钢结构基本原理复习总结：影响疲劳寿命的因素、机械性能指标等

钢结构基本原理回顾与总结一、填空1.影响结构疲劳寿命的最主要因素是结构状态、循环荷载和循环次数。2.钢材的力学性能有屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、Z 向收缩和冲击韧性等。3.荷载点的位置对梁的整体稳定性有影响，与作用在工字形简支梁受拉翼缘上的荷载相比，当荷载作用在梁的受压翼缘上时，梁的整体稳定性会降低。4.某工字形组合截面简支梁，若腹板高厚比为 100 时，应设置横向加劲肋，若腹板高厚比为 210 时，应设置纵向加劲肋。 5.钢材中含有碳、磷、氮、硫、氧、铜、硅、锰、钒等元素，其中氮、氧为有害杂质元素。6.轴心受压构件中，箱形截面板满足局部稳定的宽(高)厚比极限确定原则为构件应力未达到屈服前，板材不局部屈曲(或局部屈曲临界应力不低于屈服应力或不先于屈服)，工字形截面板满足局部稳定的宽(高)厚比极限确定原则为构件整体屈曲前，板材不局部屈曲(或局部屈曲临界应力不低于整体屈曲临界应力或同等稳定或不先于整体失稳)。7.衡量钢材塑性性能的主要指标是伸长率。8.钢材的三脆性是指热脆、冷脆、蓝脆。 9.钢材的五大力学性能为屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、冲击韧性。10.板连接格构柱，单肢不屈曲的条件是单肢稳定承载力不小于整体稳定承载力，且不大于允许的长细比。11.拉杆格构柱的拉杆设计为轴心受力构件。12.拉杆格构柱，单肢保持稳定的条件是单肢稳定承载力不小于整体稳定承载力。13.薄板强度略高于厚板强度。

14.角焊缝的最小计算长度不得小于

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和焊接件厚度。

15. 承受静载荷的侧面角焊缝的最大计算长度为

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。

16.螺栓连接中，最小端部距离为2d0。

17.螺栓连接中，最小螺栓距离为3d0。

18.对于普通螺栓连接，当板叠厚度∑t>5d（d-螺栓直径）时，连接可能引起螺栓杆弯曲破坏。

19.单个普通螺栓抗压承载力设计值

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， 在哪里

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表示受压构件沿力的方向总厚度的较小值。20.普通螺栓连接通过螺栓杆传递剪力；摩擦型高强螺栓连接通过摩擦传递剪力。21.Q235钢手工焊一般采用E43型焊条。22.焊接结构在焊缝附近形成热影响区，此区域材料有缺陷。23.侧面角焊缝连接或正面角焊缝的计算长度不宜

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24.承压高强度螺栓仅用于承受非动力载荷的结构连接。

25、手工电弧焊Q345钢时应采用E50焊条。

26. 格构式轴压杆件等稳定性的条件是绕虚轴的长细比与绕实轴的长细比相同。

27、双轴对称工字形截面轴压构件失去稳定性时的屈曲形式为弯曲屈曲。

28. 当具有单轴对称横截面的轴向压缩构件绕对称轴变得不稳定时，该构件将发生弯曲扭转屈曲。

29. 轴心受压构件的缺陷有残余应力、初始偏心、初始弯曲等。

30. 轴心受压构件的屈曲形式有弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲。

31、钢中含硫过多，在高温下会变热脆，含磷过多，在低温下会变冷脆。

32. 时效硬化会改变钢的性能，提高其强度，但降低其塑性和韧性。

33、钢在250℃左右出现强度增加、塑性增加、韧性下降的现象，这叫蓝脆性。

2.简答题

1.简述影响钢材性能的因素？

化学成分；冶金缺陷；钢硬化；温度效应；应力集中；重复载荷。

2、钢结构用钢的力学性能指标有哪些？承重结构用钢至少应满足哪些指标？

钢材的力学性能包括：抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯性能、冲击韧性等；

承重结构钢材应满足以下三个指标：抗拉强度、伸长率、屈服点。

3. 钢铁损伤现象有哪两种类型及其后果？

钢材有脆性破坏和塑性破坏，塑性破坏前结构变形明显，变形持续时间长，容易发现和补救；钢材脆性破坏变形小，破坏突然，危险性大。

4、选取钢材的屈服强度作为静强度的标准值，认为钢材是理想的弹塑性材料的依据是什么？

选取屈服强度fy作为钢材静强度标准值的依据是：①它是钢材弹性加工与塑性加工的分界点，屈服后塑性变得很大（2%~3%），很容易被人们察觉，并能及时处理，避免发生突发性破坏；②从屈服到断裂，塑性加工区很大，比弹性加工区大200倍左右，这是钢材很大的储备强度，而且抗拉强度与屈服强度的比值也较大（Q235的fu/fy≈1.6~1.9）。这两点共同决定了构件fy作为强度极限的可靠安全储备。

