南京工业大学钢结构简答题

简述钢结构有哪些主要特点。

答：（1）材料的强度高，塑性和韧性好；（2）材质均匀，和力学计算的假定比较符合；（3）制作简便，施工周期短；（4）质量轻；（5）钢材耐腐蚀性差；（6）钢材耐热，但不耐火；
钢材选用原则
（1）结构或构件的重要性；（2）荷载性质（动载或静载）；（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）（5 ）钢材厚度
碳素结构钢按质量分为几级？并是怎样划分的？Q235B- b代表的意义是什么？
答：碳素结构钢按质量分为A、B、C D四级。

Q235B- b代表屈服强度为235N/mrr^, B级，半镇静钢。

建筑钢材的伸长率是通过什么实验确定的？实验时如何取值？伸长率反映了钢材的什么性质？
建筑钢材的伸长率是通过单向拉伸实验确定的。

取试件拉断后的伸长量与原标距的比值的百分率，即"'"",伸长率反映了钢材的塑性变形能力。

简述钢结构连接的类型和特点？
答：钢结构最主要的连接类型：
（1）焊缝连接：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、连接密
封性好、刚度大。

焊接残余应力和残余变形对结构有不利影响，低温冷脆问题比较突出。

（2）铆钉连接：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。

构造复杂，用钢
量多。

（3）螺栓连接：施工简单、拆装方便。

用钢量多。

受剪普通螺栓有哪几种可能的破坏形式？如何防止？
答：五种破坏形式：（1）螺栓杆剪断（2）孔壁挤压破坏（3）钢板被拉断（4）钢板剪断（5）螺栓弯曲。

针对前三种破坏，通过强度验算避免出现破坏。

通过限制端距e3 >2d。

避免钢板剪断，限制板叠厚度
不超过5d以避免螺栓弯曲。

简述焊接残余应力对结构性能的影响。

（1）不影响结构的静力强度；（2）残余应力使构件的变形增大，刚度降低；（3）焊接残余应力使压杆的挠曲刚度减小，从而降低其稳定承载能力；（4）在低温下使裂纹容易发生和发展，加速构件的脆性破坏；（5）降低了结构构件和连接的疲劳强度
3、应力集中：钢结构的构件中有时存在着孔洞，槽口，凹角，缺陷以及截面突然改变时，构件的应力分布将不再保持均匀，而是在缺陷以及截面突然改变处附近，出现应力线曲折，密集，产生高峰应力的现象。

应力集中对钢材的影响：（1）使构件处于同号的双向或者三向应力场的复杂应力状态
（2）在应力集中处塑性变形受到约束，发生脆性断裂或者产生疲劳裂纹。

3、影响梁整体稳定性的因素有哪些？
答：主要影响因素：（1）梁的侧向抗弯刚度yEI 、抗扭刚度tGI 和抗翘曲刚度wEI9. （2）受压翼缘自由长度. （3）梁所受荷载类型（4）梁端支座对截面的约束（5）横向荷载沿梁截面高度方向的作用点位置（6）By 值（7）残余应力
钢梁腹板失稳形式，如何避免
形式：（1）剪应力作用下失稳（2）局部压应力作用下失稳（3）弯曲正应力作用下失稳（4）复杂应力作用下失稳。

措施：（1）减小板件宽厚比（2）设置加劲肋
截面积，计算长度，惯性矩都相同的实腹式和格构柱，哪种承载力大，为什么？
实腹式承载力大因为格构柱的换算长细比大于实腹柱，从而格构柱的整体稳定性系数小于实腹柱，导致格构柱稳定承载力小
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：（1）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（2）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。

（3）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（4）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
4、钢材的疲劳：在循环荷载的作用下，经过有限次循环，钢材发生破坏的现象。

影响因素：1、构件的构造细节（包括形状，尺寸，表面情况以及冶金缺陷）2、应力种类与幅值3、应力循环次数，循环特征4、残余应力5. 工作环境6、材料的种类
第二章
1.简述建筑钢结构对钢材的要求、指标，规范推荐使用的钢材有哪些？答：1.较高的强度。

