钢结构复习完整版本

一、绪论、钢材及设计方法相对于混凝土和砖石材料，钢材的密度较大，但为什么说钢结构的自重较轻？答：钢材与混凝土、砖石材料相比，虽然钢材的重力密度大，但是它的强度和弹性模量及强度与重力密度之比要高得多。在同样的受力条件下，钢结构构件的截面积要小得多，材料用量少。自重=材料重量/单位强度Q235/f=7.85(t/m3)/215MPa=0.0365C20/f=2.4(t/m3)/20MPa=0.12柏木/f=0.6(t/m3)/53.3MPa=0.0113钢材强度设计值f的取值依据，为什么是屈服强度fy，而不是抗拉强度fu？答：因为σ达到fy后进入塑性变形阶段，钢材暂时不能承受更大的荷载，且伴随产生很大不可逆的变形，在工程设计中，需要的不只是不破坏，关键是能正常使用。发生塑性变形后会影响构件及结构的正常使用，因此，取屈服强度不取抗拉强度。fy为强度计算依据,fu为材料的强度储备。通过单向拉伸静力试验，可以得到钢材的哪些力学指标？其中哪三项是最重要的基本力学性能指标？答：强度指标塑形指标弹性极限弹性模量比例极限断面收缩率伸长率拉伸强度屈服点屈服强度结构钢的三项基本力学性能(1)钢材的屈服强度fy(2)抗拉强度fu(3)伸长率δ镇定钢与沸腾钢主要区别是什么？答：脱氧方法不同。沸腾钢：在钢水中加入弱脱氧剂锰铁进行脱氧。塑性、冲击韧性和可焊性较差，易发生时效硬化、材质变脆承受。静载的水上结构可选用沸腾钢。镇静钢:在钢液中加入适量的强脱氧剂硅和锰等，进行较彻底的脱氧。组织紧密均匀，强度、冲击韧性、可焊性、抗蚀性等都较高，冷脆性较好;适用于低温以及承受动荷载的焊接结构和重要结构。同种钢号薄钢板的强度、塑性、韧性等力学性能为什么比厚钢板高？答：钢材的轧制能使金属的晶粒弯细，并消除显微组织的缺陷，也可使浇筑时形成的气孔，裂纹和疏松，在高温和压力的作用下焊合，并使组织密实。钢材的压缩比越大，其强度和冲击韧性、塑形越高。承受反复荷载的钢结构，在什么情况下可以不进行疲劳验算？答：直接承受动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✖️10^4次时，可以不进行疲劳验算。同号应力作用下，为什么钢材的材质会变脆？答：同号应力作用下，即使主应力很高，也很难进入屈服和有明显的变形，塑形遭到遏制，钢材转向变脆。且聚集在材料内的体积改变应变能很大,一遭到破坏，便呈现出无明显变形征兆的脆性破坏特征。为什么钢材的抗剪强度是抗拉强度的0.58倍？答：根据材料力学中的第四强度理论，即受纯剪切时，剪应力达到0.58倍的屈服应力时钢材进入塑性状态，故取钢材的抗剪强度设计值为抗拉强度的0.58倍。钢号Q275BF、Q345B、ZG310-570、35的含义是什么？答：Q275BF:屈服强度为275N/mm²的B级沸腾钢（碳素结构钢）Q345B；屈服强度为345N/mm²的B级低合金结构钢ZG310-570：屈服强度310MPa，抗拉强度570MPa的铸钢ZG35:35号铸钢型钢型号I30a、[25b、L100×10、70×5的含义是什么？答：I30a:截面高度30cm，a类腹板厚度的工字钢[25b:截面高度25cm,b类腹板厚度的槽钢L100*10:边宽100mm肢厚10mm的等边角钢Φ70*5：外径70mm，壁厚5mm的钢管建筑钢材锈蚀的主要原因是什么？其防腐措施主要有哪几种方式？答：钢材的锈蚀根据与环境介质的作用分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。化学腐蚀：是指钢材与周围介质直接发生的氧化或硫化作用。反应后生成疏松氧化物，其反应速度随温度、湿度提高而加速。在干燥环境下腐蚀速度缓慢，干湿交替环境下腐蚀速度加快。电化学腐蚀：是由于电化学现象在钢材表面产生局部电池作用的腐蚀。反应生成疏松易剥落的红棕色铁锈，锈蚀不仅使钢材的有效截面积均匀减小，还会产生局部锈坑，引起应力集中，加速钢材的时效，降低钢材的塑性、韧性、强度等力学性能。

