PAGEPAGE4《鋼結構設計原理》填空題1.鋼結構計算的兩種極限狀態是和。2.鋼結構具有、、、、和等特點。3.鋼材的破壞形式有和。4.影響鋼材性能的主要因素有、、、、、、和。5.影響鋼材疲勞的主要因素有、、、6.建筑鋼材的主要機械性能指標是、、、和。7.鋼結構的連接方法有、和。8.角焊縫的計算長度不得小于，也不得小于。側面角焊縫承受靜載時，其計算長度不宜大于。9.普通螺栓抗剪連接中，其破壞有五種可能的形式，即、、、、和。10.高強度螺栓預拉力設計值與和有關。11.軸心壓桿可能的屈曲形式有、、和。12.軸心受壓構件的穩定系數與、和有關。13.提高鋼梁整體穩定性的有效途徑是、和。14.影響鋼梁整體穩定的主要因素有、、、和。15.焊接組合工字梁，翼緣的局部穩定常采用的方法來保證，而腹板的局部穩定則常采用的方法來解決。問答題鋼結構具有哪些特點？鋼結構的合理應用范圍是什么？鋼結構對材料性能有哪些要求？鋼材的主要機械性能指標是什么？各由什么試驗得到？影響鋼材性能的主要因素是什么？什么是鋼材的疲勞？影響鋼材疲勞的主要因素有哪些？選用鋼材通常應考慮哪些因素？鋼結構有哪些連接方法？各有什么優缺點？焊縫可能存在的缺陷有哪些？焊縫的質量級別有幾級？各有哪些具體檢驗要求？對接焊縫的構造要求有哪些？角焊縫的計算假定是什么？角焊縫有哪些主要構造要求？焊接殘余應力和焊接殘余變形是如何產生的？焊接殘余應力和焊接殘余變形對結構性能有何影響？減少焊接殘余應力和焊接殘余變形的方法有哪些？普通螺栓連接和摩擦型高強度螺栓連接，在抗剪連接中，它們的傳力方式和破壞形式有何不同？螺栓的排列有哪些構造要求？普通螺栓抗剪連接中，有可能出現哪幾種破壞形式？具體設計時，哪些破壞形式是通過計算來防止的？哪些是通過構造措施來防止的？如何防止？高強度螺栓的8.8級和10.9級代表什么含義？軸心壓桿有哪些屈曲形式？在考慮實際軸心壓桿的臨界力時應考慮哪些初始缺陷的影響？在計算格構式軸心受壓構件的整體穩定時，對虛軸為什么要采用換算長細比？什么叫鋼梁喪失整體穩定？影響鋼梁整體穩定的主要因素是什么？提高鋼梁整體穩定的有效措施是什么？什么叫鋼梁喪失局部穩定？怎樣驗算組合鋼梁翼緣和腹板的局部穩定？壓彎構件的整體穩定計算與軸心受壓構件有何不同？壓彎構件的局部穩定計算與軸心受壓構件有何不同？計算題試驗算如圖所示牛腿與柱連接的對接焊縫的強度。荷載設計值F=220kN。鋼材Q235，焊條E43,手工焊，無引弧板，焊縫質量三級。有關強度設計值=215N/mm2，=185N/mm2。（假定剪力全部由腹板上的焊縫承受）試計算如圖所示鋼板與柱翼緣的連接角焊縫的強度。已知N=390kN（設計值），與焊縫之間的夾角。鋼材Q235，焊條E43,手工焊。有關強度設計值=160N/mm2。6．屈服點、抗拉強度、伸長率、沖擊韌性、冷彎性能7．焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接8．8hf、40mm60h9．螺栓剪壞、孔壁擠壓壞、構件被拉斷、端部鋼板被剪壞、螺栓彎曲破壞10．螺栓材質、螺栓有效面積11．彎曲屈曲、扭轉屈曲、彎扭屈曲12．殘余應力、初彎曲和初偏心、長細比13．加強受壓翼緣、增加側向支承點14．荷載類型、荷載作用點位置、梁的截面形式、側向支承點的位置和距離、梁端支承條件15．限制寬厚比、設置加勁肋二、問答題1．鋼結構具有的特點：eq\o\ac(○,1)鋼材強度高，結構重量輕eq\o\ac(○,2)鋼材內部組織比較均勻，有良好的塑性和韌性eq\o\ac(○,3)鋼結構裝配化程度高，施工周期短eq\o\ac(○,4)鋼材能制造密閉性要求較高的結構eq\o\ac(○,5)鋼結構耐熱，但不耐火eq\o\ac(○,6)鋼結構易銹蝕，維護費用大。