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    三維鋼構

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    鋼結構工程中常遇到的30個鋼材問題解答

    2018-02-20瀏覽:
      1.鋼結構和其他材料的結構相比具有哪些特點?
      
      答:建筑鋼材強度高,塑性和韌性好;鋼結構的重量輕;材質均勻,與力學計算的假定比較符合;鋼結構制作簡便,施工工期短;鋼結構密閉性好;鋼結構耐腐蝕性差;鋼結構耐熱但不耐火;鋼結構可能發生脆性斷裂。
      三維鋼結構工程中所用到的鋼材
      2.鋼結構設計必須滿足的功能包括哪些方面?
      
      答:(1)應能承受在正常施工和正常使用時可能出現的各種情況,包括荷載和溫度變化,基礎不均勻沉降以及地震作用等;(2)在正常使用情況下結構具有良好的工作性能;(3)在正常維護下結構具有足夠的耐久性;(4)在偶然事件發生事及發生后仍能保持必需的整體穩定性。
      
      3.簡述鋼結構對鋼材的基本要求。
      
      答:(1)較高的強度(抗拉強度fu和屈服點fy);(2)足夠的變形能力(塑性和韌性);(3)良好的工藝性能(冷加工、熱加工和可焊性能);(4)根據結構的具體工作條件,有時還要求鋼材具有適應低溫、高溫和腐蝕性環境的能力)。
      
      4.鋼材的塑性破壞和脆性破壞各指什么?
      
      答: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鋼材的抗拉強度fu后才發生,破壞前構件產生較大的塑性變形;脆性破壞是指塑性變形很小,甚至沒有塑性變形,計算應力可能小于鋼材的屈服點fy,斷裂從應力集中處開始的破壞形式。
      
      5.化學成分碳、硫、磷對鋼材的性能有哪些影響?
      
      答:碳含量增加,強度提高,塑性、韌性和疲勞強度下降,同時惡化可焊性和抗腐蝕性。硫使鋼熱脆,磷使鋼冷脆。但磷也可提高鋼材的強度和抗銹性。
      
      6.什么情況下會產生應力集中,應力集中對鋼材材性能有何影響?
      
      答:實際的鋼結構構件有時存在著孔洞、槽口、凹角、截面突然改變以及鋼材內部缺陷等。此時,構件中的應力分布將不再保持均勻,而是在某些區域產生局部高峰應力,在另外一些區域則應力降低,即產生應力集中形象。在負溫或動力荷載作用下,應力集中的不利影響將十分突出,往往是引起脆性破壞的根源。
      
      7.什么是疲勞斷裂?影響鋼材疲勞強度的因素?
      
      答:鋼材的疲勞斷裂是微觀裂紋在連續反復荷載作用下不斷擴展直至斷裂的脆性破壞。
      
      鋼材的疲勞強度取決于構造狀況(應力集中程度和殘余應力)、作用的應力幅Δσ、反復荷載的循環次數。
      
      8.為了保證鋼結構安全可靠和用材經濟合理,選擇鋼材時需考慮哪些因素?
      
      答:結構或構件的重要性;荷載性質;連接方法;結構所處的工作條件;鋼材的厚度,
      
      9.簡述鋼結構連接方法的種類。
      
      答:鋼結構的連接方法可分為焊接連接、螺栓連接和鉚釘連接三種。
      
      10.簡述鋼結構連接方法的種類。鋼結構焊接連接方法的優點和缺點有哪些?
      
      答:鋼結構的連接方法可分為焊接連接、螺栓連接和鉚釘連接三種。
      
      焊接連接的優點:焊接間可以直接連接,構造簡單,制作方便;不削弱截面,節省材料;連接的密閉性好,結構的剛度大;可實現自動化操作,提高焊接結構的質量。
      
      焊接連接的缺點:焊縫附近的熱影響區內,鋼材的金相組織發生改變,導致局部材質變脆;焊接殘余應力和殘余變形使受壓構件承載力降低,焊接結構對裂紋很敏感,局部裂紋一旦發生,容易擴展至整個截面,低溫冷脆問題較為突出。
      
      11.高強螺栓連接和普通螺栓連接的主要區別是什么?
      
      答:高強度螺栓連接和普通螺栓連接的主要區別在于普通螺栓連接在受剪時依靠螺栓栓桿承壓和抗剪傳遞剪力,在擰緊螺帽時螺栓產生的預拉力很小,其影響可以忽略。而高強度螺栓除了其材料強度高之外,擰緊螺栓還施加很大的預拉力,使被連接板件的接觸面之間產生壓緊力,因而板件問存在很大的摩擦力。
      
      12.抗剪普通螺栓有哪幾種可能的破壞形式?如何防止?
      
