钢结构简答题总结(初稿)

1.简述钢结构的特点？

答:1.钢材强度高，结构重量轻

  2.材质均匀，塑性和韧性好

  3.便于工业化生产，施工周期短

  4.密闭性好

  5.具有一定的耐热性，但防火性能较差

  6.耐腐蚀性差

  7.容易产生噪声

  8可能发生脆性断裂

  9.稳定问题突出

2.简述Q235钢的破坏过程，并在应力-应变曲线中标明主要参数？

答：破坏过程为 由弹性阶段到弹塑性阶段，塑性阶段，强化阶段，颈缩阶段

3.钢材的力学指标包括哪几项？

答:抗拉强度fu,伸长率，屈服点，冷弯180度，常温冲击韧性指标Akv

4.解释概念:强度，塑性，韧性，冷弯性能，冲击韧性？

答:强度:材料受力时抵抗破坏的能力

  塑性:材料所承受的应力在超过屈服点后能产生显著变形而不立即断裂的性能

  韧性:材料在塑性变形和断裂的过程中吸收能量的能力

  冷弯性能:钢材在常温下，经过冷加工发生塑性变形后，抵抗产生裂纹的能力

  冲击韧性:材料受到冲击荷载，在塑性变形和断裂的过程中吸收能量的能力

5.低合金高强度结构钢的屈服强度是如何确定的？

答:这类钢，按规范规定，以卸载后产生永久变形为0.2%时对应的应力为屈服点

6.说明设计时静力承载力的指标依据，为什么这样规定？

答:采用屈服点作为指标依据

  原因:1.因为屈服点和比例极限很接近，所以可以认为它是钢材弹性工作和塑性工作的分界点。到达屈服点后，塑性变形很大，极易察觉，可以及时处理，使结构不发生突然破坏。

      2.屈服点之后，钢材仍可以继续承载，到达抗拉强度后才发生破坏，这样钢材就有极大的强度储备，所以一般钢材结构极少发生塑性破坏。

7.钢板中为什么薄板性能优于厚板，钢材屈服强度与厚度有关系吗？

答:（1）因为薄板经过数次轧制，在压力作用下，钢中的小气孔，裂纹，疏松等缺陷可以焊合，使金属颗粒变细，组织致密，所以比厚板有更好的性能

   （2）屈服强度与厚度没有关系，因为屈服强度是按照规范测定的

9.解释概念:应力集中，残余应力，冷加工硬化和时效硬化，蓝脆，冷脆，热脆？

答:应力集中:材料在有缺陷或者截面变化附近，应力线弯曲而密集，出现高峰应力的现象

   残余应力:钢材在冶炼，轧制，焊接热矫形等过程中，由于不均匀的热过程引起的，在这些因素消失后后仍然残留在钢材中的内力

   冷加工硬化:经过冷加工的钢材其屈服强度提高而塑性和韧性逐渐降低的现象

   时效硬化:钢材经过冷加工后，随时间的延长钢的屈服强度和抗拉强度逐渐提高，塑性和韧性逐渐降低的现象

   蓝脆:温度达到250℃附近时，钢表面氧化膜呈蓝色，钢的塑性和韧性下降，在此温度加工时可能产生裂缝

冷脆:材料因为温度降低，而导致冲击韧性变弱的现象

热脆:钢材在某一高温区间（如400—550℃）和应力作用下长期工作，会使冲击韧性明显下降的现象称为热脆性

10.三向或者双向拉应力场为什么容易引起脆性断裂？

答:因为此时材料中的剪应力很小，不易引起钢材晶粒的滑移，因此在到达一定破坏强度时，不会发生较为明显的变形，所以引发脆性断裂

11.钢结构材料的破坏形式有哪几种？各具有怎样的破坏特点？

答:破坏形式有塑性破坏和脆性破坏两种

塑性破坏特点是在破坏时，材料发生了明显的变形

脆性破坏特点是在破坏时，材料不发生明显的变形，破坏几乎没有预兆，突然发生

12.简述钢材脆性断裂的主要因素？如何避免出现脆性断裂？

答:影响因素有应力状态，低温和钢材质量

  避免方法:1.注意改善结构的形式，降低应力集中程度

           2.尽量避免和减少残余应力

           3.选用冷脆转变温度低的钢材

           4.尽量采用薄钢板

           5.避免突然荷载和结构的损伤

13.应力集中容易引起脆性断裂的原因？

答:应力集中时导致剪应力较小，而最大主应力在达到屈服强度以前就引发脆性断裂

14.什么是疲劳破坏？简述疲劳破坏的发展活成以及影响疲劳强度的主要因素？

答:疲劳破坏是钢材经过多次循环往复荷载的作用，虽然平均应力低于抗拉强度甚至低于屈服点也会发生断裂的现象

   主要影响因素:（1）构件的构造和连接形式

                 （2）荷载的循环次数

