钢结构复习思考题

1. 切线模量理论

切线模量理论认为在非弹性应力状态，应当取应力-应变曲线上相应应力点的切线斜率Et（称为切线模量）代替线弹性模量E。

2. 二阶分析:结构在荷载作用下必然有变形，考虑变形影响的内力分析称为二阶分析。（忽略变形影响的内力分析称为一阶分析。）

3. 二阶分析：对某些结构，必须以变形后的结构作为计算依据进行内力分析，所得的变形

和荷载间呈非线性关系，这种分析方法称为几何非线性分析，也称为二阶分析 4. 概率极限状态设计法:在结构设计中，以概率理论为基础的极限状态设计方法，简称概率极限状态设计法

5. 不稳定分岔屈曲:分岔屈曲后，结构只能在比临界荷载低的荷载下才能维持平衡位形称为不稳定分岔屈曲。

6. 应力集中:在缺陷或截面变化处附近，应力线曲折、密集、出现高峰应力的现象称为应力集中

6.延性破坏（塑性破坏）

超过屈服点fy即有明显塑性变形产生的构件。当达到抗拉强度fu时将在很大变形的情况下断裂，这是材料的塑性破坏，也称为延性破坏

7.疲劳断裂是微观裂缝在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。 8.兰脆现象指温度在250℃左右的区间内，fu有局部性提高，fy也有所回升，同时塑性有所降低，材料有转脆倾向

9.冲击韧性也叫缺口韧性，是钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收机械能能力的量度。是衡量钢材抵抗因低温、应力集中及冲击荷载作用等而致脆性断裂的一项机械性能。

10.正常使用极限状态:对于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。 11、伸长率是断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比。伸长率代表材料断裂前具有的塑性变形的能力。

13、可靠度:结构在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的概率。

1. 冷加工对于钢材性能的影响？P32（不确定）

答：在常温下加工叫冷加工。冷拉、冷弯、冲切、机械剪切等冷加工使钢材而产生很大的塑性变形，产生塑性变形后的钢材在重新加荷时将提高屈服，同时降低塑性和韧性。由于减小了塑性和韧性性能，普通钢结构中不利用硬化现象所提高的强度。重要结构还把钢板因剪切而硬化的边缘部分刨去。

2. 温度对于钢材力学性能的影响？P32

答：钢材对温度相当敏感，温度升高与降低都使钢材性能发生变化。

正温范围: 当温度逐渐升高时，钢材的强度、弹性模量会不断降低，变形能力则不断增大。t<200℃,变化不大；t约等于250℃，兰脆现象出现；

t＝260℃～320℃，徐变明显t＝430℃～540℃，抗拉强度和屈服强度急剧下降； t＝600℃，强度仅为常温下的1/3,可以认为fy ≈0, fu≈0

负温范围：fy、fu 略↑，塑性、韧性↓，材料变脆。对冲击韧性的影响十分突出

3、强度问题和稳定问题的区别。

强度问题是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起地最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度，因此是一个应力问题。它研究的是构件的截面承载能力。

稳定问题则与强度问题不同，它主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态，即变形开始急剧增长的状态，从而设法避免进入该状态，因此，它是一个变形问题。它研究的是单个构件的承载能力。

4.残余应力对于轴心受压构件整体稳定性的影响，及其如何产生这种影响。

影响；残余应力使构件的刚度降低，对压杆的承载能力有不利影响，残余应力的分布情况不同，影响的程度也不同。此外，残余应力对两端铰接的等截面挺直柱的影响和对初弯曲柱的影响也是不同的。柱的长度不同，对残余应力的影响也是不同的

如何产生这种影响：（1）残余应力使柱段受力提前进入了弹塑性受力状态，因而必将降低轴心受压柱的承载能力。（2）残余应力对弱轴的影响比强轴严重的多。因为远离远轴部分正好是残余压应力的部分，这部分对截面抗弯刚度的削弱也最为严重。 5.焊缝连接的优、缺点及其质量检查方法。

答：焊缝连接与螺栓连接、铆钉连接比较有下列优点

1） 不需要在钢材上打孔钻眼，既省工，又不减损钢材截面，使材料可以充分利用 2） 任何形状的构件都可以直接相连，不需要辅助零件，构造简单； 3） 焊缝连接的密封性好，结构刚度大 焊缝连接存在的问题：

