钢结构基本原理思考题简答题答案

2.1 如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的σε-关系式。

tgα'=E'f y 0f y 0tgα=E 图2-34 σε-图（a ）理想弹性－塑性（b ）理想弹性强化解：（1）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化） （2）弹性阶段：tan E σεαε==⋅ 非弹性阶段：'()tan '()tan y y y y f f f E f Eσεαεα=+-=+-2.2如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？2235/y f N mm = 2270/c N mm σ= 0.025F ε= 522.0610/E N mm =⨯2'1000/E N mm =f yσ图2-35 理想化的σε-图解：（1）A 点：卸载前应变：52350.001142.0610y f Eε===⨯卸载后残余应变：0c ε=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（2）B 点：卸载前应变：0.025F εε==卸载后残余应变：0.02386y c f Eεε=-=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（3）C 点： 卸载前应变：0.0250.0350.06'c yF f E σεε-=-=+=卸载后残余应变：0.05869cc Eσεε=-=可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-=2.3试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。

答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；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）。

钢结构的材料1．为什么能把钢材简化为理想的弹塑性材料？2．塑性和韧性的定义，两者有何区别，冷弯性能和冷作硬化对结构设计的意义是什么？3．为什么承受动力荷载的重要结构要通过刨边、扩孔等方法清除其冷加工的边缘部分？1．答：从钢材拉伸时的应力－应变曲线可以看到，钢材有较明显的弹性、屈服阶段，但当应力达屈服点后，钢材应变可达2％～3％，这样大的变形，虽然没有破坏，但结构或构件已不适于再继续承受荷载，所以忽略弹塑性阶段，而将钢材简化为理想的弹塑性材料。

2．答：塑性是指当应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形而不立即断裂的性质；韧性是指塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。

韧性同塑性有关，但不完全相同，是强度和塑性的综合表现。

冷弯性能是指钢材在冷加工产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力，可检验钢材的冷加工工艺和检查钢材的内部缺陷。

钢材冷加工过程中引起的钢材硬化称为冷作硬化，冷作硬化可能使材料变脆。

3．答：钢结构冷加工时会引起钢材的局部冷作硬化，从而使材料强度提高，塑性、韧性下降，使钢材变脆。

因此，对承受动力荷载的重要结构要通过刨边、扩孔等方法清除其冷加工的边缘部分，从而防止脆性破坏。

钢结构的连接1、请说明角焊缝焊脚尺寸不应太大、太小的原因及焊缝长度不应太长、太短的原因?2、试述焊接残余应力对结构工作的影响?3、正面角焊缝和侧面角焊缝在受力上有什么不同？当作用力方向改变时，又将如何？4、对接焊和角焊缝有何区别？5、如何减小焊接应力和焊接变形？6．高强度螺栓的预拉力起什么作用？预拉力的大小与承载力之间有什么关系？7．摩擦型高强度螺栓与承压型高强度螺栓有什么区别？8．为什么要控制高强度螺栓的预拉力，其设计值是怎样确定的？9．普通螺栓和高强度螺栓在受力特性方面有什么区别？单个螺栓的抗剪承载力设计值是如何确定的？10．螺栓群在扭矩作用下，在弹性受力阶段受力最大的螺栓其内力值是在什么假定条件下求得的？1．答：焊脚尺寸太大施焊时较薄焊件容易烧穿；焊缝冷却收缩将产生较大的焊接变形；热影响区扩大容易产生脆裂。

