《钢结构》作业答案

作业一
三、简答题
1．钢结构和其他材料的结构相比具有哪些特点？
答：钢结构是采用钢板、型钢连接而成的结构，和其他材料的结构相比具有如下特点：
（1）强度高，塑性和韧性好
钢材强度高，适用于建造跨度大、承载重的结构。

但由于强度高，一般构件截面较小，受压时易为稳定承载力和刚度要求所控制。

塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然破坏。

韧性好，适宜在动力荷载下工作，良好的吸能能力和延性使钢结构具有优越的抗震能力。

（2）钢结构的重量轻
钢材容重大，强度高，建造的结构却比较轻。

以相同跨度的结构承受相同的荷载，钢屋架的重量最多为钢筋混凝土屋架的1/3～1/4。

钢结构重量轻，为其安装、运输提供了便利条件，同时降低地基、基础部分的造价。

（3）材质均匀，和力学计算的假定比较符合
钢材内部组织比较均匀，接近各向同性，而且在一定的应力幅度内材料均为弹性。

因此，钢结构实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。

（4）钢结构制作简便，施工工期短
钢结构所用材料皆已轧制成各种型材，加工制作简便，准确度和精密度皆较高。

钢构件较轻，连接简单，安装方便，施工周期短。

钢结构由于螺栓连接的特性，易于加固、改建和拆迁。

（5）钢结构密闭性较好
钢结构的材料和连接（如焊接）的水密性和气密性较好，适宜建造密闭的板壳结构、如高压容器、油库、气柜和管道等。

（6）钢结构耐腐蚀性差
钢材容易腐蚀，对钢结构必须注意防护，处于较强腐蚀性介质内的建筑物不宜采用钢结构。

钢结构在涂刷油漆前应彻底除锈。

在设计中应避免使结构受潮、漏雨，构造上应尽量避免存在难于检查、维修的死角。

（7）钢材耐热但不耐火
钢材受热，当温度在200℃以内时，其主要力学性能，如屈服点和弹性模量降低不多。

温度超过200℃后，材质发生较大变化，不仅强度逐步降低，还会发生蓝脆和徐变现象。

温度达600℃时，钢材进入塑性状态不能继续承载。

（8）钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂，还有厚板的层状撕裂，应引起设计者的特别注意。

2. 钢材“耐热不耐火”的含义是什么？规范对其有何规定
钢材耐热不耐火，长期经受100℃辐射热，强度没多大变化，具一定耐热性；但温度达150℃以上时，须用隔热层加以保护。

钢材不耐火，火烧会导致软化甚至坍塌，重要结构必须注意采取防火措施
3. 钢结构设计须满足哪些功能要求？
钢结构设计时北京活动房在规定使用期限内应满足下述三方面的功能要求。

（1）安全性安全性是指结构在正常施工和正常使用条件下北京活动房承受可能出现的各种作用的能力北京活动房以及在偶然事件北京活动房如地震、飓风、爆炸等灾害时间发生时和发生后北京活动房仍能保持必要的整体性而不致倒塌的能力。

（2）适用性适用性是指结构在正常使用条件下具有良好工作的性能。

如结构或构件应具有足够的刚度而不致发生影响使用的变形等。

（3）耐久性耐久性是指结构在正常维护条件下北京活动房随时间变化而仍能满足功能要求的能力。

如应合理选择材料或采取防护措施以防止钢材的绣等。

常用钢结构工程的术语、符号有哪些？
4. 时效硬化和人工时效各指什么
时效硬化：时效硬化就是钢材在热处理后的放置过程中内部组织发生变化，通常是第二相的析出导致的钢材在放置后比放置前变硬的现象，通常有室温时效和人工时效两种，两者的区别是时效温度的不同。

5什么情况下会产生应力集中，应力集中对钢材材性能有何影响？
答：实际的钢结构构件有时存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷等。