                 （3）荷载引起的应力状况

15.解释钢材牌号的含义:Q235BF，Q235-D，ZG230-450，20MnTiB

答:第一个表示屈服强度为235MPa，质量等级为B的沸腾钢

第二个表示屈服强度为235MPa，质量等级为D的镇静钢

第三个表示屈服强度为230MPa，抗拉强度为450MPa的铸钢

第四个表示平均含碳量为0.2%，合金元素Mn和Ti的含量不超过1.5%的低合金结构钢

17.钢材的质量等级是根据哪一项要求划分的？

答:冲击韧性

18.选择钢材时需要考虑哪些因素？

答:结构的重要性，荷载特征，结构形式，应力状态，连接方法，钢材厚度和工作环境

第三章思考题

1. 简要说明结构设计所采用过的方法。《钢结构设计规范》主要采用何种设计方法？其中的疲劳设计采用何种方法？

答 1.容许应力设计法2半概率半经验极限状态设计法3概率极限状态设计法。规范采用以概率论为基础的一次二阶矩极限状态设计法，严格来说是一种近似的概率极限状态设计法。疲劳强度计算采用容许应力幅法。

2．结构可靠性的含义是什么？它包含哪些功能要求？什么是结构的可靠度？可靠指标的含义？如何确定结构的可靠指标？

答 结构或构件的安全性，适用性，耐久性通称可靠性。

功能要求1能承受施工期和使用期内可能出现的各种作用（安全性）2在正常使用时具有良好的工作性能（适用性）3具有足够的耐久性（耐久性）4在偶然事件发生时及发生后，能保持必要的整体稳定性（安全性）

可靠度是指结构或构件在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的概率。

可靠指标的含义为课本上公式。

目标可靠指标应根据结构构件的重要性，破坏性质及失效后果用优化方法分析确定

2. “作用”和“荷载”有什么区别？影响结构可靠性的因素有哪些？

作用是指使结构产生内力，变形，应力，应变的所有原因，分为直接作用（荷载）和间接作用。荷载为作用中的直接作用，为施加在结构上的集中力或分布力。间接作用指引起结构外加变形和约束变形的原因。

因素是各种荷载的取值，材料的力学性能，结构的几何参数，抗力的计算模式。

3. 什么是结构的极限状态？结构的极限状态是如何分类的？

当整个结构或结构的一部分超过超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态称为该功能的极限状态。

分为承载能力极限状态，正常使用极限状态。

4. 荷载标准值，荷载设计值有何区别？如何应用？

荷载标准值分为永久荷载标准值和可变荷载标准值。其中永久荷载标准值指对结构自重通常可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定，相当于取其分布的均值。可变荷载的标准值是结构使用期内可能出现的最大荷载值。

荷载设计值为荷载标准值与荷载分项系数的乘积。

应用：计算结构构件的强度或稳定性以及连续的强度时，采用荷载设计值。计算疲劳和变形时应采用荷载的标准值。

5. 试述疲劳强度，应力幅，应力比的含义，并绘图说明各种类型的应力循环。

疲劳强度：经过一定的应力循环次数，钢材发生疲劳破坏，应力循环中的最大应力称作疲劳强度。

应力幅：在应力循环中，最大拉应力与最小拉应力的代数差称为应力幅。

应力比：在应力循环中，绝对值最小的应力与绝对值最大的应力之比，称为应力比，也称应力循环特性。

各种类型的应力循环图：见书P41图3-2。

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第四章

1.简述常用的焊接方法和各自的优缺点

答：一，手工电弧焊；优点：设备简单，操作灵活，适应性强；缺点：生产效率低，劳动条件差，焊接质量取决于焊工的技术水平，质量波动大。

二，埋弧焊；优点：供给焊缝金属必要的合金元素，改善焊缝质量；缺点：主要适用于水平焊接，对坡口的加工和装配有严格的要求，不适用于焊接厚度小于1mm的薄板。

三，气体保护焊；优点：电弧加热集中，焊接速度快，熔化深度大，焊接强度高，由于电弧并不埋于焊药中，焊缝位置有偏斜时容易被发现并及时纠正；缺点：熔融金属容易飞溅，寒风表面较粗糙。

