鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理簡答題

1、<鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理簡答題>簡答題（30分）1鋼結(jié)構(gòu)用鋼材機械性能指標(biāo)主要有哪幾些？承重結(jié)構(gòu)的鋼材至少應(yīng)保證哪幾項指標(biāo)滿足要求？ （ 8分）答：鋼材機械性能指標(biāo)有：抗拉強度、伸長率、屈服點、冷彎性能、沖擊韌性；（5分）承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)保證下列三項指標(biāo)合格：抗拉強度、伸長率、屈服點。2、影響梁整體穩(wěn)定性的因素有哪些？如何提高梁的整體穩(wěn)定性？ （10分）答：影響因素有：荷載類型與荷載作用位置、受壓翼緣側(cè)向支撐點間距、截面類型與截 面尺寸比例、支座約束性質(zhì)、殘余應(yīng)力與梁的幾何缺陷影響、鋼材強度等級。（6分）提高梁的整體穩(wěn)定性可以考慮如下一些措施：（4分）（1）增加側(cè)向支撐（2）采用閉合箱形截

2、面（3 ）增大梁截面尺寸（4 ）增加梁兩端約束3、梁腹板加勁肋的配置規(guī)定是什么？ （7分）答：（1）當(dāng) < 時，按構(gòu)造配置加勁肋。（2分）（2）當(dāng) > 時，按計算配置加勁肋。（2分）（3） 當(dāng) > 時，應(yīng)配置縱橫向加勁肋。（2分）（4） 梁的支座和上翼緣受有較大固定集中荷載處宜設(shè)置支承加勁肋。（1分）4、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中什么叫換算長細比？ （5分）答：在軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算中，按臨界應(yīng)力相等的原則， 將格構(gòu)式構(gòu)件換算成實腹式構(gòu)件進行計算是所對應(yīng)的長細比或是將彎扭與扭轉(zhuǎn)屈曲換算為彎曲失穩(wěn)是采用的長 細比。1、格構(gòu)式受壓柱為什么要采用換算長細比？公式ox ' x 27A

3、 Ax中x和Ax分別是什么含義？ （ 5分）答：格構(gòu)式柱剪力由比較柔弱的綴條或綴板承擔(dān)，由此橫向剪力產(chǎn)生的側(cè)向變形，因而造成構(gòu)件的臨界力降低不可忽略。因此采用換算長細比確定剪切變形的影響。（3分）整個構(gòu)件對虛軸的長細比；為構(gòu)件截面中垂直于 X軸各斜綴條的毛截面面積之和。2、對接焊縫在哪種情況下才需要進行計算？ （7分）答：焊接缺陷對受壓、受剪的對接焊縫影響不大，故可認為受壓、受剪的對接焊縫與母材強度相等，但受拉的對接焊縫對缺陷甚為敏感。由于一、二級檢驗的焊縫與母材強度相 等，故只有三級檢驗的焊縫才需進行抗拉強度驗算。3、 鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式有哪兩種？其特點如何？（ 7分）答：塑性破壞：破壞前具有

4、較大的塑性變形，常在鋼材表面出現(xiàn)明顯的相互垂直交錯的銹跡剝落線。由于塑性破壞前總有較大的塑性變形發(fā)生，且變形持續(xù)時間較長，容易被發(fā) 現(xiàn)和搶修加固，因此不至發(fā)生嚴重后果。脆性破壞：破壞前塑性變形很小，或根本沒有塑性變形，而突然迅速斷裂。由于破壞前 沒有任何預(yù)兆，破壞速度又極快，無法察覺和補救，而且一旦發(fā)生常引發(fā)整個結(jié)構(gòu)的破 壞，后果非常嚴重，因此在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和使用過程中，要特別注意防止這種破 壞的發(fā)生。4、影響鋼材機械性能的主要因素有哪些？各因素大致有哪些影響？ （8分）答：主要的影響因素有：1） 化學(xué)成分的影響：影響較大的幾種化學(xué)成分為C、Si、Mn、S、P、O,其中碳素結(jié)構(gòu) 鋼中則是

