鋼結構復習完整版本

一、緒論、鋼材及設計方法相對于混凝土和磚石材料，鋼材的密度較大，但為什么說鋼結構的自重較輕？答：鋼材與混凝土、磚石材料相比，雖然鋼材的重力密度大，但是它的強度和彈性模量及強度與重力密度之比要高得多。在同樣的受力條件下，鋼結構構件的截面積要小得多，材料用量少。自重=材料重量/單位強度Q235/f=7.85(t/m3)/215MPa=0.0365C20/f=2.4(t/m3)/20MPa=0.12柏木/f=0.6(t/m3)/53.3MPa=0.0113鋼材強度設計值f的取值依據，為什么是屈服強度fy，而不是抗拉強度fu？答：因為σ達到fy后進入塑性變形階段，鋼材暫時不能承受更大的荷載，且伴隨產生很大不可逆的變形，在工程設計中，需要的不只是不破壞，關鍵是能正常使用。發(fā)生塑性變形后會影響構件及結構的正常使用，因此，取屈服強度不取抗拉強度。fy為強度計算依據,fu為材料的強度儲備。通過單向拉伸靜力試驗，可以得到鋼材的哪些力學指標？其中哪三項是最重要的基本力學性能指標？答：強度指標塑形指標彈性極限彈性模量比例極限斷面收縮率伸長率拉伸強度屈服點屈服強度結構鋼的三項基本力學性能(1)鋼材的屈服強度fy(2)抗拉強度fu(3)伸長率δ鎮(zhèn)定鋼與沸騰鋼主要區(qū)別是什么？答：脫氧方法不同。沸騰鋼：在鋼水中加入弱脫氧劑錳鐵進行脫氧。塑性、沖擊韌性和可焊性較差，易發(fā)生時效硬化、材質變脆承受。靜載的水上結構可選用沸騰鋼。鎮(zhèn)靜鋼:在鋼液中加入適量的強脫氧劑硅和錳等，進行較徹底的脫氧。組織緊密均勻，強度、沖擊韌性、可焊性、抗蝕性等都較高，冷脆性較好;適用于低溫以及承受動荷載的焊接結構和重要結構。同種鋼號薄鋼板的強度、塑性、韌性等力學性能為什么比厚鋼板高？答：鋼材的軋制能使金屬的晶粒彎細，并消除顯微組織的缺陷，也可使?jié)仓r形成的氣孔，裂紋和疏松，在高溫和壓力的作用下焊合，并使組織密實。鋼材的壓縮比越大，其強度和沖擊韌性、塑形越高。承受反復荷載的鋼結構，在什么情況下可以不進行疲勞驗算？答：直接承受動荷載重復作用的鋼結構構件及其連接，當應力變化的循環(huán)次數n≤5??10^4次時，可以不進行疲勞驗算。同號應力作用下，為什么鋼材的材質會變脆？答：同號應力作用下，即使主應力很高，也很難進入屈服和有明顯的變形，塑形遭到遏制，鋼材轉向變脆。且聚集在材料內的體積改變應變能很大,一遭到破壞，便呈現出無明顯變形征兆的脆性破壞特征。為什么鋼材的抗剪強度是抗拉強度的0.58倍？答：根據材料力學中的第四強度理論，即受純剪切時，剪應力達到0.58倍的屈服應力時鋼材進入塑性狀態(tài)，故取鋼材的抗剪強度設計值為抗拉強度的0.58倍。鋼號Q275BF、Q345B、ZG310-570、35的含義是什么？答：Q275BF:屈服強度為275N/mm2的B級沸騰鋼（碳素結構鋼）Q345B；屈服強度為345N/mm2的B級低合金結構鋼ZG310-570：屈服強度310MPa，抗拉強度570MPa的鑄鋼ZG35:35號鑄鋼型鋼型號I30a、[25b、L100×10、70×5的含義是什么？答：I30a:截面高度30cm，a類腹板厚度的工字鋼[25b:截面高度25cm,b類腹板厚度的槽鋼L100*10:邊寬100mm肢厚10mm的等邊角鋼Φ70*5：外徑70mm，壁厚5mm的鋼管建筑鋼材銹蝕的主要原因是什么？其防腐措施主要有哪幾種方式？答：鋼材的銹蝕根據與環(huán)境介質的作用分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩類?；瘜W腐蝕：是指鋼材與周圍介質直接發(fā)生的氧化或硫化作用。反應后生成疏松氧化物，其反應速度隨溫度、濕度提高而加速。在干燥環(huán)境下腐蝕速度緩慢，干濕交替環(huán)境下腐蝕速度加快。電化學腐蝕：是由于電化學現象在鋼材表面產生局部電池作用的腐蝕。反應生成疏松易剝落的紅棕色鐵銹，銹蝕不僅使鋼材的有效截面積均勻減小，還會產生局部銹坑，引起應力集中，加速鋼材的時效，降低鋼材的塑性、韌性、強度等力學性能。

