钢结构思考题

钢结构思考题及答案

绪论：

校内钢结构

泥沙馆南端：钢屋架结构

土木系新结构实验室：平板网架结构土木系新结构实验室：平板网架结构

中央主楼加层工程：钢框架结构

体育中心：钢拱索支结构

游泳跳水馆：钢网壳结构游泳跳水馆：钢网壳结构

紫荆公寓7#楼：轻钢框架结构

西门汽修车间：金属波纹拱型屋面

极限状态法中，荷载和抗力的分项系数是否均大于1.0 ，那些情况下小于1.0 ？答：一般来说，结构抗力的分项系数应该大于1，其抗力都是对结构稳定有利，故而为保证结构的可靠一般取一个较低值，即用按标准值计算的结构抗力除以一个大于1.0的分项系数。荷载则有两种情况，一种是对结构不利，这时候分项系数应大于1.0，当其效应对结构

有利时取1.0，对抗倾覆和滑移有利的可取0.9。

两种计算方法采用的公式中，各项的含义有何不同，各怎样确定？

结构和构件由于塑性变形而使几何形状发生显著改变，虽未到达最大承载能力，但已彻底不显著改变，虽未到达最大承载能力，但已彻底不能使用，应属于那种极限状态？

答：属于承载力极限状态。

1）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

2）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耐久性能的局部损坏（包括组合结构中混凝土裂缝

承载能力极限状态可理解为结构或结构构件发挥允许的最大承载功能的状态。结构构件由于塑性变形而使其几何形状发生显著改变，虽未达到最大承载能力，但已彻底不能使用，也属于达到这种极限状态。疲劳破坏是在使用中由于荷载多次重复作用而达到的承载能力极限状态。

正常使用极限状态可理解为结构或结构构件达到使用功能上允许的某个限值的状态。例如某些构件必须控制变形、裂缝才能满足使用要求，因过大的变形会造成房屋内部粉刷层剥落，填充墙和隔断墙开裂及屋面积水等后果。过大的裂缝会影响结构的耐久性。过大的变形、裂缝也会造成用户心理上的不安全感。（建筑结构设计的极限状态是什么）

钢结构材料：

1、钢材的弹

性、线弹性、弹塑性、理想弹塑性、非线性概念的区别？

答：弹性是钢材在受到外力作用，应力的增或减相应地引起应变的增或减，除去作用力之后并能够恢复原来形状的特性；线弹性为作用应力较低时，应力的变化与应变的变化成正比关系，并且卸除荷载后钢材的变形完全恢复，没有残余应力变形；施加的应力超过弹性极限，此时钢材的变形包括弹性和塑性变形两个部分，其中塑性变形在卸除荷载后不再恢复，因此有残余形变，即钢材的弹塑性是指钢材在外力施加的同时立即产生全部变形，而在外力解除的同时，只有一部分变形立即消失，其余部分变形在外力解除后却永远不会自行消失的性能；理想弹塑性是弹塑性的一种简化，在屈服前应力与应变按线性关系变化，一旦屈服，即进入塑性流动状态，且流动应力不随应变量变化；指强化阶段和颈缩阶段，应力与应变的关系不再呈现线性。

(1)举例说明钢构件截面产生应力集中的原因，举例说明工程中减小应力集中程

度的构造措施。

答：原因：构件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，力线变曲折。

措施：构件中尽量避免截面突变；选用质量优良的钢材。

（1）要尽量避免应力较大部位安排应力集中严重的结构，如螺纹、横孔、门槽等。

（2）当应力集中不可避免时，应采取减小应力集中的措施，如适当加大截面尺寸变化处的圆角半径、设置卸载槽、采用过渡肩环或门切圆角等。(3) ρ =1在疲劳中属于何种应力状态，完全受压的构件会不会产生疲劳问题？

答：为静荷载状态，一般不，原因没查到，自己的看法是如果只受压的话，裂缝处的钢筋始终处于受压状态，裂纹的生成和扩展都受到限制，而且即使受压达到极限强度时，钢筋屈服，但是周围的钢筋对其有约束作用，不易产生脆性破坏，基本上不用考虑疲劳问题。

钢结构连接：

1．从功能上分类，连接有哪几种基本类型？

答：（1）受力性连接（2）缀连性连接（3）支撑性连接

2．焊缝有两种基本类型—对接坡口焊缝和贴角焊缝，二者在施工、受力、适用范围上各有哪些特点？

答：也就是对接焊缝和角焊缝，见书中P77,

（1）对接焊缝，施工时必须焊透，焊缝材料将被焊件“融”成一体，对厚度较大的构件，施焊前焊口需开坡，以保证焊透。优点：省钢材、应力集中程度低，焊缝质量高，耐疲劳性能好；缺点：焊件尺寸精度和焊接工艺要求高。

（2）角焊缝：不要求焊透，焊缝材料将被焊件粘在一起。优点，焊件尺寸、焊接工艺要求低，适应性强，焊缝中所占比例80%；缺点，应力集中程度高，受力条件差；疲劳强度低，不能直接承受动载。

