《鋼結構設計原理》復習思考題第1章緒論鋼結構與其它材料的結構相比，具有哪些特點？1)鋼材強度高，結構重量輕2）材質均勻，且塑性韌性好3)良好的加工性能和焊接性能4）密封性好5）鋼材的可重復使用性6）鋼材耐熱但不耐火7）耐腐蝕性差8）鋼結構的低溫冷脆傾向結合鋼結構特點，鋼結構有哪些合適的應用范圍？1）大跨結構2）工業廠房3）受動力荷載影響的結構4）多層和高層建筑5）高聳結構6）可拆卸的結構7）容器和其他構筑物8）輕型鋼結構9）鋼和混凝土的組合結構我國《鋼結構設計規范》規定鋼結構采用什么設計方法？具體的準則是什么？設計方法主要以概率極限狀態設計法為主，對于鋼結構的疲勞驗算，以及儲液罐和壓力容器等結構，則依然沿用以經驗為主的容許應力設計法兩種極限狀態指的是什么？其內容有哪些？指的是承載能力極限狀態和正常使用極限狀態，其中承載能力極限狀態包括構件和連接的強度破壞、疲勞破壞和因過度變形而不適于繼續承載、結構和構件喪失穩定、結構轉變為機動體系和結構傾覆，正常使用極限狀態包括影響結構、構件和非結構構件正常使用或外觀的變形、影響正常使用的振動、影響正常使用或耐久性能的局部破壞（包括組合結構中混凝土裂縫）分項系數設計準則的公式中，各符號的意義是什么？兩種極限狀態設計時對各物理量的代表值有什么要求？詳見課本 p10-p11，承載能力極限狀態是采用設計值，而正常使用極限狀態是采用標準值第2章鋼結構的材料鋼材的生產和加工工藝有哪些？對鋼材質量和組織結構各有什么影響？鋼材的生產大致可分為煉鐵、煉鋼和軋制，加工工藝可分為熱加工、冷加工和熱處理三種。鋼結構的破壞形式有哪兩種？其特點如何？它們的區別在哪里？破壞形式有塑性破壞和脆性破壞，塑性破壞的特點是當應力超過屈服強度后材料有明顯塑性變形，當應力繼續增大，斷面出現頸縮，有持續的變形時間。脆性破壞的特點是破壞前無征兆（變形很小），斷口平直，破壞突然發生。3、鋼材有哪幾項主要機械性能指標？各項指標可用來衡量鋼材哪些方面的性能？各指標如何測定？1）強度指標（抗拉強度、屈服強度） ：衡量鋼材抵抗破壞的能力，可通過單向一次（也稱單調）拉伸試驗獲得2）塑性指標（伸長率） ：衡量鋼材斷裂前所具有的塑性變形能力的指標，可通過單向一次（也稱單調）拉伸試驗獲得3）韌性指標（沖擊韌性） ：衡量帶有缺口的鋼材在沖擊荷載作用下抵抗脆性破壞能力的指標，可通過單調拉伸試驗獲得4）冷彎性能：衡量鋼材塑性變形能力和冶金質量的綜合指標，可通過冷彎試驗確定。、復雜應力狀態下鋼材的工作性能和單向應力狀態下有什么不同？）相對于單向拉伸而言，鋼材在鋼材在雙向拉力作用下屈服點和抗拉強度提高，但是塑性下降。）主應力同號時，不易屈服，塑性下降，越接近越明顯。3）主應力異號時，易屈服，破壞呈塑性，差別越大越明顯5、影響鋼材機械性能的主要因素有哪些？各因素的影響規律有哪些？因素：1）化學成分的影響 2）鋼材的焊接性能 3）鋼材的硬化 4）應力集中的影響 5）荷載類型的影響 6）溫度的影響、什么是鋼材的硬化，硬化有哪些類型？類型：時效硬化、冷作硬化、應變時效硬化、什么是藍脆現象？鋼材在 300℃上下時，由于應變時效，其塑性及韌性降低或基本上消失的現象8、什么是鋼材的疲勞？影響疲勞強度的主要因素是哪些？鋼結構疲勞承載力的設計方法是什么？鋼材在循環荷載作用下，應力雖然低于極限強度，甚至低于屈服強度，但仍然會發生斷裂破壞，這種破壞形式就稱為疲勞破壞。因素：應力幅、應力循環次數、缺陷設計方法：容許應力設計法9、鋼結構采用的鋼材主要有哪幾類？牌號如何表示？1）碳素結構鋼 Q235-A·F代表屈服點為 235N/mm2的A級沸騰碳素結構鋼2）低合金高強度結構鋼 低合金高強度結構鋼的牌號命名與碳素結構鋼相似，等級分為 A、B、C、D、E五等，低合金高強度結構鋼采用的脫氧方法均為鎮靜鋼或特殊鎮靜鋼，故可不加脫氧方法的符號。