建筑工程中防止鋼材銹蝕的主要方法有設置保護層或涂刷防腐涂料冷加工硬化和時效硬化的原因是什么？答：冷加工硬化：塑性變形后，塑性變形區(qū)域內的晶粒產生相對滑移，導致滑移面下的晶粒破碎，晶格歪扭畸變，滑移面變得凹凸不平，阻礙晶粒進一步滑移，從而提高了抵抗外力的能力，屈服強度提高，同時使塑性降低，脆性增大。時效硬化：溶于α-Fe晶體中的碳、氮從鐵碳晶體中析出形成自由的碳化物、氮化物，向晶格缺陷處移動和集中，使晶格畸變加劇，造成滑移、變形更為困難，因而強度進一步提高，塑性和韌性則進一步降低。應力集中是引起鋼材發(fā)生脆性破壞的原因之一，為什么承受靜荷載的結構可以不考慮應力集中的不利影響？答: 由于結構鋼材塑性鉸好，在靜力荷載作用時，能使應力進行重新分布，直到構件全截面的應力都達到屈服強度。因此應力集中一般不影響構件的靜力極限承載力，設計時可以不考慮其影響。承載能力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)分別指什么狀態(tài)？概率極限狀態(tài)設計法對所采用的荷載有何要求？答：承載能力極限狀態(tài)：達到最大承載能力或出現不能繼續(xù)承載的塑性變形狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)：達到正常使用或耐久性的某項極限值的狀態(tài)，如變形、振動、局部破壞等。在計算承載能力極限狀態(tài)時，概率極限狀態(tài)設計法采用的是荷載的設計值；在計算正常極限狀態(tài)的變形、疲勞驗算時采用的是荷載的標準值。概率極限狀態(tài)設計法采用的強度設計值f、容許應力設計法采用的容許應力值[σ]與鋼材的屈服強度fy有什么關系？答：概率極限狀態(tài)設計法：概率極限狀態(tài)設計法、容許應力設計法分別適用于什么情況的鋼結構設計？答：概率極限狀態(tài)設計法適用于民用建筑、水工建筑物水上部分等陸上鋼結構容許應力計算法適用于水工、海工等水下鋼結構。二、鋼結構的連接焊縫連接的優(yōu)缺點有哪些？答：優(yōu)點是不削弱結構面（不必鉆孔），構造簡單，節(jié)約鋼材，加工方便，在一定條件下還可以采用自動化操作，生產效率高。此外，焊縫連接的剛度較大、密封性較好。

缺點是焊縫附近鋼材因焊縫的高溫作用而形成熱影響區(qū)，熱影響區(qū)由高溫降到常溫冷卻速度快，會使鋼材脆性加大。同時，由于熱影響區(qū)的不均勻收縮，易使焊件產生焊接殘余應力及殘余變形，甚至可以造成裂紋，導致脆性破壞。焊縫連接結構低溫冷脆問題也比較突出。螺栓連接的優(yōu)缺點有哪些？答：優(yōu)點是結構簡單，型式多樣，連接可靠，裝拆方便，成本低。

