钢结构思考题

1．为什么能把钢材简化为理想的弹塑性材料？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．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？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。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?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。焊脚尺寸太小，焊接时产生的热量较小，焊缝冷却快，容易产生裂纹；同时也不易焊透。焊缝长度过短，焊件局部加热严重，会使材质变脆；同时起、落弧造成的缺陷相距太近，严重影响焊缝的工作性能。焊缝长度过长，应力沿长度分布不均匀，两端应力可能达到极限值而先破坏，中部则未能充分发挥其承载能力。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？答：正面角焊缝受力较复杂，但沿焊缝长度方向应力分布比较均匀，且正面角焊缝承载力较高；侧面角焊缝受力相对简单，主要承受沿着焊缝长度方向的剪应力，剪应力沿焊缝长度方向分布不均匀，两边大、中间小，侧缝的承载力较低，但侧缝塑性较好，两端出现塑性变形后，应力重分布，所以当焊缝长度在规定的范围内时，剪应力应仍按均布计算。当作用力方向改变时，将它分解成分别垂直于焊缝长度方向和沿焊缝长度方向的应力，分别按正面角焊缝和侧面角焊缝算出f和f，且要求wfffff22。4、对接焊和角焊缝有何区别？答：对接焊缝为，即由相连两板件接触面间填充焊条施焊形成，为保证质量，对接焊缝常需坡口；角焊缝如即在焊件侧边施焊形成。从受力上讲，对接焊缝受力无偏心，但对接焊缝常需坡口，施工麻烦，且对焊件的长度精确度要求较高；而角焊缝则相反，受力偏心，但焊接无需坡口，施工较方便。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？答：通过高强螺栓的预拉力，使连接构件受压，从而在连接面上产生摩擦力来抗剪。在传力摩擦面的抗滑移系数一定的情况下，预拉力越大，高强螺栓的抗剪承载力就越大，每个摩擦型高强螺栓的抗剪承载力为：PnNfbV9.0。高强度螺栓的抗拉承载力也随预拉力的增大而增大，即PNbt8.0。7．摩擦型高强度螺栓与承压型高强度螺栓有什么区别？答：摩擦型高强度螺栓连接的板件间无滑移，靠板件接触面间的摩擦力来传递剪力，而承压型高强螺栓容许被连接板件间产生滑移，其抗剪连接通过螺栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力，所以承压型高强度螺栓比摩擦型高强度螺栓抗剪承载力大，但变形也大。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？答：高强螺栓分摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓，摩擦型高强螺栓是靠接触面间的摩擦力来传递剪力的，而承压型高强螺栓的抗剪性能同普通螺栓，高强度螺栓抗拉承载力由预拉力决定，为预拉力的80％。普通螺栓是通过栓杆受剪和板件孔壁受压来传递剪力的，通过螺栓杆抗拉来承受拉力。单个螺栓的抗剪承载力设计值对于普通螺栓为螺栓抗剪承载力和承压承载力的较小值；对于高强螺栓为Pnf9.0，其中fn、分别为摩擦面数和抗滑移系数，P为预拉力。2.什么是梁的整体失稳？影响梁的整体稳定的主要因素有哪些？答：梁在荷载作用下，虽然其截面的正应力还低于钢材的强度，但其变形会突然离开原来的弯曲平面，同时发生侧向弯曲和扭转，这就称为梁的整体失稳。主要因素：梁的侧向抗弯刚度，抗扭刚度，抗翘曲刚度，梁侧向支撑点之间的距离，梁的截面形式，横向荷载的形式、在截面上的作用位置等。3.如何提高梁的整体稳定性？其最有效而经济的方法是什么？答：加大梁的侧向抗弯刚度、抗扭刚度和抗翘曲刚度，设侧向支撑，加强受压翼缘其中设侧向支撑最经济。5.判别梁是否需要验算其整体稳定，用l1/b1来衡量，其意义是什么？