半挂液罐车罐体结构强度和刚度有限元分析
２００３．４幸甩池车ｓｐｅｃｉａｌＰｕｒｐ。ｓｅｖｅｈｉｃｌｅ’９’
——————————————————————一一☆设计?研究☆
半挂液罐车罐体结构强度和刚度有限元分析
赵伦峰１成凯１燕伟华２杜涛２
（１．吉林大学南岭校区机械学院吉林长春１３（ｊ０２５
２．哈尔滨建成专用车有限公司黑龙江哈尔滨１５００３０）
摘要：利用有限元分析技术，对半挂液罐车罐体的结构强度和剐度进行计算分析，得出各结构部件在各种工观下的应力分布与位移变形图。通过对计算结果的分析，找出结构不合理的地方．并且提出改进意见，进
而为产品的优化设计提供理论依据。
关键词：半挂液罐车罐体中围分类号：Ｕ４６９６＋１．０２强度刚度有限元分析文献标识码：Ａ文章编号
ＴｈｅＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｉｔｓＩｎｔｅｎｓ“ｙａｎｄＴｏｕｇｈｎｅｓｓＡｂｏｕｔＴａｎｋｏｆＬｉｑｕｉｄＴａｎｋＳｅｍｉｔｒａｉｌｅｒ
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１前言
随着我国奶制品、食用油、饮料等行业对产品运输的要求越来越大，大型液罐车的需求量日益增加，特别是半挂液罐车。因此，对于液罐车的结构强度和刚度进行分析显得十分必要。有限元法是一种数值计算近似方法，它以位移法为基础，将对象离散化，计算出各个单元的应力和位移。对于结构比较复杂的罐体，用此法可以分析出罐体各结构部位的应力和应变情况，有助于设计者考察液罐车罐体各结构部位的强度和刚度，能够对设计和制造加以指导，对于缩短产品开发周期，降低产品的开发成本，都具有很大的使用价值。
２力学模型的建立
２．１结构分析和坐标系的选择
半挂液罐车由罐体和后支座组成。罐体是由碳素钢焊接而成，罐体分为三段，其前后罐体横截面近似为椭圆面，中间通过变截面形式过渡连接前后罐体。罐体内部由横向防波板、左右对称的侧向防波板、对称的内粱底板、丁字粱、加强筋板等组成。后支座由横梁、纵梁、斜梁及加强筋板组成。半挂车的前部在行驶时通过牵引销支承在牵引鞍座上，在卸挂后采用两个前支腿支承，后部采用三后桥支承．罐体的几何尺寸：整个罐体长为１２２００ｍｍ，宽为２４００ｍｍ，高为２１１８ｍｍ。金属结构材荆为Ｑ２３５一Ａ，其弹性模量为２，ｌＥｌｌＮ／ｍ２，泊松比为ｏ．３，密度为７．８×１０３ｋｇ／ｍ３，屈服极限为２３５ＭＩ，ａ，液罐车装载的液体密度为ｏ．８×１０３ｋｇ／ｍ３。
本文中，以罐体最后一块防波板的上部为坐标原点，以汽车行驶的方向为ｘ坐标，以与横向防波板平行和罐体外侧面垂直的方向为ｙ坐标，以垂直罐体向上的方向为ｚ坐标。
２．２模型的建立及简化处理
在建立模型时，不考虑焊缝对结构强度的影响，将焊缝和各部件看作一个连续体。为使计算简单合理，在不影响总体强度和刚度的条件Ｆ，对于罐体上
收稿日期：２００３一０６—２６
作者简舟：赵伦峰，男．１９７４年生，硬士研究生，从事机械设计与理论研究。
?１０?赳伦峰等：牛挂藏罐车罐体，砉构强度和刚度有限元分析
端的加油７Ｌ、焊接小件等建模时忽略不计。在真实反映该罐体结构的前提下，尽可能的选取较少的节点和单元，根据各结构部件几何尺寸和工作受力特点，在离散化时采用两种单元：板壳单元和梁单元。将简体、横向防波扳、侧向防波板、内梁底板、丁字梁腹板、后芰座、横梁、纵梁以及加强筋等均简化为板壳单元；将丁字梁盖板、后封头加强槽钢等简化为梁单元。
２．３网格的划分
在划分网格时，充分考虑到计算的复杂性，在不影响计算精度的前提下，对于不同的结构部位（特别是结构变化处）、不同厚度的连接处、应力集中处等重要部位，网格划分的小而密；对于防波板、简体上部等整块板则划的稀疏一些。根据上述条件，采用的ｓｈｅｌｌ６３板壳单元和ＢＥＡＭ４梁单元，可以很好的对罐体模型进行网格划分，整个力学模型划分单元７４３９个，节点数６１９２个，其中，板壳单元６９１５个，梁单元为５２４个。罐体模型如图１。
图１半挂液罐车罐体力学模型圈
３边界条件
计算模型边界条件的处理，是为了使所建的模型能够逼真地模拟所分析的结构，及其与周围其他结构之间的相互作用关系，同时，为能准确地模拟结构在各种工况下的受力变形情况提供必要的条件。
对于不同的工况，用不同的约束条件。半挂车前支承依靠牵引销支撑在牵引车的牵引座上，简化为一个刚性支撑进行全约束。后支座由三桥组成，是超静定结构，依靠车桥支座支撑在车桥上。其中各轮支承刚度直接影响其支承反力，本计算考虑综合因素，首先计算后桥悬架钢板弹簧的刚度，用等效剐度模拟支撑，加上车前进方向和垂直向上的约束。４计算工况
半挂液罐车在实际工作中，由于装载量不同，行驶工况不同，所产生的应力也不同。考虑到最不利的情况，以液罐车满载来计算，各种工况如下：ａ一满载匀速行驶时，载荷由结构自重加上液体重量组成；
ｂ．当半挂车与牵引车分离时，由支腿支撑，载荷由结构自重加上液体重量组成；
ｃ．紧急制动时，取制动加速度为ｎ一５．ｏｍ／ｓ２，载荷由结构自重加上液体重量，及惯性力组成；
ｄ．半挂车爬坡启动时，公路纵坡坡度取ｔ＝９％，启动加速度取“一ｏ．２３ｍ／ｓ２，载荷由结构自重加上液体重量以及惯性力组成；
ｅ．当公路路面不平时，即某单个后轮碰上障碍物被抬高到一定的高度（＾一ｏ，２ｍ）时，载荷由结构自重加上液体重量组成；
ｆ．当半挂车转弯时，离心加速度“＝Ｊ．１５ｍ／ｓ２（转弯半径为６０ｍ，车速为３０ｋｍ／ｈ），载荷由结构自重加上液体重量以及惯性力组成。
５计算结果
根据以上所建立的力学模型，对其加上载荷和边界条件后，用ＡＮｓＹｓ有限元软件进行｜十算求解，得出各结构部件在应力最大时，所处工况的应力与位移变形的等效应力云图，并且标出最大应力所在的部位。图形如下：应力单位（Ｐａ），变形单位（ｎｔ），Ｍｘ（表示最大应力处），ＭＮ（表示最小应力处）。
由以上应力分布图可知：
ａ前封头（图２），在半挂液罐车制动时，团其受到的液体惯性力的冲击，其所受到的应力最大，为３９．１ＭＰａ，最大应力发生在前封头的前方下部。此外在其他各种工况下受到的应力都比较小，均不会受到破坏。
