钢结构设计原理期中复习提纲

1、钢结构设计原理复习提纲 第一章 1、钢结构的特点，应用范围。 特点：应用： (1) 强度高，结构重量轻； （1）大跨度结构；（2）工业厂房； (2) 材质均匀，且塑性韧性好； （3）受动力荷载影响的结构； (3) 良好的加工性能和焊接性能； （4）可拆卸的结构； (4) 钢材耐腐蚀性差； （5）高耸结构（6）多层和高层建筑; (5) 钢材耐热但不耐火； （7）容器和其他构筑物；（8）轻型 (6) (7) (8) 低温冷脆 钢材的可重复使用性 密封性好 （9）钢和混凝土的组合结构 2、钢结构的两类极限状态所包含的内容是什么？ 两类极限状态的概念或两类极限状态所对应的准则。 1、承载能力极限状态（

2、第一类极限状态）对应于：结构或构件达到最大承载能力或出现不 适于继续承载的变形； 2、正常使用极限状态（第二类极限状态）对应于：结构或构件达到正常使用或耐久性能的 某项规定限值； 钢结构中第一极限状态的两个准则各包括那些情况？ 承载能力极限状态包括倾覆、强度破坏、丧失稳定和疲劳破坏等，结构变为机动体系或出现 过度的塑性变形； 钢结构中第二极限状态的两个准则各包括那些情况？ 正常使用极限状态包括出现影响正常使用（或）外观的变形、振动和局部破坏等； 简述第一极限状态的第二准则与第二极限状态中变形要求的主要区别（课件）。 （荷载）作用 考虑方法 第一类极限状态第二准则 设计值 限制截面的塑性深度 第

3、二类极限状态对变形的要求 标准值 变形限制 3、钢结构的两种设计方法及适用范围？ 、概率极限状态设计法 、容许应力设计法 适用范围：对于钢结构的疲劳验算、以及储液罐和压力容器等结构。 第二章 1、钢结构对材料性能的基本要求是什么？ 、强度高：即屈服点fy、抗拉强度fu比较高。 、塑性、韧性性能好：即足够的变形能力。 、良好的加工性能：即适合冷、热加工，同时具有良好的可焊性， 不因这些加工而对强度, 塑性及韧性带来较大的有害影响。 2、 钢结构规范推荐承重结构宜采用哪四种钢材（或哪四种钢材符合钢结构对材料性能的基 本要求）？ 普通碳素结构钢 Q235钢和低合金高强度结构钢 Q345 Q390 Q

4、420 3、建筑钢材可能的两种典型破坏形式是什么？各自的破坏特征如何？ 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，破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗。 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。破坏后的断口 平直，呈有光泽的晶粒状或有人字纹。 4、简述钢材的主要机械性能（物理力学性能）指标及对应的试验是什么？ 屈服点fy、抗拉强度fu、伸长率5是钢材的三个重要机械性能指标。-单向一次拉伸试验 其次是：材料的 弹性模量 E 和硬化开始时应变 硬化模量 Est 重要结构中需要有良好的冷热加工的工艺指标时，应有良好的 冷弯性能

5、- 冷弯试验 受动荷载作用的结构，需要有良好的 冲击韧性 - 冲击试验 5、钢结构中以钢材的屈服强度作为材料静力强度标准的主要依据是什么？ （1）它是钢材弹塑性变形的分界点，可以认为是弹性变形的终点。 （2）当构件中的应力达到屈服点时，结构会因过度的塑性变形而不适于继续承载。 （3）塑性变形大，易察觉，可处理，且有一定的强度储备。 6、简述假设钢材为理想弹塑性体的依据。 钢材在屈服点前应力与应变关系符合胡克定律， 接近于理想弹性体工作， 屈服点以后塑性应 变范围很大而应力保持不增长，所以接近理想塑性体。 7、什么是钢材的塑性、韧性？钢材的冲击韧性与塑性有何区别？（课件） （1）冲击韧性是塑性和

