高等钢结构复习整理题答案

《高等钢结构》复习题

（1） 按承载力极限状态和正常极限状态设计钢结构时，应考虑荷载效应的哪种组合？

承载力极限状态：基本组合；正常使用状态：标准组合。 （2）钢材的设计强度是根据钢材的什么确定的？

钢材的屈服强度

fy除以抗力分项系数rR。

钢结构的塑性好、韧性好指的是什么？各用什么指标表示？

塑性好，结构在静载和动载作用下具有足够的应变能力，可减轻结构脆性破坏的倾向，同时可通过较大的塑性变形调整局部压力。韧性好，结构具有较好的抵抗重复荷载作用的能力。塑性：伸长率。韧性：材料断裂时所吸收的总能量（包括弹性和非弹性）来度量。

钢结构的两种主要破坏形式是什么？各有什么特点？

塑性破坏：破坏前构件产生较大的塑性变形，断裂后的端口呈纤维状，色泽发暗。 脆性破坏：破坏前没有任何预兆，破坏是突然发生的，端口平直并呈有光泽的晶粒状。

（1） 钢材牌号是根据材料的什么命名的？同一牌号钢材为什么设计强度不同？

钢的牌号由代表屈服点的的字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）、脱氧方法符号四部分按顺序组成。

钢的牌号仍有质量等级符号，分为A、B、C、D、E五个等级。E级主要是要求-40 ?C的冲击韧性。

（2） 沸腾钢与镇静钢冶炼浇注方法的主要不同之处是什么？

镇静钢脱氧充分，沸腾钢脱氧较差。

（3） Q235钢材A、B、C、D四个等级主要什么指标不同？

A级钢只保证抗拉强度、屈服点和伸长率，B、C、D级钢均保证抗拉强度、屈服点、伸长率、抗弯性和冲击韧性。

（4） 工字钢的翼缘和腹板性能是否相同？

（9）如果钢材具有 较好的塑性和韧性 性能，那么钢结构在一般情况下就不会因偶然或局部超载而发生突然断裂。

（10）对于焊接结构，除应限制钢材中的硫、磷的极限含量外，还应限制 碳 的含量不超过规定值。

（11）钢材的硬化，提高了钢材的 屈服点 ，降低了钢材的 塑性和韧性 。

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（12）随着时间的增长，钢材强度提高，塑性和韧性下降的现象称为 时效硬化，俗称老化 。 （13）应力集中易导致钢材脆性破坏的原因在于应力集中处 截面横向变形（塑性变形） 受到约束。 （14）试验证明，钢材的疲劳强度主要与构造状况、应力幅和循环荷载重复次数有关，而与钢材的_静力强度____并无明显关系。

（1） 焊缝的主要形式？主要区别是什么？强度如何？

焊缝主要包括角焊缝、对接焊缝两种形式。

采用角焊缝连接的板件不必坡口，焊缝金属直接填充在由被连接板件形成的直角或斜角区域内。对接焊缝的焊件边缘常需要加工坡口，故又称为坡口焊缝。

（2） 斜角焊缝主要用于哪种状况？

斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中，对于夹角大于135 ?或小于60 ?的斜角角焊缝，不宜用作受力焊缝（钢管结构除外）。

（3） 部分焊透的对接焊缝强度应按哪种形式焊缝计算？（P79）

部分焊透的对接焊缝实际上可视为在坡口内焊接的角焊缝，故其强度计算方法与直角角焊缝相同，在垂直于焊缝长度方向的压力作用下，取?f=1.22，其他受力情况取?f=1.0.

