水工钢结构原理与设计重点

1. 简述水工钢结构的特点及应用。 2. 衡量钢材的性能指标有哪些？ 3. 影响钢材性能的主要因素有哪些？ 4. 按钢材浇铸方式的不同，钢材可分为哪几类？ 5. 按钢材炉种的不同，钢材可分为哪几类？ 6. 钢材在复杂应力作用下是否仅产生脆性破环？如不是还有什么破坏形式? 7. 软钢在单向拉伸时的应力应变曲线可分为几个阶段？各为什么阶段？ 8. 钢材的破坏形式有几种？各有何特点？ 我国普通碳素钢的标号如何确定？ 9. 结构设计的目的是什么？结构应满足哪些功能要求？ 10. 结构的极限状态有几类？各为什么？ 11. 钢结构的连接方式有哪些？最常见的是哪种连接方式？ 12. 对接焊缝常见的坡口形式有哪些？ 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lw≥b，同时为了避免因焊缝横向收缩时引起板件拱曲太大，宜使b≤16t或200mm，t为较薄焊件厚度。 13. 计算轴心受压格构式构件绕虚轴的稳定时，要考虑什么的影响？实际计算中是怎样解决 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形，且变形持续的时间较长，容易及时被发现而采取补救，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。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。 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：（1）对结构静力强度的影响：不影响结构的静力强度；  （2）对结构刚度的影响：残余应力使构件的变形增大，刚度降低；  （3）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；  （4）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；  （5）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。 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： 不需打孔，省工省时； 任何形状的构件可直接连接，连接构造方便； 气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性能较好 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：①对塑性较好的材料，对静力强度无影响；②降低构件的刚度；③降低构件的稳定承载力；④降低结构的疲劳强度；⑤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。 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？并是怎样划分的？Q235B·b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Akv≥27J，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（20±5℃）冲击值，C和D级则分别要求0℃和-20℃冲击值。  Q235B·b代表屈服强度为235N/mm2，B级，半镇静钢。 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？    （1）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；（2）采用合理的焊接和装配顺序控制变形也十分有效；（3）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？    （1）在构造设计方面应着重避免能引起三向拉应力的情况；（2）在制造方面应选用适当的焊接方法、合理的装配及焊接次序，尽量使各焊接件能自由收缩。