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1、水工钢结构合肥工业大学陈菊香百分百原题 钢结构 主梁数目怎么选：应从以下两方面考虑：刚度条件：由简支梁在均布荷载作用下的最大弯矩为Mmax=qL/8，相对挠度应为w/L=5qL/384EI。可知：为了抵抗增大的弯矩和挠度，有效的措施是把多个主梁的材料集中在少数梁上使用，因为抗弯截面模量w与梁高的平方成正比，且抗挠曲变形的惯性矩与梁高的立方成正比，所以减少主梁的数目，增大主梁的高度，可以充分发挥材料的作用来抵抗增大的弯矩和挠度。 经济条件：为了满足经济要求，主梁的间距应随其跨度的增大而加大，否则可能出现经济梁高小于最小梁高。主梁是闸门的主要受力构件，其数目主要取决于闸门的尺寸。当闸门的跨度L不大
2、于门高H是，主梁的数目一般应多于两根，则称为多主梁式。反之，当闸门的跨度较大，而门高较小时，主梁的数目一般应减小到两根，则称为双主梁式。 齐平、降低连接的优缺点：齐平连接：优点：梁格和面板形成刚强的整体；可以把部分面板作为梁截面的一部分，以减少梁格的用钢量；面板为四边支承，其受力条件好。 缺点：水平次梁遇到竖直次梁时，水平次梁需要切断再与竖直次梁连接，因此，构件多、接头多、制造费工。 降低连接：优点： 缺点： 整体失稳：梁的截面一般窄而高，弯矩作用在其最大刚度平面内，当荷载较小时，梁的弯曲平衡状态是稳定的。当荷载增大到某一数值后，梁在弯矩作用平面内弯曲的同时，将突然发生侧向的弯曲和扭转变形，并
3、丧失继续承载的能力，这种现象称为梁的整体失稳现象。 改善钢材整体稳定性的方法：提高钢梁整体稳定性的有效措施是加强受压翼缘、增加侧向支承点。 疲劳破坏：钢材在连续反复荷载作用下，当应力还低于钢材的抗拉强度，甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏，这种现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏。 什么叫钢梁丧失整体稳定？影响钢梁整体稳定的主要因素是什么？提高钢梁整体稳定的有效措施是什么？ 钢梁在弯矩较小时，梁的侧向保持平直而无侧向变形；即使受到偶然的侧向干扰力，其侧向变形也只是在一定的限度内，并随着干扰力的除去而消失。但当弯矩增加使受压翼缘的弯曲压应力达到某一数值时，钢梁在偶然的侧向干扰力作用下会突然离开最大刚度平
4、面向侧向弯曲，并同时伴随着扭转。这时即使除去侧向干扰力，侧向弯扭变形也不再消失，如弯矩再稍许增大，则侧向弯扭变形迅速增大，产生弯扭屈曲，梁失去继续承受荷载的能力，这种现象称为钢梁丧失整体稳定。 影响钢梁整体稳定的主要因素有：荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、侧向支承点的位置和距离、梁端支承条件。 提高钢梁整体稳定性的有效措施是加强受压翼缘、增加侧向支承点 什么叫钢梁丧失局部稳定？怎样验算组合钢梁翼缘和腹板的局部稳定？ 在钢梁中，当腹板或翼缘的高厚比或宽厚比过大时，就有可能在梁发生强度破坏或丧失整体稳定之前，组成梁的腹板或翼缘出现偏离其原来平面位置的波状屈曲，这种现象称为钢梁的局部失稳。
5、焊接组合梁梁高选择：选择梁高时，一般应考虑建筑高度、刚度和经济三项要求。 首先，梁高不得超过按建筑物净空所容许的最大梁高hmax。对水工刚闸门而言，一般不受净空限制，可不予考虑。 确定最小梁高的条件是使组合梁在充分利用钢材强度的前提下，同时又正好满足梁的刚度要求，即满足梁的相对挠度w/Lw/L。 确定经济梁高的条件通常是使梁的自重最轻。在设计中一般选择梁高h比经济梁高小1020%，但不得小于按刚度要求而定的最小梁高。 为什么以fy作为钢材强度的标准值：应力达到fy之前的应变很小，而且比例极限和屈服强度比较接近，故在计算钢结构的强度时，可近似地将钢的弹性工作阶段提高到屈服强度。 钢材达到fy之后
