钢结构原理复习思考题

《钢结构设计原理》复习思考题2016.5.27修改第1章绪论1.钢结构与其它材料的结构相比，具有哪些特点？1)钢材强度高，结构重量轻2）材质均匀，且塑性韧性好3)良好的加工性能和焊接性能4）密封性好5）钢材的可重复使用性6）钢材耐热但不耐火7）耐腐蚀性差8）钢结构的低温冷脆倾向2.根据钢结构特点，钢结构有哪些合适的应用范围？1）大跨结构2）工业厂房3）受动力荷载影响的结构4）多层和高层建筑5）高耸结构6）可拆卸的结构7）容器和其他构筑物8）轻型钢结构9）钢和混凝土的组合结构（要和上面的钢结构特点联系起来）3.我国《钢结构设计规范》规定钢结构采用什么设计方法？具体的准则是什么？设计方法主要以概率极限状态设计法为主，对于钢结构的疲劳验算，以及储液罐和压力容器等结构，则依然沿用以经验为主的容许应力设计法具体的准则:结构在规定的设计使用年限内应满足的功能：⑴在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；⑵在正常使用时具有良好的工作性能；⑶在正常维护下具有良好的耐久性；⑷在设计规定的偶然事件发生时（后），仍能保持整体稳定性。可靠性：结构在规定的时间（设计基准期，一般为50年）内，在规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用和正常维护）下，完成预定功能的能力。可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的的概率。是度量结构可靠性的指标。可靠度指标β:β可以作为衡量结构可靠度的一个数量指标，只要求出就β可获得对应的失效概率。两种极限状态指的是什么？其内容有哪些？指的是承载能力极限状态和正常使用极限状态，其中承载能力极限状态包括构件和连接的强度破坏、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、构件和非结构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（包括组合结构中混凝土裂缝）4.分项系数设计准则的公式中，各符号的意义是什么？两种极限状态设计时对各物理量的代表值有什么要求？γo——结构重要性系数，不应小于：1.1（安全等级一级或使用年限100年）,1.0（50年）,0.9（5年），0.95（25年）γG——永久荷载分项系数当其效应对结构不利时--对可变荷载效应控制的组合，应取1.2;--对永久荷载效应控制的组合，应取1.35;当其效应对结构有利时--一般情况下应取1.0；--对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9。γQ——可变荷载的分项系数--一般情况下应取1.4；--楼面活荷载标准值大于4kN/m2时应取1.3；--对构件承载力有利时，取为0。第2章钢结构的材料1.钢材的生产和加工工艺有哪些？对钢材质量和组织结构各有什么影响？钢材的浇铸和脱氧沸腾钢—用锰作脱氧剂，成本低，但质量较差，不适合连铸工艺；镇静钢—用锰加硅作脱氧剂，成本高，质量好，适合连铸；特殊镇静钢—用铝补充脱氧。热加工使金属晶粒变细，压合缺陷，性能得到改善。轧制压缩比大的钢材强度较高。（故钢材的强度按板厚分组）冷加工产生冷作硬化，强度提高但塑性、韧性减少。应尽量避免局部冷加工硬化。热处理退火:将钢材加热至850-900℃，保温一段时间，随炉温下降至500℃以下，再放至空气中冷却；正火:将钢材加热至850-900℃，保温后从炉中取出在空气中冷却；淬火:将钢材加热至900℃以上，保温后快速在水中或油中冷却；回火:将淬火后的钢材加热到某一温度进行保温，而后在空气中冷却；调质处理=淬火＋高温回火2.钢结构的破坏形式有哪两种？其特点如何？它们的区别在哪里？塑性破坏的特点是当应力超过屈服强度后材料有明显塑性变形，当应力继续增大，断面出现颈缩，有持续的变形时间。可以采取补救措施。脆性破坏的特点是破坏前无征兆（变形很小），断口平直，破坏突然发生。往往瞬间发生破坏，无法察觉和补救，后果严重！3、钢材有哪几项主要机械性能指标？各项指标可用来衡量钢材哪些方面的性能？各指标如何测定？钢材的单调拉伸应力—应变曲线提供了三个重要的力学性能指标：（1）屈服点fy——钢结构设计中应力允许达到的最大限值。（2）抗拉强度fu——钢材受拉时能承受的极限应力（3）伸长率δ5，伸长率是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。