水工钢结构复习资料(自己整理的)

主梁数目怎么选：应从以下两方面考虑：①刚度条件：由简支梁在均布荷载作用下的最大弯矩为Mmax=qL2/8，相对挠度应为w/L=5qL3/384EI。可知：为了抵抗增大的弯矩和挠度，有效的措施是把多个主梁的材料集中在少数梁上使用，因为抗弯截面模量w与梁高的平方成正比，且抗挠曲变形的惯性矩与梁高的立方成正比，所以减少主梁的数目，增大主梁的高度，可以充分发挥材料的作用来抵抗增大的弯矩和挠度。②经济条件：为了满足经济要求，主梁的间距应随其跨度的增大而加大，否则可能出现经济梁高小于最小梁高，因此在大跨度露顶闸门中采用双主梁。

齐平连接：优点：梁格和面板形成刚强的整体；可以把部分面板作为梁截面的一部分，以减少梁格的用钢量；面板为四边支承，其受力条件好。缺点：水平次梁遇到竖直次梁时，水平次梁需要切断再与竖直次梁连接，因此，构件多、接头多、制造费工。

降低连接：优点：水平次梁可以在面板与竖直次梁之间穿过而成为连续梁，这样面板为两边支承，面板和水平次梁都可以看作主梁截面的一部分，参加主梁的受力抗弯工作。缺点：竖直次梁在局部被切断，其整体刚度有所下降。

整体失稳：钢梁一般采用工字形或槽形等开口薄壁截面，其侧向抗弯刚度和抗扭刚度相对与粗大的钢筋混凝土梁要低，常可能在弯应力还未达到屈服强度前，就发生侧向弯扭屈曲，称整体失稳现象。改善钢材整体稳定性的方法：加大受压翼缘的宽度，增大其抗弯抗扭刚度，设置受压翼缘的侧向支撑，将铺板与受压翼缘连接。疲劳破坏：钢材在连续反复荷载作用下，当应力还低于钢材的抗拉强度，甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏，这种现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏。

什么叫钢梁丧失整体稳定？影响钢梁整体稳定的主要因素是什么？钢梁在弯矩较小时，梁的侧向保持平直而无侧向变形；即使受到偶然的侧向干扰力，其侧向变形也只是在一定的限度内，并随着干扰力的除去而消失。但当弯矩增加使受压翼缘的弯曲压应力达到某一数值时，钢梁在偶然的侧向干扰力作用下会突然离开最大刚度平面向侧向弯曲，并同时伴随着扭转。这时即使除去侧向干扰力，侧向弯扭变形也不再消失，如弯矩再稍许增大，则侧向弯扭变形迅速增大，产生弯扭屈曲，梁失去继续承受荷载的能力，这种现象称为钢梁丧失整体稳定。影响钢梁整体稳定的主要因素有：荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、侧向支承点的位置和距离、梁端支承条件。

钢梁丧失局部稳定？在钢梁中，当腹板或翼缘的高厚比或宽厚比过大时，就有可能在梁发生强度破坏或丧失整体稳定之前，组成梁的腹板或翼缘出现偏离其原来平面位置的波状屈曲，这种现象称为钢梁的局部失稳。

焊接组合梁梁高选择：选择梁高时，一般应考虑建筑高度、刚度和经济三项要求。首先，梁高不得超过按建筑物净空所容许的最大梁高hmax。对水工刚闸门而言，一般不受净空限制，可不予考虑。确定最小梁高的条件是使组合梁在充分利用钢材强度的前提下，同时又正好满足梁的刚度要求，即满足梁的相对挠度w/L≤[w/L]。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比经济梁高小10~20%，但不得小于最小梁高。

为什么以fy作为钢材强度的标准值：①应力达到fy之前的应变很小，而且比例极限和屈服强度比较

接近，故在计算钢结构的强度时，可近似地将钢的弹性工作阶段提高到屈服强度。②钢材达到fy 之后应力变化不大而应变增加很快，构件破坏前有明显征兆。当应变超过屈服台阶，即进入自强阶段，最终达到fu后，才发生破坏，它是钢材抗拉的最大承载能力，但由于这时塑性变形太大，故不能取抗拉强度fu作为计算的依据，只能最为强度储备。