2. 足够的变形能力。

3.良
好的加工性能。

此外，根据结构的具体工作条件，在必须是还应该具有适合低温、有害介质侵蚀（包括大气锈蚀）以及重复荷载作用等的性能。

《钢结构设计规范》（GB50017-2003）推荐的普通碳素结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345 Q390及Q42C是符合上述要求的。

2.衡量材料力学性能的好坏，常用那些指标？它们的作用如何？
1. 强度性能
2. 塑性性能
3. 冷弯性能
4.冲击韧性
3.哪些因素可使钢材变脆，从设计角度防止构件脆断的措施有哪些？答：（1）硫磷氧氮等化学成分的影响（2）成材过程的影响（3）冷加工硬化及温度等其他因素的影响。

从设计角度防止构件脆断课不考虑硬化所提高的强度及规定结构表面所受辐射温度等。

4.碳、硫、磷对钢材的性能有哪些影响？
答：碳（C）：碳含量提高，则钢材强度提高，但同时塑形、韧性、冷弯性能、可焊性、抗锈蚀能力下降。

对于焊接结构，为了有良好的可焊性，以不大于%为好。

磷（P）：磷即是有害元素也是能利用的合金元素。

在低温下使钢变脆，称为冷脆；高温时使钢减少塑性。

但磷能提高钢的强度和抗锈蚀能力。

硫（S）：硫有害元素。

使钢产生热脆性，降低钢的冲击韧性，同时影响疲劳性能和抗锈蚀性能。

5.什么是钢材的可焊性？影响钢材可焊性的化学元素有哪些？
钢材的可焊性是指一般焊接工艺就可以完成合格的（无裂纹的）焊缝的性能
影响钢材可焊性的主要因素是碳含量和合金元素的含量。

6.钢材的力学性能为何要按厚度（直径）进行划分？
钢材屈服点的高低和钢材晶粒的粗细有关，材质好，轧制次数多，晶粒细，屈服点就高，因而不同厚度的钢材，屈服点不一样。

7.钢材中常见的冶金缺陷有哪些?
偏析，非金属杂质，气孔，裂纹及分层
8.随着温度的变化，钢材的力学性能有何变化？
总的趋势是：温度升高，钢材的强度降低，应变增大，反之温度降低，钢材强度会略有增加，塑性和韧性却会降低而变脆
9.什么情况下会产生应力集中，应力集中对材性有何影响？
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。

10.什么是疲劳断裂？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：（1）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（2）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。

（3）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（4）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
11.快速加荷对钢材的力学性能有何影响？
快速加载使钢材的屈服点和抗拉强度提高，冲击韧性降低
12.选择钢材虑的因素有哪些？
结构或构件的重要性；荷载性质（动载或静载）；连接方法（焊接铆接或螺栓连接）；工作条件（温度及腐蚀介质）
13.什么是冷工硬化（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
第三章
1.简述构件截面的分类，型钢及组合截面应优先选用哪一种，为什么？
答：构件截面可分为热轧型钢截面、冷弯薄壁型钢截面、组合截面。

应优先选用型钢截面，它具有加工方便和成本较低的优点。

2.梁的强度计算有哪些内容？如何计算？
答：正应力、剪应力、局部压应力和组合应力的计算。

3.什么叫梁的内力重分布，如何进行塑性设计？
答：随着荷载的增大，塑性铰发生塑性转动，结构内力产生重分布，使其它截面相继出现塑性铰，直至形成机构。

塑性设计就是利用内力塑性重分布，以充分发挥材料的潜力。

4.拉弯和压弯构件强度计算公式与其强度极限状态是否一致？
答：不一致，拉弯和压弯构件强度计算公式采用了不同的屈服准则。

5.为什么直接承受动力荷载的实腹式拉弯和压弯构件不考虑塑性开展，承受静力荷载的同一类构件却考虑塑性开展？格构式构件考虑塑性开展吗？
答：和强度设计准则有关，比如格构式构件，格构式截面一般才用边缘屈服理论，认为构件只要一点发生屈服, 就可认为整个构件屈服，因此不能考虑塑性开展，并且塑性开展都是利用腹板的部分屈服，格构式构件没有腹板，就没有塑性发展了。

