钢结构课后习题

第一章：绪论1：钢结构有哪些特点？1）轻质高强2）塑性韧性好3）材质均匀，和力学计算假定较符合4）密闭性好5）制造简便，施工周期短6）耐腐蚀性差7）耐热但不耐火2：简述在工业与民用建筑中钢结构适用范围？1）大跨度结构2）重型工业房3）高耸结构4）多层和高层建筑5）承受振动荷载影响和地震作用的结构6）可卸载和移动结构7）板桥结构及其他结构8）轻型钢结构3：什么是结构的极限状态、承载能力极限状态和正常使用极限状态？极限状态：当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态就称为该功能的极限状态。

承载能力极限状态：结构和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。

正常使用极限状态：包括影响结构、构件和非构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部破坏。

4：什么是结构的可靠概率，失效概率以及可靠指标？可靠指标与失效概率的关系可靠概率：结构处于可靠状态的概率。

失效概率：结构处于失效状态的概率。

可靠指标：对于一个结构状态的方程，平均值与标准差的比值称为构件可靠指标。

可靠指标增大失效概率减小。

5：为何在正常使用极限状态时，荷载采用标准值，而在承载能力极限状态时，荷载采用设计值？对于正常使用极限状态，可靠度可适当降低。

第二章：钢结构材料1：钢结构对材料性能有哪些要求？答：较高的强度，较好的变形能力，良好的工艺性能（冷加工、热加工、可焊性）2：材料的塑性破坏和脆性破坏有何区别？答：塑性破坏变形很大，并且仅在构件应力达到钢材抗拉强度才发生。

脆性破坏变形很小，计算应力可能小于钢材屈服点，断裂从应力集中开始。

3：钢材有哪几项主要性能，分别可用什么指标来衡量？答：强度，指标是屈服强度和抗拉强度。

塑性，指标是伸长率和断面收缩率。

冲击韧性，指标是冲击韧性指标。

冷弯性能可焊性4：影响钢材性能的主要因素有哪些？答：化学成分的影响、浇筑过程及热处理的影响、钢材的硬化、温度影响、重复荷载作用的影响、应力集中的影响。

5：简述化学元素对钢材性能有哪些影响？答：碳含量增加，钢强度提高，塑性、韧性和疲劳强度下降。

高温时，硫和氧使钢变脆，称为热脆；低温时，磷和氮使钢变脆，称为冷脆。

硅和锰是炼钢的脱氧剂，使钢材强度提高。

钒和钛是有益元素，增高钢的强度和抗腐蚀性。

铜在碳素钢中属于杂质，能提高强度和抗腐蚀性能，但会降低可焊性。

6：什么是冷作硬化和时效硬化？答：钢材受荷超过弹性范围以后，若重复的卸载、加载，将使钢材弹性极限得到提高，塑性降低，这种现象称为钢材的冷作硬化。

钢材放置一段时间后，强度提高，塑性降低，称为时效硬化。

7：简述温度对钢材主要性能有何影响？答：总的趋势是，温度升高，强度降低，应变增大。

温度在200度以内，钢材性能没有很大变化，在250度时会发生蓝脆现象，在260度到320度灰发生徐变现象，在430度到540度之间强度将急剧下降，在600度强度很低不能承担荷载。

8：什么是钢材的应力集中，它对钢材性能有何影响？答：钢结构的构件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，这种现象称为应力集中现象。

应力集中对在负温或动荷载作用下工作的结构不利影响十分突出，往往是引起脆性破坏的根源。

9：什么是钢材的疲劳？影响钢材疲劳破坏主要因素有哪些？答：钢材的疲劳破坏是微观裂纹在连续重复荷载作用下不断扩展至断裂的脆性破坏。

主要因素有应力大小、应力集中程度、应力循环次数。

10：复杂应力作用下的钢材的屈服条件是什么？复杂应力对钢材的性能有何影响答：在复杂应力，钢材由弹性状态转入塑性状态的条件是按第四强度理论计算的折算应力与单向应力作用下的屈服点相比较来判断，折算应力小于屈服点为弹性状态。