建筑工程中防止钢材锈蚀的主要方法有设置保护层或涂刷防腐涂料冷加工硬化和时效硬化的原因是什么？答：冷加工硬化：塑性变形后，塑性变形区域内的晶粒产生相对滑移，导致滑移面下的晶粒破碎，晶格歪扭畸变，滑移面变得凹凸不平，阻碍晶粒进一步滑移，从而提高了抵抗外力的能力，屈服强度提高，同时使塑性降低，脆性增大。时效硬化：溶于α-Fe晶体中的碳、氮从铁碳晶体中析出形成自由的碳化物、氮化物，向晶格缺陷处移动和集中，使晶格畸变加剧，造成滑移、变形更为困难，因而强度进一步提高，塑性和韧性则进一步降低。应力集中是引起钢材发生脆性破坏的原因之一，为什么承受静荷载的结构可以不考虑应力集中的不利影响？答: 由于结构钢材塑性铰好，在静力荷载作用时，能使应力进行重新分布，直到构件全截面的应力都达到屈服强度。因此应力集中一般不影响构件的静力极限承载力，设计时可以不考虑其影响。承载能力极限状态与正常使用极限状态分别指什么状态？概率极限状态设计法对所采用的荷载有何要求？答：承载能力极限状态：达到最大承载能力或出现不能继续承载的塑性变形状态正常使用极限状态：达到正常使用或耐久性的某项极限值的状态，如变形、振动、局部破坏等。在计算承载能力极限状态时，概率极限状态设计法采用的是荷载的设计值；在计算正常极限状态的变形、疲劳验算时采用的是荷载的标准值。概率极限状态设计法采用的强度设计值f、容许应力设计法采用的容许应力值[σ]与钢材的屈服强度fy有什么关系？答：概率极限状态设计法：概率极限状态设计法、容许应力设计法分别适用于什么情况的钢结构设计？答：概率极限状态设计法适用于民用建筑、水工建筑物水上部分等陆上钢结构容许应力计算法适用于水工、海工等水下钢结构。二、钢结构的连接焊缝连接的优缺点有哪些？答：优点是不削弱结构面（不必钻孔），构造简单，节约钢材，加工方便，在一定条件下还可以采用自动化操作，生产效率高。此外，焊缝连接的刚度较大、密封性较好。

缺点是焊缝附近钢材因焊缝的高温作用而形成热影响区，热影响区由高温降到常温冷却速度快，会使钢材脆性加大。同时，由于热影响区的不均匀收缩，易使焊件产生焊接残余应力及残余变形，甚至可以造成裂纹，导致脆性破坏。焊缝连接结构低温冷脆问题也比较突出。螺栓连接的优缺点有哪些？答：优点是结构简单，型式多样，连接可靠，装拆方便，成本低。

缺点是在交变荷载下,易松动。制孔精度要求较高。

按构件之间的相对位置关系，焊缝连接形式分为哪几种？按焊缝构造分类，焊缝有哪两种类型？答：按相对位置分为对接、搭接、T形连接和角接四种。

按构造分为对接焊缝和角焊缝。

未采用引弧板时，一条对接焊缝、一条角焊缝的计算长度需扣除多少焊口尺寸？答：未采用引弧板时，计算长度应由实际长度减去2t（为焊缝厚度）。采用引弧板时，计算长度即等于其实际长度。

