钢结构原理复习思考题

《钢结构设计原理》复习思考题  2016.5.27修改 第1章 绪论 1. 钢结构与其它材料的结构相比，具有哪些特点？ 1) 钢材强度高，结构重量轻 2）材质均匀，且塑性韧性好 3) 良好的加工性能和焊接性能 4）密封性好 5）钢材的可重复使用性 6）钢材耐热但不耐火 7）耐腐蚀性差 8）钢结构的低温冷脆倾向      2. 根据钢结构特点，钢结构有哪些合适的应用范围？ 1）大跨结构2）工业厂房3）受动力荷载影响的结构4）多层和高层建筑5）高耸结构6）可拆卸的结构7）容器和其他构筑物8）轻型钢结构9）钢和混凝土的组合结构 （要和上面的钢结构特点联系起来） 3. 我国《钢结构设计规范》规定钢结构采用什么设计方法？具体的准则是什么？ 设计方法主要以概率极限状态设计法为主，对于钢结构的疲劳验算，以及储液罐和压力容器等结构，则依然沿用以经验为主的容许应力设计法 具体的准则: 结构在规定的设计使用年限内应满足的功能： ⑴ 在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用； ⑵ 在正常使用时具有良好的工作性能； ⑶ 在正常维护下具有良好的耐久性； ⑷ 在设计规定的偶然事件发生时（后），仍能保持整体稳定性。 可靠性：结构在规定的时间（设计基准期，一般为50年）内，在规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用和正常维护）下，完成预定功能的能力。 可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的的概率。是度量结构可靠性的指标。 可靠度指标β:  β可以作为衡量结构可靠度的一个数量指标，只要求出就β可获得对应的失效概率。 两种极限状态指的是什么？其内容有哪些？ 指的是承载能力极限状态和正常使用极限状态，其中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，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破坏（包括组合结构中混凝土裂缝） 4. 分项系数设计准则的公式中，各符号的意义是什么？两种极限状态设计时对各物理量的代表值有什么要求？ γo —— 结构重要性系数，不应小于：1.1（安全等级一级或使用年限100年）,1.0（50年）, 0.9（5年）， 0.95（25年） γG —— 永久荷载分项系数 当其效应对结构不利时 --对可变荷载效应控制的组合，应取1.2; --对永久荷载效应控制的组合，应取1.35; 当其效应对结构有利时 --一般情况下应取1.0； --对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9。 γQ —— 可变荷载的分项系数 --一般情况下应取1.4； --楼面活荷载 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值大于4kN/m2时应取1.3； --对构件承载力有利时，取为0。 第2章 钢结构的材料 1. 钢材的生产和加工工艺有哪些？对钢材质量和组织结构各有什么影响？ 钢材的浇铸和脱氧 沸腾钢—用锰作脱氧剂，成本低，但质量较差，不适合连铸工艺； 镇静钢—用锰加硅作脱氧剂，成本高，质量好，适合连铸； 特殊镇静钢—用铝补充脱氧。 热加工 使金属晶粒变细，压合缺陷，性能得到改善。 轧制压缩比大的钢材强度较高。 （故钢材的强度按板厚分组 ） 冷加工  产生冷作硬化，强度提高但塑性、韧性减少。 应尽量避免局部冷加工硬化。      热处理 退火:将钢材加热至850-900℃，保温一段时间，随炉温下降至500℃以下，再放至空气中冷却； 正火:将钢材加热至850-900℃，保温后从炉中取出在空气中冷却； 淬火:将钢材加热至900℃以上，保温后快速在水中或油中冷却； 回火:将淬火后的钢材加热到某一温度进行保温，而后在空气中冷却； 调质处理=淬火＋高温回火 2. 钢结构的破坏形式有哪两种？其特点如何？它们的区别在哪里？ 塑性破坏的特点是当应力超过屈服强度后材料有明显塑性变形，当应力继续增大，断面出现颈缩，有持续的变形时间。可以采取补救措施。 脆性破坏的特点是破坏前无征兆（变形很小），断口平直，破坏突然发生。往往瞬间发生破坏，无法察觉和补救，后果严重！ 3、钢材有哪几项主要机械性能指标？各项指标可用来衡量钢材哪些方面的性能？  各指标如何测定？ 钢材的单调拉伸应力—应变曲线提供了三个重要的力学性能指标： （1）屈服点fy——钢结构设计中应力允许达到的最大限值。 （2）抗拉强度fu——钢材受拉时能承受的极限应力 （3）伸长率δ5 ，伸长率是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。 (4）冷弯性能：衡量钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标，可通过冷弯试验确定。 (5) 冲击韧性：衡量带有缺口的钢材在冲击荷载作用下抵抗脆性破坏能力的指标，可通过由冲击试验确定。 4、复杂应力状态下钢材的工作性能和单向应力状态下有什么不同？ （1）当σ1、 σ2、σ3为同号应力且数值接近时，虽应力很大但σzs很难达到fy ，很难进入塑性状态，变现表现为脆性破坏； （2）有异号应力时，则σzs容易达到fy ，会较早进入塑性状态。 5、影响钢材机械性能的主要因素有哪些？