5、鐵以外的最主要元素，碳是形成鋼材強度的主要成分，隨著含碳量的提高，鋼的強度逐漸增高，而塑性和韌性下降，冷彎性能、焊接性能和抗銹蝕性能等也變劣。Si、Mn為有益元素，在普通碳素鋼中，它們是脫氧劑，可提高鋼材強度。S、P、O為有害元素，S可能引發(fā)剛才熱脆，P可能引發(fā)剛才冷脆，氧與硫類似使鋼熱脆。2）鋼材的硬化鋼材的硬化有三種情況：時效硬化、冷作硬化（或應(yīng)變硬化）和應(yīng)變時效硬化，鋼材 的硬化使鋼材的強度提高，而塑性和韌性下降。3）應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中主要友構(gòu)件的截面突變引起，嚴重的應(yīng)力集中，能引起鋼材脆性破壞，在進 行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)盡量使構(gòu)件和連接節(jié)點的形狀和構(gòu)造合理，防止截面的突然改變。4）殘

6、余應(yīng)力的影響殘余應(yīng)力對構(gòu)件的靜力強度不會產(chǎn)生影響，但它降低構(gòu)件的剛度與穩(wěn)定承載力，在進 行鋼結(jié)構(gòu)的焊接構(gòu)造設(shè)計和施工時，應(yīng)盡量減少焊接殘余應(yīng)力。5、什么叫鋼材的疲勞斷裂？影響鋼材疲勞強度的因素有哪些？（7分）答：鋼材在循環(huán)應(yīng)力多次反復(fù)作用下裂紋生成、擴展以致斷裂破壞的現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞斷裂。影響因素有：應(yīng)力幅值（焊接結(jié)構(gòu)）、應(yīng)力比（非焊接結(jié)構(gòu)）、連接構(gòu)造、循環(huán)應(yīng)力反復(fù) 作用次數(shù)對于理想的軸心受壓構(gòu)件，提高鋼材的牌號（即鋼材強度），對構(gòu)件的穩(wěn)定承載能力有何影響？為什么？ （7分）答：無影響。因為理想的軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力為Nk=，與鋼號無關(guān)。剪力作用下的普通螺栓連接節(jié)點可能發(fā)生哪些破壞形式？

7、（8分）答：栓桿被剪斷、栓桿（孔壁承壓）破壞、板件拉斷、栓桿受彎破壞、板端沖剪破 壞兩板件通過抗剪螺栓群承擔(dān)剪力時，就板件的凈截面強度來說，摩擦型高強螺栓連接與普通螺栓連接有何區(qū)別？采用何種連接方式更合理？（7分）答：摩擦型高強螺栓連接板件計算截面承力需考慮孔前傳力，其所受荷載小于普通螺栓接。從板件的受力來說，采用摩擦型高強螺栓連接更合理。4同一種類的鋼材，當(dāng)其厚度或直徑發(fā)生變化時，鋼材的機械性能（強度和塑性）有何變化？ 為什么？ （8分）答：同一種類的鋼材，當(dāng)其厚度或直徑發(fā)生減小時，鋼材的強度和塑性會提高。因為隨 著鋼材厚度或直徑的減小，鋼材（型鋼）的軋制力和軋制次數(shù)增加，鋼材的致密性好，

8、存在大缺陷的幾率減少，故強度和塑性會提高。焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)工作性能有何影響？ （8分）答：焊接構(gòu)件由于存在高的拉伸殘余應(yīng)力，且焊縫部位存在熱影響區(qū)、焊趾缺陷、接頭 應(yīng)力集中，形成構(gòu)件上組織和力學(xué)的薄弱部位，有可能導(dǎo)致構(gòu)件運行時的變形、早期開 裂、應(yīng)力腐蝕、疲勞斷裂和脆性斷裂。3、試述影響梁整體穩(wěn)定的因素通常有哪些？ （7分）答：梁在荷載作用下，雖然其截面的正應(yīng)力還低于鋼材的強度，但其變形會突然離開原 來的彎曲平面，同時發(fā)生側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)，這就稱為梁的整體失穩(wěn)。主要因素：梁的側(cè) 向抗彎剛度，抗扭剛度，抗翹曲剛度，梁側(cè)向支撐點之間的距離，梁的截面形式，橫向 荷載的形式、在截面上的作用位置等。4、