角焊缝焊脚尺寸的最大值和最小值是多少？限制其最大、最小值有什么原因？答：≥1.5，为较厚焊件厚度。原因：当焊件较厚而焊脚尺寸又过小时，焊缝内部将因冷却过快而产生脆硬组织，降低塑性，容易形成裂纹。≤1.2,为较薄焊件的厚度。原因：角焊缝的尺寸过大，易使焊件形成烧伤、烧穿等“过烧”现象，且使焊件产生较大的焊接残余应力和焊接变形。且为防止施焊时产生“咬边”：当t＞6mm时，≤t-（1~2）mm；当t<6mm时，≤t。对接焊缝和角焊缝的强度设计值是如何规定的？对接焊缝:（1）抗压强度与抗剪强度与主体钢材强度、一致；（2）抗拉、抗弯强度：级焊缝，级焊缝角焊缝:应力分布复杂，焊缝强度由最低的平均剪应力决定，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度采用统一的设计强度。何谓斜焊缝、斜角角焊缝、斜向角焊缝？斜焊缝:作用力方向与焊缝方向斜交。斜角角焊缝:指的是沿角度呈60～120的两零件的交线所焊接的焊缝。斜向角焊缝:焊缝与作用力方向斜交，夹脚为Ì，将斜向力分解为垂直于焊缝的Nx及平行于焊缝的Ny。在什么情况下，端焊缝增大系数取值为βf=1.0？承受动荷载的情况下。承受竖向偏心力作用的顶接、搭接牛腿，在牛腿与柱的连接角焊缝处各自将产生何种内力？焊缝又将承受什么应力？顶接牛腿:剪力和弯矩；剪应力和弯应力搭接牛腿:剪力和扭矩；剪应力扭矩作用下的角焊缝连接，其角焊缝受力计算有哪些假定？假定:(1)构件是刚性的，焊缝是弹性的(2)构件绕焊缝形心转动，焊缝上任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，应力大小与形心距离成正比C级螺栓与A、B级螺栓有什么区别？可应用于哪些地方的连接？答：C级螺栓用4.6级或者4.8级钢制作，加工粗糙，尺寸不够精确，只要求Ⅱ类孔，成本低，栓孔径比孔径小1.5---2.0mm

A级和B级螺栓采用5.6级和8.8级钢制作；需经机床车加工，精度较高，要求I类孔径和栓径相等，只分别允许其有正和负公差。C级螺栓由于与螺栓孔的空隙较大，当传递剪力时，连续变形大，工作性能差，但传递拉力的性能较好，所以C级螺栓广泛用于需要装拆的链接，承受拉力的安装链接，不重要的链接或者安装时的临时固定等。螺栓连接中间螺孔间距的最大值和最小值各自是多少？限制其最大、最小值的理由是什么？答：最小中间距：3d0

最大中间距：中间排12d0或18tmin(受压)、16d0或24tmin(受拉)；外排8d0或12tmin不能过小,防止螺孔周边应力集中的相互影响较大，且对钢板的截面削弱的多，从而降低其承载能力。不能过大，尤其是受压板件当栓距过大是，容易发生凸曲现象，板和刚性构件连接时，栓距过大不易紧密接触，潮气易于侵入缝隙而锈蚀。普通螺栓受剪时的破坏形式主要有哪几种？答：（1）螺杆剪断

抗剪承载力

（2）孔壁挤压破坏

承压承载力

（3）钢板拉断

净截面强度

（4）端部钢板剪断

最小端距2d0

（5）螺杆受弯

螺栓夹紧长度小于5d0承受竖向偏心力作用的顶接、搭接牛腿，在牛腿与柱的连接螺栓处各自将产生何种内力？螺栓又将承受什么荷载？答：当承受偏心外力P作用时，可以转化为扭转T＝Pe

