钢结构试题要点总结

钢结构试题要点总结一、钢结构的概念：是指利用钢制型材（钢板、型钢）通过连接（焊接、铆接、螺栓连接）所构成的能承受“作用”的体系。

二、钢结构的特点三、钢结构的合理应用范围总之，根据我国情况钢结构适用于高、大、重型和轻型结构。

四、钢结构的设计方法（以概率理论为基础的极限状态设计法）：（一）钢结构设计的基本目标：在满足使用功能要求（安全性、适用性、耐久性）的基础上，做到技术先进、经济合理、安全适用和确保质量。

（二）结构的可靠性和可靠指标：结构的可靠性是指结构在规定的时间内（设计基准期）、规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用、正常维护）完成预定功能（安全性、适用性、耐久性）的概率，是结构安全性、适用性和耐久性的概称，用来度量结构可靠性的指标称为可靠指标。

（三）结构和构件的两种极限状态：极限状态就是结构或构件超过该状态就不能满足结构某一功能要求的临界状态。

1、承载能力极限状态它对应于结构达到最大承载力或不适于继续承载的变形的临界状态。

2、正常使用极限状态它对应于结构或构件产生影响使用或耐久性能的变形或振动的临界状态。

（四）极限状态方程（功能函数）形式及含义：极限状态方程形式为。

当时，结构处于可靠状态；当时，结构处于失效状态；当时，结构处于极限状态。

（五）结构的可靠概率和可靠指标：结构处于可靠状态，即的概率称为可靠概率，反之为失效概率，结构的可靠指标,二者是一一对应的关系。

（六）近似概率实用设计表达式（分项系数表达式）：1、承载能力极限状态设计表达式：承载能极限状态设计表达式中荷载效应组合包括基本组合和偶然组合两种，其中偶然组合仅仅适用于地震作用和爆炸冲击力等，而基本组合则应考虑永久荷载起控制作用和可变荷载起控制作用两种组合的最不利值来计算承载能力极限状态。

（1）可变荷载起控制作用时荷载效应组合：（2）永久荷载起控制作用时荷载效应组合：对于一般排架结构和框架结构，可以采用简化的极限状态设计表达式，即其中荷载的标准值乘以荷载的分项系数就可以得到荷载的设计值，而材料强度设计值等于材料强度标准值除以材料强度分项系数。

2、正常使用极限状态设计表达式：根据不同的使用要求，正常使用极限状态设计表达式中考虑了标准组合、频遇组合和准永久组合三种荷载效应组合分别进行验算。

（1）标准组合：（2）频遇组合：（3）准永久组合：第二章结构钢材及其力学性能一、钢结构对所用材料的性能要求二、建筑钢材的两种破坏形式其中塑形破坏在破坏之前有显著的变形，延续较长时间，且吸收较多能量，使破坏有明显的预兆；而脆性破坏在破坏之前没有显著变形，吸收能量很少，破坏突然发生。

三、钢材一次单向静力拉伸试验：如右图所示，钢材在一次单向静力拉伸试验过程中经历了四个阶段，即弹性阶段（、）、弹塑形阶段、塑形阶段（屈服阶段、屈服台阶）、强化阶段和颈缩阶段（个别教材中将其列为强化阶段部分）。

由于钢材在屈服阶段之前变形很小，几乎可以近似看作完全处于弹性状态，而超过屈服点之后钢材又在应力几乎不增加的情况下产生很大变形，类似于完全塑形变形，所以结构上为简化计算而将钢材看作“理想弹塑形体”。

四、钢材的力学性能指标：（一）钢材的力学性能指标（二）多轴应力条件下钢材的屈服条件：按照能量强度理论（第四强度理论）可以得出,由此可以看出钢材在多轴应力状态下，当处于同号应力场时，钢材容易产生脆性破坏；而当处于异号应力场时，钢材容易发生塑形破坏。

（三）钢材的疲劳强度：1、钢材疲劳破坏的特征和原因：（1）疲劳破坏的概念：钢材在连续常幅循环荷载作用下，当循环次数达到某一定值时，钢材发生破坏的现象，称为钢材的疲劳破坏。

