钢结构期末复习资料整理

钢结构期末复习资料整理第一章绪论1．钢结构和其他材料的结构相比，钢结构具有哪些特点？答：钢材的强度高，塑性和韧性好；钢结构的质量轻；钢材材质均匀，接近各向同性；钢结构制作简便，施工工期短；钢结构的密闭性好；钢结构的耐腐蚀性差，耐火性差；在低温和其他条件下可能发生脆性断裂。2.钢结构在工程中的应用：工业厂房；大跨度结构；高耸结构；多层和高层建筑；承受荷载影响及地震作用的结构；板壳结构；其他特种结构；可拆卸或移动的结构；轻型钢结构；和混凝土组合成的组合结构。3.结构的极限状态：当结构或其组成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。4.承载能力极限状态：指结构或构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形时的极限状态；正常使用极限状态：指结构或构架达到正常使用或耐久性能的某项规定限值时的极限状态）。5.结构可靠度Ps：结构在规定的时间内，在规定的条件下完成预定功能的概率。第二章钢结构的材料1.钢结构中所用钢材应具有哪些性能？①钢材应具有较高的屈服强度ƒy和抗拉强度ƒu：ƒy是衡量结构承载能力的指标，ƒy高则可减轻结构自重，节约钢材和降低造价。ƒu是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能力，它直接反映钢材内部组织的优劣，同时ƒu高可以增加结构的安全储备。②较高的塑性和韧性：塑性和韧性好，结构在静载和动载作用下有足够的应变能力，既可减轻结构脆性破坏的倾向，又能通过较大的塑性变形调整局部应力，同时又具有较好的抵抗重复荷载作用的能力。③良好的工艺性能（包括冷加工、热加工和焊接性）：良好的工艺性能不但要易于加工成各种形式的结构，而且不致因加工而对结构的强度、塑性、韧性等造成较大的不利影响。此外，根据结构的具体工作条件，有时还要求钢材具有适应低温、高温和腐蚀性环境的能力。2.塑性破坏：钢材在超过屈服点即有明显的塑性变形产生，超过抗拉强度时将在很大变形的情况下断裂。后果：塑性变形的断口平直，并因晶体在剪切之下相互滑移的结果而呈纤维状，塑性破坏之前，结构有明显的塑性变形产生，且有较长的持续时间，可便于发现和补救。3.脆性破坏：钢材没有的塑性变形产生或只有很小塑性变形而发生破坏。后果：脆性破坏之前，结构没有明显的塑性变形产生，且发生很突然，后果很危险。4.强度：屈强比是衡量钢材强度储备的一个系数。屈强比越低安全储备越大，但屈强比过小时，不经济。当屈强比过大时，安全储备较小，且构件的塑性变形能力较小。5.塑性：指钢材在应力超过屈服点后，能产生显著残余变形而不立即断裂的性质。6.冲击韧性：指在钢材塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，是衡量钢材抵抗动力荷载能力的指标。①是钢材塑性和强度的综合表现，可以用来判断钢材在动力荷载作用下是否会发生脆性破坏；②冲击韧性好表示在动力荷载作用下破坏时吸收能量多；③对于需要验算疲劳的结构所用的钢材应具有不同试验温度下的冲击韧性的合格保证；④冲击韧性受温度的影响较大，钢材具有低温冷脆性。7.冷弯性能：指钢材在常温下加工发生塑性变形时，对产生裂纹的抵抗能力。①冷弯性能用冷弯试验来检测，检测时如果时间弯曲180度，无裂纹、断裂或分层，即试件冷弯合格。②制作结构构件和非结构构件的钢材的冷加工需要钢材有合格的冷弯性能。③钢材的强度、冲击韧性、塑性、冷弯性能统称为钢材的力学性能或机械性能。8.影响钢材性能的主要因素有：化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；反复荷载作用。9.化学成分：硫可减低钢材的塑性、韧性、可焊性、抗锈蚀性。高温时使钢材变脆，即热脆。磷降低塑性、韧性、冷弯性能、可焊性。在低温时使钢材变脆，即冷脆。氮的作用和磷的一样，可使钢材冷脆。锰是一种脱氧剂，锰可以适当提高钢材的强度、能消除氧、硫而不降低钢材的可焊性和抗锈蚀性能。锰元素在碳素钢中的含量在0.3%—0.8%，在低碳钢中的含量为1.0%—1.6%。硅是一种脱氧剂，硅在碳素钢中的含量应不超过0.3%，在低碳钢中的含量为0.2%—0.55%10.