和剪力V＝P共同作用，此时将会产生扭矩，剪力，弯矩作用，螺栓承受剪力，扭矩以及弯矩作用，承受静荷载扭矩作用下的螺栓连接，其螺栓受力计算有哪些假定？答：被连接钢板是刚性的，螺栓是弹性的钢板绕螺栓群中心转动，螺栓剪切变形与它到中心的距离成正比，螺栓所受的剪切力或钢板所受的反作用力也与r成正比，方向与r垂直摩擦型高强螺栓与承压型高强螺栓有什么区别？在应用上又有什么不同？答：摩擦型连接高强度螺栓的孔径比螺栓公称直径d大1.5~2.0mm，只依靠板件间的摩擦力来抵抗外剪力;承压型连接高强度螺栓的孔径比螺栓公称直径d大1.0~1.5mm，依靠板件间摩擦力和自身强度来抵抗外剪力。高强度螺栓摩擦型连接，其有较高的传力可靠性和连接整体性，承受动力荷载和抗疲劳的性能也比较好，对工地现场连接尤为适宜；高强度螺栓承压型连接的承载力比摩擦型的高，可减少螺栓用量。但这种螺栓连接剪切变形较大，若用于动力荷载连接中，这种剪切反复滑动可能导致螺栓松动。摩擦型高强螺栓与普通螺栓在承受剪力时有什么不同？答：高强度螺栓摩擦型连接在承受剪切时，以外剪力达到板件间可能发生的最大摩擦阻力为极限状态;当超过使板件间发生相对滑移时，即认为连接已失效而破坏高强度螺栓承压型连接在受剪时，则允许摩擦力被克服并发生板件相对滑移，然后外力可以继续增加，并依此后发生的螺杆剪切或孔壁承压的最终破坏为极限状态普通螺栓、摩擦型高强螺栓与承压型高强螺栓，在拉剪连接时的计算公式是什么？普通螺栓：摩擦型高强螺栓：承压型高强螺栓：三、钢梁12（1）节省材料，同样的材料抗弯截面系数更大；由受力特点知，受弯构件在截面的应力分布是相对于中性轴的三角形分布，上下纤维分别受压受拉，越趋于中性轴应力为0，把梁截面设计成工字型满足受力要求的同时更能节约造价。（2）工字形截面梁的剪力主要由腹板承担（也承担部分弯矩），而弯矩主要由翼缘承担。（3）工字形钢截面尺寸较高、较窄；腹板的高度远大于厚度，翼缘宽度大于厚度，根据翼缘与腹板高度比又可分为宽幅、中幅、窄幅宽翼缘工字钢。3、钢梁的计算内容主要包括哪几部分？1、强度计算抗弯、抗剪、局部压应力、折算应力强度2、刚度计算（验算变形）3、整体稳定计算4、局部稳定计算4、钢梁的强度验算公式中引入塑性发展系数有什么意义？以及在什么情况下不考虑塑性发展系数？塑性发展系数是考虑构件截面在受力时截面有一定的塑性发展，有一定塑性发展的截面弯矩与截面边缘刚达到屈服应力时的截面弯矩的比值定义为截面塑性发展系数，考虑到截面在受力时不能无限制的应用塑性，所以规范规定对于一定的截面只利用一部分截面塑性，规范对于给定的截面给出了截面塑性系数的值。截面设计等级为S4/S5级截面时，取1.0。5、集中荷载是按什么形式进行扩散？轧成工字钢、焊接工字钢各自需计算哪个部位的局部承压强度？（1）从集中荷载作用点处，以45度角在轨道高度上扩散，以1：2.5的坡度在自梁顶（底）面到腹板计算高度处的距离范围内扩散并均匀分布于腹板计算高度边缘；（2）轧成工字钢的腹板计算高度为：为腹板在上下翼缘相接处两内弧起点间的距离；焊接工字钢腹板计算高度为：上翼缘厚度6、钢梁发生整体失稳时的特征和原因是什么？应采取什么措施可提高整体稳定性？特征：当弯应力尚未达到屈服点之前，而弯矩超过临界限值，使钢梁整体发生侧向弯扭屈曲，从稳定平衡状态转变为不稳定状态。原因：受压翼缘发生侧向失稳。提高整体稳定的措施：设置侧向支撑减小受压翼缘的自由长度L1加大受压翼缘的宽度b17、影响钢梁整体失稳的因素有哪些？什么情况下可不进行钢梁整体稳定性验算？影响钢梁整体失稳的因素：（1）荷载形式（2）荷载作用位置(作用在上翼缘有加大侧向变形的趋势,作用在下翼缘有减小侧向变形的趋势)（3）钢梁跨度（4）侧向支撑情况（5）几何特性不需验算整体稳定性的情况：（1）有铺板（钢筋混凝土板和钢板）与受压翼缘相连并牢固相连，能阻止受压翼缘的侧向位移（2）箱型截面简支梁8、钢梁发生局部失稳时的特征和原因是什么？