钢结构概念.doc

2-1钢材的的塑形，韧性，冷弯性能各是什么含义？在设计结构时，对这些性能的要求是如何体现的？
塑性：衡量材料变形能力的力学指标。塑性好，材料的变形能力大，破坏前易于发现，结构坏而不倒，高峰应力能重分布。
韧性：是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，它是钢材强度和塑性的综合性能，是判断钢材是否出现脆性破坏最主要的指标。
冷弯性能：冷弯性能是判别钢材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。对于重要的结构，需要有良好的冷热加工工艺性能的保证。
2-3：何谓钢材的疲劳破坏？钢材的疲劳破坏发展过程与钢结构，钢构件的疲劳破坏发展过程有何不同？
钢材的疲劳破坏：是指在连续反复荷载作用下，钢材的应力低于极限强度甚至低于屈服强度而发生的脆性破坏。
钢材的疲劳破坏发展过程分为三个阶段：截面上的微小缺陷开始形成裂纹，裂纹缓慢扩展，裂纹达到临界尺寸而迅速断裂，而在钢结构、钢构件中各种缺陷是裂纹的起源，疲劳破坏发展过程中没有裂纹形成阶段，只有后两个阶段，即：裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂。
2-4：影响钢结构疲劳破坏的主要原因有哪些？
影响钢结构疲劳强度的最主要因素是应力集中。应力集中程度越严重，钢构件越容易发生疲劳破坏，疲劳强度就越低。
2-5：钢材的应力集中除了导致截面内部局部高峰应力，还会产生哪些危害？
在应力高峰区域总是存在着同号的双向或三向应力，使材料处于复杂受力状态，应力集中系数愈大，变脆的倾向亦愈严重。在负温或动力荷载作用下工作的结构，应力集中的不利影响将十分突出，往往是引起脆性破坏的根源。
3-1由于结构体系本身不满足安全，适用耐久预定功能而引起的钢结构破坏形式主要有哪些
构件或节点（连接）的强度破坏，结构或构件的整体失稳破坏，结构或构件的局部失稳破坏，构件或节点（连接）的疲劳破坏，结构或构件的变形破坏，结构的脆性断裂破坏。
3-2：为什么工程实践中单纯的结构强度破坏很少发生？
因为在强度破坏的过程中，个别构件的强度破坏所伴随的明显变形将会改变整体结构的内力分配格局，从而使某些部位的构件受力超过预先计算的数值而引发其他类别的破坏，如导致受压构件的失稳破坏等，最终造成结构的整体失稳或其他形式的破坏，最终导致钢结构发生整体极限承载力破坏。
3-4：轴心受压钢结构的整体失稳形式有哪几种？
弯曲失稳：双轴对称截面绕对称轴的失稳，单轴对称截面绕非对称轴的失稳。
扭转失稳：十字形截面在满足一定条件时的整体失稳。
弯扭失稳：单轴对称截面绕对称轴的失稳。
3-6引起钢结构变形过大的主要原因有哪些？：
设计不当：如构件的刚度不满足设计要求，结构支撑体系布置不够或不当等，
制造不当：如工艺不合理等原因造成的构件本身缺陷，及施工安装不当等，
使用不当：如随意改变结构用途、或意外导致结构超载等。
3-7 钢结构各种可能破坏形式中最危险的是哪一种？笞：脆性断裂破坏。
3-8：引起钢结构脆性断裂破坏的主要原因有哪些？
材质缺陷，应力集中和残余应力，工作环境温度， 钢板厚度。
3-9：防止钢结构脆性断裂的主要措施有哪些？
合理选择钢材，合理设计，合理制作和安装，合理使用及维修。

