鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課后題答案（普通螺栓受剪連接的破壞形式）

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課后題答案（普通螺栓受剪連接的破壞形式）北京加固施工

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程中，普通螺栓受剪連接的破壞形式是一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)。在分析這一問(wèn)題時(shí)，我們可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：，，我們需要理解螺栓受剪連接的基本概念。螺栓受剪連接是指螺栓受到剪切力的作用而發(fā)生破壞的一種連接方式。在鋼結(jié)構(gòu)中，螺栓通常被用于將兩個(gè)構(gòu)件連接在一起，以承受各種外部載荷和內(nèi)力。，，我們需要考慮螺栓受剪連接的破壞形式。根據(jù)工程實(shí)踐和理論分析，螺栓受剪連接的破壞形式主要有以下幾種：，1. 螺栓剪斷：當(dāng)螺栓受到過(guò)大的剪力作用時(shí)，螺栓會(huì)發(fā)生剪斷現(xiàn)象，從而導(dǎo)致連接失效。，2. 螺栓彎曲：當(dāng)螺栓受到彎矩作用時(shí)，螺栓會(huì)發(fā)生彎曲變形，導(dǎo)致連接失效。，3. 螺栓滑移：當(dāng)螺栓受到軸向力作用時(shí)，螺栓會(huì)發(fā)生滑移現(xiàn)象，導(dǎo)致連接失效。，4. 螺栓孔壁破裂：當(dāng)螺栓受到較大的剪力作用時(shí)，螺栓孔壁可能會(huì)發(fā)生破裂現(xiàn)象，從而導(dǎo)致連接失效。，，我們需要注意在實(shí)際工程中，螺栓受剪連接的破壞形式可能因多種因素而有所不同。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮各種因素，以確保結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。

一、部分《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課后題答案內(nèi)容

（一）鋼材相關(guān)概念

影響鋼材性能的因素
- 化學(xué)成分方面：
  - 影響鋼材發(fā)生冷脆的化學(xué)元素主要有氮和磷，使鋼材發(fā)生熱脆的化學(xué)元素主要是氧和硫。碳含量也會(huì)影響鋼材性能，含碳量高則強(qiáng)度高，但塑性、韌性和可焊性可能降低。例如在選擇用于不同環(huán)境和受力要求的鋼材時(shí)，需要考慮這些元素的影響，像在北方嚴(yán)寒地區(qū)建造廠房露天倉(cāng)庫(kù)使用非焊接吊車梁，承受起重量Q = 500KN的中級(jí)工作制吊車，就需要選擇具有良好低溫沖擊韌性性能、能在低溫條件下承受動(dòng)力荷載作用的鋼材如Q235D、Q345D等，這里就考慮到了鋼材化學(xué)成分對(duì)低溫性能的影響等因素。
- 加工使用過(guò)程方面：
  - 鋼材在加工、使用過(guò)程中的各種影響，如時(shí)效、冷作硬化以及焊接應(yīng)力等影響鋼材性能。例如冷作硬化會(huì)使鋼材強(qiáng)度提高，但塑性和韌性降低。
- 工作溫度方面：
  - 鋼材工作溫度影響，可能會(huì)引起藍(lán)脆或冷脆。在低溫環(huán)境下鋼材可能發(fā)生冷脆現(xiàn)象，其韌性大幅降低，在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，若結(jié)構(gòu)處于低溫環(huán)境，就要考慮這種溫度對(duì)鋼材性能的影響，選擇合適的鋼材品種，如在低溫環(huán)境下的焊接鋼結(jié)構(gòu)，要考慮鋼材的可焊性和低溫韌性等性能。
鋼材破壞類型相關(guān)概念
- 延性破壞（塑性破壞）：
  - 破壞前有明顯變形，并有較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間，應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn) $f_y$ 、并達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度 $f_u$ 的破壞。這種破壞有明顯的預(yù)兆，例如在一些受彎構(gòu)件中，當(dāng)彎矩逐漸增大時(shí)，構(gòu)件會(huì)先出現(xiàn)較大的彎曲變形，然后才發(fā)生破壞。
- 脆性破壞（脆性斷裂）：
  - 指破壞前無(wú)明顯變形、無(wú)預(yù)兆，而平均應(yīng)力較小（一般小于屈服點(diǎn) $f_y$ ）的破壞。脆性破壞往往突然發(fā)生，例如在一些鋼結(jié)構(gòu)中，如果存在應(yīng)力集中、鋼材質(zhì)量缺陷或者低溫環(huán)境等不利因素，可能會(huì)引發(fā)脆性破壞，像在有尖銳缺口或者焊接缺陷的部位容易發(fā)生這種破壞。
- 疲勞破壞：
  - 指鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，應(yīng)力水平低于極限強(qiáng)度，甚至低于屈服點(diǎn)的突然破壞。例如橋梁結(jié)構(gòu)中，長(zhǎng)期承受車輛荷載的反復(fù)作用，鋼材可能發(fā)生疲勞破壞，其破壞與荷載的反復(fù)次數(shù)、應(yīng)力幅等因素有關(guān)。
- 應(yīng)力腐蝕破壞（延遲斷裂）：
  - 在腐蝕性介質(zhì)中，裂紋尖端應(yīng)力低于正常脆性斷裂應(yīng)力臨界值的情況下所造成的破壞。比如在一些化工環(huán)境中的鋼結(jié)構(gòu)，受到腐蝕性介質(zhì)的侵蝕，即使應(yīng)力水平不高，也可能因?yàn)閼?yīng)力腐蝕而發(fā)生破壞。

