钢结构答案版

1、1. 钢结构的主要特点和合理应用范围。 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。（9）可靠性高。（10）抗震抗振动性能好。 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。2. 极限状态设计法：两种极限状态及其内容；设计表达式中各分项系数的意义和取值。 我国规范规定，承重结构应按下

2、列两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。（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损坏（包括组合结构中混凝土裂缝）。荷载分项系数S（包括永久、可变荷载分项系数G、Q）和结构构件抗力分项系数R应根据结构功能函数中基本变量的统计参数和概率分布类型，以及表1.3.2规定的结构构件可靠指标，通过计算分析，并考虑工程经验确定。考虑到施加在结构上的可变荷载往往不止一种，这些荷载不可能同时达到各自的最大值

3、，因此，还要根据组合荷载效应分布来确定荷载的组合系数ci和。结构重要性系数0（1.1、1.0、0.9）3. 钢材的两种破坏形式及其主要特点；钢材的静力单向拉伸试验：曲线、四个阶段及其特征值；钢材的理想弹性塑性体的应力应变曲线。 塑性破坏的主要特征是，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。只有当构件中的应力达到抗拉强度后才会发生破坏，破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗。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。钢材塑性破坏前的较大塑性变形能力，可以实现构件和结构中的内力重分布，钢结构的塑性设计就是建立在这

4、种足够的塑性变形能力上。脆性破坏的主要特征是，破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形，而突然迅速断裂。破坏后的断口平直，呈有光泽的晶粒状或有人字纹。由于破坏前没有任何预兆，破坏速度又极快，无法察觉和补救，而且一旦发生常引发整个结构的破坏，后果非常严重，因此在钢结构的设计、施工和使用过程中，要特别注意防止这种破坏的发生。（1）弹性阶段，比例极限P。（2）弹塑性阶段。（3）塑性阶段（屈服阶段），屈服点fy。无明显屈服点时，名义屈服点或f0.2。（4）强化阶段，抗拉强度fu。（5）颈缩阶段，断面收缩率、伸长率。fy（即标准值fk）这前材料为完全弹性体，fy之后则为完全塑性体（忽略应变硬化作用），从而

5、将钢材视为理想的弹塑性材料。4. 钢材的主要机械（力学）性能及其性能指标。强度、塑性、冷弯性能、冲击韧性。5. 影响钢材力学性能（强度、塑性、韧性）的主要因素：化学成分、硬化、温度、应力集中、复杂应力状态。化学成分不利影响或现象有利影响C随着含碳量的增加，塑性和冲击韧性尤其是低温冲击韧性下降，冷弯性能、可焊性和抗锈蚀性能也明显恶化，容易脆断。随着含碳量的增加，钢材的屈服点和抗拉强度提高。S（有害）会产生热脆，降低钢材的冲击韧性、疲劳强度、抗锈蚀性能和焊接性能等。非金属硫化物夹杂经热轧加工后还会在厚钢板中形成局部分层现象，在采用焊接连接的节点中，沿板厚方向承受拉力时，会发生层状撕裂破坏。P严重地

6、降低钢的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能，特别是在温度较低时促使钢材变脆，称为冷脆。提高钢的强度和抗锈蚀能力。Mn（有益）对焊接性能不利，含量不宜过多。提高钢材强度，消除硫对钢的热脆影响，改善钢的冷脆倾向，同时不显著降低塑性和韧性。Si（有益）过量的硅会恶化焊接性能和抗锈蚀性能。常与锰共同除氧，生产镇静钢。适量的硅，可以细化品粒，提高钢的强度，而对塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能无显著不良影响。O（有害）与硫相似会产生热脆现象。N与磷类似。采用特殊的合金组分配时，氮可作为一种合金元素来提高低合金钢的强度和抗腐蚀性。H（有害）氢脆，在破裂面上常见到白点，称为氢白点。含碳量较低且硫、磷含量较少的钢，氢

7、脆敏感性低。钢的强度等级越高，对氢脆越敏感。其他元素钒、铌、钛等元素在钢中形成微细碳化物，加入适量，能起细化晶粒和弥散强化作用，从而提高钢材的强度和韧性，又可保持良好的塑性。铝是强脱氧剂，还能细化晶粒，可提高钢的强度和低温韧性。铬、镍是提高钢材强度的合金元素，用于Q390及以上牌号的钢材中，但其含量应受限制，以免影响钢材的其他性能。铜和铬、镍、钼等其他合金元素，可在金属基体表面形成保护层，提高钢对大气的抗腐蚀能力，同时保持钢材具有良好的焊接性能。镧、铈等稀土元素（RE）可提高钢的抗氧化性，并改善其他性能。时效硬化（老化）：钢材强度提高，塑性和韧性下降。冷作硬化（应变硬化）：屈服点提高，塑性和韧

8、性降低。应变时效硬化：在高温下会快速发展。当温度升高至约100时，钢材的抗拉强度fu、屈服点fy及弹性模量E均有变化。总的情况是强度降低，塑性增大，但数值不大。然而在250左右时，fu却有提高，而塑性和冲击韧性则下降，出现脆性破坏特征，这种现象称为“蓝脆”（因表面氧化膜呈现蓝色）。在蓝脆温度范围内进行热加工，则钢材易发生裂纹。当温度超过250-300时，fy和fu显著下降，而伸长率却明显增大，产生徐变现象。当温度达600时，强度接近为零。应力集中的程度取决于槽口形状的变化。若变化越剧烈，则抗拉强度增长越多，而钢材的塑性降低也越多，脆性破坏的危险性也越大。复杂应力状态下：zs=x2+y2+z2-