高强与普通螺栓的区别：①普通螺栓以剪切和承压为主，高强螺栓主要靠摩擦力来传力；②普通螺栓连接的螺母拧紧的预拉力很小，受力后全靠螺杆承压和抗剪来传递剪力，而高强螺栓是靠拧紧螺母，对螺杆施加强大而受控制的预拉力，此预拉力将被连接的构建夹紧产生摩擦阻力来承受连接内力。③高强螺栓在重复荷载作用下，预应力不会松弛，螺栓本身不会因疲劳而折断。

普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？

普通螺栓连接中的抗剪螺栓连接是依靠螺栓抗剪和孔壁承压来传递外力。当受剪螺栓连接在达到极限承载力时，可能出现五种破坏形式，即螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏。高强螺栓连接中的抗剪螺栓连接时，通过拧紧螺帽使螺杆产生预拉力，同时也使被连接件接触面相互压紧而产生相应的摩擦力，依靠摩擦力来传递外力。它是以摩擦力刚被克服，构件开始产生滑移做为承载能力的极限状态。

钢材的塑性破坏和脆性破坏有何区别？塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉轻度fu后才发生；脆性破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢才的屈服点fy，断裂从应力集中处开始。

简述化学元素对钢材性能有哪些影响？碳直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。硫和磷降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。氧使钢热脆，氮使钢冷脆。硅和锰是脱氧剂，使钢材的强度提高。钒和钛是提高钢的强度和抗腐蚀性又不显著降低钢的塑性。铜能提高钢的强度和抗腐蚀性能，但对可焊性不利。

什么叫钢材的疲劳？影响钢材疲劳破坏的主要因素有哪些？根据试验，钢材在直接的。连续反复的动力荷载作用下，钢材的强度将会降低，即低于一次静力荷载作用下的拉伸试验的极限强度fu，这种现象称为钢材的疲劳。影响因素：钢材质量、构件集合尺寸、缺陷、应力集中的程度、应力循环次数、应力大小。

在高强螺栓连接中，什么是摩擦型螺栓？什么是承压型螺栓？摩擦型连接只利用被连接构件之间的摩擦力传递剪力，以摩擦力被克服作为承载能力极限状态。承压型连接允许被连接构件接触面之间发生相对滑移，其极限状态和普通螺栓相同，以螺栓杆被剪坏和孔壁承压破坏作为承载能力极限状态。

焊接产生焊接残余应力的原因是什么？焊接残余应力对结构性能有哪些影响? 纵向残余应力：高温处的钢材膨胀最大，产生热状塑性压缩，冷却时，被塑性压缩的焊缝区趋向于缩得比原始长度稍短，这种缩短变形受到两侧钢材的限制，是焊缝区产生纵向拉应力。横向残余应力：一是由于焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于形成反向的弯曲变形，但实际上焊缝两块钢板练成整体，不能分开，于是在焊

缝中部产生横向拉应力，而在两端产生横向拉应力；二是焊缝在施焊过程中，先后冷却的时间不同，

先焊的焊缝已经凝固，且有一定的强度，会阻止后焊焊缝在横向自由膨胀，使其发生横向的塑性压缩

变形。影响：（1）对结构静力强度的影响：不影响结构的静力强度；（2）对结构刚度的影响：残余应力使构件的变形增大，刚度降低；（3）对压杆稳定的影响：焊接残余应力使压杆的挠

曲刚度减小，从而必定降低其稳定承载能力；（4）对低温冷脆的影响：在低温下使裂纹容易发生

和发展，加速构件的脆性破坏；（5）对疲劳强度的影响：焊接残余应力对疲劳强度有不利的影响，

原因就在于焊缝及其近旁的高额残余拉应力。

钢结构具有的特点：自重较轻；工作的可靠性高；钢材抗振性抗冲击性好；钢结构制造的工业化程度高；可以准确快速地装配；容易做成密封结构；易腐蚀耐火性差。

钢材的主要机械性能指标是什么？各由什么试验得到？钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗

拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。其中屈服点、抗拉强度和伸长率由一次静力单向均匀拉伸试

