工程力学钢结构复习题(含答案).doc

06级工程力学钢结构复习题1、钢材有哪两种破坏形式，各有什么特点? p15答：塑性破坏和脆性破坏。塑性破坏：破坏前产生较大的塑性变形，断裂的断口呈纤维状，在塑性破坏前，构件发生较大的塑性变形，且变形持续的时间长，破坏前有明显的预兆，破坏时平均应力较高，易于发现并采取适当的补救措施，不致造成严重的后果；脆性破坏：破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，破坏前没有任何预兆，破坏是突然发生的，平均应力较小，破坏后果较严重。2、碳、硫、磷对钢材的性能有哪些影响?p19答：碳元素直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性。碳含量增加，钢的强度提高，而塑性、韧性和疲劳强度下降，同时恶化钢的可焊性和抗腐蚀性。硫、磷（特别是硫）是钢中的有害成分，它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性、疲劳强度。在高温时，硫使钢变脆，称为热脆；在低温时，磷使钢变脆，称为冷脆。但是磷可以提高钢材的强度和抗腐蚀性。3、影响钢材性能的主要因素有哪些?如何影响？ p19答：（1） 化学成分(碳、硫和磷、氧和氮、硅和锰、钒和钛、铜各自的影响在p19);（2）冶金缺陷（钢材常见的冶金缺陷包括偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹及分层等）（3）钢材的硬化时效硬化（老化）：在高温时熔于铁中少量的氮和碳，随着时间的增长逐渐从固熔体中析出，生成氮化物和碳化物，散存在铁素体晶粒的滑动面上对晶粒的塑性滑动起到遏制作用，从而使钢材的强度提高，塑性韧性下降。冷作硬化(应变硬化）：在冷加工时，使钢材产生较大的塑性变形的情况下，卸载后再加载，钢材的屈服点提高，塑性韧性降低的现象称为冷作硬化。应变时效硬化：在钢材已产生一定的塑性变形后，随着时间的增长，N和C更容易析出，从而使已经冷作硬化的钢材，又发生时效硬化现象，称为应变时效硬化。（4）温度影响:总的趋势是温度升高，钢材强度降低，应变增大；反之，温度下降，钢材强度会略有增加，同时钢材会因塑性和韧性降低而变脆。（具体见p20，注意蓝脆）（5）应力集中:应力高峰区局部存在同号的双向或三向应力，钢材变硬变脆；应力集中系数越大，钢材变脆的倾向越严重。（应力集中系数：高峰区最大应力与平均应力的比值（6）反复荷载作用：结构的抗力和性能发生严重变化，甚至疲劳破坏。4、钢材主要的机械性能指标有哪些，如何测得？应力集中对钢材的机械性能有何影响?为什么? p16答：（1）强度性能：极限抗拉强度fu，屈服强度fy， （2）塑性性能：伸长率代表单向拉伸时的塑性应变的能力（3）物理性能指标：单向受压同单向受拉基本相同；受剪也类似，但其屈服点及抗剪强度较受拉时小、剪变模量G也低于弹性模量E。（4）冷弯性能：由冷弯试验确定（冷弯试验：按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯成180,如试件表面不出现裂纹和分层即为合格。）试验目的：可直接检验钢材的弯曲变形能力和塑性性能，还可暴露钢材内部的冶金缺陷。（5） 冲击韧性试验方法：带缺口的钢材试件，在冲击试验机上被摆锤击断时所能吸收的机械能。l Mesnager （梅氏试件法）：开口为U形，断口处单位面积上所消耗的功即为冲击韧性，l Charpy (夏比试件法)：开口为V形，冲击韧性Cv为试件冲断所需的功，不除以缺口尺寸。在寒冷地区除了常温（20）外还应进行负温（-20或-40）的冲击韧性试验。（6） 钢材的可焊性：（可焊性是指采用一般焊接工艺就可完成合格的（无裂纹等）焊缝的性能。）碳含量在0.120.20范围内的碳素钢，可焊性最好。碳含量再高可造成焊缝和热影响区变脆。（衡量低合金钢的可焊性可以用碳当量）应力集中对钢材的机械性能有何影响？（1）对于建筑钢材塑性较好，在一定程度上能使应力进行重分配，应力分布严重不均的现象趋于平衡（2）受静荷载作用的构件在常温下工作时，在计算中可不考虑应力集中的影响（3）在低温环境或动力荷载作用下工作的结构，应力集中的不利影响将十分突出5、什么是钢材的冲击韧性? 