9、簡述螺栓受剪連接的破壞形式和避免破壞發(fā)生所采取的措施。（8分）答：螺栓桿剪斷，孔壁擠壓，鋼板被拉斷，鋼板剪斷，螺栓彎曲（5分）鋼板剪斷，螺栓彎曲3. 何謂受彎構(gòu)件的整體失穩(wěn)？（7分）答：受彎構(gòu)件在彎矩作用下上翼緣受壓，下翼緣受拉，使其猶如受壓構(gòu)件和受拉構(gòu)件的組合體。對于受壓的上翼緣可沿剛度較小的翼緣板平面外方向屈曲，但腹板和穩(wěn)定的受拉 下翼緣對其提供了此方向連續(xù)的抗彎和抗剪約束，使它不可能在這個方向上發(fā)生屈曲。當(dāng)外荷載產(chǎn)生的翼緣壓力達到一定值時，翼緣板只能繞自身的強軸發(fā)生平面內(nèi)的屈曲， 對整個梁來說上翼緣發(fā)生了側(cè)向位移，同時帶動相連的腹板和下翼緣發(fā)生側(cè)向位移并伴 有整個截面的扭轉(zhuǎn)，這時我們稱其

10、發(fā)生了整體失穩(wěn)。在角焊縫設(shè)計中，對焊腳尺寸和計算長度有哪些構(gòu)造要求？為什么？（8分）答：最大焊腳尺寸：，防止焊縫過燒焊件；最小焊腳尺寸：防止焊縫冷 裂；最大計算長度：防止應(yīng)力沿焊縫長度不均勻分布；最小計算長度：，防止焊縫沿長度缺陷幾率增加2. 在抗剪連接中，普通螺栓連接與摩擦型高強度螺栓連接的工作性能有何不同？答：高強度螺栓抗剪強度不一定比普通螺栓高，二者破壞的機理不同，高強度螺栓摩擦 型連接以摩擦力被克服作為承載能力的極限狀態(tài)，普通螺栓以螺栓桿被剪壞或者連接板 承壓破壞作為承載能力的極限狀態(tài)。高強度螺栓摩擦型連接有很好的抗疲勞能力，多用于直接承受動力荷載的抗剪連接中，還有比較重要的梁柱連接中

11、； 普通螺栓抗剪性能差，可在次要結(jié)構(gòu)部位使用。3. 鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞有什么特點？ （7分）特點有：是一種低應(yīng)力水平下的突然破壞，（3）屬于一種脆性破壞；其斷口不同于一般脆性斷口，可分為裂紋源、裂紋擴展區(qū)和斷裂區(qū)；（2）該類型破壞對缺陷十分敏感。螺栓在構(gòu)件上的排列有幾種形式？應(yīng)滿足什么要求？最小的栓距和端距分別是多少？ （8分）答：螺栓在構(gòu)件上的排列有兩種形式：并列和錯列。（2分）應(yīng)滿足三方面要求：受力要求、施工要求、構(gòu)造要求（3分） 最小的栓距為，最小的端距為（3分）2、 簡述抗剪螺栓連接的破壞類型，并指出哪些是通過構(gòu)造來避免的。（9分）答：破壞形式有：孔壁承壓破壞、螺桿被剪斷、連接板端部沖切

12、破壞、 螺桿彎曲變形破壞、連接板凈截面強度不足發(fā)生破壞孔壁承壓破壞、螺桿被剪斷、連接板凈截面強度不足發(fā)生破壞這三種破壞形式應(yīng)該通過計算，確保連接不會發(fā)生破壞，連接板端部沖切破壞、 螺桿彎曲變形破壞這兩種破壞形式可以通過構(gòu)造的方式予以避免。3. 簡述軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的主要影響因素。（6分）答：（1）初偏心和初彎曲的影響。由于構(gòu)造的原因和截面尺寸的變異，作用在桿端的軸 向壓力實際上不可避免地偏離截面形心而產(chǎn)生初偏心eO,使構(gòu)件成為偏心受壓構(gòu)件。偏心受壓構(gòu)件的臨界力恒比軸心受壓時低，且eO越大，臨界力降低越多。實際的軸心受壓構(gòu)件不可能是完全理想的直桿，在加工制作和運輸安裝的過程中，構(gòu)件肯定會產(chǎn)

