钢结构原理(绝密)

1、集中应力：实际上钢结构构件中存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷，此时构件中的应力分布将不再保持均匀，而是在某些区域产生局部高峰应力，在另外一些区域则应力降低，形成所谓的应力集中。

4、结构可靠度：结构在规定时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。

5、疲劳或疲劳破坏：钢材在连续反复荷载作用下，当应力还低于钢材的抗拉强度，甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏。

6、结构极限状态：承载能力极限状态和正常使用极限状态7、冷弯性能：指钢材在冷加工时产生塑性变形时，对产生裂纹的抵抗能力。

是衡量钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标。

8、冲击性能：是衡量钢材在冲击荷载作用下抗脆性破坏能力指标，用断裂时吸收总能量来表示。

9、三个重要力学性能指标：抗拉强度、伸长率、屈服点。

10、三种硬化情况：时效硬化、冷作硬化、应变时效硬化。

11、建筑用钢总类：碳素结构钢、低合金高强度结构钢、建筑结构用钢板12、焊缝可能存在的缺陷有裂纹、气孔、夹碴、烧穿、咬边、未焊透、弧坑和焊瘤。

13、角焊缝的计算假定是：1破坏沿有效载面；2破坏面上应力均匀分布。

简答题：1、在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，对虚轴为什么要采用换算长细比？答：格构式轴心受压构件一旦绕虚轴失稳，截面上的横向剪力必须通过缀材来传递。

但因缀材本身比较柔细，传递剪力时所产生的变形较大，从而使构件产生较大的附加变形，并降低稳定临界力。

所以在计算整体稳定时，对虚轴要采用换算长细比（通过加大长细比的方法来考虑缀材变形对降低稳定临界力的影响）2、什么叫钢梁丧失整体稳定？影响钢梁整体稳定的主要因素是什么？提高钢梁整体稳定的有效措施是什么？答：钢梁在弯矩较小时，梁的侧向保持平直而无侧向变形；即使受到偶然的侧向干扰力，其侧向变形也只是在一定的限度内，并随着干扰力的除去而消失。

但当弯矩增加使受压翼缘的弯曲压应力达到某一数值时，钢梁在偶然的侧向干扰力作用下会突然离开最大刚度平面向侧向弯曲，并同时伴随着扭转。

这时即使除去侧向干扰力，侧向弯扭变形也不再消失，如弯矩再稍许增大，则侧向弯扭变形迅速增大，产生弯扭屈曲，梁失去继续承受荷载的能力，这种现象称为钢梁丧失整体稳定。

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。

提高钢梁整体稳定性的有效措施是加强受压翼缘、增加侧向支承点3、什么叫钢梁丧失局部稳定？怎样验算组合钢梁翼缘和腹板的局部稳定？答：在钢梁中，当腹板或翼缘的高厚比或宽厚比过大时，就有可能在梁发生强度破坏或丧失整体稳定之前，组成梁的腹板或翼缘出现偏离其原来平面位置的波状屈曲，这种现象称为钢梁的局部失稳。

5、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。

6、什么是钢材的疲劳？影响钢材疲劳的主要因素有哪些？答：钢材在连续反复荷载作用下，当应力还低于钢材的抗拉强度，甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏，这种现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏。

影响钢材疲劳的主要因素是应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）以及应力循环次数。

7、焊接连接的优缺点：其优点是：构造简单，任何形式的构件都可直接相连；用料经济，不削弱截面；制作加工方便，既可手工施焊也可实现自动化操作；连接的密闭性好，结构刚度大，整体性较好。

其缺点是：在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使构件受力时变形增加、降低了构件的稳定性（例如，使受压构件承载力降低）；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到整体，低温冷脆问题较为突出。

焊缝连接对结构的影响，不仅是科研工作的重要内容，也是焊缝设计计算、构造必须注意的问题。

7、对接焊缝的构造要求有：○1一般的对接焊多采用焊透缝，只有当板件较厚，内力较小，且受静载作用时，可采用未焊透的对接缝。

○2为保证对接焊缝的质量，可按焊件厚度不同，将焊口边缘加工成不同形式的坡口。

○3起落弧处易有焊接缺陷，所以要用引弧板。

但采用引弧板施工复杂，因此除承受动力荷载外，一般不用引弧板，而是计算时为对接焊缝将焊缝长度减2t（t为较小焊件厚度）。

○4对于变厚度（或变宽度）板的对接，在板的一面（一侧）或两面（两侧）切成坡度不大于1:2.5的斜面，避免应力集中。

○5当钢板在纵横两方向进行对接焊时，焊缝可采用十字形或T形交叉对接，当用T形交叉时，交叉点的间距不得小于200mm。

8、焊接残余应力和焊接残余变形是如何产生的？焊接残余应力和焊接残余变形对结构性能有何影响？减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有哪些？答：钢材在施焊过程中会在焊缝及附近区域内形成不均匀的温度场，在高温区产生拉应力，低温区产生相应的压应力。

在无外界约束的情况下，焊件内的拉应力和压应力自相平衡。

这种应力称焊接残余应力。

随焊接残余应力的产生，同时也会出现不同方向的不均匀收缩变形，称为焊接残余变形。

焊接残余应力的影响：○1对塑性较好的材料，对静力强度无影响；○2降低构件的刚度；○3降低构件的稳定承载力；○4降低结构的疲劳强度；○5在低温条件下承载，加速构件的脆性破坏。