（4） 对接焊缝强度与母材设计强度的关系？（P60）

一级、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。

三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故取其抗拉强度为母材强度的85%。

（5） 什么方向的焊接残余应力对构件承载力影响较大？焊接残余应力的影响如何？（P80-83）

对结构静力强度无影响；降低结构的刚度；降低受压构件稳定承载力；增加了钢材在低温下的脆断倾向；降低结构的疲劳强度。

（6） 一个承受剪力的普通螺栓的破坏形式？ (P87)

当栓杆直径较小而板件较厚时，栓杆可能被剪断；当栓杆直径较大、板件较薄时，板件可能被挤坏；板件截面可能因螺栓孔削弱太多而被拉断；端距太小，端距范围内的板件可能被栓杆冲剪破坏。

（7） 普通螺栓连接的应用范围？(P56)

（8） 一个普通螺栓的抗剪、抗拉和承压设计强度是如何确定的?（P88,91）

受剪承载力设计值：N?nv

bv?d24fvb；

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承压承载力设计值：Nc?db?tfbc；

bb一个螺栓抗剪的承载力设计值取Nv和Nc的较小值Nmin 抗拉：N?btb?de24ftb

（9） 高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接在传力(P95)、使用范围（P57）的主要区别？

高强度螺栓摩擦型连接只依靠被连接板件间的摩擦力传递剪力，以剪力等于摩擦力作为承载能力的极限状态。高强度螺栓承压型连接的传力特征是剪力超过摩擦力时，板件间发生相互滑移，螺栓杆身与孔壁接触，开始受剪并孔壁承压。另外，摩擦力随外力继续增大而逐渐减弱，连接接近破坏时，剪力全由杆身承担。高强度螺栓承压型连接以螺栓或钢板破坏作为承载能力的极限状态，可能的破坏形式和普通螺栓相同。

摩擦型连接的剪切变形小，弹性性能好，特别适用于承受动荷载的结构；承压型连接的承载力高于摩擦型，连接紧凑，但剪切变形大，不得用于承受动荷载的结构中。

（10）螺栓连接中，为何规定螺栓最小容许距离和最大容许距离？(P86)

最小容许距离：保证施工要求,要保证有一定空间，便于打铆和采用扳手拧紧螺帽。 最大容许距离：保证受力要求和构造要求。

（11）普通螺栓群和高强度螺栓群承受弯矩作用时，中和轴在何处？为什么？(P92,101) 普通螺栓群：实际计算时可近似地取中和轴位于最下排螺栓处。因为：受拉螺栓截面只是孤立的几个螺栓点，而端板受压区则是宽度较大的实体矩形单元。当以其形心位置作为中和轴时，所求得的端板受压区高度总是很小，中和轴通常在弯矩指向一侧最外排螺栓附近的某个位置。

高强度螺栓群：中和轴在螺栓群的形心轴上。因为：高强度螺栓的外拉力总是小于预拉力P，在连接受弯矩作用而使螺栓沿栓杆方向受力时，被连接构件的接触面一直保持紧密结合，因此可认为中和轴在螺栓群的形心上。

（1） 实腹式轴心受拉构件的设计计算内容包括哪几项？

需分别进行强度和刚度的计算。

（2） 实腹式轴心受压构件的设计计算内容包括哪几项？

需分别进行强度、整体稳定、局部稳定和刚度的计算。

（3） 为什么要限制轴心受力构件的长细比？

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轴心受力构件的刚度是以限制其长细比来保证的。为满足结构的正常使用要求，轴心受力构件应具有一定的刚度，以保证构件不会在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形，不会在使用期间因自重产生明显下挠，也不会再动力荷载作用下发生较大的振动。对于轴心受压构件，刚度过小还会显著降低其极限承载力。

（4） 轴心受压构件的整体失稳形式？我国《钢结构设计规范》整体稳定系数?如何确定？不同失

稳形式的整体稳定系数?如何确定？

三种屈曲形式：弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲。

整体稳定系数?值应根据截面分类和构件的长细比，查表得出。

在轴心受压构件扭转屈曲的计算中，可采用扭转屈曲临界力与欧拉临界力相等得到换算长细比，由换算长细比可按弯曲失稳的柱子曲线获得稳定系数?值。《钢结构设计规范》将完全弹性的弯扭屈曲临界力与欧拉临界力相比较，得到换算长细比，再以此长细比由弯曲失稳的柱子曲线获得稳定系数?值。