9、(xy+yz+zx)+3(xy2+yz2+zx2)=fy 或者以主应力表示为：zs=121-22+2-32+3-12=fy zsfy时，为塑性状态；zs<fy时，为弹性状态。三个主应力1、2、3同号且差值很小时，即使各自都远超过fy，材料也很难进入塑性状态，甚至到破坏时也没有明显的塑性变形，呈现脆性破坏。但是当有一向为异号应力，且同号两个应力相差又很大时，材料即比较容易进入塑性状态，破坏呈塑性特征。6. 钢材疲劳破坏的特征；影响疲劳强度的主要因素；容许应力幅设计法。钢结构的疲劳破坏是微观裂纹在连续重复荷载作用下不断扩展直到达到断裂，故其先决条件是微观裂纹的形成和裂纹部位的应力集中，然后则

10、取决于作用的连续重复荷载所产生的应力因素最大应力、应力幅以及应力循环次数等。（1）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。（2）疲劳破坏的断口与一般脆性断口不同，可分为三个区域：裂纹源、裂纹扩展区和断裂区。（3）疲劳对缺陷（包括缺口、裂纹及组织缺陷等）十分敏感。对大量试验数据进行统计分析表明：控制焊接结构疲劳寿命最主要的因素是构件和连接的构造类型和应力幅，而与应力比无关。应力幅=max-min，是最大拉应力与最小拉应力或压应力的代数差，即当min为压应力时，应取负值。可求得容许应力幅的表达式为：=(Cn)1/式中，C、均为不同构件和连接类别的试验参数。非焊接部位因不存在

11、焊接残余应力的影响，其疲劳强度除与应力幅有关外，且与最大应力max或应力比有关。（1）常幅疲劳计算将应力幅与所需循环次数对应的容许应力幅进行比较，应符合下式要求，即。式中：计算部位的应力幅。对焊接部位为应力幅=max-min；对非焊接部位为应力幅=max-0.7min。（2）变幅疲劳计算由于不同车间内的吊车梁在50年设计基础期内的应力循环次数并不相同，为便于比较，统一按2106循环次数计算出了相应的等效应力幅e。将变幅应力谱中的最大应力幅1看成满负荷工作的常幅设计应力幅，则实际工作的吊车梁的欠载效应的等效系数为：f=e于是重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架的疲劳可作为常幅疲劳，按下式计

12、算：f2×106吊2×106循环次数n为2106次的容许应力幅 f重级工作制硬钩吊车1.0重级工作制软钩吊车0.8中级工作制吊车0.57. 规范推荐采用的钢材牌号及其含义。（1）碳素结构钢的牌号分为Q195、Q215、Q235和Q275等4种。其中Q235钢是规范推荐采用的钢材，属于低碳钢。该牌号钢材又根据化学成分和冲击韧性的不同划分为A、B、C、D共4个质量等级，质量等级按字母顺序由低到高。另外A、B级钢分为沸腾钢、半镇静钢或镇静钢，而C级钢全为镇静钢，D级钢则为特种镇静钢。碳素结构钢的钢号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值（厚度t16mm，单位为N/mm2）、质量等级符号

13、、脱氧方法符号等四个部分组成。符号“F”代表沸腾钢，符号“Z”和“TZ”分别代表镇静钢和特种镇静钢。在具体标注时“Z”和“TZ”可以省略。（2）低合金高强度结构钢的牌号分为Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690等8种牌号，其中Q345、Q390和Q420是规范推荐采用的钢材，质量等级分为A、B、C、D、E共5个等级，质量等级按字母顺序由低到高，A、B级为镇静钢，C、D、E级为特种镇静钢，故这种牌号可不加脱氧方法的符号。（3）建筑结构用钢板的牌号分为Q235GJ、Q345GJ、Q390GJ、Q420GJ和Q460GJ等5种牌号，各强度级别又分为Z向和非Z向

14、钢，Z向钢有Z15、Z25、Z35三个等级。各牌号又按不同冲击试验要求分为不同质量等级。其中Q235GJ、Q345GJ、Q390GJ、Q420GJ为规范推荐采用的钢材。（4）优质碳素结构钢有两大类，一类为普通含锰量的钢，另一类为较高含锰量的钢，两类的钢号均用两位数字表示，它表示钢中的平均含碳量的万分数，前者数字后不加Mn，后者数字后加Mn，如45钢，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素钢；45Mn钢，则表示同样含碳量、但锰的含量也较高的优质碳素钢。8. 选择钢材应考虑的因素；钢材的保证项；承重结构钢材的一般选用方法；钢材的规格。应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作环境、应力状态和钢材厚

15、度等因素综合考虑，选用合适牌号和质量等级的钢材。一般而言，对于直接承受动力荷载的构件和结构、重要的构件或结构、采用焊接连接的结构以及处于低温下工作的结构，应采用质量较高的钢材。对承受静力荷载的受拉及受弯的重要焊接构件和结构，宜选用较薄的型钢和板材构成；当选用的型材或板材的厚度较大时，宜采用质量较高的钢材，以防钢材中较大的残余拉应力和缺陷等与外力共同作用形成三向拉应力场，引起脆性破坏。承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度（通称3项保证）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。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（合称4项保证