(4）冷弯性能：衡量钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标，可通过冷弯试验确定。(5)冲击韧性：衡量带有缺口的钢材在冲击荷载作用下抵抗脆性破坏能力的指标，可通过由冲击试验确定。4、复杂应力状态下钢材的工作性能和单向应力状态下有什么不同？（1）当σ1、σ2、σ3为同号应力且数值接近时，虽应力很大但σzs很难达到fy，很难进入塑性状态，变现表现为脆性破坏；（2）有异号应力时，则σzs容易达到fy，会较早进入塑性状态。5、影响钢材机械性能的主要因素有哪些？各因素的影响规律有哪些？因素：1）化学成分的影响1.碳（C）：钢材强度的主要来源。（纯铁—软）含碳量↗，强度↗，塑性韧性↘，焊接性能↘，抗腐蚀性↘2.硫（S）：有害元素，使钢材“热脆”。3.磷（P）：有害元素，使钢材“冷脆”。4.锰（Mn）：有益元素。弱脱氧剂。提高钢材强度，同时不显著降低塑性和韧性。5.硅（Si）：有益元素。强脱氧剂。提高钢材强度，同时不显著降低塑性和韧性。6.钒（V）：有益元素。细化晶粒，既提高强度又可保持塑性。7.氧（O）：有害元素，使钢材“热脆”。8.氮（N）：有害元素，使钢材“冷脆”。9.铜（Cu）：提高钢材抗锈蚀性，用于耐候钢。10.氢（H)：有害元素，使钢材“氢脆”2）钢材的焊接性能含碳量0.12%～0.20%最好，焊接结构宜用Q235B、C、D的碳素钢，及碳当量不超过0.38的低合金钢。3）钢材的硬化见下题4）应力集中的影响出现同号应力场，阻碍了塑性变形—钢材变脆。截面改变的尖锐程度越大，应力集中越严重，钢材越脆。5）荷载类型的影响•速度↗，屈服点↗，脆性↗。•常温（200C）时影响不大；低温时应考虑加荷速率的影响。6）温度的影响200℃以内对钢材性能无大影响，该范围内随温度升高总的趋势是强度、弹性模量降低，塑性增大。250℃左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加—兰脆现象，该温度区段称为“兰脆区”。260～320℃产生徐变现象。600℃左右弹性模量趋于零。6、什么是钢材的硬化，硬化有哪些类型？其定义是什么？时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使使钢材的强度提高，塑性和韧性下降。冷作硬化——当荷载超过材料比例极限卸载后，再次加载则钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低。应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同时可以加速时效硬化，也称“人工时效”。7、什么是蓝脆现象？250℃左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加—兰脆现象，该温度区段称为“兰脆区”。8、什么是钢材的疲劳？影响疲劳强度的主要因素是哪些？钢结构疲劳承载力的设计方法是什么？钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤、产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，此现象称为疲劳。因素：应力幅、应力循环次数、缺陷设计方法：1）疲劳计算仍然采用容许应力设计法；2）计算时用荷载的标准值；3）由于来源于试验，已考虑动力效应，计算时不再考虑动力系数。9、钢结构采用的钢材主要有哪几类？牌号如何表示？1）碳素结构钢Q235-A·F代表屈服点为235N/mm2的A级沸腾碳素结构钢钢号表示方法：代表屈服点的字母Q、屈服点数值（N/mm2）、质量等级符号（A/B/C/D）、脱氧方法符号（F/b/Z/TZ）四个部分组成。“F”代表沸腾钢，“b”代表半镇静钢，“Z”代表镇静钢,“TZ”代表特种镇静钢。标注时Z和TZ可省略。2）低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢的牌号命名与碳素结构钢相似，只是质量等级分为A、B、C、D、E五等，低合金高强度结构钢采用的脱氧方法均为镇静钢或特殊镇静钢，故可不加脱氧方法的符号。3）优质碳素结构钢钢号：用平均含碳量的万分数表示，按锰含量分两类。