2.简述焊缝有效截面的确定方法

答：一，对接焊缝：A=t*lw,t为对接连接中，连接件的最小厚度，T形连接中腹板的厚度，lw为对接焊缝的计算长度，采用引弧板时，为实际长度，未采用引弧板时，为计算长度减2t（起弧，落弧各减t）。

二，角焊缝：A=helw，he为角焊缝的有效厚度，直角焊缝为0.7倍的最小焊脚尺寸，lw为计算长度，有引弧板时为实际长度，未加引弧板时要减去两倍最小焊脚尺寸。

3．简述角焊缝焊脚尺寸的确定方法

答：最小焊脚尺寸为，为较厚焊件的厚度（mm），对于自动焊，最小焊脚尺寸可减少1mm，对于T形连接的单面角焊缝应增加1mm，当焊缝厚度小于等于4mm时，最小焊脚尺寸与焊件厚度相等。

最大焊脚尺寸为，为较薄焊件的厚度，贴边焊时，最大角焊缝应满足t能够满足>6mm时，应取最大焊脚尺寸等于t-（1~2）mm；当焊件边缘厚度t<=6mm时，可取最大焊脚尺寸<=t;

焊脚尺寸能够满足大于等于最小焊脚尺寸，小于等于最大焊脚尺寸。

4.如何区分角焊缝是受弯还是受扭，请推导围焊缝受扭时的计算公式

答：受弯时产生的是正应力，受扭时产生的是剪应力；

5.简述焊接残余应力的类型和产生焊接残余应力的原因

答：纵向焊接残余应力：焊接时在焊件上形成了一个温度分布很不均匀的温度场；焊件的自由变形受到阻碍；施焊时在焊件上出现了冷塑和热塑区。

横向焊接残余应力：焊缝纵向收缩，使两块钢板趋向于形成反方向的弯曲变形；焊缝在施焊过程中冷却时间不同，先焊的焊缝已经凝固，具有一定强度，会阻止后焊焊缝在横向自由膨胀

沿厚度方向的焊接残余应力：后钢板进行焊接时，焊缝与钢板接触面和焊缝与空气接触面散热较快而先冷却，内部焊缝后冷却，后冷却的焊缝收缩变形受到外面已冷却焊缝的阻碍，产生中间受拉，四周受压的应力状态。

6.焊接残余应力对结构工作性能的影响

答：对结构静力强度无影响；

使结构（构件）的刚度降低

使结构的稳定性降低

使结构的疲劳强度降低

加剧了低温冷脆的危险

8.简述减小焊接残余应力和焊接残余变形的主要措施

答：一，设计措施

       尽量减少焊缝的数量和尺寸

       焊缝尽可能对称分布，使连接尽量平滑

       避免焊缝过分集中或多向焊缝相交于一点

       搭接连接中搭接长度应不小于5倍最小厚度及25mm

       焊缝布置在焊工便于施焊的位置

二，焊接工艺

   采用合理的焊接顺序和方向

   先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝

   反变形法

   预热，后热

   高温回火

       用头部带小圆弧的小锤轻击焊缝，使焊缝得到延展

9.摩擦型和承压型高强螺栓传力机理有何不同

答：摩擦型：靠摩阻力传递荷载

承压型：通过螺栓杆和孔壁受压传递荷载

11、简述螺栓的常见布置形式和需要考虑因素。

布置形式：并列 多用传力性连接；错列 多用缀连性连接

考虑因素：受力要求：端距过小，钢板有剪断可能；边距过小，构件有沿折线或直线破坏的可能；构造要求：当螺栓距及线距过大，潮气易侵入缝隙造成腐蚀；施工要求：保证一定空间，便于转动螺栓扳手。

