鋼結構原理課后思考題答案

蘇州鋼結構設計01-252閱讀0評論

鋼結構原理課后思考題答案，，1. 鋼結構在建筑工程中的主要作用是什么？，答：鋼結構主要用于建筑的骨架支撐，能夠提供良好的穩定性和承重能力。，，2. 什么是鋼結構的基本組成元素？，答：鋼結構的基本組成元素包括鋼梁、鋼柱、鋼桁架等。，，3. 鋼結構的設計原則有哪些？，答：鋼結構的設計原則包括強度、穩定性、剛度和耐久性。，，4. 如何計算鋼結構的承載能力？，答：通過計算鋼材的屈服強度和抗拉強度來確定鋼結構的承載能力。，，5. 鋼結構的連接方式有哪些？，答：鋼結構的連接方式主要有焊接、螺栓連接和鉚接等。，，6. 鋼結構的防腐措施有哪些？，答：鋼結構的防腐措施包括涂防銹漆、使用防銹涂料和定期檢查維護等。，，7. 鋼結構在地震作用下的抗震性能如何？，答：鋼結構具有良好的抗震性能，但需要在設計時考慮到地震力的影響。，，8. 鋼結構在高溫環境下的性能如何？，答：鋼結構在高溫環境下會膨脹，需要采取相應的隔熱措施以保證結構的穩定性。

一、鋼結構對鋼材性能的要求

鋼結構對鋼材性能有較高的強度、較好的變形能力、良好的工藝性能的要求。

二、鋼材塑性破壞和脆性破壞的區別

塑性破壞
- 是由于變形過大，超過了材料或構件可能的應變能力而產生的，而且僅在構件的應力達到了鋼材的抗拉強度 $f_{u}$ 后才發生。在塑性破壞前，構件發生較大的塑性變形，且變形持續的時間較長，容易及時被發現而采取補救措施，不至于引起嚴重后果。另外，塑性變形后出現內力重分布，使結構中原先受力不等的部分應力趨于均勻，因而提高了結構的承載能力。斷裂后的端口呈纖維狀，色澤發暗。
脆性破壞
- 前塑性變形很小，甚至沒有塑性變形，計算應力可能小于鋼材的屈服點 $f_{y}$ ，斷裂從應力集中處開始。破壞前沒有任何預兆，無法及時察覺和采取補救措施，且個別構件的斷裂常會引起整體結構塌毀，后果嚴重，損失較大。

三、鋼材的主要性能及衡量指標

屈服點 $f_{y}$ ：是強度指標。
抗拉強度 $f_{u}$ ：是強度指標。
伸長率：是塑性指標。
冷彎性能：反映鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，是衡量鋼材塑性的重要指標之一，同時也能反映鋼材內部的冶金質量。
沖擊韌性：反映鋼材抵抗沖擊荷載的能力，其值隨溫度的降低而減小，是衡量鋼材在動力荷載作用下性能的重要指標。

四、影響鋼材性能的主要因素

化學成分的影響：例如碳、硫、磷等元素的含量影響鋼材性能。其中，影響鋼材發生冷脆的化學元素主要有氮和磷，而使鋼材發生熱脆的化學元素主要是氧和硫。
冶煉、澆注、軋制過程的影響：鋼材生成過程中可能造成夾層、偏析等缺陷影響鋼材性能。
熱加工的影響：如時效、冷作硬化以及焊接應力等對鋼材性能產生影響，在單軸反復應力作用下，若加載 - 卸載連續進行，鋼材曲線基本無變化；若加載 - 卸載具有一定時間間隔，會使鋼材屈服點、極限強度提高，而塑性韌性降低（時效現象）；在一定作用力下，作用時間越快，鋼材強度會提高、而變形能力減弱，鋼材曲線也會更高而更短。
工作溫度影響：可能會引起藍脆或冷脆。
結構細部設計影響：不合理的結構細部設計如應力集中等影響鋼材性能。
結構或構件受力性質影響：如雙向或三向同號應力場影響鋼材性能。
結構或構件所受荷載性質影響：如受反復動力荷載作用影響鋼材性能。

