鋼結(jié)構(gòu)簡答題及答案

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鋼結(jié)構(gòu)是一種重要的建筑結(jié)構(gòu)形式，它由型鋼或鋼板等金屬材料組成。在建筑中，鋼結(jié)構(gòu)以其高強度、輕質(zhì)和良好的抗震性能而受到廣泛應(yīng)用。，，1. 鋼結(jié)構(gòu)的分類：根據(jù)鋼材的種類和連接方式的不同，鋼結(jié)構(gòu)可以分為焊接鋼結(jié)構(gòu)和螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)兩大類。，，2. 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域：鋼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于高層建筑、大跨度空間結(jié)構(gòu)、橋梁、塔架、港口設(shè)施、工業(yè)廠房、倉庫等各類建筑工程。，，3. 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點：設(shè)計時需要考慮結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性、剛度、疲勞壽命等因素，確保結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。，，4. 鋼結(jié)構(gòu)的施工方法：鋼結(jié)構(gòu)的施工方法包括工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼裝、整體吊裝等多種形式，需要根據(jù)工程特點選擇合適的施工方法。，，5. 鋼結(jié)構(gòu)的檢測與維護：鋼結(jié)構(gòu)在使用過程中需要進行定期檢查和維護，以確保其安全性和使用壽命。

一、鋼結(jié)構(gòu)的特點

鋼材強度高，結(jié)構(gòu)重量輕：鋼材的高強度特性使得在承受相同荷載的情況下，鋼結(jié)構(gòu)相較于其他結(jié)構(gòu)形式（如混凝土結(jié)構(gòu)），其構(gòu)件的截面尺寸更小，從而結(jié)構(gòu)整體重量較輕，便于運輸和安裝等操作。
材質(zhì)均勻，塑性和韌性好：鋼材內(nèi)部組織相對比較均勻，這使得其力學(xué)性能在各個方向上較為一致。良好的塑性能夠使鋼結(jié)構(gòu)在承受超過屈服荷載時發(fā)生較大的塑性變形而不立即破壞，為結(jié)構(gòu)提供一定的安全儲備；韌性好則表示鋼材在塑性變形和斷裂過程中能夠吸收較多的能量，抵抗沖擊荷載的能力較強。
便于工業(yè)化生產(chǎn)，施工周期短：鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件可以在工廠中進行標準化、工業(yè)化生產(chǎn)，然后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行組裝。這種生產(chǎn)方式減少了現(xiàn)場施工的工作量，提高了施工效率，從而縮短了施工周期。
密閉性好：鋼材本身具有較好的密封性，適用于制造對密閉性要求較高的結(jié)構(gòu)，如壓力容器、儲油罐等結(jié)構(gòu)。
具有一定的耐熱性，但防火性能較差：鋼材在溫度升高時，其強度會隨著溫度的升高而降低，但在一定溫度范圍內(nèi)仍能保持較好的承載能力，具有一定的耐熱性。然而，鋼材的防火性能較差，在高溫下（如火災(zāi)時），其強度會迅速下降，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞，因此鋼結(jié)構(gòu)建筑往往需要進行防火處理。
耐腐蝕性差：鋼材在潮濕、有腐蝕性介質(zhì)（如酸雨、化學(xué)物質(zhì)等）的環(huán)境中容易發(fā)生銹蝕，從而影響結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全性，需要定期進行防腐維護。
容易產(chǎn)生噪聲：在鋼結(jié)構(gòu)受到動荷載（如機械設(shè)備振動、車輛行駛等）作用時，由于鋼材的彈性模量較大，容易產(chǎn)生振動并發(fā)出噪聲。
可能發(fā)生脆性斷裂：在某些不利的條件下，如低溫、應(yīng)力集中、鋼材質(zhì)量缺陷等，鋼結(jié)構(gòu)可能發(fā)生脆性斷裂，這種斷裂形式幾乎沒有明顯的變形預(yù)兆，突然發(fā)生，對結(jié)構(gòu)的安全性危害極大。
穩(wěn)定問題突出：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性對結(jié)構(gòu)的承載能力有很大影響，例如受壓構(gòu)件可能會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，需要在設(shè)計和分析時重點考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題。

二、Q235鋼的破壞過程及應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線主要參數(shù)

破壞過程：
- 彈性階段：在這個階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系，材料符合胡克定律，當(dāng)荷載去除后，材料能夠恢復(fù)到原來的形狀和尺寸。
- 彈塑性階段：隨著荷載的增加，應(yīng)力超過了比例極限，材料開始進入彈塑性階段，此時材料的變形既有彈性變形部分，也有塑性變形部分。
- 塑性階段：應(yīng)力繼續(xù)增加，材料進入塑性階段，此時材料發(fā)生較大的塑性變形，應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線不再是直線關(guān)系，且在荷載去除后，材料不能完全恢復(fù)到原來的形狀和尺寸。
- 強化階段：經(jīng)過塑性階段后，材料的強度會有所提高，應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線繼續(xù)上升，這個階段稱為強化階段。
- 頸縮階段：在強化階段之后，材料的局部區(qū)域開始出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，橫截面積減小，應(yīng)力集中在頸縮部位，最后導(dǎo)致材料斷裂。

