钢结构的简答题

1.摩擦型高强度螺栓工作机理是什么？答：依靠连接板件间的摩擦力来承受荷载，以板件间的摩擦力刚要被克服作为承载能力极限状态。

2.拉杆为什么要控制刚度？如何验算？拉杆允许长细比于什么有关？答：（1）防止由于长细比过大在运输、施工过程中产生较大的变形，同时因自重作用产生较大挠度，对承受动力荷载的构件还将产生较大的振幅（2）控制其长细比小于容许值。

（3）允许长细比与构件类型的重要性、承受荷载的性质和截面的类型有关。

3.建筑结构用钢材必须具备哪些特点？答：强度高、塑性好、冲击韧性好，具有良好的加工性能，对于焊接结构需要有良好的可焊性。

4.我国钢结构设计规范梁的整体稳定验算中为什么要引入等效弯矩系数？答：以承受纯弯曲的压弯构件作为依据，并取βmx=1.0，对其他压弯构件规范所取βmx值可称为等效弯矩系数，其他荷载形式等效于纯弯曲形式时引入的βmx值。

5.钢结构规范规定哪些情况下，可不验算梁的整体性？答：1.当梁上有铺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；2.当梁在跨中设有中间侧向支承，使梁的整体性稳定性临界弯矩高于或接近于梁的屈服弯矩，此时在验算了梁的抗弯刚度后也就不需要验算梁的整体性；3.规范规定工字形截面（含H形钢）简支梁不需稳定性验算的最大长宽比的值；4.规范规定当箱形截面尺寸满足高宽比不大于6且长宽比不超过95时，不验算稳定性。

6.钢材有哪几项基本技术指标？各项指标可以来衡量钢材那些方面的性能？答：（1）屈服强度、抗拉强度、弹模、伸长率、断面收缩率、冷弯性能、冲击韧性及可焊性。

（2）屈服点反映强度指标；抗拉强度反映强度储备；弹模反映应力应变关系；伸长率、断面收缩率反映钢材塑性性能；冷弯试验评估钢材质量优劣；冲击韧性衡量钢材抵抗脆性破坏和动力荷载的能力，是强度和塑性的综合体现。

7.焊接残余应力对结构有什么影响？答：不影响构件静力强度；降低构件稳定承载力；降低结构的疲劳强度；降低结构的刚度；加速构件的脆性破坏；残余变形影响安装、正常使用。

8.焊接组合工字型压弯构件和受弯构件的腹板是否都存在失稳问题，若存在，梁结构中采用什么措施保证其不失稳？答：（1）存在。

（2）对于翼缘板可限制其宽厚比；对于腹板可配置加劲肋；考虑腹板的屈服后强度。

9.简述钢结构疲劳含义，列出其主要影响因素并作简要分析？答：（1）钢结构构件和其连接在很多次重复加载和卸载作用下，在其强度还低于钢材抗拉强度甚至低于钢材屈服点的情况下突然断裂，称之为疲劳破坏。

（2）影响因素有：应力集中大小；循环应力大小；应力变化的循环次数；残余应力情况。

10.在轴心受压构件，受弯构件以及压弯构件设计时，为什么要满足一定的刚度要求？并说明各自的刚度检算方法。

答：（1）由于长细比过大在制造、运输和安装过程中产生较大的变形，同时因自重作用产生较大挠度，对承受动力荷载的构件还将产生较大的振幅，对压杆构件而言还将降低整体稳定性。

（2）轴心受压构件：长细比；受弯构件：挠度；压弯构件：长细比，如跨中承受横向荷载还要验算其挠度。

11.影响钢材脆性断裂的因素有哪些？设计时如何防止发生脆性断裂？答：（1）钢材的质量；钢板的厚度；加荷速度；应力的性质（拉，弯等）和大小；最低使用温度；连接方法；应力集中程度。

（2）防止：对低温地区的焊接结构要注意选用钢材的材质；对焊接结构特别是低温地区，设计时要注意焊缝的正确布置和施焊时注意焊缝的质量；力求避免应力集中；结构在其使用时应避免使其突然受力，要使加荷的速度不至于过大。

