《钢结构原理》上册(第二版)复习资料附答案

1什么是疲劳断裂？它的特点如何？简述其破坏过程？概念:疲劳断裂是微观裂缝在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏特点：出现疲劳断裂时，截面上的应力低于材料的抗拉强度，甚至低于屈服强度。同时，疲劳破坏属于脆性破坏，塑形变形很小，是一种无明显变形的突然破坏，危险性较大过程：分为三个阶段 裂纹的形成 裂纹缓慢扩展 最后迅速断裂疲劳破坏的构件断口上面一部分呈现半椭圆形光滑区，其余部分则为粗糙区，微观裂纹随着应力的连续重复作用而扩展，裂纹两边的材料时而相互挤压时而分离，形成光滑区；裂纹的扩展使截面愈益被削弱，至截面残余部分不足以抵抗破坏时，构件突然断裂，因有撕裂作用而形成粗糙区2什么情况下会产生应力集中，应力集中对材料有何影响？当截面完整性遭到破坏，如有裂纹空洞刻槽，凹角时以及截面的厚度或宽度突然改变时，构件中的应力分布将变得很不均匀，在缺陷或洁面变化处附近，会出现应力线曲折密集，出现高峰应力的现象即应力集中 影响：在应力高峰出会产生双向或三向的应力，此应力状态会使材料沿力作用方向塑性变形的发展受到很大的约束，材料容易脆性变形3什么是冷工硬化（应变硬化）时效硬化？冷工硬化：经冷拉冷弯冲孔机械剪切等冷加工使钢材产生很大塑性变形，产生塑性变形后的钢材再重新加荷时会提高屈服强度，同时降低塑性和韧性 时效硬化：指钢材仅随时间的增长而变脆4什么是梁的内力重分布？如何进行塑性设计？超静定梁的截面出现塑性铰后，仍能继续承载，随着荷载的增大，塑性铰发生塑形转动，结构内力重新分布，是其他截面相继出现塑性铰，直至形成机构，这一过程成为梁的内力重分布 塑形设计只用于不直接承受动力荷载的固端梁和连续梁，是利用内力塑性重分布，充分发挥材料的潜力，塑性铰弯矩按材料理想弹塑性确定，忽略刚才应变硬化的影响，且需满足 （1）梁的弯曲强度 Mx W肉nxf (2)售完构件的剪切强度 Vhwtwfw 5截面塑性发展系数的意义是什么？试举例说明其应用条件意义：用来表证截面索允许的塑性发展程度 应用条件：（1）需计算疲劳的梁 取1.0 (2)承受动力作用时 取 1.0 (3)压弯构件受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比6影响轴心受压杆件的稳定系数的因素长细比、截面形式、加工条件、初弯曲、残余应力7影响梁整体稳定性的因素有哪些？提高梁稳定性措施有哪些？梁的侧向弯曲刚度、扭转刚度、翘曲刚度、梁的跨长措施：1。放宽梁的受压上翼缘2、加强梁的受压翼缘3、增加侧向支撑点，减少L8等效弯矩系数max的意义，将非均匀分布的弯矩量化为均匀分布的弯矩9 受剪普通螺栓可能的破坏形式？如何防止？（1）螺栓杆被剪断（2）孔壁挤压（3）钢板被拉断（4）钢板被剪断（5）螺栓杆弯曲防止：前3种需进行计算后两种构造：（4）限制端矩2do (5)限制板叠厚度不超过5d10简述普通螺栓连接与高强度螺栓摩擦型连接在弯矩作用下计算时的异同点？相同点：最大内力的计算公式相同N不同点：（1）普通螺栓假定中和轴在最下一排螺栓轴线上：高螺认为中和轴在螺栓群形心的轴线上(2)一个抗拉螺栓的承载力不同:普螺 高螺 摩擦型 承压型1焊接残余应力对结构刚度、强度、稳定性和疲劳强度各有什么影响？ 对具有一定塑形的材料在静力荷载的作用下，焊接残余变形不会影响结构刚度。2、焊接残余变形会降低结构刚度。3、焊接残余应力使压杆的挠曲刚度变小，从而必定降低其稳定承载能力。4、焊接残余应力对疲劳强度有不利影响，原因在于焊缝及其旁近的高额残余拉应力。2何种情况下可不必验算梁的整体稳定性？1、有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连接时，能阻止梁受压翼缘的的侧向位移。2、H型钢或工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度l1与其宽度b1之比不超过规定的数值时，梁受压翼缘的跨中侧向连有支撑，可以作为其侧向不动支点，l1则为梁的半跨长度。3、祥兴截面简支梁，其截面尺寸满足h/b0=6,且l1/b0不超过95(235fy)时，不必。3简述实腹柱截面的设计步骤。确定钢材的标号、压力设计值、计算长度以及截面形式确定。1先假定长细比，查出相应的稳定系数，并算出假定的长细比的回转半径。2、按照整体稳定的要求算出所需的截面面积，在确定截面的高度和宽度，并根据等稳条件，便于加工和稳定的要求确定截面各部分的尺寸。4为何要规定螺栓排列的最大和最小间距要求？ （1） 受力要求 为避免钢板端部被剪断，螺栓的端距不应小于2d0 d0为螺栓孔径。