只是質量3）優質碳素結構鋼

35Mn

——含碳量為

0.35%的較高錳含量的優質碳素結構鋼4）合金結構鋼

35Mn2

——含碳量為

0.35%

，含錳量為

1.5%~2.49%

的合金結構鋼10、熱軋型鋼的規格如何表示？1）

H 型鋼，“HW

高度×寬度×腹板厚度×翼緣厚度”如

“HW300×300×11×19”“HN200×100×5.6×8.5”2）工字鋼， I+截面高度的厘米數 +腹板厚度類別3）槽鋼 ，與工字鋼相似 如“[20b ”4）角鋼 等肢角鋼，邊長 ×厚度 如 “L63×5”不等肢角鋼，長邊寬×短邊寬×厚度

如 “I20a”如 “L125×80×8”、承重結構的鋼材應具有哪些機械性能及化學成分的合格保證？抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、磷含量的合格保證第3章連接鋼結構有哪幾種連接方法？它們各在哪些范圍應用較合適？連接方法：焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接、緊固件連接焊接方法、焊縫型式有哪些？焊條的級別及選用原則是什么？焊接方法：熔化焊和壓力焊焊縫形式： 1）對接焊縫（正對接焊縫和斜對接焊縫） 2）角焊縫（正面角焊縫、側面角焊縫和斜焊縫）焊縫質量級別如何劃分和應用？普通螺栓和高強度螺栓的級別如何表示？常用焊縫附號表示的意義分別是什么？對接焊縫如何計算？在什么情況下對接焊縫可不必計算？直角角焊縫計算的基本假設是什么？所有角焊縫只承受剪應力只區分側焊縫和端焊縫；2)焊縫計算截面為45°“咽喉截面”，面積為0.7hf(lf2hf)3)在靜力條件下，考慮端焊縫強度提高22%，動力荷載下，不考慮其強度的提高；角焊縫的尺寸有哪些要求？角焊縫在各種荷載作用下如何計算？焊接殘余應力的成因是什么？其特點是什么？成因：不均勻分布的溫度場，同時存在局部高溫，加上纖維間的相互約束，便產生了焊接殘余應力焊接殘余應力和殘余變形對結構工作有什么影響？工程中如何減少殘余應力和殘余變形的影響？應力影響： 1）對靜強度沒有影響 2）降低構件的剛度 3）降低構件的穩定承載力 4）降低構件的疲勞強度 5）加劇低溫冷脆變形影響： 1）構件不平整，安裝困難，且產生附加應力； 2）變軸心受壓構件為偏心受壓構件方法：1）采用細長，不采用短粗的焊縫 2）對稱布置焊縫，減小變形； 3）不等高連接加不大于 1/4的斜坡，減小應力集中 4）盡量防止小銳角連接； 5）焊縫不宜過于集中，不要出現三向交叉焊縫； 6）注意施焊方便，以保證焊接質量。螺栓的排列有哪些型式和規定？錯列和并列，規定： 1）受力要求：如邊距 2d0等 2）構造要求：間距不能太大，避免壓不緊潮氣進入 ——腐蝕 3）施工要求：螺栓間距不能太近，滿足凈空要求，便于安裝12.普通螺栓連接受剪有哪幾種破壞形式？規范中采用哪些手段避免這些破壞的發生？破壞形式：1）螺栓桿剪斷；2）板件被擠壞（螺栓承壓破壞）；3）板件被拉（壓）破壞；4）板件沖剪破壞5）螺栓桿受彎破壞。措施：1）被連接板件總厚度小于5倍的螺栓直徑可防止受彎破壞2）螺栓端距a12d0可防止板件沖剪破壞3）通過計算保證螺栓（鉚釘）抗剪、抗擠壓以及被連接構件具有足夠的拉壓強度13.普通螺栓群在各種力單獨或共同作用時如何計算？基本假設分別是什么？1）軸心受力，基本假定：螺栓群均勻受力2）螺栓群受扭，基本假定：1、被連接板是剛性的,螺栓是彈性的；2、在扭矩作用下，繞螺栓群中心旋轉;3、所有螺栓共同工作，每個螺栓受力大小與其到形心的距離成正比，方向垂直于矢徑3）螺栓群受彎計算，基本假定： 1、在彎矩作用下，板件繞最邊緣的螺栓旋轉 ;2、每個螺栓受力大小與其到旋轉中心的距離成正比。14. 高強度螺栓連接有哪些類型，區別在哪里？高強度螺栓連接在各種力作用下如何計算？基本假設分別是什么？235摩擦型h0高強連接和承壓性高強連接，區別在于計算方法和極限狀態選擇不同fyc0tw235h0第4235章受彎構件的計算原理80tw170fyfy梁的類型有哪些？如何分類？1）按功能分：樓蓋梁、平臺梁、吊車梁、墻架梁等2）按制作方法分：型鋼梁、組合（截面）梁梁的強度計算包括哪些內容，如何進行計算？內容：抗彎強度、抗剪強度、局部承壓強度、復雜應力作用下的強度計算剛度如何驗算？要求在荷載標準值的作用下，梁的最大撓度不超過規范規定的容許撓度4. 梁的整體失穩是一種怎樣 的現象？其原因是什么 ？整體穩定性與哪些因素有關？增強梁的整體穩定性可采用哪些措施？現象：側向彎曲，伴隨扭轉（出平面彎扭屈曲）原因：受壓翼緣應力達臨界應力，其弱軸為 x軸，但由于有腹板作連續支承， （下翼緣和腹板下部均受拉，可以提供穩定的支承） ，只有向強軸（ y軸）方向屈曲，側向屈曲后，彎矩平面不再和截面的剪切中心重合，必然產生扭轉。因素：1）荷載種類 2）荷載作用位置 3）側向抗彎剛度 4）抗扭剛度 5）側向支承點間距 6）梁的支承情況措施：1）增大梁截面尺寸（增大受壓翼緣的寬度） 2）提高側向抗彎剛度和抗扭剛度 3）加側向支承，減小側向支承點間距（最有效的方法）進行梁的臨界彎矩分析時，結構模型的基本假設是什么？1）兩端夾支座（叉支座）——只能繞 x軸，y軸轉動，不能繞 z軸（梁軸線）轉動（只能自由撓曲，不能扭轉） ；2）理想直梁——初始變形；3）荷載作用在梁的最大剛度平面內，失穩前只發生平面彎曲；4）理想彈性體；5）臨界狀態時屬小變形；6）梁變形后，力偶矩與原來的方向平行。規范中梁的整體穩定設計簡化方法是如何進行的？梁受壓翼緣和腹板的局部穩定如何保證？腹板加勁肋的種類及設置原則？種類：支承加勁肋、橫向加勁肋、縱向加勁肋、短加勁肋設置原則：1）2）h0235tw80fy

