钢结构设计原理课后题答案（普通螺栓受剪连接的破坏形式）

钢结构设计原理课程中，普通螺栓受剪连接的破坏形式是一个重要的知识点。在分析这一问题时，我们可以从以下几个方面进行：，，我们需要理解螺栓受剪连接的基本概念。螺栓受剪连接是指螺栓受到剪切力的作用而发生破坏的一种连接方式。在钢结构中，螺栓通常被用于将两个构件连接在一起，以承受各种外部载荷和内力。，，我们需要考虑螺栓受剪连接的破坏形式。根据工程实践和理论分析，螺栓受剪连接的破坏形式主要有以下几种：，1. 螺栓剪断：当螺栓受到过大的剪力作用时，螺栓会发生剪断现象，从而导致连接失效。，2. 螺栓弯曲：当螺栓受到弯矩作用时，螺栓会发生弯曲变形，导致连接失效。，3. 螺栓滑移：当螺栓受到轴向力作用时，螺栓会发生滑移现象，导致连接失效。，4. 螺栓孔壁破裂：当螺栓受到较大的剪力作用时，螺栓孔壁可能会发生破裂现象，从而导致连接失效。，，我们需要注意在实际工程中，螺栓受剪连接的破坏形式可能因多种因素而有所不同。在进行钢结构设计时，需要综合考虑各种因素，以确保结构的安全性和可靠性。

一、部分《钢结构设计原理》课后题答案内容

（一）钢材相关概念

影响钢材性能的因素
- 化学成分方面：
  - 影响钢材发生冷脆的化学元素主要有氮和磷，使钢材发生热脆的化学元素主要是氧和硫。碳含量也会影响钢材性能，含碳量高则强度高，但塑性、韧性和可焊性可能降低。例如在选择用于不同环境和受力要求的钢材时，需要考虑这些元素的影响，像在北方严寒地区建造厂房露天仓库使用非焊接吊车梁，承受起重量Q = 500KN的中级工作制吊车，就需要选择具有良好低温冲击韧性性能、能在低温条件下承受动力荷载作用的钢材如Q235D、Q345D等，这里就考虑到了钢材化学成分对低温性能的影响等因素。
- 加工使用过程方面：
  - 钢材在加工、使用过程中的各种影响，如时效、冷作硬化以及焊接应力等影响钢材性能。例如冷作硬化会使钢材强度提高，但塑性和韧性降低。
- 工作温度方面：
  - 钢材工作温度影响，可能会引起蓝脆或冷脆。在低温环境下钢材可能发生冷脆现象，其韧性大幅降低，在设计钢结构时，若结构处于低温环境，就要考虑这种温度对钢材性能的影响，选择合适的钢材品种，如在低温环境下的焊接钢结构，要考虑钢材的可焊性和低温韧性等性能。
钢材破坏类型相关概念
- 延性破坏（塑性破坏）：
  - 破坏前有明显变形，并有较长持续时间，应力超过屈服点 $f_y$ 、并达到抗拉极限强度 $f_u$ 的破坏。这种破坏有明显的预兆，例如在一些受弯构件中，当弯矩逐渐增大时，构件会先出现较大的弯曲变形，然后才发生破坏。
- 脆性破坏（脆性断裂）：
  - 指破坏前无明显变形、无预兆，而平均应力较小（一般小于屈服点 $f_y$ ）的破坏。脆性破坏往往突然发生，例如在一些钢结构中，如果存在应力集中、钢材质量缺陷或者低温环境等不利因素，可能会引发脆性破坏，像在有尖锐缺口或者焊接缺陷的部位容易发生这种破坏。
- 疲劳破坏：
  - 指钢材在连续反复荷载作用下，应力水平低于极限强度，甚至低于屈服点的突然破坏。例如桥梁结构中，长期承受车辆荷载的反复作用，钢材可能发生疲劳破坏，其破坏与荷载的反复次数、应力幅等因素有关。
- 应力腐蚀破坏（延迟断裂）：
  - 在腐蚀性介质中，裂纹尖端应力低于正常脆性断裂应力临界值的情况下所造成的破坏。比如在一些化工环境中的钢结构，受到腐蚀性介质的侵蚀，即使应力水平不高，也可能因为应力腐蚀而发生破坏。

（二）构件受力计算相关

应力比和应力幅计算示例
- 对于一两跨连续梁，已知截面上A点正应力为 $\sigma_{1}=120N/mm^{2}$ $σ_{1} = 120 N / m m^{2}$ ， $\sigma_{2}=80N/mm^{2}$ $σ_{2} = 80 N / m m^{2}$ ，B点的正应力 $\sigma_{1}=120N/mm^{2}$ $σ_{1} = 120 N / m m^{2}$ ， $\sigma_{2}=20N/mm^{2}$ $σ_{2} = 20 N / m m^{2}$ 。
  - A点：
    - 应力比： $\frac{\sigma_{2}}{\sigma_{1}}=\frac{80}{120}=0.667$ 。
    - 应力幅： $\sigma_{max}-\sigma_{min}=120 - 80 = 40N/mm^{2}$ 。
  - B点：
    - 应力比： $\frac{\sigma_{2}}{\sigma_{1}}=\frac{20}{120}=0.167$ 。
    - 应力幅： $\sigma_{max}-\sigma_{min}=120 - 20 = 100N/mm^{2}$ 。
轴心受压稳定系数及临界荷载计算示例（以某车间工作平台柱为例）
- 某车间工作平台柱高，轴心受压，两端铰接，材料用I16，Q235钢。
  - 首先查附表得到I16截面特性，柱子两端铰接，计算柱子长细比。因为已知条件，对于Q235钢计算相对长细比，根据柱子轧制情况，对y轴查相关表知为b类截面，然后可以进一步确定轴心受压稳定系数，再根据钢材的强度设计值计算稳定临界荷载。若改用Q345钢，同样按照上述步骤，根据Q345钢的相关参数重新计算轴心受压稳定系数及其稳定临界荷载。

（三）连接相关

普通螺栓连接
- 破坏形式及防止措施：
  - 普通螺栓受剪连接的破坏形式可能有五种，即螺栓杆被剪断、孔壁挤压破坏、螺栓杆弯曲、板端被冲剪破坏、钢板被拉断。其中需通过计算保证的有螺栓杆被剪断、孔壁挤压破坏等情况。
  - 为防止螺栓杆被剪断，要根据螺栓的抗剪承载力设计值进行螺栓选型和数量计算；为防止孔壁挤压破坏，要考虑螺栓的承压承载力设计值等因素。例如在计算单个螺栓的抗剪承载力设计值 $N_{b}^{v}=n_{v}\frac{\pi d^{2}}{4}f_{b}^{v}$