l1，b1分别代表什么？答：当l1/b1小到一定程度可以保证阻止受压翼缘的侧向变形，从而保证不会发生整体失稳。l1表示受压翼缘的自由长度，b1表示受压翼缘宽度。8.在工字型截面梁中，翼缘与腹板的交界处对翼缘和腹板来说分别是怎样的支承？为什么？答：对翼缘是简支，对腹板是具有弹性约束的半刚性约束。因为，腹板比较高，对翼缘的转动约束比较小，而翼缘比较厚窄，对腹板可以有一定的转动约束。9设置加劲肋来提高腹板的局部稳定性，其作用是如何发挥的？横向加劲肋宽度，厚度的确定原则是什么？答：设置加劲肋可以细分腹板区格，从而减小每一区格的宽厚比，进而提高局部稳定性。横向加劲肋宽度bs，厚度ts的确定原则是：有足够的刚度，使其成为腹板的不动支承。11工字型梁的受压翼缘与轴压杆件的翼缘受力状态相近，其局部稳定的宽厚比要求有何不同？答：梁翼缘的局部稳定是根据板件的屈曲应力达到材料的屈服点的95%，来计算板的宽厚比；而柱子中是以翼缘局部稳定与柱子整体稳定的临界应力相等的等稳定条件求板的宽厚比。14.梁的弯曲正应力强度计算公式中，x代表何含义？确定此值时，为何限定塑性发展区高度的范围答：为截面的塑性发展系数。以截面边缘屈服为标准的弹性设计，过于保守；以截面成塑性铰为标准的塑性设计，梁的变形可能过大。因而规定采用截面部分发展塑性，限制截面上塑性发展深度为(1/8~1/4)h。1．拉杆为何要控制刚度？如何验算？拉杆允许长细比与什么有关？答：拉杆要控制刚度是为了保证构件在使用过程中不产生过大的横向振动而使杆件连接受到损害及改变杆件轴心受拉的性质。验算：构件长细比小于或等于容许长细比。拉杆允许长细比与拉杆所受荷载的性质有关。2．计算轴心受压缀条柱时，如何考虑柱的剪切变形的影响？此时柱的整体等稳定条件是什么？答：轴心受压柱的临界力。对格构式缀条柱的虚轴，单位剪切角较大，剪力产生的剪切变形不能忽略，它将降低整体稳定临界力，因此设计中将构件计算长度定为l，为放大系数，以考虑这一不利影响，用换算长细比ox来替代x（x为虚轴）。柱的整体等稳定条件为yox（y为实轴）。3．试述提高轴心受压构件整体稳定性的措施。答：轴压构件当较大时为弹性失稳，此时临界力只与长细比有关，所以可通过改变支承条件（如杆端将铰支改为固定，中间加支承点等）来减小计算长度，或改变截面形状，增大回转半径来提高整体稳定性；当轴压构件长细比较小时为弹塑性失稳，此时其临界力与材料强度也有关，因此提高钢号对提高整体稳定性也有一定作用。此外，截面形式与整体稳定性也有关，在三类截面a、b、c中，a类最好，c类最差。4．在缀条式轴心受压格构柱中，为什么要限制单肢的长细比？如何限制？答：为使格构柱单肢不先于整体失稳，要限制单肢的长细比。通过保证单肢长细比（为两个主轴方向长细比中的较大值）。5．钢结构轴心受压构件整体稳定承载力时按什么原理确定的？答：考虑杆长千分之一的初始挠度，忽略初始偏心，计入焊接残余应力的影响，根据压溃理论用有限元方法确定构件的临界应力。7．一轴心受压柱，有两种可能的荷载作用方式1）重力集中荷载P作用在柱顶2）一重力集中荷载0.7P作用在柱顶，另一重力集中荷载0.3P作用在柱高的中点问哪一种稳定承载力较高，为什么？答：后一种稳定承载力较高。从能量法角度分析，前者全部荷载作用在顶部引起的变形较大，所以其临界应力较小，稳定承载力较低。1.实腹式压弯构件在弯矩作用平面内失稳是何种失稳？在弯矩作用平面外失稳是何种失稳？两者有何区别？答：在弯矩作用平面内是弯曲屈曲，在弯矩作用平面外是弯扭屈曲。前者只在弯矩作用平面内变形，后者除弯矩平面内变形外，还有侧移和扭转。2.何为偏心受力构件？答：所谓偏心受力构件是纵向力不作用在截面的形心或者同时受到轴向力和横向力的构件。总而言之，偏心受力构件就是既受轴力又受弯矩的构件。3.对压弯构件，当弯矩作用在实腹式截面的弱轴平面内时，为什么要分别进行在弯矩作用平面内、外的两类稳定验算？它们分别属于第几类稳定问题？答：当弯矩作用在实腹式截面的弱轴平面内时，构件可能在弯矩作用平面内弯曲屈曲，也可能在弯矩作用平面外弯扭屈曲，失稳的可能形式与构件的抗扭刚度和侧向支承的布置等情况有关，所以弯矩作用平面内、外的两类稳定都要验算。弯矩作用平面内为极值型稳定，即属于第二类稳定问题；弯矩作用平面外为分枝型稳定，属于第一类稳定问题。