4-1 了解钢结构连接的方法，钢结构焊接连接的特性。
钢结构的连接方法：焊接、螺栓连接、铆钉连接。
焊接连接的特性：焊接连接的优点是经济，不削弱焊件截面，构造简单，加工方便，易于采用自动化作业。另外，焊接的刚度大，连接的密封性好，但是焊件内有较大的残余应力，焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到整体。所以焊缝质量易受材料、焊接工艺的影响，低冷脆问题也较为突出。
4-2：按照施焊相对位置分，焊接的形式有哪些？哪种质量最好？
按拖焊位置分为俯焊、横焊、立焊和仰焊。
俯焊时操作方便，生产效率高，质量易于保证。立焊和横焊的质量及生产效率比俯焊稍差些。仰焊的操作条件最差，焊缝质量不易保证，应尽量采用便于俯焊的焊接构造，避免采用仰焊焊缝。
4 3：简述引弧板的作用，有无引弧板时，对接焊缝的计算长度怎么样考虑？
引弧板的作用：为消除焊口缺陷的影响，焊接时可将焊缝的起点和终点延伸至引弧板。
计算长度：有引弧板，计算长度取实际长度，无引弧板时，计算长度为实际长度减去2t（t较薄焊件的厚度）
4-4 什么是正面角焊缝和侧面角焊缝？他们有何特点？
正面角焊缝：焊缝长度方向垂直于受力方向的角焊缝。在正面角焊缝截面中，各面均存在正应力和剪应力，焊根处存在着很严重的应力集中。正面角焊缝的受力以正应力为主，因而刚度较大，静力强度较高，故其静力破坏强度高于侧面角焊缝，但塑性变形差，疲劳强度低。
侧面角焊缝：焊缝长度方向平行于受力方向的角焊缝。侧面角焊缝主要承受剪应力作用。侧面角焊缝弹性模量小，强度较低，但塑性好。在弹性阶段，其应力沿焊缝长度分布并不均匀，呈两端大而中间小的状态，焊缝越长越不均匀。但由于侧面角焊缝的塑性较好，两端出现塑性变形后，产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和。
4-5 掌握角焊缝的焊脚尺寸和计算长度的构造要求。
焊脚尺寸：(1)焊脚尺寸hf最小值：
①对手工焊：hf≥1.5√t，其中t为较厚焊件厚度(mm)，
②对于自动焊：hf≥1.5√t - 1，
③对于T形连接的单面角焊缝：hf≥1.5√t+l，
④当焊件厚度等于或小于4mm时，则hf与焊件厚度相同
(2)焊脚尺寸hf最大值：
①一般角焊缝：hf≤1.2t，t为较薄焊件厚度（mm）（钢管结构除外），
②当板件边缘的较大角焊缝与板件边缘等厚时，如图所示，称为贴边焊。贴边焊易产生咬边现象，应控制焊脚尺寸的最大值
当板厚t≤6mm，hf≤t ，
当板厚t≤6mm，hf≤t -（1~2）mm
角焊缝计算长度：
(1)侧面角焊缝和正面角焊缝计算长度最小值不小于8hf和40mm，
(2)侧面角焊缝计算长度最大值不超过60hf，当大于上述规定时，其超过部分在计算中不予考虑。
4-6：角焊缝的计算公式中符号的意义，应如何取值
βf——正面角焊缝的强度设计值增大系数，对直接承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构， βf =1.22，对直接承受动力荷载的结构，βf=1.0
4-9 掌握螺栓的表示符号，普通螺栓和高强度螺栓的级别如何表示？各有什么含义？
笞：螺柱的表示符号是M+直径（mm），普通螺柱和高强度螺柱的级别用带1位小数的数值表示，如4.6级，含义为：经热处理后，螺柱材料的极限强度
