钢结构设计原理课后思考题答案

1.钢结构对钢材性能有哪些要求？答：较高的强度，较好的变形能力，良好的工艺性能。

2.钢材的塑性破坏和脆性破坏有何区别？答：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。破坏前构件产生较大的塑性变形，断裂后的端口呈纤维状，色泽发暗。在塑性破坏前，构件发生较大的塑性变形，且变形持续的时间较长，容易及时被发现而采取补救措施，不致引起严重后果。另外，塑性变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高了结构的承载能力。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。冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地。破坏前没有任何预兆，无法及时察觉和采取补救措施，而且个别构件的断裂常会引起整体结构塌毁，后果严重，损失较大。

3.刚才有哪几项主要性能，分别可用什么指标来衡量？答：屈服点fy，抗拉强度fy，伸长率δ，冷弯性能，冲击韧性

4.影响钢材性能的主要性能有哪些？答：化学成分的影响。冶炼、浇注、轧制过程及热处理的影响。钢材的硬化。温度的影响。应力集中的影响。重复荷载作用的影响。

5.简述化学元素对钢材性能有哪些影响？答;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。

6.什么是冷作硬化和时效硬化？答：钢材受荷超过弹性范围以后，若重复地卸载加载，将使钢材弹性极限提高，塑性降低，这种现象称为钢材的应变硬化或冷作硬化。轧制钢材放置一段时间后，强度提高，塑性降低，称为时效硬化。

7 简述温度对钢材的主要性能有哪些影响？答：温度升高，钢材强度降低，应变增大，反之温度降低，钢材强度会略有增加，塑性和韧性却会降低而变脆。

8.什么是钢材的应力集中，它对钢材的性能有哪些影响？答：钢结构的构件中有时存在孔洞、槽口、凹角、缺陷以及截面突然改变时，构件中的应力分布将不再保持均匀，而是在缺陷以及截面突然改变处附近，出现应力线曲折。密集。产生高峰应力，这种现象称为应力集中现象。应力集中是引起脆性破坏的根源。

9.什么叫钢材的疲劳？影响钢材疲劳破坏的主要因素有哪些？答：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。应力集中的程度。应力循环次数。应力大小。

10.复杂应力作用下钢材的屈服条件是什么？复杂应力对钢材的性能有何影响？答：

11.钢结构中选择钢材时要考虑哪些因素？答：结构的重要性。荷载情况。连接方法。工作条件。钢材厚度。

12.钢结构的连接方法有哪几种？答：焊缝连接、铆钉连接、普通螺栓连接和高强度螺栓连接。

13.焊接的连接有何优缺点？答：优点：构造简单，制造加工方便。不消弱构件截面，节约钢材。易于采取自动化操作，保证焊接结构的质量。连接密封性好、结构刚度大。缺点：由于焊缝附近的热影响区，使钢材的性能发生变化，导致材质变脆。焊接残余应力和残余变形对结构的受力有不利影响。焊接结构的低温冷脆问题比较突出。焊接结构对裂缝比较敏感，局部裂缝一经发生便容易扩展到整体。

14.钢结构在焊接时，焊条或焊缝应如何选择？答：手工电弧焊焊条与焊件金属强度相适应，Q235 用E43，Q345 用E50，对不同钢材连接时，宜用与低强度钢材相适应的焊条。

15.焊缝有哪些焊缝缺陷？焊缝的质量有几个级别，分别有何要求? 答：裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬边和焊瘤等。焊缝的质量检查标准分为三级: 第三级只要求通过外观检查。第二级是在外观检查的基础上再做无损检验，二级检查要求采用超声波检验每条焊缝的20%长度，一级检查要求检验每条焊缝的全部长度。

16.普通螺栓中A、B 级螺栓与C 级螺栓有何主要区别？答：A、B 级螺栓一般用45 号钢和35 号钢制成，需要机械加工，尺寸精细。C 级螺栓一般用Q235 钢制成，加工粗

糙，尺寸不够精确。

17.在高强螺栓连接中，什么是摩擦型螺栓？什么是承压型螺栓？答：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。

18.正面角焊缝和侧面角焊缝在受力性能方面有何区别？答：正面角焊缝：应力状态复杂，破坏强度高，塑性变形差，角焊缝长度垂直于力的作用方向；侧面角焊缝：主要承受剪力作用，弹性状态不均匀，塑性逐渐均匀，角焊缝长度平行于力的作用方向。

