钢结构设计原理

一、填空1、钢材的力学性能或机械性能有钢材的（强度）、（塑性）、（冲击韧性）、（冷弯性能）。2、 碳素结构钢的牌号由（代表屈服点的字母Q）、（屈服点的数值N/mm2）、（质量等级符号）、（脱氧方法符号）。3、 钢结构所用的钢材主要为（热轧型的钢板）、（型钢）、（冷弯成型的薄壁型钢）。4、 冶炼钢材时，按脱氧程度的不同分为（沸腾钢）、（半镇静钢）、（镇静钢）、（特殊镇静钢）。5、 梁的强度包括（抗弯强度）、（抗剪强度）、（梁的局部承压强度）、（折算应力）。6、 钢结构是用钢板、（热轧型钢）或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的。7、 钢结构的力学特点是（材质均匀），和力学计算的假定比较符合。8、 应力集中将会导致构件发生（脆性破坏）。9、 当温度t<0度时，随着温度下降，钢材的冲击韧性值会（降低）。10、 按规范GB50017-2003设计工字形截面梁考虑截面部分塑性发展时，受压翼缘的外伸宽度与厚度之比不Q235f超过（13）' 。11、 根据钢结构构件的稳定问题通常表现为三个特点：（多样性）、（整体性）和（相关性）。12、 对于正常使用极限状态，压弯构件也是通过限制其（长细比）来满足要求。13、 钢结构的连接方式分为：（焊缝链接）、（铆钉链接）和（螺栓连接）。14、 钢结构的连接方法中螺栓连接不可以在直接承受（动力）荷载的构件中应用。15规范规定，当叫焊缝的有效截面面积相等时，受静力荷载作用时正面脚焊缝的承载力是侧面脚焊缝的（1.22）倍。16、 我国在建筑钢结构中主要采用的钢材为碳素结构钢和（低合金高强度）结构钢。17、 钢结构相对其它结构具有（结构自重轻）的特点。18、 钢结构的建造分为（工厂制造）和（工地安装）。19、 型钢有（热轧成型）和（冷弯成型）两大类。20、 反映钢材质量的主要力学指标有：（屈服强度）、（抗拉强度）、（伸长率）、（冷弯性能）和（冲击韧性）。21、 遇到使梁受扭的工作场合，宜采用（封闭式）截面。22、 对多层钢结构框架整体的正常使用状态，规范规定主要控制的是（结构顶点侧移量）和（层间侧移量）。23、 对于正常使用极限状态，我国现规范和规程中只限定（变形）和（振动）两个方面。24、 焊缝根据连接形式分为（对接焊缝）和（角焊缝）。25、 普通螺栓连接的破坏形式中，钢板被剪断和（螺栓弯曲）情况是属于构造破坏，无须计算。26、 钢结构常用焊接方法：（手工电弧焊）、（埋弧焊）、（气体保护焊）。27、 焊缝连接形式：（对接连接）、（搭接连接）、（T形连接）、（角部连接）。28、 焊缝种类：（对接焊缝）、（角焊缝）、（组合焊缝）。二、名词解释1、 塑性破坏：是指构件产生明显的变形、应力达到材料的极限强度后而发生的破坏，破坏断口呈纤维状，色泽发暗，破坏前有较大的塑性变形，而变形持续时间长，容易及时发现并采取有效补救措施，通常不会引起严重后果。2、 脆性破坏：是在塑性变形很小，甚至没有塑性变形的情况下突然发生的，破坏时构件的破坏的计算应力可能小于钢材的屈服点fy,破坏的断口平齐并呈有光泽的晶粒状。3、 强度：钢材的强度指标主要有屈服强度（屈服点）fy和抗拉强度fu。4、 塑性：是指钢材在应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形（弹性变形）而不立即断裂的性质。