三、鋼材的力學(xué)指標

抗拉強度 $f_{u}$ ：鋼材抵抗拉伸破壞的最大能力，是衡量鋼材強度的一個重要指標。
伸長率：反映鋼材在拉伸過程中的塑性變形能力，是鋼材斷裂后伸長量與原始標距長度之比，伸長率越大，說明鋼材的塑性越好。
屈服點：是鋼材開始產(chǎn)生明顯塑性變形時的應(yīng)力值，它是鋼材彈性工作和塑性工作的分界點，在設(shè)計中常被作為靜力承載力的指標依據(jù)。
冷彎180度：鋼材在常溫下，經(jīng)過冷加工發(fā)生塑性變形后，抵抗產(chǎn)生裂紋的能力，通過冷彎試驗來檢驗。
常溫沖擊韌性指標 $A_{kv}$ ：表示材料在受到?jīng)_擊荷載時，在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，反映鋼材抵抗沖擊荷載的韌性性能。

四、概念解釋

強度：材料受力時抵抗破壞的能力，例如鋼材的抗拉強度、抗壓強度等，它是材料的基本力學(xué)性能之一。
塑性：材料所承受的應(yīng)力在超過屈服點后能產(chǎn)生顯著變形而不立即斷裂的性能，塑性好的材料在破壞前會有明顯的變形，為結(jié)構(gòu)提供一定的安全預(yù)警。
韌性：材料在塑性變形和斷裂的過程中吸收能量的能力，韌性好的材料能夠吸收更多的能量，在承受沖擊荷載或動荷載時表現(xiàn)出更好的性能。
冷彎性能：鋼材在常溫下，經(jīng)過冷加工發(fā)生塑性變形后，抵抗產(chǎn)生裂紋的能力。冷彎性能好的鋼材在冷加工過程中不容易出現(xiàn)裂紋等缺陷，可通過冷彎試驗來檢測鋼材的冷彎性能。
沖擊韌性：材料受到?jīng)_擊荷載，在塑性變形和斷裂的過程中吸收能量的能力，沖擊韌性指標可以衡量鋼材在動態(tài)荷載作用下的性能，如常溫沖擊韌性指標 $A_{kv}$ 。

五、設(shè)計時靜力承載力的指標依據(jù)及原因

指標依據(jù)：采用屈服點作為靜力承載力的指標依據(jù)。
原因：
- 屈服點和比例極限很接近，所以可以認為它是鋼材彈性工作和塑性工作的分界點。
- 屈服點之后，鋼材仍可以繼續(xù)承載，到達抗拉強度后才發(fā)生破壞，這樣鋼材就有極大的強度儲備，所以一般鋼材結(jié)構(gòu)極少發(fā)生塑性破壞。

六、薄板性能優(yōu)于厚板的原因及鋼材屈服強度與厚度的關(guān)系

薄板性能優(yōu)于厚板的原因：薄板經(jīng)過數(shù)次軋制，在壓力作用下，鋼中的小氣孔、裂紋、疏松等缺陷可以焊合，使金屬顆粒變細，組織致密，所以比厚板有更好的性能。
鋼材屈服強度與厚度的關(guān)系：屈服強度與厚度沒有關(guān)系，因為屈服強度是按照規(guī)范測定的。

七、相關(guān)概念解釋

應(yīng)力集中：材料在有缺陷或者截面變化附近，應(yīng)力線彎曲而密集，出現(xiàn)高峰應(yīng)力的現(xiàn)象。應(yīng)力集中部位往往是結(jié)構(gòu)容易發(fā)生破壞的地方，特別是在承受動荷載或疲勞荷載時，應(yīng)力集中會加速結(jié)構(gòu)的破壞。
殘余應(yīng)力：鋼材在冶煉、軋制、焊接熱矯形等過程中，由于不均勻的熱過程引起的，在這些因素消失后仍然殘留在鋼材中的內(nèi)力。殘余應(yīng)力會影響鋼材的性能，如降低鋼材的穩(wěn)定性和疲勞強度等。
冷加工硬化：經(jīng)過冷加工的鋼材其屈服強度提高而塑性和韌性逐漸降低的現(xiàn)象。例如冷拉、冷軋等冷加工工藝會使鋼材產(chǎn)生冷加工硬化現(xiàn)象。
時效硬化：鋼材經(jīng)過冷加工后，隨時間的延長鋼的屈服強度和抗拉強度逐漸提高，塑性和韌性逐漸降低的現(xiàn)象。時效硬化是鋼材的一種自然時效現(xiàn)象，會對鋼材的長期性能產(chǎn)生影響。
藍脆：溫度達到250℃附近時，鋼表面氧化膜呈藍色，鋼的塑性和韌性下降，在此溫度加工時可能產(chǎn)生裂縫。
冷脆：材料因為溫度降低，而導(dǎo)致沖擊韌性變?nèi)醯默F(xiàn)象。在低溫環(huán)境下，鋼結(jié)構(gòu)的脆性增加，容易發(fā)生脆性斷裂，因此在寒冷地區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮冷脆問題。
熱脆：鋼材在某一高溫區(qū)間（