而这种考虑塑性发展的塑性设计只用于不直接承受动力荷载的固端梁和连续梁，并且比不考虑节约钢材，充分发挥材料的潜力。

6.截面塑性发展系数的意义是什么？试举例说明其应用条件？
答：对不需要计算疲劳的受弯构件，允许考虑截面有一定程度的塑性发展
第四章单个构件的承载能力——稳定
1、有哪些因素影响轴心受压构件的稳定系数？
答：初弯曲、初偏心、残余应力、杆端约束。

2、轴心受压构件与压弯构件的腹板局部稳定设计原则是什么？
轴心受压构件的稳定设计原则是选择适当高的截面或减小计算长度，以减小长细比获得较大的0值。

压弯构件的腹板局部稳定，经计算在腹板受压区加设加劲肋。

3、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？
答：主要影响因素：
①梁的侧向抗弯刚度yEI 、抗扭刚度tGI 和抗翘曲刚度wEI 愈大，梁越稳定；②梁的跨度l 愈小，梁的整体稳定越好；
③对工字形截面，当荷载作用在上翼缘是易失稳，作用在下翼缘是不易失稳；④梁支撑对位移约束程度越大，越不易失稳；
采取措施：①增大梁的侧向抗弯刚度，抗扭刚度和抗翘曲刚度；②增加梁的侧向支撑点，以减小跨度；③放宽梁的受压上翼缘，或者使上翼缘与其他构件相互连接。

4、试分析表4-7 给出的最大的l 1/b 1值是如何得出的？
5、简述压弯构件失稳的形式及计算的方法。

6、简述压弯构件中等效弯矩系数卩mx的意义答：在平面内稳定的计算中，等效弯矩系数可以把各种荷载作用的弯矩分布形式转换为均匀受弯来看待。

第七章1、简述钢结构连接的类型和特点？
答：钢结构最主要的连接类型：（1）焊缝连接（2）铆钉连接（3）普通螺栓连接和高强螺栓连接
（1）焊缝连接：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、连接密封性好、刚度大。

焊接残余应力和残余变形对结构有不利影响，低温冷脆问题比较突出。

（2）铆钉连接：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。

构造复杂，用钢量多。

（3）螺栓连接：施工简单、拆装方便。

用钢量多。

2、受剪普通螺栓有哪几种可能的破坏形式？如何防止？
答：五种破坏形式：（1 ）螺栓杆剪断（2）孔壁挤压（3）钢板被拉断（4）钢板剪断（5）螺栓弯曲
针对前三种破坏，通过强度验算避免出现破坏。

通过限制端距e3 >2d。

避免钢板剪断，限制板叠厚度
不超过5d 以避免螺栓弯曲。

3、简述普通螺栓连接与高强螺栓摩擦型连接在弯矩作用下计算时的异同点？
在弯矩作用下，普通螺栓连接计算时假定中和轴位于弯矩所指的最下列螺栓处，高强度螺栓摩擦型连接计算时中和轴位于螺栓形心轴处。

4、为何要规定螺栓排列的最大和最小间距要求？
答：（1）受力要求：为避免钢板端部不被剪断对于受拉构件，各排螺栓的栓距和线距不应过小，否则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：保证有一定的空间，便于转动螺栓扳手。

5、影响高强螺栓承载力的因素有哪些？
答：栓杆预拉力；连接表面的抗滑移系数；钢材的种类。

简答题
1.简述钢结构有哪些主要特点。

（8 分）
答：（1）材料的强度高，塑性和韧性好；
（2）材质均匀，和力学计算的假定比较符合；
（3）制作简便，施工周期短；
（4）质量轻；
（5）钢材耐腐蚀性差；
（6）钢材耐热，但不耐火；
2•碳素结构钢按质量分为几级？并是怎样划分的？Q235B- b代表的意义是什么？（10分）
答：碳素结构钢按质量分为A、B、C、D四级。

其中A级钢材不作冲击韧性要求，冷弯性能在需方有要求时才进行；B、C D各级钢材均要求冲击韧
性值A >27J，且冷弯试验均要求合格，所不同的是三者的试验温度有所不同，B级要求常温（20± 5C）冲击值，C和D级则分别要求0C和-20 C冲击值。

