水工钢结构复习提纲

第一章（绪论）

1、钢结构的特点（优点，缺点）

1）钢结构自重较轻

2）钢结构的工作可靠性较高

3）钢结构的抗震性、抗冲击性较好，具有良好的塑性和韧性

4）钢结构制造的工业化程度较高

5）钢结构可以准确快速装配

6）容易做成密封结构

7）钢结构易腐蚀

8）钢结构耐火性差

2、钢结构在水工中的应用有哪些

1）活动式结构

2）装拆式结构

3）板结构

4）高耸结构

5）大跨度结构

6）海工钢结构

第二章

1、钢结构的破坏形式

钢材的强度断裂破坏：塑性破坏、脆性破坏

1、软钢的单向拉伸试验（四个阶段、四个性能指标）

(1)弹性及弹塑性阶段(OB

段)

fp比例极限（A点）

（2）塑性阶段（BCD)

fy屈服强度：重要的机械性

能指标，作为钢材强度的标

准值

（3）自强阶段（DE)

fu抗拉强度

（4）颈缩阶段(EF段)

3、冷弯试验

以钢材试件冷弯不出现裂缝或分层为试验合格。冷弯试验是钢材的塑性、冷加工能力和显示钢材内部缺陷（分层、非金属加渣）状况的一项指标。

4、冲击韧性

是衡量钢材抵抗因低温、应力集中、冲击荷载作用而脆性断裂能力的一项指标。

冲断试样所消耗的能量的大小来衡量钢材的冲击韧性。

Akv （冲击功）是衡量冲击韧性的指标。 5、钢材的防腐蚀措施 ①涂料保护 ②喷镀保护 ③电化学保护

6、影响钢材机械性能的主要因素（5点） 温度、钢材硬化（冷作、时效）、复杂应力和应力集中、冶炼浇铸轧制、化学成分

7、钢材浇注成锭过程中脱氧程度不同分类？ 浇注过程中因脱氧程度不同而分为沸腾钢（F ）、半镇静钢（b ）、镇静钢（Z ）和特殊镇静钢(TZ)。

8、复杂应力对钢材的影响？（危险？安全？） ①同号平面应力状态，即且二者同号，，

危险情况，应尽量避免。

②同号立体应力状态，同上：危险情况，应尽量避免。 ③异号平面应力状态，即且二者异号，

，安全情

况，可以出现。

④异号立体应力状态同上：安全情况，可以出现。 9、什么是应力集中？

在缺陷或截面变化附近,主应力迹线曲折、密集,出现应力高峰的现象称为应力集中。 10、什么是硬化？冷作硬化VS 时效硬化？ 钢材在弹性范围内重复加、卸荷载一般不致改变钢材的性能。当超过此范围后将引起钢材的性能变化，表现为钢材的屈服强度、弹性范围增加，塑性和伸长率降低，这一性质称为硬化。 钢结构在制造过程中，在常温下进行冷加工，产生了很大的塑性形变而引起的钢的硬化现象，称为冷作硬化。

钢材随时间进展将使屈服强度和抗拉强度提高、伸长率和冲击韧性降低，称为时效硬化。

03=σ21σσ>y

y eq f f ><有可能已经时，1σσ03=σ21σσ>y

y eq f f <<肯定时，1σσ

11、温度对钢材的影响？

能性增大

12、钢材的疲劳破坏主要取决于？

钢材的疲劳破坏与钢材的质量,构件的几何尺寸和缺陷等因素有关。主要取决于循环荷载在钢材内引起的反复循环应力的特征和循环次数。

应力幅的大小主要决定于？

在一定循环次数下，发生疲劳破坏的应力幅大小，主要取决于构件和连接的细部构造。13、疲劳计算应注意的问题？

(1)直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件和连接，当应力循环次数n≥50000时，应进行疲劳计算。

(2)疲劳计算时，作用于结构的荷载取标准值。

(3)在全压应力（不出现拉应力）循环中，裂缝不会扩展，故可不作疲劳验算。

(4)试验证明，钢材静力强度的不同，对大多数焊接类的疲劳强度无明显影响。故由疲劳破坏所控制的构件，采用高强度的钢材是不经济的。

14、如何解释碳素钢和低合金钢的牌号？

C级为镇静钢；D级为特殊镇静钢.

