中南大学钢结构简答题

一、 钢结构的特点：
　　优点：1、强度高，钢材的屈服强度、容重比值高
　　2、弹性模量E大，刚度大，结构变形小
　　3、钢材均质，各向同性，为理想弹塑性材料
　　4、塑性与韧性好
　　5、可焊性好
　　6、适于标准化设计和工业化制造，安装速度快，施工不受季节与气候 限制
　　7、通过螺栓和节点构造，便于拆缷和拼装，易于修复和更换
　　8、环保材料 　　

　　缺点： 1、易 腐蚀
　　2、耐火性差
　　3、低温条件下，在复杂应力状态下易发生脆性破坏
　　4、钢桥噪音大，不适于城区
　　5、相对其 它建筑材料，价格偏高 　　二、焊接对结构的影响:
　　1、某些裂缝和局部区域内钢材变脆；
　　2、残余应力；
　　3、焊缝中可能还有气孔、根部未焊透等。 　　焊接结构（比铆接结构更）易发生脆性断裂，其原因有：
　　（1）焊接后往往残留有缺陷，如气孔、尖碴、裂纹或未焊透
　　（2）焊接后内部存在残余应力
　　（3）焊接接头往往刚性 较大，材料的塑性降低
　　（4）焊接将结构连成整体，裂缝一旦发展，范围很大 　　发生脆性破坏的原因 ：
　　（1）化学成份： C/P/S/O 等
　　（2）冶炼方法和轧钢工艺
　　（3）冷加工硬化：常温下冷加工过程中，产生塑性变形和时 效硬化
　　（4）复杂应力状态
　　（5）温度 “蓝脆现象”；钢材脆断易在低温（尤其 T<-10 °C）下发生。

　三、什么是疲劳：

　　1. 钢结构构件和其连接在很多次重复加载和卸载作用下，在其强度还低于钢材抗拉强度，甚至低于钢材屈服点的情况下突然断裂，称为疲劳破坏。

　　疲劳破坏基本特征：
　　1）应力＜钢材抗拉强度下发生，具低应力类脆性断裂的特征
　　2）破坏具局部性质，宏观上无明显塑性变形区域
　　3 ）破 坏前，要经历一个疲劳损伤的累积过程
　　4）疲劳断口宏观上和微观上都有显著的特征
　　5）疲劳寿命具极大的离散性— —应采用概率方法分析 　　疲劳破坏影响因素：
　　1、缺陷：机械加工缺陷，变截面没有过渡段、焊接缺陷（如未焊透等） 、冶炼工艺形成的缺陷
　　2、荷载（应力）循环特征
　　3、荷载（应力）循环次数 　　四、外涂药皮的作用： 　　1）使电弧外围产生“气体气 + 焊渣” ，隔绝空气，以免氧、氮等有害气体使焊缝变脆；
　　2）补充母材因高温和冶金反应而 损失的有益成份。 　　残余应力、残余变形如何产生？残余应力、残余应变对结构的影响？减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有哪些？
　　1、钢材在施焊过程中会在焊缝及附近区域内形成不均匀的温度场， 在高温区产生拉应力， 低温区产生相应的压应力。 在无外界约束的情况下，焊件内的拉应力和压应力自相平衡。这种应力称焊接残余应力。随焊接残余应力的产生，同时 也会出现不同方向的不均匀收缩变形，称为焊接残余变形。
　　2、残余应力： ① 钢材具一定塑性，若无严重应力集中，残余应力不影响静力强度② 降低刚度，增大变形（残余应力使 部分区域提前进入塑性，弹性区降低）③ 降低整体稳定和局部稳定（残余应力使部分区域提前进入塑性，刚度降低） ④ 降低疲劳强度（残余应力通常是多向应力，致使塑性降低、脆性增加，疲劳强度降低）
　　3、残余应变： ① 影响结构的尺寸精度及外观② 导致初弯曲，初扭曲、初偏心等，受力时产生附加弯矩、扭矩和变形，降低结构强度和稳定的承载能力
　　4、减少焊接残余应力和变形的方法： ①合理设计 : 选择适当的焊脚尺寸、焊缝布置应尽可能对称、进行合理的焊接工艺设计，选择合理的施焊顺序。②正确施工： 在制造工艺上， 采用反变形和局部加热法； 按焊接工艺严格施焊， 避免随意性； 尽量采用自动焊或半自动焊， 手工焊时避免仰焊。 　　五、螺栓典型破坏及其原因： 　　1、螺栓剪坏——栓杆强度低
　　2、板件孔壁压坏——板件强度低
　　3、板端剪坏——端距过小
　　4、板件拉坏——净截面过小
　　5、栓杆弯曲——中间板较多
　　6、块状拉剪破坏——板件太薄
　　7、翼板弯曲——板件太薄
　　8、栓杆拉坏——螺栓抗拉 强度低