13、生微小 彎曲，且初始撓度越大臨界力降低越多。（2）殘余應(yīng)力的影響。 殘余應(yīng)力對軸心受壓構(gòu)件承載能力的影響主要與截面上殘余壓應(yīng)力的分布位置和大小有關(guān)。殘余壓應(yīng)力引起的屈服區(qū)距截面主軸的邊緣愈遠，則桿件的 抗彎剛度降低的幅度愈大，桿件的屈曲臨界力降低得就愈多，反之則不顯著。此外，殘 余壓應(yīng)力對承載力的影響即使是對同一桿件還可能因屈曲方向不同而有差異。如翼緣為 軋制邊的焊接工字形截面，其翼緣兩端為先行屈服區(qū)，若取屈服區(qū)寬度為b/$時，由于它遠離截面弱軸，故對弱軸的抗彎剛度降低很大，只剩下原來的1/8,但對強軸卻剩下原來的1/2（忽略腹板影響），即前者的降低率為后者的三次方。（3）桿端約束影響。構(gòu)件端

14、部的約束條件對構(gòu)件的承載能力影響明顯，其影響可由計算 長度10來反映鋼材的機械性能指標(biāo)主要有哪些？分別代表鋼材哪些方面的性能？ （10分）答：屈服強度：代表鋼材強度指標(biāo)，是鋼材可達到的最大應(yīng)力（2分）抗拉強度：代表材料的強度儲備（2分）伸長率：代表材料在單向拉伸時的塑性應(yīng)變能力（2分）冷彎性能：代表鋼材的塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標(biāo)（2分）沖擊韌性：代表鋼材抵抗沖擊荷載的能力，是鋼材強度和塑性的綜合指標(biāo)（2分）簡述鋼材塑性破壞的特征和意義。答：塑性破壞的主要特征是；破壞前具有較大的塑性變形，常在鋼材表面出現(xiàn)相互垂直 交錯的透跡剝落線。只有當(dāng)構(gòu)件中的應(yīng)力達到抗拉強度后才會發(fā)生破壞，破壞后的斷

15、口 呈纖維狀，色澤發(fā)暗。由于塑性破壞前總有較大的塑性變形發(fā)生，且變形持續(xù)時間較長，容易被子發(fā)現(xiàn)和搶修理工加固，因此不發(fā)生嚴重后果。鋼材塑性破壞前的較大塑性變形 能力，可以實現(xiàn)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力重分布，鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計就是建立在這種足夠的 塑性變形能力上。建筑鋼材的伸長率是通過什么實驗確定的？實驗時如何取值？伸長率反映了鋼材的什么性質(zhì)？ （8分）答：建筑鋼材的伸長率是通過單向拉伸實驗確定的。（4.0分）取試件拉斷后的伸長量與原標(biāo)距的比值的百分率，即（公式），伸長率反映了鋼材的塑性變形能力。請評價鋼材經(jīng)過常溫時的加工（冷作硬化）后，其強度、塑性性能的變化。答：鋼材經(jīng)過冷作硬化后，其強度提高（5.0

16、分），塑性變形能力下降。在角焊縫設(shè)計中，對焊腳尺寸和計算長度有哪些構(gòu)造要求？為什么？（8分）答：1、焊縫長度對設(shè)計來說沒啥大用，一般是用來計算焊絲或焊條定額的；2、焊腳尺寸與設(shè)計有關(guān)，那就是強度設(shè)計，先看你的結(jié)構(gòu)的受力大小，方向，簡 單的可以通過材料力學(xué)復(fù)雜的可以通過軟件分析計算焊縫受力情況，進而確定焊腳尺寸 大小；3、焊腳尺寸計算也可分為靜強度和疲勞強度計算兩種需要區(qū)分一下。承壓型高強螺栓和摩擦型高強螺栓承受剪力作用時在傳力和螺栓的驗算上有什么區(qū)別？（7分）答：承壓型高強螺栓承受剪力作用時螺栓直接承受剪力，需驗算螺栓的受剪和承壓承載能力。摩擦型高強螺栓承受剪力作用時螺栓不直接承受剪力，需驗算