缺點是在交變荷載下,易松動。制孔精度要求較高。

按構件之間的相對位置關系，焊縫連接形式分為哪幾種？按焊縫構造分類，焊縫有哪兩種類型？答：按相對位置分為對接、搭接、T形連接和角接四種。

按構造分為對接焊縫和角焊縫。

未采用引弧板時，一條對接焊縫、一條角焊縫的計算長度需扣除多少焊口尺寸？答：未采用引弧板時，計算長度應由實際長度減去2t（為焊縫厚度）。采用引弧板時，計算長度即等于其實際長度。

角焊縫焊腳尺寸的最大值和最小值是多少？限制其最大、最小值有什么原因？答：≥1.5，為較厚焊件厚度。原因：當焊件較厚而焊腳尺寸又過小時，焊縫內部將因冷卻過快而產生脆硬組織，降低塑性，容易形成裂紋。≤1.2,為較薄焊件的厚度。原因：角焊縫的尺寸過大，易使焊件形成燒傷、燒穿等“過燒”現象，且使焊件產生較大的焊接殘余應力和焊接變形。且為防止施焊時產生“咬邊”：當t＞6mm時，≤t-（1~2）mm；當t<6mm時，≤t。對接焊縫和角焊縫的強度設計值是如何規(guī)定的？對接焊縫:（1）抗壓強度與抗剪強度與主體鋼材強度、一致；（2）抗拉、抗彎強度：級焊縫，級焊縫角焊縫:應力分布復雜，焊縫強度由最低的平均剪應力決定，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度采用統(tǒng)一的設計強度。何謂斜焊縫、斜角角焊縫、斜向角焊縫？斜焊縫:作用力方向與焊縫方向斜交。斜角角焊縫:指的是沿角度呈60～120的兩零件的交線所焊接的焊縫。斜向角焊縫:焊縫與作用力方向斜交，夾腳為ì，將斜向力分解為垂直于焊縫的Nx及平行于焊縫的Ny。在什么情況下，端焊縫增大系數取值為βf=1.0？承受動荷載的情況下。承受豎向偏心力作用的頂接、搭接牛腿，在牛腿與柱的連接角焊縫處各自將產生何種內力？焊縫又將承受什么應力？頂接牛腿:剪力和彎矩；剪應力和彎應力搭接牛腿:剪力和扭矩；剪應力扭矩作用下的角焊縫連接，其角焊縫受力計算有哪些假定？假定:(1)構件是剛性的，焊縫是彈性的(2)構件繞焊縫形心轉動，焊縫上任一點的應力方向垂直于該點與形心的連線，應力大小與形心距離成正比C級螺栓與A、B級螺栓有什么區(qū)別？可應用于哪些地方的連接？答：C級螺栓用4.6級或者4.8級鋼制作，加工粗糙，尺寸不夠精確，只要求Ⅱ類孔，成本低，栓孔徑比孔徑小1.5---2.0mm

A級和B級螺栓采用5.6級和8.8級鋼制作；需經機床車加工，精度較高，要求I類孔徑和栓徑相等，只分別允許其有正和負公差。C級螺栓由于與螺栓孔的空隙較大，當傳遞剪力時，連續(xù)變形大，工作性能差，但傳遞拉力的性能較好，所以C級螺栓廣泛用于需要裝拆的鏈接，承受拉力的安裝鏈接，不重要的鏈接或者安裝時的臨時固定等。螺栓連接中間螺孔間距的最大值和最小值各自是多少？限制其最大、最小值的理由是什么？答：最小中間距：3d0