12.格构式轴心受压构件分肢稳定的含义是什么，规范采用什么方法预防其分肢失稳？答：（1）在理想情况下，轴心受压构件两分肢的受力是相同的，但在实际情况下，由于初弯曲和初偏心等初始缺陷，两分肢受力不等，同时，分置本身又可能具有初弯曲等缺陷。

（2）对缀条柱，分肢的长细比λ1不应大于构件两方向长细比的较大值λmax的0.7倍；对于缀板柱，λ1不应大于40，并不应大于λmax的0.5倍。

13.格构式轴心受压构件的定义？答：主要是由两个或两个以上相同截面的分肢用缀材相连而成，分肢的截面常为热轧槽钢、热轧角钢等。

14.普通螺栓抗剪连接中，有可能出现那几种破坏形式？具体设计时，哪些破坏是通过计算来防止？哪些是通过构造措施来防止？答：（1）螺杆单剪破坏；螺杆双剪破坏；螺杆弯曲；孔壁承压破坏；板件端部剪坏；板件拉坏。

（2）螺杆单、双剪破坏，孔壁承压破坏，板件拉坏通过计算来控制。

（3）板件端部剪坏，螺杆弯曲通过构造措施来防止。

15.简述钢梁在最大刚度平面内受荷载作用而丧失整体稳定的现象及影响梁整体稳定主要因素？答：(1)把梁的受压翼缘和部分与其相连的受压腹板看作一根轴心压杆，随着压力的加大，其刚度下降，到达一定程度，此压杆即不能保持原来的位置而发生屈曲，此时只能是出平面侧向弯曲，又由于梁的受拉部分对其侧向弯曲产生牵制，出平面弯曲时就同时发生截面的扭转。

（2）荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、侧向支承点位置和距离、端部支承条件。

16.试述格构柱对虚轴的整体稳定性计算为什么要用换算长细比？答：构件在缀件平面内绕虚轴的抗剪刚度较小，构件的稳定性将受到剪切变形的影响；用换算长细比代替欧拉公式的长细比λ，则可得考虑剪力影响的欧拉公式。

17.轴心受力构件选型时注意哪些方面？答：形状应力求简单，以减少制造工作量；截面宜具有对称轴，使构件有良好的工作性能；要便于与其他构件连接；在同样截面积下应使具有较大的惯性矩，亦即构件的材料宜向截面四周扩展，从而减少构件的长细比；尽可能使构件在截面两个主轴方向为等刚度。

1．简述哪些因素对钢材性能有影响？答：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。

2．钢结构用钢材机械性能指标有哪几些？承重结构的钢材至少应保证哪几项指标满足要求？答：钢材机械性能指标有：抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯性能、冲击韧性；承重结构的钢材应保证下列三项指标合格：抗拉强度、伸长率、屈服点。

3．钢材两种破坏现象和后果是什么？答：钢材有脆性破坏和塑性破坏。

塑性破坏前，结构有明显的变形，并有较长的变形持续时间，可便于发现和补救。

钢材的脆性破坏，由于变形小并突然破坏，危险性大。

4．选择钢材屈服强度作为静力强度标准值以及将钢材看作是理想弹性一塑性材料的依据各是什么？答：选择屈服强度f y 作为钢材静力强度的标准值的依据是：①是钢材弹性及塑性工作的分界点，且钢材屈服后，塑性应变很大（2%~3%），极易为人们察觉，可以及时处理，避免突然破坏；②从屈服开始到断裂，塑性工作区域很大，比弹性工作区域约大200倍，是钢材极大的后备强度，且抗拉强度和屈服强度的比例又较大（Q235的f u /f y ≈1.6~1.9）,这二点一起赋予构件以f y 作为强度极限的可靠安全储备。