6、强度的综合表现 （2）塑性指标静力荷载作用 韧性指标冲击荷载作用 （3）塑性：表示构件经受变形的能力 韧性：表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。 8、影响钢材力学性能的主要因素有哪些？ “先天”因素（成因）：化学成分，熔炼和浇注、轧制，以及热处理等，而以化学成分为主 （最重要）。 “后天”条件即影响因素：工作温度，荷载条件，制作等。 碳（ C）: 随含碳量的增加，钢材的强度逐渐提高，屈服点和抗拉强度升高，塑性和韧性降 低，焊接性能、冷弯性能和抗锈蚀性能降低。小于0.25%为低碳钢，介于 0.25%和 0.6%之间 为中碳钢， 大于 0.6%为高碳钢。 规范推荐，含碳量均不超过 0.2

7、2%，对焊接结构则严格控制 在 0.2%以内。 硫（S）:有害元素，当温度达800-1000 C ,钢材变脆可引发热裂纹，“ 热脆”。降低冲击 韧性、疲劳强度、抗锈蚀性能和焊接性能。 磷（P）:有害元素，低温“冷脆”。强度和抗腐蚀能力略有提高；塑性、韧性、冷弯性 能和焊接性能降低。 氧（0）:有害杂质，与 S相似 氮（N）:有害杂质，与 P相似。但可与合金组分匹配，提高强度和抗腐蚀性。 氢（H）:原子态的过饱和氢时，将降低韧性，引起“氢脆”。当氢在缺陷处以分子态析 出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。钢的强度等级越高， 对氢脆越敏感。 9、什么是应力集中？构件中产生应

8、力集中现象的主要原因有哪些？应力集中将会造成什 么后果？ （1）应力集中定义: 当截面完整性遭到破坏（如有裂纹、孔洞、刻槽、凹角）时，以及截面 的厚度或宽度突然改变时， 构件中应力分布将变得很不均匀， 在缺陷或截面变化处附近， 力线曲折、密集，出现高峰应力的 现象称为应力集中 （2）产生的原因：a.构造缺陷：外部缺陷（如有裂纹、孔洞、刻槽、凹角等）内部缺陷（内 裂纹、气泡、非金属夹杂） b.内结应力：如焊接残余应力。（内结应力在截面上是自相平衡。） （3）应力集中的后果： 应力高峰处产生双向或三向同号应力场，使材料塑性发展受到约束， 容易产生脆性破坏。 10、疲劳断裂如何产生？其基本特点是什么

9、？影响疲劳强度的主要因素是什么？疲劳破坏 位置及计算方法？ 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。 （1）产生原因：钢材中恒存在缺陷，如微观裂纹等，而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。 （2）特点：具有突然性，破坏前没有明显的宏观塑性变形，属于脆性断裂； 断口与一般脆性断口不同，可分为三个区域：裂纹源、裂纹扩展区和断裂区。裂纹扩展区 表面较光滑，常可见到放射和年轮状花纹。 疲劳对缺陷十分敏感。 （3）影响钢材疲劳的主要因素：应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结

10、 构）以及应力循环次数。 11、对于设计要求的疲劳寿命 n,各种构件或连接破坏的应力幅值的大小，主要取决于构造 细部。如果由构造细部引起的应力集中大，则破坏时的应力幅就小，其疲劳性能就不好。 （这条好像是直接背的） 12、钢结构产生脆性断裂的主要原因有哪些？其中又以哪些因素影响较大？ 出现脆性破坏的因素主要有 ：钢材的内在因素，如钢材的化学成分、 组织构造和缺陷等； 钢 材的外在因素，如构造缺陷和焊接加工引起的应力集中、低温影响、动荷作用、冷作硬化和 应变时效硬化等。 其中应力 （材质缺陷、应力集中、使用环境温度以及钢板厚度是影响脆性断裂的主要因素。 集中尤为重要）。 13、我国常用建筑钢材的

