钢结构原理课后思考题答案

苏州钢结构设计13秒前1阅读0评论

钢结构原理课后思考题答案，，1. 钢结构在建筑工程中的主要作用是什么？，答：钢结构主要用于建筑的骨架支撑，能够提供良好的稳定性和承重能力。，，2. 什么是钢结构的基本组成元素？，答：钢结构的基本组成元素包括钢梁、钢柱、钢桁架等。，，3. 钢结构的设计原则有哪些？，答：钢结构的设计原则包括强度、稳定性、刚度和耐久性。，，4. 如何计算钢结构的承载能力？，答：通过计算钢材的屈服强度和抗拉强度来确定钢结构的承载能力。，，5. 钢结构的连接方式有哪些？，答：钢结构的连接方式主要有焊接、螺栓连接和铆接等。，，6. 钢结构的防腐措施有哪些？，答：钢结构的防腐措施包括涂防锈漆、使用防锈涂料和定期检查维护等。，，7. 钢结构在地震作用下的抗震性能如何？，答：钢结构具有良好的抗震性能，但需要在设计时考虑到地震力的影响。，，8. 钢结构在高温环境下的性能如何？，答：钢结构在高温环境下会膨胀，需要采取相应的隔热措施以保证结构的稳定性。

一、钢结构对钢材性能的要求

钢结构对钢材性能有较高的强度、较好的变形能力、良好的工艺性能的要求。

二、钢材塑性破坏和脆性破坏的区别

塑性破坏
- 是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉强度 $f_{u}$ 后才发生。在塑性破坏前，构件发生较大的塑性变形，且变形持续的时间较长，容易及时被发现而采取补救措施，不至于引起严重后果。另外，塑性变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高了结构的承载能力。断裂后的端口呈纤维状，色泽发暗。
脆性破坏
- 前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢材的屈服点 $f_{y}$ ，断裂从应力集中处开始。破坏前没有任何预兆，无法及时察觉和采取补救措施，且个别构件的断裂常会引起整体结构塌毁，后果严重，损失较大。

三、钢材的主要性能及衡量指标

屈服点 $f_{y}$ ：是强度指标。
抗拉强度 $f_{u}$ ：是强度指标。
伸长率：是塑性指标。
冷弯性能：反映钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是衡量钢材塑性的重要指标之一，同时也能反映钢材内部的冶金质量。
冲击韧性：反映钢材抵抗冲击荷载的能力，其值随温度的降低而减小，是衡量钢材在动力荷载作用下性能的重要指标。

四、影响钢材性能的主要因素

化学成分的影响：例如碳、硫、磷等元素的含量影响钢材性能。其中，影响钢材发生冷脆的化学元素主要有氮和磷，而使钢材发生热脆的化学元素主要是氧和硫。
冶炼、浇注、轧制过程的影响：钢材生成过程中可能造成夹层、偏析等缺陷影响钢材性能。
热加工的影响：如时效、冷作硬化以及焊接应力等对钢材性能产生影响，在单轴反复应力作用下，若加载 - 卸载连续进行，钢材曲线基本无变化；若加载 - 卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）；在一定作用力下，作用时间越快，钢材强度会提高、而变形能力减弱，钢材曲线也会更高而更短。
工作温度影响：可能会引起蓝脆或冷脆。
结构细部设计影响：不合理的结构细部设计如应力集中等影响钢材性能。
结构或构件受力性质影响：如双向或三向同号应力场影响钢材性能。
结构或构件所受荷载性质影响：如受反复动力荷载作用影响钢材性能。

五、钢结构的连接方法

有焊缝连接、铆钉连接、普通螺栓连接和高强度螺栓连接四种。

六、焊接连接的优缺点

优点
- 构造简单，制造加工方便。
- 不消弱构件截面，节约钢材。
- 易于采取自动化操作，保证焊接结构的质量。
- 连接密封性好、结构刚度大。
缺点
- 由于焊缝附近的热影响区，使钢材的性能发生变化，导致材质变脆。
- 焊接结构的低温冷脆问题比较突出。
- 焊接结构对裂缝较敏感，局部裂缝一经发生便容易扩展到整体。

