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。

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。