11、钢种、钢号是什么？ 钢种：碳素结构钢和低合金高强度结构钢。 Q195 Q215( A、B)、Q235 (A、B、C D)、Q255 (A B)、 碳素结构钢的牌号（钢号）： Q275 钢材牌号表示法：QXXX质量等级+脱氧方法 碳素结构(carbon sh iirtiiiTil stepi) C碳素结构钢（GBfr 700-2000 -低碳钢牌号: Q195 . Q21_5- Q235. Q25fC Q275 +眩較方法CF.乩 Z. T2J Q235 +质邑等级3、 2.低合金高强度结构钢(hJghstixngtb low alloy vtrnrnii iil stcfl) 电低合金高强度储

12、构钢fGRT 1591-1994)合金钢牌号 Q295 . IQ39k Q酣和 Q46(L 底量等圾分A. D. C. D. E A. 0级全为镇静钢（kilkd 、D* E级全为持球镀静钢（fipcci对kill 连接使用钢材，如焊条、焊丝及螺拴的钢材应与主体金属强度相应。 GB50017 2003 16、为什么薄钢板或小直径钢材比厚板或大直径钢材的强度高，即为什么 要对钢材以板厚分组区别其强度？ 答：轧制使金属晶粒变细，使气孔、裂纹等压合，改善钢材力学性能。因薄板辊轧次数多， 轧制的压缩比大，钢材的性能改善明显，其强度、塑性、韧性和焊接性能均优于厚板和厚壁 型钢。钢材的按板厚分组就是这个缘

13、故。 17、用塑性良好的 Q235钢材制成的材料一定发生塑性破坏吗？为什么？ 答：不一定 因为一种钢材具有塑性变形的能力的大小，不仅取决于钢材原始的化学成分， 熔炼与轧制条件，也取决于后来所处的工作条件。即使原来塑性表现极好的钢材，改变了工 作条件，如在很低的温度之下受冲击作用，也完全可能呈现脆性破坏。 18、在某些情况下钢结构计算不考虑应力集中和残余应力，为什么？ 答：有屈服平台并且屈服平台末端的应变比较大，这就有足够的塑性变形来保证截面上的应 力最终都达到0 第三章 1、目前我国常用的连接方法有哪些？各有什么特点？ 方法：焊接、铆接、普通螺栓连接和高强螺栓连接 特点：（一）焊接连接 优点：

14、构造简单、不削弱构件截面、节约钢材、加工方便、易于采用自动化操作、连接的密 封性好，刚度大。 缺点：焊缝附近有热影响区，材质变脆；焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，残 余变形使结构形状、尺寸发生变化；焊接裂缝一经发生，便容易扩展。 （二）铆钉连接 优点：塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，适用于直接动力荷载的连接。 缺点：因在构件上需打孔，削弱构件截面；且铆接工艺复杂, 技术要求高 （三）螺栓连接 1、普通螺栓连接 优点：施工简单，拆装方便；缺点：用钢量多。 2、高强螺栓 栓杆分10.9, 8.8级两种 分摩擦型和承压型两种 摩擦型：接触面间摩擦力来传力，变形小，疲劳性能好。 承压型：前

15、期靠摩擦力来传力，后期靠栓杆抗剪和承压传力。 2、手工电弧焊焊条与焊件金属品种相适应。 Q235号钢焊件用E43系列型焊条、Q345钢焊件用E50系列型焊条，Q390钢焊件用E55系列 型焊条。 3、焊缝缺陷有哪些？焊缝三级质量检验标准 缺陷：1、裂纹、气孔、烧穿、未焊透 2、夹渣、咬边、焊瘤 检验标准：外观检查 4、按施焊位置，焊缝可分为几种？ 平焊，立焊，横焊，仰焊 5、 焊透的对接焊缝的焊缝质量检验标准？质量检验标准与其设计强度的关系？（ P334附表 12）当符合什么条件时、焊透的对接焊缝与构件等强？什么情况下需验算对接焊缝强 度？对接焊缝传递各种内力的计算 焊透的对接焊缝的焊缝质量检