七、钢结构焊接时焊条或焊缝的选择

手工电弧焊焊条与焊件金属强度相适应，Q235用E43，Q345用E50，对不同钢材连接时，宜用与低强度钢材相适应的焊条。

八、焊缝缺陷及质量级别

焊缝缺陷：有裂纹、气孔、烧穿等。
质量级别
- 一级检查：要求检验每条焊缝的全部长度。
- 二级检查：在外观检查的基础上再做无损检验，要求采用超声波检验每条焊缝20%长度。

九、普通螺栓的相关情况

中级螺栓一般用45、35号钢制成，需要机械加工，尺寸精细；普通螺栓由Q235钢制成，加工粗糙，尺寸不够精确。

十、高强螺栓连接中的摩擦型螺栓和承压型螺栓

摩擦型螺栓：只利用被连接构件之间的摩擦力传递剪力，以摩擦力被克服作为承载能力极限状态。
承压型螺栓：极限状态和普通螺栓相同，以螺栓杆被剪坏和孔壁承压破坏作为承载能力极限状态。

十一、正面角焊缝和侧面角焊缝在受力性能方面的区别

正面角焊缝
- 应力状态复杂，破坏强度高，塑性变形差，角焊缝长度垂直于力的作用方向，弹性状态不均匀，塑性逐渐均匀。
侧面角焊缝
- 主要承受剪力，角焊缝长度平行于力的作用方向。

十二、角焊缝的构造要求及原因

构造要求
- 一般采用两面侧焊，也可采用三面围焊，对角钢杆件也可采用。当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续起落弧，连接处必须连续施焊。当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续起落弧。当板件仅用两条侧焊缝时，宜使 $iwb$ 。为避免应力传递的过分弯折而使板件应力过分不均，焊缝横向收缩时引起板件拱曲太大，宜使 $bw\leq16t$ 或 $200mm$ 。
原因：避免缺陷发生在应力集中较大的转角处，从而改善连接的工作性能；避免应力传递的过分弯折而使板件应力过分不均，焊缝横向收缩时引起板件拱曲太大。

十三、焊接产生焊接残余应力的原因及对结构性能的影响

原因
- 纵向残余应力：高温处的钢材膨胀最大，产生热状塑性压缩，冷却时，被塑性压缩的焊向于缩得比原始长度稍短，这种缩短变形受到两侧钢材的限制，是焊缝区产生纵向拉力。
- 横向残余应力：一是由于焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于形成反向的弯曲变形，上焊缝两块钢板练成整体，不能分开，于是在焊缝中部产生横向拉应力，而在两端产生横拉应力；二是焊缝在施焊过程中，先后冷却的时间不同，先焊的焊缝已经凝强度，会阻止后焊焊缝在横向自由膨胀，使其发生横向的塑性压缩变形。
对结构静力强度的影响：文档未明确提及具体影响情况，需进一步查阅相关资料深入学习。

十四、螺栓在钢板上容许距离限制的依据

根据受力要求、构造要求、施工要求制定最大和最小限制。

十五、轴心受力构件的极限状态

承载能力极限状态
- 轴心受拉构件只有强度问题，而轴心受压构件则有强度和稳定问题。
正常使用极限状态
- 每类构件都有刚度问题。

十六、弹性阶段和弹塑性阶段临界应力与构件长细比的关系

弹性阶段：弹性模量 $E$ 为常数，公式只是长细比 $\lambda$ 的单一函数，所以临界应力只和构件的长细比有关。
弹塑性阶段：截面应力在屈曲前已超过钢材的比例极限，构件处于弹塑性阶段，临界应力不仅和长细比 $\lambda$ 有关，同时还和切线模量 $E_{t}$ 有关，而 $E_{t}$ 和材料的抗压强度有关。