石家庄铁道大学《钢结构》期末重点整理

一 一 钢结构的特点和应用范围钢结构的特点和应用范围 1 承载能力大 2 稳妥可靠 3 便于工业化生产 施工周期短 4 密闭性好 耐热但不耐火 5 耐腐蚀性差 6 容易产生噪音 二 二 应用范围 应用范围 1 承受荷载很大或跨度大 高度大的结构 2 承受动力荷载作用或经常移动的结构 3 经常拆装的拆装式结构 4 对密闭性要求高的结构 5 高温车间或需承受一定高温的结构 6 轻型结构 钢材力学性能五项保证指标 抗拉强度 Fu 伸长率 屈服点 Fy 冷弯一百八十度和常温 或低温 冲击韧性指标 Akv 三 三 举例说明钢结构的主要发展趋势举例说明钢结构的主要发展趋势 1 高性能钢材的研制 2 设计方法和计算理论的改进 3 结构形式的革新 四 四 应力集中和残余应力应力集中和残余应力 应力集中 实际结构中不可避免的存在孔洞 槽口 截面突然改变以及钢材内部缺陷等 此时截面 中的应力分布不再保持均匀 不仅在孔口边缘处会产生作用方向的应力高峰 而且会在孔口附近产 生垂直于力的作用方向的横向应力 甚至会产生三向应力 残余应力 在浇注 轧制和焊接加工过程中 因不同部位钢材的冷却速度不同 或因不均匀加热和 冷却而产生 五 五 冷加工樱花和时效硬化冷加工樱花和时效硬化 1 在冷加工 或一次加载 使钢材产生较大的塑性变形的情况下 卸载后再重新加载 钢材的屈服 点提高 塑性和韧性降低的现象称为冷作硬化 再高温时溶于铁中的少量氮和碳 随着时间的增 长逐渐由固溶体中析出 生成氮化物的碳化物 散存在铁素体晶粒的滑动界面上 对晶粒的塑性 滑移起到遏制作用 从而使钢材的强度提高 塑性的韧性下降 这种现象称为时效硬化 也称老 化 2 钢材的性能受温度的影响十分明显 在一百五十度以内 钢材的强度 弹性模量和塑性均与常温 相近 变化不大 但在二百五十度左右 抗拉强度有局部性提高 伸长率和断面收缩率均降至最 低 出现所谓的蓝脆现象 钢材表面氧化膜呈蓝色 六 六 钢结构的破坏形式有哪几种 破坏特点 钢结构的破坏形式有哪几种 破坏特点 答 钢材的破坏分塑性破坏和脆性破坏两种 1 塑性破坏 塑性变形很大 经历时间又较长的破坏呈塑性破坏 断裂时断口与作用力方向呈四十 五度 且呈纤维状 色泽发暗 2 脆性破坏 几乎不出现塑性变形的突然破坏称脆性破坏 断裂时断口平齐 呈有光泽的晶粒状 脆性破坏危险性大 必须加以重视 七 七 影响钢材脆性断裂的主要因素 如何避免 影响钢材脆性断裂的主要因素 如何避免 影响因素 化学成分 冶金缺陷 偏析 非金属杂质 裂纹 起层 温度 热脆 低温冷脆 冷 作硬化和时效硬化 应力集中 同号三向主应力状态 避免措施 1 合理设计 2 正确制造 3 合理使用 八 什么是疲劳破坏 简述疲劳破坏的发展过程 影响疲劳破坏的主要因素 什么是疲劳破坏 简述疲劳破坏的发展过程 影响疲劳破坏的主要因素 答 钢材在多次循环反复荷载作用下 即使应力低于屈服点 Fy 也可能发生破坏的现象称疲劳破坏 疲劳破坏具有突然性 破坏前没有明显的宏观塑性变形 属于脆性断裂 但与一般脆断的瞬断不同 疲劳是在名义应力低于屈服点的低应力循环下 经历了长期的累积损伤过程后才突然发生的 其破 坏过程一般经历三个阶段 即裂纹的萌生 裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂 因此疲劳破坏是有寿 命的破坏 是延时断裂 疲劳对缺陷 包括缺口 裂纹及组织缺陷等 十分敏感 九 九 什么是结构的可靠度 可靠指标的含义 如何确定结构的可靠指标 什么是结构的可靠度 可靠指标的含义 如何确定结构的可靠指标 答 所谓可靠度 就是结构在规定时间内 在规定条件下 完成预定功能的概率 对于一个结构而 言 比较可行的方法是 以可靠指标的计算来代替可靠度的计算 十 十 什么是结构的极限状态 结构极限状态的分类 其含义是什么 