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鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課后題答案(普通螺栓受剪連接的破壞形式)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課后題答案(普通螺栓受剪連接的破壞形式)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程中,普通螺栓受剪連接的破壞形式是一個重要的知識點。在分析這一問題時,我們可以從以下幾個方面進行:,,我們需要理解螺栓受剪連接的基本概念。螺栓受剪連接是指螺栓受到剪切力的作用而發(fā)生破壞的一種連接方式。在鋼結(jié)構(gòu)中,螺栓通常被用于將兩個構(gòu)件連接在一起,以承受各種外部載荷和內(nèi)力。,,我們需要考慮螺栓受剪連接的破壞形式。根據(jù)工程實踐和理論分析,螺栓受剪連接的破壞形式主要有以下幾種:,1. 螺栓剪斷:當(dāng)螺栓受到過大的剪力作用時,螺栓會發(fā)生剪斷現(xiàn)象,從而導(dǎo)致連接失效。,2. 螺栓彎曲:當(dāng)螺栓受到彎矩作用時,螺栓會發(fā)生彎曲變形,導(dǎo)致連接失效。,3. 螺栓滑移:當(dāng)螺栓受到軸向力作用時,螺栓會發(fā)生滑移現(xiàn)象,導(dǎo)致連接失效。,4. 螺栓孔壁破裂:當(dāng)螺栓受到較大的剪力作用時,螺栓孔壁可能會發(fā)生破裂現(xiàn)象,從而導(dǎo)致連接失效。,,我們需要注意在實際工程中,螺栓受剪連接的破壞形式可能因多種因素而有所不同。在進行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時,需要綜合考慮各種因素,以確保結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。

一、部分《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課后題答案內(nèi)容

(一)鋼材相關(guān)概念

  1. 影響鋼材性能的因素
    • 化學(xué)成分方面
      • 影響鋼材發(fā)生冷脆的化學(xué)元素主要有氮和磷,使鋼材發(fā)生熱脆的化學(xué)元素主要是氧和硫。碳含量也會影響鋼材性能,含碳量高則強度高,但塑性、韌性和可焊性可能降低。例如在選擇用于不同環(huán)境和受力要求的鋼材時,需要考慮這些元素的影響,像在北方嚴(yán)寒地區(qū)建造廠房露天倉庫使用非焊接吊車梁,承受起重量Q = 500KN的中級工作制吊車,就需要選擇具有良好低溫沖擊韌性性能、能在低溫條件下承受動力荷載作用的鋼材如Q235D、Q345D等,這里就考慮到了鋼材化學(xué)成分對低溫性能的影響等因素。
    • 加工使用過程方面
      • 鋼材在加工、使用過程中的各種影響,如時效、冷作硬化以及焊接應(yīng)力等影響鋼材性能。例如冷作硬化會使鋼材強度提高,但塑性和韌性降低。
    • 工作溫度方面
      • 鋼材工作溫度影響,可能會引起藍(lán)脆或冷脆。在低溫環(huán)境下鋼材可能發(fā)生冷脆現(xiàn)象,其韌性大幅降低,在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)時,若結(jié)構(gòu)處于低溫環(huán)境,就要考慮這種溫度對鋼材性能的影響,選擇合適的鋼材品種,如在低溫環(huán)境下的焊接鋼結(jié)構(gòu),要考慮鋼材的可焊性和低溫韌性等性能。
  2. 鋼材破壞類型相關(guān)概念
    • 延性破壞(塑性破壞)
      • 破壞前有明顯變形,并有較長持續(xù)時間,應(yīng)力超過屈服點fyf_y、并達到抗拉極限強度fuf_u的破壞。這種破壞有明顯的預(yù)兆,例如在一些受彎構(gòu)件中,當(dāng)彎矩逐漸增大時,構(gòu)件會先出現(xiàn)較大的彎曲變形,然后才發(fā)生破壞。
    • 脆性破壞(脆性斷裂)
      • 指破壞前無明顯變形、無預(yù)兆,而平均應(yīng)力較?。ㄒ话阈∮谇cfyf_y)的破壞。脆性破壞往往突然發(fā)生,例如在一些鋼結(jié)構(gòu)中,如果存在應(yīng)力集中、鋼材質(zhì)量缺陷或者低溫環(huán)境等不利因素,可能會引發(fā)脆性破壞,像在有尖銳缺口或者焊接缺陷的部位容易發(fā)生這種破壞。
    • 疲勞破壞
      • 指鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載作用下,應(yīng)力水平低于極限強度,甚至低于屈服點的突然破壞。例如橋梁結(jié)構(gòu)中,長期承受車輛荷載的反復(fù)作用,鋼材可能發(fā)生疲勞破壞,其破壞與荷載的反復(fù)次數(shù)、應(yīng)力幅等因素有關(guān)。
    • 應(yīng)力腐蝕破壞(延遲斷裂)
      • 在腐蝕性介質(zhì)中,裂紋尖端應(yīng)力低于正常脆性斷裂應(yīng)力臨界值的情況下所造成的破壞。比如在一些化工環(huán)境中的鋼結(jié)構(gòu),受到腐蝕性介質(zhì)的侵蝕,即使應(yīng)力水平不高,也可能因為應(yīng)力腐蝕而發(fā)生破壞。