将钢材看作是理想弹性—塑性材料的依据是：①对于没有缺陷和残余应力影响的试件，比例极限和屈服强度是比较接近（f p =(0.7~0.8)f y ），又因为钢材开始屈服时应变小（εy ≈0.15%）因此近似地认为在屈服点以前钢材为完全弹性的，即将屈服点以前的б-ε图简化为一条斜线；②因为钢材流幅相当长（即ε从0.15%到2%~3%），而强化阶段的强度在计算中又不用，从而将屈服点后的б-ε图简化为一条水平线。

5．什么叫做冲击韧性？什么情况下需要保证该项指标？答：冲击韧性为钢材在动力荷载作用断裂端口吸收能量的能力。

韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量(包括弹性和非弹性能)来度量，韧性是钢材强度和塑性的综合指标。

在寒冷地区建造的结构不但要求钢材具有常温(℃20)冲击韧性指标，还要求具有负温(℃0、℃20-或℃40-)冲击韧性指标。

6．为什么薄钢板的强度比厚钢板的强度高(或钢材的强度按其厚度或直径分组)？答：钢材的轧制①能使金属的晶粒弯细，并消除显微组织的缺陷，②也可使浇注时形成的气孔，裂纹和疏松，在高温和压力作用下焊合。

因而经过热轧后，钢材组织密实，改善了钢材的力学性能。

薄板因辊轧次数多，其强度比厚板略高。

7．同一种钢材的伸长率指标为什么δ5>δ10答：若圆形段原标距长度l 0=10d 0(d 0为圆柱试件直径)，所得的伸长率用δ10；若圆柱段原标距长度l 0=5d 0，所得的伸长率用δ5。

试件拉断时的绝对变形值包括两部分，其一是整个工作段的均匀伸长，其二是“颈缩”部分的局部伸长；由于均匀伸长与原标距长度有关，而局部伸长仅与原标距长度的横截面尺寸有关，因此，伸长率δ的大小同试件原标距长度与横截面尺寸的比值有关，所以δ5≠δ10；又因为局部伸长在原标距长度小的试件中所占变形的比例大，故δ5>δ10。

8．对于重要的受拉或受弯的焊接结构，需要具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷、碳含量，冷弯试验的合格保证，为什么还需要具有常温冲击韧性的合格保证。

答：重要的受拉或受弯焊接结构由于焊接残余应力δr的存在，往往出现多向拉应力场，因而有发生脆性破坏的较大危险。

同时对受拉、受弯的焊接构件与受压（含压弯）构件的受力状态不同，导致对缺陷反映速度不同，受拉，受弯构件反映速度快，对钢材质量要求较高。

因此对这类构件要求有常温冲击韧性的合格保证。

9．为什么要规定角焊缝的最小计算长度和侧面角焊缝的最大计算长度？答：角焊缝的焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝中可能产生的其他缺陷(气孔、非金属夹杂等)，使焊缝不够可靠，规定了侧面角焊缝或正面角焊缝的最小计算长度。

侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端大中间小，故规定了侧面角焊缝的最大计算长度。

10．对接焊缝在哪种情况下才需要进行计算？答：焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，故可认为受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等，但受拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感。

由于一、二级检验的焊缝与母材强度相等，故只有三级检验的焊缝才需进行抗拉强度验算。

11．在抗剪连接中,普通螺栓连接与摩擦型高强度螺栓连接的工作性能有何不同？答：普通螺栓受剪时，从受力直至破坏经历四个阶段，由于它允许接触面滑动，以连接达到破坏的极限状态作为设计准则；高强度螺栓在拧紧时，螺杆中产生了很大的预拉力，而被连接板件间则产生很大的预压力。

连接受力后，由于接触面上产生的摩擦力，能在相当大的荷载情况下阻止板件间的相对滑移，因而弹性工作阶段较长。

当外力超过了板间摩擦力后，板件间即产生相对滑动。

高强度螺栓摩擦型连接是以板件间出现滑动为抗剪承载力极限状态。

12．螺栓在钢板上应怎样排列合理？答：螺栓在钢板上的排列有两种形式：并列和错列。

并列布置紧凑，整齐简单，所用连接板尺寸小，但螺栓对构件截面削弱较大；错列布置松散，连接板尺寸较大，但可减少螺栓孔对截面的削弱。