19.角焊缝有哪些构造要求?为什么有这样的构造要求？答：杆件与节点板的连接焊缝，一般采用两面侧焊，也可采用三面围焊，对角钢杆件也可采用L 形围焊，所有围焊的转角处必须连续施焊。当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续做长度为2hf 的绕角焊，以免起落弧缺陷发生在应力集中较大的转角处，从而改善连接的工作。当板件仅用两条侧焊缝连接时，为避免应力传递的过分弯折而使板件应力过分不均，宜使lw≥b，同时为了避免因焊缝横向收缩时引起板件拱曲太大，宜使b≤16t 或200mm，t 为较薄焊件厚度。

20.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? 答：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。对结构静力强度的影响。对结构刚度的影响。对低温冷脆的影响。对疲劳强度的影响。

21.螺栓在钢板上的容许距离都有最大和最小的限制，他们是根据哪些要求制定的？答：受力要求，构造要求，施工要求。

22.普通螺栓的受剪螺栓连接有哪几种破坏形式？答：被剪断（抗剪强度），挤压坏（抗压强度），被拉坏或压坏（净截面强度不够），端部板件剪坏（端距过小），栓件弯曲过大（板厚不大于5d）。

23.简述高强度螺栓连接和普通螺栓连接的受力特点有何不同？答：高强的螺栓连接除了材料强度高之外，在拧紧螺帽时，螺栓内施加了很大的预拉力，连接件间的挤压力就很大，因而接触面的摩擦力就很大，这种预拉力和摩擦力对高强度螺栓传递外力的机制产生了很大的影响。

24.轴心受力构件的两种极限状态，包括哪些内容？答：对承载能力极限状态的要求，轴心受拉构件只有强度问题，而轴心受压构件则有强度和稳定问题；对正常使用极限状态的要求，每类构件都有刚度问题。

25.为什么弹性阶段的临界应力只和构件的长细比有关，而弹塑性阶段的临界应力不仅仅只和构件的长细比有关？答：弹性阶段弹性模量E 为常数，公式只是长细比λ的单一函数，弹塑性阶段，截面应力在屈曲前已超过钢材的比例极限，构件处于弹塑性阶段，公式中切线模量虽然仍是λ的函数，但同时还和切线模量Et 有关，而Et 和材料的抗压强度有关。

26.N/φ≤f 中的稳定系数φ需要根据哪几个因素确定? 答：应根据构件的长细比、钢材屈服强度以及表4-4 和表4-5 的截面分类按附录 4 采用。

27.为什么不通过验算应力而验算宽厚比来保证局部稳定性？为什么有的宽厚比限值与λ有关，有的无关？如λx≠yλ，代入验算公式中的λ为何值？答：轧制型钢的翼缘和腹板一般都有较大的厚度，宽厚比相对较小，都能满足局部稳定要求，可不做验算。对焊接组合截面构件，一般采用限制板件的宽厚比办法来保证局部稳定。取构件两方向长细比的较大值。

28.格构式柱应通过等稳定条件确定分肢间的距离，试问等稳定条件是：λox=λx？λox= λy 还是λx=λy？答：

29.为什么格构式柱分肢稳定验算只考虑λ1？为什么不用λ1＜λmax 进行分肢稳定计算？答：分肢失稳的临界应力应大于整个构件失稳的临界应力，规范采用控制分肢λ1 不大于构件λmax 的规定来实现。考虑到制造配置偏差、初始弯曲等缺陷的影响，格构式轴

心受压构件受力时呈弯曲变形，故各分肢内力并不相等，其强度和稳定性计算很复杂。

30.计算缀条时，为什么只算斜杆不算横杆？为什么只按压杆计算？缀条稳定验算公式中为什么要对钢材的设计值乘以折减系数？答：由于剪力的方向取决于杆的初弯曲，可以向左也可以向右，因此缀条可能承受拉力也可能承受压力，缀条截面应按轴心压杆设计。缀条一般采用单面连接的单角钢，由于构造原因，它实际上处于偏心受力状态。为了简化计算，对单面连接的单角钢杆件按轴心受力构件计算，但考虑偏心的影响，应对钢材强度设计值f 乘以相应的折减系数。