fμ≥400N/mm2，屈强比fy/fμ=0.6。
4-10 普通螺栓受剪连接时有哪几种破坏形式？哪些需要计算保证？哪些需要构造保证？
答：5种可能的破坏形式：螺柱杆受剪破坏，孔壁承压破坏，板件被拉断，板端被剪断，螺栓杆弯曲破坏。其中，前三种采用计算保证，后两种通过构造要求保证（要求端距≤2d0，板叠厚度或栓杆长度≤5d）。
4-11螺栓了解中d，d0，de分别表示什么意思？他们用于哪种计算
答：d：栓杆的公称直径，d0：螺栓孔的直径，de：螺栓的有效直径
计算螺栓的栓杆抗剪承载力设计值用d：
计算螺栓孔壁承压承载力设计值用d0：
计算螺栓的抗拉承载力设计值用de：
4-12图示的角焊缝在荷载P作用下，最危险点是？b点和d点。
4-13 高强度螺栓连接分哪两种类型？他们的承载力极限状态有何不同
答：分为摩擦型连接和承压型连接两类。摩擦型连接以板件间的摩擦力被克服作为承载能力极限状态，而承压型连接与普通螺柱相同，以栓杆剪断或孔壁承压破坏作为承载能力极限状态，承压型连接的承载能力比摩擦型高。
4-14 弯矩作用下普通螺栓连接和高强度螺栓摩擦型连接计算上有何不同
弯矩作用下，普通螺栓连接的计算是假定中性轴在受压侧的最外排螺栓的形心处，而高强螺栓摩擦型连接是假定中性轴在螺栓群的形心处，二者螺栓受力的计算公式相同。
5-3：轴心受力构件的刚度用什么衡量？轴心受拉构件需要限制刚度嘛？
轴心受力构件的刚度用长细比衡量。为保证构件不会产生过度的变形，轴心受拉构件也需具有一定的刚度，故需要对其最大长细比做出限制。
5-4：理想轴心受力压构件的三种屈曲形式有什么区别和特点
弯曲屈曲--杆件轴线自直线变为曲线。发生弯曲屈曲的轴压杆多为双轴对称截面绕对称轴（形心主轴）的屈曲，或单轴对称截面绕非对称轴的屈曲。
扭转屈曲--杆件的各截面绕杆件轴线扭转。十字形截面的扭转刚度（GJ)很小，在轴压力作用下，可能会发生扭转失稳。
弯扭屈曲--杆件发生弯曲变形的同时伴有扭转变形，发生弯扭屈曲的轴压杆多为单轴对称截面绕对称轴的屈曲。
5-5：构件中残余应力会影响轴心受拉构件的强度嘛？会影响轴心受压构件的整体稳定承载力嘛？为什么？
残余应力不会影响轴心受拉构件的静力强度，因为残余应力加上外力引起的应力达到屈服点后，应力不再增大而只发展塑性变形，截面上的应力产生塑性重分布，外力可由弹性区域继续承担，直到全截面达到屈服，怛会影响构件的疲劳强度。
残余应力的存在会降低轴心受压构件的整体稳定承载力，因为截面上残余应力加上外力引起的应力达到屈服点的部分会退出工作，外力可由弹性区域继续承担，从而降低了构件的截面刚度，造成构件提前发生失稳破坏。
5-7：轴心受压构件的整体稳定和局部稳定有什么区别？所谓等稳定性是什么概念。
轴心受压构件在外力作用下，当截面上的平均应力远低于钢材屈服强度时，常由于其内力和外力间不能保持平衡的稳定性，些许轻微的扰动可能促使构件产生很大的变形而丧失整体承载能力，称为整体失稳。当轴心受压构件的组成板件受到纵向均布压力作用，压力大到一定程度，在构件自未达到整体稳定承载力之前，个别板件可能因不能保持其平面平衡状态而发生波形凸曲而丧失稳定性，称为局部失稳。但个别板件的局部失稳并不意味着构件失去整体稳定性。
为保证构件在丧失整体稳定承载力之前不发生组成板件的局部失稳，要求板件的局部失稳临界应力不小于构件整体稳定的临界应力，称为等稳定性。