认为钢材是理想弹塑性材料的依据是：①对于无缺陷和残余应力的试件，比较极限与屈服强度比较接近（fp=（0.7~0.8）fy），又由于钢材开始屈服时应变较小（εy≈0.15%），所以近似认为钢材在屈服点前是完全弹性的，即屈服点前的б-ε图简化为一条斜线；②由于钢材的流动幅度相当长（即ε范围从0.15%到2%~3%），而计算中不采用强化阶段的强度，所以屈服点以后的б-ε图简化为一条水平线。

5、什么是冲击韧性？什么情况下要保证这一指标？

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6、为什么薄钢板的强度比厚钢板的强度高（或钢材的强度是按厚度或直径分组的）？

钢材经轧制，可使金属晶粒细化，消除组织缺陷，还可焊合在高温高压下浇注时形成的气孔、裂纹、疏松等。因此，热轧后钢材组织致密，提高了钢材的力学性能。由于轧制次数多，薄板强度略高于厚板。

7、为什么同一种钢的延伸率指标δ5>δ10？

若圆形段的原始标距长度为l0=10d0(d0为圆柱形试件的直径)，则所得的伸长量为δ10；若圆柱段的原始标距长度为l0=5d0，则所得的伸长量为δ5。试件拉断时的绝对变形值l有两部分，一部分是整个工作段的均匀伸长，另一部分是“颈缩”部分的局部伸长；由于均匀伸长与原始标距长度有关，而局部伸长只与原始标距长度的截面尺寸有关，因此伸长量δ的大小与试件原始标距长度与截面尺寸的比值有关，因此δ5≠δ10；又由于在原始标距长度较小的试件中局部伸长占变形的比重很大，因此δ5>δ10。

8、受拉或受弯的重要焊接结构，必须有抗拉强度、伸长率、屈服强度、硫、磷、碳含量及冷弯试验合格保证，为什么还必须有室温冲击韧性合格保证？

重要的拉伸或弯曲焊接结构由于焊接残余应力δr的存在，往往存在多向拉应力场，发生脆性破坏的风险很大。同时，拉伸、弯曲焊接构件的应力状态与压缩（包括压弯）构件不同，导致缺陷响应速度也不同。拉伸、弯曲构件响应速度快，对钢材质量要求较高，因此要求此类构件有合格的室温冲击韧性保证。

9.为什么要规定角焊缝的最小计算长度和侧面角焊缝的最大计算长度？

当角焊缝焊脚较大但较短时，焊件局部加热严重，电弧引起的缺陷太近，焊缝中可能出现其他缺陷（气孔、非金属夹杂物等），使焊接不可靠。这规定了侧面角焊缝或正面角焊缝的最小计算长度。

侧面角焊缝处于弹性阶段，沿长度方向受力不均匀，两端力较大，中间力较小，因此规定了侧面角焊缝的最大计算长度。

10、什么情况下需要计算对接焊缝？

焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，因此可以认为受压、受剪的对接焊缝强度与母材强度相等，但受拉的对接焊缝对缺陷十分敏感。由于第一、二级检验的焊缝强度与母材强度相等，因此只有第三级检验的焊缝才需要进行抗拉强度验证。

11、在剪力连接中，普通螺栓连接与摩擦型高强螺栓连接在工作性能上有何区别？

普通螺栓受剪时，从受力到破坏要经历四个阶段。由于它们允许接触面滑动，所以设计标准是连接达到破坏的极限状态。高强度螺栓拧紧时，螺室内产生很大的预紧力，被连接的板间也产生很大的预压力。连接受力后，接触面上产生的摩擦力可以在相当大的荷载作用下阻止板间的相对滑移，因此弹性工作阶段较长。当外力超过板间的摩擦力时，板间就会发生相对滑动。高强度螺栓摩擦型连接以板间发生滑动作为剪切承载力的极限状态。