2．鋼結構的合理應用范圍：eq\o\ac(○,1)重型廠房結構eq\o\ac(○,2)大跨度房屋的屋蓋結構eq\o\ac(○,3)高層及多層建筑eq\o\ac(○,4)輕型鋼結構eq\o\ac(○,5)塔桅結構eq\o\ac(○,6)板殼結構eq\o\ac(○,7)橋梁結構eq\o\ac(○,8)移動式結構3．鋼結構對材料性能的要求：eq\o\ac(○,1)較高的抗拉強度fu和屈服點fyeq\o\ac(○,2)較好的塑性、韌性及耐疲勞性能eq\o\ac(○,3)良好的加工性能4．鋼材的主要機械性能指標是屈服點、抗拉強度、伸長率、沖擊韌性、冷彎性能。其中屈服點、抗拉強度和伸長率由一次靜力單向均勻拉伸試驗得到；冷彎性能是由冷彎試驗顯示出來；沖擊韌性是由沖擊試驗使試件斷裂來測定。5．影響鋼材性能的主要因素有：eq\o\ac(○,1)化學成分eq\o\ac(○,2)鋼材缺陷eq\o\ac(○,3)冶煉，澆注，軋制eq\o\ac(○,4)鋼材硬化eq\o\ac(○,5)溫度eq\o\ac(○,6)應力集中eq\o\ac(○,7)殘余應力eq\o\ac(○,8)重復荷載作用6．鋼材在連續反復荷載作用下，當應力還低于鋼材的抗拉強度，甚至還低于屈服點時也會發生斷裂破壞，這種現象稱為鋼材的疲勞或疲勞破壞。影響鋼材疲勞的主要因素是應力集中、應力幅（對焊接結構）或應力比（對非焊接結構）以及應力循環次數。7．選用鋼材通常考慮的因素有：eq\o\ac(○,1)結構的重要性eq\o\ac(○,2)荷載特征eq\o\ac(○,3)連接方法eq\o\ac(○,4)結構的工作環境溫度eq\o\ac(○,5)結構的受力性質8．鋼結構常用的連接方法有：焊接連接、鉚釘連接和螺栓連接三種。焊接的優點：eq\o\ac(○,1)不需打孔，省工省時；eq\o\ac(○,2)任何形狀的構件可直接連接，連接構造方便；eq\o\ac(○,3)氣密性、水密性好，結構剛度較大，整體性能較好。焊接的缺點:eq\o\ac(○,1)焊縫附近有熱影響區，材質變脆；eq\o\ac(○,2)焊接的殘余應力使結構易發生脆性破壞，殘余變形使結構形狀、尺寸發生變化；eq\o\ac(○,3)焊接裂縫一經發生，便容易擴展。鉚釘連接的優點:塑性、韌性較好，傳力可靠，連接質量易于檢查。鉚釘連接的缺點:因在構件上需打孔，削弱構件截面；且鉚接工藝復雜，技術要求高。螺栓連接的優點：具備鉚釘連接塑性、韌性好，傳力可靠的優點，又兼備安裝拆卸方便，可以多次重復使用的優點，且連接變形小。9．焊縫可能存在的缺陷有裂紋、氣孔、夾碴、燒穿、咬邊、未焊透、弧坑和焊瘤。10．焊縫質量分為三個等級。三級質量檢查只對全部焊縫進行外觀缺陷及幾何尺寸檢查，其外觀可見缺陷及幾何尺寸偏差必須符合三級合格標準要求；二級質量檢查除對外觀進行檢查并達到二級質量合格標準外，還需用超聲波或射線探傷20％焊縫，達到B級檢驗Ⅲ級合格要求；一級質量檢查除外觀進行檢查并符合一級合格標準外，還需用超聲波或射線對焊縫100％探傷，達到B級檢驗Ⅱ級合格要求；（見《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB50205-2001）11.對接焊縫的構造要求有：eq\o\ac(○,1)一般的對接焊多采用焊透縫，只有當板件較厚，內力較小，且受靜載作用時，可采用未焊透的對接縫。eq\o\ac(○,2)為保證對接焊縫的質量，可按焊件厚度不同，將焊口邊緣加工成不同形式的坡口。eq\o\ac(○,3)起落弧處易有焊接缺陷，所以要用引弧板。但采用引弧板施工復雜，因此除承受動力荷載外，一般不用引弧板，而是計算時為對接焊縫將焊縫長度減2t（t為較小焊件厚度）。