6、应力变化不大而应变增加很快，构件破坏前有明显征兆。当应变超过屈服台阶，即进入自强阶段，最终达到fu后，才发生破坏，它是钢材抗拉的最大承载能力，但由于这时塑性变形太大，故不能取抗拉强度fu作为计算的依据，只能最为强度储备。 高强螺栓与普通螺栓的区别：普通螺栓以剪切和承压为主，高强螺栓主要靠摩擦力来传力； 普通螺栓连接的螺母拧紧的预拉力很小，受力后全靠螺杆承压和抗剪来传递剪力，而高强螺栓是靠拧紧螺母，对螺杆施加强大而受控制的预拉力，此预拉力将被连接的构建夹紧，这种靠构件夹紧而使接触面间产生摩擦阻力来承受连接内力是高强螺栓连接受力的特点。高强螺栓在重复荷载作用下，预应力不会松弛，螺栓本身不会因疲劳而
7、折断。 普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？ 普通螺栓连接中的抗剪螺栓连接是依靠螺栓抗剪和孔壁承压来传递外力。当受剪螺栓连接在达到极限承载力时，可能出现五种破坏形式，即螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏。 高强螺栓连接中的抗剪螺栓连接时，通过拧紧螺帽使螺杆产生预拉力，同时也使被连接件接触面相互压紧而产生相应的摩擦力，依靠摩擦力来传递外力。它是以摩擦力刚被克服，构件开始产生滑移做为承载能力的极限状态。 焊缝有哪些构造要求?为什么有这样的构造要求？ 答：杆件与节点板的连接焊缝，一般采用两面侧焊，也可采用三面围焊，对角钢
8、杆件也可采用L形围焊，所有围焊的转角处必须连续施焊。当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续做长度为2hf的绕角焊，以免起落弧缺陷发生在应力集中较大的转角处，从而改善连接的工作。当板件仅用两条侧焊缝连接时，为避免应力传递的过分弯折而使板件应力过分不均，宜使lwb，同时为了避免因焊缝横向收缩时引起板件拱曲太大，宜使b16t或200mm，t为较薄焊件厚度。 钢材的塑性破坏和脆性破坏有何区别？ 塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉轻度fu后才发生。破坏前构件产生较大的塑性变形，断裂后的端口呈纤维状，色泽发暗。在塑性破坏前，构件发生较大的塑性变
9、形，且变形持续的时间较长，容易及时被发现而采取补救措施，不致引起严重后果。另外，塑性变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高了结构的承载能力。 脆性破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢才的屈服点fy，断裂从应力集中处开始。冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地。破坏前没有任何预兆，无法及时察觉和采取补救措施，而且个别构件的断裂常会引起整体结构塌毁，后果严重，损失较大。 简述化学元素对钢材性能有哪些影响？ 碳直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。硫和磷降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。氧使钢热脆，氮使钢冷脆。