2.1 如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线,请写出弹性阶段和非弹性阶段的σε-关系式.图2-34 σε-图〔a 〕理想弹性－塑性〔b 〕理想弹性强化解：〔1〕弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：y f σ=〔应力不随应变的增大而变化〕 〔2〕弹性阶段：tan E σεαε==⋅ 非弹性阶段：'()tan '()tan yyy y f f f E f E σεαεα=+-=+-2.2如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线,试验时分别在A 、B 、C 卸载至零,则在三种情况下,卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？图2-35 理想化的σε-图解：〔1〕A 点：卸载前应变：52350.001142.0610y f Eε===⨯卸载后残余应变：0c ε=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=〔2〕B 点： 卸载前应变：0.025F εε== 卸载后残余应变：0.02386y c f Eεε=-=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=〔3〕C 点： 卸载前应变：0.0250.0350.06'c yF f E σεε-=-=+=卸载后残余应变：0.05869cc Eσεε=-=可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-=2.3试述钢材在单轴反复应力作用下,钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系. 答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时,即材料处于弹性阶段时,反复应力作用下钢材材性无变化,不存在残余变形,钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时,即材料处于弹塑性阶段,反复应力会引起残余变形,但若加载－卸载连续进行,钢材σε-曲线也基本无变化；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〕.钢材σε-曲线会相对更高而更短.另外,载一定作用力下,作用时间越快,钢材强度会提高、而变形能力减弱,钢材σε-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试述导致钢材发生脆性破坏的各种原因. 答：〔1〕钢材的化学成分,如碳、硫、磷等有害元素成分过多；〔2〕钢材生成过程中造成的缺陷,如夹层、偏析等；〔3〕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；〔4〕钢材工作温度影响,可能会引起蓝脆或冷脆；〔5〕不合理的结构细部设计影响,如应力集中等；〔6〕结构或构件受力性质,如双向或三向同号应力场；〔7〕结构或构件所受荷载性质,如受反复动力荷载作用. 2.5 解释以下名词： 〔1〕延性破坏 延性破坏,也叫塑性破坏,破坏前有明显变形,并有较长持续时间,应力超过屈服点fy 、并达到抗拉极限强度fu 的破坏.〔2〕损伤累积破坏 指随时间增长,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.〔3〕脆性破坏 脆性破坏,也叫脆性断裂,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fy 〕的破坏. 〔4〕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. 〔5〕应力腐蚀破坏 应力腐蚀破坏,也叫延迟断裂,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.〔6〕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. 2.6 一两跨连续梁,在外荷载作用下,截面上A 点正应力为21120/N mm σ=,2280/N mm σ=-,B 点的正应力2120/N mm σ=-,22120/N mm σ=-,求梁A 点与B 点的应力比和应力幅是多少？解：〔1〕A 点：应力比：21800.667120σρσ==-=- 应力幅：2max min 12080200/N mm σσσ=-=+= 〔2〕B 点：应力比：12200.167120σρσ=== 应力幅：2max min 20120100/N mm σσσ=-=-+= 2.7指出以下符号意义： <1>Q235AF <2>Q345D <3>Q390E<4>Q235D答：〔1〕Q235AF ：屈服强度2235/y f N mm =、质量等级A 〔无冲击功要求〕的沸腾钢〔碳素结构钢〕〔2〕Q345D ：屈服强度2345/y f N mm =、质量等级D 〔要求提供-200C 时纵向冲击功34k A J =〕的特殊镇静钢〔低合金钢〕〔3〕Q390E ：屈服强度2390/y f N mm =、质量等级E 〔要求提供-400C 时纵向冲击功27k A J =〕的特殊镇静钢〔低合金钢〕〔4〕Q235D ：屈服强度2235/y f N mm =、质量等级D 〔要求提供-200C 时纵向冲击功27k A J =〕的特殊镇静钢〔碳素结构钢〕2.8根据钢材下选择原则,请选择以下结构中的钢材牌号： 〔1〕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,应选用何种规格钢材品种？〔2〕一厂房采用焊接钢结构,室内温度为-100C,问选用何种钢材？ 答：〔1〕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；〔2〕要求满足低温可焊性条件,可选用Q235BZ 等.2.9钢材有哪几项主要机械指标？各项指标可用来衡量钢材哪些方面的性能？答：主要机械性能指标：屈服强度y f 、极限强度u f 以及伸长率5δ或10δ,其中,屈服强度y f 、极限强度u f 是强度指标,而伸长率5δ或10δ是塑性指标.2.10影响钢材发生冷脆的化学元素是哪些？使钢材发生热脆的化学元素是哪些？答：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. 第四章 第五章5.1 影响轴心受压稳定极限承载力的初始缺陷有哪些?在钢结构设计中应如何考虑? 5.2 某车间工作平台柱高2.6m,轴心受压,两端铰接.材料用I16,Q235钢,钢材的强度设计值2215/d f N mm =.求轴心受压稳定系数ϕ及其稳定临界荷载. 如改用Q345钢2310/d f N mm =,则各为多少?解答:查P335附表3-6,知I16截面特性,26.57, 1.89,26.11x y i cm i cm A cm ===柱子两端较接,1.0x y μμ==故柱子长细比为1.0260039.665.7x x xli μλ⨯===,2600 1.0137.618.9y y y l i μλ⨯===因为x yλλ<,故对于Q235钢相对长细比为137.61.48λπ===钢柱轧制,/0.8b h ≤.对y 轴查P106表5-4<a>知为不b 类截面. 故由式5-34b 得<或计算137.6λ=,再由附表4-4查得0.354ϕ=>故得到稳定临界荷载为20.35426.1110215198.7crd d N Af kNϕ==⨯⨯⨯=当改用Q365钢时,同理可求得 1.792λ=.由式5-34b 计算得0.257ϕ= <或由166.7λ=,查表得0.257ϕ=>故稳定临界荷载为20.25726.1110310208.0crd d N Af kNϕ==⨯⨯⨯=5.3 图5-25所示为一轴心受压构件,两端铰接,截面形式为十字形.设在弹塑性范围内/E G 值保持常数,问在什么条件下,扭转屈曲临界力低于弯曲屈曲临界力,钢材为Q235.5.4 截面由钢板组成的轴心受压构件,其局部稳定计算公式是按什么准则进行推导得出的.5.5 两端铰接的轴心受压柱,高10m,截面为三块钢板焊接而成,翼缘为剪切边,材料为Q235,强度设计值2205/d f N mm =,承受轴心压力设计值3000kN <包括自重>.如采用图5-26所示的两种截面,计算两种情况下柱是否安全.图5-26 题5.5 解答:截面特性计算: 对a>截面: 对b>截面:整体稳定系数的计算: 钢柱两端铰接,计算长度10000ox oy l l mm==对a>截面:1000040.88244.6ox x x l i λ===1000075.87131.8ox yy l i λ===对b>截面:1000050.08199.7kx x x l i λ===1000094.88105.4ox y yl i λ===根据题意,查P106表5-4<a>,知钢柱对x 轴为b 类截面,对y 轴为c 类截面. 对a>截面: 对x 轴:<或计算40.88λ=,再由附表4-4查得0.896xϕ>对y 轴:<或计算75.87λ=,再由附表4-5查得0.604yϕ>故取该柱的整体稳定系数为0.604ϕ= 对b>截面,同理可求得0.852x ϕ=,0.489y ϕ=,故取该柱截面整体稳定系数为0.489ϕ=整体稳定验算: 对a>截面 0.604240002052971.68 3000 crd d N Af kN kN ϕ==⨯⨯=<不满足.对b>截面0.489240002052405.88 3000 crd N kN kN =⨯⨯=<不满足.5.6 一轴心受压实腹柱,截面见图5-27.求轴心压力设计值.计算长度08x l m =,04y l m =<x轴为强轴>.截面采用焊接组合工字形,翼缘采用I28a 型钢.钢材为Q345,强度设计值2310/d f N mm =.5.7 一轴心受压缀条柱,柱肢采用工字型钢,如图5-28所示.求轴心压力设计值.计算长度030x l m =,015y l m =<x轴为虚轴>,材料为Q235,2205/d f N mm =.