35Mn——含碳量为0.35%的较高锰含量的优质碳素结构钢合金结构钢35Mn2——含碳量为0.35%，含锰量为1.5%~2.49%的合金结构钢10、热轧型钢的规格如何表示？1）H型钢，“HW高度×宽度×腹板厚度×翼缘厚度”如“HW300×300×11×19”“HN200×100×5.6×8.5”2）工字钢，I+截面高度的厘米数+腹板厚度类别如“I20a”3）槽钢，与工字钢相似如“[20b”4）角钢等肢角钢，边长×厚度如“L63×5”不等肢角钢，长边宽×短边宽×厚度如“L125×80×8”11、承重结构的钢材应具有哪些机械性能及化学成分的合格保证？(1)一般的承重结构，要求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；对焊接结构尚应具有含碳量的合格保证；(2)焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材，还应具有冷弯试验的合格保证；(3)对需要疲劳验算的钢结构，规范建议：—根据结构工作温度直接查表2.6.4。第3章连接1.钢结构有哪几种连接方法？它们各在哪些范围应用较合适？连接方法：焊接连接、铆钉连接、螺栓连接、紧固件连接焊缝连接：优点构造简单、用料经济、制造加工方便、密闭性好、结构刚度大；缺点：热影响区变脆、有残余应力及残余变形、裂纹易扩展、易低温冷脆。铆钉连接：优点塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查。缺点：劳动强度大，施工条件差，施工速度慢。费钢费工，现已很少采用。普通螺栓连接C级螺栓（粗制螺栓）：用Ⅱ类孔，孔径比杆径大1.5～3mm。用于安装连接及次要连接。高强度螺栓摩擦型连接：优点与铆钉类似，施工方便。2.焊接方法、焊缝型式有哪些？焊条的级别及选用原则是什么？焊接方法：手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊、气体保护焊、电渣焊、电阻焊、螺柱焊焊缝形式：1）对接焊缝（正对接焊缝和斜对接焊缝、T型对接焊缝）2）角焊缝（正面角焊缝、侧面角焊缝和斜焊缝）3.焊缝质量级别如何划分和应用？焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；一、二级焊缝除对全部焊缝作外观检查并符合相应级别的质量标准外，尚要求一定数量的超声波探伤，必要时采用射线探伤检验。4.普通螺栓和高强度螺栓的级别如何表示？普通螺栓材料性能等级为4.6级或4.8级。（小数点前数字表示最小抗拉强度fu≥400N/mm2，小数点后数字表示屈强比fy/fu=0.6或0.8）高强度螺栓材料性能等级为8.8级或10.9级。5.常用焊缝附号表示的意义分别是什么？焊缝代号由引出线（横线和带箭头的斜线）、图形符号（单边角焊缝、双边角焊缝、V型坡口焊缝、塞焊缝、围焊缝等）和辅助符号（如现场安装焊缝）组成。箭头所指一侧焊缝的图形符号和焊缝尺寸应标注在横线上………另一侧…………………………………………横线下6.对接焊缝如何计算？在什么情况下对接焊缝可不必计算？有引弧板时Lw=L；无引弧板时Lw=L-2ta.焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，焊缝与母材强度相等。b.焊接缺陷对受拉的焊缝影响较大。三级焊缝缺陷较多，抗拉强度为母材的85%；一二级焊缝抗拉强度与母材相等。7.直角角焊缝计算的基本假设是什么？1)所有角焊缝只承受剪应力，根据焊缝受力方向区分为侧面角焊缝和正面角焊缝；2)焊缝计算截面为45°“咽喉截面”，面积为3)在静力条件下，考虑正面角焊缝强度提高22%，动力荷载下，不考虑其强度的提高；8.角焊缝的尺寸有哪些要求？角焊缝在各种荷载作用下如何计算？)2(7.0fffhlh最大焊脚尺寸11.2fht，t1---较薄焊件厚度。T形连接当t≤6mm时，hf≤t，当t6mm时，hf≤t-(1~2)mm最小焊脚尺寸21.5fht，t2----较厚焊件厚度侧面角焊缝的最大计算长度60wflh，1、当实际长度大于以上值时，超过部分计算时不与考虑；2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。角焊缝的最小计算长度840wflhmm且不得小于，实际焊缝长度尚应再加2hf如何计算：见练习题9.焊接残余应力的成因是什么？其特点是什么？成因：焊接过程是一个不均匀的