ｂ．后封头（图３），在半挂液罐车爬坡启动刚，出现高应力区，高应力区位于后封头与罐底的焊接处，最大应力为２２６ＭＰａ，接近材料的屈服极限，最大变形位移为１６．７ｍｍ，易引起破坏。
ｃ．简体（图４），在半挂液罐车爬坡启动时，受到的应力最大，达到２０２ＭＰａ，接近材料的屈服极限，最大应力位于筒体与后封头的焊接处，因后封头的变形而受到拉伸引起，此处将易受到破坏。
ｄ．横向防波板（图５），在半挂液罐车制动时，所受到的应力最大，为１６０ＭＰａ，强度储备下降，最大应力位于防波板的上部与支承钢板的连接处，此处为较薄弱的地方。另外，两块防波板的连接处受到的液体冲击引起的变形也较大。
ｅ．侧向防波板（图６），在半挂液罐车转弯时，其所受的变形位移最大，为２０ｍｍ，最大部位位于侧向防波板与后封头的连接处，由后封头的变形引起，但其所受到的应力较小，比较安全。
ｆ．丁字梁（图７），半挂液罐车在各种工况下受到的应力及变形位移都比较小，最大应力位于丁字粱的鹅颈处，变截面附近，这是由于此处的结构形状变化所引起的。
ｇ．后支座（图８），在半挂液罐车匀速转弯行驶时，受到的应力最大为６６．５
ＭＰａ，位于横、纵梁的连
接处，有较高的强度储备，不会受到破坏
图８匀速转弯时后支鹰的应力分布图
６结论
ａ采用有限元法，可以对结构复杂的半挂液罐车进行受力分析，特别是爬坡启动、匀速转弯等各种工况，还可以比较精确的掌握各点的受力情况，而采用传统的解析法进行计算则是无法完成的。
ｂ．由计算结果可知，在各种工况下，最大应力区所占的比例与低应力区相比，所占比例较小，可以进行结构优化，减轻重量，改善性能。
ｃ．从上述分析看出，最大应力点基本上位于后封头与柱状壳体的交会处以及后封头与侧向防波板连接处，特别是在爬坡启动时，后封头最大应力达到２２６ＭＰａ，超过了材料的许用应力，且变形位移大于ｌ５ｍｍ，大应力区延伸至筒体，说明后封头和筒体的连接处需要加强，这与实际运行情况基本符合。建｝义将ｒ字梁延伸到后封头。对后封头与侧向防波板的连接处给予加强，或适当增加板厚，改变后封头形状，降低其应力与变形位移。
ｄ．与后封头相比，前封头采用椭圆形结构，比较合理，所受的应力与变形均较小。
ｅ．在刹车制动的工况｝，对显得薄弱的结构部位，如防波板位移变形比较大，嗣此，对左右防波板的结合部位应予以加强处理，可以考虑用槽钢将左右防波板连接起来，以降低其位移变形量。
ｆ．通过以板壳、梁单元的组合结构模拟罐体实际形状进行有限元分析计算，找出了结构强度比较薄弱的环节和危险结构部位，并且根据计算分析的结果，提出了改进措施，可以缩短产品的开发周期。
参考文献
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基本计算轴心受力构件的强度和刚度计算
轴心受力构件的强度和刚度计算 1．轴心受力构件的强度计算 轴心受力构件的强度是以截面的平均应力达到钢材的屈服应力为承载力极限状态。轴心受力构件的强度计算公式为 f A N n ≤= σ （4-1） 式中： N ——构件的轴心拉力或压力设计值； n A ——构件的净截面面积； f ——钢材的抗拉强度设计值。 对于采用高强度螺栓摩擦型连接的构件，验算净截面强度时一部分剪力已由孔前接触面传递。因此，验算最外列螺栓处危险截面的强度时，应按下式计算： f A N n ≤= ' σ （4-2） 'N =)5 .01(1 n n N - （4-3） 式中： n ——连接一侧的高强度螺栓总数； 1n ——计算截面（最外列螺栓处）上的高强度螺栓数； ——孔前传力系数。 采用高强度螺栓摩擦型连接的拉杆，除按式（4-2）验算净截面强度外，还应按下式验算毛截面强度 f A N ≤= σ （4-4） 式中： A ——构件的毛截面面积。 2．轴心受力构件的刚度计算 为满足结构的正常使用要求，轴心受力构件应具有一定的刚度，以保证构件不会在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形，以及使用期间因自重产生明显下挠，还有在动力荷载作用下发生较大的振动。 轴心受力构件的刚度是以限制其长细比来保证的，即
][λλ≤ （4-5） 式中： λ——构件的最大长细比； [λ]——构件的容许长细比。 3. 轴心受压构件的整体稳定计算 《规范》对轴心受压构件的整体稳定计算采用下列形式： f A N ≤? （4-25） 式中：?——轴心受压构件的整体稳定系数，y cr f σ?= 。 整体稳定系数?值应根据构件的截面分类和构件的长细比查表得到。 构件长细比λ应按照下列规定确定： （1）截面为双轴对称或极对称的构件 ? ?? ==y y y x x x i l i l //00λλ （4-26） 式中：x l 0，y l 0——构件对主轴x 和y 的计算长度； x i ，y i ——构件截面对主轴x 和y 的回转半径。 双轴对称十字形截面构件，x λ或y λ取值不得小于t （其中b/t 为悬伸板件宽厚比）。 （2）截面为单轴对称的构件 以上讨论柱的整定稳定临界力时，假定构件失稳时只发生弯曲而没有扭转，即所谓弯曲屈曲。对于单轴对称截面，绕对称轴失稳时，在弯曲的同时总伴随着扭转，即形成弯扭屈曲。在相同情况下，弯扭失稳比弯曲失稳的临界应力要低。因此，对双板T 形和槽形等单轴对称截面进行弯扭分析后，认为绕对称轴（设为y 轴）的稳定应取计及扭转效应的下列换算长细比代替y λ [] 2 /122202022222)/1(4)()(2 1 z y z y z y yz i e λ λλλλλλ--+++= )/7.25//(2 202ωωλl I I A i t z +=
铁路罐车构造