什么是钢材的疲劳破坏？答：冲击韧性是材料在断裂前单位体积所吸收的总能量,反应了钢材的塑性变形能力。（冲击韧性是抵抗冲击荷载的能力，钢材强度越高，韧性越低，则脆性越大。）钢材的疲劳是微观裂纹在连续重复荷载的作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。（钢材的疲劳强度主要取决于构造状况（应力集中程度和残余应力），作用的应力幅以及反复荷载的循环次数，而与钢材的静力强度无关。）6、何谓钢材的时效硬化?有何特征?产生的原因是什么? p20答：时效硬化（俗称老化）是在高温时溶化于铁中少量的碳和氮，随着时间的增长逐渐从固熔体中析出，生成自由碳化物和氮化物，对纯铁体的塑性变形起遏制作用，从而使钢材的强度提高，塑性、韧性下降的现象。7、钢结构常用的连接方法有哪几种?各自的特点是什么? p31答：钢结构常用的连接方法有：焊接连接（对接焊缝、角焊缝）、铆钉连接、螺栓连接（普通螺栓、高强螺栓）。焊接连接：优点：1、构造简单、制作加工方便；2、不削弱截面，节省材料；3、密闭性好、结构刚度大；4、自动化程度高、提高焊接结构的质量；缺点：1、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；2、焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；3、焊接结构对裂纹很敏感。铆钉连接:铆钉连接的钢结构其塑性和韧性比焊接较好，传力可靠，连接质量容易检查，而且对主体金属材质的质量要求较低。但铆接的钉孔削弱截面，制孔和打铆费钢费工，而且要求技工的技术水平高，劳动条件差。螺栓连接:普通螺栓连接：A级B级（受剪性能好，但是制作安装复杂，价格较高）C级（产生较大的剪切滑移，连接的变形大，安装方便且能有效地传递拉力） 高强度螺栓连接:摩擦型连接（剪切变形小，弹性性能好，施工较简单，可拆卸耐疲劳，特别适用于承受动力荷载的结构） 承压型连接（承载力比摩擦型连接高，但剪切变形大，故不能用于承受动力荷载的结构中）8、对接焊缝构造上主要有哪些要求?为什么？p34,p58答：对接焊缝又称坡口焊缝，坡口形式的选用，应根据板厚和施工条件按现行标准要求进行。 （1）直边缝（较小厚度t（焊件厚度）10mm，c=0.52mm);（2）单边V形或V形缝（一般厚度t=1020mm, c=23mm);（3）U形、K形或X形缝（较厚厚度t20mm, c=34mm);（4）对于V形和U形缝需补焊根部，没条件清根和补焊者预先设垫板以保证焊透;（5）当焊件宽度不同和厚度在一侧相差4mm以上应分别在宽度或厚度方向，从一侧或两侧做成不大于1：2.5的坡角，减小应力集中;（6）在焊缝起灭弧处，易出现弧坑，影响焊缝承载力，应设置引弧板，焊接完毕，用气割将引弧板切除，并将焊件边缘修磨平整，严禁用锤将其击落。引弧板长，埋弧焊大于50mm，手工电弧焊和气体保护焊大于20mm；（7）对于无法使用引弧板施焊时，每条焊缝的有效长度lw应较实际长度减少2t（t为较薄焊件的厚度）（为什么自己结合书本理解，另外对接焊缝分为焊透和部分焊透对接焊缝两种）9、角焊缝构造上主要有哪些要求?为什么？p39-p40答：（1）最小尺寸的要求： （较厚焊件的厚度）角焊缝的焊脚尺寸不能过小，否则焊接时产生的热量较小，而焊件厚度较大，致使施焊冷却速度过快产生淬硬组织，导致母材开裂。（2）最大焊脚尺寸：为了避免焊缝收缩时产生较大的焊接残余应力和残余变形，且热影响区扩大，容易产生热脆，较薄焊件容易烧穿。（3）角焊缝的最小计算长度：脚焊缝的焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，加之焊缝中可能产生的其他缺陷（气孔、非金属杂质等）使焊缝不够可靠。因此，为了使焊缝能够具有一定的承载力，根据使用经验，侧面角焊缝的计算长度不得小于8和40mm。（4）侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端大而中间小。焊缝越长，应力集中越明显。在静力荷载作用下，如果焊缝长度适宜，当焊缝两端点处的应力达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀。但是，如果焊缝长度超过某一限值时，有可能首先在焊缝的两端破坏，故一般规定侧面角焊缝的计算长度；（5）、搭接连接的构造要求:当板件端部有两条侧面角焊缝，连接承载力与B/有关，为使连接强度不至过低，B/，两面侧焊缝之间的距离B也不宜大于16t（t12mm）或190mm（t），t为较薄焊件的厚度，以免因焊缝横向收缩，引起板件向外发生较大拱曲；当采用正面角焊缝时，搭接长度不得小于，也不得小于25mm。（6）、断续角焊缝的构造要求：断续角焊缝的起灭弧处容易引起应力集中，重要结构避免采用，其焊段的长度不的小于和50mm，断续角焊缝的间断距离不宜过长，以免连接不紧密，潮气侵入引起构件锈蚀，所以受压构件，受拉构件（7）、减小角焊缝应力集中的措施：杆件端部搭接采用三面围焊时，在转角处截面突变，会产生应力集中，如在此起灭弧，可能会出现弧坑、咬肉等缺陷，加大应力集中，故所有围焊的转角处必须连续施焊，非围焊可在转角处连续地实施的绕角焊。（角焊缝按其与作用力关系分为端面焊缝、侧面焊缝、斜焊缝和围焊缝）10、普通螺栓和高强螺栓中，单个螺栓受剪和受拉的承载力设计值是如何确定的? (P85、p93并结合计算题理解)11、采用那些方法可提高高强螺栓的承载力?（自己在添一些p91-p93）答：通过对板件接触面处理增大摩擦（如喷砂除锈）和钢号的选择来提高摩擦面的抗滑系数，从而提高高强螺栓的承载力。12、试述实腹梁丧失整体稳定的现象和原因。荷载种类和作用位置对临界荷载的影响。P176 ？答：对于工字型截面梁，荷载作用在最大刚度平面内，当荷载较小时，仅在弯矩作用平面内弯曲，当荷载增大到某一值后，梁在弯矩作用平面内弯曲的同时，将突然发生侧向弯曲和扭转，并丧失继续承载的能力，这种现象称为梁的整体失稳。梁整体失稳的根本原因是：梁的侧向抗弯刚度和抗扭刚度较弱。承受端弯矩时，临界荷载最小；承受集中荷载，临界荷载最大，承受均布荷载，临界荷载一般。荷载作用在下翼缘的临界应力较上翼缘高。13、粱整体稳定的临界弯矩与哪些因素有关?整体稳定计算公式中，当bo6时，应如何处理? p180、p182答：粱整体稳定的临界弯矩与梁的侧向抗弯刚度、抗扭刚度、翘曲刚度以及梁的跨度有关。当梁进入非弹性工作阶段，整体稳定临界应力有明显降低，需对进行修正，14、组合梁的截面高度由哪些条件确定? p220答：容许最大高度，容许最小高度，经济高度。15、组合梁的受压翼缘不满足局部稳定性要求时，应如何处理?p190答：可以通过增加板厚和限制宽厚比来满足要求。16、组合梁腹板配置加劲肋的原则有哪些?这些原则是根据什么因素决定的?答：组合梁腹板配置加劲肋的原则：为了提高腹板的稳定性，可增加腹板的厚度，也可设置加劲肋，设置加劲肋更经济。对于由剪应力和局部压应力引起的受剪屈曲，应设置横向加劲肋，对于由弯曲应力引起的受弯屈曲，应设置纵向加劲肋，局部压应力很大的梁，必要时尚宜在受压区配置短加劲肋。17、组合梁腹板横向加劲肋和纵向加劲肋设置时，应注意哪些问题?纵向加劲肋沿纵向为何不设于中和轴处? p196答：主要承受剪力的腹板，设置横向加劲肋；主要承受弯曲正应力腹板，设置与节线垂直的纵向加劲肋。因为中和轴的变形比较小，所以纵向加劲肋沿纵向不设于中和轴处。18、进行梁的强度验算时，都验算哪些内容？p222答：梁的强度验算，包括抗弯强度、局部承压强度、翼缘与腹板交界处的折算应力的验算；抗剪强度，当选择腹板厚度时已经考虑，便不用验算。（注意截面验算：梁的强度验算，包括抗弯强度、局部承压强度、翼缘与腹板交界处的折算应力的验算；梁的整体稳定性验算；梁的刚度验算即梁的挠度验算；局部稳定性验算。）19、受剪螺栓连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有那些？设计中通常采取什么措施来防止这些破坏的发生？p78答：可能的破坏形式有四种：1、当栓杆直径较小而板件较厚时，栓杆可能被剪断；2、栓杆直径较大，板件较薄，板件可能被挤坏（螺栓承压破坏）；3、板件截面可能由于螺栓孔削弱太多而被拉断；4、端距太小，端距范围内的板件可能被栓杆冲剪破坏。第四种通过限制螺栓端距大于或等于2d0加以避免。20、哪些内力可引起薄板的屈曲，屈曲后变形状态如何？（p1