什么是结构的极限状态 结构极限状态的分类 其含义是什么 答 整个结构或结构的一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 称此特定状 态为该功能的极限状态 我国 钢结构设计规范 规定 承重结构应按下列二类极限状态进行设计 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 结构的构件丧失稳定 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 或耐久性能的局部损坏 包括组合结构中混凝土裂缝 十一 十一 标准荷载 设计荷载区别 如何应用 标准荷载 设计荷载区别 如何应用 答 各种荷载的标准值是指建筑结构在正常情况下比较有可能出现的最大荷载值 当结构构件承受 多种荷载时 设计必须考虑若干种荷载共同作用所引起的荷载效应组合 对正常使用极限状态 应 根据不同的设计要求 分别采用荷载的短期效应组合和长期效应组合进行设计 十二 十二 十一 焊脚尺寸和焊缝计算长度如何确定十一 焊脚尺寸和焊缝计算长度如何确定 若设计焊脚太小 焊接时焊缝冷却过快 容易产生收缩裂纹 焊件越厚 焊缝冷却速度就越快 焊 缝处越容易产生裂纹 如设计的焊脚过大 施焊时热量输入过大 焊缝收缩时容易产生较大的焊接 残余变形和焊接残余应力 且是热影响区扩大 容易产生脆性断裂 较薄的焊件易被烧伤穿透 焊缝若过短 则焊缝缺陷对其承载力的影响相对较大 而太长的侧焊缝沿长度方向的应力分布严重 不均匀 可能导致焊缝端部提前破坏 所以也要加以限制 1 提高轴心压杆钢材的抗压强度能否提高其稳定承载力 为什么 提高轴心压杆钢材的抗压强度能否提高其稳定承载力 为什么 提高轴心压杆钢材的抗压强度不能提高其稳定承载力 因为理想轴心压杆在弹性阶段由于 E 为一常 量 且各类刚才基本相同 故其临界应力只是长细比的单一函数 与材料的抗压强度无关 十三 十三 梁翼缘和腹板常采用连续的角焊缝连接 其长度为何不受最大长度梁翼缘和腹板常采用连续的角焊缝连接 其长度为何不受最大长度 60hf 或或 40hf 限制限制 因为梁翼缘和腹板连续处 内力沿焊缝全长分布 所以其长度可以不受最大长度限制 十四 十四 等效弯矩系数是怎么样确定的等效弯矩系数是怎么样确定的 引入等效弯矩系数的物理意义 是吧变化的弯矩化为等效的均匀弯矩 等效弯矩是指其在与轴心力 共同作用下对构件弯矩作用平面内失稳的效应与原来非均匀分布的弯矩与轴心力共同作用下的效应 相同 因此 他们应与按二阶弹性分析的最大弯矩进行等效 十五 十五 4 对于压弯构件 当弯矩绕格构式柱的虚轴作用时 为什么不演算弯矩作用平面外的稳定性对于压弯构件 当弯矩绕格构式柱的虚轴作用时 为什么不演算弯矩作用平面外的稳定性 当弯矩绕格构式柱的虚轴作用时 肢件在弯矩作用平面外的稳定性已经在单肢件计算中得到保证 所以整个格构式平面外稳定性不必计算 十六 十六 1 焊缝缺陷焊缝缺陷 焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷 十七 十七 2 螺栓的排列布置的要求螺栓的排列布置的要求 1 受力要求 规定最小端距 最小和最大的螺栓容许距离 2 构造要求 规定了螺栓最大容许距离 3 施工要求 规定了螺栓最小容许间距 十八 十八 3 螺栓连接的破坏形式螺栓连接的破坏形式 螺栓杆被剪断 较薄的连接板被挤压破坏 板件拉 压 坏 板件端部被剪坏 螺栓杆受弯破坏 块 状拉剪破坏 十九 十九 4 为什么对刚度进行限制为什么对刚度进行限制 长细比过大会使构件在使用过程中由于自重发生挠曲 在动力荷载作用下会产生振动 在运输过程 中发生弯曲 因此设计时应使长细比不超过规定的容许长细比 对于受压构件 过大的长细比会使 稳定承载力降低太多 因此 其容许长细比较受拉构件更严格 二十 