钢结构基础第二章习题答案

第二章1．钢结构和其他材料的结构相比具有哪些特点？答（1）强度高，塑性和韧性好（2）钢结构的重量轻（3）材质均匀，和力学计算的假定比较符合（4）钢结构制作简便，施工工期短（5）钢结构密闭性较好（6）钢结构耐腐蚀性差（7）钢材耐热但不耐火（8）钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂，还有厚板的层状撕裂，应引起设计者的特别注意。

2.《钢结构设计规范》（GB500l7—2003）（以下简称《规范》）采用什么设计方法？答：《规范》除疲劳计算外，均采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。

3.什么是极限状态？钢结构的极限状态可分为哪两种？各包括哪些内容？答：当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态就称为该功能的极限状态。

4.钢结构的极限状态可分为：承载能力极限状态与正常使用极限状态。

（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外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括混凝土裂缝）。

5.结构的可靠性与结构的安全性有何区别?建筑结构的可靠性包括安全性、适用性和耐久性三项要求。

结构可靠度是结构可靠性的概率度量，其定义是：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，称为结构可靠度6.钢结构设计的基准期是多少?当结构使用超过基淮期后是否可继续使用?规定时间：一般指结构设计基准期，一般结构的设计基准期为 50年，桥梁工程的设计基准期为100年。

设计基准期（design reference period）：为了确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。

※设计使用期与设计使用寿命的关系：当结构的设计使用年限超过设计基准期时，表明它的失效概率可能会增大，但并不等于结构丧失所要求的功能甚至报废。

规定条件：指正常设计、正常施工、正常使用条件，不考虑人为或过失因素8.简述建筑钢结构对钢材的要求、指标，规范推荐使用的钢材有哪些？1.较高的强度。

2.足够的变形能力。

3.良好的加工性能。

此外，根据结构的具体工作条件，在必须是还应该具有适合低温、有害介质侵蚀（包括大气锈蚀）以及重复荷载作用等的性能。

《钢结构设计规范》（GB 50017-2003)推荐的普通碳素结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及Q420是符合上述要求的。

9.衡量材料力学性能的好坏，常用那些指标？它们的作用如何？1.强度性能：2.塑性性能3.冷弯性能4.冲击韧性10.哪些因素可使钢材变脆，从设计角度防止构件脆断的措施有哪些？从理论角度来讲影响钢材脆性的主要因素是钢材中硫和磷的含量问题；如果你的工艺路线不经过热处理那么这个因素影响就小一些；如果工艺路线走热处理这一步（含锻打，铸造）那么这个影响就相当的明显；就必须采取必要的措施；1；设计选材上尽量避开对热影响区和淬火区敏感的材料；2不得已而用之的话那么就要在工艺上采取预防措施；建议你再仔细查阅一下金属材料学；3设计过程中采取防脆断措施如工艺圆角；加强筋；拔模等；有很多；建议你查阅机械设计手册中的工艺预防措施和手段；11.碳、硫、磷对钢材的性能有哪些影响？、碳(C)：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。

碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

4、磷(P)：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。

因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。

5、硫(S)：硫在通常情况下也是有害元素。

使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。

硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。

所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。

在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

12.什么是钢材的可焊性？影响钢材可焊性的化学元素有哪些？钢材的可焊性是指焊接后在焊缝处的性质与母材性质的一致程度。

影响钢材可焊性的主要因素是化学成分及含量。

CSP13.钢材中常见的冶金缺陷有哪些?偏析，非金属杂质，气孔，裂纹及分层14.随着温度的变化，钢材的力学性能有何变化？总的趋势是：温度升高，钢材的强度降低，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15.什么情况下会产生应力集中，应力集中对材性有何影响？当截面完整性遭到破坏，如有裂纹空洞刻槽，凹角时以及截面的厚度或宽度突然改变时，构件中的应力分布将变得很不均匀，在缺陷或洁面变化处附近，会出现应力线曲折密集，出现高峰应力的现象即应力集中影响：在应力高峰出会产生双向或三向的应力，此应力状态会使材料沿力作用方向塑性变形的发展受到很大的约束，材料容易脆性变形16.什么是疲劳断裂？它的特点如何？简述其破坏过程。

概念:疲劳断裂是微观裂缝在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏特点：出现疲劳断裂时，截面上的应力低于材料的抗拉强度，甚至低于屈服强度。

