钢结构原理与设计作业--土木工程

1、2018年 2 月发布钢结构理论与设计作业1. 简述钢结构的特点。2. 简述横向焊接残余应力产生的原因。3. 简述钢结构应用范围。4. 影响钢材性能的主要因素有哪些？5. 钢结构对材料的要求有哪些？6. 简述塑性和韧性的定义以及两者有何区别。7. 钢材拉伸时脆性破坏的特征会什么？8. 影响钢材脆性断裂的因素有哪些？9. 什么叫梁的失稳？影响梁的整体稳定的主要因素有哪些？10. . 简述钢材拉伸时的塑性破坏特征。11. 列举防止钢材脆性断裂的措施。12. 简述焊缝连接的优点。作业要求：1. 至少选做 8 个题目，在系统上传提交；2. 要求不能抄袭，雷同人员全部 0 分处理；3. 按系统要求时间提

2、交，过期系统关闭提交不了，作业成绩为分钢结构原理与设计作业1. 简述钢结构的特点。答：钢结构的特点主要是： 钢结构强度高重量轻； 塑性韧性好， 适用于承受冲击荷载； 钢材接近于各向同性， 计算结果与实际基本 相符；钢结构制造简便，易于工业化生产，施工安装周期短；钢 结构耐热性好，但防火性差，抗腐蚀性差。2、简述横向焊接残余应力产生的原因。答：横向焊接残余应力产生的原因： 是因为焊接接头的局部不均匀加热；焊缝金属的热胀冷缩；焊接接头的组织变化；由于焊 接接头的刚性拘束约束焊缝变形。3. 简述钢结构应用范围。答：钢结构主要用于工业厂房、大跨度结构、高耸结构、多高层民 用建筑、承受动力荷载和抗震要求

3、较高的结构、板壳结构、可拆卸的 结构、轻型钢结构和钢筋混凝土的组合结构等。4、影响钢材性能的主要因素有哪些？答：影响钢材性能的主要因素有： 化学成分； 冶炼缺陷； 钢材硬化； 温度。5. 钢结构对材料的要求有哪些？答：较高的强度（抗拉强度fu和屈服点fy） 足够的变形能力 （塑性和韧性 ） 良好的工艺性能 （冷加工、热加工和可焊性能 ） 根据结构的具体工件条件，有时还要求钢材具有适应低温、高温和腐蚀性环境的能力。6. 简述塑性和韧性的定义以及两者有何区别。答：塑性是指在外力作用下， 材料能稳定地发生永久变形而不破坏 其完整性的能力。 韧性表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的 能力。韧性越好

4、， 则发生脆性断裂的可能性越小。韧性是指当承受应 力时对折断的抵抗， 其定义为材料在破裂前所能吸收的能量与体积的 比值。塑性是反映材料塑性变形的能力， 韧性是反映抵抗裂纹产生和 抗展的能力。两者是不同的概念，但两者似乎又是密切相关的，并且 是正相关的关系。材料拉伸断裂韧窝深且大，说明塑性好。7. 钢材拉伸时脆性破坏的特征会什么？ 答：脆性破坏的特征是：钢材在断裂破坏时没有明显的变形征兆，其断口平齐， 呈有光泽的晶粒状。 钢材的脆性破坏可通过采用一种比 标准圆棒试件更粗， 并在其中部位置车有小凹槽 （凹槽处的净截面积 与标准圆棒相同） 的试件进行拉伸破坏试验加以验证。 由于脆性破坏 具有突然性，

5、无法预测，故比塑性破坏要危险得多，在钢结构工程设 计、施工与安装中应采取适当措施尽力避免。8. 影响钢材脆性断裂的因素有哪些？ 答：影响钢材脆性断裂的因素有钢材的质量；钢板的厚度；加荷速度；应力的性质（拉，弯等）和大小；最低使用温度；连接方法；应 力集中程度。9. 什么叫梁的失稳？影响梁的整体稳定的主要因素有哪些？答：梁在荷载作用下，虽然其截面的正应力还低于钢材的强度，但 其变形会突然离开原来的弯曲平面， 同时发生侧向弯曲和扭转，这就 称为梁的整体失稳。影响梁的整体稳定的主要因素有： 梁的侧向抗弯 刚度，抗扭刚度，抗翘曲刚度，梁侧向支撑点之间的距离，梁的截面 形式，横向荷载的形式、在截面上的作

6、用位置等。10. 简述钢材拉伸时的塑性破坏特征。答：塑性破坏的主要特征是塑性破坏前具有较大的塑性变形，常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。 由于塑性破坏前总 有较大的塑性变形发生，且变形持续时间较长，容易被发现和抢修加 固，因此不至发生严重后果。11. 列举防止钢材脆性断裂的措施。答：为了防止钢材的脆性断裂，可以从以下几个方面着手： 裂纹。当焊接结构的板厚较大时（大于 25mm,如果 含碳量高，连接内部有约束作用，焊肉外形不适当，或冷却过快，都 有可能在焊后出现裂纹，从而产生断裂破坏。针对这个问题，把碳控 制在0.22%左右，同时在焊接工艺上增加预热措施使焊缝冷却缓慢， 解决了断裂

7、问题。焊缝冷却时收缩作用受到约束，有可能促使它出现 裂纹。措施是：在两板之间垫上软钢丝留出缝隙，焊缝有收缩余地， 裂纹就不会出现。把角焊缝的表面作成凹形，有利于缓和应力集中。 凹形表面的焊缝，焊后比凸形的容易开裂，原因是凹形缝的表面有较 大的收缩拉应力，并且在 45截面上焊缝厚度最小。凸形缝表面拉 力不大，而45截面又有所增强，情况要好的多。在凹形焊缝开裂 的条件下，改用凸形焊缝，就不再开裂。 应力。 考察断裂问题时， 应力 是构件的实际应力， 它不仅和荷载的大小有关， 也和构造形状及施焊条件有关。 几何形状 和尺寸的突然变化造成应力集中， 使局部应力增高， 对脆性破坏最为 危险。施焊过程造成

8、构件内的残余拉应力，也是不利的。因此，避免 焊缝过于集中和避免截面突然变化，都有助于防止脆性断裂。 材料选用。 为了防止脆性断裂， 结构的材料应该具有 一定的韧性。 材料断裂时吸收的能量和温度有密切关系。 吸收的能量 可以划分为三个区域，即变形是塑性的、弹塑性的和弹性的。要求材 料的韧性不低于弹性， 以避免出现完全脆性的断裂， 也没有必要高于 弹塑性，对钢材要求太高， 必然会提高造价。钢材的厚度对它的韧性 也有影响。厚钢板的韧性低于薄钢板。 构造细部 。发生脆性断裂的原因是存在和焊缝相 交的构造缝隙， 或相当于构造缝隙的未透焊缝。 构造焊缝相当于狭长 的裂纹，造成高度的应力集中， 焊缝则造成高额残余拉应力并使近旁 金属因热塑变形而时效硬化， 提高脆性。 低温地区结构的构造细部应