钢材在多轴作用下，当处于同号应力场且数值接近时，钢材不易屈服，可能导致脆性破坏；而当处于异号应力场时，将发生塑性破坏。

11：钢结构中选择钢材时要考虑哪些因素？答：结构的重要性；荷载种类；连接方法；结构工作环境；考虑结构形式、应力状态以及钢材厚度等因素，并注意避免钢材发生脆性破坏。

第三章：连接1：钢结构的连接方法有几种？答：焊接、柳钉连接、普通螺栓连接、高强度螺栓连接2：焊接连接有何优缺点？优点：构造简单，易于采用自动化操作，不削弱构件截面，结构刚度大。

缺点：材质变脆，存在残余应力，对裂缝比较敏感，低温冷脆问题较严重。

3：钢结构在焊接时，焊条或焊丝应如何选择？答：对于手工电弧焊，焊条应与主体金属的强度相适应，对于不同钢种钢材连接时，应用与低强度钢材相适应的强度。

对于自动或半自动埋弧焊，焊丝应与焊件同等强度。

4：焊缝有哪些焊缝缺陷？焊缝质量有几个级别，分别有何要求？答：焊缝缺陷有裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬边、焊瘤等。

焊缝质量分三级，其中第三级只要求外观检查，即检查焊缝实际尺寸是否符合设计要求和有无明显裂纹等缺陷。

其中二级检查沿用超声波检查每条焊缝20%长度，一级检查焊缝全部长度，以便揭示焊缝内部缺陷。

5：普通螺栓中A、B级螺栓与c级螺栓有何主要区别？答：A、B级螺栓是精制螺栓，尺寸准确，需要1类孔，安装复杂，价格较昂贵；C级螺栓是粗制螺栓，尺寸不够准确，只需2类孔，不过安装较简便，传递拉力性能较好，成本较低。

6：在高强螺栓连接中，什么是摩擦型螺栓？什么是承压型螺栓？答：摩擦型螺栓，以摩擦力被克服作为承载能力极限状态，可直接承受动力荷载。

；承压型螺栓，以螺栓杆被剪坏或孔壁承压破坏作为承载能力极限状态，承载力较高，但不能直接承受动力荷载。

7：正面角焊缝和侧面角焊缝在受力性能方面有何区别？答：侧面角焊缝主要承受剪力作用。

正面角焊缝受力较复杂，破坏总现在根部，然后扩展到整个截面，强度较高，但塑性变形要差一些。

8：角焊缝有哪些构造要求？为什么要有这些构造要求？答：角焊缝焊脚尺寸不宜过小，以保证焊缝最小承载力；焊脚尺寸不宜过大，以防止焊件收缩产生较大残余变形。

焊缝长度不宜过小，防止起弧落弧相差太近，焊缝不可靠；焊缝长度不宜过大，防止中部焊缝难以发挥承载力。

搭接连接时不能只用一条正面角焊缝传力，并且搭接长度不小于焊件较小厚度5倍，同时不得小于25mm。

9：焊接产生焊接残余应力的原因是什么？焊接残余应力对结构性能有哪些影响？答：钢结构构件在焊接过程中，局部受热，由此不均匀的加热和冷却易产生残余变形，冷却后，焊缝不能自由收缩，由此约束产生焊接残余应力。

焊接残余应力不会影响结构强度，但会降低结构刚度，稳定承载力，并会加速构件脆性破坏，对疲劳强度也有不利影响。

10：螺栓在钢板上的容许距离都有最大和最小的限制，它们是根据哪些要求制定的？答：受力要求、构造要求、施工要求。

11：普通螺栓的受剪螺栓连接有哪几种破坏形式？答：螺栓杆剪断、构件孔壁挤压破坏、构件或拼接板被拉坏、构件端部被拉坏、构件过度弯曲。

12：简述高强度螺栓连接和普通螺栓连接的受力特点有何不同？答：高强度螺栓比普通螺栓材料强度更高，且高强度螺栓施加了预应力，构件间产生挤压力。

第四章：轴心受力构件1.轴心受力构件的两种极限状态，包括哪些内容？答：对承载能力极限状态的要求，轴心受拉构件只有强度问题，而轴心受压构件则有强度和稳定问题；对正常使用极限状态的要求，每类构件都有刚度问题。