10、硅和锰是脱氧剂，使钢材的强度提高。钒和钛是提高钢的强度和抗腐蚀性又不显著降低钢的塑性。铜能提高钢的强度和抗腐蚀性能，但对可焊性不利。 什么叫钢材的疲劳？影响钢材疲劳破坏的主要因素有哪些？ 根据试验，钢材在直接的。连续反复的动力荷载作用下，钢材的强度将会降低，即低于一次静力荷载作用下的拉伸试验的极限强度fu，这种现象称为钢材的疲劳。 影响因素：钢材质量、构件集合尺寸、缺陷、应力集中的程度、应力循环次数、应力大小。 普通螺栓中A、B级螺栓与C级螺栓有何主要区别？ A、B级螺栓一般用45号钢和35号钢制成，需要机械加工，尺寸精细。C级螺栓一般用Q235钢制成，加工粗糙，尺寸不够精确。 粗制螺栓受剪时
11、易产生滑移，工作性能差，主要用于承受拉力的连接中，也用于不重要的抗剪连接式临时固定； 精制螺栓受剪性能好，主要用于传递较大剪力的连接中。 在高强螺栓连接中，什么是摩擦型螺栓？什么是承压型螺栓？ 摩擦型连接只利用被连接构件之间的摩擦力传递剪力，以摩擦力被克服作为承载能力极限状态。承压型连接允许被连接构件接触面之间发生相对滑移，其极限状态和普通螺栓相同，以螺栓杆被剪坏和孔壁承压破坏作为承载能力极限状态。 焊接产生焊接残余应力的原因是什么？焊接残余应力对结构性能有哪些影响? 纵向残余应力：高温处的钢材膨胀最大，产生热状塑性压缩，冷却时，被塑性压缩的焊缝区趋向于缩得比原始长度稍短，这种缩短变形受到两侧
12、钢材的限制，是焊缝区产生纵向拉应力。 横向残余应力：一是由于焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于形成反向的弯曲变形，但实际上焊缝两块钢板练成整体，不能分开，于是在焊缝中部产生横向拉应力，而在两端产生横向拉应力；二是焊缝在施焊过程中，先后冷却的时间不同，先焊的焊缝已经凝固，且有一定的强度，会阻止后焊焊缝在横向自由膨胀，使其发生横向的塑性压缩变形。 影响：对结构静力强度的影响：不影响结构的静力强度； 对结构刚度的影响：残余应力使构件的变形增大，刚度降低； 对压杆稳定的影响：焊接残余应力使压杆的挠曲刚度减小，从而必定降低其稳定承载能力； 对低温冷脆的影响：在低温下使裂纹容易发生和发展，加速构件的脆性破坏；
13、对疲劳强度的影响：焊接残余应力对疲劳强度有不利的影响，原因就在于焊缝及其近旁的高额残余拉应力。 钢结构具有哪些特点？钢结构具有的特点：1钢材强度高，结构重量轻，工作的可靠性高 2钢材内部组织比较均匀，有良好的塑性和韧性，抗振性抗冲击性好 3钢结构装配化程度高，施工周期短 4钢材能制造密闭性要求较高的结构 5钢结构耐热，但不耐火 6钢结构易锈蚀，维护费用大。 钢结构对材料性能有哪些要求？ 钢结构对材料性能的要求：1较高的抗拉强度fu和屈服点fy 2较好的塑性、韧性及耐疲劳性能3良好的加工性能 钢材的主要机械性能指标是什么？各由什么试验得到？ 钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击
14、韧性、冷弯性能。其中屈服点、抗拉强度和伸长率由一次静力单向均匀拉伸试验得到；冷弯性能是由冷弯试验显示出来；冲击韧性是由冲击试验使试件断裂来测定。 影响钢材性能的主要因素是什么？ 影响钢材性能的主要因素有：1化学成分 2钢材缺陷 3冶炼，浇注，轧制 4钢材硬化 5温度 6应力集中 7残余应力 8重复荷载作用 选用钢材通常应考虑哪些因素？ 选用钢材通常考虑的因素有：1结构的重要性2荷载特征3连接方法4结构的工作环境温度5结构的受力性质 钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？ 钢结构常用的连接方法有：焊接连接、铆钉连接和螺栓连接三种。 焊接的优点：1不需打孔，省工省时；2任何形状的构件可直接连接，连