16、验标准： 三级焊缝： 二级焊缝： 一级焊缝： X 0.9 当符合什么条件时、焊透的对接焊缝与构件等强：对于重要的构件，按一级、二级标准 检验焊缝质量，并采用引弧板，焊缝与构件等强，不必计算。 什么情况下需验算对接焊缝强度？对接焊缝传递各种内力的计算： 构件在翼缘和腹板的交界处，应验算折算应力 孔径 dO= d+ (1.5-2.0)mm 孔径d0= d + (1.0-1.5)mm 外观检验； 外观检验+不少于20%超声波检验抽检； 外观检验+全部超声波检验；（必要时，+ 射线探伤）高空施焊质量不可靠，强度 工字型、箱型、T形等 亦 12 + 12 fi 时 /yWf(12) mm 下限 A/L

17、5 47；当占荃4时，点/ 焊缝长 上限 S为较卑聲件厚度对自 勒坤1 f可减1 rtlTTU，单 而T形flf h.j应力口 Imrn* E为坏杵厚度+ 内力沿健縫全长均匀分布 者不限 下限 杆端与节点板 ffl两侧面血焊 縫连接，如右 图 ( 插接连接 距离阳 搭接*小上嚴 ZBiei,iam3n 时)f Xq WJ9)ifast), O)12mtn Bf、 5“ 及 Z5mm (1为较薄焊件厚度 口为较暉焊件厚度 原因如下： 焊脚 hf ：不能太小以保证焊缝的最小承载能力，并防止焊缝因冷却过快而产生裂纹。 如果太大， 则焊缝收缩将产生较大的变形，而且热影响区扩大，容易脆裂，较薄焊 件容易

18、烧穿。 焊缝长度 l w（ min） : 焊缝的厚度大而长度小，会使焊件局部加热严重，且起落弧坑相距太 近，加上一些可能产生的缺陷，使焊缝不够可靠。 l w（max）: 侧面角焊缝的应力沿其长度分布不均匀，两端大，中间小，长度与厚度比越大，差 别越大， 当比值过大时， 焊缝端部应力达到其强度而破坏， 而中部焊缝还未充分发挥其承载 能力。 7、 何为正面角焊缝、侧面角焊缝？ 正面角焊缝：力作用方向垂直于焊缝长度方向 侧面角焊缝：力作用方向平行于焊缝长度方向 8、直角角焊缝传递各种内力的计算（基本假定、计算方法）；静载与动载作用下的计算有 何区别？（课本 P69） 角钢角焊缝连接的计算； 计算公式

19、、K1和K2的取值；扭矩T作用的角焊缝连接的计算假定、 计算公式、计算步骤；弯矩、轴心力、剪力共同作用下角焊缝的计算。 角焊缝的计算假定是： 采用沿 45 度截面方向的焊缝截面作为计算截面即把该面作为破坏面 1） 2) 3) 角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值，取相同的角焊缝强度设计值 在通过焊缝形心的拉力、压力和剪力作用下，假定沿焊缝长度的应力分布是 均匀的。 9、 简述残余应力的影响。 有纵向焊接应力、横向焊接应力、厚度方向的焊接应力 - 对塑性较好的材料，对静力强度无影响； - 降低构件的刚度； - 使裂纹容易发生和发展。 - 有残余应力的部位正是形成和发展疲劳裂纹最为敏感的区域； 对结

20、构静力强度的影响。 对结构刚度的影响。 对低温冷脆的影响。 对疲劳强度的影响。 10、产生焊接残余应力的原因以及焊接残余变形的类型。 在焊接过程中， 由于不均匀的加热， 在焊接区局部产生了热塑性压缩变形， 当冷却时焊接区 要在纵向和横向收缩，势必导致构件产生局部鼓曲、弯曲、歪曲和扭转等。 焊接残余变形的类型： 纵向和横向收缩，角变形，弯曲变形，扭曲变形。 11、减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法。 合理的选择焊缝的尺寸和形式 尽可能减少不必要的焊缝 合理地安排焊缝的位置 尽量避免在母材厚度方向的收缩应力 （一）合理的焊缝设计 采用合理的焊接顺序和方向 采用反形法 锤击或碾压焊缝 （二）合理的