3．简述焊接残余应力产生的实质，其最大分布特点是什么？

答：实质：施焊时，焊缝及热影响区的热膨胀因周边材料的约束而被塑性压缩，冷却时收缩受到限制。

分布特点：（1）任意方向的残余应力在任意截面上的积分为零，（2）在垂直焊缝截面上，焊缝截面及热影响区存在的残余应力，约束区存在压应力。（3）平行焊缝截面上，焊接残余应力与施焊顺序相关，分布复杂。

4．画出焊接H形截面和焊接箱形截面的焊接残余应力分布图。

答：数值可能有错误，与P104对比

5．贴角焊缝中，何为端焊缝？何为侧焊缝？二者破坏截面上的应力性质有何区别？

答：即正面角焊缝和侧面角焊缝，可对比P90、P85

侧焊缝：平行受力方向的焊缝；特点：受剪应力作用，塑性好，强度偏低，约为端焊缝强度的75％。两端大、中间小，焊缝越长，分布越不均匀。

端焊缝（正面角焊缝）：垂直受力方向的焊缝；特点：应力状态比较复杂，即非剪应力，亦非正应力，是介于二者之间的一种应力。因含有正应力成份，端焊缝比侧焊缝强度高，但相对较脆

6．规范规定：侧焊缝的计算长度不得大于焊脚尺寸的某个倍数，原因何在？规范同时有焊缝最小尺寸的规定，原因何在？

答：参考P87

侧焊缝计算长度限制：8h

f ≤l

w1

≤60h

f

(静载、间接动荷载) 8h

f

≤l

w1

≤

40h

f

(动荷载) 过短：局部加热严重，且起落弧坑相距太近，加之可能的缺陷，焊接不牢靠。过长：两端先破坏，中间焊缝未发挥作用。

7．规范禁止3条相互垂直的焊缝相交，为什么。

答：由于焊缝中存在三向应力，阻碍了塑性变形，在低温下使裂缝易发生和发展，加速构件的脆性破坏。

8．举3～5例说明焊接设计中减小应力集中的构造措施。

答：参考P107

9．普通螺栓群的单栓抗剪承载力设计值在什么条件下需要进行折减？为什么折减？怎样折减？（要求绘出接头构造及折减曲线）。

答：参考P113，当L〉15d时连接工作进入弹塑性阶段后各螺杆所受内里也不均匀，端部螺杆首先达到极限强度而破坏，随后由外向内依次破坏。

10．摩擦型高强度螺栓本身不存在疲劳破坏问题，原因何在？

答：因为高强摩擦型螺栓之间是摩擦传递内力，破坏准则是克服摩擦力，它的摩擦力是大于螺栓所受到的外力，螺栓不会产生滑移，就不存在循环应力，也就没有疲劳破坏，一旦产生滑移高强摩擦性螺栓就算被破坏。

10．用承压型高强螺栓连接轴心拉杆时，可否直接承受动载？

答：不能直接承受动荷载，承压型高强螺栓允许被连接件之间发生滑动，滑动后依靠栓干抗剪和承压径传递剪力，1他的允许的外力有可能大于所受摩擦力，产生相对滑移，在动荷载作用下就存在循环应力，就可能存在疲劳破坏

其他思考题

25答：1、普通螺栓群假定连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各螺栓所受拉力与其中和轴的距离成正比2、由于高强螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉应力，故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密接触状态，弹性性能好，可认为是一个整体，所以假定连接的中和轴与螺栓轴型心轴重合，最外侧螺栓受力最大，在偏心力作用下

24

答：1、螺栓本身的抗拉强度有限，如果施加预应力过大那么螺栓自身会变形。2、在高预应力下螺栓会蠕编导致应力下降，如果采用过高的预应力计算，可导致预应力下降后应力不足，构件实际却失效。其设计值考虑：1、材料不均匀性折减系数。2、防止施工时超长拉导致螺杆破坏折减系数。3、考虑拧紧螺帽时，螺栓干上产生的剪力。4、附加安全系数

hf和lw相同时，吊车梁上的焊缝采用正面角焊缝比采用侧面角焊缝承载力高？对，侧面角焊缝主要承受剪力，强度相对较低，塑性性能较好，因外力通过焊缝时发生弯折，故剪应力沿焊缝长度分布不均匀，两端大中间小。P85

3钢材有几种基本破坏形式？试述各自的破坏特征和微观实质

（1）塑性破坏，特征：破坏历时长，材料变形大，破坏断口参差不齐，色暗，因晶体在剪切之下相互滑移呈纤维状；微观实质：铁素体晶粒被剪切。

（2）脆性破坏，特征：破坏发生突然、无预兆，材料变形小，破坏断口平齐，晶粒往往在一个面断裂而呈光泽晶粒状；微观实质：铁素体晶粒被拉断。

应力集中愈严重，钢材也就变得愈脆，这是因为应力集中产生同号应力场，使塑性变形受到约束

7. 最易产生脆性破坏的应力状态是(B)。？？？

A：单向压应力状态； B：三向拉应力状态； C：二向拉一向压的应力状态； D：单向拉应力状态

1．普通螺栓、摩擦性型高强度螺栓、承压型高强度螺栓受剪型连接的传力机理是什么？

【答】普通螺栓受剪型连接依靠栓杆抗剪和孔壁承压传力；摩擦性型高强度螺栓受剪型连接依靠板件间的摩擦力传力；承压型高强度螺栓受剪型连接依靠栓杆抗

剪和孔壁承压传力。