图5-28 题5.7 解答:截面及构件几何性质计算截面面积:2286.07172.14A cm =⨯= I40a 单肢惯性矩:41659.9I cm =绕虚轴惯性矩:241102[659.986.07()]522043.32x I cm =⨯+⨯=绕实轴惯性矩:422171443428y I cm =⨯=回转半径:55.07x i cm===15.88y i cm =长细比:300054.4855.07ox x x l i λ===150094.4615.88oy y y l i λ===缀条用L75⨯6,前后两平面缀条总面积2128.79717.594x A cm =⨯=由P111表5-5得：56.85ox λ===构件相对长细比,因ox yλλ<,只需计算yλ:查P106表5-4<a>可知应采用b 类截面：<或计算94.46λ=,再由附表4-4查得0.591ϕ=>故轴的压力设计值为20.591172.14102052085.6crd d N Af kNϕ==⨯⨯⨯=5.8 验算一轴心受压缀板柱.柱肢采用工字型钢,如图5-29所示.已知轴心压力设计值2000N kN =<包括自重>,计算长度020x l m =,010y l m =<x轴为虚轴>,材料为Q235, 2205/d f N mm =,2125/vd f N mm =.图5-29 题5.8 解答:一、整体稳定验算截面及构件几何性质计算:截面面积:2286.07172.14A cm =⨯= I40a 单肢惯性矩:41659.9I cm =绕虚轴惯性矩:241102[659.986.07()]522043.32x I cm =⨯+⨯=绕实轴惯性矩:422171443428y I cm =⨯=回转半径:55.07x i cm===15.88y i cm =长细比:200036.3255.07ox x x l i λ===100062.9715.88oy yy l i λ===缀板采用303001100mm ⨯⨯. 计算知1/6b K K >,由P111表5-5得46.40ox λ===<其中18028.882.77λ==>构件相对长细比: 因ox yλλ<,只需计算yλ:查P106表5-4<a>可知应采用b 类截面<或计算62.97λ=,再由附表4-4查得0.791ϕ=>故20.791172.14102052791.34crd d N Af kNϕ==⨯⨯⨯=,满足.二、局部稳定验算:1>单肢截面板件的局部稳定单肢采用型钢,板件不会发生局部失稳. 2>受压构件单肢自身稳定 单肢回转半径1 2.77i cm=长细比满足：01max 18028.880.50.562.9731.492.77a i λλ===<=⨯=,且满足140λ<故单肢自身稳定满足要求.3>缀板的稳定轴心受压构件的最大剪力:2max172.14102054151685V N ⨯⨯===缀板剪力:14151611002075821100a T V N c ==⨯=缀板弯矩:71415161100 1.14210222a M V N mm ==⨯=⨯缀板厚度满足:11003027.5 40b t mm =≥=,故只作强度验算:故由以上整体稳定验算和局部稳定验算可知,该缀板柱满足要求.5.9 有一拔杆,采用Q235钢,2215/d f N mm =,如图5-30所示,缀条采用斜杆式体系.设考虑起吊物时的动力作用等,应将起重量乘以1.25,并设平面内、外计算长度相等.问60θ=︒时,拔杆最大起重量设计值为多少? 第六章6.1 工字形焊接组合截面简支梁,其上密铺刚性板可以阻止弯曲平面外变形.梁上均布荷载〔包括梁自重〕4/q kN m =,跨中已有一集中荷载090F kN =,现需在距右端4m 处设一集中荷载1F .问根据边缘屈服准则,1F 最大可达多少.设各集中荷载的作用位置距梁顶面为120mm,分布长度为120mm.钢材的设计强度取为2300/N mm .另在所有的已知荷载和所有未知荷载中,都已包含有关荷载的分项系数.图6-34 题6.1解：〔1〕计算截面特性〔2〕计算0F 、1F 两集中力对应截面弯矩令10M M >,则当1147F kN >,使弯矩最大值出现在1F 作用截面. 〔3〕梁截面能承受的最大弯矩令0M M =得：1313.35F kN =；令1M M =得：1271.76F kN = 故可假定在1F 作用截面处达到最大弯矩. 〔4〕a ．弯曲正应力61max 68(244)1033003.22910x x F M W σ+⨯==≤⨯① b.剪应力1F 作用截面处的剪力1111122412449053()2233V F F kN ⎛⎫=⨯⨯-⨯+⨯+=+ ⎪⎝⎭311max925310185800031.33108m x F V S I t τ⎛⎫+⨯⨯ ⎪⎝⎭==≤⨯⨯② c.局部承压应力在右侧支座处：()312244510330081205122120c F σ⎛⎫++⨯⎪⎝⎭=≤⨯+⨯+⨯③ 1F 集中力作用处：()311030081205122120c F σ⨯=≤⨯+⨯+⨯④d.折算应力1F 作用截面右侧处存在很大的弯矩,剪力和局部承压应力,计算腹板与翼缘交界处的分享应力与折算应力.正应力：1400412x x M W σ=⋅剪应力：31111925310121800031.33108x F V S I t τ⎛⎫+⨯⨯ ⎪⎝⎭==⨯⨯局部承压应力：()311081205122120c F σ⨯=⨯+⨯+⨯联立①-⑤解得：1271.76F kN ≤故可知1max 271.76F kN =,并且在1F 作用截面处的弯矩达到最大值.6.2 同上题,仅梁的截面为如图6-35所示.6.3 一卷边Z 形冷弯薄壁型钢,截面规格1606020 2.5⨯⨯⨯,用于屋面檩条,跨度6m.作用于其上的均布荷载垂直于地面, 1.4/q kN m =.设檩条在给定荷载下不会发生整体失稳,按边缘屈服准则作强度计算.所给荷载条件中已包含分项系数.钢材强度设计值取为2210/N mm .6.4 一双轴对称工字形截面构件,一端固定,一端外挑4.0m,沿构件长度无侧向支承,悬挑端部下挂一重载F .若不计构件自重,F 最大值为多少.钢材强度设计值取为2215/N mm .图6-37 题6.4解：〔1〕截面特性计算〔2〕计算弯曲整体稳定系数按《钢结构设计规范》附录B 公式B.1-1计算梁的整体稳定系数 查表B.4,由于荷载作用在形心处,按表格上下翼缘的平均值取值： 截面为双轴对称截面,0b η=则24320235]b b b x y y Ah W f ϕβηλ=⋅⋅ 取0.282' 1.070.9853.333b ϕ=-= 〔3〕F 最大值计算由,,400022x xb b h h M F f I I ϕϕ⋅⨯⨯=≤,解得30.02F kN =. 6.5 一双轴对称工字形截面构件,两端简支,除两端外无侧向支承,跨中作用一集中荷载480F kN =,如以保证构件的整体稳定为控制条件,构件的最大长度l 的上限是多少.设钢材的屈服点为2235/N mm 〔计算本题时不考虑各种分项系数〕.图6-38 题6.5解：依题意,当1113.0l b <时,整体稳定不控制设计,故长度需满足13.04005200 5.2l mm m ≥⨯==.〔1〕截面特性计算 〔2〕整体稳定计算按《钢结构设计规范》附录B 公式B.5-1近似计算梁的整体稳定系数：21.0744000235y yb f λϕ=-⋅①又有 y yl i λ=② 由整体稳定有2b x hM f I ϕ⋅≤⋅,即142b x h Fl I f ϕ⋅≤③ 联立①-③解得：12283l mm ≤ 故可取max 12.28l m =.〔注：严格应假定长度l ,再按《钢结构设计规范》附录B 公式B.1-1计算梁的整体稳定系数,然后验算③式,通过不断迭代,最终求得的长度为所求〕 第七章压弯构件7.1 一压弯构件长15m,两端在截面两主轴方向均为铰接,承受轴心压力1000N kN =,中央截面有集中力150F kN =.构件三分点处有两个平面外支承点〔图7-21〕.钢材强度设计值为2310/N mm .按所给荷载,试设计截面尺寸〔按工字形截面考虑〕.解：选定截面如下图示：图1 工字形截面尺寸下面进行截面验算： 〔1〕截面特性计算 〔2〕截面强度验算36226100010562.510172.3/310/20540 4.4810x M N N mm f N mm A W σ⨯⨯=+=+=<=⨯ 满足.〔3〕弯矩作用平面内稳定验算长细比1500056.3266.2x λ== 按b 类构件查附表4-4,56.368.2==,查得0.761x ϕ=. 弯矩作用平面内无端弯矩但有一个跨中集中荷载作用：371000101.00.2 1.00.20.981.2010 1.1mxEX N N β⨯=-⨯=-⨯=⨯⨯, 取截面塑性发展系数 1.05x γ= 22189.54/310/N mm f N mm =<= ,满足.〔4〕弯矩作用平面外稳定验算 长细比500075.566.2y λ==,按b 类构件查附表4-4, 75.591.5=,查得0.611x ϕ=. 弯矩作用平面外侧向支撑区段,构件段有端弯矩,也有横向荷载作用,且端弯矩产生同向曲率,取 1.0tx β=.弯矩整体稳定系数近似取2275.53451.07 1.070.884400023544000235yyb f λϕ=-⋅=-⨯=,取截面影响系数 1.0η=. 满足.〔5〕局部稳定 a.翼缘：15077.1510.720b t -==<=〔考虑有限塑性发展〕,满足要求. b.腹板腹板最大压应力：3620max6100010562.510610166.6/205406504.4810x h N M N mm A W h σ⨯⨯=+⋅=+⨯=⨯ 腹板最小压应力：3620min6100010562.51061069.2/205406504.4810x h N M N mm A W h σ⨯⨯=-⋅=-⨯=-⨯ 系数max min 0max 166.669.2 1.42166.6σσασ-+===[[061043.6160.52516 1.420.556.32562.614w w h t αλ==<++⨯+⨯+,满足. 由以上验算可知,该截面能满足要求.7.2 在上题的条件中,将横向力F 改为作用在高度10m 处,沿构件轴线方向,且有750mm 偏心距,图7-22,试设计截面尺寸.7.3 一压弯构件的受力支承及截面如图7-23所示〔平面内为两端铰支支承〕.设材料为Q235〔2235/y f N mm =〕,计算其截面强度和弯矩作用平面内的稳定性. 解：〔1〕截面特性计算 〔2〕截面强度验算362268001012010148.9/215/10960 1.5810x M N N mm f N mm A W σ⨯⨯=+=+=<=⨯,满足. 〔3〕弯矩作用平面外的稳定验算 长细比1200070.8169.6x λ==,按b 类构件查附表4-4,70.870.8=,查得0.746x ϕ=. 弯矩作用平面内构件段有有横向荷载作用,也有端弯矩作用且端弯矩产生反向曲率,取： 取截面塑性发展系数 1.05x γ=,22133.6/215/N mm f N mm =<=,满足.