时效硬化：指钢材随时间的增长，钢材的强度（屈服点和抗拉强度）提高，塑性降低、特别是冲击仍性明显下降的现象。冷作硬化：指当钢材冷加工（剪、冲、拉、弯等）超过其弹性极限卸载后，出现参与应变变形，再次加载时弹性极限（或屈服点）提高的现象。11.温度的影响：常温下强度基本上不随温度的变化而变化。①温度高于常温时，随温度增高，钢材的强度、弹性模量降低、塑性增大。②250度时，钢材的抗拉强度反而提高，冲击仍性和脆性下降明显，此现象叫蓝脆现象。蓝脆现象钢材会出现裂纹。③当温度超过300度时，屈服点和极限强度显著降低。④600度时，钢材几乎不承受拉力，可以看出钢材的耐火性能差。⑤当温度低于常温时，总的趋势是温度降低，钢材的略有强度提高。塑性、抗冲击韧性降低。温度下降到某一值后，会发生冷脆现象。钢材由韧性状态转向脆性状态时的温度叫做脆变温度（或叫冷脆临界温度）12.应力集中的影响：应力集中发生在孔洞、槽口、凹角、形状变化、内部缺陷处。应力集中处存在同号平面或立体应力场，使钢材变脆。13.钢材的疲劳破坏：钢材在连续反复荷载作用下而发生脆性破坏，破坏时的最大应力称为疲劳强度。钢材的疲劳破经历三个阶段：裂纹的形成、裂纹缓慢扩展、迅速断裂。影响钢材疲劳的主要因素是应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）以及应力循环次数。14.钢材的种类：碳素结构钢；低合金高强度结构钢；优质碳素结构钢；建筑结构用钢板。（沸腾钢F，镇静钢Z，特殊镇静钢TZ）15.钢材的选用原则：应使结构安全可靠和做到经济合理。选择时要考虑的因素：结构的重要性；荷载情况；连接的方法；结构所处的温度和环境；钢材厚度。16.钢材的规格：钢结构所用的钢材主要为热轧形成的板钢、型钢，以及冷弯成型的薄壁型钢。第三章钢结构的连接1．钢结构的连接方法：①焊缝连接、②螺栓链接、③铆钉连接。焊缝连接：适用于板叠厚度不超过12mm的焊接。冷弯薄壁型钢一般不使用焊接，成本高。螺栓连接分为：普通螺栓连接和高强螺栓连接。普通螺栓可用A、B、C三级。钢结构一般采用构造简单，造价低C级螺栓。2．焊接的缺陷及质量检查：①焊接的缺陷：焊接可能会产生裂纹、气孔、烧穿、未焊透等缺陷。裂纹是焊接中最危险的缺陷，焊接易在焊缝和周围热影响区出现热裂纹和冷裂纹。焊接时应该采用合理的施焊顺序，避免裂纹形成。进行预热、缓冷却或进行焊后处理，可以减少裂纹形成。②焊缝质量检查：焊缝的质量等级可以分为三级，每级都要按照规范进行检查。三级焊缝检查：只要求对焊缝做外观检查且符合第三级质量标准，即检查焊缝的外形尺寸偏差是否超过允许值，弧坑裂纹、咬边尺寸是否超过允许值缺陷。一、二级除了要做外观检查外还要进行无损检验（如超声波探伤和射线探伤等）。3．焊缝的连接形式及焊缝形式：①焊缝的连接形式有：平接（也叫对接）、搭接、T形连接和角接。②焊缝形式：对接焊缝的受力形式为对接正焊缝和对接斜焊缝。角焊缝受力形式有正面角焊缝（焊缝的长度方向垂直于作用力方向）、侧面角焊缝（焊缝的长度方向平行于作用力方向）。③绗缝沿长度方向的布置有连续角焊缝和断续角焊缝之分。连续角焊缝之力较好，为主要角焊缝形式。断续角焊缝易引起应力集中。④焊缝按照施焊位置分为：仰焊、立焊、横焊、俯焊（也叫平焊）。俯焊的施工最方便、质量最容易保证，仰焊的施工条件最迟、质量不易保证。4．焊缝的表示方法：用符号表示（基本符号、辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。）基本符号表示焊缝的截面形状。辅助符号表示焊缝表面形状特征。角焊用⊿表示，V形焊缝用V表示。指引线有两条基线和箭头线组成，基线一般与图形底边平行。当箭头指在焊缝所在面时，焊缝符号标在基准线的实线侧。当箭头指在焊缝另一面时，焊缝符号标在基准线虚线侧。标注对称焊缝时可以不用虚线。5．焊缝的构造：①对接焊缝中，当试件的厚度较大时，应把焊缝边缘加工成适当形式和尺寸的坡口。②当焊件的厚度t（t≤10mm）较小时，可以采用I形焊缝，即不开坡口，只在板边留适当的对接间隙即可。③对于一般厚度（t=10-20mm）的焊件，可以采用斜坡口的单边V形缝或双边V形缝。③对于较厚（t＞20mm）的焊件，应采用U形缝、K形缝、X形缝，可比V形坡口减小焊缝的体积，进而节约焊条和减小对焊件温度的影响。