鋼結(jié)構(gòu)思考題及答案

1、鋼結(jié)構(gòu)思考題及答案緒論 ：校內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)泥沙館南端：鋼屋架結(jié)構(gòu)土木系新結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室：平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)土木系新結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室：平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中央主樓加層工程：鋼框架結(jié)構(gòu)體育中心：鋼拱索支結(jié)構(gòu)游泳跳水館：鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)游泳跳水館：鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)紫荊公寓7#樓：輕鋼框架結(jié)構(gòu)西門汽修車間：金屬波紋拱型屋面極限狀態(tài)法中，荷載和抗力的分項(xiàng)系數(shù)是否均大于1.0 ， 那些情況下小于1.0 ？答：一般來說，結(jié)構(gòu)抗力的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)該大于1，其抗力都是對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有利，故而為保證結(jié)構(gòu)的可靠一般取一個(gè)較低值，即用按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的結(jié)構(gòu)抗力除以一個(gè)大于 1.0 的分項(xiàng)系數(shù)。荷載則有兩種情況，一種是對(duì)結(jié)構(gòu)不利，這時(shí)候分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)大于1.0，當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)

2、有利時(shí)取1.0，對(duì)抗傾覆和滑移有利的可取0.9。兩種計(jì)算方法采用的公式中，各項(xiàng)的含義有何不同，各怎樣確定？結(jié)構(gòu)和構(gòu)件由于塑性變形而使幾何形狀發(fā)生顯著改變，雖未到達(dá)最大承載能力，但已徹底不顯著改變，雖未到達(dá)最大承載能力，但已徹底不能使用，應(yīng)屬于那種極限狀態(tài)？答：屬于承載力極限狀態(tài)。1）承載能力極限狀態(tài)包括：構(gòu)件和連接的強(qiáng)度破壞、疲勞破壞和因過度變形而不適于繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件喪失穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系和結(jié)構(gòu)傾覆2）正常使用極限狀態(tài)包括：影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用或耐久性能的局部損壞（包括組合結(jié)構(gòu)中混凝土裂縫承載能力極限狀態(tài)可理解為結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)揮允許的最大承載功能的狀態(tài)。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件由

3、于塑性變形而使其幾何形狀發(fā)生顯著改變，雖未達(dá)到最大承載能力， 但已徹底不能使用，也屬于達(dá)到這種極限狀態(tài)。疲勞破壞是在使用中由于荷載多次重復(fù)作用而達(dá)到的承載能力極限狀態(tài)。正常使用極限狀態(tài)可理解為結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到使用功能上允許的某個(gè)限值的狀態(tài)。例如某些構(gòu)件必須控制變形、裂縫才能滿足使用要求，因過大的變形會(huì)造成房屋內(nèi)部粉刷層剝落，填充墻和隔斷墻開裂及屋面積水等后果。過大的裂縫會(huì)影響結(jié)構(gòu)的耐久性。過大的變形、裂縫也會(huì)造成用戶心理上的不安全感。（建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)是什么）鋼結(jié)構(gòu)材料：1、 鋼材的彈性、線彈性、彈塑性、理想彈塑性、非線性概念的區(qū)別？答： 彈性 是鋼材在受到外力作用，應(yīng)力的增或減相應(yīng)地

4、引起應(yīng)變的增或減，除去作用力之后并能夠恢復(fù)原來形狀的特性；線彈性 為作用應(yīng)力較低時(shí)，應(yīng) 力 的 變化與應(yīng)變的變化成正比關(guān)系，并且卸除荷載后鋼材的變形完全恢復(fù)，沒有殘余應(yīng)力變形；施加的應(yīng)力超過彈性極限，此時(shí)鋼材的變形包括彈性和塑性變形兩個(gè)部分，其中塑性變形在卸除荷載后不再恢復(fù)，因此有殘余形變，即鋼材的 彈塑性 是指鋼材在外力施加的同時(shí)立即產(chǎn)生全部變形，而在外力解除的同時(shí)，只有一部分變形立即消失，其余部分變形在外力解除后卻永遠(yuǎn)不會(huì)自行消失的性能；理想彈塑性是彈塑性的一種簡(jiǎn)化，在屈服前應(yīng)力與應(yīng)變按線性關(guān)系變化，一旦屈服，即進(jìn)入塑性流動(dòng)狀態(tài)，且流動(dòng)應(yīng)力不隨應(yīng)變量變化；指強(qiáng)化階段和頸縮階段，應(yīng)力與應(yīng)變的