应采取什么措施可提高局部稳定性？特征：薄板（如较宽的翼缘或高薄的腹板）在发生强度破坏或丧失整体稳定之前，压应力或剪应力达到临界应力而失去稳定，钢板会突然偏离原来的平面位置，而发生显著的波形屈曲的现象。原因：翼缘板发生屈曲。提高局部稳定性的措施：（1）增加板厚（不经济）（2）设加劲肋、减小板的长度A.横向加劲肋：梁端部，较大剪应力B.纵向加劲肋：梁中部，较大弯应力（3）局部稳定与钢材的强度无关，采用高强度的钢材不能提高局部稳定性9、型钢梁是否存在整体稳定和局部稳定问题？如果不存在，其原因是什么？（1）型钢梁不存在局部稳定问题；热轧型钢板件宽厚比较小，能满足局部稳定要求，不需要计算。（2）型钢梁要考虑整体稳定问题。10、组合梁的加劲肋有哪几种？各自适用于什么地方？（1）横向加劲肋（2）纵向加劲肋（3）短加劲肋（4）支承加劲肋当受压翼缘扭转受约束或未受约束时，腹板可能由剪应力作用失稳，需配置横向加劲肋。当受压翼缘扭转受约束或受压翼缘扭转未受约束时，需配置横向加劲肋和纵向加劲肋。支座处或受压翼缘承受较大集中荷载处，必须用支承加劲肋加固，通过支承加劲肋将集中荷载传递到腹板上。型钢梁的设计包括哪几部分内容？（1）、强度计算(2)刚度计算(3)整体稳定计算(4)局部稳定计算组合梁的梁高是如何确定的？设计时梁高宜选取比经济梁高小10%~20%，并应大于按刚度要求的最小梁高，小于建筑结构要求的最大梁高组合工字形梁的截面尺寸（翼缘及腹板尺寸）是如何确定的？腹板厚度：考虑薄板局部稳定和构造要求的经验公式，钢板厚度通常以2mm为尺寸级差，腹板的厚度不宜小于6mm翼缘宽度b和厚度t：。在什么情况下可以采用变截面梁？改变方式有哪几种？截面改变后，如果支承端截面不能满足剪应力强度要求，应如何处理?当梁的弯矩值沿长度是变化，且跨度较大时，可采用变截面梁。改变方式：改变梁高、改变翼缘处理：用支承加劲肋进行加固承受弯矩、同时承受弯矩和集中荷载的翼缘角焊缝分别承受什么力？计算时应如何考虑？弯矩作用：抵抗翼缘与腹板间的纵向剪力，为侧焊缝性质的焊缝弯矩与集中荷载：纵向剪力与横向剪力，端焊缝性质的焊缝纵横相交的梁格，在空间上可以按哪几种方式进行连接？铰接连接（只传递反力）：层叠连接、等高连接、降低连接刚性连接（传递力矩和弯矩）：设鱼尾板和支托、切割次梁翼缘与主梁翼缘直接焊接在一起五、钢闸门（水工）闸门按其功能分为工作闸门、事故闸门、检修闸门和施工导流闸门其中工作闸门可以在动水中启闭，检修闸门只能在静水中启闭。平面钢闸门的空间连接系包括横向连接系、纵向连接系。在电站厂房进水口通常布置有三种水工金属结构：拦污栅 、事故闸门、和检修闸门并在厂房尾水渠处还需布置尾水检修门。在溢流坝孔口中通常布置有两道闸门上游侧为检修闸门紧邻其下游侧的则为工作闸门。平面钢闸门边梁的截面形式分为单腹式边梁和双腹式边梁，分别适用于滑道支的闸门和滚轮支承的闸门。露顶式闸门的止水结构包括底止水和侧止水。潜孔式闸门的止水结构包括底止水、侧止水和顶止水。根据闸门止水布置的位置止水结构有底止水、侧止水、和底止水三种。闸门启闭机按吊具形式和驱动方式分为卷扬式启闭机、螺杆式启闭机、液压启闭机。在门叶结构中，连接闸门与启闭机的构件称为吊具，采用钢板制成的横向连系称为横隔板。平面闸门的埋件主要包括轨道、止水垫板和门槽加固角钢三类。为使平面闸门能平顺地启闭防止闸门在门槽中前后碰击并减小门下过流时的振动需设置反轮装置；为防止门左右倾斜而被卡住，则需要设置侧向支承装置。露顶式平面钢闸门的埋件主要包括(1) (2) (3) (4) 、(5) 、(6) 等。潜孔式平面钢闸门的埋件主要包括(1) (2) (3) (4) 、(5) 、(6) 、(7) 、(8) 等。在大坝泄水孔中闸门按孔口位置可分为露顶式闸门和潜孔式闸门按结构式可分为平面形闸门和弧形闸门。平面钢闸门的行走支承分为滑道支承和滚轮支承两类。钢闸门的面板在水压力作用下将产生整体弯应力和局部弯应力。平面