21、工艺措施 对于小尺寸焊件，焊前预热，或焊后回火 12、螺栓排列时应考虑哪些要求？ （1） 受力要求：为避免钢板端部不被剪断，螺栓的端距不应小于2d。，d。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，且对钢板的截面削弱过多，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。对铆钉排列的要 求与螺栓类同。 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） 13、绘图说明抗剪螺栓连接的三各工作阶段，并说明普通螺栓连接、承压型高强螺栓连接、 摩擦型高强螺栓连接的

22、承载能力极限状态（设计准则）。承压型高强螺栓连接的正常使用 极限状态。（课件） 图见课本P92 Nf 4 高强度 t A 普通螺栓 施工要求：要保证有一定的空间，便于转动螺栓扳手。 a.摩擦传力阶段 b.滑移阶段C栓杆传力阶段 d.弹塑性阶段 摩擦型高强螺栓连接是以剪力达到摩擦力极限承载力为极限状态。 承压型高强螺栓连接与普通螺栓连接的极限状态相似，均以螺栓或钢板破坏为承载力的极限 状态。 它的承载力比摩 规范规定高强度螺 高强承压型螺栓连接， 起初由摩擦传力，后期则依靠栓杆抗剪和承压传力， 擦型高，可以节约钢材。但这种连接在摩擦力被克服后的剪切变形较大， 栓承压型连接不得用于直接承受动力荷载

23、的结构。 14、 普通螺栓抗剪连接可能的破坏形式、设计中如何考虑？（课本P 93） 构件端部被剪坏、 （1） 5种破坏形式分别是： 螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、 螺栓弯曲破坏 （2） 螺栓杆被剪断、孔壁挤压、构件被拉断，这三种要进行计算。 构件端部被剪坏： 通过限制端距11 2d。来保证。 螺栓弯曲破坏：被连接板件总厚度小于 5倍的螺栓直径来避免。 15、对于抗剪螺栓连接，何谓“解钮扣相象”？计算中如何考虑？ 连接长度l1过长时，端部螺栓因受力过大而首先破坏，随后依次向内发展逐个破坏。 规范规定： 当Ii15d0时，螺栓承载力乘以折减系数p= I.I-I1心5Od0）, 当 |i6O

24、do 时，O.7 do螺栓孔径 16、螺栓连接（普通螺栓、承压型高强螺栓、摩擦型高强螺栓）传递各种内力的计算（计 算假定、计算方法等）（看例题） 注意别忘了孔前传力！ 高强度螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉斷尚应进行板 件的净截面验算* 眼IF W 两 LU A.离强度螺栓摩擦型连接 主板的危险截（dangerous set don orulngpUnk）为11 截 考虑孔前传力50%得= 1J截面的内力fore为： 屮二 W 13 I 丿 心-计算截面上的螺栓数：“-连接一侧的螺栓总数。 其中；心二 ）； A.1 钢材强度设计值；九-螺栓扎直径； A-主板宽度；-主板厚. 17、抗剪螺栓

25、连接构件的净截面计算（普通、高强螺栓）。（看例题） ;我国规范设 （课本P119） f If 归JHl A J -V = _ i = =- 1 r3 :州色广 疔诂 第四、五章 1、以双轴对称工字形梁为例，画出梁四个工作阶段的正应力分布并加以说明 计分别是以何阶段为依据的？ 图4. 2.；各荷栽济诜補而上的正应力分亦 .-7 -F = 达到创肘庇服畫勺L賞Xij世画处丁弼tt极限状恋t其上 蛊验算疲劳的梁和冷歸壁型钢设计曲时 (h)弹性阶段 这时截面愿成塑性數 达到塑性极限状态.Wp%面对 G般用于超静定结沟 补川的驾矩为屈賑弯淫的厂WMl 側諾比対干盘翌计算疲劳的耀不H老唐塑性的发展. (C