eq\o\ac(○,4)對于變厚度（或變寬度）板的對接，在板的一面（一側）或兩面（兩側）切成坡度不大于1:2.5的斜面，避免應力集中。eq\o\ac(○,5)當鋼板在縱橫兩方向進行對接焊時，焊縫可采用十字形或T形交叉對接，當用T形交叉時，交叉點的間距不得小于200mm。12.角焊縫的計算假定是：eq\o\ac(○,1)破壞沿有效載面；eq\o\ac(○,2)破壞面上應力均勻分布。13.鋼材在施焊過程中會在焊縫及附近區域內形成不均勻的溫度場，在高溫區產生拉應力，低溫區產生相應的壓應力。在無外界約束的情況下，焊件內的拉應力和壓應力自相平衡。這種應力稱焊接殘余應力。隨焊接殘余應力的產生，同時也會出現不同方向的不均勻收縮變形，稱為焊接殘余變形。焊接殘余應力的影響：eq\o\ac(○,1)對塑性較好的材料，對靜力強度無影響；eq\o\ac(○,2)降低構件的剛度；eq\o\ac(○,3)降低構件的穩定承載力；eq\o\ac(○,4)降低結構的疲勞強度；eq\o\ac(○,5)在低溫條件下承載，加速構件的脆性破壞。焊接殘余變形的影響：變形若超出了施工驗收規范所容許的范圍，將會影響結構的安裝、正常使用和安全承載；所以，對過大的殘余變形必須加以矯正。減少焊接殘余應力和變形的方法：eq\o\ac(○,1)合理設計:選擇適當的焊腳尺寸、焊縫布置應盡可能對稱、進行合理的焊接工藝設計，選擇合理的施焊順序。eq\o\ac(○,2)正確施工：在制造工藝上，采用反變形和局部加熱法；按焊接工藝嚴格施焊，避免隨意性；盡量采用自動焊或半自動焊，手工焊時避免仰焊。14．普通螺栓連接中的抗剪螺栓連接是依靠螺栓抗剪和孔壁承壓來傳遞外力。當受剪螺栓連接在達到極限承載力時，可能出現五種破壞形式，即螺栓被剪斷、孔壁被擠壓壞、構件被拉斷、構件端部被剪壞和螺栓彎曲破壞。高強螺栓連接中的抗剪螺栓連接時，通過擰緊螺帽使螺桿產生預拉力，同時也使被連接件接觸面相互壓緊而產生相應的摩擦力，依靠摩擦力來傳遞外力。它是以摩擦力剛被克服，構件開始產生滑移做為承載能力的極限狀態。15.螺栓排列的構造要求：eq\o\ac(○,1)受力要求:端距限制—－防止孔端鋼板剪斷，≥2do；螺孔中距限制—限制下限以防止孔間板破裂即保證≥3do，限制上限以防止板間翹曲。eq\o\ac(○,2)構造要求:防止板翹曲后浸入潮氣而腐蝕，限制螺孔中距最大值。eq\o\ac(○,3)施工要求:為便于擰緊螺栓，宜留適當間距。16.普通螺栓抗剪連接中的五種破壞形式：螺栓被剪斷、孔壁被擠壓壞、構件被拉斷、構件端部被剪壞和螺栓彎曲破壞。以上五種可能破壞形式的前三種，可通過相應的強度計算來防止，后兩種可采取相應的構件措施來保證。一般當構件上螺孔的端距大于2d0時，可以避免端部沖剪破壞；當螺栓夾緊長度不超過其直徑的五倍，則可防止螺桿產生過大的彎曲變形。17．級別代號中，小數點前的數字是螺栓材料經熱處理后的最低抗拉強度，小數點后數字是材料的屈強比（fy/fu）。8.8級為：fu≥800N/mm2，fy/fu=0.810.9級為：fu≥1000N/mm2，fy/fu=0.918.受軸心壓力作用的直桿或柱，當壓力達到臨界值時，會發生有直線平衡狀態轉變為彎曲平衡狀態變形分枝現象，這種現象稱為壓桿屈曲或整體穩定，發生變形分枝的失穩問題稱為第一類穩定問題。由于壓桿截面形式和桿端支承條件不同，在軸心壓力作用下可能發生的屈曲變形有三種形式，即彎曲屈曲、扭轉屈曲和彎扭屈曲。19.在考慮實際軸心壓桿的臨界力時應考慮殘余應力的影響、初彎曲和初偏心的影響、桿端約束的影響。20.格構式軸心受壓構件一旦繞虛軸失穩，截面上的橫向剪力必須通過綴材來傳遞。但因綴材本身比較柔細，傳遞剪力時所產生的變形較大，從而使構件產生較大的附加變形，并降低穩定臨界力。