目前投入运行使用的液化石池气铁路罐车，由车底架、走行部、罐车、装卸阀件、安全阀、紧急切断阀、遮阳罩、操作台、支座等附件组成。几种液化石油气铁路罐车的主要构造如图2—1、图2—2、图2—3、图2—4。 图2—1 HG60／2．2—2型液化石油气铁路罐车 1—拉阀手柄；2—外梯；3—安全阀；4—拉阀；5—阀门箱；6—操作台； 7—中间托板；8—遮阳罩；9—拉紧带；10—罐体；11—底架；12—走行部 图2—2 HG60／2．2—3型液化石油气铁路罐车 1—紧急切断阀；2—外梯；3—安全阀；4—阀门箱；5—操作台；6—中间托板；
7—拉紧带；8—罐体；9—车底架；10—走行部 图2—3 HG70／2．2—1型液化石油气铁路罐车 1—操作台；2—长带调整器；3—中间支座；4—阀体箱；5—安全阀；6—车底架； 7—罐体；8—走行部；9—鞍座；10—紧急切断手柄；11—铭牌 图2—4 LPGl00／2．2型液化石油气罐车 一、车底架 液化石油气铁路罐车可采用有底架或无底架的二种结构形式。其设计应符合 TB1335—78《铁路车辆强度设计及试验鉴定规范》。对于有底架的罐车，全部选用铁道部定型罐车底架如G60或G17型。无底架的罐车，如G60A或G17A型等罐车属于无底架罐车，应
选用铁道部的定型部件，并按铁道部TB-1532—84《罐车通甩技术条件》规定进行装配。符合TBl56—84《铁路货车安全规定》和GBl46．1—83《标准轨距铁路机车车辆限界》的规定。 二、走行部(转向架) 走行部的位置介于车体与轨道之间，引导车辆沿钢轨行驰和承受来自车体及线路的各种载荷并缓和动作用力，是保证车辆运行品质的关键部件，一般称它为转向架。早期二轴车的走行部把轮对、轴箱、弹簧等直接接在车底架下，近代走行部的结构形式多样，一般都做成一个相对独立的通用部件以适应多种车辆的需要。液化石油气铁路罐车转向架为转8A型转向架，这种转向架优点是结构比较简单、坚固、检修方便，在120km／h的速度范围内具有良好的运行品质。 三、制动装置 制动装置是保证列车安全运行必不可少的装置。由于整个列车的惯性很大，不仅要在机车上设制动装置，还必须在每辆车上也设制动装置，这样才能使运行中的车辆按需要减速或在规定的距离内停车。罐车的制动装置由GK型三通阀、制动缸和基础制动装置等组成，它是通过列车主管中空气压力的变化而使制动装置产生相应的动作。此外，罐车上还设有手制动装置，罐车在编组、调车作业中常要用到它。 四、车钩缓冲装置 车辆要成列运行非借助于连接装置不可。这种连接装置多为各种形式的车钩，车钩后部的钩尾框中装着能贮存和吸收机械能的缓冲装置，以缓和列车冲动。液化石油气铁路罐车采用的车钩、缓冲装置为十三号车钩、二号缓冲器。由车钩、缓冲器、钩尾框、从板等零件组成。具有连挂、牵引和缓冲三种功能。 五、罐体 液化石油气铁路罐车罐体为园筒形卧式贮罐，安装在底架上，罐车的罐体为钢制焊接结构。封头为标准椭园形，简体与封头都是用钢板卷制或冲压成型，材料一般选用16MnR和15MnVR。其结构设计、制造和验收均应符合《压力容器安全技术监察规程》和化学工业部《液化气体铁路罐车安全管理规程》的规定。 罐车采用上装上卸的方式。罐车的罐体外部一般不设保温层；罐体内部不设防波板；罐体上部设有一个直径不少于450mm的人孔，全部装卸阀件及检测仪表均设置在人孔盖上，同时设置坚固的防护罩进行保护。在人孔罩盖内表面附设有阀件配置及操作方法、标志，以便操作者在操作前查阅。各阀件及检测仪表布置如图2—5、图2—6所示。阀件周围设有操作走台和罐内、外扶梯，以便于操作和检修作业。
钢结构之受弯构件的强度
受弯构件的强度、整体稳定和局部稳定计算 钢梁的设计应进行强度、整体稳定、局部稳定和刚度四个方面的计算。 一、强度和刚度计算 1．强度计算 强度包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算应力。 （1） 抗弯强度 荷载不断增加时正应力的发展过程分为三个阶段，以双轴对称工字形截面为例说明如下： 图1 梁正应力的分布 1）弹性工作阶段 荷载较小时，截面上各点的弯曲应力均小于屈服点y f ，荷载继续增加，直至边缘纤维应力达到y f （图1b ）。 2）弹塑性工作阶段 荷载继续增加，截面上、下各有一个高度为a 的区域，其应力 σ为屈服应力y f 。截面的中间部分区域仍保持弹性（图1c ），此时梁处于弹塑性工作阶段。 3）塑性工作阶段 当荷载再继续增加，梁截面的塑性区便不断向内发展，弹性核心不断变小。当弹性核心完全消失（图1d ）时，荷载不再增加，而变形却继续发展，形成“塑性铰”，梁的承载能力达到极限。 计算抗弯强度时，需要计算疲劳的梁，常采用弹性设计。若按截面形成塑性铰进行设计，可能使梁产生的挠度过大。因此规范规定有限制地利用塑性。 梁的抗弯强度按下列公式计算： 单向弯曲时 f W M nx x x ≤= γσ （1）
双向弯曲时 f W M W M ny y y nx x x ≤+= γγσ （2） 式中 M x 、M y —绕x 轴和y 轴的弯矩（对工字形和H 形截面，x 轴为强轴，y 轴为弱轴）； W nx 、W ny —梁对x 轴和y 轴的净截面模量； y x γγ,—截面塑性发展系数，对工字形截面，20.1,05.1==y x γγ；对箱形截面， 05.1==y x γγ； f —钢材的抗弯强度设计值。 当梁受压翼缘的外伸宽度b 与其厚度t 之比大于y f /23513 ，但不超过y f /23515时，取0.1=x γ。 需要计算疲劳的梁，宜取0.1==y x γγ。 （2）抗剪强度 主平面受弯的实腹梁，以截面上的最大剪应力达到钢材的抗剪屈服点为承载力极限状态。 v w f It VS ≤= τ （3） 式中 V —计算截面沿腹板平面作用的剪力设计值； S —中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩； I —毛截面惯性矩； t w —腹板厚度； f v —钢材的抗剪强度设计值。 当抗剪强度不满足设计要求时，常采用加大腹板厚度的办法来增大梁的抗剪强度。 型钢腹板较厚，一般均能满足上式要求，因此只在剪力最大截面处有较大削弱时，才需进行剪应力的计算。 （3）局部承压强度
受弯构件的强度整体稳定和局部稳定计算.