对于受拉构件，各排螺栓的栓距和线距不应过小，否则螺栓周围应力集中相互影响较大，且对钢板截面削弱过多，从而降低其承载能力。对于受压构件，沿作用力方向的栓距不宜过大，否则在被连接的板件间容易发生凸曲现象。 （2） 构造要求：若栓距及线距过大，则构件接触面不够紧密，潮气易于侵入缝隙而发生锈蚀 （3） 施工要求：要保证有一定的空间，便于转动螺栓扳手。5为什么梯形屋架除按全跨荷载计算外，还要按半跨荷载进行计算？ ：屋架中部某些斜杆，在全跨荷载时受拉而在半跨荷载时可能变成受压，半跨荷载是指活荷载、雪荷载或某些厂房的积灰荷载作用在屋盖半边的情况，以及施工过程中由一侧开始安装大型屋面板所所产生的情况。所以内力计算除按满跨荷载计算外，还要按半跨荷载进行计算，以便找出各个杆件可能的最不利内力6当采用平面桁架作为主要承重构件时，支撑是屋盖结构的必要组成部分，屋盖支撑的主要作用是什么？ 横向水平支撑包括上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑。其主要作用是 1横向水平支撑的杆件交点是不动点这些不动点可起到屋架弦杆侧向支撑点的作用减小弦杆在屋架平面外的计算长度使长细比减小并提高受压弦杆的侧向稳定性 2水平荷载也能通过横向水平支撑再通过纵向水平支撑、柱间支撑等传到基础 3横向水平支撑、屋架和垂直支撑可形成一个几何不可变的稳定体系保证整个屋盖的空间整体性提高空间刚度。7简述钢材塑性破坏的特征和意义。 ：塑性破坏的主要特征是：破坏前具有较大的塑性变形，常在钢材表面出现相互垂直交错的透迹剥落线。只有当构件中的应力达到抗拉强度后才会发生破坏，破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗。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，容易被子发现和抢修理工加固，因此不发生严重后果。钢材塑性破坏前的较大塑性变形能力，可以实现构件和结构中的内力重分布，钢结构的塑性设计就是建立在这种足够的塑性变形能力上。8什么叫实腹式轴心受压构件等稳设计? 焊接工字形板梁翼缘与腹板间的角焊缝计算长度是否受60hf(静)或40hf(动力)的限制? 为什么? 不受此限制。 因为内力沿焊接工字形板翼缘与腹板间的焊缝全长分布，此时，角焊缝计算长度不受此限制。9当弯矩作用在实腹式压弯构件截面的弱轴平面内时，为什么要分别进行弯矩作用平面内、外的两类稳定性验算?它们分别属于第几类稳定问题? 当弯矩作用在实腹式截面的弱轴平面内时构件可能在弯矩作用平面内弯曲屈曲也可能在弯矩作用平面外弯扭屈曲失稳的可能形式与构件的抗扭刚度和侧向支承的布置等情况有关所以弯矩作用平面内、外的两类稳定都要验算。弯矩作用平面内为极值型稳定即属于第二类稳定问题弯矩作用平面外为分枝型稳定属于第一类稳定问题。10什么叫钢材的疲劳断裂？影响钢材疲劳强度的因素有哪些？ 钢材在循环应力多次反复作用下裂纹生成、扩展以致断裂破坏的现象称为钢材的疲劳断裂。影响因素有：应力幅值（焊接结构）、应力比（非焊接结构）、连接构造、循环应力反复作用次11使钢材产生脆性断裂的原因有哪些？ 钢材的质量；钢板的厚度；加荷速度；应力的性质（拉，弯等）和大小；最低使用温度；连接方法；应力集中程度12钢梁在荷载作用下分哪四个工作阶段？并画出各个阶段中梁截面上的正应力分布图。 弹性工作阶段 弹塑性工作阶段 塑形工作阶段 应变硬化阶段13如何确定梁的高度？ 梁的高度应由建筑高度、刚度要求和经济条件三者来确定。建筑高度是指梁格底面最低表面到楼板顶面之间的高度，它的限制决定了梁的最大可能高度hmax，一般由建筑师提出；刚度要求是要求梁的挠度vv，它决定了梁的最小高度hmin；由经济条件可定出梁的经济高度he，一般由梁的用钢量为最小来确定，梁的经济高度的范围为：hminhehmax，腹板太厚将增加用钢量，导致不经济，而太薄，梁的腹板将不能保证局部稳定性要求，从而使梁的稳定性承载能力降14怎样保证拉杆、压杆、梁和桁架满足正常使用要求？拉压杆max=(L0/i) max 验算梁的刚度: vv 式中 v受弯构件在标准荷载作用下所产生的最大挠度或跨中挠度； 15简述梁腹板加劲肋的布置原则。16简述普通受剪螺栓连接的破坏形式有哪些种类？如何避免？ 螺栓抗剪连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有4种形式:(l栓杆被剪断; 螺栓承压破坏;板件净截面被拉断; 端板被栓杆冲剪破坏。第 、 种破坏形式通过螺栓计算保证。 第 种 破坏形式采用构件强度验算保证;第种破坏形式由螺栓端距)?a0保证。17螺栓在构件上的排列有几种形式？