12、钢板上的螺栓应怎样排列？

钢板上螺栓的布置形式有平行和交错两种。平行布置紧凑、整齐、简单，连接板尺寸较小，但螺栓对构件截面的削弱较大；交错布置较为松散，连接板尺寸较大，但可以减小螺栓孔对构件截面的削弱。钢板上螺栓的布置应满足三项要求：①受力要求 ②施工要求 ③结构要求，并应满足规范规定的最大和最小允许距离：最小螺栓距为3d0，最小端距为2d0

13. 选择钢材时应考虑哪些因素？

结构的重要性、荷载条件、连接方法、结构所处的温度和环境、钢材厚度

14、轴心受压构件的稳定承载力与哪些因素有关？

部件几何形状和尺寸；杆端约束程度；钢材强度；焊接残余应力；初始弯曲；初始偏心率

15、常见的剪切螺栓失效形式有哪些？设计时如何避免这些失效（采用计算方法或施工方法）？

破坏形式有：螺栓杆剪断；板压溃；板拉断；板剪切破坏；螺栓杆弯曲破坏。前三种破坏形式通过计算可以避免，后两种破坏形式通过施工方法可以避免。

16、焊接残余应力对结构有何影响？

它对结构的静力强度没有影响，但会降低结构的刚度，增加钢材在低温下的脆性断裂倾向。

对结构的疲劳强度有明显的不利影响。

17、钢结构与其他建筑材料结构相比，有何特点？

（1）建筑用钢强度高，塑性、韧性好。钢结构重量轻。 （2）钢结构重量轻

（3）材质均匀，符合力学计算假设。4）钢结构制造方便，施工工期短。（5）钢结构气密性好。（6）钢结构耐腐蚀性差。（7）钢材耐热，但不耐火。（8）钢结构性脆，在低温或其他条件下容易断裂。

18. 格构柱绕虚拟轴稳定设计时为什么要采用折算长细比？

当格构轴压柱绕虚拟轴失稳时，剪力主要由拉杆承受，柱的剪切变形较大，且剪力引起的附加弯曲效应不能忽略。因此，对于虚拟轴失稳计算，常通过增加长细比来考虑剪切变形的影响，增加后的长细比称为折算长细比。

19、高强度螺栓连接形式有哪几种？其性能等级有哪些？

高强度螺栓连接有摩擦型连接和压力型连接两种类型，高强度螺栓性能等级为8.8级和10.9级。

20、保证梁的整体稳定性的条件有哪些？

（1）刚性楼板紧密铺设在梁的受压翼缘上，并与其牢固连接，可阻止梁受压翼缘的侧向位移；

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29. 组合梁局部失稳是什么意思？如何避免局部失稳？

组合梁一般由翼缘、腹板等板材组成，如果这些板材没有适当减薄和加宽，当板内的压应力或剪应力达到一定值后，腹板或受压翼缘可能会偏离其平面位置，产生波纹。这种现象称为梁的局部失稳。梁的受压翼缘板的稳定性通过限制宽厚比来保证，腹板的局部稳定性通过设置加劲肋来保证。

30. 下列哪一个构件的临界应力较大：荷载作用于上翼缘的梁，还是荷载作用于下翼缘的梁？为什么？

当荷载作用在下翼缘上，发生侧向扭转时，剪切中心上产生的附加弯矩会限制梁的扭转；当荷载作用在上翼缘上，发生侧向扭转时，剪切中心上产生的附加弯矩会促进梁的扭转。

3. 多项选择题

1、最容易产生脆性破坏的应力状态是B。

（A）单轴压缩应力状态

（B）三轴拉伸应力状态

（C）单轴拉伸应力状态

（D）双轴拉伸、单轴压缩的应力状态

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2、两块钢板采用摩擦型高强螺栓连接，如图所示，危险截面Ⅱ上的力为B。

（一个

（B）0.875N

（温度）0.75N

（直径）0.5N

3、如图所示，焊接两块钢板，按手工焊施工要求，焊缝角高度hf应满足A的要求。

（一）6≤hf≤8~9mm

（B）6≤hf≤12mm

（C）5≤hf≤8~9mm

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AAA

（D）6≤hf≤10mm

4.考虑受弯构件的屈曲后强度时，正确的说法是B。

（A）提高腹板弯曲能力

（B）提高腹板的剪切能力

（C）提高腹板的弯曲和剪切承载能力

（D）腹板的弯曲能力增加，而其剪切能力降低

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A. 较大压力下纤维的总横截面阻力矩 B. 较小压力下纤维的总横截面阻力矩