故可知,该截面强度和平面内稳定均得到满足.7.4 某压弯缀条式格构构件,截面如图7-24所示,构件平面内外计算长度029.3x l m =,018.2y l m =.已知轴压力〔含自重〕2500N kN =,问可以承受的最大偏心弯矩x M 为多少.设钢材牌号为Q235,N 与x M 均为设计值,钢材强度设计值取2205/N mm . 解：〔1〕截面特性计算63I a ：215459A mm =849.4010x I mm =⨯,741.7010y I mm =⨯,264.6x i mm =,33.2y i mm = 12510L ⨯：2243.73A mm =,最小回转半径min 24.6i mm =格构截面：由于截面无削弱,失稳破坏一般先于强度破坏,故这里不考虑强度破坏的问题. 〔2〕平面内整体稳定 虚轴方向长细比2930032.5901.0ox x x l i λ===换算长细比52.6ox λ== 按b 类构件查附表4-4,查得0.845x ϕ=,取弯矩等效系数 1.0mx β=. 根据平面内整体稳定计算公式有：11'mx xx x x EX M Nf AN W N βϕϕ+≤⎛⎫- ⎪⎝⎭①〔3〕单肢稳定 单肢最大压力：max 21800xM N N =+② 最大受压分肢弯矩平面内长细比：1180054.233.2x λ== 最大受压分肢弯矩平面外长细比：11820073.8246.6y λ==11y x λλ>,按轴心受压构件查附表4-4得稳定系数10.728y ϕ=根据轴心受压构件稳定计算公式：max1y N f Aϕ≤③ <4>缀条稳定由缀条稳定计算公式看出,斜缀条的受力与所求x M 无关,这里不作考虑因此,由①计算得2741x M kN m ≤⋅,由②③计算得1902x M kN m ≤⋅,取1902x M kN m =⋅.第八章 连接的构造与计算 8.1、下图中I32a 牛腿用对接焊缝与柱连接.钢材为Q235钢,焊条为E43型,手工焊,用II 级焊缝的检验质量标准.对接焊缝的抗压强度设计值2215/w f f N mm =,抗剪强度设计值2125/w v f N mm =.已知：I32a 的截面面积267.12A cm =；截面模量3692.2x W cm =,腹板截面面积225.4w A cm =.试求连接部位能承受的外力F 的最大值〔施焊时加引弧板〕.图 牛腿连接示意图解：T V 707.0=,T N 707.0=<1>221125104.25707.0mm N T A V w =⨯==τ<或：2211251095.032707.0mm N T A V w =⨯⨯==τ<2>2222154.141707.0mm NWT A T =+=σ <3> 折算应力〔在顶部中点亦可〕 得：)(1.4263KN T ≤ 〔KNT f T 3wf 33.484 1.10.000488≤≤或〕由T 1、T 2、T 3中取最小值,得T ＝426.1〔KN 〕8.3、有一支托角钢,两边用角焊缝与柱连接〔如图〕.400N KN =,钢材为Q345钢,焊条为E50型,手工焊,2200/w f f N mm =.试确定焊缝厚度.图 支托连接示意图 解：200=w l22.1=f β,f ff f h h A V 6.14282801045=⨯==τmmh f 4.7≥,取mmh f 8=.8.5、如图所示的牛腿用角焊缝与柱连接.钢材为Q235钢,焊条用E43型,手工焊,角焊缝强度设计值2160/w f f N mm =.350T kN=,验算焊缝的受力.图 牛腿角焊缝示意图解：焊缝所受内力为：247.45N kN =,247.45V kN =,49.49M kN m =⋅焊缝有效厚度： 上翼缘最外侧焊缝： 上翼缘与腹板交界处： 折算应力：牛腿角焊缝满足要求.8.6、计算如图所示的工字形截面焊接梁在距支座5m 拼接处的角焊缝.钢材为Q345钢,焊条为E50型,2200/w f f N mm =,200F kN =.问：〔1〕腹板拼接处是否满足要求？ 〔2〕确定翼缘2． 强度计算：(1) 翼缘强度计算：由232007.0)22.14002240(46.1105.1683mm N h fm mN ≤⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⋅设mmh f 10=即2007.1701≤fh ,得：mmf h 5.8≥,取mmf h 10=(2) 腹板连接强度也可直接略去中间段竖焊缝,按下面方法计算：由WM 引起的：29634.2410535.124.137109.543mm N M f y=⨯⨯⨯⨯=σ<两侧有板> 由V 引起：2332.2290051020087.0)4802162(210200mm Nh l V e w Vf y=⨯=⨯⨯+⨯⨯⨯==τ22222003.1212.115)22.13.242.22(mm N mm N <=++,满足强度要求. 8.7、验算如图所示桁架节点焊缝"A"是否满足要求,确定焊缝"B"、"C"的长度.已知焊缝A 的角焊缝10f h mm=,焊缝B 、C 的角焊缝6f h mm=.钢材为Q235B 钢.焊条用E43型,手工焊,2160/w f f N mm =.在不利组合下杆件力为1150N kN =,2489.41N kN =,3230N kN =,414.1N kN =,5250N kN=.图 桁架受力示意图解：〔1〕焊缝A 的受力：〔2〕确定焊缝"B"、"C"的长度： 等边角钢双面焊.焊缝B ：肢背7.0=μ,mm3132********.0102307.0＝＋＝背⨯⨯⨯⨯⨯B l 肢尖3.0=μ,mm36412216067.0102303.0＝＋＝尖⨯⨯⨯⨯⨯B l 焊缝C ：肢背,mm3C 14312216067.0102507.0＝＋＝背⨯⨯⨯⨯⨯l 肢尖,mm3C 6812216067.0102503.0＝＋＝尖⨯⨯⨯⨯⨯l8.9、下图所示为一梁柱连接,100M kN m =⋅,600V kN =.钢材为Q235C 钢.剪力V 由支托承受,焊条用E43型,角焊缝的强度设计值2160/w f f N mm =,端板厚14mm,支托厚20mm.〔1〕求角焊缝"A"的fh .〔2〕弯矩M 由螺栓承受,4.8级螺栓M24,验算螺栓强度.2170/b t f N mm =.图 梁柱连接示意图 解：<1>Nh f 510621602807.0⨯=⨯⨯⨯⨯mmf h 57.921602807.01065=⨯⨯⨯⨯=,取10mm<2>2622222max 1002)3625941(600101002)600500300200100(600⨯⨯++++⨯⨯=⨯++++⨯=M N螺栓强度满足要求.8.10、确定如图所示A 级螺栓连接中的力F 值.螺栓M20,250N kN =,钢板采用Q235B,厚度为t=10mm,螺栓材料为45号钢〔8.8级〕,2320/b v f N mm =,2405/b c f N mm =.图 螺栓连接示意图解：(1) 抗剪： <2> 承压：<3> 净截面：NF F 33003102.668];21510)5.203200[(1210⨯=⨯⨯⨯-=〔后线〕 NF 3'3109.55621510)5.202300(⨯=⨯⨯⨯-= 〔前线〕NF 3''3104.31621510)55.204414.130240(⨯=⨯⨯⨯-⨯⨯+⨯=〔折线〕最终取KN F 9.556≤8.12、如图所示的螺栓连接采用45号钢,A 级8.8级螺栓,直径16d mm =,2320/b v f N mm =,2405/b c f N mm =.钢板为Q235钢,钢板厚度12mm,抗拉强度设计值2215/f N mm =.求此连接能承受的max F 值.图 螺栓连接示意图 解：<1> 抗剪：23110132320261210F Nπ=⨯⨯⨯=⨯<2> 承压：32202013405210610F N=⨯⨯⨯=⨯<3> 净截面：NF 3310111220)5.61320(215⨯=⨯-⨯=选用KNF 1112max =若用M16替M20,则：选用1163KN. 8.13、8.14、下图梁的拼接用高强度螺栓承压型连接,F=200kN,构造如下图所示,高强度螺栓的钢材为10.9级,梁的钢板用Q235B,螺栓M20,梁连接处的接触面采用喷砂处理,螺栓的强度设计值2310/b v f N mm =,2470/b c f N mm =.〔1〕确定翼缘接头处螺栓数目和连接板尺寸； 〔2〕验算腹板拼接螺栓是否满足要求. 图 梁拼接示意图解：KN A V 200=,mKN A M ⋅=2200腹板mKN W M ⋅=5.516,翼缘mKN f M ⋅=5.1683(1) 计算翼缘连接：KNm y N 115346.15.1683==取M20,P n N f b v μ⨯=9.045.0=μKNP 155= 〔查表〕i 〕摩擦型：NN b v 3310775.621015545.09.0⨯=⨯⨯⨯=承压型：KNNb vbvf d N 39.9797389310420422==⨯⨯==ππ〔注：新规范取此值,但荷载性质同普通螺栓〕 按KNb v N 6.81775.623.1(3.1＝摩擦）＝⨯, 取KNb v N 6.81=单面连接：5.151.11.146.811.111531.1=⨯=⨯=⨯=bv y f N N n ,取M20,16个,布置情况如下图所示：ii 〕净截面：〔注：按平列166=σ；按错列第一排7.153=σ〕(2) 抗剪〔腹板〕连接：KN A V 200=,mKN m KN W M ⋅=⨯+=5.53409.02005.516KN 6.81<,满足.8.15、下图所示为屋架与柱的连接节点.钢材为Q235B,焊条用E43型,手工焊.C 级普通螺栓用Q235BF 钢.已知：2160/w f f N mm =,2170/b t f N mm =.〔1〕验算角焊缝A 的强度,确定角焊缝B 、C 、D 的最小长度,焊缝厚度10f h mm=.〔2〕验算连接于钢柱的普通螺栓强度,假定螺栓不受剪力〔即连接处竖向力由支托承受〕.螺栓直径为24mm. 图 屋架节点示意图解：<1> 验算承托两侧焊缝：KN KNV 15.318707.0450=⨯=1606.2067.01021103181502=>=⨯⨯⨯=wf f f mm N τ 不满足.用三面围焊,承托宽度为150mm .221608.1227.010)1502110(318150mm N f mm N w f f =<=⨯⨯+⨯=τ,满足.<2> 斜杆肢背焊缝验算,焊缝C 〔肢尖焊缝不必计算〕 注：此处按构造焊缝厚度不得大于mm mm6.982.1=⨯,略超出.(3) 水平杆肢背,焊缝D(4) 焊缝A ： (5) 螺栓验算：先设拉力和M 作用下螺栓全部受拉,绕螺栓群形心转动.说明螺栓不是全部受拉,另行假设绕顶排螺栓转动： 查表得： 所以max bt N N <,满足强度要求.。