則不會屈曲，不必加加勁肋；按構造配置橫向加勁肋03） 可能產生剪切屈曲，配置橫向加勁肋4）當 或 ，既加橫向加勁肋，又加縱向加勁肋，且斷縱不斷橫5）有集中荷載（包括支座）處應設支承加勁肋h0235h0235tw170tw150fyfy第6章軸心受力構件什么是第一類穩定問題？什么是第二類穩定問題？第一類穩定：由直桿平衡轉為微彎曲的平衡，變形（撓度）從無到有平衡分枝現象第二類穩定：由于初始缺陷，壓桿一開始便為偏心受力（壓彎桿件） ，因此無平衡分枝現象，變形從小到大，直到失穩破壞為止軸心受力構件有哪些種類和截面形式？種類：實腹式構件和格構式構件截面形式：熱軋型鋼截面、實腹式組合截面、格構式截面、冷彎型鋼截面軸心受力構件各需驗算哪幾個方面的內容？強度、剛度、軸心受壓構件的整體穩定、軸心受壓構件的局部穩定軸心受壓構件可能發生失穩現象有哪些？彎曲屈曲、彎扭屈曲、扭轉屈曲等穩定設計原則的具體概念是什么？由于支承條件及截面形式不同、繞不同軸的桿件屈曲臨界力是不同的，即