31.柱脚底板厚度的计算公式是如何导出的答：

32 柱头和柱脚的构造及其传力途径如何？答：柱头承受和传递梁以上结构的荷载，柱脚承受自身的荷载冰传递给基础。

33.梁在弯矩作用下经过哪几个主要的受力阶段？简述各受力阶段的特点。答:a.弹性工作阶段。梁全面工作.，应力与应变成正比，此时截面的应力为直线分布。b.弹塑性工作阶段。截面上下两端各有一个高位 a 的区域，此区域中正应力为恒定值，中间部分区域仍保持弹性，应力与应变成正比。c.塑性工作阶段。梁截面的塑性区不断向内发展，弹性核心不断缩小，最后形成塑性铰，梁的承载能力达到极限。

34.梁的自由扭转和约束扭转有何不同？答：自由扭转时，各截面的翘曲变形相同，纵向纤维保持直线且长度保持不变，截面上只有剪应力，没有纵向正应力，因此又称纯扭转。约束扭转时，构件产生弯曲变形，截面上将产生纵向正应力，称为翘曲正应力，同时还必然产生与翘曲正应力保持平衡的翘曲剪应力。

35.简述梁整体稳定的临界弯矩与那些因素有关？各有什么影响？答：力的作用方式。荷载作用点与剪切中心的距离。截面类型。剪切中心的纵向坐标。

36.在什么情况下可不进行梁的整体稳定计算？如不能保证，须采取哪些有效措施防止失稳? 答：a.有刚性辅助板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连，能阻止梁受压翼缘的侧向位移。b.H 型钢或等截面工字型截面简支梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比不超过表5-3 所规定的数值。c.两端简支的箱型截面受弯构件，当截面高度h 与两腹板的间距

b0，满足h/b0≤6，l1/b0≤95 时，梁的整体稳定性能够得到保证，不必进行计算。如不能保证，可采用加大梁的截面尺寸或增加侧向支撑的办法。

37.工字型截面的受弯构件和轴心受拉构件，其翼缘板局部稳定的确定原则和计算公式有何不同？答：

38.简述梁腹板和加筋肋的布置原则，并说明纵向和横向加筋肋分别起什么作用？答：横向加筋肋主要防止由剪应力和局部压应力可能引起的腹板失稳，纵向加筋肋主要防止由弯曲压应力可能引起的腹板失稳。

39.为什么组合梁腹板屈曲后还能继续承受荷载？答;腹板屈曲后抗剪能力有所提高。

40.什么情况下进行工厂拼接什么情况下进行工地拼接？答：梁的高度、长度大于钢材的尺寸时要进行工厂拼接。跨度大的梁，由于受到运输或安装条件的限制要进行工地拼接。

41.了解几种常用的次梁和主梁的连接构造。答：叠接和平接。

42.抗弯构件和压弯构件是以哪种极限状态为依据进行强度计算的？答;其最不利截面最终以塑性铰达到强度承受能力极限状态而破坏。

43.哪些情况下压弯构件既可能在弯矩作用平面内失稳，也可能在弯矩作用平面外失稳？答：在轴线压力N 和M 作用下。

44.计算实腹式压弯构件在弯矩作用平面内稳定和平面外稳定公式中的弯矩取值是否一样？若平面外设有侧向支撑，取值是否又不一样？答：不一样。一样。

45.在计算实腹式压弯构件的强度和整体稳定时，在哪些情况应取计算公式中的

γxc=1.0？答：截面无消弱，且N，Mx，My 的取值与整体稳定验算的取值相同

46.在压弯构件整体稳定计算公式中，为什么要引入βmx 和βtx？在哪些情况下他们较大？在哪些情况下它们较小？答：

47.对实腹式单轴对称截面的压弯构件，当弯矩作用在对称轴平面内且较大翼缘受压时，其整体稳定性应如何计算？答：按6-18 计算。

48.工字形截面的压弯构件，其翼缘和腹板的局部稳定性是如何考虑的？答：

49.格构式压弯构件当弯矩绕虚轴作用时，为什么不计算弯矩作用平面外的稳定性？它

的分肢稳定性如何计算？答：由于截面中部空心，不能考虑塑性的深入发展。在弯矩作用平面外的整体稳定性一般由分肢的稳定计算得到保证，不必计算整个构件在平面外的稳定，计算时，可将构件视为平行弦桁架，分肢视为弦杆，并按轴心压杆计算。

50.压弯构件的计算长度和轴心受压构件的是否一样计算？它们受哪些因素影响？答：是。51.偏心和轴心受压柱头、柱脚设计有何不同点？答：