（5） 我国《钢结构设计规范》在制定轴心受压构件整体稳定系数?时，主要考虑了哪几种降低其

整体稳定承载能力的因素？

初弯曲、荷载初偏心和残余应力等初始缺陷。

（6） 为什么a类截面的轴心压杆稳定系数?值最高？ d类截面的轴心压杆稳定系数?值最低？

因为a类截面失稳时其残余应力影响较小。

因为d类截面失稳时其残余应力不但沿板件宽度方向变化，在厚度方向的变化也比较显著，另外厚板质量较差也会对稳定带来不利影响。

（7） 为什么无对称轴的截面不宜用作轴心受压构件？

因为无对称轴的截面失稳时，在弯曲的同时总伴随着扭转，即形成弯扭屈曲，在相同的情况下，弯扭失稳比弯曲失稳的临界应力要低。

（8） 轴心受压构件翼缘和腹板的局部稳定如何保证？

轴心受压构件的局部稳定是以限制其组成板件的宽厚比来保证的。

（9） 轴心受压构件腹板的高厚比不满足局部稳定限值要求，又不能增加腹板厚度时应如何处理？

可在腹板中部设置纵向加劲肋。

（10）为什么确定轴心受压实腹式柱的截面形式时，应使两个主轴方向的长细比尽可能接近？

为使两个主轴方向尽量等稳定，以达到经济的效果。

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（1） 梁的设计计算内容包括哪几项？

梁的设计必须同时满足承载力极限状态和正常使用极限状态。钢梁的承载力极限状态包括强度、整体稳定和局部稳定三个方面。设计时要求在荷载设计值作用下，梁的抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和局部稳定三个方面。设计时要求在荷载设计值作用下，梁的抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算应力均不超过相应的强度设计值；保证梁不会发生整体失稳；同时组成梁的板件不出现局部失稳。正常使用极限状态主要指梁的刚度，设计时要求梁具有足够的抗弯刚度，即在荷载设计值作用下，梁的最大挠度不大于《钢结构设计规范》规定的容许挠度。

（2） 承受静力荷载的梁，在抗弯强度计算中为什么考虑截面塑性发展系数？

因为在静力荷载作用下，梁不需要计算疲劳，可以按塑性方法进行设计。

（3） 梁的强度计算包括哪几项？验算何处的应力？若不满足采取什么办法最有效？

梁的强度包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算应力。 抗弯强度：验算边缘纤维处应力。增大梁的高度最有效。

抗剪强度：验算腹板中和轴处的应力。最有效的办法是增大腹板的面积，但腹板高度一般由梁的刚度条件和构造要求确定，故设计时常采用加大腹板厚度的办法来增大梁的抗剪强度。 局部承压强度：验算腹板最薄处。在固定集中荷载处（包括支座处）应设置支承加劲肋予以加强，并对支承加劲肋进行计算；对移动集中荷载，则应加大腹板厚度。 折算应力：在组合梁的腹板计算高度边缘处。

（4） 单向受弯梁整体失稳的形式？

弯扭屈曲。

（5） 梁的整体稳定都和哪些因素有关？

荷载作用位置，梁的截面尺寸、梁的支承条件，梁的侧向抗弯刚度、抗扭刚度、翘曲刚度以及梁的跨度。

（6） 梁的受压翼缘和腹板的局部稳定如何保证？

受压翼缘：限制宽厚比。

局部稳定：增加腹板的厚度，也可设置腹板加劲肋，后者比较经济。对于可能因剪应力或局部压应力引起屈曲的腹板，应隔一定距离设置横向加劲肋；对于可能因弯曲压应力引起屈曲的腹板，宜在受压区距受压翼缘h0/5至h0/4处设置纵向加劲肋。

（7） 梁的支承加劲肋和横向加劲肋的区别？

支承加劲肋是指承受固定集中荷载或者支座反力的横向加劲肋。此种加劲肋应在腹板两侧成

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对设置，并应进行整体稳定和端面承压计算，其截面通常比中间横向加劲肋大。