二十 5 影响理想梁弯扭屈曲临界弯矩的因素影响理想梁弯扭屈曲临界弯矩的因素 梁截面的尺寸 梁侧向支撑点的距离 横向荷载在截面上的作用位置 荷载类型 梁的端部支撑情 况 二十一 二十一 6 可以不必计算整体稳定性的情况可以不必计算整体稳定性的情况 有面板密铺在梁的受压翼缘上并于其牢固连接 能阻止梁受压翼缘的侧向位移时 H 形钢或等截面 工字型简支梁受压翼缘的自由长度 l1 与其宽度 b1 之比不超过规定数值时 二十二 二十二 7 梁的截面高度如何决定梁的截面高度如何决定 1 容许最大高度 梁的最大高度必须满足净空要求 即梁的高度不能超过建筑设计或工艺设备需 要的净空所允许的限值 2 容许最小高度 一般依刚度条件决定 8 支撑加劲肋 指承受固定集中荷载或者承受梁支座反力的横向加劲肋 二十三 二十三 钢结构的特点和应用范围钢结构的特点和应用范围 7 承载能力大 8 稳妥可靠 9 便于工业化生产 施工周期短 10 密闭性好 耐热但不耐火 11 耐腐蚀性差 12 容易产生噪音 二十四 二十四 应用范围 应用范围 7 承受荷载很大或跨度大 高度大的结构 8 承受动力荷载作用或经常移动的结构 9 经常拆装的拆装式结构 10 对密闭性要求高的结构 11 高温车间或需承受一定高温的结构 12 轻型结构 钢材力学性能五项保证指标 抗拉强度 Fu 伸长率 屈服点 Fy 冷弯一百八十度和常温 或低温 冲击韧性指标 Akv 二十五 二十五 举例说明钢结构的主要发展趋势举例说明钢结构的主要发展趋势 4 高性能钢材的研制 5 设计方法和计算理论的改进 6 结构形式的革新 二十六 二十六 应力集中和残余应力应力集中和残余应力 应力集中 实际结构中不可避免的存在孔洞 槽口 截面突然改变以及钢材内部缺陷等 此时截面 中的应力分布不再保持均匀 不仅在孔口边缘处会产生作用方向的应力高峰 而且会在孔口附近产 生垂直于力的作用方向的横向应力 甚至会产生三向应力 残余应力 在浇注 轧制和焊接加工过程中 因不同部位钢材的冷却速度不同 或因不均匀加热和 冷却而产生 二十七 二十七 冷加工樱花和时效硬化冷加工樱花和时效硬化 3 在冷加工 或一次加载 使钢材产生较大的塑性变形的情况下 卸载后再重新加载 钢材的屈服 点提高 塑性和韧性降低的现象称为冷作硬化 再高温时溶于铁中的少量氮和碳 随着时间的增 长逐渐由固溶体中析出 生成氮化物的碳化物 散存在铁素体晶粒的滑动界面上 对晶粒的塑性 滑移起到遏制作用 从而使钢材的强度提高 塑性的韧性下降 这种现象称为时效硬化 也称老 化 4 钢材的性能受温度的影响十分明显 在一百五十度以内 钢材的强度 弹性模量和塑性均与常温 相近 变化不大 但在二百五十度左右 抗拉强度有局部性提高 伸长率和断面收缩率均降至最 低 出现所谓的蓝脆现象 钢材表面氧化膜呈蓝色 二十八 二十八 钢结构的破坏形式有哪几种 破坏特点 钢结构的破坏形式有哪几种 破坏特点 答 钢材的破坏分塑性破坏和脆性破坏两种 3 塑性破坏 塑性变形很大 经历时间又较长的破坏呈塑性破坏 断裂时断口与作用力方向呈四十 五度 且呈纤维状 色泽发暗 4 脆性破坏 几乎不出现塑性变形的突然破坏称脆性破坏 断裂时断口平齐 呈有光泽的晶粒状 脆性破坏危险性大 必须加以重视 二十九 二十九 影响钢材脆性断裂的主要因素 如何避免 影响钢材脆性断裂的主要因素 如何避免 影响因素 化学成分 冶金缺陷 偏析 非金属杂质 裂纹 起层 温度 热脆 低温冷脆 冷 作硬化和时效硬化 应力集中 同号三向主应力状态 避免措施 1 合理设计 2 正确制造 3 合理使用 三十 什么是疲劳破坏 简述疲劳破坏的发展过程 影响疲劳破坏的主要因素 什么是疲劳破坏 简述疲劳破坏的发展过程 影响疲劳破坏的主要因素 答 钢材在多次循环反复荷载作用下 即使应力低于屈服点 Fy 也可能发生破坏的现象称疲劳破坏 疲劳破坏具有突然性 破坏前没有明显的宏观塑性变形 