即：
5-8：轴心受压组成板件为啥要限制高后比（或宽厚比）。H型钢构件腹板不满足高后比应采取哪些措施？
限制轴心受压构件板件的宽（高）厚比是为了保证构件在丧失整体稳定承载力之前不发生组成板件的局部失稳。H型构件腹板不满足高厚比要求时采取的措施有：
1)增加板件厚度，
2)在计算构件的强度和稳定性时，腹板截面取有效截面，即取腹板计算高度范围内两侧各为 ，但计算构件的稳定系数时仍取全截面
3)采用设置纵向加劲肋的方法予以加强，以缩减腹板计算高度，纵向加劲肋宜在腹板两侧成对配置，其侧外伸宽度不应小于1 0tw。
5-9：格构式轴心受压柱的截面剪力是这么产生的？在设计中如何考虑？
格构式构件绕其截面虚轴失稳时，因肢件间不是连续板而是每隔定能够距离采用缀材联系起来，构件在缀材平面内抗剪刚度小，柱的剪切变形较大，剪力造成的附加挠曲变形就不能忽略。为考虑此剪切变形的影响，采用加大的换算长细比来计算绕虚轴的整体稳定。

7-2 如何进行拉弯、压弯构件的刚度计算？
答：同轴心受力构件的刚度验算一致，即长细比不超过规范规定的容许限值。拉弯构件、压弯构件的长细比不得超过给定的轴心受拉构件、轴心受压构件的容许长细比。
7-4 压弯构件的强度和稳定计算中，符号An、Wn、γx、γy、A、W、φx、φy、φb、βmx、βtx、N'Ex 等各表示什么含义？
答：An——构件的净截面面积；Wn——构件的净截面模量；γx、γy——截面塑性发展系数； A——构件的毛截面面积；W——构件的毛截面模量，
φx——由构件在弯矩作用平面内的长细比确定的轴心受压杆件的整体稳定系数；
φy——由构件在弯矩作用平面外的长细比确定的轴心受压杆件的整体稳定系数；
φb——均匀受弯粱的整体稳定系数；
βmx——弯矩作用平面内的等效弯矩系数；
βtx——弯矩作用平面外的等效弯矩系数；
N'Ex——考虑抗力分顶系数的殴拉临界力。
7-6 压弯构件整体式柱脚由哪些部分组成？各部分的作用是什么？
答：压弯构件整体式刚接柱脚的组成及作用：
靴粱：增加柱与底板的连接焊缝长度，将底板分隔成几个区格，减小底板弯矩，从而减小厚度。
横板：承受螺栓受拉时所施加的压力；
肋板：增加横板的刚度；
底板：增加柱脚与基础顶部的接触面积，减小基础所承受的压应力。
锚栓：固定柱脚，并可能承受拉拔力。

6-l钢梁的主要计算内容有那几项？哪些属于承载力极限状态的计算内容？那些属于正常使用极限状态的计算内容？
答：钢粱的计算内容：强度（抗弯强度、抗剪强度、局压应力、折算应力）、刚度（挠度）、整体稳定、局部稳定（受压翼缘、腹板）。其中，强度、整体稳定、局部稳定属于承载能力极限状态的计算内容，刚度属于正常使用极限状态的计算内容。
6-2钢梁强度计算内容有那几项内容？
答：抗弯强度、抗剪强度、局压应力、及上述内力共同作用下截面上某些危险点的折算应力计算。
6-3何为截面形状系数？何为截面塑性发展系数？截面塑性发展系数与截面形状系数之间有何关系？
截面形状系数F,毛截面的塑性截面模量Wp和弹性截面模量W比值，
截面塑性发展系数：承受静力荷载和间接动力荷载的钢粱，其极限状态取为塑性弯矩和屈服弯矩之间，即弹塑性弯矩，其计算式为：M=γWxfy，式中γ称为截面塑性发展系数，1＜γ＜F。γ值与截面上的塑性发展深度有关，截面上塑性区深度越大, γ也越大，当全截面塑性时γ=F。