（0763）《钢结构基本原理》复习思考题一、名词解释1、钢结构2、钢材的脆性破坏3、梁4、桁架5、支承加劲肋6、压弯构件弯矩作用平面外的失稳。

7、压弯构件弯矩作用平面内的失稳。

8、拉弯和压弯构件二、填空题1. 在计算结构或构件的刚度时，应该采用荷载的 。

2. 钢结构设计规范中，钢材的强度设计值是材料强度的标准值 抗力分项 系数。

3. 鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标是 。

4. 冷弯实验是判别钢材在弯曲状态下的 和钢材质量的综合指标。

5. 承重结构的钢材应具有 、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有 含量的合格保证。

6. 钢结构的连接方式可分为 、 和 。

7. 角焊缝按受力的方向可分为 、 和 。

8. 按焊缝质量检验标准，对外观缺陷及内部探伤都要检验的是 级和 级焊缝。

9. 在加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝，以及受拉的 和2级焊缝，均与母材等强，不用计算；只有受拉的 焊缝才需计算。

10. 角焊缝中的最小焊脚尺寸t h f 5.1min ,=，其中t 为 。

11.角焊缝的焊脚尺寸不宜大于 ， 也不得小于 。

12.角焊缝最小计算长度为 。

13.轴心受拉构件计算的内容有 和刚度。

14.构件的长细比是指 之比（用符号表示）。

15. 轴心受拉构件与轴心受压构件相比，轴心受拉构件设计时不需要验算构件的 。

16. 轴心受压构件，应进行强度、刚度和 的验算。

17. 当实腹式柱腹板计算高度y w f t h /23580/0>时，应采 加强，其间距不得大于03h 。

18. 双轴对称截面的理想轴心压杆，有弯曲屈曲和 两种屈曲形式。

19. 实际轴心受压构件临界力低于理想轴心受压构件临界力的主要原因是有初弯曲和 ；而且 对轴心受压构件临界力的影响是主要的。

20. 在实腹式轴心受压构件的稳定性计算中，截面为单轴对称的构件，绕对称轴（设为y轴）应取 的换算长细比代替λy 来计算ϕ值。

2.1 如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的σε-关系式。

tgα'=E'f y 0f y 0tgα=E 图2-34 σε-图（a ）理想弹性－塑性（b ）理想弹性强化解：（1）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化）（2）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：'()tan '()tan y yy y f f f E f E σεαεα=+-=+-2.2如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？2235/y f N mm =2270/c N mm σ=0.025F ε=522.0610/E N mm =⨯2'1000/E N mm =f yσ图2-35 理想化的σε-图解：（1）A 点： 卸载前应变：52350.001142.0610y f Eε===⨯卸载后残余应变：0c ε=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（2）B 点：卸载前应变：0.025F εε==卸载后残余应变：0.02386y c f Eεε=-=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（3）C 点： 卸载前应变：0.0250.0350.06'c yF f E σεε-=-=+=卸载后残余应变：0.05869cc Eσεε=-=可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-=2.3试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。

答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；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）。

1.钢结构对钢材性能有哪些要求？答：较高的强度，较好的变形能力，良好的工艺性能。

2.钢材的塑性破坏和脆性破坏有何区别？答：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轻度fu 后才发生。