属于脆性断裂 但与一般脆断的瞬断不同 疲劳是在名义应力低于屈服点的低应力循环下 经历了长期的累积损伤过程后才突然发生的 其破 坏过程一般经历三个阶段 即裂纹的萌生 裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂 因此疲劳破坏是有寿 命的破坏 是延时断裂 疲劳对缺陷 包括缺口 裂纹及组织缺陷等 十分敏感 三十一 三十一 什么是结构的可靠度 可靠指标的含义 如何确定结构的可靠指标 什么是结构的可靠度 可靠指标的含义 如何确定结构的可靠指标 答 所谓可靠度 就是结构在规定时间内 在规定条件下 完成预定功能的概率 对于一个结构而 言 比较可行的方法是 以可靠指标的计算来代替可靠度的计算 三十二 三十二 什么是结构的极限状态 结构极限状态的分类 其含义是什么 什么是结构的极限状态 结构极限状态的分类 其含义是什么 答 整个结构或结构的一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 称此特定状 态为该功能的极限状态 我国 钢结构设计规范 规定 承重结构应按下列二类极限状态进行设计 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 结构的构件丧失稳定 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 或耐久性能的局部损坏 包括组合结构中混凝土裂缝 三十三 三十三 标准荷载 设计荷载区别 如何应用 标准荷载 设计荷载区别 如何应用 答 各种荷载的标准值是指建筑结构在正常情况下比较有可能出现的最大荷载值 当结构构件承受 多种荷载时 设计必须考虑若干种荷载共同作用所引起的荷载效应组合 对正常使用极限状态 应 根据不同的设计要求 分别采用荷载的短期效应组合和长期效应组合进行设计 三十四 三十四 十一 焊脚尺寸和焊缝计算长度如何确定十一 焊脚尺寸和焊缝计算长度如何确定 若设计焊脚太小 焊接时焊缝冷却过快 容易产生收缩裂纹 焊件越厚 焊缝冷却速度就越快 焊 缝处越容易产生裂纹 如设计的焊脚过大 施焊时热量输入过大 焊缝收缩时容易产生较大的焊接 残余变形和焊接残余应力 且是热影响区扩大 容易产生脆性断裂 较薄的焊件易被烧伤穿透 焊缝若过短 则焊缝缺陷对其承载力的影响相对较大 而太长的侧焊缝沿长度方向的应力分布严重 不均匀 可能导致焊缝端部提前破坏 所以也要加以限制 2 提高轴心压杆钢材的抗压强度能否提高其稳定承载力 为什么 提高轴心压杆钢材的抗压强度能否提高其稳定承载力 为什么 提高轴心压杆钢材的抗压强度不能提高其稳定承载力 因为理想轴心压杆在弹性阶段由于 E 为一常 量 且各类刚才基本相同 故其临界应力只是长细比的单一函数 与材料的抗压强度无关 三十五 三十五 梁翼缘和腹板常采用连续的角焊缝连接 其长度为何不受最大长度梁翼缘和腹板常采用连续的角焊缝连接 其长度为何不受最大长度 60hf 或或 40hf 限制限制 因为梁翼缘和腹板连续处 内力沿焊缝全长分布 所以其长度可以不受最大长度限制 三十六 三十六 等效弯矩系数是怎么样确定的等效弯矩系数是怎么样确定的 引入等效弯矩系数的物理意义 是吧变化的弯矩化为等效的均匀弯矩 等效弯矩是指其在与轴心力 共同作用下对构件弯矩作用平面内失稳的效应与原来非均匀分布的弯矩与轴心力共同作用下的效应 相同 因此 他们应与按二阶弹性分析的最大弯矩进行等效 三十七 三十七 4 对于压弯构件 当弯矩绕格构式柱的虚轴作用时 为什么不演算弯矩作用平面外的稳对于压弯构件 当弯矩绕格构式柱的虚轴作用时 为什么不演算弯矩作用平面外的稳 定性定性 当弯矩绕格构式柱的虚轴作用时 肢件在弯矩作用平面外的稳定性已经在单肢件计算中得到保证 所以整个格构式平面外稳定性不必计算 三十八 三十八 1 焊缝缺陷焊缝