故Z、TZ可以略去不写

Q235-BF;屈服强度为235N/mm2的B级沸腾钢

Q345-C；屈服强度为345N/mm2的C级镇静钢

15、碳素钢的分类（含碳量）

碳素钢根据含碳量分：(生铁或铸铁) ，高碳钢，中碳钢，低碳钢，(熟铁)。

16、建筑钢的选用原则

选用钢材主要考虑以下几点：

（1）结构所承受的荷载特性

（2）结构类型及重要性

（3）连接方法

（4）结构的工作温度和所处的环境 17、Q235-F 不适用的几种情况？ 1、焊接结构

（1）直接承受动力荷载或震动荷载且需要进行疲劳验算的 （2）低温 2、非焊接结构

低温且直接承受动力荷载 17、结构可靠度的定义？

结构可靠度的定义：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。 19、功能函数Z Z=R-S

20、可靠指标与失效概率的关系？

失效概率为Pf

称为可靠指标

当

变大时pf 变小

21、钢结构规范中采用的计算方法？

刚结构设计规范是以概率理论为基础的极限状态设计方法（疲劳强度除外） 在各专门规范中规定水工钢结构仍采用容许应力计算法。

第三章

1、钢材的三种连接方法及各自优缺点 钢结构的连接方法可分为：

焊缝连接；适应性强，构造简单，省材省工，密封性好,工效高,不削弱结构；对材质要求高，产生残余应力和变形，质量检验工作量大。

螺栓连接；普通螺栓；装卸便利，加工方便，对结构削弱少，可拆换；螺栓精度低时不宜受剪，精度高时加工和安装难度大

高强螺栓；能承受动力荷载，耐疲劳，塑性韧性好；摩擦面处理及安装工艺复杂，造价高

对于密封性要求高的结构不可用螺栓

铆钉连接；传力可靠，塑性韧性好，质量易于检查，抗动力荷载性能好；工艺复杂，费工费料

2、药皮的作用

药皮的作用：稳定电弧；隔离空气；减缓冷却；改善焊缝性能。 3、焊缝主要缺陷有哪些？焊缝质量等级

常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透(不包括规定不焊透者)等；以及焊缝外形尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。 焊缝的级别

①三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查，符合三级质量标准；

②二级焊缝要求通过外观检查和超声波检验，其中要求超声波检验每条焊缝的20%长度；

③一级焊缝则要求通过外观检查和全部超声波检验及必要的X 射线检验,对抗动力和疲劳性能有较高要求处可采用一级焊缝。 4、（对接焊缝的构造要求）

)

0(<=Z P p f ββ

引弧板：影响计算长度 有引弧板lw=l

无引弧板lw=l-2t （t 为较薄焊件厚度）

轴心受力

对接焊缝承受弯矩和剪力

、

、

Iw ：焊缝截面对中和轴惯性矩。

Ww ：截面抵抗矩：截面对其形心轴的惯性矩与界面上所求点到形心轴距离比值。 Sw ：所求应力点以上或者以下焊缝截面对中和轴的面积矩。 5、（角焊缝的构造要求） 对接焊缝承受弯矩、剪力和轴心力共同作用时，焊缝正应力为弯矩和轴心力引起的应力之和（a ）验算，剪应力仍按式(b)验算，需要验算折算应力时按式（c ）进行验算。

、

、

P46例3—2 5、（角焊缝的构造要求）

1）考虑焊口影响，计算长度取实际长度减去2hf 。即lw=l-2hf

2）最小焊脚尺寸

，

为较厚焊件厚度（mm ）。自动焊时减小1mm,T

形连接单面焊时增加1mm 。当 时，用

。

3）最大焊脚尺寸

，是薄焊件厚度（mm ）。对板边焊缝还应满足

， 为板件厚(mm)。

4）侧焊缝，为减轻剪应力分布不均匀的程度，对

计算最大值加以限制，受静荷载时

；受动荷载时

，（超过部分计算不考虑）。

w c w t w f f t

l N

或≤=

σ w t w

f W M

≤=

σw v w w

f t

I VS ≤=

τ

1.132121w t f ≤+τσ(a) w t w

W f W M A N ≤+=

σ(b) w v w w

f t

I VS ≤=

τ(c)