C. 纤维在较大压缩下的净截面阻力矩 D. 纤维在较小压缩下的净截面阻力矩

8. 随着板材宽厚比的增加，其临界应力（D）

A 增加 B 减少 C 保持不变 D 不确定的关系

9. 计算格构式压弯构件的拉杆时，其剪力宜取（C）。

构件A的实际剪切设计值B由公式给出

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计算剪切力

C 取上述两者中较大值。

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计算值

10.工字型压弯构件腹板允许高厚比按下式（B）确定。

A 为轴向受压构件腹板与梁腹板的高厚比

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腹板应力梯度a0与构件长细比关系

C 腹板应力梯度a0

D 构件的长细比

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W1x、W2x分别为单轴对称截面大、小翼缘最外层纤维绕非对称轴的毛截面阻力矩，gx值也不同

B W1x、W2x分别为大、小翼缘最外层纤维的毛截面抗力矩，gx值也不同

C W1x、W2x分别为大、小翼缘最外层纤维的总截面抗力矩，gx值相同

D W1x、W2x分别为单轴对称截面大、小翼缘最外层纤维绕非对称轴的总截面抗弯矩，gx值相同

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13. 某焊接工字型简支梁，材质为Q235，fy=235N/mm2。该梁承受均布荷载，支座处设置了支撑加劲肋。该梁腹板高度为900mm，厚度为12mm。若考虑腹板稳定性，则（B）。

A.设置纵、横向加劲肋。B.无需设置加劲肋。

C 按结构要求布置加劲肋 D 按计算布置横向加劲肋

14.下列简支梁的整体稳定性最差的是（A）

A.两端纯弯曲作用 B.全跨均布荷载作用

C.集中荷载作用于跨中 D.集中荷载作用于跨内三点

15. 梁的横向加劲肋应设置在（C）

A.弯曲应力较大的截面 B.剪应力较大的截面

C.固定集中力较大的部位D.受起重机轮压的部位

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17. 某截面为双轴对称的梁，强度刚好满足要求，但腹板在弯曲应力作用下可能局部失稳。下列选项中，应选（C）。

