鋼結(jié)構(gòu)形成性考核冊答案

1、三、簡答題1、鋼結(jié)構(gòu)和其他材料的結(jié)構(gòu)相比具有哪些特點(diǎn)？答：（ 1）建筑鋼材強(qiáng)度高，塑性和韌性好；（ 2）鋼結(jié)構(gòu)的重量輕；（ 3）材質(zhì)均勻，與力學(xué)計(jì)算的假定比較符合；（ 4）鋼結(jié)構(gòu)制作簡便，施工工期短；（ 5）鋼結(jié)構(gòu)密閉性好；（ 6）鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差；（ 7）鋼材耐熱不耐火；（ 8）鋼結(jié)構(gòu)可能發(fā)生脆性斷裂。2. 鋼材“耐熱不耐火”的含義是什么？規(guī)范對其有何規(guī)定？答：鋼材受熱，當(dāng)溫度在 200以內(nèi)時(shí)，其主要力學(xué)性能，如屈服點(diǎn)和彈性模量降低不多。溫度超過200后，材質(zhì)發(fā)生較大變化，不僅強(qiáng)度逐步降低，還會(huì)發(fā)生藍(lán)脆和徐變現(xiàn)象。溫度達(dá)600時(shí)，鋼材進(jìn)入塑性狀態(tài)不能繼續(xù)承載。因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定鋼材表面

2、溫度超過 150后即需加以隔熱防護(hù)，對需防火的結(jié)構(gòu)，應(yīng)按相關(guān)的規(guī)范采取防火保護(hù)措施。3、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿足的功能包括哪些方面？答：（ 1）應(yīng)能承受在正常施工和正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種情況，包括荷載和溫度變化、基礎(chǔ)不均勻沉降以及地震作用等；（ 2）在正常使用情況下結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能；（ 3）在正常維護(hù)下結(jié)構(gòu)具有足夠的耐久性；（ 4）在偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。4、時(shí)效硬化和人工時(shí)效各指什么？答：時(shí)效硬化：在高溫時(shí)熔化于鐵中的少量碳和氮，隨著時(shí)間的增長逐漸從純鐵中析出，形成自由碳化合物和氮化物，對純鐵體的塑性變形起遏制作用，從而使鋼材的強(qiáng)度提高，塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱

3、為時(shí)效硬化，俗稱老化。人工時(shí)效：時(shí)效硬化的過程一般很長，在材料塑性變形后加熱，可以使時(shí)效硬化發(fā)展特別迅速，這種方法稱為人工時(shí)效。5、什么情況下會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力集中對鋼材性能有何影響？答：在鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中可能存在孔洞、槽口、凹角、截面突然改變以及鋼材內(nèi)部缺陷等，使構(gòu)件中的應(yīng)力分布將不再保持均勻，而是在某些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，在另外一些區(qū)域則應(yīng)力降低，形成所謂應(yīng)力集中現(xiàn)象。應(yīng)力集中會(huì)使鋼材變脆的趨勢。6、簡述鋼材的疲勞破壞過程答：鋼材在反復(fù)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的抗力及性能都會(huì)發(fā)生重要變化，甚至發(fā)生疲勞破壞。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，在直接的連續(xù)反復(fù)的動(dòng)力荷載作用下，鋼材的強(qiáng)度將1 / 6降低，即低于一次靜力荷載

4、作用下的拉伸實(shí)驗(yàn)的極限強(qiáng)度，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞。疲勞破壞表現(xiàn)為突發(fā)的脆性斷裂。7、鋼材常見的冶金缺陷有哪些，各自的具體含義是什么？答：鋼材常見的冶金缺陷包括偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋及分層等。偏析：是指鋼材中化學(xué)成分不一到和不均勻，特別是硫、磷偏析嚴(yán)重造成鋼材的性能惡化；非金屬夾雜：是指鋼中含有硫化物與氧化物等雜質(zhì)；氣孔：是澆鑄鋼錠時(shí)，由氧化鐵與碳作用所生成的一氧化碳?xì)怏w不能充分逸出而形成的。三、簡答題1、鋼結(jié)構(gòu)焊接連接方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)有哪些？答：優(yōu)點(diǎn)（ 1）焊件間可以直接相連，構(gòu)造簡單，制作加工方便；（ 2）不削弱截面，節(jié)省材料；（ 3）連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)的剛度大；（ 4）可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)