《钢结构》网上辅导材料五 受弯构件的强度、整体稳定和局部稳定计算钢梁的设计应进行强度、整体稳定、局部稳定和刚度四个方面的计算。 一、强度和刚度计算 1．强度计算 强度包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算应力。 （1）抗弯强度 荷载不断增加时正应力的发展过程分为三个阶段，以双轴对称工字形截面为例说明如下： 图1 梁正应力的分布 f，荷载继续增1）弹性工作阶段荷载较小时，截面上各点的弯曲应力均小于屈服点 y f（图1b）。 加，直至边缘纤维应力达到 y 2）弹塑性工作阶段荷载继续增加，截面上、下各有一个高度为a的区域，其应力f。截面的中间部分区域仍保持弹性（图1c），此时梁处于弹塑性工作阶段。 σ为屈服应力 y 3）塑性工作阶段当荷载再继续增加，梁截面的塑性区便不断向内发展，弹性核心不断变小。当弹性核心完全消失（图1d）时，荷载不再增加，而变形却继续发展，形成“塑性铰”，梁的承载能力达到极限。 计算抗弯强度时，需要计算疲劳的梁，常采用弹性设计。若按截面形成塑性铰进行设计，可能使梁产生的挠度过大。因此规范规定有限制地利用塑性。 梁的抗弯强度按下列公式计算： 单向弯曲时
f W M nx x x ≤= γσ （1） 双向弯曲时 f W M W M ny y y nx x x ≤+=γγσ （2） 式中 M x 、M y —绕x 轴和y 轴的弯矩（对工字形和H 形截面，x 轴为强轴，y 轴为弱轴）； W nx 、W ny —梁对x 轴和y 轴的净截面模量； y x γγ,—截面塑性发展系数，对工字形截面，20.1,05.1==y x γγ；对箱形截面， 05.1==y x γγ； f —钢材的抗弯强度设计值。 当梁受压翼缘的外伸宽度b 与其厚度t 之比大于y f /23513 ，但不超过y f /23515时，取0.1=x γ。 需要计算疲劳的梁，宜取0.1==y x γγ。 （2）抗剪强度 主平面受弯的实腹梁，以截面上的最大剪应力达到钢材的抗剪屈服点为承载力极限状态。 v w f It VS ≤= τ （3） 式中 V —计算截面沿腹板平面作用的剪力设计值； S —中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩； I —毛截面惯性矩； t w —腹板厚度； f v —钢材的抗剪强度设计值。 当抗剪强度不满足设计要求时，常采用加大腹板厚度的办法来增大梁的抗剪强度。 型钢腹板较厚，一般均能满足上式要求，因此只在剪力最大截面处有较大削弱时，才需进行剪应力的计算。
液化气体铁路罐车(罐体)检修规则实用版
YF-ED-J7258 可按资料类型定义编号 液化气体铁路罐车(罐体)检修规则实用版 In Order To Ensure The Effective And Safe Operation Of The Department Work Or Production, Relevant Personnel Shall Follow The Procedures In Handling Business Or Operating Equipment. （示范文稿） 二零XX年XX月XX日
液化气体铁路罐车(罐体)检修规则 实用版 提示：该管理制度文档适合使用于工作中为保证本部门的工作或生产能够有效、安全、稳定地运转而制定的，相关人员在办理业务或操作设备时必须遵循的程序或步骤。下载后可以对文件进行定制修改，请根据实际需要调整使用。 第一章总则 第一条为规范液化气体铁路罐车罐体(以 下简称罐体)检修工作，保证罐体检修质量和检 修工作安全，确保铁路运输安全，根据有关法 规、标准制定本规则。 第二条罐体修理单位的资格条件等应符合 本规则和有关法规、标准要求。 各有关单位及主管部门应贯彻执行本规 则，各级锅炉压力容器安全监察部门对执行情 况实施监督检查。
第三条本规则适用于盛装液化气体铁路罐车(以下简称罐车)的罐体定期修理工作，车辆其他部分的检修工作按铁道部有关规定执行。 第二章修理单位 第四条罐体修理单位应经当地铁路局主管部门同意后，分别报铁道部、省级锅炉压力容器安全监察机构批准，方可从事批准范围内的检修工作。 第五条罐体修理单位必须具备法人资格，配备有关技术、质量、安全管理人员和相应的化验、焊接、阀门修理等人员。 第六条罐体修理人员应熟悉罐车构造、盛装介质的理化特性和有关法规、标准，掌握相关的修理工艺、操作规程，经铁路局主管部门培训考核合格后，持证上岗。罐体受压元件焊
郑州大学《钢结构》问答题
1钢结构有哪些特点？钢结构对材料的要求有哪些？ 答：A（1）建筑钢材强度高塑性韧性好（2）钢结构质量轻（3）材质均匀，其实际受力情况和力学计算的假定比较符合（4）钢结构制作简便施工工期短（5）钢结构密闭性好（6）耐腐蚀性差（7）耐热不耐火（8）在低温和其他条件下可能发生脆性断裂 B （1）较高的抗拉强度和屈服点（2）较高的塑性和韧性（3）良好的工艺性能（4）有时要求钢材具有适应低温高温和腐蚀性环境的功能 2现规范钢结构采用的是哪种设计方法？ 答：概率的极限设计方法。 3A结构极限状态：当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规范的某一功能要求时，此特定状态就称为该功能的极限状态。 B结构的可靠性：结构应具有的安全性适用性耐火性统称为结构的可靠性。 C可靠度（Ｐｓ）：结构在规定的时间内在规定的条件下完成预定功能的概率。 Ｄ失效概率（Ｐｆ）：结构不能完成预定功能的概率。 Ｅ荷载标准值与荷载设计值的关系：荷载设计值＝荷载标准值Ｘ荷载分次系数 Ｆ强度标准值与强度设计值的关系：强度设计值ｆ＝强度标准值／抗力分项系数 ４钢材的破坏形式有哪些？