五、鋼結構的連接方法

有焊縫連接、鉚釘連接、普通螺栓連接和高強度螺栓連接四種。

六、焊接連接的優缺點

優點
- 構造簡單，制造加工方便。
- 不消弱構件截面，節約鋼材。
- 易于采取自動化操作，保證焊接結構的質量。
- 連接密封性好、結構剛度大。
缺點
- 由于焊縫附近的熱影響區，使鋼材的性能發生變化，導致材質變脆。
- 焊接結構的低溫冷脆問題比較突出。
- 焊接結構對裂縫較敏感，局部裂縫一經發生便容易擴展到整體。

七、鋼結構焊接時焊條或焊縫的選擇

手工電弧焊焊條與焊件金屬強度相適應，Q235用E43，Q345用E50，對不同鋼材連接時，宜用與低強度鋼材相適應的焊條。

八、焊縫缺陷及質量級別

焊縫缺陷：有裂紋、氣孔、燒穿等。
質量級別
- 一級檢查：要求檢驗每條焊縫的全部長度。
- 二級檢查：在外觀檢查的基礎上再做無損檢驗，要求采用超聲波檢驗每條焊縫20%長度。

九、普通螺栓的相關情況

中級螺栓一般用45、35號鋼制成，需要機械加工，尺寸精細；普通螺栓由Q235鋼制成，加工粗糙，尺寸不夠精確。

十、高強螺栓連接中的摩擦型螺栓和承壓型螺栓

摩擦型螺栓：只利用被連接構件之間的摩擦力傳遞剪力，以摩擦力被克服作為承載能力極限狀態。
承壓型螺栓：極限狀態和普通螺栓相同，以螺栓桿被剪壞和孔壁承壓破壞作為承載能力極限狀態。

十一、正面角焊縫和側面角焊縫在受力性能方面的區別

正面角焊縫
- 應力狀態復雜，破壞強度高，塑性變形差，角焊縫長度垂直于力的作用方向，彈性狀態不均勻，塑性逐漸均勻。
側面角焊縫
- 主要承受剪力，角焊縫長度平行于力的作用方向。

十二、角焊縫的構造要求及原因

構造要求
- 一般采用兩面側焊，也可采用三面圍焊，對角鋼桿件也可采用。當角焊縫的端部在構件轉角處時，可連續起落弧，連接處必須連續施焊。當角焊縫的端部在構件轉角處時，可連續起落弧。當板件僅用兩條側焊縫時，宜使 $iwb$ 。為避免應力傳遞的過分彎折而使板件應力過分不均，焊縫橫向收縮時引起板件拱曲太大，宜使 $bw\leq16t$ 或 $200mm$ 。
原因：避免缺陷發生在應力集中較大的轉角處，從而改善連接的工作性能；避免應力傳遞的過分彎折而使板件應力過分不均，焊縫橫向收縮時引起板件拱曲太大。

十三、焊接產生焊接殘余應力的原因及對結構性能的影響

原因
- 縱向殘余應力：高溫處的鋼材膨脹最大，產生熱狀塑性壓縮，冷卻時，被塑性壓縮的焊向于縮得比原始長度稍短，這種縮短變形受到兩側鋼材的限制，是焊縫區產生縱向拉力。
- 橫向殘余應力：一是由于焊縫縱向收縮，兩塊鋼板趨向于形成反向的彎曲變形，上焊縫兩塊鋼板練成整體，不能分開，于是在焊縫中部產生橫向拉應力，而在兩端產生橫拉應力；二是焊縫在施焊過程中，先后冷卻的時間不同，先焊的焊縫已經凝強度，會阻止后焊焊縫在橫向自由膨脹，使其發生橫向的塑性壓縮變形。
對結構靜力強度的影響：文檔未明確提及具體影響情況，需進一步查閱相關資料深入學習。

十四、螺栓在鋼板上容許距離限制的依據

根據受力要求、構造要求、施工要求制定最大和最小限制。

十五、軸心受力構件的極限狀態

承載能力極限狀態
- 軸心受拉構件只有強度問題，而軸心受壓構件則有強度和穩定問題。
正常使用極限狀態
- 每類構件都有剛度問題。

十六、彈性階段和彈塑性階段臨界應力與構件長細比的關系

彈性階段：彈性模量 $E$ 為常數，公式只是長細比 $\lambda$ 的單一函數，所以臨界應力只和構件的長細比有關。
彈塑性階段：截面應力在屈曲前已超過鋼材的比例極限，構件處于彈塑性階段，臨界應力不僅和長細比 $\lambda$ 有關，同時還和切線模量 $E_{t}$ 有關，而 $E_{t}$ 和材料的抗壓強度有關。