（8） 什么是梁腹板的屈曲后强度？为什么要考虑梁腹板的屈曲后强度？

梁腹板的屈曲后强度：梁的腹板可视为支承在上、下翼缘板和两横向加劲肋的四边支承板，如果支承较强，则当腹板屈曲后发生侧向位移时，腹板中面内将产生薄膜拉应力形成薄膜张力场，薄膜张力场可阻止侧向位移的加大，使梁能继续承受更大的荷载，直至腹板屈服或板的四边支承破坏，也就是说腹板屈曲后还有较大的继续承载能力。

利用腹板的屈曲后强度，可加大腹板的高厚比，腹板高厚比达到250时也不必设置纵向加劲肋，可以获得更好的经济效果。

（9） 剪力、弯矩单独作用以及共同作用下，考虑腹板屈曲后强度钢梁的极限承载力如何变化？

剪力单独作用时：考虑屈曲后强度，抗剪承载力提高了，腹板能够承担的极限剪力为屈曲剪力与张力场剪力之和。

弯矩单独作用时：考虑屈曲后强度，梁的抗弯承载力降低，但下降不多。

共同作用下：在弯矩和剪力的共同作用下腹板屈曲后对梁承载力的影响，计算比较复杂，一般采用弯矩M和剪力V的相关关系曲线确定。

（1） 实腹式压弯构件的设计计算内容包括哪几项？

应同时满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求。压弯构件则需要计算强度、整体稳定（弯矩作用平面内稳定和弯矩作用平面外失稳）、局部稳定和刚度（限制长细比）。

（2） 弯矩作用在实轴平面内的双肢格构式压弯构件的设计计算内容包括哪几项？

整体稳定计算，分肢的稳定计算，格构柱的横隔及分肢的局部稳定。

（3）2根几何尺寸完全相同的压弯构件，一根端弯矩使之产生反向曲率，一根产生同向曲率，则两者的稳定性如何？

端弯矩使构件产生同向曲率时，等效弯矩系数?mx=1.0，使构件产生反向曲率时，?mx=0.85。产生反向弯曲的构件稳定性较好。

（4） 压弯构件受压翼缘和腹板的局部稳定如何保证？

限制受压翼缘和腹板的宽厚比和高厚比。

（5） 根据侧移刚度的不同，框架结构如何分类？

框架分为无支撑纯框架和有支撑框架，其中有支撑框架根据抗侧移刚度的大小分为强支撑框架和弱支撑框架。

（6） 影响等截面框架柱计算长度的主要因素有哪些？

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单层等截面框架柱在平面内的计算长度：与柱脚和基础的连接形式及横梁与柱线刚度之比

K1有关。

多层等截面框架柱在框架平面内的计算长度：与上下两端节点的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值K1、K2有关。

框架柱在框架平面外的计算长度：一般由支撑构件的设置情况确定。支撑体系提供柱在平面外的支承点，这些支承点应能阻止柱在框架平面外发生侧移，柱在平面外的计算长度即取决于支承点间的距离。

（7） 何为边缘屈服准则和最大强度准则，压弯构件的稳定计算采用什么准则？

边缘屈服准则：当构件截面受压最大纤维刚刚屈服构件即失去承载力而发生破坏。 最大强度准则：即以具有各种初始缺陷的构件为计算模型，求解其极限承载力。 压弯构件的稳定计算采用了边缘纤维屈服准则。

1． 何为结构内力的一阶弹性分析和二阶弹性分析？举例说明两者的不同。钢框架结构内力分析采

用的原则是什么？

2．讨论下图所示框架柱的计算长度与?值的大小是否有关系？

3.钢材的包辛格（Bauschinger）效应？ 4.加荷速率对钢材性能的影响？ 5.举例说明什么是P??效应？

6.用于减小计算构件长度的支撑，需设计计算的内容？

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