1.132121w t f ≤+τσmax

5.1t h f ≥m ax

t mm

t 4max ≤max

t h f =min

2.1t h f ≤min t mm

t mm t h mm t t h f f 6),2~1(;6,1111>-≤≤≤1t w

l f

w h l 60≤f

w h l 40≤

5）最小焊缝计算长度

及

。

6）在端焊缝的搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的五倍，且不小于

25 mm 。

角焊缝计算公式第三章PPT P43-P46 课本P53例3-3

6、焊接残余应力的危害

mm

l w 40 f

h 8

7、减小或消除焊接焊接残余应力的措施

(1)设计角度，尽量避免三向拉应力的情况

(2)制造方面，采取适当的焊接次序

焊缝较厚时采用分层焊，焊缝较长时采用分段焊

(3)尽可能采用对称焊缝

8、减小或消除焊接变形的措施

(1)施焊前使构件有一个和焊接变形相反的预变形

(2)采用合理的装配和焊接顺序

(3)对于小尺寸的杆件，可在焊前预热，或焊后回火加热到600℃左右，然后缓慢冷却，可消除焊接变形。

(4)机械矫正：锤击法

9、螺栓的分类及各自受力特点（普通、高强、锚固螺栓）

1、普通螺栓

粗制螺栓（C级）：螺杆比栓孔直径小1.0-1.5mm，安装制造简单，成本低，受剪时产生较大滑移，工作性能差

精制螺栓（A级、B级）：杆径与孔径基本相同，间隙小，约0.3mm，表面光滑尺寸准确，成本高

2、高强螺栓：用高强度钢材制成，利用特制扳手拧紧，产生很大预拉力，传递到接触面，产生很大摩擦力

3、锚固螺栓

孔径为杆径的1.5倍，只能受拉，不能受剪

高强螺栓的分类（承压型和摩擦型），二者的受力特点，计算方法的区别

摩擦型：完全依靠被连接件之间的摩阻力传力

承压型：由摩阻力和螺杆

的剪力、承压共同传力

课本P72

10、（螺栓的构造要求）

1、受力要求

M16,M18,M20,M22,M24,

M27,M30

2、构造要求

3、施工要求

同一种构件中宜用

同种螺栓；排列简

单紧凑，便于安装

第四章

1、钢梁在进行结构设计时都应进行哪些计算

梁是受弯构件，设计时应同时满足承载力极限状态和正常使用极限状态。

?

?????

??

??

?

?????????????????

