钢结构复习思考题

钢结构复习思考题
钢结构复习材料
名词解释
1.切线模量理
切线模量理论认为轴心压杆在弹塑性阶段弯曲屈曲时，轴心压力P 不变，只是构件截面上的应力超过了弹性极限，此时用切线模量Et来代替E
2.二阶分析p12
考虑变形影响的内力分析称为二阶分析
3.概率极限状态设计法p13
以概率理论为基础的极限状态设计方法，简称概率极限状态设计法
4.不稳定分岔屈曲p82
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
5.应力集中p34
在缺陷或截面变化处附近，应力线曲折、密集、出现高峰应力的现象称为应力集中
6.延性破坏p35
超过屈服点fy即有明显塑性变形产生的构件。

当达到抗拉强度fu 时将在很大变形的情况下断裂，这是材料的塑性破坏，也称为延性破坏
7.稳定分岔屈曲p82
分岔屈曲后，结构还可承受荷载增量
8.兰脆现象p33
兰脆现象指温度在250℃左右的区间内，fu有局部性提高，fy也有所回升，同时塑性有所降低，材料有转脆倾向
9.冲击韧性p27
冲击韧性衡量钢材抗脆断的性能。

实际结构中脆性断裂总是发生
在缺口高峰应力的地方，在缺口高峰应力的地方常呈三向受拉的应力状态。

因此，最有代表性的是钢材的缺口冲击韧性，简称冲击韧性或冲击功
10.理想弹塑性模型p25
бy之前，钢材近于理想弹性体，бy之后，塑性应变范围很大而应力保持不增长，接近理想塑性体。

可以两根直线的图形（书上p24图2-1中的OA'F）作为理想弹塑性体的应力-应变模型。

钢结构设计规范对塑性设计的规定，就以材料是理想弹塑性体的假设为依据，忽略了应变硬化的有利作用
11、伸长率p26
伸长率是断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比。

取圆形试件直径d的5倍或10倍为标定长度，其相应的伸长率用δ5或δ10表示，伸长率代表材料断裂前具有的塑性变形的能力。

12、塑性破坏p35
超过屈服点fy即有明显塑性变形产生的构件，当达到抗拉强度fu 时将在很大的变形的情况下断裂，这是材料的塑性破坏，也称为延性破坏。

13、分支点失稳p82
分支点失稳的特征是：在临界状态时，结构从初始的平衡位形突变到与其临近的另一平衡位形，表现出平衡位形的分岔现象。

在轴心压力作用下的完善直杆以及在中面受压的完善平板的失稳都属于这一类型。

简答题
1.冷加工对于钢材性能的影响？P32
答：在常温下加工叫冷加工。

冷拉、冷弯、冲切、机械剪切等冷加工使钢材而产生很大的塑性变形，产生塑性变形后的钢材在重新加荷时将提高屈服，同时降低塑性和韧性。

由于减小了塑性和韧性性能，普通钢结构中不利用硬化现象所提高的强度。

重要结构还把钢板因剪切而硬化的边缘部分刨去。

2.温度对于钢材力学性能的影响？P32
答：钢材对温度相当敏感，温度升高与降低都使钢材性能发生变化。

当温度逐渐升高时，刚才的强度、弹性模量会不断降低，变形能力则不断增大。

随着温度的升高，普通钢的强度下降较快，温度达到600℃时，其屈服强度仅为室℃温屈服强度的1//3左右，此时因强度很低已不能承担荷载。

而弹性模量则在500℃之后开始急剧下降，到600℃时约为室温弹性模量的40%。

达250℃附近时，钢材抗拉强度略有提高，而塑性、韧性均下降，此时加工有可能产生裂缝，称“兰脆现象”。

260%-320%时有徐变现象。

当温度从常温下降时，钢材的强度略有提高而塑性和韧性降低，当经过温度转变区后，材料由韧性破坏转到脆性破坏，这种现象称为低温冷脆现象。

这个转变温度叫冷脆转变温度。

钢材在整个使用过程中，可能出现的最低工作温度，应高于钢材的冷脆转变温度。

3、强度问题和稳定问题的区别。

强度问题是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起地最大应力（或内力）
是否超过建筑材料的极限强度，因此是一个应力问题。