Q235B- b代表屈服强度为235N/mm, B级，半镇静钢。

3.钢结构中，选用钢材时要考虑哪些主要因素？（8 分）
答：结构或构件的重要性；
荷载的性质（静载或动载）；
连接方法（焊接、铆接或螺栓连接）；
工作条件（温度及腐蚀介质）。

4.轴心受力构件的截面形式有哪几种？并且对轴心受力构件截面形式的共同要求是什么？
答：轴心受力构件的截面形式有热轧型钢、冷弯薄壁型钢、实腹式组合截面以及格构式组合截面。

对轴心受力构件截面形式的共同要求是：
（1 ）能提供强度所需要的截面积；
（2）制作比较简便；
（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。

5.计算压弯（拉弯）构件的强度时，根据不同情况，采用几种强度计算准则？并简述各准则的内容。

我国钢结构规范对于一般构件采用哪一准则作为强度极限？（10 分）
答：计算压弯（拉弯）构件的强度时，根据不同情况，采用三种强度计算准则。

其中（1）截面边缘纤维屈服准则：当构件受力最大截面边缘处的最大应力达到屈服时，即认为构件达到了强度极限。

（2）全截面屈服准则：这一准则以构件最大受力截面形成塑性铰为强度极限。

（3）部分发展塑性准则：这一准则以构件最大受力截面的部分受压区和受拉区进入塑性为强度极限。

我国钢结构规范对于一般构件采用部分发展塑性准则作为强度极限。

6.简述梁的整体失稳现象，影响梁临界弯距的主要因素有哪些。

（8 分）
答：梁的截面一般窄而高，弯矩作用在其最大刚度平面内，当荷载较小时，梁的弯曲平衡状态是稳定的。

当荷载增大到某一数值后，梁在弯矩作用平面内弯曲的同时，将突然发生侧向的弯曲和扭转变形，并丧失继续承载的能力，这种现象称为梁的整体失稳现象。

梁的临界弯矩M cr 主要和梁的侧向抗弯刚度、抗扭刚度、翘曲刚度、梁的截面形状、荷载类型、荷载作用位置以及梁的跨度等有关。

7.钢结构框架钢柱的计算长度系数与哪些因素有关。

（6 分）
答：钢结构框架钢柱的计算长度系数与框架类型、相交于柱上端节点的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值K、相交于柱下端节点的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值&、柱与基础的连接方式、
横梁远端连接方式、横梁轴力大小以及柱的形式等因素有关。

8.简述焊接残余应力对结构性能的影响。

（8 分）答：（1）对结构静力强度的影响：不影响结构的静力强度；（2）对结构刚度的影响：残余应力使构件的变形增大，刚度降低；
（3）对压杆稳定的影响：焊接残余应力使压杆的挠曲刚度减小，从而必定降低其稳定承载能力；
（4）对低温冷脆的影响：在低温下使裂纹容易发生和发展，加速构件的脆性破坏；
（5）对疲劳强度的影响：焊接残余应力对疲劳强度有不利的影响，原因就在于焊缝及其近旁的高额残余拉应力。

9.简述螺栓连接的五种破坏形式。

（6 分）答：螺栓连接的五种破坏形式为：
（1）螺栓杆剪断；
（2）孔壁挤压；
（3）钢板被拉断；
（4）钢板剪断；
5）螺栓杆弯曲
三、简答题（每小题10分）
1、何谓应力集中？应力集中对钢材的机械性能有何影响？
2、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？
3、焊接残余应力对结构性能有哪些影响？
4、抗剪的普通螺栓连接有哪几种破坏形式？用什么方法可以防止？
5、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？
6、焊脚尺寸是越大越好还是越小越好？为什么？
答案：
1、答：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。

2、答：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
3、答：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。

4、答：1、当栓杆直径较小，板件较厚时，栓杆可能先被剪断；2、当栓杆直径较大，板件较薄时，
板件可能先被挤坏，由于栓杆和板件的挤压是相对的，故也可把这种破坏较作螺栓的承压破坏；3、
板件可能因螺栓孔削弱太多而被拉断；4、端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏。

