钢结构设计原理期中复习提纲 - 图文

《钢结构设计原理》复习提纲

第一章

1、 钢结构的特点，应用范围。 特点： 应用：

（1）强度高，结构重量轻； （1）大跨度结构；（2）工业厂房； （2）材质均匀，且塑性韧性好； （3）受动力荷载影响的结构； （3）良好的加工性能和焊接性能； （4）可拆卸的结构；

（4）钢材耐腐蚀性差； （5）高耸结构(6)多层和高层建筑； （5）钢材耐热但不耐火； （7）容器和其他构筑物；（8）轻型钢结构； （6）低温冷脆 （9)钢和混凝土的组合结构 （7）钢材的可重复使用性 （8）密封性好 2、 钢结构的两类极限状态所包含的内容是什么？ ① 两类极限状态的概念或两类极限状态所对应的准则。

1、承载能力极限状态（第一类极限状态）对应于：结构或构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形；

2、正常使用极限状态（第二类极限状态）对应于：结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值； ② 钢结构中第一极限状态的两个准则各包括那些情况？

承载能力极限状态包括倾覆、强度破坏、丧失稳定和疲劳破坏等，结构变为机动体系或出现过度的塑性变形； ③ 钢结构中第二极限状态的两个准则各包括那些情况？

正常使用极限状态包括出现影响正常使用（或）外观的变形、振动和局部破坏等； ④ 简述第一极限状态的第二准则与第二极限状态中变形要求的主要区别(课件)。 第一类极限状态第二准则 第二类极限状态对变形的要求 （荷载）作用 设计值 标准值 考虑方法 限制截面的塑性深度 变形限制 3、钢结构的两种设计方法及适用范围？ ①、概率极限状态设计法 ②、容许应力设计法

适用范围：对于钢结构的疲劳验算、以及储液罐和压力容器等结构。

第二章

1、 钢结构对材料性能的基本要求是什么？

①、强度高：即屈服点fy、抗拉强度fu比较高。 ②、塑性、韧性性能好：即足够的变形能力。

③、良好的加工性能：即适合冷、热加工，同时具有良好的可焊性，不因这些加工而对强度，塑性及韧性带来较大的有害影响。 2、 钢结构规范推荐承重结构宜采用哪四种钢材（或哪四种钢材符合钢结构对材料性能的基

本要求）？

普通碳素结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390、Q420 3、 建筑钢材可能的两种典型破坏形式是什么？各自的破坏特征如何？

①塑性破坏：破坏前具有较大的塑性变形，常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线，破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗。

②脆性破坏：破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形，而突然迅速断裂。破坏后的断口平直，呈有光泽的晶粒状或有人字纹。 4、 简述钢材的主要机械性能（物理力学性能）指标及对应的试验是什么？

屈服点fy、抗拉强度fu、伸长率δ是钢材的三个重要机械性能指标。---单向一次拉伸试验 其次是：材料的弹性模量E和硬化开始时应变硬化模量Est

重要结构中需要有良好的冷热加工的工艺指标时，应有良好的冷弯性能--- 冷弯试验 受动荷载作用的结构，需要有良好的冲击韧性--- 冲击试验 5、 钢结构中以钢材的屈服强度作为材料静力强度标准的主要依据是什么？ （1）它是钢材弹塑性变形的分界点，可以认为是弹性变形的终点。

（2）当构件中的应力达到屈服点时，结构会因过度的塑性变形而不适于继续承载。 （3）塑性变形大，易察觉，可处理，且有一定的强度储备。 6、 简述假设钢材为理想弹塑性体的依据。 钢材在屈服点前应力与应变关系符合胡克定律，接近于理想弹性体工作，屈服点以后塑性应变范围很大而应力保持不增长，所以接近理想塑性体。 7、 什么是钢材的塑性、韧性？钢材的冲击韧性与塑性有何区别？（课件） （1）冲击韧性是塑性和强度的综合表现 （2） 塑性指标——静力荷载作用 韧性指标——冲击荷载作用 （3） 塑性：表示构件经受变形的能力

韧性：表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。 8、 影响钢材力学性能的主要因素有哪些？

“先天”因素（成因）：化学成分，熔炼和浇注、轧制，以及热处理等，而以化学成分为主（最重要）。

“后天”条件即影响因素：工作温度，荷载条件，制作等。

碳（C):随含碳量的增加，钢材的强度逐渐提高，屈服点和抗拉强度升高，塑性和韧性降低，焊接性能、冷弯性能和抗锈蚀性能降低。小于0.25%为低碳钢，介于0.25%和0.6%之间为中碳钢，大于0.6%为高碳钢。规范推荐，含碳量均不超过0.22%，对焊接结构则严格控制在0.2%以内。

硫（S）：有害元素，当温度达800-1000℃,钢材变脆可引发热裂纹，“热脆”。降低冲击韧性、疲劳强度、抗锈蚀性能和焊接性能。

磷（P）：有害元素，低温“冷脆”。强度和抗腐蚀能力略有提高；塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能降低。