26、)弹卑!性阶段随看爪进一毎増大，毎J件截面开始“莎应肅,进 入弾塑性状态此时应*状态如C图所示设计一般受弯构件时的设计依K. (d)塑性阶段 於个构件截而远全毬西运到最大抗弯承载力, 称为 弯矩Mp訓#y (e)应变M化阶段 工程设计中一般不用. 2、写出GB50017 2003规定的梁正应力、剪应力、复合应力计算公式。 3、梁正应力验算，考虑梁截面有一定程度的塑性变形的计算有哪些条件？ 当固端梁和连续梁采用塑性设计时，塑性铰截面弯矩应满足： Mx 兰Wpnxf(38) Wpnx对x轴塑性净截面模量； f-钢材的抗弯强度设计值。 6 cf ,你 4、梁的局部压应力验算条件、验算部位、假定、计算

27、公式及其各符号的含义。若 如何处理？ 计算过程见例题 验算结果不满足怎么办？ 对于移动集中荷载-加大腹板厚度tw ； 对于固定集中荷载-在集中荷载处设支承加劲肋 5、梁正应力验算，考虑梁截面有一定程度的塑性变形的计算与塑性设计有何区别？ 1、 考虑一定程度的塑性变形采用塑性发展系数Y,截面部分进入塑性；考虑塑性设计时全 截面进入塑性，截面形成塑性铰，此时塑性发展系数节等于截面形状系数 F。 2、梁受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比不同，见课件 6、折算应力6 zs的验算部位(验算截面及验算点)、验算公式及各符号的意义，为什么要 取系数3 11.0 ？ 验算的位置：腹板计算高度边缘 验算截面及验

28、算点图示如下： （2）公式: 式中d、oc、t1为同一截面上同一点的应力（这点注意）， d、GO受拉取正，受压取负； -计算折算应力的强度设计值增大系数， 当d与oc异号时，p1= 1.2, 当cd与CjC同号或OC = 0时，Pl = 1.1。 P62- 63,需要验算折算应力部位只是局部区域，而且几种应力在同一处都以较大值出现几率 较小，故将强度设计值乘以增大系数氏 (3-32) Dzs = Jw2 +cr； -CTiCTc +3Ti2 0.6时，要用Y b来代替Y b?（课本P132） 整体稳定系数是按弹性稳定理论求得的，如果考虑残余应力影响，当申b0.6时梁已进入了 弹塑性阶段。则规范

29、规定此时必须对cpb进行修正，用cpb 代替 cpb,考虑钢材弹塑性对整体 稳定的影响。 =1.07-0.282/粋兰 1.0（4-62） 10、组合梁的翼缘的局部稳定是通过限制宽厚比限值，其是按板件局部屈曲不先于钢材屈 服的原则确定，限值是多少？（课本P136） 为什么组合梁翼缘采用限制宽厚比的办法来保证其板件的局部稳定？写出对于截面不同的 强度计算方法，翼缘宽厚比的限值。 （1）梁的翼缘板远离截面形心，强度一般能得到比较充分的利用。同时，翼缘板会发生局 从采用限制翼缘宽厚比的方法，亦即保 部屈曲，会很快导致梁丧失继续承载的能力。因此， 证必要的厚度的办法，来防止其局部失稳。 （2） 箱形截面受压翼缘板在两腹板之间的宽度 (4-118) (4-118! (4 -118) bo与其厚度 （弹性设计） （弹塑性设计） （塑性设计） t之比的限值：直40 235 t V fy 11、为什么组合梁腹板要设置加劲肋来加强？组合梁中常采用的腹板加劲肋有几种？简述 它们各自的作用。6、6 c、T各应力作用下，应采取什么措施来提高组合梁腹板的临界应 6、6 c、 力？（横向加劲肋一T，纵向加劲肋