建筑结构下册第2版 教学 宋群 宗兰 主编 习题答案 15-21+章钢结构部分.pdfVIP

15 章 钢结构的材料和计算方法 思考题 15-1 影响钢材强度和脆性破坏的因素有哪些？ 答：（1）化学成分的影响。碳含量增加，钢材的强度提高，而塑性、韧性和疲劳强度下降；硫和氧 使钢变脆，称之热脆；在低温时磷和氮使钢变脆，称之冷脆；硅和锰是钢材中的有益元素，使钢材的强度 提高。（2 ）冶炼与轧制缺陷的影响。常见的冶炼与轧制缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹及分层等使 钢材强度降低、性能变脆。（3 ）冷作硬化和时效硬化使钢材强度降低、性能变脆。（4 ）温度的影响。温度 升高，约 200 ℃以内钢材性能没有很大变化，430 ℃－540℃之间强度急剧下降，600℃时强度很低不能承担 荷载。温度从常温开始下降，特别是在负温度范围内时，钢材强度虽有提高，但其塑性和韧性降低，材料 逐渐变脆，为低温冷脆。（5 ）应力集中的影响。应力集中越严重，变脆的倾向越严重。（6 ）反复荷载作用 的影响。钢材在反复荷载作用下，钢材的强度降低，破坏表现为突然发生的脆性断裂，为钢材的疲劳。 15-2 在钢材的化学成分中，应严格控制那些有害成分的含量，为什么？ 答：严格控制碳、硫、磷的含量。 碳是仅次于铁的主要元素，它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。碳含量增加，钢材的 强度提高，而塑性、韧性和疲劳强度下降，同时恶化钢材的可焊性和抗腐蚀性。因此，尽管碳是使钢材获 得足够强度的主要元素，但在钢结构中采用的碳素结构钢，对含碳量要加以限制，一般不应超过 0.22%， 在焊接结构中还应低于 0.20% 。硫和磷是钢材中的有害成分，它们降低钢材的塑性，韧性、可焊性和疲劳 强度。在高温时，硫使钢变脆，称之热脆；在低温时磷使钢变脆，称之冷脆。一般硫的含量应不超过 0.045%， 磷的含量不超过 0.045% 。 15-3 钢材在复杂应力作用下，采用什么理论核算其折算强度？钢材的抗剪强度与抗拉强度之间存在 什么关系？ 答：在复杂应力作用下，按能量强度理论（或第四强度理论）计算折算应力 。 red τ＝f y / =0.58 f y 因此，钢结构设计规范确定钢材抗剪设计强度为抗拉设计强度的0.58 倍。 15-4 为什么说应力集中是影响钢材性能的重要因素？哪些原因使钢材产生应力集中？ 答：应力集中现象中，应力高峰区域总是存在着同号的二向或三向应力，使材料处于复杂受力状态， 由能量强度强论得知，这种同号的二向或三向应力场有使钢材变脆的趋势。应力集中系数越大，变脆的倾 向越严重。建筑钢材塑性好，在一定程度上能促使应力进行重分配，使应力分布严重不均匀的现象趋于平 缓。故受静荷载作用的构件在常温下工作时，可不考虑应力集中的影响。但在负温下或动力荷载作用下工 作的结构，应力集中的不利影响将十分突出，往往是引起脆性破坏的根源，故在设计时应采取措施避免或 减小应力集中，并选用优质钢材。 结构构件中有时存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷等。此时，构件中的应力 分布将不再保持均匀，形成所谓应力集中现象。 15-5 钢材有哪几种规格？型钢用什么符号表示？选择钢材时应考虑哪些主要因素？ 答：钢材规格有热轧成型的钢板和型钢以及冷弯（或冷压）成型的薄壁型钢。 角钢：等边角钢以边宽和厚度表示，如∟110×10 为肢宽 110mm、厚度为 10 mm 的等边角钢。不等边 角钢则以两边宽度和厚度表示，如∟100×80 ×10 为长肢宽 100mm、短肢宽 80mm、厚度为 10mm 的角钢。 工字钢：普通和轻型工字钢用号数表示，号数即为其截面高度的厘米数。20 号以上的工字钢，同一号 数有三种腹板厚度分别为 a、b 、c 三类，如普通工字钢表示为 32a 、I32b、I32c ，a 类腹板较薄用作受弯构 件较为经济。轻型工字钢 I 前加 Q 。 H型钢宽翼缘H型钢（代号HW ，翼缘宽度B与截面高度H相等）、中翼缘H型钢[代号HM,B= （1/2～2/3 ） H] 、窄翼缘H型钢[代号HN,B= （1/3～1/2）H] 。各种H型钢均可剖分为T型钢供应，代号分别为TW，TM和 TN 。H型钢和剖分T型钢的规格标记均采用：高度H ×宽度B ×腹板厚度t ×翼缘厚度t 表示。例如HM340