氧（O）：有害杂质，与S相似

氮（N）：有害杂质，与P相似。但可与合金组分匹配，提高强度和抗腐蚀性。

氢（H）：原子态的过饱和氢时，将降低韧性, 引起“氢脆”。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。钢的强度等级越高，对氢脆越敏感。 9、 什么是应力集中？构件中产生应力集中现象的主要原因有哪些？应力集中将会造成什

么后果？

(1)应力集中定义：当截面完整性遭到破坏（如有裂纹、孔洞、刻槽、凹角）时，以及截面的厚度或宽度突然改变时，构件中应力分布将变得很不均匀，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

(2)产生的原因：a.构造缺陷：外部缺陷（如有裂纹、孔洞、刻槽、凹角等）内部缺陷（内裂纹、气泡、非金属夹杂）

b.内结应力:如焊接残余应力。（内结应力在截面上是自相平衡。）

(3)应力集中的后果：应力高峰处产生双向或三向同号应力场，使材料塑性发展受到约束，容易产生脆性破坏。

10、疲劳断裂如何产生？其基本特点是什么？影响疲劳强度的主要因素是什么？疲劳破坏位置及计算方法？

钢材在连续反复荷载作用下，当应力还低于钢材的抗拉强度，甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏，这种现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏。

(1)产生原因：钢材中恒存在缺陷，如微观裂纹等，而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。

(2)特点：①具有突然性，破坏前没有明显的宏观塑性变形，属于脆性断裂；

②断口与一般脆性断口不同，可分为三个区域：裂纹源、裂纹扩展区和断裂区。裂纹扩展区表面较光滑，常可见到放射和年轮状花纹。 ③疲劳对缺陷十分敏感。

（3）影响钢材疲劳的主要因素：应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）以及应力循环次数。

11、对于设计要求的疲劳寿命n，各种构件或连接破坏的应力幅值的大小，主要取决于构造细部。如果由构造细部引起的应力集中大，则破坏时的应力幅就小，其疲劳性能就不好。（这条好像是直接背的）

12、钢结构产生脆性断裂的主要原因有哪些？其中又以哪些因素影响较大？

出现脆性破坏的因素主要有：钢材的内在因素，如钢材的化学成分、组织构造和缺陷等；钢材的外在因素，如构造缺陷和焊接加工引起的应力集中、低温影响、动荷作用、冷作硬化和应变时效硬化等。

（材质缺陷、应力集中、使用环境温度以及钢板厚度是影响脆性断裂的主要因素。其中应力集中尤为重要）。

13、我国常用建筑钢材的钢种、钢号是什么？ 钢种：碳素结构钢和低合金高强度结构钢。

碳素结构钢的牌号（钢号）：Q195、Q215（A、B）、Q235（A、B、C、D）、Q255（A、B）、Q275

钢材牌号表示法：QXXX+质量等级+脱氧方法

14、选择钢材时应考虑的主要因素是什么。 答：在选择钢材应考虑下列各因素： ? 结构或构件的重要性 ? 荷载性质（静载或动载）

? 连接方法（焊接、铆接或螺栓连接） ? 工作条件（温度及腐蚀介质）

? 对于重要结构、直接承受动载的结构、处于低温条件下的结构及焊接结构，

应选择质量较高的钢材。

15、了解各钢号的合格保证项目是什么？焊接承重结构呢？ 答：

? Q235-A, Q235-B钢优先选用镇定钢，还需选择钢材的脱氧方法。 ? Q235-A钢不应用于焊接承受钢结构；

? Q235-A, Q235-B的沸腾钢不应用于直接承受动力荷载,并需要验算疲劳的焊接钢结构。 ? Q235和Q345应选用具有0°C冲击韧性的C级钢，Q390和Q420则应选用-20°C冲

击韧性合格的D级刚。适用于工作温度在0°C-20°C之间。 ? 用于焊接结构钢材含碳量不宜超过0.2%；

? 连接使用钢材，如焊条、焊丝及螺拴的钢材应与主体金属强度相应。

16、为什么薄钢板或小直径钢材比厚板或大直径钢材的强度高，即为什么GB50017—2003要对钢材以板厚分组区别其强度？

答： 轧制使金属晶粒变细，使气孔、裂纹等压合，改善钢材力学性能。因薄板辊轧次数多，轧制的压缩比大，钢材的性能改善明显，其强度、塑性、韧性和焊接性能均优于厚板和厚壁型钢。钢材的按板厚分组就是这个缘故。

17、用塑性良好的Q235钢材制成的材料一定发生塑性破坏吗？为什么？

答：不一定 因为一种钢材具有塑性变形的能力的大小，不仅取决于钢材原始的化学成分，熔炼与轧制条件，也取决于后来所处的工作条件。即使原来塑性表现极好的钢材，改变了工作条件，如在很低的温度之下受冲击作用，也完全可能呈现脆性破坏。 18、在某些情况下钢结构计算不考虑应力集中和残余应力，为什么？ 答：有屈服平台并且屈服平台末端的应变比较大，这就有足够的塑性变形来保证截面上的应力最终都达到?y

第三章

1、 目前我国常用的连接方法有哪些？各有什么特点？ 方法：焊接、铆接、普通螺栓连接和高强螺栓连接 特点：（一）焊接连接

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