A.在梁腹板上设置纵向、横向加劲肋。B.在梁腹板上设置横向加劲肋。

C.在梁腹板处设置纵向加劲肋。D.在梁腹板处沿梁长度方向设置横向水平支撑。

18、当固定较大的集中载荷作用在梁上时，其作用点应在（ B ）。

A组纵向加劲肋 B组横向加劲肋

C 减小腹板宽度 D 增加翼缘厚度

19.钢梁腹板局部稳定采用（D）标准。

A 腹板的局部屈曲应力等于构件的整体屈曲应力

B腹板的实际应力不超过腹板的屈曲应力

C腹板的实际应力不小于板的屈服应力

D腹板局部临界应力不小于钢材屈服应力

20. 梁的支撑加劲肋应位于（C）

A.弯矩较大的截面 B.剪力较大的截面

C.有固定集中载荷的部位 D.有起重机轮压的部位

22.由两根槽钢组成的格构式轴心受压杆件柱，为提高虚拟轴方向的稳定承载力，应采用（D）。

A.增加槽钢强度 B.增加槽钢间距

C.减小拉杆截面积D.增大拉杆与肢端夹角

23.与轴心受压构件稳定系数φ有关的因素是（A）

A.截面类型、钢材等级、长细比 B.截面类型、计算长度系数、长细比

C.截面类型、两端连接结构、长细比 D.截面类型、两个方向长度、长细比

24.与轴心受压杆稳定承载力无关的因素是（ A ）

A.杆端约束条件B.残余应力

C.构件初始偏心量D.钢中有益金属元素含量

25. 轴向压缩构件整体稳定性的丧失是由于（A）

A. 单个截面承载力不足 B. 单个截面刚度不足

C.整个构件承载力不足造成 D.整个构件刚度不足造成

26.当工字形截面受压构件的腹板高厚比不能满足按实腹计算的要求时，（A）。

只需考虑腹板的两个边缘即可计算出

部分截面参与承受荷载

B.腹板必须加厚。C.必须设置纵向加劲肋。D.必须设置横向加劲肋。

27.实腹轴心压杆绕x、y轴的长细比分别为λx、λy，对应的稳定系数分别为fx、fy，若λx=λy，则（D）。

A fx>fy Bfx=fy Cfx

28. 为了防止钢构件中的板材不稳定，采取了加固措施。该做法适用于（D）。

A.改变板材的宽厚比 B.增加横截面积

C.改变截面上的应力分布状态D.增加截面的惯性矩

30.为保证格构构件单肢的稳定承载力，应做（B）。

A 控制肢体之间的距离。B 控制横截面的长细比。

C 控制单腿的长细比 D 控制构件的计算长度

31、轴心受压柱柱脚底板厚度的计算依据是底板（C）

A 压缩功 B 拉伸功 C 弯曲功 D 剪切功

32.摩擦型高强度螺栓连接和压力型高强度螺栓连接（C）

A无本质区别B施工方法不同C承载力计算方法不同D材料不同

33、一块受到轴向拉力的钢板，与摩擦型高强度螺栓连接，接触面的摩擦系数为0.5。

锚杆内预紧力为155KN，锚杆剪切面为1个，作用于钢板的外拉力为

为180KN，该连接所需螺栓数量为（C）

A.1B.2C.3D.4

34.某侧面角焊缝长度为600mm，焊脚为8mm，该焊缝的计算长度应为下列哪一项（B）

A. 600 毫米 B. 584 毫米 C. 496 毫米 D. 480 毫米

35.下列哪项属于螺栓连接失效（A）

A.钢板剪断 B.螺栓杆弯曲 C.螺栓杆拉断 D.C级螺栓连接滑移

36.角焊缝连接的两块钢板厚度分别为8mm、10mm，适当的焊脚尺寸是（ B ）

A.4 毫米 B.6 毫米 C.10 毫米 D.12 毫米

37.角焊缝的焊脚尺寸为8mm，该焊缝的最小长度应为下列哪一个值（A）

A、40 毫米 B、64 毫米 C、80 毫米 D、90 毫米

C II 级焊缝 DA、B、C 均正确

39.热轧钢材冷却后产生的残余应力（C）。

A 主要是拉应力 B 主要是压应力

C 包括拉应力和压应力 D 拉应力和压应力都非常小

40.产生纵焊残余应力的主要原因是（ D ）。

A. 冷却速度太快。B. 焊件纤维可自由变形。C. 钢材弹性模量太大，导致部件刚性过强。D. 焊接过程中焊件出现冷塑区和热塑性区。

41.角钢与钢板采用侧搭接焊缝连接，当角钢背焊缝和尖焊缝的焊脚尺寸与焊缝长度相等时，（C）。

A角钢肢背侧焊缝与角钢肢尖侧焊缝受力相等

B角钢尖端侧焊缝所受力大于角钢背部侧焊缝所受力

C角钢肢的侧焊缝所受力比角钢肢尖的侧焊缝大

D 由于角钢背侧焊缝和尖端侧焊缝受力不均等，连接处要承受弯矩。

42.对于直接承受动荷载的结构，计算正面直角焊缝时（C）。

A考虑提高正面角焊缝强度

B.考虑焊缝刚度的影响

C与侧面角焊缝计算公式相同

德

43.下列螺栓故障属于结构故障（B）。

A 钢板拉断 B 钢板剪断 C 螺栓剪断 D 螺栓拉断

44.承受静载荷时，正面角焊缝的强度大于侧面角焊缝的强度（A）。

A 高 B 低 C 相等 D 无法判断

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4. 计算题

3、如图所示，某双肢钢格构轴压板柱，轴压设计值N=1450kN（含柱身及其他结构自重），所有钢材均为Q345，f=310N/mm2，计算长度l0x=6000mm，l0y=3000mm，柱截面无削弱。

已知：2[18b的截面面积为A=2×29.3=5860mm2，iy=68.4mm；满足同截面板的线刚度比较大柱肢的线刚度大6倍的要求；肢干绕自身1-1轴的转动惯量为I1=1110000mm4，回转半径i1=19.5mm；h=320mm，b=180mm，c=283.2mm；其它有关参数如图所示。

验证柱的整体稳定性（包括肢端稳定性）是否符合要求（不需要验证拉杆材质）。（12分）

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