1） 在高温影响下，材质变脆 2） 残余应力使变形变大，矫正费工 3） 焊缝一旦开裂便容易扩展到整体

质量检查方法：焊接质量检查分为三级， 三级焊缝：外观检验；二级焊缝：外观检验＋20％长度超声波检验；一级焊缝：外观检验＋全部超声波检验，必要时：＋射线探伤

6.一阶分析和二阶分析的区别。

一阶分析: 对大多数结构,常以变形前的结构作为计算简图进行分析,所得的变形与荷载间呈线性关系,这种分析方法称为几何线性分析,也称为一阶分析。

二阶分析：对某些结构，必须以变形后的结构作为计算依据进行内力分析，所得的变形和荷载间呈非线性关系，这种分析方法称为几何非线性分析，也称为二阶分析 忽略变形的影响的分析称为一阶分析。考虑变形影响的内力分析称为二阶分析。

7.应力集中现象对于钢结构力学性能的影响。

应力高峰处产生双向或三向同号应力场，使σzs值很小，不容易达到屈服，从而使材料塑性发展受到约束，容易产生脆性破坏。

8.第一类稳定问题和第二类稳定问题的特点和区别

第一类稳定：分枝点失稳，基于小变形理论；特征，在临界状态时，结构从初始的平衡位形突变与其临近的另一平衡位形，表现出平衡位形的分岔现象。

第二类失稳：极值点失稳，基于大变形理论。特征，没有平衡位形分岔，临界状态表现为结构不能再承受荷载增量。

10.影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素 （1）截面的纵向残余应力 （2）构件的初弯曲 （3）荷载作用点的初偏心 （4）构件的端部约束条件 12选择钢材应考虑的因素有哪些？

① 结构或构件的重要性； ② 荷载性质（静载或动载）；

③ 连接方法（焊接、铆接或螺栓连接）； ④ 工作条件（温度及腐蚀介质）

13角焊缝的构造要求。 （1）焊脚尺寸

1 角焊缝，最小焊脚尺寸h f≥ 1.5√t1 ，

t1为较厚的焊件的厚度，当焊件厚度小于或等于4mm时，则最小焊脚尺寸应与焊件厚度相同。 2 角焊缝，最大焊脚尺寸h f?1.2t2，t2为较薄的焊件的厚度。?

3 板件边缘的角焊缝，最大焊脚尺寸还需满足：当t?6 mm时，h f＝t；

当t＞? mm时，h f＝t－(1 ~ 2);t为板件的厚度。

（2）计算长度

1 下限：侧面角焊缝和正面角焊缝的计算长度不得小于8hf和40mm

2 上限：侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf，其超过的部分在计算中不考虑。

3 当板件端部只有两条侧面角焊缝时，每条侧面角焊缝得计算长度lw不宜小于两条焊缝之间的宽度。同时宽度b满足以下要求：lw≥b;b?＜?? t(当t＞?? mm);b＜??? mm(当t＜?? mm) ;t为较薄焊件厚度，不满足时应加正面角焊缝

（3）搭接要求：在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍和25mm。

11.失稳的实质：压应力使得构件的弯曲刚度减小，直至消失的过程。

15、试述三种连接方式（焊接、铆接和螺栓连接）各自的优、缺点？

焊接：优点：构造简单，不削弱构件截面、节约钢材、加工方便、易于采用自动化操作、连接的密封性好、刚度大。

缺点：焊接残余应力和残余应变对结构有不利影响，焊接结构的低温冷脆问题也比较突出。

铆接：优点：塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，适用于直接承受动载结构的连接。

缺点：构造复杂，用钢量多，目前已很少使用。

普通螺栓连接：优点：施工简单，装拆方便，利于检修，可以增加预紧力防止松动。 缺点：用钢量多，而且在螺栓连接的缝隙处容易有腐蚀的发生，从而造成连接失效。 16、简述高强螺栓和普通螺栓连接的主要区别p190