2.为什么弹性阶段的临界应力只和构件的长细比有关，而弹塑性阶段的临界应力不仅仅只和构件的长细比有关？答：弹性阶段弹性模量E为常数，公式只是长细比入的单一函数，弹塑性阶段，截面应力在屈曲前已超过钢材的比例极限，构件处于弹塑性阶段，公式中切线模量虽然仍是λ的函数，但同时还和切线模量Et有关，而Et和材料的抗压强度有关。

3.N/φ A<f中的稳定系数p 需要根据哪几个因素确定？答：应根据构件的长细比、钢材屈服强度以及表4-4和表4-5的截面分类按附录4采用。

4.为什么不通过验算应力而验算宽厚比来保证局部稳定性？为什么有的宽厚比限值与λ有关，有的无关？如λx≠yλ，代入验算公式中的λ为何值？答：轧制型钢的翼缘和腹板一般都有较大的厚度，宽厚比相对较小，都能满足局部稳定要求，可不做验算。

对焊接组合截面构件，一般采用限制板件的宽厚比办法来保证局部稳定。

取构件两方向长细比的较大值。

5.在初选轴心压杆截面时，为什么可以任意假定λ？如何根据算得的A、ix和iy初选截面？不合要求时应如何调整截面尺寸？6.格构式柱应通过等稳定条件确定分肢间的距离，试问等稳定条件是：λox=λx？λo x=λy还是λx=λy？7.为什么格构式柱分肢稳定验算只考虑λ1？为什么不用λ1＜λmax进行分肢稳定计算？答：分肢失稳的临界应力应大于整个构件失稳的临界应力，规范采用控制分肢λ1不大于构件λmax的规定来实现。

考虑到制造配置偏差、初始弯曲等缺陷的影响，格构式轴心受压构件受力时呈弯曲变形，故各分肢内力并不相等，其强度和稳定性计算很复杂。

8.计算缀条时，为什么只算斜杆不算横杆？为什么只按压杆计算？缀条稳定验算公式中为什么要对钢材的设计值乘以折减系数？答：由于剪力的方向取决于杆的初弯曲，可以向左也可以向右，因此缀条可能承受拉力也可能承受压力，缀条截面应按轴心压杆设计。

缀条一般采用单面连接的单角钢，由于构造原因，它实际上处于偏心受力状态。

为了简化计算，对单面连接的单角钢杆件按轴心受力构件计算，但考虑偏心的影响，应对钢材强度设计值f乘以相应的折减系数。

9.柱脚底板厚度的计算公式是如何导出的？10.柱头和柱脚的构造及其传力途径如何？答：柱头承受和传递梁以上结构的荷载，柱脚承受自身的荷载冰传递给基础。

第五章：受弯构件1.梁在弯矩作用下经过哪几个主要的受力阶段？简述各受力阶段的特点。

答：a.弹性工作阶段。

梁全面工作.，应力与应变成正比，此时截面的应力为直线分布。

b.弹塑性工作阶段。

截面上下两端各有一个高位a的区域，此区域中正应力为恒定值，中间部分区域仍保持弹性，应力与应变成正比。

c.塑性工作阶段。

梁截面的塑性区不断向内发展，弹性核心不断缩小，最后形成塑性铰，梁的承载能力达到极限。

2.梁的自由扭转和约束扭转有何不同？答：自由扭转时，各截面的翘曲变形相同，纵向纤维保持直线且长度保持不变，截面上只有剪应力，没有纵向正应力，因此又称纯扭转。

约束扭转时，构件产生弯曲变形，截面上将产生纵向正应力，称为翘曲正应力，同时还必然产生与翘曲正应力保持平衡的翘曲剪应力。

3.简述梁整体稳定的临界弯矩与那些因素有关？各有什么影响？答：力的作用方式。

荷载作用点与剪切中心的距离。

截面类型。

剪切中心的纵向坐标。

4.在什么情况下可不进行梁的整体稳定计算？如不能保证，须采取哪些有效措施防止失稳？答：a.有刚性辅助板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连，能阻止梁受压翼缘的侧向位移。