最大中間距：中間排12d0或18tmin(受壓)、16d0或24tmin(受拉)；外排8d0或12tmin不能過小,防止螺孔周邊應力集中的相互影響較大，且對鋼板的截面削弱的多，從而降低其承載能力。不能過大，尤其是受壓板件當栓距過大是，容易發(fā)生凸曲現象，板和剛性構件連接時，栓距過大不易緊密接觸，潮氣易于侵入縫隙而銹蝕。普通螺栓受剪時的破壞形式主要有哪幾種？答：（1）螺桿剪斷

抗剪承載力

（2）孔壁擠壓破壞

承壓承載力

（3）鋼板拉斷

凈截面強度

（4）端部鋼板剪斷

最小端距2d0

（5）螺桿受彎

螺栓夾緊長度小于5d0承受豎向偏心力作用的頂接、搭接牛腿，在牛腿與柱的連接螺栓處各自將產生何種內力？螺栓又將承受什么荷載？答：當承受偏心外力P作用時，可以轉化為扭轉T＝Pe

和剪力V＝P共同作用，此時將會產生扭矩，剪力，彎矩作用，螺栓承受剪力，扭矩以及彎矩作用，承受靜荷載扭矩作用下的螺栓連接，其螺栓受力計算有哪些假定？答：被連接鋼板是剛性的，螺栓是彈性的鋼板繞螺栓群中心轉動，螺栓剪切變形與它到中心的距離成正比，螺栓所受的剪切力或鋼板所受的反作用力也與r成正比，方向與r垂直摩擦型高強螺栓與承壓型高強螺栓有什么區(qū)別？在應用上又有什么不同？答：摩擦型連接高強度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑d大1.5~2.0mm，只依靠板件間的摩擦力來抵抗外剪力;承壓型連接高強度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑d大1.0~1.5mm，依靠板件間摩擦力和自身強度來抵抗外剪力。高強度螺栓摩擦型連接，其有較高的傳力可靠性和連接整體性，承受動力荷載和抗疲勞的性能也比較好，對工地現場連接尤為適宜；高強度螺栓承壓型連接的承載力比摩擦型的高，可減少螺栓用量。但這種螺栓連接剪切變形較大，若用于動力荷載連接中，這種剪切反復滑動可能導致螺栓松動。摩擦型高強螺栓與普通螺栓在承受剪力時有什么不同？答：高強度螺栓摩擦型連接在承受剪切時，以外剪力達到板件間可能發(fā)生的最大摩擦阻力為極限狀態(tài);當超過使板件間發(fā)生相對滑移時，即認為連接已失效而破壞高強度螺栓承壓型連接在受剪時，則允許摩擦力被克服并發(fā)生板件相對滑移，然后外力可以繼續(xù)增加，并依此后發(fā)生的螺桿剪切或孔壁承壓的最終破壞為極限狀態(tài)普通螺栓、摩擦型高強螺栓與承壓型高強螺栓，在拉剪連接時的計算公式是什么？普通螺栓：摩擦型高強螺栓：承壓型高強螺栓：三、鋼梁12（1）節(jié)省材料，同樣的材料抗彎截面系數更大；由受力特點知，受彎構件在截面的應力分布是相對于中性軸的三角形分布，上下纖維分別受壓受拉，越趨于中性軸應力為0，把梁截面設計成工字型滿足受力要求的同時更能節(jié)約造價。（2）工字形截面梁的剪力主要由腹板承擔（也承擔部分彎矩），而彎矩主要由翼緣承擔。（3）工字形鋼截面尺寸較高、較窄；腹板的高度遠大于厚度，翼緣寬度大于厚度，根據翼緣與腹板高度比又可分為寬幅、中幅、窄幅寬翼緣工字鋼。3、鋼梁的計算內容主要包括哪幾部分？