16、）。以上规定是规范的强制性条文，是承重结构钢材应具有的强度和塑性性能的基本保证和可焊性保证。对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证。钢板截面的表示方法为在符号“”后加“宽度厚度”。热轧型钢：角钢型号的表示方法为在符号“”后加 “长边宽短边宽厚度”（对不等边角钢），或加“边长厚度”（对等边角钢）。工字钢有普通工字钢、轻型工字钢和H型钢三种。普通工字钢的型号用符号“”后加截面高度的厘米数来表示，20号以上的工字钢，又按腹板的厚度不同，分为a、b或a、b、c等类别，例如20a, 表示高度为200mm，腹板厚度为a类的工字钢。H型钢与普通工字钢相比，其翼缘板的内外表面平行，便

17、于与其他构件连接。H型钢的基本类型可分为宽翼缘（HW）、中翼缘（HM）及窄翼缘（HN）三类。还可剖分成T型钢供应，代号分别为TW、TM、TN。H型钢和相应的6 型钢的型号分别为代号后加“高度H宽度B腹板厚度t1翼缘厚度t2”。槽钢有普通槽钢和轻型槽钢两种。适于作檩条等双向受弯的构件，也可用其组成组合或格构式构件。槽钢的型号与工字钢相似，例如32a, 指截面高度320mm，腹板较薄的槽钢。钢管有无缝钢管和焊接钢管两种。型号可用代号“D”后加“外径d壁厚t”表示，如D1808等。9. 钢结构的连接方法；连接（接头）形式；焊缝形式；焊条选择。钢结构的连接方法可分为焊接连接、铆钉连接、螺栓连接和轻型钢

18、结构用的紧固件连接。焊缝连接形式按被连接钢材的相互位置可分为对接、搭接、T形连接和角部连接四种。这些连接所采用的焊缝主要有对接焊缝和角焊缝。对接焊缝按所受力的方向分为正对接焊缝和斜对接焊缝。角焊缝可分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜焊缝。焊缝沿长度方向的布置分为连续角焊缝和间断角焊缝二种。焊缝按施焊位置分为平焊、横焊、立焊及仰焊。手工电弧焊所用焊条应与焊件钢材（或称主体金属）相适应，例如：对Q235钢采用E43型焊条；对Q345钢采用E50型焊条；对Q390钢和Q420钢采用E55型焊条。焊条型号中字母E表示焊条，前两位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（单位为kgf/mm2），后边还有两位数字或再附加

19、符号，用来表示适用焊接位置、电流、以及药皮类型等。不同钢种的钢材相焊接时，宜采用低组配方案，即宜采用与低强度钢相适应的焊条。10. 对接焊缝与钢材强度设计值的比较；对接焊缝在轴心力作用下的强度计算。三级检验的焊缝的抗拉强度为母材强度的85%，一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材相等。只有受拉的三级焊缝才需要进行计算。当斜焊缝与作用力间的夹角56o（tan1.5）时，其强度超过母材，可不作计算。直焊缝：=Nlwtftw或fcw斜焊缝：=Nsinlwtftw=Ncoslwtfvw上述公式中lw为焊缝计算长度；t为连接件的较小厚度，对T型接头为腹板厚度；ftw、fcw为对接焊缝的抗拉、抗压强度设

20、计值。斜焊缝公式中，加引弧板时，lw=b/sin；不加引弧板时，lw=b/sin-2t；fvw为对接焊缝抗剪强度设计值。11. 角焊缝的构造要求：最大、最小焊脚尺寸；最大、最小焊缝计算长度；搭接连接的构造要求。（1）除了直接焊接钢管结构的焊脚尺寸hf不宜大于支管壁厚的2倍外，hf不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍。板件边缘角焊缝：hfmax1.2t薄 1.5t厚hft厚 (t6mm)t厚-12mm (t>6mm)自动焊熔深大，最小焊脚尺寸可减小1mm，对T型连接的单面角焊缝，应增加1mm。当焊件厚度等于或小于4mm时，则最小焊脚尺寸应与焊件厚度相同。（2）侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf

21、，当大于上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑。这是因为侧焊缝应力沿长度分布不均匀，两端较中间大，且焊缝越长差别越大。当焊缝太长时，虽然仍有因塑性变形产生的内力重分布，但两端应力可首先达到强度极限而破坏。若内力沿测面角焊缝全长分布时，比如焊接梁翼缘板与腹板的连接焊缝，计算长度可不受上述限制。（3）角焊缝的最小计算长度角焊缝的焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝中可能产生的其他缺陷，使焊缝不够可靠。对搭接连接的侧面角焊缝而言，如果焊缝长度过小，由于力线弯折大，也会造成严重应力集中。因此，为了使焊缝能够有一定的承载能力，根据使用经验，侧面角焊缝或正面