疲劳破坏属于突然发生的脆性断裂。

（2）疲劳破坏产生的原因：疲劳破坏产生的原因是由于钢材内部的缺陷在循环荷载作用下产生较大的应力集中而处于三向或两向同号应力场，限制了钢材塑性变形的发展，且钢材因缺陷处较大的应力集中而产生裂纹并逐渐积累直至其截面完全被贯通发生脆性破坏。

（3）影响疲劳破坏的因素：实验证明，影响钢材疲劳强度的因素主要有构造状况（应力集中程度、残余应力）、作用的应力幅（按循环荷载最大应力与最小应力的差值）及循环荷载重复的次数n，和钢材的静力强度并无明显关系。

我国钢结构设计规范根据使用情况的调查，规定疲劳寿命最低值为，也就是当构件所受的应力变化循环次数为时，应进行疲劳强度计算。

五、影响钢材力学性能的因素：（一）钢材的化学成分影响：1、碳元素C：为钢材的基本元素，随着含碳量的提高，钢材的强度（）逐渐增高，而塑形和韧性逐渐下降，且可焊性和抗锈性等也在变差。

2、硫S和氧O元素：硫和氧元素均属于有害元素，它们能在高温下和铁元素生成氧化物或硫化物，使钢材变脆（热脆），同时还会降低钢材的冲击韧性、疲劳强度、可焊性和抗锈性能等。

3、磷P和氮N元素：磷和氮元素均属于有害元素，它们都会因其本身偏析而促使钢材晶格畸变，可适当提高钢材的强度和抗锈性能，但却会严重地降低钢材的塑形、韧性和可焊性等，特别是在温度较低时促使钢材变脆（冷脆）。

4、锰Mn元素：锰元素是一种弱脱氧剂，属于有利元素，锰与钢液中氧和硫元素化合生成炉渣，消除热脆并能改善冷脆现象，可提高钢材的强度，但却不明显降低钢材的塑形。

5、硅Si元素：硅元素是一种强脱氧剂，属于有利元素，硅能有效与钢液中的非金属物质结合生成炉渣，并细化钢材晶格，提高钢材的强度，而对其塑形、韧性和可焊性的不良影响不太明显。

（二）钢材的轧制工艺：钢材轧制次数越多，晶粒就越细，钢材的质量就越好，因此薄钢材的屈服点要比厚钢材的高。

（三）冶金缺陷影响：钢材在冶炼过程中容易形成偏析、非金属夹杂、裂纹和起层等冶金缺陷，这些因素都会使钢材塑形、韧性和可焊性变差。

（四）温度作用影响：在低温状态下钢材塑形变差（低温冷脆），强度变高；在高温作用下钢材强度变低，塑形变大（高温软化）；在常温下钢材随温度变化其力学性能变化不大。

特别注意的是在250C时容易形成“蓝脆现象”，在600C时钢材强度几乎等于零。

（五）钢材的硬化影响：钢材冷作硬化和失效硬化都会使钢材强度稍有提高，但塑形变差。

（六）应力集中现象影响：应力集中现象常常会形成双向或三向同号应力场，使钢材变脆。

（七）重复荷载作用影响：重复荷载作用下钢材的塑性变形会逐渐积累，当应力循环达到一定次数时将会发生突然脆断，使钢材的破坏呈现出脆性破坏状态。

六、钢材的种类和规格：（一）钢种和炉种：1、钢类根据炉种分2、钢类根据化学成分不同分3、钢类按冶炼时脱氧程度不同分（二）钢材的牌号：1、碳素结构钢牌号=Q+屈服点数值+质量等级+脱氧方法，如Q235-A、F2、低合金高强度结构钢牌号=含碳量万分位数+合金元素符号+特殊要求，如15MnVq钢（三）钢材的选用承重结构用钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构还有含碳量的合格保证。