焊接残余变形的影响：变形若超出了施工验收规范所容许的范围，将会影响结构的安装、正常使用和安全承载；所以，对过大的残余变形必须加以矫正。

减少焊接残余应力和变形的方法：1合理设计:选择适当的焊脚尺寸、焊缝布置应尽可能对称、进行合理的焊接工艺设计，选择合理的施焊顺序。

2正确施工：在制造工艺上，采用反变形和局部加热法；按焊接工艺严格施焊，避免随意性；尽量采用自动焊或半自动焊，手工焊时避免仰焊。

9、普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？答：普通螺栓连接中的抗剪螺栓连接是依靠螺栓抗剪和孔壁承压来传递外力。

当受剪螺栓连接在达到极限承载力时，可能出现五种破坏形式，即螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏。

高强螺栓连接中的抗剪螺栓连接时，通过拧紧螺帽使螺杆产生预拉力，同时也使被连接件接触面相互压紧而产生相应的摩擦力，依靠摩擦力来传递外力。

它是以摩擦力刚被克服，构件开始产生滑移做为承载能力的极限状态。

10、在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑哪些初始缺陷的影响？答：在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑残余应力的影响、初弯曲和初偏心的影响、杆端约束的影响。

11、与其他材料结构相比,钢结构有何优缺点?与其他材料结构相比,钢结构具有：优点：材料的强度高，塑性和韧性好、材质均匀，和力学计算假定比较符合匀质各相同性材料的假设、制造简便，施工周期短、质量轻。

缺点：钢材耐腐蚀性差、钢材耐热但不耐火。

12受剪螺栓连接达到极限承载力时，可能出现的破坏形式有：螺栓杆剪断、板件被挤坏、短距太小、板件因螺栓孔削弱太多而被拉断、螺栓杆发生弯曲破坏。

13、疲劳验算中一些值得注意的问题：硫、磷、氮、氧和氢均为有害元素，其中磷和氮易引起钢材的低温冷脆。

在轴心受压构件中，确定箱形截面板件满足局部稳定的宽（高）厚比限值的原则是构件应力达到屈服前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不低于屈服应力，或不先于屈服），确定工字形截面确定板件宽（高）厚比限值的原则是构件整体屈曲前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不低于整体屈曲临界应力或等稳定或不先于整体失稳）。

1、钢结构破坏形式有；延性破坏和脆性破坏两种，各自特点为塑性破坏：破坏前具有较大的塑性变形，常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。

由于塑性破坏前总有较大的塑性变形发生，且变形持续时间较长，容易被发现和抢修加固，因此不至发生严重后果。

脆性破坏：破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形，而突然迅速断裂。

由于破坏前没有任何预兆，破坏速度又极快，无法察觉和补救，而且一旦发生常引发整个结构的破坏，后果非常严重，因此在钢结构的设计、施工和使用过程中，要特别注意防止这种破坏的发生。

高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？答：级别代号中，小数点前的数字是螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度，小数点后数字是材料的屈强比（fy/fu ）。

8.8级为：fu ≥800N/mm ²，fy/fu=0.8 10.9级为：fu ≥ 1000N/mm ²，fy/fu=0.91. 设计双角钢拉杆与节点板之间的连接角焊缝计算长度L 1=?,L 2=?已知：采用三面围焊：h f =6mm,f wf =160N/mm 2,N=529kN(静载设计值)解：kN f Lh N w f f w f 2.1311016022.116067.07.0333=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=-∑βkN N N K N 7.3042/2.1315297.02311=-⨯=-=kN N N K N 1.932/2.1315293.02322=-⨯=-=mm f h N l w f f 22716067.02107.3047.02311=⨯⨯⨯⨯=⨯=mm f h N l wff 6916067.02101.937.02322=⨯⨯⨯⨯=⨯=6.图示一用M20普通螺栓的钢板拼接接头，钢材为Q235，ƒ＝215 N/mm 2。

试计算接头所能承受的最大轴心力设计值。

螺栓M20,孔径21.5mm, ƒb v =130N/mm 2, ƒb c =305 N/mm 2。

解：螺栓所能承受的最大轴心力设计值 单个螺栓受剪承载力设计值 )(6.811011304224min 22bb vv b vN kN f d n N =⨯⨯⨯⨯==ππ 单个螺栓承压承载力设计值 kN f t dN b c bc 4.851013054.12=⨯⨯⨯=⋅=∑ 连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值 kN nN N b4.7346.819min =⨯==一、构件所能承受的最大轴心力设计值I I II IIIIVVII III IVVI-I 截面净截面面积为 201324.1)15.2125()(cm t d n b A In =⨯⨯-=-=II-II 截面净截面面积为22201221146.294.1]15.235.75.4)13(52[])1(2[cm t d n e a n e A II n =⨯⨯-+-+⨯=-+-+=III-III 截面净截面面积为 2098.284.1)15.2225()(cm t d n b A III III n =⨯⨯-=-=三个截面的承载设计值分别为I －I 截面：kN N f A N I n 68868800021510322==⨯⨯== II －II 截面：kN N f A N II n 4.6336334002151046.292==⨯⨯==III －III 截面：因前面I －I 截面已有n 1个螺栓传走了（n 1/n ）N 的力，故有f A N nn II n =-)1(1kN N nn f A N II n 701701000)9/11(2151098.28)1(21==-⨯⨯=-=构件所能承受的最大轴心力设计值按II －II 截面kN N 4.633= 二、连接盖板所能承受的轴心力设计值（按V-V 截面确定）kNN f A N cm t d n b A vnV v n 1.6386381002151068.2968.298.02)15.2325()(220==⨯⨯===⨯⨯⨯-=-=通过比较可见，接头所能承受的最大轴心力设计值应按构件II －II 截面的承载能力取值，即kN N 4.633max =。