6-5试述下列三种钢梁的腹板计算高度 的取值：【1】轧制型钢梁；【2】焊接组合梁；【3】高强度螺栓{或铆栓}组合梁
答：腹板计算高度h0的规定：
①轧制型钢粱，h0=h-2hy ，hy=t+R
t为型钢粱翼缘的平均厚度，R卫为翼缘与腹板连接处圆角半径（图6-11 a），即:h0取腹板与上、下翼缘相连接处内圆弧起点的距离。
②焊接组合粱,h0为腹板高度，即:h0=hw（图6-11 b）。
③高强度螺栓连接（或铆接）组合粱：h0为上、下翼缘与腹板连接的高强度螺栓（或铆钉）线距间最近距离（图6-11 c）。
6-8：何为梁的整体失稳？钢梁整体失稳形式是那种形式的屈曲？
粱的整体失稳：当粱上的荷载增大到某一数值后，粱突然离开受弯平面出现显著的侧向弯曲和扭转，并立即丧失承载能力，这就是粱的整体失稳。粱的整体失稳形式是弯扭屈曲。
6-9影响钢梁整体稳定性的主要因素有哪些？
答：影响钢粱整体稳定性的主要因素：
（1）截面的侧向抗弯刚度EIy，抗扭刚度GIt和抗翘曲刚度EIw越大，则临界弯矩越大，粱的整体稳定性越好。
（2）梁的侧向无支撑长度或者受压翼缘侧向支撑点的间距l1越小，临界弯矩越大，梁的整体稳定性越好。此外，加宽受压翼缘的梁（By>0），临界弯矩增大。
（3）荷载类型，荷载在梁上作用形成的弯矩图沿梁的跨度方向分布越均匀，临界弯矩越小
（4）沿粱截面高度方向的荷载作用点位置越高，Mcr越小。
（5）粱端支座对截面的约束，尤其是对截面绕y轴的转动约束程度越大，临界弯矩Mcr越大，粱的整体稳定性越好。
6-10当φb>0.6时，为什么要用φb来取代φb’？
当φb>0.6时表明梁已进入弹塑性工作阶段,此时应用φb’取代φb。φb’=1.07-0.282/ φb
6-11提高钢梁整体稳定性的方法有哪些？其中那种方法最有效？
答：方法有：加强受压翼缘、降低荷载作用点的位置、减小受压翼缘的计算长度、增加粱端支座对截面的约束等。
最有效的方法是在跨间为粱的受压翼缘提供侧向支承点（减小受压翼缘的计算长度），如果有可能降低荷载作用点的位置，也是一种经济有效的办法。
6-13何谓梁的局部失稳？梁丧失局部稳定的后果是什么？防止钢梁局部失稳的具体方法有哪些？
答：在外荷载逐渐增大的过程中，钢梁还没有发生强度破坏或整体失稳，组成钢粱的某些板件偏离它原来所在的平面位置发生侧向挠曲，这种现象称为梁的局部失稳。
后果：粱的受压翼缘或腹板局部失稳后，整个构件还不会立即失去承载能力，一般还可以承受继续增大的外荷载。但是自于局部失稳引起部分截面退出工作，原来对称的截面可能变为非对称截面而出现弯曲或扭转，这些都引起粱的刚度减小，使粱的整体稳定性和强度降低。有可能导致粱提前失去整体稳定性，或提前出现强度破坏。
具体措施：①限制板件的宽厚比，如组合工字形截面粱的受压翼缘，②设置加劲肋。如组合工字形截面粱的腹板。
6-15钢梁腹板加劲肋有哪几种？主要防止那种应力引起的局部失稳？
答：粱腹板上的加劲肋按其作用不同可以分为两类：一类是为了把腹板分隔成较小的区格，以提高腹板的局部稳定，称为间隔加劲肋。间隔加劲肋有横向加劲肋、纵向加劲肋、短加劲肋三种。横向加劲肋主要有助于防止由剪应力可能引起的腹板失稳，纵向加劲肋主要有助于防止由弯曲压应力可能引起的腹板失稳，短加劲肋主要有助于防止自局部压应力可能引起的腹板失稳。另类除了上述的作用外，还有支承传递固定集中荷载或支座反力的作用，称为支承加劲肋。