22、角焊缝的计算长度均不得小于8hf和40mm，考虑到焊缝两端的缺陷，其实际焊接长度应较前述数值还要大2hf（单位为mm）。（4）搭接连接的构造要求当板件端部仅有两条侧面角焊缝连接时，试验结果表明，连接的承载力与b/lw有关。b为两侧焊缝的距离，lw为侧焊缝长度。当b/lw>1时，连接的承载力随着b/lw比值的增大而明显下降。这主要是因应力传递的过分弯折使构件中应力分布不均匀造成的。为使连接强度不致过分降低，应使每条侧焊缝的长度不宜小于两侧面角焊缝之间的距离，即b/lw1。两侧面角焊缝之间的距离b也不宜大于16t（t>12mm）或200mm（t12mm），t为较薄焊件的厚度，以免因焊缝

23、横向收缩，引起板件发生较大拱曲。在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时，其搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，也不得小于25mm，以免焊缝受偏心弯矩影响太大而破坏。杆件端部搭接采用三面围焊时，在转角处截面突变，会产生应力集中，如在此处起灭弧，可能出现弧坑或咬肉等缺陷，从而加大应力集中的影响。故所有围焊的转角处必须连续施焊。对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续地作长度为2hf的绕角焊。杆件与节点板的连接焊缝宜采用两面侧焊，也可用三面围焊，对角钢杆件可采用L形围焊，所有围焊的转角处也必须连续施焊。12. 角焊缝的应力状态、分布、强度、塑性：侧面角焊缝；正面角焊缝。大量试验结果表明，侧面

24、角焊缝主要承受剪应力。塑性较好，弹性模量低（E=7104N/mm2），强度也较低。传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，呈两端大而中间小的状态。焊缝越长，应力分布越不均匀，但在进入塑性工作阶段时产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和。正面角焊缝受力较复杂，截面的各面均存在正应力和剪应力，焊根处有很大的应力集中。这一方面由于力线的弯折，另一方面焊根处正好是两焊件接触间隙的端部，相当于裂缝的尖端。经试验，正面角焊缝的静力强度高于侧面角焊缝。国内外试验结果表明，相当于Q235钢和E43型焊条焊成的正面角焊缝的平均破坏强度比侧面角焊缝要高出35%以上。低合金钢的试验

25、结果也有类似情况。13. 直角角焊缝在各种力单独作用及其共同作用下的计算。只有正面角焊缝受力时：f=Nhelwfffw只有侧面角焊缝受力时：f=Nhelwffw14. 受轴心力作用的角钢与钢板的连接角焊缝计算：两面侧焊；三面围焊。 只有侧面角焊缝时按 f=Nhelwffw 计算。三面围焊时：（1）用盖板的对接连接1）正面角焊缝承担的内力N=fffwhelw 2）侧面角焊缝承担的内力f=N-Nhelwffw （2）承受斜向轴心力的角焊缝 1）f=Nsinhelw，f=Ncoshelw 2）(ff)2+f2ffw式中f=1.22，动力荷载结构中f=1.0。 （3）承受轴力的角钢端部连接 1）N3=

26、fffwhelw 2）N2=K2N-N32，N1=K1N-N32 3）lw1=N12×0.7hf1ffw，lw2=N22×0.7hf2ffw 4）hf3=N32×0.7lw3fffw，式中lw3=b-h0。 （4）当存在弯矩M时 1）f=Nx2helw+6M2helw，f=NyAe=Ny2helw2）(ff)2+f2ffw，式中f=1.22，动力荷载结构中f=1.0。对于工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘的角焊缝连接，通常只承受弯矩M和剪力V的联合作用。由于翼缘的竖向刚度较差，在剪力作用下，如果没有腹板焊缝存在，翼缘将发生明显挠曲。这就说明，翼缘板的抗剪能力极差。因此，计

27、算时通常假设腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩则由全部焊缝承受。f1=MIwh12fffw式中，M为全部焊缝所承受的弯矩；Iw为全部焊缝有效截面对中性轴的惯性矩；h1为上下翼缘焊缝有效截面最外纤维之间的距离。f2=MIwh22f=V(he2lw2)式中，(he2lw2)为腹板焊缝有效截面积之和；h2为腹板焊缝的实际长度。则腹板焊缝2的端点应按下式验算强度：(f2f)2+f2ffw工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘角焊缝的连接的另一种计算方法是使焊缝传递应力与母材所承受应力相协调，即假设腹板焊缝只承受剪力；翼缘焊缝承担全部弯矩，并将弯矩M化为一对水平力H=M/h1。则翼缘焊缝的强度计算式为：f=Hhe1lw1

28、fffw腹板焊缝的强度计算式为：f=V2he2lw2ffw式中，he1lw1为一个翼缘上角焊缝的有效截面积之和；2he2lw2为两条腹板焊缝的有效截面积。15. 焊接残余应力和焊接残余变形：产生原因；对结构工作的影响。由于不均匀的温度场，导致焊件不均匀的膨胀和收缩，从而使焊件内部残存应力并引起变形。焊接残余应力按其方向可分为纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力三种。焊接残余变形的主要形式有纵向和横向收缩、弯曲变形、角变形和扭曲变形等。焊接应力的影响：（1）对结构静力强度的影响：有焊接应力构件的承载能力和没有残余应力时相同。（2）对结构刚度的影响：构件焊接应力会降低结构的刚度，降低压杆稳