钢材有哪几项主要机械性能指标？各项指标可用来衡量钢材哪些方面的性能？ 答：Ａ钢材的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。屈服强度ｆｙ衡量塑性性能抗拉强度ｆｕ衡量弹塑性性能Ｂ钢材的主要机械性能包括强度，塑性，冷弯性能，冲击韧性和可焊性。 Ｃ屈服点（屈服强度ｆｙ）抗拉强度ｆｕ反映钢材强度，其值越大承载力越高。伸长率反映刚才塑性的指标之一，另外还有截面收缩率。冷弯试验：是衡量钢材在弯曲变形状态下塑性应变能力和钢材质量的综合指标。冲击韧性：是衡量钢材强度塑性及材质的一项综合指标。 ５影响钢材机械性能的主要因素有哪些？ 答：化学成分，冶金缺陷，钢材硬化，温度（低温），应力集中，反复荷载作用等因素。 ６钢材在复杂应力作用下是否仅产生脆性破坏？为什么？ 答：不是。因为在复杂应力作用下，钢材按能量强度理论计算的折算应力σred与单向应力下的屈服点相比较：若σred＜fy为弹性状态；若σred≥fy为塑性状态，即发生塑性破坏。当平面或立体应力皆为拉应力时材料处于脆性破坏。 7什么是应力集中状态？应力集中对钢材的机械性能有什么影响？ 答：钢结构构件中的应力分布固构件中的孔洞，槽口，凹角，截面突变及刚才内部缺陷等而不能保持均匀分布，在局部产生高峰应力，在另外一些区域则应力降低，形成应力集中现象。 在应力高峰区域总存在着同号的双向或三向应力，使材料处于复杂应力状态，由能量强度理论得知，这种同号的平面或立体应力场导致钢材塑性降低，脆性增加，使结构发生脆性破坏的危险性增大。 8钢结构中常用的钢材有哪几种？钢材牌号的表示方法是什么？ 答：在建筑工程中常用的是碳素结构钢，低合金高强度结构钢和优质碳素结构钢。 碳素结构钢的牌号由代表屈服强度字母Q，屈服强度数值，质量等级符号（ABCD）脱氧方法符号（F Z TZ）四个部分按顺序组成。 9 Q235钢中的四个质量等级的钢材在脱氧方法和机械性能上有何不同？如何选用钢材？ 答：A Q235钢有ABCD共4个质量等级，其中AB级有沸腾钢，半镇静钢，镇静钢，C级只有镇静钢，D级只有特殊镇静钢。除A级钢不保证冲击韧性值和Q235-A钢不保证冷弯试验合格外其余各级各类钢材均应保证抗拉强度屈服点伸长率冷弯试验及冲击韧性值达到标准规定要求。 B选用钢材时应考虑：（1）结构的重要性（2）荷载情况（3）连接方法（4）结构所处的温度和环境（5）钢材厚度对刚才质量的要求一般来说承重结构的钢材应保证抗拉强度，屈服点伸长率和硫磷的极限含量，对焊接结构尚应保证碳的极限含量。 10 钢结构常用的连接方法有哪些？ 答：钢结构的连接方法可分为焊接连接螺栓连接（普通螺栓高强度螺栓）铆钉连接三种。 11 焊缝的质量分为几个等级？与钢材等强的受拉和受弯的对接焊缝须采用几级？ 答：寒风的质量等级分为一级二级三级三个等级。与钢材登墙的受拉和受弯的对接焊缝不应低于二级。受压时宜
钢结构简答题
简答题 1. 简述钢结构有哪些主要特点。（8分） 答：（1）材料的强度高，塑性和韧性好； （2）材质均匀，和力学计算的假定比较符合； （3）制作简便，施工周期短； （4）质量轻； （5）钢材耐腐蚀性差； （6）钢材耐热，但不耐火； 2. 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？（10分） 答：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A kv≥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。 3. 钢结构中，选用钢材时要考虑哪些主要因素？（8分） 答：结构或构件的重要性； 荷载的性质(静载或动载)； 连接方法（焊接、铆接或螺栓连接）； 工作条件（温度及腐蚀介质）。 4. 轴心受力构件的截面形式有哪几种？并且对轴心受力构件截面形式的共同要求是什么？ 答：轴心受力构件的截面形式有热轧型钢、冷弯薄壁型钢、实腹式组合截面以及格构式组合截面。 对轴心受力构件截面形式的共同要求是： （1）能提供强度所需要的截面积； （2）制作比较简便； （3）便于和相邻的构件连接； （4）截面开展而壁厚较薄，以满足刚度要求。 5. 计算压弯（拉弯）构件的强度时，根据不同情况，采用几种强度计算准则？并简述各准则的内容。我国钢结构规范对于一般构件采用哪一准则作为强度极限？（10分） 答：计算压弯（拉弯）构件的强度时，根据不同情况，采用三种强度计算准则。 其中（1）截面边缘纤维屈服准则：当构件受力最大截面边缘处的最大应力达到屈服时，即认为构件达到了强度极限。（2）全截面屈服准则：这一准则以构件最大受力截面形成塑性铰为强度极限。（3）部分发展塑性准则：这一准则以构件最大受力截面的部分受压区和受拉区进入塑性为强度极限。 我国钢结构规范对于一般构件采用部分发展塑性准则作为强度极限。 6. 简述梁的整体失稳现象，影响梁临界弯距的主要因素有哪些。（8分） 答：梁的截面一般窄而高，弯矩作用在其最大刚度平面内，当荷载较小时，梁的弯曲平衡状态是稳定的。当荷载增大到某一数值后，梁在弯矩作用平面内弯曲的同时，将突然发生侧向的弯曲和扭转变形，并丧失继续承载的能力，这种现象称为梁的整体失稳现象。 梁的临界弯矩M cr主要和梁的侧向抗弯刚度、抗扭刚度、翘曲刚度、梁的截面形状、荷载类型、荷载作用位置以及梁的跨度等有关。 7. 钢结构框架钢柱的计算长度系数与哪些因素有关。（6分） 答：钢结构框架钢柱的计算长度系数与框架类型、相交于柱上端节点的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值K1、相交于柱下端节点的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值K2、柱与基础的连接方式、横梁远端连接方式、横梁轴力大小以及柱的形式等因素有关。 8. 简述焊接残余应力对结构性能的影响。（8分）