15、接构造方便；3气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性能较好 焊缝可能存在的缺陷有哪些？ 焊缝可能存在的缺陷有裂纹、气孔、夹碴、烧穿、咬边、未焊透、弧坑和焊瘤。 对接焊缝的构造要求有哪些？ 对接焊缝的构造要求有：一般的对接焊多采用焊透缝，只有当板件较厚，内力较小，且受静载作用时，可采用未焊透的对接缝。 为保证对接焊缝的质量，可按焊件厚度不同，将焊口边缘加工成不同形式的坡口。 起落弧处易有焊接缺陷，所以要用引弧板。但采用引弧板施工复杂，因此除承受动力荷载外，一般不用引弧板，而是计算时为对接焊缝将焊缝长度减2t。 对于变厚度板的对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1:2.5的斜面，避免应力集中。 当
16、钢板在纵横两方向进行对接焊时，焊缝可采用十字形或T形交叉对接，当用T形交叉时，交叉点的间距不得小于200mm。 焊接残余应力和焊接残余变形是如何产生的？焊接残余应力和焊接残余变形对结构性能有何影响？减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有哪些？ 钢材在施焊过程中会在焊缝及附近区域内形成不均匀的温度场，在高温区产生拉应力，低温区产生相应的压应力。在无外界约束的情况下，焊件内的拉应力和压应力自相平衡。这种应力称焊接残余应力。随焊接残余应力的产生，同时也会出现不同方向的不均匀收缩变形，称为焊接残余变形。 焊接残余应力的影响：对塑性较好的材料，对静力强度无影响；降低构件的刚度；降低构件的稳定承载力；降低
17、结构的疲劳强度；在低温条件下承载，加速构件的脆性破坏。 焊接残余变形的影响：变形若超出了施工验收规范所容许的范围，将会影响结构的安装、正常使用和安全承载；所以，对过大的残余变形必须加以矫正。 减少焊接残余应力和变形的方法：1合理设计:选择适当的焊脚尺寸、焊缝布置应尽可能对称、进行合理的焊接工艺设计，选择合理的施焊顺序。 2正确施工：在制造工艺上，采用反变形和局部加热法；按焊接工艺严格施焊，避免随意性；尽量采用自动焊或半自动焊，手工焊时避免仰焊。 高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？ 级别代号中，小数点前的数字是螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度，小数点后数字是材料的屈强比。 8.8级为
18、：fu800N/mm，fy/fu=0.8 10.9级为：fu 1000N/mm，fy/fu=0.9 在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，对虚轴为什么要采用换算长细比？ 格构式轴心受压构件一旦绕虚轴失稳，截面上的横向剪力必须通过缀材来传递。但因缀材本身比较柔细，传递剪力时所产生的变形较大，从而使构件产生较大的附加变形，并降低稳定临界力。所以在计算整体稳定时，对虚轴要采用换算长细比 压弯构件的整体稳定计算与轴心受压构件有何不同？ 压弯构件的整体稳定计算比轴心受压构件要复杂。轴心受压构件在确定整体稳定承载能力时，虽然也考虑了初弯曲、初偏心等初始缺陷的影响，将其做为压弯构件，但主要还是承受轴心压力，
19、弯矩的作用带有一定的偶然性。对压弯构件而言，弯矩却是和轴心压力一样，同属于主要荷载。弯矩的作用不仅降低了构件的承载能力，同时使构件一经荷载作用，立即产生挠曲，但其在失稳前只保持这种弯曲平衡状态，不存在达临界力时才突然由直变弯的平衡分枝现象，故压弯构件在弯矩作用平面内的稳定性属于第二类稳定问题，其极限承载力应按最大强度理论进行分析。 何谓应力集中？应力集中对钢材的机械性能有何影响？ 钢结构构件中存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷，此时构件中的应力分布将不再保持均匀，而是在某些区域产生局部高峰应力，在另外一些区域则应力降低，形成所谓的应力集中。 碳素结构钢按质量分为几级？并是怎样