5、 冲击韧性：是指钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，是衡量钢材抵抗动力荷载能力的指标，它是强度和塑性的综合表现。6、 冷弯性能：是指钢材在常温下加工发生塑性变形时，对产生裂纹的抵抗能力。7、 可焊性：是指在一定的焊接工艺条件下，钢材经过焊接后能获得良好的焊接接头的性能。8、 时效硬化：是指钢材随时间的增长，钢材强度（屈服点和抗拉强度）提高，塑性降低，特别是冲击韧性大大降低的现象。9、 冷作硬化：是指当钢材冷加工（剪、冲、拉、弯等）超过其屈服强度卸载后，出现残余塑性变形，再次加载时弹性极限（或屈服点）提高的现象。10、 蓝脆：钢材的性能受温度的影响，在250°C左右时，钢材出现抗拉强度提高，冲击韧性下降的现象，称为蓝脆现象。11、 低温冷脆：在0°C以下，当温度降到某一值时，钢材的冲击韧性突然急剧下降，试件发生脆性破坏，这种现象称为低温冷脆现象。12、 疲劳破坏：钢材在连续反复荷载作用下，虽然应力还低于极限抗拉强度，甚至低于屈服强度，仍会发生突然的脆性破坏，称为疲劳破坏。13、 低合金钢：是指在炼钢过程中添加一种或几种少量合金元素，其总量低于5%的钢材。14、 焊缝缺陷：是指焊接过程中产生焊缝金属或临近热影响区钢材表面或内部的缺陷。15、 梁的局部失稳：组合梁一般由翼缘和腹板等板件组成，如果这些板件宽（高）而薄，板中压应力或剪应力达到某一数值后，受压翼缘或腹板可能偏离其平面位置，出现波形凹凸曲线，这种现象称为梁的局部失稳。简答1．钢结构的特点：（1）.钢结构质量轻，强度高（2）.钢板具有良好的塑性和韧性（3）.钢材材质均匀，更接近匀质等向体（4）.钢材具有不渗透性，便于作成密闭结构（5）.钢结构制造简便，施工周期短，集配性良好（6）.钢材耐腐蚀性差，应采取保护措施（7）.钢材耐热但不耐火2．钢结构的应用范围：（1）.大跨度空间结构（2）.重型工业厂房结构（3）.受动力荷载作用的结构（4）.可拆卸的移动结构（5）.高耸结构和高层建筑（6）.轻型钢结构（7）.容器及其他构筑物3．钢结构的发展趋势：（1）.采用新的高性能钢材（2）.深入研究结构的真实极限状态（3）.开发新的结构形式（4）.钢结构制造和施工技术的研究（5）.结构和构件计算技术的研究改进4．钢材的工作性能可分成的几个阶段：（1）.弹性阶段（2）.弹塑性阶段（3）.屈服阶段（4）.强化阶段（5）颈缩阶段5．塑性破坏：指构件产生明显的变形，应力达到材料的极限强度后而发生的破坏脆性破坏：在塑性变形很小，甚至没有塑性变形的情况下突然发生的破坏6.钢材的强度指标：主要有屈服强度fy和抗拉强度fu7．钢结构对钢材性能的的要求：（1）.较高的强度（2）.良好的塑性（3）.冲击韧性好（4）.合格的冷弯性能（5）.可焊性好疲劳破坏：钢材在连续反复荷载作用下，虽然应力还低于极限抗拉强度，甚至低于屈服强度，仍会发生突然的脆性断裂，称为疲劳破坏。影响疲劳破坏的因素：（1）.反复荷载引起的应力种类（2）.应力循环特征和应力幅（3）.循环次数（4）.应力集中10.焊缝连接的优缺点：优点：（1）.适用于任何形状（2）.截面不易削弱（3）.省工省料（4）.易于密闭（5）.无噪音缺点：（1）.焊接周围材质易变质（2）.易于产生残变、残余应力（3）.塑性韧性差，易脆变螺栓连接的优缺点：优点：（1）.安装方便，使用于工地安装连接（2）.便于拆卸，适用于临时拼接缺点：（1）.制造工作量大（2）.截面被削弱（3）.费料轴心受拉杆件的截面选择的原则：（1） .