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。

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，不致引起严重后果。

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。

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才的屈服点fy，断裂从应力集中处开始。

冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地。

破坏前没有任何预兆，无法及时察觉和采取补救措施，而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。

3.刚才有哪几项主要性能，分别可用什么指标来衡量？答：屈服点fy，抗拉强度fy，伸长率δ，冷弯性能，冲击韧性4.影响钢材性能的主要性能有哪些？答：化学成分的影响。

冶炼、浇注、轧制过程及热处理的影响。

钢材的硬化。

温度的影响。

应力集中的影响。

重复荷载作用的影响。

5.简述化学元素对钢材性能有哪些影响？答;碳直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。

硫和磷降低钢材的塑性。

韧性。

可焊性和疲劳强度。

氧使钢热脆，氮使钢冷脆。

硅和锰是脱氧剂，使钢材的强度提高。

钒和钛是提高钢的强度和抗腐蚀性又不显著降低钢的塑性。

铜能提高钢的强度和抗腐蚀性能，但对可焊性不利。

6.什么是冷作硬化和时效硬化？答：钢材受荷超过弹性范围以后，若重复地卸载加载，将使钢材弹性极限提高，塑性降低，这种现象称为钢材的应变硬化或冷作硬化。

轧制钢材放置一段时间后，强度提高，塑性降低，称为时效硬化。

7 简述温度对钢材的主要性能有哪些影响？答：温度升高，钢材强度降低，应变增大，反之温度降低，钢材强度会略有增加，塑性和韧性却会降低而变脆。

钢 结 构 模 拟 试 题（一）一、简答题(每小题5分，共20分) 1.简述钢材塑性破坏的特征和意义。

2.什么叫实腹式轴心受压构件等稳设计?3.焊接工字形板梁翼缘与腹板间的角焊缝计算长度是否受60h f (静)或40h f (动力)的限制?为什么?4.当弯矩作用在实腹式压弯构件截面的弱轴平面内时，为什么要分别进行弯矩作用平面内、外的两类稳定性验算?它们分别属于第几类稳定问题?二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。

每小题1分，共10分)1.为防止钢材在焊接时或承受厚度方向的拉力时发生分层撕裂，必须对钢材的( )进行测试。

A.抗拉强度f u B.屈服点f y C.冷弯180°试验 D.Z 向收缩率2.对不同质量等级的同一类钢材，在下列各指标中，它们的( )不同。

A.抗拉强度f u B.屈服点f y C.伸长率δ D.冲击韧性A KV3.同一结构钢材的伸长率( )。

A.δ5>δ10B.δ5=δ10C.δ5<δ10D.不能确定4.摩擦型高强度螺栓的抗剪连接是靠( )来传递剪力。

A.螺杆抗剪和承压 B.螺杆抗剪C.螺杆承压D.连接板件间的摩擦力5.在纯剪切作用下，梁腹板的纯剪屈曲不先于屈服破坏的条件是( )。

A.w 0t h ≤y f 23580B.w0t h ≤yf 235170C.w0t h >yf 235170 D.不能确定6.两端简支的梁，跨中作用一集中荷载，对荷载作用于上翼缘和作用于下翼缘两种情况，梁的整体稳定性承载能力( )。

A.前者大B.后者大C.二者相同D.不能确定7.两根几何尺寸完全相同的压弯构件，二者都是两端简支，且承受的轴压力大小相等，但一根承受均匀弯矩作用，而另一根承受非均匀弯矩作用，则二者承受的临界弯矩相比( )。

A.前者大于等于后者 B.前者小于等于后者 C.两种情况相同 D.不能确定8.与无檩屋盖相比，下列( )不是有檩屋盖的特点。

钢结构简答题钢结构思考题及解答1、3 钢结构主要有哪些结构形式？钢结构的基本构件有哪⼏种类型？答:⑴钢结构的主要形式有钢框架结构、钢桁架及钢⽹架结构、悬索结构、预应⼒钢结构。

⑵根据受⼒特点构件可分为轴⼼受⼒构件、受弯构件、拉弯及压弯构件三⼤类。

钢结构还可与混凝⼟组合在⼀起形成组合构件,如钢-混凝⼟组合梁、钢管混凝⼟、型钢混凝⼟构件等。

1、4 钢结构主要破坏形式有哪些？有何特征？答:⑴钢结构破坏的主要形式包括强度破坏、失稳破坏、脆性断裂破坏。

⑵强度破坏特征:内⼒达到极限承载⼒,有明显的变形;失稳破坏特征:具有突然性,可分为整体失稳破坏与局部失稳破坏;脆性断裂破坏特征:在低于强度极限的荷载作⽤下突然断裂破坏,⽆明显征兆。

1、6 钢结构设计的基本⽅法就是什么？答:基本⽅法:概率极限状态设计法、允许应⼒法。

2、1 钢材有哪两种主要破坏形式？各有何特征？答:⑴塑性破坏与脆性破坏。

⑵特征:塑性破坏断⼝呈纤维状,⾊泽发暗,有较⼤的塑性变形与颈缩现象,破坏前有明显预兆,且变形持续时间长;脆性破坏塑性变形很⼩甚⾄没有,没有明显预兆,破坏从应⼒集中处开始,断⼝平齐并呈有光泽的晶粒状。

2、2 钢材主要⼒学性能指标有哪些？怎样得到？答:①⽐例极限f:对应应变约为0、1%的应⼒;p②屈服点(屈服强度)f:对应应变约为0、15%的应⼒,即下屈服极限;yf:应⼒最⼤值;③抗拉强度uf:⾼强度钢材没有明显的屈服点与④条件屈服点(名义屈服强度)0.2屈服强度,定义为试件卸载后残余应变为0、2%对应的应⼒。

2、3 影响钢材性能的主要化学成分有哪些？碳、硫、磷对钢材性能有何影响？答:⑴铁、碳、锰、硅、钒、铌、钛、铝、铬、镍、硫、磷、氧、氮。

⑵碳的含量提⾼,钢材强度提⾼,但同时钢材的塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能⼒下降;硫使钢材热脆,降低钢材冲击韧性,影响疲劳性能与抗锈蚀性能;磷在低温下时钢变脆,在⾼温时使钢塑性降低,但能提⾼钢的强度与抗锈蚀能⼒。

第二章2.1如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力一应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的解：（1）A 点:卸载后残余应变: 关系式。

解:（1弹性阶段:非弹性阶段: (2)弹性阶段:非弹性阶段:（b）理想弹性强化tan（应力不随应变的增大而变化）tanE'(y―)f y tan '( tan2.2如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的曲线，试验时分别在载前应变、卸载后残余应变c及可恢复的弹性应变y各是多少?f y 235N/mm2270N/mm20.025 E 5 22.06 105N/mm2A、B、C卸载至零，则在三种情况下，卸2E' 1000N/mm2卸载前应变: fyE23552.06 1050.00114可恢复弹性应变: c 0.00114 (2)B 点:卸载前应变: 0.025图图图2-35 理想化的卸载后残余应变:可恢复弹性应变:2.3试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。

答：钢材曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力|| f y时，即材料处于弹性阶段时，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| | f y时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载-卸载连续进行，钢材曲线也基本无变化；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）。