极限强度的取值取决于材料的特性，对混凝土等脆性材料，可取它的最大强度，对钢材则常取它的屈服点。

稳定问题则与强度问题不同，它主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态，即变形开始急剧增长的状态，从而设法避免进入该状态，因此，它是一个变形问题。

如轴压柱，由于失稳，侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩，因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。

显然，轴压强度不是柱子破坏的主要原因。

3.残余应力对于轴心受压构件整体稳定性的影响，及其如何产生这种影响。

P86
4.焊缝连接的优、缺点及其质量检查方法。

P192-194
答：焊缝连接与螺栓连接、铆钉连接比较有下列优点
1）不需要在钢材上打孔钻眼，既省工，又不减损钢材截面，使材料可以充分利用
2）任何形状的构件都可以直接相连，不需要辅助零件，构造简单；
3）焊缝连接的密封性好，结构刚度大
焊缝连接存在的问题：
1）由于施焊时的高温作用，形成焊缝附近的热影响区，使钢材的金属组织和力学性能发生变化，材质变脆
2）焊接的残余应力使焊接结构发生脆性破坏的可能性增大，残余变形使其尺寸和形状发生变化，矫正费工
3）焊接结构对整体性不利的一面是，局部裂缝一经发生便容易扩展到整体。

焊接结构低温冷脆问题比较突出
质量检查方法：
《钢结构工程施工质量验收规范》规定，焊接质量检查分为三级，其中第三级只要求通过外观检查，即检查焊缝实际尺寸是否符合设计要求和有无看得见的裂纹、咬边等缺陷。

对于重要结构或要求焊缝金属强度等于被焊接金属强度的对接焊缝，必须进行一级或二级质量检查，即在外观检查的基础上再做无损检验。

其中二级要求用超声波检验每条焊缝的20%长度，一级要求用超声波检验每条焊缝全部长度，以便揭示焊缝内部缺陷。

6.一阶分析和二阶分析的区别。

结构在荷载作用下必然有变形。

当变形和构件的几何尺寸相比微不足道时，内力分析按结构的原始位型进行，即忽略变形的影响。

这种做法称为一阶分析。

而当变形影响不再能被忽略。

需要考虑变形影响的内力分析称为二阶分析。

7.应力集中现象对于钢结构力学性能的影响。

(见书P34页）
8.第一类稳定问题和第二类稳定问题的特点和区别
第一类稳定：分枝点失稳，基于小变形理论；第二类失稳：极值点失稳，基于大变形理论。

实际工程中主要是第二类失稳问题，但第一类失稳求解简单
9.掌握焊缝符号的表示方法。

见书196~197表7-1与表7-2
10.影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素
1.纵向残余应力对轴心受压构件整体稳定性的影响
2.构件初弯曲对轴心受压构件整体稳定性的影响
3.构件初偏心对轴心受压构件整体稳定性的影响
4.杆端约束对轴心受压构件整体稳定性的影响
5.轴心受压构件整体稳定计算（弯曲屈曲）
6.轴心受压构件的扭转屈曲和弯扭屈曲
11.失稳的实质：压应力使得构件的弯曲刚度减小，直至消失的过程。

12选择钢材应考虑的因素有哪些？
选择钢材的目的是要做到结构安全可靠，同时用材经济合理。

为此，在选择钢材时应考虑下列各因素：
①结构或构件的重要性；
②荷载性质（静载或动载）；
③连接方法（焊接、铆接或螺栓连接）；
④工作条件（温度及腐蚀介质）
对于重要结构、直接承受动载的结构、处于低温条件下的结构及焊接结构，应选用质量较高的钢材。

13角焊缝的构造要求。

（1）在直接承受动力荷载的结构中，为了缓解应力集中，角焊缝表面应做成直线型或凹形。

焊缝直角边的比例：对正面角焊缝宜为1:1.5，侧面角焊缝可为1:1 （2）最小焊缝尺寸：角焊缝hf不得小于（1.5）1/2,(对自动焊，最小焊接尺寸可减少1mm,对T型连接的单面角焊缝应增加1mm），他为较厚焊件厚度，当焊件厚度小于4mm时，则取与焊件厚度相同。