5、化操作，提高焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。缺點(diǎn)（ 1）焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆；（ 2）焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低；（ 3）焊接結(jié)構(gòu)對裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，容易擴(kuò)展至整個(gè)截面，低溫冷脆問題也較為突出。2、高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力設(shè)計(jì)值 P 的計(jì)算公式中，系數(shù)的確定考慮了哪些因素？答：（ 1）擰緊螺栓時(shí)螺栓同時(shí)受到由預(yù)拉力引起的拉應(yīng)力和由扭矩引起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力作用；（ 2）施工時(shí)為了彌補(bǔ)高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉應(yīng)力的松弛損失，一般超張拉 5%10%，為此考慮一個(gè)超張拉系數(shù) 0.9 ；（ 3）考慮螺栓材質(zhì)的不均勻性，引入一個(gè)折減系數(shù)0.9 ；（ 4）由于以螺栓的抗拉引

6、吭高歌為準(zhǔn)，為了安全引入一個(gè)安全系數(shù)0.9 。3、抗剪普通螺栓有哪幾種可能的破壞形式？如何防止？答：破壞形式：（ 1）當(dāng)螺栓桿直徑較小而板件較厚時(shí)，螺栓桿可能被剪斷；（ 2）當(dāng)螺栓桿直徑較大、板件較薄時(shí)，板件可能被擠壞，由于螺栓桿和板件的擠壓是相對的，故也把這種破壞叫做螺栓承壓破壞；（ 3）板件截面可能因螺栓孔削弱太多而被拉斷；（ 4）端距太小，端距范圍內(nèi)的板件可能被螺栓桿沖剪破壞。防止：第（ 3）種破壞形式屬于構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算，第（4）種破壞形式通過限制螺栓端距大于或等于2d0 加以避免。因此，抗剪螺栓連接計(jì)算只考慮第（1）、（ 2）種破壞形式。2 / 64、減少焊接應(yīng)力和焊接變形的設(shè)計(jì)措施有

7、哪些？答：（ 1）盡可能使焊縫對稱于構(gòu)件截面的中性軸，以減少焊接變形；（ 2）采用適宜的焊腳尺寸和焊縫長度；（ 3）焊縫不宜過分集中。（ 4）盡量避免兩條或三條焊縫垂直交叉；（ 5）盡量避免在母材厚度方向的收縮應(yīng)力。四、計(jì)算題解： 將 F 分解為垂直于焊縫和平行于焊縫的分力將 F 分解為垂直于焊縫和平行于焊縫的分力NF sinF sin 452302162.61(kN )2MNe162.61 0.034.8783NN162.61 1032f2helw20.78(22016)71.17(N mm )M6M64.878 10662.79(N2f2h l220.78(22016)2mm )ewNM6

8、2.7971.172fff133.96(N mm )VF cosF cos45230247.61( kN )2fV247.61 10316)20.84( N mm2 )Aw0.7 8(220(f)22133.96)220.842111.76( N2)w160 N mm2f(mmf ff1.22直角角焊縫的強(qiáng)度滿足要求.三、簡答題1、實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行截面選擇時(shí)，應(yīng)主要考慮的原則是什么？答；（ 1）面積的分布應(yīng)盡量開展，以增加截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，提高柱的整體穩(wěn)定承載力和剛度；（ 2）兩個(gè)主軸方向盡量等穩(wěn)定，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的效果；（ 3）便于與其他構(gòu)件進(jìn)行連接，盡量能構(gòu)造簡單，制造省工，取材方

9、便。2、計(jì)算格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞軸的整體穩(wěn)定時(shí)，為什么采用換算長細(xì)比？答：對于格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)繞虛軸失穩(wěn)時(shí)，因肢件之間并不是連續(xù)的板而只是每隔一定距離用綴條或綴板聯(lián)系起來，構(gòu)件的剪切變形較大，剪力造成的附加影響不能忽略，通常采用換算長細(xì)比來考慮綴材剪切變形對格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的穩(wěn)定承載力的影響。3 / 63、簡述實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)步驟？答：（ 1）假定構(gòu)件的長細(xì)比 ，求出需要的截面面積A。（ 2）計(jì)算兩個(gè)主軸所需要的回轉(zhuǎn)半徑(3) 由計(jì)算的截面面積 A 和兩個(gè)主回轉(zhuǎn)半徑優(yōu)先選用型鋼。（ 4）由所需要的 A、 h、 b 等，以及同時(shí)考慮構(gòu)造要求、局部穩(wěn)定以及鋼材規(guī)格等，確定截面