强度要求，即构件的截面面积，要满足强度要求（2） .制作和安装的要求，即构件的截面形式要简便且便于制造和现场安装（3） .刚度要求，即构件的截面要尽量开展，使其在两个主轴方向具有较大的回转半径（4） .经济要求，即适当选择整体稳定性好的截面形式，且两个主轴都如此影响轴心受压构件稳定的因素：构件的初弯曲、荷载作用的初偏心、截面的纵向残余应力以及构件的端部约束条件等轴心受压构件整体失稳的形式：弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲轴心受力构件局部稳定的设计原则：（1）•工字形截面的局部稳定（2）•箱型截面的局部稳定（3）.T形截面的局部稳定（4）.圆管的局部稳定实腹式轴心受力构件的设计原则和截面设计步骤：设计原则：（1）用料经济（2）便于与构件进行连接（3）取材方便，制造简单（4）便于运输截面设计步骤：（1）•准备工作：确定钢材的截面形式和型号、轴心压力设计值、杆件的长度、并据此查出相应的计算长度系数、抗压强度设计值（2）•确定杆件的长细比（3）•截面尺寸的确定（4）截面几何特征值（5）轴心受压构件的验算简述梁截面分类，型钢及组合截面应优先选用哪一种，为什么？工字形截面、箱式截面、T形截面型钢梁构造简单，制造省工，成本较低，因而优先选取。18•梁的强度计算所包含的内容：（1）.梁的抗弯强度（2）.梁的抗剪强度（3）.梁的局部承压强度 （4）.折算应力若设计钢梁与混凝土组合而成的简支组合梁应如何受力才为合理截面？其中钢与混凝土接触面受力如何？使材料在截面上分布合理，节省钢材，利用混凝土受压，钢材受拉，并且由于侧向刚度大的混凝土板与钢梁组合连接在一起，很大程度上避免了钢梁容易发生整体失稳和局部失稳的弱点。梁的整体失稳和影响梁的整体失稳的主要因素：当荷载增大到某一数值后，梁在弯矩作用平面内的弯曲的同时，将突然发生侧向弯曲和扭转，并丧失继续承载的能力，这种现象称梁的整体失稳。主要因素：截面的剪切中心、自由扭转、约束扭转。如何提高梁的整体稳定性？其最有效而经济的方法是什么？当梁上有密铺的刚性铺板时，应使之与梁的受压翼缘牢固相连；若五刚性铺板或铺板与梁受压翼缘连接不可靠，则应设置平面支撑。当梁的整体稳定承载力不足时，可采用加大梁的截面尺寸或增加侧向支撑的方法予以解决，前一种方法中由以增大受压翼缘的宽度最有效。梁的拼接焊缝位置如何合理确定？拼接位置宜放在弯矩较小处。焊接组合梁的工厂拼接，翼缘和腹板的拼接位置最好错开，并用直对接焊缝相连。梁的工地拼接应使用翼缘和腹板基本上在同一截面除断开，一边分段运输。23、轴心受力构件的截面形式：(1)实腹式：热轧型钢截面、冷弯薄壁型钢截面、用型钢或钢板链接而成的组合截面。(2)格构式组合截面。24、缀件的作用：(1)使型钢连成体系来受力。(2)承受虚轴弯曲时产生的剪力。25、构件的长细比过大产生的不利因素：(1)长细比过大，会使构件在受力之前就产生较大的变形，如在运输、安装等过程中。(2)长细比过大，会使结构在动力荷载作用下产生较大的振动。(3)长细比过大，易使构件产生初弯曲，从而降低构件的极限承载力，并给整体稳定性带来不利影响。(4)长细比过大，还会使构件在使用过程中因其自重等原因产生较大的变形，从而降低承载力。26、理想的轴心受压构件假定：(1)构件为理想构件，两端为铰接。(2)轴心压力作用于构件两端。(3)弯曲时变形很小。(4)屈曲时轴线挠曲成正弦半波曲线，截面仍保持平面。27、实腹式轴心受压构件设计原则：(1)等稳定性原则：实现两主轴稳定性相同。