17、螺栓的受剪承載能 力。影響鋼材機械性能的主要因素有哪些？各因素大致有哪些影響？1）化學(xué)成分的影響：影響較大的幾種化學(xué)成分為C、Si、Mn、S、P、O,其中碳素結(jié)構(gòu)鋼中則是鐵以外的最主要元素，碳是形成鋼材強度的主要成分，隨著含碳量的提高， 鋼的強度逐漸增高，而塑性和韌性下降，冷彎性能、焊接性能和抗銹蝕性能等也變劣。Si、Mn為有益元素，在普通碳素鋼中，它們是脫氧劑，可提高鋼材強度。S、P、O為有害元素，S可能引發(fā)剛才熱脆，P可能引發(fā)剛才冷脆，氧與硫類似使鋼熱脆。2）鋼材的硬化鋼材的硬化有三種情況：時效硬化、冷作硬化（或應(yīng)變硬化）和應(yīng)變時效硬化，鋼材的硬化使鋼材的強度提高，而塑性和韌性下降。3）應(yīng)

18、力集中的影響應(yīng)力集中主要友構(gòu)件的截面突變引起，嚴重的應(yīng)力集中，能引起鋼材脆性破壞，在進行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)盡量使構(gòu)件和連接節(jié)點的形狀和構(gòu)造合理，防止截面的突然改變。4）殘余應(yīng)力的影響殘余應(yīng)力對構(gòu)件的靜力強度不會產(chǎn)生影響，但它降低構(gòu)件的剛度與穩(wěn)定承載力，在進 行鋼結(jié)構(gòu)的焊接構(gòu)造設(shè)計和施工時，應(yīng)盡量減少焊接殘余應(yīng)力。什么是格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的換算長細比？格構(gòu)式軸心受壓柱當(dāng)繞虛軸失穩(wěn)時，剪力主要由綴材分擔(dān)， 柱的剪切變形較大，剪力造成的附加繞曲影響不能忽略，故對虛軸的失穩(wěn)計算，常以加大長細比的辦法來考慮剪 切變形的影響，加大后的長細比稱為換算長細比。4承壓型高強螺栓和摩擦型高強螺栓承受剪力作用時在傳力

19、和螺栓的驗算上有什么區(qū)別？答：承壓型高強螺栓承受剪力作用時螺栓直接承受剪力，需驗算螺栓的受剪和承壓承 載能力。摩擦型高強螺栓承受剪力作用時螺栓不直接承受剪力，需驗算螺栓的受剪承載 能力。簡述哪些因素對鋼材性能有影響？ （7分）化學(xué)成分；冶金缺陷；鋼材硬化；溫度影響；應(yīng)力集中；反復(fù)荷載作用。角焊縫的最大焊腳尺寸、最小焊腳尺寸、最大計算長度及最小計算長度有那些規(guī)定？（ 8分）答：3、 鋼材有哪幾項主要機械性能指標(biāo)？各項指標(biāo)可用來衡量鋼材哪些方面的性能？（ 7 分）答：屈服強度：代表鋼材強度指標(biāo)，是鋼材可達到的最大應(yīng)力（2分）抗拉強度：代表材料的強度儲備（2分）伸長率：代表材料在單向拉伸時的塑性應(yīng)變能力（2分）冷彎性能：代表鋼材的塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標(biāo)（2分）沖擊韌性：代表鋼材抵抗沖擊荷載的能力，是鋼材強度和塑性的綜合指標(biāo)（2分）對接焊縫坡口的型式主要由什么條件決定？通常用的坡口型式有幾種