验得到；冷弯性能是由冷弯试验显示出来；冲击韧性是由冲击试验使试件断裂来测定。

选用钢材通常考虑的因素有：结构承受的荷载特性；结构的类型和重要性；连接方法；结构的工作温

度和环境。

钢结构常用的连接方法有：焊接连接、铆钉连接和螺栓连接三种。焊接的优点：不削弱构件截面、

省去拼接板，因而构造简单节约钢材，制造和加工方便，密封性能好；缺点：在焊缝连接处局部高温

而产生焊接残余变形和残余应力，导致脆性破坏。铆钉优点：塑性和韧性较好，质量有保障，用于

承受动载的重型结构；缺点：铆接工艺复杂，连接件受丁孔的削弱，需拼接板，费工费钢。螺栓优点：安装不需要特殊工具，操作简单又便于拆卸；缺点：连接件有丁孔削弱影响，需拼接板。

高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？级别代号中，小数点前的数字是螺栓材料经热处理后

的最低抗拉强度，小数点后数字是材料的屈强比（fy/fu ）。 8.8级为：fu≥800N/mm2，fy/fu=0.8 10.9级为：fu ≥ 1000N/mm2，fy/fu=0.9

在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，对虚轴为什么要采用换算长细比？格构式轴心受压

构件一旦绕虚轴失稳，截面上的横向剪力必须通过缀材来传递。但因缀材本身比较柔细，传递剪力时

所产生的变形较大，从而使构件产生较大的附加变形，并降低稳定临界力。所以在计算整体稳定时，

对虚轴要采用换算长细比

压弯构件的整体稳定计算与轴心受压构件有何不同？压弯构件的整体稳定计算比轴心受压构件

要复杂。轴心受压构件在确定整体稳定承载能力时，虽然也考虑了初弯曲、初偏心等初始缺陷的影响，

将其做为压弯构件，但主要还是承受轴心压力，弯矩的作用带有一定的偶然性。对压弯构件而言，弯

矩却是和轴心压力一样，同属于主要荷载。弯矩的作用不仅降低了构件的承载能力，同时使构件一经

荷载作用，立即产生挠曲，但其在失稳前只保持这种弯曲平衡状态，不存在达临界力时才突然由直变

弯的平衡分枝现象，故压弯构件在弯矩作用平面内的稳定性属于第二类稳定问题，其极限承载力应按

最大强度理论进行分析。

何谓应力集中？钢结构构件中存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷，此时构件中的应力分布将不再保持均匀，而是在某些区域产生局部高峰应力，在另外一些区域则应力降低，形成所谓的应力集中。

简述螺栓连接的五种破坏形式。螺栓连接的五种破坏形式为：（1）螺栓杆剪断；（2）孔壁挤压；（3）钢板被拉断；（4）钢板剪断；（5）螺栓杆弯曲。

梁的强度计算有哪些要求：钢梁在荷载作用下，其弯曲正应力、剪应力、局部承压应力以及在复杂应力状态下的折算应力等均不超过规范规定的相应强度设计值。

平面钢闸门结构布置的主要任务是什么？结构布置为什么要合理？（1）确定闸门上需要设置的构件，每种构件需要的数目以及确定每个构件的所在位置等。（2）结构布置是否合理直接关系到闸门能否达到安全运行、使用方便、操作灵活、经久耐用、节约材料、构造简单和制造方便等方面的要求。哪些梁不须计算整体稳定（1）有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接、能阻止梁受压翼缘的侧向位移时；（2）工字形截面或H型钢截面简支梁受压翼缘的自由长度l1与其宽度b1之比不超过规定的数值时；

简述实腹式轴心受压柱截面设计的步骤。（1假定柱子的长细比，求出所需的截面面积A。（2求两个主轴所需的回转半径ix，iy。（3）根据截面面积A和回转半径ix iy优先选用轧制型钢，如普通工字钢、H型钢等。（4）根据A，h，b，并考虑构造要求和局部稳定等，初拟截面尺寸。（5）计算截面的几何特征并验算柱子的强度、整体稳定、局部稳定和刚度。

实腹式轴心受压柱有哪些设计原则？（1）截面面积的分布应尽量远离主轴线，以增大截面的惯性矩和回转半径，从而提高柱的整体稳定性和刚度；（2）使两个轴方向的稳定性相等；（3）构造简单，便于制作；（4）便于与其他构件连接；（5）选用便于供应的钢材规格。