液化气体铁路罐车(罐体)检修规则示范文本
液化气体铁路罐车(罐体)检修规则示范文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
液化气体铁路罐车(罐体)检修规则示范 文本 使用指引：此管理制度资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 第一章总则 第一条为规范液化气体铁路罐车罐体(以下简称罐体) 检修工作，保证罐体检修质量和检修工作安全，确保铁路 运输安全，根据有关法规、标准制定本规则。 第二条罐体修理单位的资格条件等应符合本规则和有 关法规、标准要求。 各有关单位及主管部门应贯彻执行本规则，各级锅炉 压力容器安全监察部门对执行情况实施监督检查。 第三条本规则适用于盛装液化气体铁路罐车(以下简称 罐车)的罐体定期修理工作，车辆其他部分的检修工作按铁 道部有关规定执行。
第二章修理单位 第四条罐体修理单位应经当地铁路局主管部门同意后，分别报铁道部、省级锅炉压力容器安全监察机构批准，方可从事批准范围内的检修工作。 第五条罐体修理单位必须具备法人资格，配备有关技术、质量、安全管理人员和相应的化验、焊接、阀门修理等人员。 第六条罐体修理人员应熟悉罐车构造、盛装介质的理化特性和有关法规、标准，掌握相关的修理工艺、操作规程，经铁路局主管部门培训考核合格后，持证上岗。罐体受压元件焊工必须持有国家质量监督检验检疫总局颁发的资格证书。 第七条罐体修理单位的场地、设施和检测设备应按照检修工作范围的需要，满足下列相应要求： (一)具备罐体修理的铁路专用线、工作厂房及符合有关
第3章 构件的强度和刚度共27页
第3章构件的强度和刚度 学习目标 理解各种基本变形的应力概念和分布规律； 掌握虎克定律及材料在拉伸和压缩时的机械性能指标的含义； 掌握各种基本变形的应力和强度计算方法； 掌握弯曲刚度的基本计算方法； 了解应力集中和交变应力的概念及材料在交变应力作用下的破坏特点。 3．1 分布内力与应力、变形与应变的概念 3．1．1 分布内力与应力 杆件受力作用时截面上处处有内力。由于假定了材料是均匀、连续的，所以内力在个截面上是连续分布的，称为分布内力。用截面法所求得的内力是分布内力的合力，它并不能说明截面上任一点处内力的强弱。为了度量截面上任一点处内力的强弱程度，在此引入应力这一重要概念。 截面上一点的内力，称为该点的应力。与截面相垂直的应力称为正应力，用σ表示；截面相切的应力称为切应力，也称剪应力，用τ表示。在国际单位制中，应力的基本单位是N ／m2，即Pa。工程中常用单位为MPa，GPa，它们的换算为： l MPa=106Pa=1 N／mm2 1 GPa=103MPa=103 N／mm2 3．1．2应变 在外力的作用下，构件的几何形状和尺寸的改变统称为变形。一般讲，构件内各点的变形是不均匀的，某点上的变形程度，称为应变。 围绕构件内K点取一微小的正六面单元体，如图3—1(a)所示，设其沿x轴方向的棱边长为x ?称为x ?的线变形。 ?+u ?，如图3—1(b)所示，u ?，变形后的边长为x 当x?趋于无穷小时，比值ε=u ?／x?表示一点处微小长度的相对变形量，称为这一点的线应变或正应变，用ε表示。 一点处微小单元体的直角的改变量[图3—1(c)]，称为这一点的切应变，用γ表示。 线应变ε和切应变γ是度量构件内一点变形程度的两个基本量，它们都是无量纲的量。
第四章扭转的强度与刚度计算.
41 一、 传动轴如图19-5（a ）所示。主动轮A 输入功率kW N A 75.36=，从动轮D C B 、、输出功率分别为kW N kW N N D C B 7.14,11===，轴的转速为n =300r/min 。试画出轴的扭矩图。 解 （1）计算外力偶矩：由于给出功率以kW 为单位，根据（19-1）式： 1170300 75 .3695509550=?==n N M A A (N ·m ) 351300 11 95509550=?===n N M M B C B (N ·m ) 468300 7 .1495509550=?==n N M D D (N ·m ) （2）计算扭矩：由图知，外力偶矩的作用位置将轴分为三段：AD CA BC 、、。现分别在各段中任取一横截面，也就是用截面法，根据平衡条件计算其扭矩。 BC 段：以1n M 表示截面Ⅰ－Ⅰ上的扭矩，并任意地把1n M 的方向假设为图19-5（b ）所示。根据平衡条件0=∑x m 得： 01=+B n M M 3511-=-=B n M M (N ·m ) 结果的负号说明实际扭矩的方向与所设的相反，应为负扭矩。BC 段内各截面上的扭矩不变，均为351N ·m 。所以这一段内扭矩图为一水平线。同理，在CA 段内： M n Ⅱ＋0=+B C M M Ⅱn M = －B C M M -= －702(N ·m ) AD 段：0=D n M M －Ⅲ 468==D n M M Ⅲ(N ·m ) 根据所得数据，即可画出扭矩图[图19－5（e ）]。由扭矩图可知，最大扭矩发生在CA 段内，且702max =n M N ·m 二、 如图19-15所示汽车传动轴AB ，由45号钢无缝钢管制成，该轴的外径 (a ) (c ) C B m (d ) (e ) 图19-5 (b )
梁的强度和刚度计算.