(2)宽肢薄壁原则：在足局部稳定和使用时尽量使面积远离主轴。28、格构式构件：用两个型钢作为支架，采用缀件连接的型钢的两个分支组成的上下截面不贯通的构件。29、 工字型截面压弯构件在N,Mx作用下的截面应力发展过程：(1)边缘纤维的最大压应力达到屈服点以前，整个截面都处于弹性工作状态。(2)受压较大的一侧应力达到屈服强度后继续加载，，部分材料进入塑性状态,而另一侧尚未屈服。(3)两侧均出现部分塑性区。(4)全截面进入塑性状态,即截面出现“塑性铰”,此时截面达到承载能力的极限状态。(图在168页)30、 实腹式压弯构件截面的初步确定：(1)首先假定长细比入x,入x通常在60~100之间。(2)由及lox计算回转半径ix。(3)由ix根据附录计算截面高度h。(4)计算A/W1x。(5)计算所需截面面积A。(6)求解弯矩作用平面内对最大受压纤维所需的毛截面模量W1x(7)求解平面外整体稳定系数uy(8)由uy及构件截面类别，按附录查出对应的长细比入y,并由入y和loy计算回转半径iy和截面宽度b(9)根据截面高度h、宽度b和截面面积A初步确定截面。31、 影响钢材性能的主要因素：(1)化学成分：有利元素：碳、锰、硅；有害元素：硫(发生热脆、)磷(冷脆)、氧(热脆)、氮(冷脆)。(2)冶炼(方式：平炉和氧气吹顶转炉)、轧制(有利)和热处理。(3)钢材的硬化(时效硬化和冷作硬化)(4)温度的影响(5)复杂应力状态(6)应力集中的影响(7)反复荷载作用32、 疲劳破坏的原因：存在局部薄弱处反复应力集中ozs〉fy塑性变形时间增长，次数增加微观裂缝积累裂缝扩展截面削弱疲劳破坏。(箭头表示)33、 为什么焊脚尺寸和焊缝长度不能过大和过小？最小焊脚尺寸：为了保证焊缝的最小承载力,并防止焊缝因冷却过快而产生裂缝。最大焊脚尺寸：为了避免施焊时热量输入过大,减小焊缝收缩时产生较大的焊接残余变形和三向焊接残余应力。角焊缝最小计算长度：角焊缝的长度较小时,焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近,再加上其他焊缝缺陷或尺寸不足将影响其承载力,使焊缝不够可靠。侧面角焊缝最大计算长度：过长的侧面角焊缝沿长度方向的应力分布严重不均匀,两端大而中间小。34、 加劲肋的种类和作用：(1)、横向加劲肋：主要防止由剪力和局部压应力可能引起的腹板失稳(2)、纵向加劲肋：主要防止由弯曲应力可能引起的腹板失稳(3)、短加劲肋：主要防止由局部压应力可能引起的腹板失稳(4)、支撑加劲肋：设在梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处35、 焊接残余应力的分类：(1)、纵向焊接残余应力(2)、横向残余应力(3)、沿焊缝厚度方向的残余应力(4)、约束状态下产生的残余应力36、 试说明钢梁在荷载作用下的工作阶段及Me和Mp的意义：(1)、弹性工作阶段(2)、弹塑性工作阶段(3)、塑性工作阶段(4)、应变硬化工作阶段Me 截面最外纤维应力达到屈服强度时的弯矩。Mp 截面全部屈服时的弯矩。37、 对钢结构轴心受力构件截面形式的要求有哪些？(1)、能提供强度所需要的截面积(2)、制作比较简便(3)、便于和相邻构件的连接(4)、截面开展而壁后较薄38、 影响轴心受力构件的整体稳定的因素主要有哪些方面？(1)、纵向残余应力(2)、构件初弯曲(3)、构件初偏心(4)、杆端约束39、 试回答可不验算梁整体稳定的所需