第1、
2种破坏形式可进行抗剪螺栓连接的计算，第3种破坏形式要进行构件的强度计算；第4种破坏形式
有螺栓端距》2d0来保证。

5、答：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。

6、答：除钢管结构外，焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的倍，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为较厚焊件的厚度。

27
A i
双肢缀板式柱的换算长细比的计算公式: Ox
80 235 时，应按构造配置横向加劲肋;
构件的几何形状与尺寸；杆端约束程度；钢材的强度;
焊接残余应力；初弯曲；初偏心
2、格构式和实腹式轴心受压构件临界力的确定有什么不同？双肢缀条式和双肢缀板式柱的换算长细
比的计算公式是什么？为什么对虚轴用换算长细比？（ 4分）
格构式轴心受压构件临界力的确定依据边缘屈服准则，并考虑剪切变形的影响；实腹式轴心受压
构件临界力的确定依据最大强度准则，不考虑剪切变形的影响。

双肢缀条式柱的换算长细比的计算公
格构式轴心受压柱当绕虚轴失稳时，柱的剪切变形较大，剪力造成的附加挠曲影响不能忽略，故 对虚轴的失稳计算，常以加大长细比的办法来考虑剪切变形的影响，
加大后的长细比称为换算长细比。

3、影响钢材性能的主要因素有哪些？ （
4分） 化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；反复
荷载作用 4、如何保证梁腹板的局部稳定？（ 4分）
② 当80,罕5 ho t 170 235时，应按计算配置横向加劲肋;
③ ho t 170. 235，应配置横向加劲肋和纵向加劲肋；
④ 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。

5、螺栓在钢板上应怎样排列合理？ （ 4分）
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式: 2
x
求：①受力要求②施工要求③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2d0
1.对于理想的轴心受压构件，提高钢材的牌号（即钢材强度），对构件的稳定承载能力有何影响？为什么？
2.剪力作用下的普通螺栓连接节点可能发生哪些破坏形式?
3.两板件通过抗剪螺栓群承担剪力时，就板件的净截面强度来说，摩擦型高强螺栓连接与普通螺栓连接有何区别？采用何种连接方式更合理？
4.某煤气柜结构，据统计在预期的20年使用寿命内，煤气气压循环万次，问：可否按现行《钢结构
设计规范》中有关钢结构疲劳验算的规定对该煤气柜结构及其节点进行疲劳验算？为什么？
5.同一种类的钢材，当其厚度或直径发生变化时，钢材的机械性能（强度和塑性）有何变化？为什么?
6.某钢结构高强度连接梁柱节点，设计按摩擦型高强螺栓（接触面喷砂后生赤锈）计算摩擦面的抗滑移系数。

施工单位为防止构件锈蚀对构件的损伤，对接触面（梁端板与柱翼缘板）间进行了喷漆处理。

问这种处理方式是否合理？为什么？
叽=―—
1.无影响。

因为理想轴心受压构件的稳定承载力为-，与钢号无关。

2.栓杆被剪断、栓杆（孔壁承压）破坏、板件拉断、栓杆受弯破坏、板端冲剪破坏
3.摩擦型高强螺栓连接板件计算截面承力需考虑孔前传力，其所受荷载小于普通螺栓连接。

从板件的受力来说，采用摩擦型高强螺栓连接更合理。

4.不能按现行《钢结构设计规范》对该煤气柜结构及其节点进行疲劳验算，因为《钢结构设计规范》
中有关钢结构疲劳验算是基于循环次数》105。

5.同一种类的钢材，当其厚度或直径发生减小时，钢材的强度和塑性会提高。

因为随着钢材厚度或直径的减小，钢材（型钢）的轧制力和轧制次数增加，钢材的致密性好，存在大缺陷的几率减少，故强度和塑性会提高。

6.这种处理方式不合理。

因为喷砂后生赤锈板件间的抗滑移系数大于板件喷漆处理，板件接触面喷漆后摩擦型高强螺栓的抗剪承载力将下降。