??刚度（挠度）腹板受压翼缘梁的局部稳定梁的整体稳定

稳定折算应力局部压应力剪应力

弯曲正应力强度受弯构件

2、钢梁的弯曲三个应力阶段，什么情况采用哪种阶段的计算方法。 1、弹性阶段：

2、弹塑性阶段： 静力荷载或间接动力荷载

3、塑性阶段 ：超静定梁 3、钢梁的强度计算方法 抗弯强度

单向弯曲 f ：钢材的抗弯强度设计值

双向弯曲

——绕x 轴和y 轴的计算弯矩

——截面塑性发展系数，工字形截面取1.05和1.2；表5-4 P146 ——钢梁对x 轴和y 轴的净截面抵抗矩

剪应力强度

V ：梁所受的最大剪力

fv ：钢材的抗剪强度设计值 I ：钢材的毛截面惯性矩 S ：毛截面在计算剪力处以上部分对中和轴的面积矩 tw ：腹板厚度

f W M nx

x x

≤=

γσf

W M W M ny

y y nx x x

≤+=γγσmax y

x M M 、y

x γγ、y

x W W n n 、v w

f It VS

≤=

τ

折算应力公式：若梁截面上同一点受到弯应力、剪应力都较大

c σσ、——较大弯应力、局部压应力

β

——折算应力的强度增大系数

=0=1.1=1.2

c c c σσσβσσβ当、同号或者时，取当、异号时，取

4、影响钢梁整体稳定型的因素有哪些？如何提高钢梁的整体稳定性？ 1．侧向抗弯刚度、抗扭刚度；

2．受压翼缘的自由长度(受压翼缘侧向支承点间距); 3．荷载作用形式； 4．荷载作用位置； 5．梁的支座情况。

提高梁整体稳定性的主要措施

1. 在受压翼缘设置侧向支撑，即减小l1。

2.增加受压翼缘的宽度，即增大b1； 5、轧成梁的设计步骤

（1）根据梁的跨度与荷载计算Mx （最大弯矩）和V （最大剪力）。注意：荷载为标准荷载要乘以分项系数。

（2）根据弯应力强度求得截面的抵抗矩；如果最大弯矩处有螺栓孔，W 要加大10%-15%。

（3）根据W 从型钢表中选择型钢。

（4）验算弯应力强度；验算整体稳定性；如不合适重选。经济、安全。

（5）验算剪应力强度。

（6）挠度验算。

f

c eq βτσσσσσ≤+-+=22c 23f

eq 1.1322≤+=τσσf W M nx

x x

≤=

γσf

W M ≤?x

b max

?v w

f It VS

≤=

τ

用荷载的标准值计算梁的挠度

（7）腹板局部压应力验算

如果在两个主平面受双向弯曲时，应将荷载分解再进行求解。

验算双向弯曲强度

验算整体稳定性 验算合挠度

6、组合梁的设计步骤

（1）根据梁的跨度、荷载求Mmax ，Vmax 。

（2）根据强度、刚度、稳定、节省钢材—选择截面尺寸，有时在弯矩较小处，减小截面。 （3）计算梁的翼缘和腹板的连接焊缝。

（4）验算组合梁的局部稳定性和设计腹板加劲肋。

（5）设计组合梁各部件的拼接以及设计梁的支座和梁格的连接。 （6）绘制施工详图。

7、什么是最小梁高，什么是经济梁高，如何选用梁高？

最小梁高含义：使组合梁在充分利用钢材强度的前提下，又正好满足梁的刚度要求的h 确定经济梁高的条件通常是使梁的自重最轻。

在设计中一般选择梁高h 比经济梁高hec 小10%~20%，但不得小于按刚度要求而定的最小梁高

9、组合梁的拼接方法

梁的拼接分为工厂拼接和工地拼接两种。

工厂拼接；翼缘与腹板的拼接位置应错开，使薄弱点不集中在同一截面上。 工地拼接；翼缘与腹板的拼接宜基本上在同一位置。主要是避免运输时碰撞损坏悬臂过大的

][2L w EI PL L w x ≤=βf

l R

f

l t P

z

z

w c ≤=

≤=

w c t ψσψσ或f W M W M ny

y y nx x x

≤+=

γγσmax f W M W M y

y y x b x

≤+γ?]