普通螺栓扭紧螺帽时螺栓产生的预拉力很小，由板面挤压力产生的摩擦力可以忽略不计。普通螺栓连接抗剪时是依靠孔壁承压和栓杆抗剪来传力。高强度螺栓除了其材料强度高之外，施工时还给螺栓杆施加很大的预拉力，使被连接构件的接触面之间产生挤压力，因此板面之间垂直于螺栓杆方向受剪时有很大的摩擦力。依靠接触面间的摩擦力来阻止其相互滑移，以达到传递外力的目的，因而变形较小。高强度螺栓抗剪连接分为摩擦型连接和承压型连接。前者以滑移作为承载能力的极限状态，后者的极限状态和普通螺栓连接相同。高强度螺栓的另一个特点是不能多次重复使用。尤其是10.9级螺栓，拆卸后即不能再用。 17、轴心受力构件截面形式的共同要求

（1） 能提供承载力所需要的截面积； （2） 制作比较简单；

（3） 便于和相邻的构件连接；

（4） 截面开展而壁厚较薄，以满足刚度要求。

18、为防止局部失稳，我国钢结构规范规定焊接工字钢梁的腹板加劲肋应如何配置 1）、对于ho/tw≤80√235/fy的梁，无局部压力时，一般可不配置加劲肋。如有局部压应力，按构造要求在腹板上配置横向加劲肋，加劲肋的间距a应满足0.5ho≤a≤2 ho

2）、对于ho/tw>80√235/fy的梁，一般配置横向加劲肋并按本节的要求计算局部稳定。 3）、梁的受压翼缘扭转未受到约束且腹板高厚比ho/tw>150√235/fy者，受压翼缘扭转虽受到约束但ho/tw>170√235/fy者，以及仅配置加劲肋还不足以满足腹板的局部稳定要求时，均应在弯曲应力较大区段的腹板受压区配置纵向加劲肋，必要时，在受压区配置短加劲肋，并按规定计算。

4）在梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中处，宜设置支承加劲肋。 19、试述屈服点对钢结构设计理论的重要意义p25 屈服点是建筑钢材的一个重要力学特性，其意义是：

1．作为结构计算中材料强度标准，或材料抗力标准。应力达到σy时的应变（ε=0.015%）与σp时的应变（ε=0.1%）较接近，可以认为应力达到σy时为弹性变形的终点。同时，达到σy 后在一个较大的应变范围内（约从ε=0.15%到ε=2.5%）应力不会继续增加，表示结构一时丧失继续承担更大荷载的能力，故此以σy作为弹性计算时强度的标准。 2．形成理想弹塑性体的模型，为发展钢结构计算理论提供基础。 σy可认为是弹性变形的终点，塑性变形的起点，忽略屈服后应变强化效应的有利影响。

20、试述影响梁整体稳定性的因素有哪些？提高梁稳定性的措施有哪些。

影响梁整体稳定性的因素有：

1） 截面的形状和尺寸比值：增加侧向抗弯刚度（增大受压边缘的宽度），增大梁的抗

扭能力，降低梁的高度h

2） 荷载类型及作用位置：纯弯时，整体稳定临界力最小，均布荷载时次之，集中荷载时最大；荷载作用于下翼缘时临界力高，反之则小。

3） 侧面支承和梁端支承，减小受压翼缘的侧面自由长度可提高临界力。 4） 初始缺陷（初弯曲，初偏心，残余应力）降低梁的临界力。 提高梁稳定性的措施有： 1. 翼缘与其它构件作侧向连接

2. 提高b/t比值，尽可能使抗侧刚度提高，Iy增大。 21、试述初始缺陷对于轴心受压构件稳定极限承载能力的影响p85

初始缺陷包括几何缺陷（杆件的初始弯曲、初始偏心以及板件的初始不平度）和力学缺陷（表现为初始应力和力学参数的不均匀性）两大类。对于稳定承载能力而言，残余应力是影响最大的力学缺陷。残余应力的存在使得构件截面的一部分提前进入屈服，导致该区域的刚度提前消失，造成稳定承载能力的降低。而所有的几何缺陷实质上亦是以附加应力的形式促使刚度提前消失而降低稳定承载能力。缺陷的存在还使得结构的失稳一般都呈弹塑性状态，而非简单的弹性稳定问题。

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