钢材曲线会相对更高而更短。

另外，载一定作用力下，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。

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试述导致钢材发生脆性破坏的各种原因。

答：（1）钢材的化学成分，如碳、硫、磷等有害元素成分过多；（2）钢材生成过程中造成的缺陷，如夹层、偏析等；（3）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；（4）钢材工作温度影响，可能会引起蓝脆或冷脆；（5）不合理的结构细部设计影响，如应力集中等；（6）结构或构件受力性质，如双向或三向同号应力场；（7）结构或构件所受荷载性质，如受反复动力荷载作用。

2.1 如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的-关系式。

tgα'=E'f 0f 0tgα=E 图2-34 σε-图（a ）理想弹性－塑性（b ）理想弹性强化解：（1）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化） （2）弹性阶段：tan E σεαε==⋅ 非弹性阶段：'()tan '()tan y y y y f f f E f Eσεαεα=+-=+-2.2如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？2235/y f N mm = 2270/c N mm σ= 0.025F ε= 522.0610/E N mm =⨯2'1000/E N mm =f 0σF图2-35 理想化的σε-图解：（1）A 点：卸载前应变：52350.001142.0610y f Eε===⨯卸载后残余应变：0c ε=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（2）B 点：卸载前应变：0.025F εε==卸载后残余应变：0.02386y c f Eεε=-=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（3）C 点： 卸载前应变：0.0250.0350.06'c yF f E σεε-=-=+=卸载后残余应变：0.05869cc Eσεε=-=可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-=2.3试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。

答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；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）。

参考书目：戴国欣《钢结构》一、小题1、柱板（ 铰接 ）时下柱弯矩较大，厂房横向刚度较差2、柱间（ 下层支撑 ）设在温度区段中部，（ 上层支撑 ）支撑布置在温度区段端部，在有（ 下层支撑 ）支撑处也应设置（ 上层支撑 ）支撑3、屋架外形常用形式（ 三角形 ）、（ 梯形 ）、（ 平行弦 ）、（ 人字形 ）等4、对框架的分析，按（ 弹性 ）理论确定其计算长度5、大跨度建筑依据（用途）、（使用条件）、（建筑选型方面要求）决定结构方案6、框架大跨结构中，横梁与柱连接的框架节点（ 内角弯折处 ）应做成平整曲线以避免（ 应力集中 ）7、（ 框架—支撑 ）体系是高层建筑钢结构中应用最多的一种结构体系8、P183页的屋架平面支撑体系的判别9、框架柱按结构形式可分为（等截面柱）、（阶形柱）和（分离式柱）三大类10、网架的受力特点是，杆件均为（ 铰接 ），不能承受（ 弯矩 ）和（ 扭矩 ），及所有杆件只承受（ 轴向力 ）11、（ 帽桁架 ）和（ 腰桁架 ）使外围柱与核心抗剪结构共同工作，可有效减少结构的侧向变形，刚度也有很大提高12、高层钢结构中，（ 水平 ）荷载对结构设计起着主要的控制作用13、高层钢结构的内力与位移一般采用（ 弹性方法 ）计算，在考虑罕遇地震的情况下，还要进行（ 弹塑性 ）方法进行分析14、温度伸缩缝最普遍的做法是（ 设置双柱 ）15、在桁架中约束节点转动的主要因素是（ 拉杆 ）16、屋架弦杆在平面外的计算长度，应取（ 侧向支撑点间的距离 ）17、托架通常支承于钢柱的（ 腹板上 ），支承端板的厚度一般不宜小于（ 20mm ）。

18、隅撑的作用是（ 作为梁的侧向支撑，保证梁在钢架平面外的稳定 ）19、柱脚的剪力应由（地板与基础间的摩擦力）传递，超过时应设置（抗剪键）20、跨度大于35~40m 时，梁式结构的支座之一必须做成（ 可移动的 ）（原因？）21、实腹式拱的截面高度一般为跨度的（ 80/1~50/1 ），格构式拱的截面高度则为跨度的（ 60/1~30/1 ）22、空间结构的特性有：（ 1、优越的力学性能 2、良好的经济性、安全性与适用性 ）（老师有可能会变成简答，这个说不准P264）23、空心球外径D 与壁厚t 的比值一般为（ 25~45 ）；空心球壁厚t 与钢管最大壁厚的比值宜为（1.2~2.0 ）；空心球壁厚t 不宜小于（ 4mm ）。

《钢结构设计原理》复习思考题2010.04第1章绪论１、钢结构与其它材料的结构相比，具有哪些特点？２、钢结构采用什么设计方法？其原则是什么？３、两种极限状态指的是什么？其内容有哪些？４、概率极限状态设计法和分项系数设计公式中，各符号的意义？第2章钢结构的材料１、钢材的生产和加工工艺有哪些？对钢材质量和组织结构各有什么影响？２、钢结构的破坏形式有哪两种？其特点如何？３、钢材有哪几项主要机械性能指标？各项指标可用来衡量钢材哪些方面的性能？各指标如何测定？4、影响钢材机械性能的主要因素有哪些？各因素大致有哪些影响？5、什么是钢材的疲劳？影响疲劳强度的主要因素是哪些？疲劳计算有哪些原则？６、钢结构采用的钢材主要有哪几类？牌号如何表示？７、钢材的规格如何表示？８、承重结构的钢材应具有哪些机械性能及化学成分的合格保证？第3章连接１、钢结构有哪几种连接方法？它们各在哪些范围应用较合适？２、焊接方法、焊缝型式有哪些？焊条的级别及选用。

３、焊缝质量级别如何划分和应用？４、普通螺栓和高强度螺栓的级别如何表示？５、说明常用焊缝代号表示的意义？６、对接焊缝如何计算？在什么情况下对接焊缝可不必计算？７、角焊缝的尺寸有哪些要求？角焊缝在各种应力作用下如何计算？８、焊接残余应力和残余变形对结构工作有什么影响？９、螺栓的排列有哪些型式和规定？普通螺栓连接有哪几种破坏形式？螺栓群在各种力单独或共同作用时如何计算？１０、高强度螺栓连接有哪些类型？高强度螺栓连接在各种力作用下如何计算？第4章受弯构件的计算原理、第5章梁的设计１、梁的类型有哪些？如何分类？２、梁的强度、刚度如何验算？３、梁如何丧失整体稳定？整体稳定性与哪些因素有关？４、梁的整体稳定如何验算？增强梁的整体稳定性可采用哪些措施？５、梁受压翼缘和腹板的局部稳定如何保证？腹板加劲肋的种类及设置原则？第6章轴心受力构件１、轴心受力构件有哪些种类和截面形式？２、轴心受力构件各需验算哪几个方面的内容？３、实腹式轴心受压构件的截面如何计算？４、格构式轴心受压构件的计算特点？第7章拉弯、压弯构件１、拉弯、压弯构件有哪些种类和截面形式？２、拉弯、压弯构件各需验算哪几个方面的内容？３、实腹式压弯构件的计算特点？公式中各符号的意义及取值原则？。

格构式轴心受压柱当绕虚轴失稳时，柱的剪切变形较大，剪力造成的附加挠曲影响不能忽略，故对虚轴的失稳计算，常以加大长细比的办法来考虑剪切变形的影响，加大后的长细比称为换算长细比。