焊接结构承重以及重要的非焊接承重结构还应具有冷弯性能合格保证。

需要验算疲劳的焊接结构应根据工作温度选择钢材等级，要求有冲击韧性的合格保证。

对需要验算疲劳的非焊接结构钢材还应具有常温冲击韧性合格保证等。

（四）钢材的规格：钢材有热轧钢板（厚钢板、薄钢板、扁钢和花纹钢板）、热轧型钢（工字钢、槽钢、钢管、H型钢和剖分T型钢）及冷弯薄壁型钢等。

第三章钢结构的连接3、1 钢结构连接的种类和特点一、钢结构的连接种类和特点（一）钢结构的连接种类（二）各种连接的特点：1、焊接连接的特点（1）焊接连接的优缺点（2）焊接方法分类（按热源不同）（3）焊缝的形式分类（3）焊条的种类：焊条可分为碳钢焊条和低合金焊条两大类，其中碳钢焊条有E43型（Q235钢材）和E50型（Q345钢材）两种，低合金焊条有E50型和E55型（Q390钢材和Q420钢材）两种。

（4）焊缝的方位分类：主要有平焊、立焊、横焊和仰焊，其中平焊最容易保证质量，而仰焊很难操作，质量也很难保证。

（5）焊缝的符号和标注方法：焊缝的符号=图形符号+辅助符号+引出线（箭头、横线和斜线三部分）（6）焊缝的缺陷（7）焊缝质量检验等级2、螺栓连接的特点：（1）螺栓连接的特点（2）连接的分类（3）螺栓的性能等级：普通螺栓主要有C级（4、6级和4、8级）、A级或B级（5、6级和8、8级），高强度螺栓主要有8、8级和10、9级两种。

3、2 对接焊缝及其连接一、对接焊缝的形式与构造：（一）对接焊缝的形式（二）焊缝的构造要求：1、为避免焊口部位产生缺陷，施焊时可在对接焊缝两端设置引弧板，若不能设置引弧板时应将每条焊缝计算长度减去焊口尺寸2t。

2、当采用不同宽厚的钢板连接时，若板件宽或厚相差在4mm 以上时，应从板的一侧或两侧做成坡度不大于1：2、5（疲劳结构1：4）的平缓过渡。

二、对接焊缝的连接计算（与构件的计算相类似）：（一）轴向力作用下的对接焊缝连接的计算:，此公式仅仅是针对于未采用引弧板或三级受拉焊缝的强度计算。

【例3、1】已知右图所示钢板连接中N=930KN，采用Q235钢材，E43焊条，手工电弧焊，不用引弧板，焊缝质量等级为三级，试验算此对接焊缝连接承载力。

【解】（1）钢板强度的验算：查附表3、1可知，则＜，不安全。

（2）对接焊缝强度验算：查表3、3可知，焊缝长度，那么则有＞，截面不满足要求。

故需采用斜焊缝连接，取,则，取b=290mm，满足要求，不需验算。

(二)弯矩、剪力共同作用下对接连接的计算：，。

在同时承受较大正应力和剪应力的部位，还应验算该处的折算应力，即：，，（三）弯矩、剪力和轴向力共同作用下的对接焊缝计算：，，同时还要验算翼缘与腹板交接点处焊缝的折算应力，即，并对中和轴处折算应力进行验算【例3、2】右图所示焊缝连接（对接焊缝连接）上作用内力分别为M=50KN、m，V=240KN、m，N=280KN、m，采用Q345钢材，E50焊条，手工电弧焊，不用引弧板，焊缝质量等级为二级，试验算此对接焊缝连接承载力。

【解】查表3、3可知，焊缝截面特征值分别为：那么应有，，＜，满足要求。

，那么应有＜，满足要求。

在中和轴点处＜满足要求。

翼缘与腹板交接处应力验算：＜，满足要求，故整个焊缝连接承载力满足。

三T形焊缝的计算：（一）轴向力作用下的对接焊缝连接的计算:，此公式仅仅是针对于未采用引弧板或三级受拉焊缝的强度计算。

（三）弯矩、剪力和轴向力共同作用下的对接焊缝计算：，，并对中和轴处折算应力进行验算【例3、3】试验算右图所示的牛腿对接与角接组合焊缝连接，F=155KN，e=0、16m，采用Q390钢材，E55型焊缝，手工电弧焊，不用引弧板，焊缝质量等级为三级。

【解】查表3、3可知，M=Fe=1550、16=24、8KN、m。

确定焊缝截面形心位置，假定x-x轴在牛腿上表面处，那么应有：，，，那么则有：则＜满足要求。

＜满足要求。