5、關(guān)系不再呈現(xiàn)線性。（1） 舉例說明鋼構(gòu)件截面產(chǎn)生應(yīng)力集中的原因，舉例說明工程中減小應(yīng)力集中程度的構(gòu)造措施。答：原因：構(gòu)件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突變時(shí)，應(yīng)力不均勻，力線變曲折。措施：構(gòu)件中盡量避免截面突變；選用質(zhì)量?jī)?yōu)良的鋼材。（ 1） 要盡量避免應(yīng)力較大部位安排應(yīng)力集中嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)，如螺紋、 橫孔、門槽等。（ 2） 當(dāng)應(yīng)力集中不可避免時(shí)，應(yīng)采取減小應(yīng)力集中的措施，如適當(dāng)加大截面尺寸變化處的圓角半徑、設(shè)置卸載槽、采用過渡肩環(huán)或門切圓角等。（3） p =1在疲勞中屬于何種應(yīng)力狀態(tài)，完全受壓的構(gòu)件會(huì)不會(huì)產(chǎn)生疲勞問題？答：為靜荷載狀態(tài)，一般不，原因沒查到，自己的看法是如果只受壓的話，裂縫處的鋼筋始

6、終處于受壓狀態(tài)，裂紋的生成和擴(kuò)展都受到限制，而且即使受壓達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)，鋼筋屈服，但是周圍的鋼筋對(duì)其有約束作用，不易產(chǎn)生脆性破壞，基本上不用考慮疲勞問題。鋼結(jié)構(gòu)連接：1 從功能上分類，連接有哪幾種基本類型？答：（1）受力性連接（2）綴連性連接（3）支撐性連接2 焊縫有兩種基本類型對(duì)接坡口焊縫和貼角焊縫，二者在施工、受力、適用范圍上各有哪些特點(diǎn)？答：也就是對(duì)接焊縫和角焊縫，見書中P77,（ 1）對(duì)接焊縫，施工時(shí)必須焊透，焊縫材料將被焊件“融”成一體，對(duì)厚度較大的構(gòu)件，施焊前焊口需開坡，以保證焊透。優(yōu)點(diǎn)：省鋼材、應(yīng)力集中程度低， 焊縫質(zhì)量高，耐疲勞性能好；缺點(diǎn)： 焊件尺寸精度和焊接工藝要求高。（

7、2）角焊縫：不要求焊透，焊縫材料將被焊件粘在一起。優(yōu)點(diǎn)，焊件尺寸、焊接工藝要求低，適應(yīng)性強(qiáng)，焊縫中所占比例80%； 缺點(diǎn)， 應(yīng)力集中程度高，受力條件差；疲勞強(qiáng)度低，不能直接承受動(dòng)載。3 簡(jiǎn)述焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)，其最大分布特點(diǎn)是什么？答：實(shí)質(zhì)：施焊時(shí)，焊縫及熱影響區(qū)的熱膨脹因周邊材料的約束而被塑性壓縮，冷卻時(shí)收縮受到限制。分布特點(diǎn)：（ 1）任意方向的殘余應(yīng)力在任意截面上的積分為零，（ 2）在垂直焊縫截面上，焊縫截面及熱影響區(qū)存在的殘余應(yīng)力，約束區(qū)存在壓應(yīng)力。（ 3）平行焊縫截面上，焊接殘余應(yīng)力與施焊順序相關(guān)，分布復(fù)雜。4 畫出焊接H 形截面和焊接箱形截面的焊接殘余應(yīng)力分布圖。答：數(shù)值可能有錯(cuò)

8、誤，與P104對(duì)比5 .貼角焊縫中，何為端焊縫？何為側(cè)焊縫？二者破壞截面上的應(yīng)力性質(zhì)有何區(qū) 別？答：即正面角焊縫和側(cè)面角焊縫，可對(duì)比 P90 P85側(cè)焊縫：平行受力方向的焊縫；特點(diǎn)：受剪應(yīng)力作用，塑性好，強(qiáng)度偏低， 約為端焊縫強(qiáng)度的75%。兩端大、中間小，焊縫越長(zhǎng)，分布越不均勻。端焊縫（正面角焊縫）： 垂直受力方向的焊縫；特點(diǎn)：應(yīng)力狀態(tài)比較復(fù)雜， 即非剪應(yīng)力，亦非正應(yīng)力，是介于二者之間的一種應(yīng)力。因含有正應(yīng)力成份， 端焊縫比側(cè)焊縫強(qiáng)度高，但相對(duì)較脆6 .規(guī)范規(guī)定：側(cè)焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不得大于焊腳尺寸的某個(gè)倍數(shù)，原因何在？規(guī)范同時(shí)有焊縫最小尺寸的規(guī)定，原因何在？答：參考P87側(cè)焊縫計(jì)算長(zhǎng)度限制：8h