29、定承载力。（3）对低温冷脆的影响：在低温情况下，更易形成冷脆断裂。（4）对疲劳强度的影响：产生阻碍塑性变形的残余应力，材料变脆，裂纹容易产生和开展，疲劳强度也因而降低。焊接变形的影响：不但影响结构的尺寸和外形的美观，而且降低结构的承载能力，引起事故。16. 螺栓的种类；螺栓对栓孔的要求；螺栓排列最大、最小间距的依据；螺栓连接的其他构造要求。普通螺栓，分A、B、C三级。A、B级为精制螺栓，类孔，设计孔径与螺栓杆径应相等。C级为粗制螺栓，类孔，螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大1.53mm。高强度螺栓，分为摩擦型（大1.52.0mm）、承压型（大1.01.5mm）（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小

30、时，钢材有剪断或撕裂的可能。各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和张口现象。（2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。（3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。17. 普通螺栓、高强度螺栓摩擦型抗剪连接的受力工作性能、极限状态和承载力设计值。（1）摩擦传力的弹性阶段，01。（2）滑移阶段，12。（3）栓杆传力阶段，23。（4）弹塑性阶段，34。曲线的最高点即连接的极限承载力。高强度螺栓由于预拉力高，由右图的曲线可见，其上升斜直线段比普通螺栓要高得多，它表明

31、连接弹性性能好，在相对滑移前承载能力高，且剪切变形小，耐疲劳。摩擦型连接受剪高强度螺栓即以摩擦阻力刚被克服、连接即将产生相对滑移作为承载能力的极限状态，即到图中1点。普通螺栓受剪承载力设计值：Nvb=nvd24fvb高强度螺栓摩擦型抗剪连接：Nvb=0.9nfP18. 普通螺栓抗剪连接的破坏形式及其防止破坏方法。受剪螺栓连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有：1）当栓杆直径较小，板件较厚时，栓杆可能先被剪断；2）当栓杆直径较大，板件较薄时，板件可能先被挤坏，由于栓杆和板件的挤压是相对的，故也可把这种破坏叫做螺栓承压破坏；3）端距l1太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏；4）板件可能因螺栓

32、孔削弱太多而被拉断。5）螺栓杆发生弯曲破坏。上述第3种破坏形式由螺栓端距l12d0来保证；第4种破坏属于构件的强度验算来保证；一般情况下，被连接板件总厚度小于5倍螺栓直径时，第5种破坏形式可以避免。因此，普通螺栓的受剪连接只考虑1、2两种破坏形式。19. 普通螺栓、高强度螺栓摩擦型抗剪连接、抗拉连接、抗拉剪连接的计算。（1）普通螺栓：受剪承载力设计值：Nvb=nvd24fvb承压承载力设计值：Ncb=dtfcb式中，nv为受剪面数目；d为螺栓杆直径；t为在不同受力方向中，同一个受力方向承压构件总厚度的较小值；fvb、fcb分别为螺栓的抗剪和承压强度。当连接长度l115d0（d0为螺孔直径）时，

33、即所需螺栓数n为：n=NNminb式中，Nminb为一个螺栓受剪承载力设计值与承压承载力设计值的较小值。当连接长度l1>15d0时，承载力设计值需乘以折减系数：=1.1-l1150d00.7则对长连接，所需抗剪螺栓数为：n=NNminb假定拉应力在螺栓螺纹处截面上均匀分布，因此单个螺栓的抗拉承载力设计值为：Ntb=Aeftb=de24ftb当外力N通过螺栓群形心时，假定每个螺栓所受的拉力相等，因此连接所需的螺栓数目为：n=NNtb当螺栓群小偏心受拉时，中和轴应取在螺栓群的形心轴O处，螺栓内力按三角形分布（上部螺栓受拉，下部螺栓受压），即每个螺栓i所受拉力或压力NiM的大小与该螺栓至中和轴

34、的距离yi成正比，即：Nmax=N/n+Ney1/yi2NtbNmin=N/n-Ney1/yi20中和轴假定在（弯矩指向一侧）最外一排螺栓的位置。当螺栓群大偏心受拉时，即e>=yi2/(ny1)时，在端板底部将出现受压区，偏安全取中和轴位于最下排螺栓O处，则：Ni=Neyi/yi2N1=Ne'y'1/yi2Ntb同时受拉剪作用时，需同时满足：(NvNvb)2+(NtNtb)21NvNcb式中Nv、Nt为一个螺栓所承受的剪力和拉力设计值；Nvb、Ntb为一个螺栓的螺杆抗剪和抗拉承载力设计值；Ncb为一个螺栓的孔壁承压承载力设计值。（2）高强度螺栓摩擦型所需螺栓数目：nNNm

35、inb，式中Nminb是相应连接类型的单个高强度螺栓受剪承载力的最小值。 nNNtb，式中Ntb为在杆轴方向受拉力时，一个高强度螺栓的承载力设计值。受剪：Nvb=0.9nfP受拉：Ntb=0.8P偏心受拉时最大拉力及其验算式为：N1=Nn+Neyi2y1Ntb受剪拉联合作用时：NvNvb+NtNtb120. 梁的强度计算：抗弯、抗剪、局部承压、折算应力；梁的刚度要求。梁抗弯强度应满足：MxxWnxfyR=f式中，R为材料抗力分项系数，对Q235钢取1.087，对Q345、Q390、Q420钢取1.111。对双向受弯的梁，其强度应满足：MxxWnx+MyyWnyf式中My、Wny、y分别为作用在