20、划分的？Q235Bb代表的意义是什么？ 碳素结构钢按质量分为A、B、C、D四级。 其中A级钢材不作冲击韧性要求，冷弯性能在需方有要求时才进行；B、C、D各级钢材均要求冲击韧性值Akv27J，且冷弯试验均要求合格，所不同的是三者的试验温度有所不同，B级要求常温冲击值，C和D级则分别要2求0和-20冲击值。 Q235Bb代表屈服强度为235N/mm，B级，半镇静钢。 钢结构中，选用钢材时要考虑哪些主要因素？ 结构或构件的重要性； 荷载的性质(静载或动载)； 连接方法； 工作条件。 轴心受力构件的截面形式有哪几种？并且对轴心受力构件截面形式的共同要求是什么？轴心受力构件的截面形式有热轧型钢、冷弯薄壁
21、型钢、实腹式组合截面以及格构式组合截面。 对轴心受力构件截面形式的共同要求是：能提供强度所需要的截面积；制作比较简便；便于和相邻的构件连接；截面开展而壁厚较薄，以满足刚度要求。 影响梁临界弯矩的主要因素有哪些。 梁的临界弯矩Mcr主要和梁的侧向抗弯刚度、抗扭刚度、翘曲刚度、梁的截面形状、荷载类型、荷载作用位置以及梁的跨度等有关。 简述螺栓连接的五种破坏形式。 螺栓连接的五种破坏形式为：螺栓杆剪断；孔壁挤压；钢板被拉断；钢板剪断；螺栓杆弯曲。 梁的强度计算有哪些要求？ 要求钢梁在荷载作用下，其弯曲正应力、剪应力、局部承压应力以及在复杂应力状态下的折算应力等均不超过规范规定的相应强度设计值。 平面
22、钢闸门结构布置的主要任务是什么？结构布置为什么要合理？ 确定闸门上需要设置的构件，每种构件需要的数目以及确定每个构件的所在位置等。结构布置是否合理直接关系到闸门能否达到安全运行、使用方便、操作灵活、经久耐用、节约材料、构造简单和制造方便等方面的要求。 哪些梁不须计算整体稳定？ 有刚性铺板密铺在梁的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；工字形截面或H型钢截面简支梁受压翼缘的自由长度l1与其宽度b1之比不超过规定的数值时；箱形截面简支梁，其截面尺寸满足h/b06，且l1/b095(235/fy)时不必计算。 钢材选用应考虑的主要因素有哪些？ 结构的重要性。荷载情况。连接方法。结构
23、所处的温度和环境。钢材的厚度。 焊接连接有哪些缺点？ 缺点是由于焊接连接处局部受高温，在热影响区形成的材质较差，冷却又很快，再加上热影响区的不均匀收缩，易使焊件产生焊接残余应力以及残余变形，甚至可能造成裂缝，导致脆性破坏对结构工作产生不利影响。 减小或消除焊接变形有哪些措施？ 反变形法即在施焊前预留适当的收缩量和根据制造经验预先造成相反方向和适当大小的变形来抵消焊后变形；采用合理的焊接和装配顺序控制变形也十分有效；焊接变形的矫正方法，以机械矫正和局部火焰加热矫正较为常用。 减小或消除焊接残余应力有哪些措施？ 在构造设计方面应着重避免能引起三向拉应力的情况；在制造方面应选用适当的焊接方法、合理的
24、装配及焊接次序，尽量使各焊接件能自由收缩。 简述实腹式轴心受压柱截面设计的步骤。 假定柱子的长细比，求出所需的截面面积A。求两个主轴所需的回转半径ix，iy。根据截面面积A和回转半径ix iy优先选用轧制型钢，如普通工字钢、H型钢等。根据A，h，b，并考虑构造要求和局部稳定等，初拟截面尺寸。计算截面的几何特征并验算柱子的强度、整体稳定、局部稳定和刚度。 实腹式轴心受压柱有哪些设计原则？ 截面面积的分布应尽量远离主轴线，以增大截面的惯性矩和回转半径，从而提高柱的整体稳定性和刚度；使两个轴方向的稳定性相等；构造简单，便于制作；便于与其他构件连接；选用便于供应的钢材规格。 说明格构式压弯构件的设计步骤。 初选截面尺寸；计算截面的几何特征；刚度验算；弯矩作用平面内的整体稳定验算；分肢稳定验算；缀材设计。