应满足什么要求？最小的栓距和端距分别是多少？ 螺栓在钢板上的排列有两种形式：并列和错列。并列布置紧凑，整齐简单，所用连接板尺寸小，但螺栓对构件截面削弱较大；错列布置松散，连接板尺寸较大，但可减少螺栓孔对截面的削弱。螺栓在钢板上的排列应满足三方面要求：受力要求施工要求构造要求，并且应满足规范规定的最大最小容许距离：最小的栓距为3d0，最小的端距为1.2d018为保证梁腹板的局部稳定，应按哪些规定配置加劲肋？ 当 时，应按构造配置横向加劲肋； 当 时，应按计算配置横向加劲肋； ，应配置横向加劲肋和纵向加劲肋； 梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处设支承加劲肋19图示实腹式轴压柱截面，柱长细比,钢材Q345，试判断该柱腹板的局部稳定有无保证？如无保证应采取何种措施（至少回答出二种方法）？20钢结构的极限状态可分为哪两大类，各包含哪些内容？ 钢结构的极限状态可以分为下列两类。1）承载能力极限状态承载能力极限状态包括构件和链接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。2）正常使用极限状态正常使用极限状态包括影响结构、构件和非结构构件正常使用和外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部破坏（包括混凝土裂缝）。21规范推荐使用的钢材有哪些？并写出它们的屈服强度。 普通碳素结构钢Q235钢 低合金高强度钢Q345、Q390、Q42022作为结构工程师检验钢材性能指标时，至少需要了解哪几项指标？ 其中那一项反映钢材的塑性性能？ 屈服点、抗拉强度、延伸率、冷弯试验性能对低温环境下的钢结构还要保证低温冲击韧性。 冷弯性能 23何谓应力集中？应力集中对钢材的机械性能有何影响？ ：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。 24通过哪些设计措施可以减小焊接残余应力和焊接残余变形？：1、焊接位置的合理安排；2、焊缝尺寸要适当；3、焊缝数量宜少；4、应尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉；5、尽量避免在母材厚度方向的收缩应力25焊接残余应力对结构性能有哪些影响？ ：1、降低结构刚度；2、降低或消除焊缝中的残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要措施；3、对构件的疲劳强度有明显不利的影响。26可以采用钢材的极限强度作为设计强度标准值吗?如果不可以，采用什么作为设计强度标准值?为什么?无明显屈服点的钢材，其设计强度值如何确定? ：不可以。屈服强度作为设计强度标准值。因为钢材过了屈服强度后，会有一定的延伸率，这段时期钢材的强度会低的。对无明显屈服点的钢材，其设计强度应以极限强度的75%来定。27焊脚尺寸是越大越好还是越小越好?为什么? 除钢管结构外，焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍，是为了避免焊缝区的基本金属过烧，减小焊件的焊接残余应力和残余变形。焊脚尺寸也不能过小，否则焊缝因输入能量过小，而焊件厚度较大，以致施焊时冷却速度过快，产生淬硬组织，导致母材开裂，规范规定焊脚尺寸不得小于1.5 ，t为较厚焊件的厚度跨越结构：在地面上跨越一定空间的结构。高耸结构：从地面向上发展的结构。 时效硬化：钢筋随时间的增长而转脆。人工时效：冷作硬化的同时可以加速时效硬化。韧性：钢材断裂时吸收机械能能力的量度。冲击韧性：衡量钢材抗脆断的性能。可焊性：采用一般焊接工艺就可完成合格的（无裂纹的）焊接性能。塑性材料 有屈服现象的钢材或者虽然没有明显屈服现象而能发生较大塑性变形的钢材，脆性材料 没有屈服现象或塑性变形能力很小的材料。延性破坏 构件应力超过屈服点fy，并达到抗拉强度fu后，构件产生明显的变形并断裂非延性破坏 当没有塑性变形或只有很小塑性变形时即发生的破坏分支点失稳 特点是在临界状态时，结构（构件）从初始的平衡位形突变到与其临近的另一个平衡位形，表现出平衡位形的分岔现象。极值点失稳 特点是没有平衡位形的分岔，临界状态表现为结构（构件）不能继续承受荷载增量。稳定分岔屈曲 分岔屈曲后，结构还可承受荷载增量。换言之，变形的进一步增大，要求荷载增加。不稳定分岔屈曲 分岔屈曲后，结构只能在比临界荷载低的荷载下才能维持平衡位形。跃越屈曲 结构以大幅度的变形从一个平衡位形跳到另一个平衡位形。长细比 长细比是指杆件的计算长度与杆件截面的回转半径之比框架柱 和横梁刚性连接的柱摇摆柱 多跨刚架中采用上下两端