10、的初選尺寸。（ 5）構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度驗(yàn)算4、鋼梁腹板計(jì)算高度如何取值？答：（ 1）軋制型鋼梁，為腹板在與上下翼緣相交接處兩內(nèi)弧起點(diǎn)間的距離；（ 2）焊接組合梁，為腹板高度；（ 3）鉚接組合梁，為上下翼緣與腹板連接的鉚釘（或高強(qiáng)螺栓 ）線間最近距離。四、計(jì)算題（1）驗(yàn)算支柱的剛度先計(jì)算長細(xì)比xl 0 x / i x ,yl 0 y / i yx ， y剛度滿足要求。（ 2）驗(yàn)算此支柱的整體穩(wěn)定由題目所給的a 類截面的整體穩(wěn)定系數(shù)表與b 類截面的整體穩(wěn)定系數(shù)表中可以計(jì)算出x ,y ；取min進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：N ( A)f整體穩(wěn)定性滿足要求。三、簡答題1、什么是梁的整體失穩(wěn)現(xiàn)象？答：梁主要用

11、于承受彎矩，為了充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度，其截面通常設(shè)計(jì)成高而窄的形式。荷載作用在最大剛度平面內(nèi)。當(dāng)荷載較小時(shí)，僅在彎矩作用平面內(nèi)彎曲；當(dāng)荷載增大到某一數(shù)值后，梁在彎矩作用平面彎曲同時(shí)，將突然發(fā)生側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)，并喪失繼續(xù)承載的能力，這種現(xiàn)象稱為梁的彎扭屈曲或整體失穩(wěn)。2、根據(jù)彈性穩(wěn)定理論確定框架柱的計(jì)算長度時(shí)，都做了哪些假定？答：（ 1）框架只承受作用于節(jié)點(diǎn)的豎向荷載，忽略橫梁荷載和水平荷載產(chǎn)生梁端彎矩的影響；（ 2）所有框架柱同時(shí)喪失穩(wěn)定，即所有框架柱同時(shí)達(dá)到臨界荷載；（ 3）失穩(wěn)時(shí)橫梁兩端的轉(zhuǎn)角相等。4 / 63、實(shí)腹式壓彎構(gòu)件截面選擇的具體步驟有哪些？答：（ 1）計(jì)算構(gòu)件的內(nèi)力設(shè)計(jì)值；即彎矩

12、設(shè)計(jì)值 MX、軸心壓力設(shè)計(jì)值 N 和剪力設(shè)計(jì)值 V：（ 2）選擇截面形式；（ 3）確定鋼材及強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；（ 4）確定彎矩作用平面內(nèi)和平面外的計(jì)算長度；（ 5）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或已有資料初選截面尺寸；（ 6）對初選截面進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算、剛度驗(yàn)算、彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算、彎矩作用平面外整體穩(wěn)定驗(yàn)算和局部穩(wěn)定性驗(yàn)算，如驗(yàn)算不滿足要求，則對初選截面進(jìn)行調(diào)整，重新計(jì)算，直至滿足要求。4、為什么要在桁架組成的屋蓋結(jié)構(gòu)中設(shè)置支撐系統(tǒng)，支撐系統(tǒng)具體作用體現(xiàn)在哪些方面？答：屋架在其自身平面內(nèi)為幾何形狀不變體系并具有較大的剛度，能承受屋架平面內(nèi)的各種荷載。但是，平面屋架本身在垂直于屋架平面的側(cè)向（屋架平面外）剛度和穩(wěn)定性則很差，不能承受水平荷載。因此，為使屋架結(jié)構(gòu)有足夠的空間剛度和穩(wěn)定性，必須在屋架間設(shè)置支撐系統(tǒng)。（1） 保證結(jié)構(gòu)的空間整體作用；（2） 避免壓桿側(cè)向失穩(wěn)，防止拉桿產(chǎn)生過大的振動(dòng)（3） 承擔(dān)和傳遞水平荷載（4） 保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的穩(wěn)定與方便。四、計(jì)算題解： （1）計(jì)算總彎矩梁自重產(chǎn)生的彎矩為：M 115171.26 22797 N· m8外荷載在跨中產(chǎn)生的最大彎矩為：M 21297001.262133650 N · m8總彎矩為：M x 13