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钢结构原理与设计作业--土木工程 2018年2月发布钢结构理论与设计作业 1.简述钢结构的特点。 2.简述横向焊接残余应力产生的原因。 3.简述钢结构应用范围。 4.影响钢材性能的主要因素有哪些？ 5.钢结构对材料的要求有哪些？ 6.简述塑性和韧性的定义以及两者有何区别。 7.钢材拉伸时脆性破坏的特征会什么？ 8.影响钢材脆性断裂的因素有哪些？ 9.什么叫梁的失稳？影响梁的整体稳定的主要因素有哪些？ 10. .简述钢材拉伸时的塑性破坏特征。 11.列举防止钢材脆性断裂的措施。 12.简述焊缝连接的优点。 作业要求： 1. 至少选做8个题目，在系统上传提交； 2. 要求不能抄袭，雷同人员全部0分处理； 3. 按系统要求时间提交，过期系统关闭提交不了，作业成绩为分。 ④根据结构的具体工件条件，有时还要求钢材具有适应低温、 高温和腐蚀性环境的能力。 6.简述塑性和韧性的定义以及两者有何区别。 答：塑性是指在外力作用下，材料能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。韧性表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。韧性是指当承受应力时对折断的抵抗，其定义为材料在破裂前所能吸收的能量与体积的比值。塑性是反映材料塑性变形的能力，韧性是反映抵抗裂纹产生和抗展的能力。两者是不同的概念，但两者似乎又是密切相关的，并且是正相关的关系。材料拉伸断裂韧窝深且大，说明塑性好。 7.钢材拉伸时脆性破坏的特征会什么？ 答：脆性破坏的特征是：钢材在断裂破坏时没有明显的变形征兆，其断口平齐，呈有光泽的晶粒状。钢材的脆性破坏可通过采用一种比标准圆棒试件更粗，并在其中部位置车有小凹槽（凹槽处的净截面积与标准圆棒相同）的试件进行拉伸破坏试验加以验证。由于脆性破坏具有突然性，无法预测，故比塑性破坏要危险得多，在钢结构工程设计、施工与安装中应采取适当措施尽力避免。 8.影响钢材脆性断裂的因素有哪些？ 答：影响钢材脆性断裂的因素有钢材的质量；钢板的厚度；加荷速度；应力的性质（拉，弯等）和大小；最低使用温度；连接方法；应力集中程度。 9.什么叫梁的失稳？影响梁的整体稳定的主要因素有哪些？ 答：梁在荷载作用下，虽然其截面的正应力还低于钢材的强度，但其变形会突然离开原来的弯曲平面，同时发生侧向弯曲和扭转，这就称为梁的整体失稳。影响梁的整体稳定的主要因素有：梁的侧向抗弯刚度，抗扭刚度，抗翘曲刚度，梁侧向支撑点之间的距离，梁的截面形式，横向荷载的形式、在截面上的作用位置等。 10.简述钢材拉伸时的塑性破坏特征。 答：塑性破坏的主要特征是塑性破坏前具有较大的塑性变形，常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。由于塑性破坏前总有较大的塑性变形发生，且变形持续时间较长，容易被发现和抢修加固，因此不至发生严重后果。 11.列举防止钢材脆性断裂的措施。 答：为了防止钢材的脆性断裂，可以从以下几个方面着手：        ①裂纹。当焊接结构的板厚较大时（大于25mm），如果含碳量高，连接内部有约束作用，焊肉外形不适当，或冷却过快，都有可能在焊后出现裂纹，从而产生断裂破坏。针对这个问题，把碳控制在0.22%左右，同时在焊接工艺上增加预热措施使焊缝冷却缓慢，解决了断裂问题。焊缝冷却时收缩作用受到约束，有可能促使它出现裂纹。措施是：在两板之间垫上软钢丝留出缝隙，焊缝有收缩余地，裂纹就不会出现。把角焊缝的表面作成凹形，有利于缓和应力集中。凹形表面的焊缝，焊后比凸形的容易开裂，原因是凹形缝的表面有较大的收缩拉应力，并且在45°截面上焊缝厚度最小。凸形缝表面拉力不大，而45°截面又有所增强，情况要好的多。在凹形焊缝开裂的条件下，改用凸形焊缝，就不再开裂。         ②应力。考察断裂问题时，应力 是构件的实际应力，它不仅和荷载的大小有关，也和构造形状及施焊条件有关。几何形状和尺寸的突然变化造成应力集中，使局部应力增高，对脆性破坏最为危险。施焊过程造成构件内的残余拉应力，也是不利的。因此，避免焊缝过于集中和避免截面突然变化，都有助于防止脆性断裂。        ③材料选用。为了防止脆性断裂，结构的材料应该具有一定的韧性。材料断裂时吸收的能量和温度有密切关系。吸收的能量可以划分为三个区域，即变形是塑性的、弹塑性的和弹性的。要求材料的韧性不低于弹性，以避免出现完全脆性的断裂，也没有必要高于弹塑性，对钢材要求太高，必然会提高造价。钢材的厚度对它的韧性也有影响。厚钢板的韧性低于薄钢板。         ④构造细部 。发生脆性断裂的原因是存在和焊缝相交的构造缝隙，或相当于构造缝隙的未透焊缝。构造焊缝相当于狭长的裂纹，造成高度的应力集中，焊缝则造成高额残余拉应力并使近旁金属因热塑变形而时效硬化，提高脆性。低温地区结构的构造细部应该保证焊缝能够焊透。因此，设计时必须注意焊缝的施工条件，以保证施焊方便，能够焊透。 12.简述焊缝连接的优点。 答：焊缝连接的优点：①构造简单，制造加工方便；②不削弱构件截面，节约钢材；③易于采用自动化操作，保证焊接结构的质量；④连接的密封性好、结构刚度大。