1、強度計算抗彎、抗剪、局部壓應力、折算應力強度2、剛度計算（驗算變形）3、整體穩(wěn)定計算4、局部穩(wěn)定計算4、鋼梁的強度驗算公式中引入塑性發(fā)展系數有什么意義？以及在什么情況下不考慮塑性發(fā)展系數？塑性發(fā)展系數是考慮構件截面在受力時截面有一定的塑性發(fā)展，有一定塑性發(fā)展的截面彎矩與截面邊緣剛達到屈服應力時的截面彎矩的比值定義為截面塑性發(fā)展系數，考慮到截面在受力時不能無限制的應用塑性，所以規(guī)范規(guī)定對于一定的截面只利用一部分截面塑性，規(guī)范對于給定的截面給出了截面塑性系數的值。截面設計等級為S4/S5級截面時，取1.0。5、集中荷載是按什么形式進行擴散？軋成工字鋼、焊接工字鋼各自需計算哪個部位的局部承壓強度？（1）從集中荷載作用點處，以45度角在軌道高度上擴散，以1：2.5的坡度在自梁頂（底）面到腹板計算高度處的距離范圍內擴散并均勻分布于腹板計算高度邊緣；（2）軋成工字鋼的腹板計算高度為：為腹板在上下翼緣相接處兩內弧起點間的距離；焊接工字鋼腹板計算高度為：上翼緣厚度6、鋼梁發(fā)生整體失穩(wěn)時的特征和原因是什么？應采取什么措施可提高整體穩(wěn)定性？特征：當彎應力尚未達到屈服點之前，而彎矩超過臨界限值，使鋼梁整體發(fā)生側向彎扭屈曲，從穩(wěn)定平衡狀態(tài)轉變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)。原因：受壓翼緣發(fā)生側向失穩(wěn)。提高整體穩(wěn)定的措施：設置側向支撐減小受壓翼緣的自由長度L1加大受壓翼緣的寬度b17、影響鋼梁整體失穩(wěn)的因素有哪些？什么情況下可不進行鋼梁整體穩(wěn)定性驗算？影響鋼梁整體失穩(wěn)的因素：（1）荷載形式（2）荷載作用位置(作用在上翼緣有加大側向變形的趨勢,作用在下翼緣有減小側向變形的趨勢)（3）鋼梁跨度（4）側向支撐情況（5）幾何特性不需驗算整體穩(wěn)定性的情況：（1）有鋪板（鋼筋混凝土板和鋼板）與受壓翼緣相連并牢固相連，能阻止受壓翼緣的側向位移（2）箱型截面簡支梁8、鋼梁發(fā)生局部失穩(wěn)時的特征和原因是什么？應采取什么措施可提高局部穩(wěn)定性？特征：薄板（如較寬的翼緣或高薄的腹板）在發(fā)生強度破壞或喪失整體穩(wěn)定之前，壓應力或剪應力達到臨界應力而失去穩(wěn)定，鋼板會突然偏離原來的平面位置，而發(fā)生顯著的波形屈曲的現象。原因：翼緣板發(fā)生屈曲。提高局部穩(wěn)定性的措施：（1）增加板厚（不經濟）（2）設加勁肋、減小板的長度A.橫向加勁肋：梁端部，較大剪應力B.縱向加勁肋：梁中部，較大彎應力（3）局部穩(wěn)定與鋼材的強度無關，采用高強度的鋼材不能提高局部穩(wěn)定性9、型鋼梁是否存在整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定問題？如果不存在，其原因是什么？（1）型鋼梁不存在局部穩(wěn)定問題；熱軋型鋼板件寬厚比較小，能滿足局部穩(wěn)定要求，不需要計算。（2）型鋼梁要考慮整體穩(wěn)定問題。