所以在計算整體穩定時，對虛軸要采用換算長細比（通過加大長細比的方法來考慮綴材變形對降低穩定臨界力的影響）。21.鋼梁在彎矩較小時，梁的側向保持平直而無側向變形；即使受到偶然的側向干擾力，其側向變形也只是在一定的限度內，并隨著干擾力的除去而消失。但當彎矩增加使受壓翼緣的彎曲壓應力達到某一數值時，鋼梁在偶然的側向干擾力作用下會突然離開最大剛度平面向側向彎曲，并同時伴隨著扭轉。這時即使除去側向干擾力，側向彎扭變形也不再消失，如彎矩再稍許增大，則側向彎扭變形迅速增大，產生彎扭屈曲，梁失去繼續承受荷載的能力，這種現象稱為鋼梁喪失整體穩定。影響鋼梁整體穩定的主要因素有：荷載類型、荷載作用點位置、梁的截面形式、側向支承點的位置和距離、梁端支承條件。提高鋼梁整體穩定性的有效措施是加強受壓翼緣、增加側向支承點。22．在鋼梁中，當腹板或翼緣的高厚比或寬厚比過大時，就有可能在梁發生強度破壞或喪失整體穩定之前，組成梁的腹板或翼緣出現偏離其原來平面位置的波狀屈曲，這種現象稱為鋼梁的局部失穩。組合鋼梁翼緣局部穩定性的計算：梁受壓翼緣自由外伸寬度b1與其厚度t之比的限值：箱形截面受壓翼緣板在兩腹板之間的寬度b0與其厚度t之比的限值：組合鋼梁腹板局部穩定的計算eq\o\ac(○,1)僅用橫向加勁肋加強的腹板：eq\o\ac(○,2)同時用橫向加勁肋和縱向加勁肋加強的腹板：a．受壓翼緣與縱向加勁肋之間的區格（區格I）：b．受拉翼緣與縱向加勁肋之間的區格（區格II）：eq\o\ac(○,3)同時用橫向加勁肋、縱向加勁肋和短加勁肋加強的腹板：a．受壓翼緣與縱向加勁肋之間的區格（區格I）：b．受拉翼緣與縱向加勁肋之間的區格（區格II）：23．軸心受壓構件中整體穩定性涉及構件的幾何形狀和尺寸（長度和截面幾何特征）、桿端的約束程度和與之相關的屈曲形式（彎曲屈曲、扭轉屈曲或彎扭屈曲）及屈曲方向等。另外，構件的初始缺陷（殘余應力、初彎曲、初偏心）和彈性、塑性等不同工作階段的性能，在計算整體穩定時，都需要考慮到。因此，在對軸心受壓構件計算整體穩定性時，引入了整體穩定系數，計算公式為：。在計算時，根據截面形式、屈曲方向（對應軸）和加工條件，即可根據正確地查取值計算。壓彎構件的整體失穩可能為彎矩作用平面內（彎矩通常繞截面強軸作用）時的彎曲屈曲，但當構件在垂直于彎矩作用平面內的剛度不足時，也可發生因側向彎曲和扭轉使構件發生彎扭屈曲，即彎矩作用平面外失穩。在計算其穩定性計算時，除要考慮軸心受壓時所需考慮的因素外，還需考慮荷載類型及其在截面上的作用點位置、端部及側向支承的約束情況等。平面內失穩計算中，引入等效彎矩系數，截面考慮塑性發展，對于實腹式壓彎構件，計算公式為。平面外失穩計算，同樣引入等效彎矩系數，計算公式為。可見，壓彎構件的整體穩定計算比軸心受壓構件要復雜。軸心受壓構件在確定整體穩定承載能力時，雖然也考慮了初彎曲、初偏心等初始缺陷的影響，將其做為壓彎構件，但主要還是承受軸心壓力，彎矩的作用帶有一定的偶然性。對壓彎構件而言，彎矩卻是和軸心壓力一樣，同屬于主要荷載。彎矩的作用不僅降低了構件的承載能力，同時使構件一經荷載作用，立即產生撓曲，但其在失穩前只保持這種彎曲平衡狀態，不存在達臨界力時才突然由直變彎的平衡分枝現象，故壓彎構件在彎矩作用平面內的穩定性屬于第二類穩定問題，其極限承載力應按最大強度理論進行分析。24.局部穩定性屬于平板穩定問題，應應用薄板穩定理論，通過限制翼緣和腹板的寬厚比所保證的。確定限值的原則：組成構件的板件的局部失穩應不先于構件的整體穩定失穩，或者兩者等穩。軸心受壓構件中，板件處于均勻受壓狀態；壓彎構件中，板件處于多種應力狀態下，其影響因素有板件的形狀和尺寸、支承情況和應力狀況（彎曲正應力、剪應力、局部壓應力等的單獨作用和各