（3）最大焊缝尺度：hf<=1.5t,t为较薄焊件厚度（钢管结构除外）。

但板件（厚度为t)的边缘焊缝最大hf，尚应满足：（a)t<=6mm时，hf<=t (b）t>6mm时，hf=t-(1~2)mm （4）对角焊缝l
的尺寸：a、侧面或正面角焊缝不小于8hf和40mm b、侧面角焊缝不
w
大于60hf
（5）其他要求;a、所有围焊的转角处必须连续施焊b、当板件仅用两条侧焊缝连接时>=b和b<=190mm，b不满足时，应加正面角焊缝、槽缝或塞缝。

C、搭接连接不能
应使l
w
只用一条正面角焊缝，搭接长度大于5t及25mm,t为焊件较小厚度
14、试述三种连接方式（焊接、铆接和螺栓连接）各自的优、缺点？
焊接：优点：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：焊接残余应力和残余应变对结构有不利影响，焊接结构的低温冷脆问题也比较突出。

铆接：优点：塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，适用于直接承受动载结构的连接。

缺点：构造复杂，用钢量多，目前已很少使用。

普通螺栓连接：优点：施工简单，装拆方便，利于检修，可以增加预紧力防止松动。

缺点：用钢量多，而且在螺栓连接的缝隙处容易有腐蚀的发生，从而造成连接失效。

15、简述高强螺栓和普通螺栓连接的主要区别p190
普通螺栓扭紧螺帽时螺栓产生的预拉力很小，由板面挤压力产生的摩擦力可以忽略不计。

普通螺栓连接抗剪时是依靠孔壁承压和栓杆抗剪来传力。

高强度螺栓除了其材料强度高之外，施工时还给螺栓杆施加很大的预拉力，使被连接构件的接触面之间产生挤压力，因此板面之间垂直于螺栓杆方向受剪时有很大的摩擦力。

依靠接触面间的摩擦力来阻止其相互滑移，以达到传递外力的目的，因而变形较小。

高强度螺栓抗剪连接分为摩擦型连接和承压型连接。

前者以滑移作为承
载能力的极限状态，后者的极限状态和普通螺栓连接相同。

高强度螺栓的另一个特点是不能多次重复使用。

尤其是10.9级螺栓，拆卸后即不能再用。

16、轴心受力构件截面形式的共同要求p47
（1）能提供承载力所需要的截面积；
（2）制作比较简单；
（3）便于和相邻的构件连接；
（4）截面开展而壁厚较薄，以满足刚度要求。

17、试述影响梁整体稳定性的因素有哪些？提高梁稳定性的措施有哪些。

影响梁整体稳定性的因素有：
4）截面的形状和尺寸比值：增加侧向抗弯刚度（增大受压边缘的宽度）EIy，增大梁的抗扭能力，GIt，EIw降低梁的高度h 5）荷载类型及作用位置：纯弯时，整体稳定临界力最小，均布荷载时次之，集中荷载时最大；荷载作用于下翼缘时临界力高，反之则小。

6）侧面支承和梁端支承，减小受压翼缘的侧面自由长度可提高临界力。

7）初始缺陷（初弯曲，初偏心，残余应力）降低梁的临界力。

提高梁稳定性的措施有：
1.翼缘与其它构件作侧向连接
2.提高b/t比值，尽可能使抗侧刚度提高，Iy增大。

18、试述屈服点对钢结构设计理论的重要意义p25
屈服点是建筑钢材的一个重要力学特性，其意义是：
1．作为结构计算中材料强度标准，或材料抗力标准。

应力达到ζy 时的应变（ε=0.015%）与ζp时的应变（ε=0.1%）较接近，可以认为应力达到ζy时为弹性变形的终点。

同时，达到ζy 后在一个较大的应变范围内（约从ε=0.15%到ε=2.5%）应力不会继续增加，表示结构一时丧失继续承担更大荷载的能力，故此以ζy作为弹性计算时强度的标准。

2．形成理想弹塑性体的模型，为发展钢结构计算理论提供基础。

ζy可认为是弹性变形的终点，塑性变形的起点，忽略屈服后应变强化效应的有利影响。