12、简述螺栓连接的破坏形式和避免破坏发生所采取的措施。

剪力螺栓破坏形式：1螺栓杆被剪坏2较薄连接板被挤压破坏3板件拉（压）坏4板件端部被剪坏5螺栓杆受弯破坏6块状拉剪破坏。

措施：前三种通过计算给以保证；4,5以采取构造措施加以避免 如：栓杆直径不应大于5d；最后一种亦采用构件计算予以保证;

13 、如何确定单个螺栓承载力？基本假定是什么？

单个螺栓承载力包括单个抗剪螺栓承载力，单个螺栓承压承载力，通过比较二者大小，取较小值采用。

基本假定：1假定剪应力在螺栓杆截面上均匀分布；2假定计算承压面在直径面上，且应力均匀分布。

14、如何确定摩擦面数

连接件之间的结合面就是摩擦面，连接件之间接触面数即摩擦面。

15高强螺栓预拉力如何确定？

P87页，注：1高强螺栓预应力根据螺栓杆的有效抗拉强度确定；2答题时说明各系数的含义；如0.9为材料不均匀性引入折减系数等。

16、推导螺栓群承受轴力，剪力，弯矩的计算公式。

自己推导（提示：以验算普通螺栓为例；根据p80页4-39a,4-39b为验算总公式；其中NbV由p76页4-23确定；Nv由F(剪力）/n螺栓数确定；Nbt由p79页4-33确定；Nt由p80页确定，当为小偏心时4-37确定，大偏心时4-38确定；Nbc由p80页确定；切记考虑折减系数！！)

17、简述影响摩擦型高强螺栓承载力的主要因素。

答：由公式Nbv=0.9nfuP;影响因素有：摩擦面数，预压力大小，以及连接构件的材料及接触面的表面处理。

第五章

1.轴心受压构件和轴心受拉构件相比，验算内容有何不同？

无孔洞等削弱的轴心受拉构件，轴心力作用使截面产生均匀拉应力，当应力超过刚材的屈服强度时由于构件的塑性变形的发展，使结构实际的变形过大，以致不符合承载的要求，因此受拉构件应按照强度检验。

轴心受压构件的受力性能与受拉构件不同，除构件很短及有孔隙削弱时可能发生破坏从而按强度验算公式计算外，大多数由整体稳定控制其承载力，主要验算其稳定性。

2.对于轴心受拉构件，为什么也有长细比限值要求？

长细比过大会使构件在使用过程中由于自重发生挠曲，在动力荷载下会发生振动，在运输过程中发生弯曲，因此设计时应使长细比不超过规定的容许长细比。

3.轴心受压构件整体可能有哪几种失稳形式？主要影响因素有哪些？规范中如何处理各种失稳形式的计算？

1.弯曲屈曲

2.弯扭屈曲

3.扭转屈曲

主要影响因素有截面的形式与尺寸、杆的长度、杆端的连接条件。

4.简述确定轴心受压构件承载力的3种计算准则，并说明《钢结构设计规范》（GB50017-2003）采用的是何种方法？

（1）压屈准则：当理想轴心压杆的轴力增大到某一数值时，弹性或非弹性应变将导致压杆丧失原状、失去直线状态平衡，这种现象就称为压屈，以此来确定临界力的准则称为压屈准则。

（2）纤维压屈准则：以有初弯曲和初偏心等缺陷的压杆为计算模型，把截面边缘纤维应力达到屈服视为承载能力的极限，称为边缘屈服准则。

（3）压溃准则：当实际压杆所受的轴力增大到某一数值时，巨大的弯曲变形会使结构丧失承载能力，这种现象称为压溃。

《钢结构设计规范》（GB50017-2003）采用的是压屈准则。

5.何谓柱子曲线？a、b、c、d四条曲线是如何确定的？

主要考虑初试偏心与残余应力两个最不利因素，将初弯曲的矢高取为杆长的1/1000作为几何缺陷的代表值，残余应力则以杆件加工条件确定，并考虑不同截面条件与尺寸、不同弯曲屈曲方向等；然后，将其视为压弯构件对待，采用数值积分法计算它的极限承载能力，并以截面平均极限应力σ与区服点fy的比值为纵坐标，以正则化长细比为横坐标画出φ－λ关系曲线，该曲线称为柱子曲线。