      答:螺栓抗剪連接達到極限承載力時,可能的破壞形式有四種形式:①栓桿被剪斷;②螺栓承壓破壞;③板件凈截面被拉斷;④端板被栓桿沖剪破壞。
      
      第③種破壞形式采用構件強度驗算保證;第④種破壞形式由螺栓端距≥2d0保證。第①、②種破壞形式通過螺栓計算保證。
      
      13.為何要規定螺栓排列的很大和很小容許距離?
      
      答:為了避免螺栓周圍應力集中相互影響、鋼板的截面削弱過多、鋼板在端部被螺栓沖剪破壞、被連接板件間發生鼓曲現象和滿足施工空間要求等,規定了螺栓排列的很大和很小容許距離。
      
      14.實腹式軸心受壓構件進行截面選擇時,應主要考慮的原則是什么?
      
      答:(1)面積的分布盡量開展,以增加截面的慣性矩和回轉半徑,提高柱的整體穩定承載力和剛度;(2)兩個主軸方向盡量等穩定,以達到經濟的效果;(3)便于與其他構件進行連接,盡可能構造簡單,制造省工,取材方便。
      
      15.計算格構式軸心受壓構件繞虛軸的整體穩定時,為什么采用換算長細比?
      
      答:格構式軸心受壓構件,當繞虛軸失穩時,因肢件之間并不是連續的板而只是每隔一定距離用綴條或綴板聯系起來,構件的剪切變形較大,剪力造成的附加影響不能忽略。因此,采用換算長細比來考慮綴材剪切變形對格構式軸心受壓構什繞虛軸的穩定承載力的影響。
      鋼結構鋼材種類
      16.什么是梁的整體失穩現象?
      
      答:梁主要用于承受彎矩,為了充分發揮材料的強度,其截面通常設計成高而窄的形式。當荷載較小時,僅在彎矩作用平面內彎曲,當荷載增大到某一數值后,梁在彎矩作用平面內彎曲的同時,將突然發生側向彎曲和扭轉,并喪失繼續承載的能力,這種現象稱為梁的彎扭屈曲或整體失穩。
      
      17.影響梁整體穩定的因素包括哪些?提高梁整體穩定的措施包括哪些?
      
      答:影響梁整體穩定的因素包括荷載的形式和作用位置、梁的截面形式、側向支撐的間距以及支座形式等。提高梁整體穩定的措施包括加強受壓翼緣和設置側向支撐等。
      
      18.設計拉彎和壓彎構件時應計算的內容?
      
      答:拉彎構件需要計算強度和剛度(限制長細比);壓彎構件則需要計算強度、整體穩定(彎矩作用平面內穩定和彎矩作用平面外穩定)、局部穩定和剛度(限制長細比)
      
      19.實腹式壓彎構件截面選擇的具體步驟有哪些?
      
      答:(1)計算構建的內力設計值;(2)選擇截面形式;(3)確定鋼材和強度設計值;(4)確定彎矩作用平面內和平面外的計算長度;(5)根據經驗或已有資料初選截面尺寸;(6)演算初選截面強度、剛度、穩定性是否符合要求。
      
      20.為什么要在桁架組成的屋蓋結構中設置支撐系統,支撐系統的具體作用體現在那些方面?
      
      答:屋架在其自身平面內為幾何形狀不變體系并具有較大的剛度,能承受屋架平面內的各種荷載。但平面屋架本身在垂直于屋架平面的側向剛度和穩定性則很差,不能承受水平荷載。因此需設置支撐系統。支撐系統的具體作用主要體現在:保證結構的空間整體作用;避免壓桿側向失穩,防止拉桿產生過大的振動;承擔和傳遞水平荷載;保證結構安裝時的穩定與方便。
      
      21.鋼材“耐熱不耐火”的含義是什么?規范對其有何規定?
      
      答:鋼材受熱,當溫度在200℃以內時,其主要力學性能,如屈服點和彈性模量降低不多。溫度超過200℃后,材質發生較大變化,不僅強度逐步降低,還會發生藍脆和徐變現象。溫度達600℃時,鋼材進入塑性狀態不能繼續承載。因此,《鋼結構設計規范》規定鋼材表面溫度超過150℃后即需加以隔熱防護,對需防火的結構,應按相關的規范采取防火保護措施。
      
      22.時效硬化和人工時效各指什么?
      
      答:時效硬化:在高溫時熔化于鐵中的少量碳和氮,隨著時間的增長逐漸從純鐵中析出,形成自由碳化合物和氮化物,對純鐵體的塑性變形起遏制作用,從而使鋼材的強度提高,塑性、韌性下降,這種現象稱為時效硬化,俗稱老化。
      
      人工時效:時效硬化的過程一般很長,在材料塑性變形后加熱,可以使時效硬化發展特別迅速,這種方法稱為人工時效。
      
      23.簡述鋼材的疲勞破壞過程
      
      答:鋼材在反復荷載作用下,結構的抗力及性能都會發生重要變化,甚至發生疲勞破壞。根據試驗,在直接的連續反復的動力荷載作用下,鋼材的強度將降低,即低于一次靜力荷載作用下的拉伸試驗的極限強度fu,這種現象稱為鋼材的疲勞。疲勞破壞表現為突發的脆性斷裂。
      
      24.鋼材常見的冶金缺陷有哪些,各自的具體含義是什么?
      
