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？