梁的强度和刚度计算 1．梁的强度计算 梁的强度包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算应力，设计时要求在荷载设计值作用下，均不超过《规范》规定的相应的强度设计值。 （1）梁的抗弯强度 作用在梁上的荷载不断增加时正应力的发展过程可分为三个阶段，以双轴对称工字形截面为例说明如下： 梁的抗弯强度按下列公式计算： 单向弯曲时 f W M nx x x ≤=γσ （5-3） 双向弯曲时 f W M W M ny y y nx x x ≤+=γγσ （5-4） 式中：M x 、M y ——绕x 轴和y 轴的弯矩（对工字形和H 形截面，x 轴为强轴，y 轴为弱轴）； W nx 、W ny ——梁对x 轴和y 轴的净截面模量； y x γγ,——截面塑性发展系数，对工字形截面，20.1,05.1==y x γγ；对箱形截面，05.1==y x γγ；对其他截面，可查表得到； f ——钢材的抗弯强度设计值。 为避免梁失去强度之前受压翼缘局部失稳，当梁受压翼缘的外伸宽度b 与其厚度t 之比大于y f /23513 ，但不超过y f /23515时，应取0.1=x γ。 需要计算疲劳的梁，按弹性工作阶段进行计算，宜取0.1==y x γγ。 （2）梁的抗剪强度 一般情况下，梁同时承受弯矩和剪力的共同作用。工字形和槽形截面梁腹板上的剪应力分布如图5-3所示。截面上的最大剪应力发生在腹板中和轴处。在主平面受弯的实腹式梁，以截面上的最大剪应力达到钢材的抗剪屈服点为承载力极限状态。因此，设计的抗剪强度应按下式计算
v w f It ≤=τ （5-5） 式中：V ——计算截面沿腹板平面作用的剪力设计值； S ——中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩； I ——毛截面惯性矩； t w ——腹板厚度； f v ——钢材的抗剪强度设计值。 图5-3 腹板剪应力 当梁的抗剪强度不满足设计要求时，最常采用加大腹板厚度的办法来增大梁的抗剪强度。型钢由于腹板较厚，一般均能满足上式要求，因此只在剪力最大截面处有较大削弱时，才需进行剪应力的计算。 （3）梁的局部承压强度 图5-4局部压应力 当梁的翼缘受有沿腹板平面作用的固定集中荷载且该荷载处又未设置支承加劲肋，或受有移动的集中荷载时，应验算腹板计算高度边缘的局部承压强度。 在集中荷载作用下，翼缘类似支承于腹板的弹性地基梁。腹板计算高度边缘的压应力分布如图5-4c 的曲线所示。假定集中荷载从作用处以1∶2.5（在h y 高度范围）和1∶1（在h R 高度范围）扩散，均匀分布于腹板计算高度边缘。梁的局部承压强度可按下式计算
强度,刚度 ,弹性模量
强度定义 1、材料、机械零件和构件抵抗外力而不失效的能力。强度包括材料强度和结构强度两方面。强度问题有狭义和广义两种涵义。狭义的强度问题指各种断裂和塑性变形过大的问题。广义的强度问题包括强度、刚度和稳定性问题，有时还包括机械振动问题。强度要求是机械设计的一个基本要求。 材料强度指材料在不同影响因素下的各种力学性能指标。影响因素包括材料的化学成分、加工工艺、热处理制度、应力状态，载荷性质、加载速率、温度和介质等。 按照材料的性质，材料强度分为脆性材料强度、塑性材料强度和带裂纹材料的强度。①脆性材料强度：铸铁等脆性材料受载后断裂比较突然，几乎没有塑性变形。脆性材料以其强度极限为计算强度的标准。强度极限有两种：拉伸试件断裂前承受过的最大名义应力称为材料的抗拉强度极限，压缩试件的最大名义应力称为抗压强度极限。②塑性材料强度：钦钢等塑性材料断裂前有较大的塑性变形，它在卸载后不能消失，也称残余变形。塑性材料以其屈服极限为计算强度的标准。材料的屈服极限是拉伸试件发生屈服现象（应力不变的情况下应变不断增大的现象）时的应力。对于没有屈服现象的塑性材料，取与0。2％的塑性变形相对应的应力为名义屈服极限，用σ0。2表示。③带裂纹材料的强度：常低于材料的强度极限，计算强度时要考虑材料的断裂韧性（见断裂力学分析）。对于同一种材料，采用不同的热处理制度，则强度越高的断裂韧性越低。 按照载荷的性质，材料强度有静强度、冲击强度和疲劳强度。材料在静载荷下的强度，根据材料的性质，分别用屈服极限或强度极限作为计算强度的标准。材料受冲击载荷时，屈服极限和强度极限都有所提高（见冲击强度）。材料受循环应力作用时的强度，通常以材料的疲劳极限为计算强度的标准（见疲劳强度设计）。此外还有接触强度（见接触应力）。 按照环境条件，材料强度有高温强度和腐蚀强度等。高温强度包括蠕变强度和持久强度。当金属承受外载荷时的温度高于再结晶温度（已滑移晶体能够回复到未变形晶体所需要的最低温度）时，塑性变形后的应变硬化由于高温退火而迅速消除，因此在载荷不变的情况下，变形不断增长，称为蠕变现象，以材料的蠕变极限为其计算强度的标准。高温持续载荷下的断裂强度可能低于同一温度下的材料拉伸强度，以材料的持久极限为其计算强度的标准（见持久强度）。此外，还有受环境介质影响的应力腐蚀断裂和腐蚀疲劳等材料强度问题。 结构强度指机械零件和构件的强度。它涉及力学模型简化、应力分析方法、材料强度、强度准则和安全系数。 按照结构的形状，机械零件和构件的强度问题可简化为杆、杆系、板、壳、块和无限大体等力学模型来研究。不同力学模型的强度问题有不同的力学计算方法。材料力学一般研究杆的强度计算。结构力学分析杆系（桁架、刚架等）的内力和变形。其他形状物体属于弹塑性力学的研究对象。杆是指截面的两个方向尺寸远小于长度尺寸的物体，包括受拉的杆、受压的柱、受弯曲的梁和受扭转的轴。板和壳的特点是厚