[2

2

w w w w y x ≤+=

零部件。

10、如何防止薄板失稳？

增加板厚，在腹板两侧设置加劲肋 11、组合梁腹板加劲肋的配置规定

（1）当

对无局部压应力的梁，可不配置加劲肋；对有局部压应力的梁，

按构造配置横向加劲肋。

（2）当

时，腹板可能由于剪应力作用而失稳，应配置横向

加劲肋，并应进行计算。规范规定，横向加劲肋的最小间距为0.5h0；最大间距为2h0；对

于

c =0σ的梁当

时，可采用2.5h0。

（3）当

时（受压翼缘扭转受到约束），或

时（受压翼

缘扭转未受到约束），应配置纵向加劲肋。局部压应力很大的梁，必要时尚应配置短加劲肋，并均应进行计算。 任何情况下，h0/tw 均不应超过250。

（4）梁的支座处和上翼缘承受较大固定集中荷载处，应设置支承加劲肋。 12、梁格的三种连接形式

三种形式：层叠连接、等高连接、降低连接 13、梁支座的三种形式

1）平板支座 （梁的跨度10～15m ） 2）弧面支座 （梁的跨度10～24m ） 3）辊轴支座 （梁的跨度>24m ）

第五章

1、柱的构成及分类柱头、柱身、柱脚

y

w f t h 23580

/0≤y

w y f t h f 235

170/23580

0≤

w f t h 235100

/0≤y

w f t h 235

170

/0>y

w f t h 235

150

/0>

按柱身构造分类：

实腹柱

格构柱：缀板式

缀条式

2、对于理想轴心压杆，如何提高临界力和临

界应力？

l0：受压杆件的计算长度，由杆件两端的支撑

情况决定：当两端铰接时，l0=l；一端固定，一

端自由时，l0=2l；两

端固定时，l0=0.5l；一

端铰接，另一端固定时，l0=0.7l，其中l为构

件的几何长度。

如何提高临界力和临

界应力？①

减小计算长度

②增大回转半径，即增大截面惯性矩

3、实腹式轴心压杆整体稳定性验算方法？刚度验算方法？局部稳定性验算方法？强度的验算方法？

课本 P130或第五章PPT P8

4、轴心受压实腹柱设计步骤

课本P133或者第五章PPT P17

5、轴心受压格构柱的稳定性验算方法？实轴or虚轴！

第五章PPT P26或课本P136

6、轴心受压格构柱设计步骤

课本P138或第五章PPT P30

7、偏心受压柱弯矩作用平面内和弯矩作用平面外稳定性验算公式？

第五章PPT P39或课本P144

8、梁和柱的连接方式

梁和柱的连接方式有顶面连接和侧面连接。

顶面连接；在柱头顶面焊上一块顶板，直接将梁放在顶板上

侧面连接；采用支托来传递梁的支座反力，支托一般采用厚钢板或厚角钢

第六章

1、桁架按

外形分类？

各自特点是

什么？

平行弦桁架

弦杆和

腹杆长度均能一致，结点的构造可以统一，上、下弦杆的拼接数量较少。

外形与弯矩图不符合，受力稍差，跨中弦杆受力大于端部，端部腹杆受力大于跨中。

梯形桁架

上弦带有缓坡，常用的坡度是

1:8-1:12，以适应卷材(例如油毡)防水屋

面的排水要求，它是厂房屋架的基本形式。

杆件受力优于平行弦桁架。

多边形桁架

由于外形接近于弯矩图形，这种桁架

不但腹杆内力较小，各节间弦杆内力相差也不

大。这样，可以选择同一截面尺寸。

上弦杆需做成折线形，比较费工。但

用于大跨度结构可节约钢材。

三角形桁架

上弦坡度：一般大于1:5，适用于轻屋

面材料的屋架。跨度在18m以下由小角钢和圆钢

组成的轻型钢屋架，比较经济。

三角形悬臂式桁架

多用于海洋采油平台上直升飞机

场承重支架。

2、桁架常用腹杆体系？

(a)人字式：最常用，腹杆少、结点少，适用于跨度较

小或荷载较小的情况。

（b）附加竖杆的人字式：对于中等以上跨度的桁架，

跨度和高度增加，由于腹杆合理倾角的要求，节间长度

也随之增大，故需要附加竖杆。上承式钢引桥结构。

（c）下承式钢引桥结构：下弦结点与梁相连，需附加

受拉竖杆。

（d）单斜式：对称，结点形状相同，加工方便。

（e）交叉式：可以承受动力荷载。

3、支撑的作用？

1)保证桁架体系的空间几何稳定性。

2)为桁架弦杆提供必要的侧向支承点，可以减少受压弦杆在桁架平面外的计算长度，提高桁架的侧向刚度及稳定性。

3)支撑与桁架弦杆配合，承受垂直于桁架平面的各种荷载所引起的侧向弯曲及扭转作用，提高结构的侧向抗弯刚度和抗扭刚度。

4)使结构具有空间整体作用，改善桁架的工作性能。

5)支撑又可以保证结构安装的方便及可靠性。

4、桁架杆件截面设计？

两主轴方向的稳定性接近相等，

第七章

1、闸门的分类

（1）按闸门的功用可分为；工作闸门、事故闸门、检修闸门、施工闸门

（2）按闸门孔口的位置分为；露顶闸门、潜孔闸门

（3）按闸门结构形式可分为；平面闸门、弧形闸门、人字闸门

2、平面钢闸门的组成

门叶结构、埋固构件和启闭闸门的机械设备

(一)门叶结

构的组成

面板、梁

格、横向和纵

向连接系（即

横向和纵向

支撑）、行走

支承（滚轮和

滑块）以及止

水等部件

(二)埋固构

件

行走支承的轨道，与止水橡皮相接触的型钢、为保护门槽和孔口边棱处的混凝土免遭破坏所设置的加固角钢等。

(三)闸门的启闭机械

对于小型闸门，常用螺杆式启闭机，对于大，中型闸门常采用卷扬式启闭机或油压式启闭机。

3、挡水时，水压力在闸门上的传递路径

计算

1、常幅疲劳验算（书例2-1）

2、变幅疲劳验算（书例2-2）

3、对接焊缝承受轴心拉力验算（书例3-1，习题3-1）

4、对接焊缝承受拉力、剪力和弯矩的验算（书例3-2，作业+50kN）

5、角焊缝承受拉力设计（侧焊缝、正面焊缝、围焊缝）（书例3-3，习题3-3）

6、角焊缝承受拉力、弯矩、剪力验算（习题3-5）

7、普通螺栓受剪力设计（书例3-6，习题3-7）

8、普通螺栓受拉力和剪力验算（习题3-9）

9、梁的整体稳定性和弯应力强度验算（例4-1，习题4-1）

10、轴心受压实腹柱的设计（书例5-1，习题5-1）