此时，构件中的应力分布将不再保持均匀，产生应力集中。

在负温或动力荷载作用下，应力集中的不利影响将十分突出，往往是引起脆性破坏的根源。

6.简述钢材的疲劳破坏过程
在钢材的疲劳破坏中提到影响疲劳强度的主要因素是应力集中。

这同样是影响钢结构和钢构件疲劳强度的主要因素。

但在钢结构和钢构件中，产生应力集中的原因则极
为复杂，因此钢结构和钢构件的疲劳强度的计算比钢材的要困难得多。

钢结构和钢构件在截面突然改变处都会产生应力集中，如梁与柱的连接节点、柱脚、
梁和柱的变截面处以及截面形孔等削弱处。

此外，对于非焊接结构，有钢材表面的凹凸
麻点、刻痕，轧钢时的夹渣、分层，切割边的不平整，冷加工产生的微裂纹以及螺栓孔等
等。

对于焊接结构还有焊缝外形及其缺陷，缺陷包括气孔、咬肉、夹渣、焊根、起弧和灭弧
处的不平整、焊接裂纹等等。

除此之外，还有结构和构件中的残余应力以及结构和构件所处的环境等都会对其疲
劳强度有影响。

在有腐蚀性介质的环境中，疲劳裂纹扩展的速率会受到不利的影响。

7.钢材常见的冶金缺陷有哪些，各自的具体含义是什么？
答： 1.裂纹一般呈直线状，有时呈Y形，多与拔制方向一致，但也有其他方向，一般开口处为锐角
2.重皮(结疤) 表面呈舌状或鱼鳞片的翘起薄片：一种是与钢的本体相连结，并折合到表面上不易脱落；另一种是与钢的本体没有连结，但粘合到表面易于脱落
3.折叠钢材表面局部重叠，有明显的折叠纹
4.气泡表面无规律地分布呈圆形的大大小小的凸包，其外缘比较圆滑。

大部是鼓起的，也有的不鼓起而经酸洗平整后表面发亮，其剪切断面有分层
5.疏松钢的不致密性的表现。

切片经过酸液侵蚀以后，扩大成许多洞穴，根据其分布可分：一般疏松、中心疏松
6.缩孔残余在横向酸浸试片的中心部位，呈现不规则的空洞或裂缝。

空洞或裂缝中往往残留着外来杂质
7.非金属夹杂物在横向酸性试片上见到一些无金属光泽，呈灰白色、米黄色和暗灰色等色彩，系钢中残留的氧化物、硫化物、硅酸盐等
8.金属夹杂物在横向低倍试片上见到一些有金属光泽与基体金属显然不同的金属盐
9.过烧观察经侵蚀后的显微组织时，往往在网络状氧化物周围的基体金属上可看到脱碳组织，其他金属如铜及其合金则有氧化铜沿晶界呈网络状或点状向试样内部延伸
10.晶粒粗大酸浸试片断口上有强烈金属光泽
8简述温度对钢材性能产生的影响
答不同的钢材在不同温度下性能不一样 ...太笼统了，一般来说温度对钢材的力学性能影响最大，温度过低会发生冷脆，温度过高会产生晶项蠕变，
作业二
四【解】：将F 分解为垂直于焊缝和平行于焊缝的分力
)(6.16222
23045sin sin kN F F N =⨯=== θ （1分）
)(9.403.06.162m kN e N M ⋅=⨯=⋅= （1分）
)(2.71)16220(87.02
106.162223
mm N l h N
w e N f =-⨯⨯⨯⨯==σ （2分）
)(1.63)16220(87.02109.4626226
2mm N l h M w e M f =-⨯⨯⨯⨯⨯=
=σ （2分）
)(3.1341.632.712
mm N M
f N
f f =+=+=σσσ （1分）
)(6.16222
20045cos cos kN F F V =⨯=== θ （2分）
)(2.71)16220(87.02104.14123
mm N A V
w
f =-⨯⨯⨯⨯==τ （2分）
2
2222
2160)(1.1312.71)22
.13.134()(mm N f mm N w
f f f f
=<=+=+τβσ （4分） 作业三
四解：先计算长细比][4.11015.900λλ<==x ，]
[5.14112.2300λλ<==y
计算得559.0=x ϕ，339.0=y ϕ，取339.0min =ϕ
232157.207)1005.35339.010250)(mm N A N <=⨯⨯⨯=ϕ
作业四：
四、【解】：梁自重产生的弯矩为：
317062.158781
21=⨯⨯⨯=M N·m （2分）
外荷载在跨中产生的最大弯矩为：
18900062.1350008122=⨯⨯⨯=M N·m （2分）
总弯矩为：
1921703170189000=+=x M N·
m （1分） 验算弯曲正应力：
2.2091087505.
1101921703
3
=⨯⨯⨯==nx x x W M γσN/mm 2＜f ＝215 N/mm 2 （3分） 验算支座处最大剪应力：
支座处剪力：
V ＝0.5×35000×6＋587×1.2×3＝107113.2 N （2分）
剪应力：
9.3410107.30
2
.107113=⨯⨯==w It VS
τN/mm 2＜v f ＝125 N/mm 2
（3分）。