6-17梁的强度破坏和梁的整体失稳有何不同？
答：粱的强度破坏是指粱的受力最大截面上某些点因丧失承载力发生破坏，粱的整体失稳是当粱上的荷载增大到某数值后，粱突然离开受弯平面出现显著的侧向弯曲和扭转，并立刻丧失承载能力，即整个构件发生破坏，粱的整体失稳突然发生，没有明显预兆，比粱的强度破坏更危险。
6-18梁的整体失稳和梁的局部失稳有何不同？
答：梁的整体失稳是当粱上的荷载增大到某数值后，粱突然离开受弯平面出现显著的侧向弯曲和扭转，并立即丧失承载能力。
梁的局部失稳是在外荷载逐渐增大的过程中，钢粱还没有发生强度破坏或整体失稳，组成钢粱的某些板件偏离它原来所在的平面位置发生侧向挠曲。
粱的受压翼缘或腹板局部失稳后，整个构件还不会立即失去承载能力，一般还可以承受继续增大的外荷载。但是由于局部失稳引起部分截面退出工作，原来对称的截面可能变为非对称截面而出现弯曲或扭转，这些都引起粱的刚度减小，使粱的整体稳定性和强度降低。有可能导致粱提前失去整体稳定性，或提前出现强度破坏。
6-20如何区分钢梁受压翼缘扭转受到约束和钢梁受压翼缘扭转未受到约束两种不同情况?
答：受压翼缘扭转受到约束：翼缘板上有刚性铺板、制动粱或焊有钢轨等情况。除此以外，作为未受到约束考虑。
6-22钢梁支承加劲肋主要有那两种形式？简述支承加劲肋的计算内容。
答：有平板式支承加劲肋和突缘式支承加劲肋两种。计算内容：（1）支承加劲肋的稳定性计算：应按承受粱支座反力或固定集中荷载的轴心受压构件计算其在腹板平面外的稳定性。（2）支承加劲肋端面承压强度计算,（3）支承加劲肋与腹板间连接焊缝的计算。
6-25 在确定焊接组合梁截面高度时，梁截面最大高度hmax、最小高度hmin和经济高度he各由哪项条件决定？
答：最大高度hmax：梁截面最大高度一般由建筑设计确定。
最小高度hmin：梁截面的最小高度由梁的刚度条件确定。
经济高度he：根据梁用钢量最小条件确定的梁截面高度称为梁的经济高度。
6-28 组合梁翼缘焊缝承受什么力作用?这些力是怎么产生的?
答：由于梁弯曲时，相邻截面作用在翼缘截面的弯曲正应力存在差值，因此翼缘和腹板之间将产生水平剪力。为防止翼缘和腹板之间由于水平剪力的作用而出现相互滑移，焊接组合梁在此处设置翼缘焊缝。当粱的上翼缘承受固定集中荷载且在荷载作用点截面处未在腹板上设置支承加劲肋，或当梁承受移动集中荷载（如吊车梁情况）时，翼缘和腹板间的连接焊缝不仅承受水平方向的剪力Vh作用，同时还承受集中压力F所产生的垂直方向剪力Vv的作用。
6-29 何谓钢梁的工厂拼接和钢梁的工地拼接？各在哪些情况下采用？
答：工厂拼接：由于钢材规格限制或现有钢材尺寸不够，必须将钢材接长或拼大，这种拼接常在钢结构制造厂中进行。
工地拼接：由于运输或吊装条件的限制，必须将梁分段制作，运输到工地，然后在工地拼装连接。
6-30 简支次梁与主梁连接时，次梁向主梁传递哪些力？连续次梁与主梁连接时，次梁向主梁传递哪些力？
答：次梁简支时，向主梁传递剪力（即次梁支座反力），次梁连续时，向主梁传递剪力的同时，还将次梁端部的弯矩传递给邻跨次梁，通过在次梁下方设置水平板件与主梁用角焊缝相连，通过此处角焊缝传递该弯矩。
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