36、截面上绕y轴的弯矩、绕y轴的净截面模量和相应的塑性发展系数。的取值为：（1）对有平翼缘板的一侧取1.05；（2）对无翼缘板的一侧取1.20；（3）对圆管边缘取1.15；（4）对格构式构件的虚轴取1.0。实腹梁截面上的剪应力为：=VySxIxtw，maxfv式中，Vy为计算截面y轴主平面内的剪力；Sx为计算剪应力处以上（或以下）截面对中和轴x轴的面积矩；Ix为绕x轴的毛截面惯性矩；tw为计算点处板件的厚度。腹板边缘的局部压应力计算公式：c=Ftwlzf式中，F集中荷载，对动力荷载应考虑动力系数； 集中荷载增大系数，对重级工作制吊车梁，=1.35；其他梁及支座处=1.0。 lz集中荷载在腹板计算高

37、度上边缘的假定分布长度，按下式计算：跨中集中荷载：lz=a+5hy+2hR梁端支反力处：lz=a+2.5hy+b式中，a为集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，对钢轨上的轮压可取为50mm；hy为自梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离；hR为轨道的高度，对梁顶无轨道的梁hR=0；b为梁端到支座板外边缘距离，如果b 大于2.5hy，取2.5hy；f为钢材的抗压强度设计值。梁在设计中危险点处的折算应力z应满足：z=2+c2-c+321f式中，、c为腹板计算高度边缘同一点上同时产生的正应力、剪应力和局部压应力，和c以拉应力为正，压应力为负。、c分别按公式=VySxIxtw、c=Ftwlz计算，按下式计算：=M

38、xIny1式中，In为梁净截面惯性矩；y1为所计算点至梁中和轴的距离；1为计算折算应力时的强度设计值增大系数，考虑到梁的某一截面处腹板边缘的折算应力达屈服时，仅限于局部，所以设计强度予以提高；同时也考虑到异号应力场将增加钢材的塑性性能，因而1可取得大一些；故当和c异号时，取1=1.2；当和c同号或 c=0时，取1=1.1。21. 梁丧失整体稳定的现象、原因和实质；影响梁整体稳定承载力的因素；提高梁整体稳定承载力的措施。（1）梁在偶然的很小侧向干扰力作用下，会实然向刚度较小的侧向弯曲，并伴随扭转。此时若除去侧向干扰力，侧向弯扭变形也不再消失。若弯矩再略增加，则弯扭变形将迅速增大，梁也随之失去承重

39、能力，这种现象称为梁丧失整体稳定。因此梁的失稳是从稳定平衡状态转变为不稳定平衡状态，并产生侧向弯扭屈曲。两种平衡状态过渡时梁所能承受的最大弯矩和截面的最大弯曲压应力称为临界弯矩Mcr和临界应力cr。（2）影响梁整体稳定的因素从以上分析可以看出截面的侧向抗弯刚度EIy、抗扭刚度GIt和翘曲刚度EI越大，临界弯矩越高；梁两端的支承条件对临界弯矩也有不可忽视的影响，约束程度越高，临界弯矩越高；构件侧向支承点间的距离l1越小，临界弯矩越大；梁的整体失稳是由受压翼缘侧向失稳引起，受压翼缘宽大的截面，临界弯矩高一些。此外，荷载的种类和作用位置对临界弯矩也有不可忽视的影响，弯矩图饱满的构件，临界弯矩低些；荷

40、载作用的位置越高对梁的整体稳定也越不利。（3）增强梁整体稳定的措施从影响梁整体稳定的因素来看可以采用以下办法增强梁的整体稳定性：1）增大梁截面尺寸，其中增大受压翼缘的宽度是最为有效的；2）增加侧向支撑系统，减小构件侧向支承点间的距离l1，侧向支撑应设在受压翼缘处，按第6章的方法将受压翼缘视为轴心压杆计算支撑所受的力。3）当梁跨内无法增设侧向支撑时，宜采用闭合箱形截面，因其Iy、It和I均较开口截面的大。4）增加梁两端的约束提高其稳定承载力。在公式（4.4.14）、（4.4.19）中我们认为支座是夹支支座，因此在实际设计中，我们必须采取措施使梁端不能发生扭转。在以上措施中没有提到荷载种类和荷载作

41、用位置，这是因为在设计中它们一般并不取决于设计者。22. 梁整体稳定的计算：计算公式；稳定系数公式中各符号的意义和取值方法；弹塑性阶段的稳定系数；不必验算整体稳定的条件。（1）计算公式：1）在最大刚度主平面内单向受弯的梁：=MxWxcrR=crfyfyR=bf 或MxbWxf式中，b=crfy=McrMy 梁的整体稳定性系数； Mx绕强轴（x轴）作用的最大弯矩； Wx按受压纤维确定对x轴梁毛截面模量。2）在两个主平面内受弯的H型钢截面或工字形截面梁：MxbWx+MyyWyf式中，My绕弱轴（y轴）作用的弯矩； Wy按受压纤维确定对y轴梁毛截面模量。3）单轴对称工字形截面：b=b4320y2Ah