3、影响钢材性能的主要因素有哪些？（4分）化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；反复荷载作用。

4、如何保证梁腹板的局部稳定？（4分）6 :当前我国发展钢结构的技术政策是什么？答：明确提出了要研究解决钢结构制造和现场施工中的电脑放样、切割、焊接、除锈。

涂漆等先进工艺和设备；发展药芯焊丝自动保护焊、自动半自动焊接设备、高强度螺栓电动扳手和先进的检测装置；间就开发张力结构和预应力等新型钢结构。

第二章1,为什么说钢材的屈服点，抗拉强度和伸长率是建筑工程用刚的重要技术性能指标？答：刚结构对材料性能的要求是多方面的，所用钢材不仅要求钢材强度高、弹性好、而且还要有一定的塑性、韧性、可焊性、冷弯性等。

钢材的屈服强度是衡量结构的承载能力和确定强度设计值的重要指标，抗拉强度是衡量钢材抵抗拉断的性能指标，且其不仅是一般强度指标，而且直接反应钢材内部组织的优劣，伸长率是衡量钢材塑性性能指标，钢材的塑性是在外力作用下产生永久变形时抵抗断裂的能力，伸长率愈大，塑性性能愈好。

2.2简述钢材的化学成分对钢材性能的影响。

1•碳:碳是普通碳素钢除铁以外最主要的元素，它对钢材的各种性能的影响很大。

随着碳含量的提高，钢材的强度逐渐升高，但塑性何韧性，特别是低温冲击韧性下降，同时，可焊性，抗锈蚀性能•耐疲劳性能和冷弯性能也都下降，增加了低温脆断的可能性。

简答题大全三、简答题（每小题10分）1、何谓应力集中？应力集中对钢材的机械性能有何影响？2、通过哪些设计措施可以减小焊接残余应力和焊接残余变形？3、焊接残余应力对结构性能有哪些影响？--------4、抗剪的普通螺栓连接有哪几种破坏形式？用什么方法可以防止？5、可以采用钢材的极限强度作为设计强度标准值吗？如果不可以，采用什么作为设计强度标准值?为什么? 无明显屈服点的钢材，其设计强度值如何确定?-6、焊脚尺寸是越大越好还是越小越好？为什么?1、答：实际上钢结构构件中存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷，此时构件中的应力分布将不再保持均匀，而是在某些区域产生局部高峰应力，在另外一些区域则应力降低，形成所谓的应力集中。

（0763）《钢结构基本原理》复习思考题答案一、名词解释1、钢结构答：由钢板、热轧型钢、冷加工成型的薄壁型钢以及钢索制成的工程结构。

2、钢材的脆性破坏答：脆性破坏是指钢材受荷后，在塑性变形很小或根本没有塑性变形的情况下产生突然的迅速断裂。

3、梁答：承受横向荷载的实腹式受弯构件 4、桁架答：承受横向荷载的格构式受弯构件 5、支承加劲肋答：承受固定集中荷载或者支座反力的横向加劲肋。

6、压弯构件弯矩作用平面外的失稳。

答：压弯构件弯矩作用在构件截面的弱轴平面内，使构件绕强轴受弯，构件失稳时只发生在弯矩作用平面内的弯曲变形，称为弯矩作用平面内丧失稳定性。

7、压弯构件弯矩作用平面内的失稳。

答：压弯构件弯矩作用在构件截面的弱轴平面内，使构件绕强轴受弯，当荷载增加到一定大小时，若构件突然发生弯矩作用平面外的弯曲和扭转变形而丧失了承载能力，这种现象称为构件在弯矩作用平面外丧失稳定性。

8、承受轴心拉力或压力与弯矩共同作用的构件。

二、填空题1、标准值；2、除以；3、冷弯性能；4、塑性应变能力；5、极限抗拉强度，碳；6、焊缝连接、螺栓连接，铆钉连接； 7、正面角焊缝 、侧面角焊缝 、斜面角焊缝；8、1，2； 9、1，3； 10、较大焊件厚度； 11、min 2.1t ，max5.1t ； 12、 {}mm h f 40,8max ； 13、强度； 14、i l /0； 15、稳定； 16、、稳定；17、横向加劲肋； 18、扭转屈曲； 19、残余应力，残余应力； 20、计及扭转效应； 21、换算长细比； 22、好； 23、双向受弯；24、横向加劲肋；25、抗弯强度； 26、强度 、弯矩平面内的整体稳定性、单肢稳定性 、 刚度；27、换算长细比；28、弯扭。

29、3y ，4y '； 三、选择题1-5 A ACBC 6-10 DCDCA 11-15 ABBCA 16-20 DDCCC 21-25 BDCDA 26-30 CACCA 31-35 ABBBB 36-40 AADDB 41-45 ACADD 46-50 BCBDA 51-55 DCDDB 56-60 BACCD四、简答题1、答：优点：⑴钢结构强度高，强重比大、塑性好、韧性好；⑵材质均匀，几乎完全符合我们学过的力学假定； ⑶制作简便，施工工期短。

钢结构基本原理 简答题思考题 答案2、钢结构的特点是什么？①强度高、重量轻；②材质均匀、可靠性高；③塑性、韧性好；④工业化程度高；⑤安装方便、施工期短；⑥密闭性好、耐火性差；⑦耐腐蚀性差。

第二章钢结构的材料6、什么是钢材的主要力学性能（机械性能）？钢材的主要力学性能（机械性能）通常是指钢厂生产供应的钢材在标准条件（2065℃）下均匀拉伸、冷弯和冲击等单独作用下显示的各种机械性能（静力、动力强度和塑性、韧性等）。

7、为什么钢材的单向均匀拉伸试验是钢材机械性能的常用试验方法？钢材的单向均匀拉伸比压缩、剪切等试验简单易行，试件受力明确，对钢材缺陷的反应比较敏感，试验所得各项机械性能指标对于其它受力状态的性能也具有代表性。

因此，它是钢材机械性能的常用试验方法。

8、净力拉伸试验的条件有哪些？①规定形状和尺寸的标准试件；②常温（2065℃）；③加载速度缓慢（以规定的应力或应变速度逐渐施加荷载）。

9、在钢材静力拉伸试验测定其机械性能时，常用应力-应变曲线来表示。

其中纵坐标为名义应力，试解释何谓名义应力？所谓名义应力即为试件横截面上的名义应力σ=F/A 0（F 、A 0为试件的受拉荷载和原横截面面积）。

10、钢材的弹性？对钢材进行拉伸试验，当应力σ不超过某一定值时，试件应力的增或减相应引起应变的增或减；卸除荷载后（σ=0）试件变形也完全恢复（ε=0），没有残余变形。

钢材的这种性质叫弹性。

11、解释名词：比例极限。

比例极限：它是对钢材静力拉伸试验时，应力-应变曲线中直线段的最大值，当应力不超过比例极限时，应力应变成正比关系。

12、解释名词：屈服点屈服点：当钢材的应力不增加而应变继续发展时所对应的应力值为钢材的屈服点。

13、解释名词：弹性变形弹性变形：卸除荷载后，可以完全恢复的变形为弹性变形。

14、解释名词：塑性变形塑性变形：卸除荷载后，不能恢复的变形。

15、解释名词：抗拉强度抗拉强度：钢构件受拉断裂时所对应的强度值。