a、b、c、d四种截面根据截面形式、残余应力的分布及其峰值、绕截面哪个主轴屈曲和钢板边缘的加工方式。

6.简述实腹式轴心受压构件的设计步骤

1.假定构件长细比，再根据截面分类、钢材牌号、λ值，查出相应的稳定系数φ，求出所需要截面积

2.求绕两主轴方向所需的回转半径，求出所需的轮廓尺寸

3.根据所需的A，h，b，并考虑局部稳定与构造要求，初选截面尺寸，适当调整h或b，必要时可重新假定λ ，使得板厚取的恰当

4.对构件进行刚度、整体稳定、局部稳定验算。如有孔洞削弱还应验算净截面强度。

7.说明确保局部稳定的原则与方法，若腹板不能满足局部稳定要求，应如何处理？

（1）等稳定性原则：板件的局部屈曲临界应力应大于或等于构件的整体稳定临界应力。

（2）等强度原则：板件的局部屈曲临界应力应大于或等于钢材的屈服点。

工字形：

翼缘：b'/t≤（10+0.1λ）√235/fy

腹板：h0/tw≤（25+0.5λ）√235/fy

若腹板不能满足局部稳定要求时，可以加厚腹板或按腹板屈曲后有效截面计算。

8.格构式压杆整体稳定计算为什么采用换算长细比？

柱绕虚轴发生弯曲失稳时，由构件弯曲产生的横向剪力由比较柔弱的缀材承担，剪切变形较大导致构件产生较大的附加变形，对临界应力的影响不可忽略，用换算长细比代替原长细比就可以考虑缀材变形的不利影响。

9.简述格构式轴心受压构件设计步骤。

（1）按实轴的整体稳定确定选择构件的截面

（2）按虚轴与实轴的等稳定性原则确定两分支间距

（3）按照上述步骤初选截面后对，进行刚度、整体稳定、局部稳定验算。如有孔洞削弱还应验算静截面强度。如不满足应调整截面尺寸重新验算，直到满足要求为止。

10.柱头与柱脚的常用构造形式有哪些？简述柱脚的设计步骤。

柱头：通常采用铰接连接

柱脚：刚接柱脚、铰接柱脚

柱脚设计步骤：

（1）底板计算

（2）靴梁计算

（3）隔板计算

第六章

1. “截面塑性发展系数”和 “截面形状发展系数”有何区别和联系？

截面形状系数F是塑性净截面模量Wpn与净截面模量Wn的比值，F仅与截面的几何性质有关，而与材料的性质无关。塑性发展系数r是小于F 的一个系数，在计算梁的抗弯刚度时，为考虑塑性截面发展，有限度的利用塑性，将Wn乘以塑性发展系数r来实现。P143

2.试推导矩形截面塑性抵抗距的计算公式。 

弹性工作阶段最大弯矩 Me=Wnfy （Wn 为梁的净截面模量）

塑性工作阶段最大弯矩 Mp=Wpnfy  （Wpn为塑性净截面模量） Wpn=S1+S2，（S1、S2分别为中和轴以上和中和轴以下净截面面积对中和轴的面积矩）对于矩形，S1n=S2n=bh/2×h/4  Wpn=2S1n=bh²/4  所以Mp=fybh²/4.         p143

3.解释名词：弹性设计、塑性设计、部分发展塑性设计。

弹性设计：通常依据梁最大弯矩确定截面为弹性设计。P192

塑性设计：对超静定结构按承载能力极限状态设计时，采用荷载设计值，考虑构件截面的塑性发展及由引起的内力重分配，用简单塑性理论进行分析。||  所谓简单塑性理论，是指结构构件以受弯为主，假定材料为理想弹塑体，采用一阶理论分析（不考虑二阶效应），荷载按比例增加，计算内力时考虑产生塑性铰及由此引起的内力重分配，使结构转化为破坏机构体系。