9、f <l wi &60hf （靜載、間接動(dòng)荷載）8h f <lwi < 40hf （動(dòng)荷載）過短：局部加熱嚴(yán)重，且起落弧坑相距太近，加之可能的缺 陷，焊接不牢靠。過長(zhǎng)：兩端先破壞，中間焊縫未發(fā)揮作用。7 .規(guī)范禁止3條相互垂直的焊縫相交，為什么。答：由于焊縫中存在三向應(yīng)力，阻礙了塑性變形，在低溫下使裂縫易發(fā)生和發(fā)展，加速構(gòu)件的脆性破壞。8 .舉35例說明焊接設(shè)計(jì)中減小應(yīng)力集中的構(gòu)造措施。答：參考P1079 .普通螺栓群的單栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值在什么條件下需要進(jìn)行折減？為什么折減？怎樣折減？（要求繪出接頭構(gòu)造及折減曲線）。答：參考P113,當(dāng)L15d時(shí)連接工作進(jìn)入彈塑性階

10、段后各螺桿所受內(nèi)里也 不均勻，端部螺桿首先達(dá)到極限強(qiáng)度而破壞，隨后由外向內(nèi)依次破壞。10 .摩擦型高強(qiáng)度螺栓本身不存在疲勞破壞問題，原因何在？答：因?yàn)楦邚?qiáng)摩擦型螺栓之間是摩擦傳遞內(nèi)力， 破壞準(zhǔn)則是克服摩擦力，它的摩 擦力是大于螺栓所受到的外力，螺栓不會(huì)產(chǎn)生滑移，就不存在循環(huán)應(yīng)力，也就沒有疲勞破壞，一旦產(chǎn)生滑移高強(qiáng)摩擦性螺栓就算被破壞。10.用承壓型高強(qiáng)螺栓連接軸心拉桿時(shí)，可否直接承受動(dòng)載？答：不能直接承受動(dòng)荷載，承壓型高強(qiáng)螺栓允許被連接件之間發(fā)生滑動(dòng)， 滑 動(dòng)后依靠栓干抗剪和承壓徑傳遞剪力，1他的允許的外力有可能大于所受摩 擦力，產(chǎn)生相對(duì)滑移，在動(dòng)荷載作用下就存在循環(huán)應(yīng)力，就可能存在疲勞破 壞

11、其他思考題 25螺栓群在扭矩作用下，在彈性受力階段受力最大的螺栓其內(nèi)力值是在什么假定條件下求得的？答：1、普通螺栓群假定連接板件絕對(duì)剛性，螺栓為彈性；螺栓群的中和軸位于最下排螺栓的形心處，各螺栓所受拉力與其中和軸的距離成正比 2、由于高強(qiáng)螺栓的抗拉承載力一般總小于其預(yù)拉應(yīng)力，故在彎矩作用下，連接板件接觸面始終處于緊密接觸狀態(tài)，彈性性能好，可認(rèn)為是一個(gè)整體，所以假定連接的中和軸與螺栓軸型心軸重合，最外側(cè)螺栓受力最大，在偏心力作用下24 為什么要控制高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力，其設(shè)計(jì)值是怎樣確定的？答： 1、 螺栓本身的抗拉強(qiáng)度有限，如果施加預(yù)應(yīng)力過大那么螺栓自身會(huì)變形。2、在高預(yù)應(yīng)力下螺栓會(huì)蠕編導(dǎo)致應(yīng)力

12、下降，如果采用過高的預(yù)應(yīng)力計(jì)算，可導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力下降后應(yīng)力不足，構(gòu)件實(shí)際卻失效。其設(shè)計(jì)值考慮：1、材料不均勻性折減系數(shù)。2、防止施工時(shí)超長(zhǎng)拉導(dǎo)致螺桿破壞折減系數(shù)。3、考慮擰緊螺帽時(shí)，螺栓干上產(chǎn)生的剪力。 4、附加安全系數(shù)hf 和lw 相同時(shí)， 吊車梁上的焊縫采用正面角焊縫比采用側(cè)面角焊縫承載力高？對(duì)，側(cè)面角焊縫主要承受剪力，強(qiáng)度相對(duì)較低，塑性性能較好，因外力通過焊縫時(shí)發(fā)生彎折，故剪應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度分布不均勻，兩端大中間小。P853 鋼材有幾種基本破壞形式？試述各自的破壞特征和微觀實(shí)質(zhì)（ 1）塑性破壞，特征：破壞歷時(shí)長(zhǎng)，材料變形大，破壞斷口參差不齊，色暗，因晶體在剪切之下相互滑移呈纖維狀；微觀實(shí)質(zhì)：鐵素體晶粒被剪切。（ 2）脆性破壞，特征：破壞發(fā)生突然、無預(yù)兆，材料變形小，破壞斷口平齊，晶粒往往在一個(gè)面斷裂而呈光澤晶粒狀；微觀實(shí)質(zhì)：鐵素體晶粒被拉斷。應(yīng)力集中愈嚴(yán)重，鋼材也就變得愈脆，這是因?yàn)閼?yīng)力集中產(chǎn)生同號(hào)應(yīng)力場(chǎng)，使塑性