x y， 不cr cr經濟。因此應想辦法使它們相近，實際上，若達到 x y，就基本上達到了等穩定。影響軸心受壓構件整體穩定承載力的因素有哪些？1）截面殘余應力 2）構件初偏心 3）構件初彎曲 4）長細比 5）構件端部約束條 件規范中考慮哪些因素的影響進行軸心受壓構件整體穩定承載力計算，簡化方法是如何考慮的？穩定系數的含義是什么？考慮：殘余應力和初彎曲考慮不同截面形式的不同殘余應力分布，進行了大量有限元計算，共作出200多條曲線，最后將其歸納成四類軸心受壓構件的整體穩定計算有哪三種類型的問題？以實腹式構件為例，分別如何進行？1）已知荷載、截面，驗算截面。2）已知截面求承載力。3）已知荷載設計截面。焊接工字型截面軸心受壓構件的局部穩定性如何保證？限制寬（高）厚比10. 格構式軸心受壓構件的計算模型和實腹式構件有什么不同？考慮哪些方面的影響？規范中對格構式構件的計算進行哪些修正？（注意換算長細比的概念）第7章拉彎、壓彎構件拉彎、壓彎構件有哪些種類和截面形式？種類：實腹式構件和格構式構件截面形式：熱軋型鋼截面、實腹式組合截面、格構式截面、冷彎型鋼截面拉彎、壓彎構件各需驗算哪幾個方面的內容？拉彎：強度破壞壓彎：強度破壞、整體失穩破壞、局部失穩破壞3.

什么是壓彎構件彎矩平面 內失穩？什么是壓彎構

件彎矩平面外失穩？它們分別屬于哪類穩定問題？1）壓彎構件彎矩作用平面內失穩（屬于第二類穩定始構件就在彎矩作用平面內發生變形，呈彎曲狀態，當

）——在N

N和

和M同時作用下，一開M同時增加到一定大小時則到達極限狀態，超過此極限狀態，構件發生屈曲現象。在彎矩作用平面內只產生彎曲屈曲。2）壓彎構件彎矩作用平面外失穩（ 屬于第一類穩定 ）——當構件在彎矩作用平面外沒有足夠的支撐以阻止其產生側向位移和扭轉時，構件可能發生 彎扭屈曲而破壞，這種彎扭屈曲又稱為壓彎構件彎矩作用平面外的整體失穩

。實腹式壓彎構件的計算特點？公式中各符號的意義及取值原則？《鋼結構設計原理》堂上補充練習 2006.05【練習材采用Ｑ

1】兩塊鋼板采用對接焊縫（直縫）連接。鋼板寬度Ｌ＝ 250mm，厚度 t=10mm。鋼235，焊條 E43 系列，手工焊，無引弧板，焊縫采用三級檢驗質量標準，ft

w

185N/mm2。試求連接所能承受的最大拉力

N ?解：無引弧板時，焊縫的計算長度

lw取實際長度減去

2t

，即

250-2*10mm

。根據公式

Nlw

t

ft

w

移項得：Nlwtftw(250210)10185425500N425.5kN【變化】若有引弧板，問 N ?解：上題中 lw取實際長度 250，得N 462.5kN【練習

2】兩截面為

450 14mm的鋼板，采用雙蓋板焊接連接，連接蓋板寬

300mm，長度410mm(中間留空

10mm)，厚度

8mm。鋼材Ｑ

235，手工焊，焊條為

E43，

ffw

160N/mm2，靜態荷載，

hf

6mm。求最大承載力

N

?解：端焊縫所能承擔的內力為：N3=?0.7hflw3bfffw=2′0.7′6′300′1.22′160=491904N側焊縫所能承擔的內力為：N10.7hflw1ffw40.76(2006)160521472N最大承載力N4919045214721013376N1013.4kN【變化】若取消端焊縫，問N?解：上題中令N30，lw120026,得NN1505.344kN【練習3】鋼材為Ｑ235，手工焊，焊條為E43，ffw160N/mm2，靜態荷載。雙角鋼2L125x8采用三面圍焊和節點板連接，hf6mm，肢尖和肢背實際焊縫長度均為250mm。等邊角鋼的內力分配系數k10.7，。求最大承載力 N ?解：端焊縫所能承擔的內力為：N30.7hflw3fffw20.761251.22160204960N肢背焊縫所能承擔的內力為：N10.7hflw1ffw20.76(2506)160327936N根據N1N3k1N2得：N1N3)1204960614880N614.88kN(N12(327936)K10.72【變化】若取消端焊縫，問 N ?解：上題中令 N3 0，lw1 250 2 6，得N 456.96kN【練習 4】鋼材為Ｑ 235，手工焊，焊條為 E43，ffw 160N/mm2，靜態荷載。已知F 120kN，求焊腳尺寸 hf ?（焊縫有繞角，焊縫長度可以不減去 2hf）解：設焊腳尺寸為 hf，焊縫有效厚度為 he 0.7hf將偏心力移到焊縫形心處，等效為剪力 V＝F及彎矩 M=Fe在剪力作用下：VV120103342.92)fhelw20.7hf250hf(N/mm在彎矩作用下：MM12010315012342)fWf12hf(N/mm0.7hf22506代入基本公式(f)2(f)2ffW得：f(1234)2(342.9)210681601.22hfhfhf可以解得：hf6.68mm，取hf7mm。hfmin1.5145.6mmhfhfmax1.21214.4mm，可以。【變化】上題條件如改為已知hf8mm，試求該連接能承受的最大荷載N?【練習5】鋼材為Ｑ235，手工焊，焊條為E43，ffw160N/mm2，靜態荷載。已知hf8mm，求連接能承受的最大荷載N?（焊縫無繞角）解：偏心距e35010075mm2彎距： M 75NNNNNfhelw20.78(35028)3740.8MM75NNf12776.5Wf0.78(35028)226Mff