42、Wx1+yt14.4h2+b235fy式中，b=b/b等效临界弯矩系数； b截面不对称影响系数： 对双轴对称工字形截面和H型钢，b=0； 对单轴对称工字开截面，b=0.82b-1 加强受压翼缘2b-1 加强受拉翼缘 式中，b=I1/(I1+I2)，I1、I2分别是受压翼缘和受拉翼缘对y轴的惯性矩。 y梁在侧向支承点间绕y轴的长细比，y=l1/ly，ly为梁毛截面对y轴的回转半径； A梁的毛截面面积； t1受压翼缘的厚度。当b>0.6时梁已进入弹塑性阶段，应采用下式对b进行修正，用'b代替b。0.6<'b=1.07-0.282b1.0（2）在以下情况梁的整体稳定不需验

43、算：1）当有铺板（各种钢筋混凝土板和钢板）密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连，能阻止梁的受压翼缘侧向位移时。2）前面已经提到影响钢梁整体稳定性的主要因素是受压翼缘侧向支承点的间距l1和受压翼缘的平面内刚度，因此主要取决于l1和b1。经过计算发现，对于H型钢截面或工字形截面简支梁当l1/b1满足表4.4.3要求时可不验算整体稳定，因为此时的'b已大于1。3）重型吊车梁和锅炉构架大板梁有时采用箱形截面（图4.4.5），这种截面抗扭刚度大，只要截面尺寸满足h/b06，l1/b195(235/fy)就不会丧失整体稳定。表4.4.3 H型钢或工字形截面简支梁不需计算整体稳定的最大l1/b1值钢号

44、跨中无侧向支承点的梁跨中受压翼缘有侧向支承点的梁，无论荷载作用于何处荷载作用于上翼缘荷载作用于下翼缘Q23513.020.016.0Q34510.516.513.0Q39010.015.512.5Q4209.515.012.023. 单向弯曲型钢梁的设计方法：截面选择；截面验算。（1）根据梁的荷载、跨度和支承情况，计算梁的最大弯矩设计值Mmax，并按所选的钢号确定抗弯强度设计值f。（2）按抗弯强度或整体稳定性要求计算型钢需要的截面模量：Wnx=Mxxf然后在型钢规格表中选择截面模量接近Wnx的型钢作为试选截面。（3）截面验算：1）强度：抗弯强度。抗剪强度。局部承压强度。由于型钢梁的腹板较厚，故

45、一般均能满足抗剪强度和局部承压强度的要求，因此，若在最大剪力处截面无太大削弱，一般均可不作验算。折算应力亦可不作验算。2）整体稳定。若没有能够阻止梁受压翼缘侧向位移的密铺铺板和支承时，计算整体稳定性。3）刚度计算。24. 焊接工字形截面组合梁的设计方法：截面选择的内容；确定截面各主要尺寸需考虑的因素；截面验算。（1）梁高估算。梁的截面高度h应根据建筑设计容许的最大高度、刚度要求的最小高度和用钢经济的经济高度三方面条件确定。（2）腹板尺寸。腹板厚度应满足下式抗剪强度要求。tw1.2Vmaxhwfv 为满足构造要求和局部稳定，常按下列经验公式估算：tw=hw3.5（3）翼缘尺寸。由Wnx=Mxxf

46、 求得需要的净截面模量，则整个截面需要的惯性矩为：Ix=Wnxh2由于腹板尺寸已确定，其惯性矩为：Iw=112twh03则翼缘需要的惯性矩为：It=Ix-Iw2bt(h0/2)2由上式得：bt=2(Ix-Iw)h02翼缘宽度b或厚度t只要定出一个，就能确定另一个。b通常取(1/31/5)h，同时为保证局部稳定b/tb/30fy/235，如果截面考虑发展部分塑性则b/tb/26fy/235。选择b和t时要符合钢板规格尺寸，一般b取10mm的倍数，t取2mm的倍数，且不小于8mm。根据试选截面，计算截面各种几何特性，然后进行强度、刚度和整体稳定验算。验算方法与型钢梁相似，可按有关公式进行。局部稳定

47、（腹板加劲肋的配置）计算。25. 组合梁腹板加劲肋的配置原则（规定）；各种原则（规定）的依据；加劲肋有哪几种，它们各自有什么作用；腹板考虑屈曲后强度的基本概念；受压翼缘的宽厚比限值；支承加劲肋的设计计算。（1）参考各种应力单独作用时的临界高厚比，以及考虑同时可能还有其他应力的作用，规范规定：1）当h0/tw80235fy时，c=0腹板局部稳定能够保证，不必配置加劲肋；对吊车梁及类似构件（c0），应按构造配置横向加劲肋，其间距不大于2h0。2）当h0/tw>80235fy时，应配置横向加劲肋，用来防止因剪应力产生的屈曲。3）当h0/tw>170235fy（受压翼缘扭转受到约束，如连有

48、刚性铺板或焊有铁轨时）或h0/tw>150235fy（受压翼缘扭转未受到约束时），或按计算需要时，除配置横向加劲肋外，还应在弯矩较大的受压区配置纵向加劲肋，用来防止因弯曲压应力产生的屈曲。局部压应力很大的梁，必要时尚应在受压区配置短加劲肋。任何情况下（包括考虑腹板屈曲后强度的设计）h0/tw均不宜超过250235fy，以免高厚比过大时产生焊接翘曲变形。在本条中的h0为腹板的计算高度，对单轴对称梁，h0应取为腹板受压区高度hc的2倍。对双轴对称截面，2hc=h0。4）梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋。当腹板高厚比h0/tw85235fy时，腹板在剪应力作用下不会失