措施： 　　1、 排列规则 　　2、 保证施拧时有扳手空间 　　3、 端距不能过小 　　4、 螺栓距不能过大和过小 　　5、 栓孔不能过大，削弱 受力截面，可错列布置 　　刚度计算的目的： 　　1、限制拉杆本身引起的挠度 　　2、减少构件震动，减少动荷载作用下端节点栓杆的松动 　　3、防止 杆件运输过程中发生偶然碰撞引起杆件过大变形 　　4、增强杆件对转动节点有效地约束作用。 　　实腹式轴心压杆的设计步骤 ： 　　原则：用钢量最省，制造简单，便于于其它构件连接 　　步骤： 　　1、从总体稳定入手选取截面，轴心压力较大，杆件长度不大λ=60～80 ，轴心压力较小，杆件长度较小 λ=80～100 ，轴压力与杆件长度相互影响。 　　2、ινχ=ινχ/λ、?ινy=ινy/λy 根据ιχ 和ιy 及初步选定的截面形式，估算截面 轮廓尺寸 3、布置截面，计算选定的截面特性 　　4、验算截面 总体稳定、局部稳定、刚度、强度 　　钢梁的计算内容： 　　1、截面强度 　　2、整体稳定 　　3、局部稳定 　　4、腹板的后屈曲强度 　　5、刚度 　　6、疲劳 　　六、什么是钢梁的整体稳定性？　　钢梁在弯矩较小时，梁的侧向保持平直而无侧向变形；即使受到偶然的侧向干扰力，其侧向变形也只是在一定的限度内，并随着干扰力的除去而消失。但当弯矩增加使受压翼缘的弯曲压应力达到某一数值时，钢梁在偶然的侧向干扰力作用下会突然离开最大刚度平面向侧向弯曲，并同时伴随着扭转。这时即使除去侧向干扰力，侧向弯扭变形也不再消失，如弯矩再稍许增大，则侧向弯扭变形迅速增大，产生弯扭屈曲，梁失去继续承受荷载的能力，这种现象称为钢梁 丧失整体稳定。 　　七、影响钢梁整体稳定的主要因素有： 　　1、梁侧向无支长度或受压翼缘侧向支撑点的间距 　　2、梁截面的尺寸 　　3、梁端支座对截面的约束 　　4、梁所受荷载的类型 　　5、沿梁 截面高度方向的荷载作用点位置 　　八、什么叫钢梁丧失局部稳定？怎么加强板梁的局部稳定性？ 　　在钢梁中，当腹板或翼缘的高厚比或宽厚比过大时，就有可能在梁发生强度破坏或丧失整体稳定之前，组成梁的腹板或翼缘出现偏离其原来平面位置的波状屈曲，这种现象称为钢梁的局部失稳。 　　1、限制翼板的宽厚比 　　2、对直接承受动载荷的板梁，在腹板处设置加劲肋，对于不考虑腹板屈曲后强度的梁的腹板局部 稳定性则是依靠设置各种加劲肋保证 　　3、对承受静力荷载或间接承受动力荷载的板梁， 容许腹板局部失稳， 考虑腹板的 屈曲后强度，计算腹板弯曲后抗弯和抗剪承载力 　　九、焊脚尺寸为什么不能过大和过小？　　尺寸不宜过大，是为了避免焊缝区的基本金属过烧，减小焊件的焊接残余应力和残余变形。尺寸也不能过小，否者焊 缝因输入能量过小而焊件厚度较大，以致施焊时冷却速度过快产生淬硬组织。 　　十、使母材开裂建筑钢材有哪些主要机械性能指标？分别由什么试验确定？ 　　答：建筑钢材的主要机械性能指标有： 　　1）屈服点 f y ，通过一次静力单向拉伸试验确定； 　　2）抗拉强度 f u ，通过一次静力 单向拉伸试验确定； 　　3）伸长率 δ 5 ( δ 10 ) ，通过一次静力单向拉伸试验确定； 　　4）180°冷弯性能，通过冷弯试验确定； 　　5）冲击韧性，通过冲击试验确定。 　　十一、选用钢材通常应考虑哪些因素？ 　　答：选用钢材通常考虑的因素有：①钢结构的重要性；②荷载特征；③连接方法；④结构的工作环境温度；⑤结构的受力性质。 　　十二、普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？ 　　答：普通螺栓连接中的抗剪螺栓连接是依靠螺栓抗剪和孔壁承压来传递外力。当受剪螺栓连接在达到极限承载力时， 可能出现五种破坏形式，即螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏。 高强螺栓连接中的抗剪螺栓连接时， 通过拧紧螺帽使螺杆产生预拉力， 同时也使被连接件接触面相互压紧而产生相应 的摩擦力，依靠摩擦力来传递外力。它是以摩擦力刚被克服，构件开始产生滑移作为承载能力的极限状态。 　　十三、压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？ 　　答： 局部稳定性属于平板稳定问题， 应使用薄板稳定理论， 通过限制翼缘和腹板的宽厚比所保证的。 确定限值的原则： 组成构件的板件的局部失稳应不先于构件的整体稳定失稳， 或者两者等稳。 轴心受压构件中， 板件处于均匀受压状态； 压弯构件中，板件处于多种应力状态下，其影响因素有板件的形状和尺寸、支承情况和应力状况（弯曲正应力、剪应 力、局部压应力等的单独作用和各种应力的联合作用） ，弹性或弹塑性性能，同时还有在腹板屈曲后强度的利用问题