NNfffw1.22160195.23740.82776.5可以解得： N 311082N 311.08kN【變化】焊縫有繞角，焊縫長度可以不減去 2hf，求N ?【練習 6】鋼板截面為 310mm 14mm，蓋板截面為 310mm 10mm，鋼材為 Q235，f 215N/mm2，C級螺栓 M20，孔徑 21.5mm，fvb 140N/mm2，fcb 305N/mm2，求該連接的最大承載力 N ?解：⑴一個螺栓的抗剪承載力設計值：NVbnVd2fvb23.1420214010387.96kN44⑵一個螺栓的承壓承載力設計值：Ncbdtfcb201430510385.4kN(因為t14mm2t121020mm,故公式中取t14)⑶最大承載力N nNminb 8 85.4 683.2kN⑷凈截面強度驗算：N683.2103683.21032f215N/mm2An(310421.5)143136217.9N/mm不滿足要求。最大承載力由凈截面強度控制：N Anf 3136 215103 674.24kN【變化】上題條件如改為已知 N=600kN，試驗算該連接是否安全 ?【練習7】鋼板截面為310mm20mm，蓋板截面為310mm12mm，鋼材為Q235，f215N/mm2（t16），f205N/mm2（t16）。8.8級高強度螺栓摩擦型連接M20，孔徑22mm，接觸面噴砂，＝0.45，預拉力P125kN。求該連接的最大承載力N?解：⑴一個高強度螺栓的抗剪承載力設計值：Nb0.9nfPkNV0.920.45125101.25⑵最大承載力N nNVb 8 101.25 810kN⑶凈截面強度驗算：(1n1N4)81010322⑷毛0.5)(10.58422)136.8N/mmf205N/mmnAn(31020截面強度驗算：N8101032f2A310130.6N/mm205N/mm20【變化】上題條件如改為已知N=800kN，試驗算該連接是否安全?【練習8】拉力F與4個螺栓軸線的夾角為450，柱翼緣厚度為24mm，連接鋼板厚度16mm。鋼材為Q235，f215N/mm2（t16），f205N/mm2（t16）。8.8級高強度螺栓摩擦型連接M20，孔徑22mm，接觸面噴砂，＝0.45，預拉力P125kN。求該連接的最大承載力F?解：斜拉力F的兩個分力為：VNFsin45o，每個螺栓同時承受的剪力和拉力為：NvNtFsin45o2F48螺栓同時承受的剪力和拉力，用規范相關公式求解：NvNt1NvbNtb一個高強度螺栓的抗剪承載力設計值：Nvb0.9nfP0.910.4512550.625kN一個高強度螺栓的抗拉承載力設計值：Ntb0.8P0.8125100kN代入規范公式：NvNt1即2F2FNvbNtb1850.6258100可以解得： N 190.13kN【變化】上題條件如改為已知 N=190kN，試驗算該連接是否安全 ?【練習9】鋼材為Q235，f215N/mm2（t16）。C級螺栓M22，有效直徑為de19.65mm，孔徑d024mm，fvb140N/mm2，fcb305N/mm2，ftb170N/mm2，求該連接的最大承載力F?解：斜拉力F的兩個分力為：VNFsin45o，每個螺栓同時承受的剪力和拉力為：NvNtFsin45o2F48螺栓同時承受剪力和拉力，應根據相關公式驗算：(Nvb)2(Nbl)21及NvNcbNvNl一個螺栓的抗剪承載力設計值：NVbnVd2fvb13.1422214010353.2kN一個螺栓的承壓承載力設44計值：Ncbdtfcb2216305103107.36kN