(二)構(gòu)件受力計算相關(guān)

  1. 應(yīng)力比和應(yīng)力幅計算示例
    • 對于一兩跨連續(xù)梁,已知截面上A點正應(yīng)力為σ1=120N/mm2\sigma_{1}=120N/mm^{2},σ2=80N/mm2\sigma_{2}=80N/mm^{2},B點的正應(yīng)力σ1=120N/mm2\sigma_{1}=120N/mm^{2},σ2=20N/mm2\sigma_{2}=20N/mm^{2}。
      • A點
        • 應(yīng)力比:σ2σ1=80120=0.667\frac{\sigma_{2}}{\sigma_{1}}=\frac{80}{120}=0.667
        • 應(yīng)力幅:σmax?σmin=120?80=40N/mm2\sigma_{max}-\sigma_{min}=120 - 80 = 40N/mm^{2}。
      • B點
        • 應(yīng)力比:σ2σ1=20120=0.167\frac{\sigma_{2}}{\sigma_{1}}=\frac{20}{120}=0.167
        • 應(yīng)力幅:σmax?σmin=120?20=100N/mm2\sigma_{max}-\sigma_{min}=120 - 20 = 100N/mm^{2}。
  2. 軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)及臨界荷載計算示例(以某車間工作平臺柱為例)
    • 某車間工作平臺柱高,軸心受壓,兩端鉸接,材料用I16,Q235鋼。
      • 首先查附表得到I16截面特性,柱子兩端鉸接,計算柱子長細(xì)比。因為已知條件,對于Q235鋼計算相對長細(xì)比,根據(jù)柱子軋制情況,對y軸查相關(guān)表知為b類截面,然后可以進一步確定軸心受壓穩(wěn)定系數(shù),再根據(jù)鋼材的強度設(shè)計值計算穩(wěn)定臨界荷載。若改用Q345鋼,同樣按照上述步驟,根據(jù)Q345鋼的相關(guān)參數(shù)重新計算軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)及其穩(wěn)定臨界荷載。

(三)連接相關(guān)

  1. 普通螺栓連接
    • 破壞形式及防止措施
      • 普通螺栓受剪連接的破壞形式可能有五種,即螺栓桿被剪斷、孔壁擠壓破壞、螺栓桿彎曲、板端被沖剪破壞、鋼板被拉斷。其中需通過計算保證的有螺栓桿被剪斷、孔壁擠壓破壞等情況。
      • 為防止螺栓桿被剪斷,要根據(jù)螺栓的抗剪承載力設(shè)計值進行螺栓選型和數(shù)量計算;為防止孔壁擠壓破壞,要考慮螺栓的承壓承載力設(shè)計值等因素。例如在計算單個螺栓的抗剪承載力設(shè)計值Nbv=nvπd24fbvN_^{v}=n_{v}\frac{\pi d^{2}}{4}f_^{v}

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