各因素的影响规律有哪些？ 因素：1）化学成分的影响 1. 碳（C）：钢材强度的主要来源。（纯铁—软） 含碳量↗ ，强度↗ ，塑性韧性↘ ，焊接性能↘ ，抗腐蚀性↘  2.硫（S）：有害元素，使钢材“热脆”。 3.磷（P）：有害元素，使钢材“冷脆” 。 4.锰（Mn）：有益元素。弱脱氧剂。提高钢材强度，同时不显著降低塑性和韧性。  5.硅（Si）：有益元素。强脱氧剂。提高钢材强度，同时不显著降低塑性和韧性。 6.钒（V）：有益元素。细化晶粒，既提高强度又可保持塑性。 7.氧（O）：有害元素，使钢材“热脆”。 8.氮（N）：有害元素，使钢材“冷脆” 。 9.铜（Cu）：提高钢材抗锈蚀性，用于耐候钢。 10.氢（H) ：有害元素，使钢材“氢脆” 2）钢材的焊接性能 含碳量0.12%～0.20%最好，焊接结构宜用Q235B、C、D的碳素钢，及碳当量不超过0.38的低合金钢。 3）钢材的硬化 见下题 4）应力集中的影响 出现同号应力场，阻碍了塑性变形 —钢材变脆。 截面改变的尖锐程度越大，应力集中越严重，钢材越脆。 5）荷载类型的影响 l   速度↗，屈服点↗，脆性↗。 l   常温（200C）时影响不大；低温时应考虑加荷速率的影响。 6）温度的影响 200℃以内对钢材性能无大影响，该范围内随温度升高总的趋势是强度、弹性模量降低，塑性增大。 250℃左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加—兰脆现象，该温度区段称为“兰脆区”。 260～320℃产生徐变现象。 600℃左右弹性模量趋于零。 6、什么是钢材的硬化，硬化有哪些类型？其定义是什么？ 时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使使钢材的强度提高，塑性和韧性下降。 冷作硬化——当荷载超过材料比例极限卸载后，再次加载则钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低。 应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同时可以加速时效硬化，也称“人工时效”。 7、什么是蓝脆现象？ 250℃左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加—兰脆现象，该温度区段称为“兰脆区”。 8、什么是钢材的疲劳？影响疲劳强度的主要因素是哪些？钢结构疲劳承载力的设计方法是什么？ 钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤、产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，此现象称为疲劳。 因素：应力幅、应力循环次数、缺陷 设计方法： 1）疲劳计算仍然采用容许应力设计法； 2）计算时用荷载的标准值； 3）由于来源于试验，已考虑动力效应，计算 时不再考虑动力系数。 9、钢结构采用的钢材主要有哪几类？牌号如何表示？ 1） 碳素结构钢    Q235-A ·F 代表屈服点为235N/mm2 的A级沸腾碳素结构钢 钢号表示方法：代表屈服点的字母Q、屈服点数值（N/mm2）、质量等级符号（A/B/C/D）、脱氧方法符号（F/b/Z/TZ）四个部分组成。 “F”代表沸腾钢，“b”代表半镇静钢，“Z”代表镇静钢,“TZ”代表特种镇静钢。标注时Z和TZ可省略。 2）低合金高强度结构钢  低合金高强度结构钢的牌号命名与碳素结构钢相似，只是质量等级分为A、B、C、D、E五等，低合金高强度结构钢采用的脱氧方法均为镇静钢或特殊镇静钢，故可不加脱氧方法的符号。 3）优质碳素结构钢  钢号：用平均含碳量的万分数表示，按锰含量分两类。 35Mn——含碳量为0.35%的较高锰含量的优质碳素结构钢 合金结构钢 35Mn2——含碳量为0.35%，含锰量为1.5%~2.49%的合金结构钢 10、热轧型钢的规格如何表示？ 1）H型钢，“HW高度×宽度×腹板厚度×翼缘厚度”如 “HW300×300×11×19”  “HN200×100×5.6×8.5” 2）工字钢，I+截面高度的厘米数+腹板厚度类别  如  “I20a” 3）槽钢 ，与工字钢相似  如“[ 20b” 4）角钢  等肢角钢，边长×厚度  如 “L63×5” 不等肢角钢，长边宽×短边宽×厚度  如 “L125×80×8” 11、承重结构的钢材应具有哪些机械性能及化学成分的合格保证？ (1)一般的承重结构，要求钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证；对焊接结构尚应具有含碳量的合格保证； (2)焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材，还应具有冷弯试验的合格保证； (3)对需要疲劳验算的钢结构，规范建议：—根据结构工作温度直接查表2.6.4。 第3章 连接 1. 钢结构有哪几种连接方法？它们各在哪些范围应用较合适？ 连接方法：焊接连接、铆钉连接、螺栓连接、紧固件连接 焊缝连接：优点构造简单、用料经济、制造加工方便、密闭性好、结构刚度大；缺点：热影响区变脆、有残余应力及残余变形、裂纹易扩展、易低温冷脆。 铆钉连接：优点塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查。缺点：劳动强度大，施工条件差，施工速度慢。费钢费工，现已很少采用。