尽可能减少应力集中；
（ｂ）严格控制施工质量，减小初始裂纹尺寸；
（ｃ）采取必要的工艺措施如打磨、敲打等。