部分发展塑性设计：？

4.对梁进行验算，何时采用毛截面特性，何时采用净截面特性？

对梁进行抗剪强度和刚度验算时采用毛截面特性，进行抗弯强度和整体稳定性验算时采用净截面特性。

5.试说明需要验算局部承压强度的条件。

当梁承受固定集中荷载处无加劲肋、或承受移动荷载作用时，需要验算局部承压强度。

6.简述钢梁刚度的验算方法。

梁的刚度计算就是其在荷载作用下的挠度不超过限值。v≤【v】（挠度容许值依据附表使用）

7.说明梁整体失稳的形式和影响失稳的主要因素。

影响梁失稳的主要因素有：梁的截面尺寸、梁侧向支撑点的距离、横向荷载在截面上的作用位置、荷载类型和梁端部支撑情况。

8. 规范规定不需要验算钢梁整体稳定的条件有哪些？

①有面板密铺在梁受压翼缘上并与其牢固连接，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时。

②H型钢或等截面工字型简支梁受压翼缘的自由长度L1与其宽度b1之比不超过规定数值时。

③箱形截面的简支梁，其截面尺寸满足h/b0≤6，且L1/b0≤95（235/fy）时。

9.简述型钢梁的设计步骤，并给出验算内容和验算公式。

①计算梁的内力；②计算需要的净截面抵抗矩Wnx  Wnx≥Mx/γx f；

③弯曲正应力验算 δ=Mx /γx Wnx≤f ；④最大剪应力验算 τ=VS / I tw≤fv；

⑤局部压应力验算 δc = F / tw Lz≤f；⑥疲劳强度验算⑦整体稳定验算 Mx /ψb Wx≤f

⑧刚度验算 v≤【v】  p161

10.说明组合截面梁的设计步骤和主要验算内容、盐酸部位和验算公式。

P163 太多啦！！直接看书吧。

11.组合梁梁高时如何确定的？试推导经济梁高公式。

梁的截面高度应根据建筑高度、刚度要求、和经济要求确定。建筑高度是指按使用要求所允许的梁的最大高度。设计梁截面时应满足 h≤ h max

刚度要求是指为保证正常使用条件下，梁的挠度不超过正常容许挠度，即梁高h不能小于最小梁高hmin。

经济高度考虑用钢量为最小来决定。

he=7（Wx）＾⅓ - 3000 （mm）

或者 he=7Wx＾0.4   式中We=Me/γx f

12.试说明变截面梁的应用条件、变截面的位置和常采用的方法。

对于跨度较大的工字型截面梁，为节省钢材，可在半跨内改变一次翼缘宽度。

1改变翼缘板的面积，对承受均布荷载的梁，截面改变位置在距支座l/6处最有利。

2多层翼缘板。

3改变梁高。

13. 说明钢梁翼缘和腹板局部失稳的危害以及为避免局部失稳各应采取的措施。

翼缘失稳——导致全梁丧失承载能力——按等强原则（？）

腹板失稳——失稳部分退出工作，引起应力重分布，还能承受更大的荷载。——配置加劲肋

14.腹板加劲肋有哪几种，各用于抵抗何种应力，有何构造要求？

腹板加劲肋按其作用分为间隔加劲肋和支承加劲肋，前者的作用是为提高腹板的局部稳定，后者则是传递固定集中荷载或支座反力。

15.试述设置腹板加劲肋的条件

1）对于承受静力荷载和间接承受动力荷载的组合梁，允许腹板发生局部失稳而考虑腹板屈曲后的强度；

2）直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件或其他不考虑屈曲后强度的组合梁，则采用更经济的设置加劲肋的方法。

16.支承加劲肋在什么条件下设置？需要验算哪些内容？如何验算？

支承加劲肋是指承受固定集中荷载或承受梁支座反力的横向加劲肋，应在腹板两侧对称布置，需要进行稳定计算和承压强度计算，稳定计算应按承受梁支座反力或固定集中荷载的轴心受压构件计算在腹板平面外的稳定性。梁的支承加劲肋的端部应按其所承受的支座反力或固定集中荷载进行验算。

17.绘图说明梁的拼接形式，简要说明梁拼接的设计方法。

主要有工厂拼接和工地拼接

设计方法 （1）对接焊缝：宜采用一二级焊缝。

（2）拼接板：等强原则。

（3）角焊缝及高强螺栓：根据受力或    采用等强原则。