说明格构式压弯构件的设计步骤。（1）初选截面尺寸；（2）计算截面的几何特征；（3）刚度验算；（4）弯矩作用平面内的整体稳定验算；（5）分肢稳定验算；（6）缀材设计。

钢结构：用型钢或钢板制成基本结构，根据使用要求，通过焊接或螺栓连接等方法，按照一定规律组成的结构。

2、塑性破坏：钢材在常温和静力荷载作用下，当其应力到达抗拉强度fu后，产生很大的塑性变形而断裂的现象。

3、沸腾钢：是指在出钢时，向置放钢液的缸管内投入锰作脱氧剂，由于锰的脱氧能力比较弱，脱氧不完全。在浇筑过程中，钢液继续在锭模内产生激烈的碳氧反应，不断有co气泡产生，呈沸腾状态，故称为沸腾钢。

4、焊接应力：焊接构件在未受荷载时，由于施焊的电弧高温作用而引起的内应力或变形。

5、焊接残余应力：焊件冷缩后残留在焊件内的应力，又称为收缩应力。

6、整体失稳：当钢梁采用工字形或槽形等口薄壁截面时，其侧向抗弯刚度和抗扭刚度，相对粗大的钢梁低，可能在弯应力尚未达到屈服点之前，就发生侧向弯扭屈曲，即为整体失稳。

7、稳定平衡：当压力N小于临界值时，干扰消失时，压杆立即回复到原来的直线平衡状态。

8、换算长细比：格构式构件对虚轴力轴的稳定性是以加大长细比的办法来考虑剪切变形的影响。加大后的长细比就称为换算长细比。

9、桁架：由直杆在杆端相互连接而组成的以抗弯为主的格构式结构。

10、闸门：是用来关闭、开启或局部开启水工建筑物中过水孔口的活动结构。主要是控制水位，调节流量。

2、钢结构在水工中的应用有哪些？

答：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

3、截面选择的具体步骤是？

答：①选择梁高h和腹板高度h0 ②选择腹板厚度hw ③选择翼缘尺寸b1和t1 ④梁的强度、整体稳定和挠度的验算。

4、闸门的类型有哪些？

答：按功用分为：工作闸门、事故闸门、检修闸门和施工闸门

按闸门空口的位置分：露顶闸门、潜孔闸门

按闸门结构形式分为：平面闸门、弧形闸门及船闸上常采用的人字形闸门

5、平面闸门结构布置的主要内容有哪些？

答：确定闸门上需要的构件，每种构件需要的数目以及确定每个构件所在的位置。

①主梁的布置②梁格的布置③梁格连接形式④边梁的布置

6、平面闸门门叶结构组成又哪些？

答：面板、梁格、横向和纵向连接系、行走支承以及止水等部件组成。

①边梁、②主轮、③面板顶梁、④水平次梁、⑤横向隔板、⑥纵向连接系、⑦主梁、⑧吊耳

.焊接连接有哪些缺点？

1. 缺点是由于焊接连接处局部受高温，在热影响区形成的材质较差，冷却又很快，再加上热影响区的不均匀收缩，易使焊件产生焊接残余应力以及残余变形，甚至可能造成裂缝，导致脆性破坏对结构工作产生不利影响。

5.减小或消除焊接变形有哪些措施？

（1）反变形法即在施焊前预留适当的收缩量和根据制造经验预先造成相反方向和适当大小的变形来抵消焊后变形；（2）采用合理的焊接和装配顺序控制变形也十分有效；（3）焊接变形的矫正方法，以机械矫正和局部火焰加热矫正较为常用。

为什么选择屈服点作为建筑钢材静力强度承载力极限的依据？

（1）钢材屈服后，塑性变形很大，从屈服到断裂的塑性变形约等于弹性变形的200倍，这样大的塑性变形已使结构失去正常使用功能而达到极限状态，因而无法利用强化阶段。（2）屈服后塑性变形很大，险情极易被察觉，可以及时采取适当补救措施，以免突然发生破坏。

（3）抗拉强度和屈服点的比值较大，成为结构极大的后背强度，符合结构多级抗震设防的准则，使钢结构从来不会发生真正的塑性破坏。