④对于V形和U形缝，正面焊好后还需要性背面清根补焊。对于没有条件清根补焊的应该加垫板。当焊件可以随意扭转时，采用X形和V形缝最好。⑤在焊缝的拼接处，当两侧焊件的宽度不同或厚度相差4mm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.5的斜角，形成平缓过渡。⑥在每条焊缝的两端因焊接时起弧、灭弧的影响容易出现弧坑、未焊透等缺陷，易形成应力集中，为了避免这种情况，在焊接时应该在两端设置引弧板，焊后将其切除，并修磨平。6．焊缝的计算：①Lw取值：当采用引弧板时，取焊缝实际长度；当未采用引弧板时。每根焊缝取实际长度减去2t。②T在对接连接中为连接件的较小厚度，在T形连接中为腹板厚度。③当正面焊不满足时，可以采用斜焊缝。当焊缝与作用力间的夹角Θ满足tanθ≤1.5时，焊缝强度不低于母材强度，可以不用验算。在弯矩和剪力共同作用下，工字型、箱型等截面构件，在腹板和翼缘相接处，焊缝同时受有较大的正应力σ1和较大的剪应力τ1。需要计算截面的折算应力。7．角焊缝的构造和计算：角焊缝有：垂直角焊缝（侧面焊缝和正面焊缝）和斜角焊缝。侧面角焊缝主要承受剪力，剪力分布两端大，中间小。其应力分布可以看做均匀分布。正面角焊缝的应力较复杂（剪力和轴力），各个截面中均存在不均匀的正应力和剪应力。根部有严重的应力集中。正焊缝的强度高于侧焊缝，但塑性要略低些。斜焊缝的受力性能和强度介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间。8．角焊缝的构造：包括焊角尺寸hf和焊缝计算长度Lw。最小焊角尺寸详见P55页。当焊件的厚度相差较大时，用等焊角尺寸无法满足最大、最小焊缝厚度的要求时，可以采用不等焊角尺寸。①最小计算长度：焊角的尺寸较大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝起弧灭弧造成的弧坑相距较近，加上其他可能产生的缺陷，焊缝的质量不可靠，所以，侧面角焊焊缝或正面角焊焊缝的计算长度不得小于8hf和400mm’。②侧面角焊缝的最大计算长度：由于侧面焊缝的长度和焊角尺寸之比越大，应力分布的不均匀性也越大。焊缝两端的应力较大，可能会使得端部提前破坏。所以需要控制侧面焊缝的长度。侧面计算长度不应大于60hf。③搭接连接构造：两侧角焊缝的长度不小于两条焊缝之间的距离。为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲过大，两侧焊缝之间的距离不应大于16t（当t＞12mm）和190mm（当t＜12mm）当宽度超过时，应该加上正面角焊缝、或加槽焊。④在搭接连接中，搭接长度不小于焊件厚度的5倍，并不小于24mm，以减小收缩应力及搭接偏心影响产生的次应力。⑤为了避免起落弧缺陷发生在应力集中较大的转角处，当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续地作长度为2hf的绕角焊，但专家必须连续施焊，不得端弧。角焊缝当中，正面角焊缝的承载能力高于侧面角焊缝，但正面角焊缝的刚度角大，变形能力低，对于直接承受动力荷载的结构，不考虑正面角焊缝的强度提高βf=1。9．轴力、扭矩、弯矩单独作用的角焊缝计算：①当角焊缝只受轴力，且轴力通过焊缝的形心时，可以认为焊缝的应力是均匀分布的。此时，正面角焊缝只有正应力，侧面角焊缝只有剪应力。②弯矩作用下，角焊缝的有效截面应力呈三角形分布，属于正面角焊缝性质，只有正应力。③扭矩作用下：两个假定：被连接杆件是绝对刚性的，而角焊缝是弹性的；被连接杆绕角焊缝有效截面形心O旋转，角焊缝上任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力的大小与连线长度r成正比。计算时主要是x和y方向极惯性矩的计算。10．焊接残余应力：焊接构件在使焊过程中，在焊件上产生不均匀的温度场，高温部分的钢材要求有较大的膨胀伸长，但受到邻近钢材的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力，并在焊接过程中随时间和温度而不断变化，这种应力称焊接应力。钢材冷却后存在于焊件中的应力称焊接残余应力。11．焊接残余变形：焊接构件