钢结构同济大学沈祖炎答案（理想弹性强化情况：钢结构疲劳强度与反复力大小和作用时间关系）

白银钢结构设计27分钟前519阅读0评论

沈祖炎在同济大学的研究指出，钢结构的疲劳强度与其承受的反复力大小和作用时间密切相关。在理想弹性强化情况下，钢材的疲劳寿命可以通过以下公式计算：σ = σb + K * f_a * N，代表应力，σb是材料的屈服强度，f_a是循环次数，N是总的循环次数。通过调整K的值，可以预测不同类型和状态的钢材在不同应力水平下的疲劳寿命。沈祖炎还强调了材料微观结构对疲劳寿命的影响，并提出了通过控制热处理过程来优化钢材性能的方法。这些研究成果为钢结构的疲劳设计提供了科学依据，有助于提高建筑结构的耐久性和安全性。

《同济大学钢结构基本原理（沈祖炎）课后习题答案相关内容》

一、部分章节习题答案示例

（一）第二章相关习题答案

2.1题
- 在钢材单向拉伸状态下应力 - 应变曲线中关于弹性阶段和非弹性阶段关系式如下：
  - 对于理想弹性 - 塑性情况：
    - 弹性阶段： $\sigma = E\varepsilon$ （ $E$ 为弹性模量， $\sigma$ 为应力， $\varepsilon$ 为应变）；非弹性阶段： $\sigma = f_y$ （ $f_y$ 为屈服强度，应力不随应变增大而变化）
  - 对于理想弹性强化情况：
    - 弹性阶段： $\sigma = E\varepsilon$ ；非弹性阶段： $\sigma = f_y+E'(\varepsilon - \varepsilon_y)$ （ $E'$ 为强化阶段的模量， $\varepsilon_y$ 为屈服应变）
2.3题
- 钢材曲线与反复应力大小和作用时间关系：
  - 当构件反复应力处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材曲线基本无变化；当处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，若加载 - 卸载连续进行，钢材曲线基本无变化，若加载 - 卸载有时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象），钢材曲线会相对更高而更短。另外，在一定作用力下，作用时间越快，钢材强度会提高、变形能力减弱，钢材曲线也会更高而更短。
- 钢材疲劳强度与反复力大小和作用时间关系：
  - 反复应力大小对钢材疲劳强度的影响以应力比或应力幅（焊接结构）来量度。一般来说，应力比或应力幅越大，疲劳强度越低；而作用时间越长（指次数多），疲劳强度也越低
2.4题
- 导致钢材发生脆性破坏的原因如下：
  - 化学成分方面：钢材的化学成分，如碳、硫、磷等有害元素成分过多。
  - 生成过程缺陷：钢材生成过程中造成的缺陷，如夹层、偏析等。
  - 加工使用影响：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。
  - 工作温度影响：钢材工作温度影响，可能会引起蓝脆或冷脆。
  - 结构设计影响：不合理的结构细部设计影响，如应力集中等。
  - 受力性质影响：结构或构件受力性质，如双向或三向同号应力场。
  - 荷载性质影响：结构或构件所受荷载性质，如受反复动力荷载作用。
2.5题
- 名词解释：
  - 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。
  - 损伤累积破坏：随时间增长，由荷载与温度变化，化学和环境作用以及灾害因素等使结构或构件产生损伤并不断积累而导致的破坏。
  - 脆性破坏（脆性断裂）：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。
  - 疲劳破坏：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。
  - 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。
  - 疲劳寿命：指结构或构件中在一定恢复荷载作用下所能承受的应力循环次数。
2.7题
- 符号意义：
  - Q235AF：屈服强度、质量等级A（无冲击功要求）的沸腾钢（碳素结构钢）。
  - Q345D：屈服强度、质量等级D（要求提供 - 20°C时纵向冲击功）的特殊镇静钢（低合金钢）。
  - Q390E：屈服强度、质量等级E（要求提供 - 40°C时纵向冲击功）的特殊镇静钢（低合金钢）。
  - Q235D：屈服强度、质量等级D（要求提供 - 20°C时纵向冲击功）的特殊镇静钢（碳素结构钢）。
2.8题
- 钢材选择：
  - 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Q500KN的中级工作制吊车，要求钢材具有良好的低温冲击韧性性能、能在低温条件下承受动力荷载作用，可选Q235D、Q345D等。
  - 一厂房采用焊接钢结构，室内温度为 - 10°C，要求满足低温可焊性条件，可选用Q235BZ等。