（二）構(gòu)件受力計(jì)算相關(guān)

應(yīng)力比和應(yīng)力幅計(jì)算示例
- 對(duì)于一兩跨連續(xù)梁，已知截面上A點(diǎn)正應(yīng)力為 $\sigma_{1}=120N/mm^{2}$ $σ_{1} = 120 N / m m^{2}$ ， $\sigma_{2}=80N/mm^{2}$ $σ_{2} = 80 N / m m^{2}$ ，B點(diǎn)的正應(yīng)力 $\sigma_{1}=120N/mm^{2}$ $σ_{1} = 120 N / m m^{2}$ ， $\sigma_{2}=20N/mm^{2}$ $σ_{2} = 20 N / m m^{2}$ 。
  - A點(diǎn)：
    - 應(yīng)力比： $\frac{\sigma_{2}}{\sigma_{1}}=\frac{80}{120}=0.667$ 。
    - 應(yīng)力幅： $\sigma_{max}-\sigma_{min}=120 - 80 = 40N/mm^{2}$ 。
  - B點(diǎn)：
    - 應(yīng)力比： $\frac{\sigma_{2}}{\sigma_{1}}=\frac{20}{120}=0.167$ 。
    - 應(yīng)力幅： $\sigma_{max}-\sigma_{min}=120 - 20 = 100N/mm^{2}$ 。
軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)及臨界荷載計(jì)算示例（以某車間工作平臺(tái)柱為例）
- 某車間工作平臺(tái)柱高，軸心受壓，兩端鉸接，材料用I16，Q235鋼。
  - 首先查附表得到I16截面特性，柱子兩端鉸接，計(jì)算柱子長(zhǎng)細(xì)比。因?yàn)橐阎獥l件，對(duì)于Q235鋼計(jì)算相對(duì)長(zhǎng)細(xì)比，根據(jù)柱子軋制情況，對(duì)y軸查相關(guān)表知為b類截面，然后可以進(jìn)一步確定軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)，再根據(jù)鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值計(jì)算穩(wěn)定臨界荷載。若改用Q345鋼，同樣按照上述步驟，根據(jù)Q345鋼的相關(guān)參數(shù)重新計(jì)算軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)及其穩(wěn)定臨界荷載。

（三）連接相關(guān)

普通螺栓連接
- 破壞形式及防止措施：
  - 普通螺栓受剪連接的破壞形式可能有五種，即螺栓桿被剪斷、孔壁擠壓破壞、螺栓桿彎曲、板端被沖剪破壞、鋼板被拉斷。其中需通過(guò)計(jì)算保證的有螺栓桿被剪斷、孔壁擠壓破壞等情況。
  - 為防止螺栓桿被剪斷，要根據(jù)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值進(jìn)行螺栓選型和數(shù)量計(jì)算；為防止孔壁擠壓破壞，要考慮螺栓的承壓承載力設(shè)計(jì)值等因素。例如在計(jì)算單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值 $N_{b}^{v}=n_{v}\frac{\pi d^{2}}{4}f_{b}^{v}$