49、稳；当h0/tw177235fy（受压翼缘扭转受到约束时）或h0/tw80235fy（受压翼缘扭转未受到约束时），在弯曲压应力作用下不会失稳；当h0/tw84235fy时，在局部压应力c作用下不会失稳。也可以说，当h0/tw84235fy时，在三种应力的单独作用下腹板均不会丧失局部稳定。（2）根据腹板高厚比h0/tw的比值，采取配置加劲肋是保证腹板局部稳定的最有效方法。具体做法是根据腹板在各种应力作用下的屈曲特征，在相应的凹凸变形部位，设置横向加劲肋或纵向加劲肋、短加劲肋以及支承加劲肋（实际是承受固定集中荷载或支座反力的横向加劲肋）等。（3）腹板屈曲后有继续承载更大的荷载的能力，利用腹板屈曲后

50、强度的梁，其腹板高厚比可放宽至250都不需设置纵向加劲肋。规范推荐将其用于承受静力荷载或间接承受动力荷载的组合梁。对吊车梁等直接承受动力荷载的梁，由于腹板反复屈曲可能引起腹板边缘产生疲劳裂纹，且有关资料还不充分，故暂不采用，即仍需按上一节内容配置腹板加劲肋并验算局部稳定。（4）梁宽度b与其厚度t之比的限值为（塑性设计）：bt13235fy如梁按弹性设计时可放宽至：bt15235fy（5）支承加劲肋的设计：外伸长度：bsh030+40mm厚度：tsbs151）腹板平面外的稳定性：取轴心受压构件截面为加劲肋和加劲肋每侧15tw235/fy范围的腹板，在梁端不若不中此数时，可取实际长度。计算长度取腹

51、板高度h0。由于在腹板平面内不可能失稳，故仅按下面公式计算其在腹板平面外的稳定性：NAf式中，N集中荷载或支座反力； 轴心受压构件的稳定系数，由z=l0/iz确定，iz=Iz/A绕腹板z轴的回转半径。2）端面承压强度：当支承加劲肋的端部为刨平顶紧时，应按所承受的支座反力面承压应力：=NAcefce式中，Ace端面承压面积，即支承加劲肋与翼缘或突缘式加劲板与柱顶的接触面积； fce钢材端面承压（刨平顶紧）强度设计值。当支承加劲肋的端部为焊接时，应计算焊缝强度。3）支承加劲肋与腹板的连接焊缝：按承受的支座反力或集中荷载进行计算，并假定应力沿焊缝全长均匀分布。26. 轴心受力构件的强度计算；轴心受力

52、构件的刚度要求。对无孔洞等削弱的轴心受力构件，以全截面平均应力达到屈服强度为强度极限状态，应按下式进行毛截面强度计算：=NAf式中，N为构件的轴心力设计值；f为钢材抗拉强度设计值或抗压强度设计值；A为构件的毛截面面积。对有孔洞等削弱的轴心受力构件，在孔洞处截面上的应力分布是不均匀的，靠近孔边处将产生应力集中现象。对这种受拉构件，其承载能力极限状态要分两种情况考虑：（1）毛截面屈服。计算同上。（2）净截面拉断。因此按下式进行净截面强度计算：=NAnf式中，An为构件的净截面面积。对有螺纹的拉杆，An取螺纹处的有效截面面积。当轴心受力构件采用普通螺栓（或铆钉）连接时，若螺栓（或铆钉）为并列布置（图

53、6.2.2a），An按最危险的正交截面（-截面）计算；若螺栓错列布置（图6.2.2b），构件既可能沿正交截面-破坏，也可能沿齿状截面-或-破坏。截面-或-的毛截面长度较大但孔洞较多，其净截面面积不一定比截面-的净截面面积大。An应取-、-或-截面的较小面积计算。对于高强度螺栓摩擦型连接的构件，可以认为连接传力所依靠的摩擦力均匀分布于螺孔四周，故在孔前接触面已传递一半的力（图6.2.3）。因此，最外列螺栓处危险截面的净截面强度应按下式计算：=N'Anf式中，N'=N(1-0.5n1/n)；n为连接一侧的高强度螺栓总数；n1为计算截面（最外列螺栓处）上的高强度螺栓数目；0.5为孔前

54、传力系数。对于高强度螺栓摩擦型连接的构件，除按上式验算净截面强度外，还应验算毛截面强度。轴心受力构件的刚度计算应满足：=l0i式中，构件最不利方向的细长比，一般为两主轴方向长细比的较大值； l0相应方向的构件计算长度，按各类构件的规定取值； I相应方向的截面回转半径； 受拉构件或受压构件的容许细长比。27. 轴心受压的失稳（屈曲）形式及其与构件截面形式的关系；影响轴心受压构件稳定承载力的因素。屈曲变形分为弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲三种形式。对于一般双轴对称截面的轴心压杆，其屈曲形式一般为弯曲屈曲，只有某些特殊截面如薄壁十字形截面，在一定条件下才可能产生扭转屈曲。单轴对称截面如角钢、槽钢和T形钢或双板T形截面等，因其截面只有一个对称轴，截面的形心O和剪切中心S不重合，故当杆件绕截面的对称轴弯曲的同时，必然会伴随扭转变形，产生弯扭屈曲