10、組合梁的加勁肋有哪幾種？各自適用于什么地方？（1）橫向加勁肋（2）縱向加勁肋（3）短加勁肋（4）支承加勁肋當受壓翼緣扭轉受約束或未受約束時，腹板可能由剪應力作用失穩(wěn)，需配置橫向加勁肋。當受壓翼緣扭轉受約束或受壓翼緣扭轉未受約束時，需配置橫向加勁肋和縱向加勁肋。支座處或受壓翼緣承受較大集中荷載處，必須用支承加勁肋加固，通過支承加勁肋將集中荷載傳遞到腹板上。型鋼梁的設計包括哪幾部分內容？（1）、強度計算(2)剛度計算(3)整體穩(wěn)定計算(4)局部穩(wěn)定計算組合梁的梁高是如何確定的？設計時梁高宜選取比經濟梁高小10%~20%，并應大于按剛度要求的最小梁高，小于建筑結構要求的最大梁高組合工字形梁的截面尺寸（翼緣及腹板尺寸）是如何確定的？腹板厚度：考慮薄板局部穩(wěn)定和構造要求的經驗公式，鋼板厚度通常以2mm為尺寸級差，腹板的厚度不宜小于6mm翼緣寬度b和厚度t：。在什么情況下可以采用變截面梁？改變方式有哪幾種？截面改變后，如果支承端截面不能滿足剪應力強度要求，應如何處理?當梁的彎矩值沿長度是變化，且跨度較大時，可采用變截面梁。改變方式：改變梁高、改變翼緣處理：用支承加勁肋進行加固承受彎矩、同時承受彎矩和集中荷載的翼緣角焊縫分別承受什么力？計算時應如何考慮？彎矩作用：抵抗翼緣與腹板間的縱向剪力，為側焊縫性質的焊縫彎矩與集中荷載：縱向剪力與橫向剪力，端焊縫性質的焊縫縱橫相交的梁格，在空間上可以按哪幾種方式進行連接？鉸接連接（只傳遞反力）：層疊連接、等高連接、降低連接剛性連接（傳遞力矩和彎矩）：設魚尾板和支托、切割次梁翼緣與主梁翼緣直接焊接在一起五、鋼閘門（水工）閘門按其功能分為工作閘門、事故閘門、檢修閘門和施工導流閘門其中工作閘門可以在動水中啟閉，檢修閘門只能在靜水中啟閉。平面鋼閘門的空間連接系包括橫向連接系、縱向連接系。在電站廠房進水口通常布置有三種水工金屬結構：攔污柵 、事故閘門、和檢修閘門并在廠房尾水渠處還需布置尾水檢修門。在溢流壩孔口中通常布置有兩道閘門上游側為檢修閘門緊鄰其下游側的則為工作閘門。平面鋼閘門邊梁的截面形式分為單腹式邊梁和雙腹式邊梁，分別適用于滑道支的閘門和滾輪支承的閘門。露頂式閘門的止水結構包括底止水和側止水。潛孔式閘門的止水結構包括底止水、側止水和頂止水。根據閘門止水布置的位置止水結構有底止水、側止水、和底止水三種。閘門啟閉機按吊具形式和驅動方式分為卷揚式啟閉機、螺桿式啟閉機、液壓啟閉機。在門葉結構中，連接閘門與啟閉機的構件稱為吊具，采用鋼板制成的橫向連系稱為橫隔板。平面閘門的埋件主要包括軌道、止水墊板和門槽加固角鋼三類。為使平面閘門能平順地啟閉防止閘門在門槽中前后碰擊并減小門下過流時的振動需設置反輪裝置；為防止門左右傾斜而被卡住，則需要設置側向支承裝置。露頂式平面鋼閘門的埋件主要包括(1) (2) (3) (4) 、(5) 、(6) 等。潛孔式平面鋼閘門的埋件主要包括(1) (2) (3) (4) 、(5) 、(6) 、(7) 、(8) 等。在大壩泄水孔中閘門按孔口位置可分為露頂式閘門和潛孔式閘門按結構式可分為平面形閘門和弧形閘門。平面鋼閘門的行走支承分為滑道支承和滾輪支承兩類。鋼閘門的面板在水壓力作用下將產生整體彎應力和局部彎應力。平面