2019年华工作业-钢结构(答案)

1.简述钢结构的特点。

答：一、钢结构的优点：由钢材通过连接而成的能承担预定功能的结构体系称钢结构，钢结构是由钢板、热轧型钢和冷加工成型的薄壁型钢制造而成。与其他材料的结构相比具有以下优点：

1、钢材强度高，韧性、塑性好，适用于建造大跨、高耸、高层、荷载大的、反复荷载作用的结构；

2、质量轻，强重比大，可降低基础造价，方便施工吊装，对抗震有利，适用于建造大跨、抗震结构；

3、材质均匀，符合力学假定，计算结果比较可靠，安全可靠度高，适用于重要结构、对抗震要求较高的结构；

4、制造简单，工厂化生产，工业化程度高，施工速度快，施工周期短，适用于加固、改建、可拆卸结构；

5、钢结构密闭性好，连接的水密性和气密性好，适用于高压容器、油库、气罐、管道等；

6、钢材为可持续发展的材料。

二、钢结构的缺点

1、钢材耐热但不耐火。

2、钢材易锈蚀，耐腐蚀性能差，维护费用高。

3、钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂，且稳定性问题突出。

4、钢材价格相对较贵。

2.简述钢材拉伸时的塑性破坏特征。

塑性破坏：破坏应力达到钢材的抗拉强度发生，变形过大超过了材料或构件可能的应变能力，断口呈纤维状，色泽发暗。破坏前有较大的塑性变形发生，变形持续时间长，不致引起严重后果。

3.影响钢材性能的主要因素有哪些？

钢材由各种化学成分组成的，其基本元素为铁（Fe）。碳素结构钢中铁占99%，碳和其它元素仅占1%，但对钢材的性能有着决定性的影响，还有一些有利元素如碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）等，钢材中也含有一些对钢材性能有害的杂质元素，如硫（S）、磷（P）、氧（O）和氮（N）等。普通低合金钢中还含有低于5%的合金元素。

下面是各种元素对钢材性能的影响：

C：随着含碳量的增加，钢材强度提高，塑性、韧性、可焊性降低，所以含碳量应控制在≤0.22%的范围，焊接结构应控制在≤0.20%。

Si：硅是较强的脱氧剂，同时能使钢材的结晶粒度变细。当硅含量是的那股时，可提高刚的强度，而对其塑性、韧性、冷弯性能和可焊性没有显著的不良影响，硅含量应控制≤0.1~0.3%范围内。

Mn：锰是一种较弱的氧化剂，也是一种有益元素。当锰含量不太多时能显著提高钢材的屈服点和抗拉强度，而不明显降低其塑性和冲击韧性，同时还能降低S、O的热脆影响，改善热加工性能；但当锰含量过多少时，会降低钢材的可焊性，因此在普通碳素钢中锰含量约为0.3%~0.8%。

S：硫是一种有害的杂质元素。随着含硫量的增加，钢材强度有所提高，塑性、韧性、性能冷弯、可焊性均下降，在温度达到800oC~1000oC时，钢材在熔化时容易变脆，在进行热加工或焊接时，极易产生热裂纹，称为热脆，因此硫的含量应严格控制。

P：磷既是有害杂质也能用作合作金属元素。磷可以提高钢材的强度和抗锈蚀的能力，但严重降低钢材的塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性，磷在低温时使钢材变脆，称为冷脆现象。

O、N：氧和氮也是有害杂质，氧能是钢材产生热脆现象，影响结果比硫跟更为严重；氮能使钢材变得冷脆，因此一般情况下，氧含量≤0.05%，氮含量≤0.008%。

4.钢材拉伸时脆性破坏的特征是什么？

脆性破坏：甚至，破坏前塑性变形小，破坏突然，没有预兆，后果严重。断口平直并呈有光泽的晶粒状，色泽发亮。

5.什么叫梁的失稳？影响梁的整体稳定的主要因素有哪些？

梁在弯矩作用平面内弯曲，但当弯矩逐渐增加，达到某一数值时，窄而高的梁将在截面承载力尚未充分发挥之前突然发生侧向的弯曲和扭转，使梁丧失继续承载的能力，这种现象即为梁的整体失稳。梁的失稳机理：梁受弯变形后，上翼缘受压，由于梁侧向刚度不够，就会发生梁的侧向弯曲失稳变形，梁截面从上至下弯曲量不等，就形成截面的扭转变形，同时还有弯矩作用平面内的弯曲变形，故梁的失稳为弯扭失稳形式，完整的说应为：侧向弯曲扭转失稳。

影响梁整体稳定的主要因素：

（1）与荷载类型有关。若为纯弯曲状态，则沿梁长方向弯矩图为矩形，受压翼缘的压应力沿梁长保持不变，梁易失稳；若跨中承受集中荷载，则弯矩图呈三角形，靠近支座处M减少，受压翼缘的压应力随之降低，提高了梁的整体稳定性。

（2）与荷载的作用位置有关。横向荷载作用在上翼缘，荷载的附加效应加大了截面的扭转，降低了梁的临界弯矩。反之，可提高梁的稳定性。

（3）与梁的侧向刚度有关

提高梁的侧向刚度可以显著提高梁的临界弯矩，而增大梁的抗扭刚度和抗翘曲刚度虽然也可以提高Mcr，但效果不大。

（4）与受压翼缘的自由长度（侧向支承点之间的距离） 有关

减少可显著提高梁的临界弯矩Mcr，这可以通过增设梁的侧向支承来解决。无论跨中有无侧向支承，在支座处均应采取构造措施以防止梁端截面的扭转。

6.简述横向焊接残余应力产生的原因。

横向残余应力产生的原因有：①焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于向外弯成弓形的趋势，但实际上焊缝将两块钢板连成整体，不能分开，于是在焊缝中部将产生横向拉应力；②焊缝在施焊过程中，先后冷却的时间不同，先焊的焊缝已经凝固，且具有一定的强度，会阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀，使其产生横向的塑性压缩变形。当焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受到已凝固焊缝的而产生横向拉应力，同时在先焊部分的焊缝内产生横向压应力。横向收缩引起的横向应力与施焊方向及先后次序有关。焊缝的横向残余应力是上述两种原因产生的应力的合成。

7.列举防止钢材脆性断裂的措施。

1、合理的设计

构造合理，传力均匀，截面无突变是较为合理的设计；低温和受动力荷载作用时合理选择钢材，尽量使用薄板；

2、正确的制造

遵守制造的技术要求，避免材料加工中的应变硬化；选择合适的焊接工艺，尽可能降低焊接残余应力和变形；

3、正确的使用

不随意附加零件，超载等；及时维护、防锈、防撞击；注意温度变化对结构的影响。

8.简述焊缝连接的优点。

对几何形体适应性强，构造简单，连接方便，省工省时；不需打孔，用料经济，不削弱截面；加工方便，可实现自动化操作，工效高 ；密闭性好，结构刚度大，整体性较好。