      答:鋼材常見的冶金缺陷包括偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋及分層等。
      
      偏析:是指鋼材中化學成分不一到和不均勻,特別是硫、磷偏析嚴重造成鋼材的性能惡化;
      
      非金屬夾雜:是指鋼中含有硫化物與氧化物等雜質;
      
      氣孔:是澆鑄鋼錠時,由氧化鐵與碳作用所生成的一氧化碳氣體不能充分逸出而形成的。
      
      25.高強度螺栓的預拉力設計值P的計算公式中,系數的確定考慮了哪些因素?
      
      答:(1)擰緊螺栓時螺栓同時受到由預拉力引起的拉應力和由扭矩引起的扭轉剪應力作用;(2)施工時為了彌補高強度螺栓預拉應力的松弛損失,一般超張拉5%∽10%,為此考慮一個超張拉系數0.9;(3)考慮螺栓材質的不均勻性,引入一個折減系數0.9;(4)由于以螺栓的抗拉引吭高歌為準,為了安全引入一個安全系數0.9。
      
      26.減少焊接應力和焊接變形的設計措施有哪些?
      
      答:(1)盡可能使焊縫對稱于構件截面的中性軸,以減少焊接變形;(2)采用適宜的焊腳尺寸和焊縫長度;
      
     ?。?)焊縫不宜過分集中。(4)盡量避免兩條或三條焊縫垂直交叉;(5)盡量避免在母材厚度方向的收縮應力。
      
      27.簡述實腹式軸心受壓構件的設計步驟?
      
      答:(1)假定構件的長細比λ,求出需要的截面面積A。(2)計算兩個主軸所需要的回轉半徑(3)由計算的截面面積A和兩個主回轉半徑優先選用型鋼。(4)由所需要的A、h、b等,以及同時考慮構造要求、局部穩定以及鋼材規格等,確定截面的初選尺寸。(5)構件強度、穩定和剛度驗算
      
      28.鋼梁腹板計算高度如何取值?
      
      答:(1)軋制型鋼梁,為腹板在與上下翼緣相交接處兩內弧起點間的距離;(2)焊接組合梁,為腹板高度;(3)鉚接組合梁,為上下翼緣與腹板連接的鉚釘(或高強螺栓?。┚€間很近距離。
      
      29.根據彈性穩定理論確定框架柱的計算長度時,都做了哪些假定?
      
      答:(1)框架只承受作用于節點的豎向荷載,忽略橫梁荷載和水平荷載產生梁端彎矩的影響;(2)所有框架柱同時喪失穩定,即所有框架柱同時達到臨界荷載;(3)失穩時橫梁兩端的轉角相等。
      
      30.實腹式壓彎構件截面選擇的具體步驟有哪些?
      
      答:(1)計算構件的內力設計值;即彎矩設計值MX、軸心壓力設計值N和剪力設計值V:(2)選擇截面形式;(3)確定鋼材及強度設計值;(4)確定彎矩作用平面內和平面外的計算長度;(5)根據經驗或已有資料初選截面尺寸;(6)對初選截面進行強度驗算、剛度驗算、彎矩作用平面內整體穩定性驗算、彎矩作用平面外整體穩定驗算和局部穩定性驗算,如驗算不滿足要求,則對初選截面進行調整,重新計算,直至滿足要求。
      
      31.簡述普通螺栓連接與高強度螺栓摩擦型連接在彎矩作用下計算時的不同點。
      
      答:在彎矩作用下,普通螺栓連接計算時假定中和軸位于彎矩所指的很下列螺栓處,高強度螺栓摩擦型連接計算時中和軸位于螺栓形心軸處。
      
      32.格構式構件截面考慮塑性發展嗎?為什么?
      
      答:格構式構件截面不考慮塑性發展,按邊緣屈服準則計算,因為截面中部空心。
      
      33.哪些因素影響軸心受壓構件的穩定承載力?
      
      答:構件的初彎曲、荷載的初偏心、殘余應力的分布以及構件的約束情況等。
      
      34.設計拉彎和壓彎構件時應計算的內容?
      
      答:拉彎構件需要計算強度和剛度(限制長細比);壓彎構件則需要計算強度、整體穩定(彎矩作用平面內穩定和彎矩作用平面外穩定)、局部穩定和剛度(限制長細比)

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