同时，疲劳破坏属于脆性破坏，塑形变形很小，是一种无明显变形的突然破坏，危险性较大过程：分为三个阶段裂纹的形成裂纹缓慢扩展最后迅速断裂疲劳破坏的构件断口上面一部分呈现半椭圆形光滑区，其余部分则为粗糙区，微观裂纹随着应力的连续重复作用而扩展，裂纹两边的材料时而相互挤压时而分离，形成光滑区；裂纹的扩展使截面愈益被削弱，至截面残余部分不足以抵抗破坏时，构件突然断裂，因有撕裂作用而形成粗糙区17.什么是冷工硬化（应变硬化）、时效硬化？冷工硬化：经冷拉冷弯冲孔机械剪切等冷加工使钢材产生很大塑性变形，产生塑性变形后的钢材再重新加荷时会提高屈服强度，同时降低塑性和韧性时效硬化：指钢材仅随时间的增长而变脆18计算格构式压杆绕虚铀弯曲的整体稳定性时，为什么要采用换算长细比？答：格构式压杆绕虚铀弯曲时，剪力由虚弱的缀材承担，缀材的截面面积小，抗剪能力弱，引起杆件的剪切变形很大，这对压杆绕虚铀弯曲的整体稳定性不利，为了充分考虑这种不影响，我们用换算长细比代替实际长细比。

1．钢结构和其他材料的结构相比具有哪些特点？答（1）强度高，塑性和韧性好（2）钢结构的重量轻（3）材质均匀，和力学计算的假定比较符合（4）钢结构制作简便，施工工期短（5）钢结构密闭性较好（6）钢结构耐腐蚀性差（7）钢材耐热但不耐火（8）钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂，还有厚板的层状撕裂，应引起设计者的特别注意。

2.《钢结构设计规范》（GB500l7—2003）（以下简称《规范》）采用什么设计方法？答：《规范》除疲劳计算外，均采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。

3.什么是极限状态？钢结构的极限状态可分为哪两种？各包括哪些内容？答：当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态就称为该功能的极限状态。

4.钢结构的极限状态可分为：承载能力极限状态与正常使用极限状态。

（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外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括混凝土裂缝）。

5.结构的可靠性与结构的安全性有何区别?建筑结构的可靠性包括安全性、适用性和耐久性三项要求。

结构可靠度是结构可靠性的概率度量，其定义是：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，称为结构可靠度6.钢结构设计的基准期是多少?当结构使用超过基淮期后是否可继续使用?规定时间：一般指结构设计基准期，一般结构的设计基准期为 50年，桥梁工程的设计基准期为100年。

设计基准期（design reference period）：为了确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。

※设计使用期与设计使用寿命的关系：当结构的设计使用年限超过设计基准期时，表明它的失效概率可能会增大，但并不等于结构丧失所要求的功能甚至报废。

规定条件：指正常设计、正常施工、正常使用条件，不考虑人为或过失因素8.简述建筑钢结构对钢材的要求、指标，规范推荐使用的钢材有哪些？1.较高的强度。

2.足够的变形能力。

3.良好的加工性能。

此外，根据结构的具体工作条件，在必须是还应该具有适合低温、有害介质侵蚀（包括大气锈蚀）以及重复荷载作用等的性能。

《钢结构设计规范》（GB 50017-2003)推荐的普通碳素结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390及Q420是符合上述要求的。

9.衡量材料力学性能的好坏，常用那些指标？它们的作用如何？2.强度性能：2.塑性性能3.冷弯性能4.冲击韧性10.哪些因素可使钢材变脆，从设计角度防止构件脆断的措施有哪些？从理论角度来讲影响钢材脆性的主要因素是钢材中硫和磷的含量问题；如果你的工艺路线不经过热处理那么这个因素影响就小一些；如果工艺路线走热处理这一步（含锻打，铸造）那么这个影响就相当的明显；就必须采取必要的措施；1；设计选材上尽量避开对热影响区和淬火区敏感的材料；2不得已而用之的话那么就要在工艺上采取预防措施；建议你再仔细查阅一下金属材料学；3设计过程中采取防脆断措施如工艺圆角；加强筋；拔模等；有很多；建议你查阅机械设计手册中的工艺预防措施和手段；11.碳、硫、磷对钢材的性能有哪些影响？、碳(C)：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。

碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

4、磷(P)：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。

因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。

5、硫(S)：硫在通常情况下也是有害元素。

使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。

硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。

所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。

在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

12.什么是钢材的可焊性？影响钢材可焊性的化学元素有哪些？钢材的可焊性是指焊接后在焊缝处的性质与母材性质的一致程度。