(完整版)钢结构设计原理题库及答案(2)
1．下列情况中，属于正常使用极限状态的情况是 【 D 】 A 强度破坏 B 丧失稳定 C 连接破坏 D 动荷载作用下过大的振动 2．钢材作为设计依据的强度指标是 【 C 】 A 比例极限f p B 弹性极限f e C 屈服强度f y D 极限强度f u 3．需要进行疲劳计算条件是：直接承受动力荷载重复作用的应力循环次数 n 大于或等于 【 A 】 A 5×104 B 2×104 C 5×105 D 5×106 4．焊接部位的应力幅计算公式为 【 B 】 A max min 0.7σσσ?=- B max min σσσ?=- C max min 0.7σσσ?=- D max min σσσ?=+ 5．应力循环特征值（应力比）ρ=σmin /σmax 将影响钢材的疲劳强度。在其它条件完全相同 情况下，下列疲劳强度最低的是 【 A 】 A 对称循环ρ=-1 B 应力循环特征值ρ=+1 C 脉冲循环ρ=0 D 以压为主的应力循环 6．与侧焊缝相比，端焊缝的 【 B 】 A 疲劳强度更高 B 静力强度更高 C 塑性更好 D 韧性更好 7．钢材的屈强比是指 【 C 】 A 比例极限与极限强度的比值 B 弹性极限与极限强度的比值 C 屈服强度与极限强度的比值 D 极限强度与比例极限的比值. 8．钢材因反复荷载作用而发生的破坏称为 【 B 】 A 塑性破坏 B 疲劳破坏 C 脆性断裂 D 反复破坏. 9．规范规定：侧焊缝的计算长度不超过60 h f ，这是因为侧焊缝过长 【 C 】 A 不经济 B 弧坑处应力集中相互影响大 C 计算结果不可靠 D 不便于施工 10．下列施焊方位中，操作最困难、焊缝质量最不容易保证的施焊方位是 【 D 】 A 平焊 B 立焊 C 横焊 D 仰焊 11．有一由两不等肢角钢短肢连接组成的T 形截面轴心受力构件，与节点板焊接连接，则肢 背、肢尖内力分配系数1k 、2k 为 【 A 】 A 25.0,75.021==k k B 30.0,70.021==k k C 35.0,65.021==k k D 35.0,75.021==k k 12．轴心受力构件用侧焊缝连接，侧焊缝有效截面上的剪应力沿焊缝长度方向的分布是 【 A 】 A.两头大中间小 B. 两头小中间大 C.均匀分布 D.直线分布 . 13．焊接残余应力不影响钢构件的 【 B 】
第四章 扭的强度与刚度计算
一、 传动轴如图19-5（a ）所示。主动轮A 输入功率kW N A 75.36=，从动轮D C B 、、输出功率分别为kW N kW N N D C B 7.14,11===，轴的转速为n =300r/min 。试画出轴的扭矩图。 解 （1）计算外力偶矩：由于给出功率以kW 为单位，根据（19-1）式： 1170300 75 .3695509550=?==n N M A A (N ·m ) 351300 11 95509550=?===n N M M B C B (N ·m ) 468300 7 .1495509550=?==n N M D D (N ·m ) （2）计算扭矩：由图知，外力偶矩的作用位置将轴分为三段：AD CA BC 、、。现分别在各段中任取一横截面，也就是用截面法，根据平衡条件计算其扭矩。 BC 段：以1n M 表示截面Ⅰ－Ⅰ上的扭矩，并任意地把1n M 的方向假设为图19-5（b ）所示。根据平衡条件0=∑x m 得： 01=+B n M M 3511-=-=B n M M (N ·m ) 结果的负号说明实际扭矩的方向与所设的相反，应为负扭矩。BC 段内各截面上的扭矩不变，均为351N ·m 。所以这一段内扭矩图为一水平线。同理，在CA 段内： M n Ⅱ＋0=+B C M M Ⅱn M = －B C M M -= －702(N ·m ) AD 段：0=D n M M －Ⅲ 468==D n M M Ⅲ(N ·m ) 根据所得数据，即可画出扭矩图[图19－5（e ）]。由扭矩图可知，最大扭矩发生在CA 段内，且702max =n M N ·m 二、 如图19-15所示汽车传动轴AB ，由45号钢无缝钢管制成，该轴的外径 (a ) (c ) C m (d ) (e ) 图19-5 (b )
第4章结构构件的强度刚度稳定性
第4章 结构构件的强度、刚度及稳定性 起重机械钢结构作为主要承重结构，由许许多多构件连接而成，常见构件有轴心受力构件、受弯构件及偏心受压构件。承载能力计算包括强度、刚度和稳定计算。稳定问题包括整体稳定和局部稳定，在连续反复载荷作用下，尚需要计算疲劳强度。本章介绍轴心受压构件、受弯构件及偏心受压构件的强度、刚度、整体稳定性及局部稳定性的计算。 4.1 轴心受力构件的强度、刚度及整体稳定 4.1.1 轴心受力构件的强度 轴心受力构件的强度按下式计算： []j N A σσ= ≤ (4-1) 式中: j A —构件净截面面积, mm 2； N —轴心受力构件的载荷, N ； []σ—材料的许用应力,N/mm 2。 4.1.2 轴心受力构件刚度 构件过长而细，在自重作用下会产生较大的挠度，运输和安装中会因刚度较差而弯扭变形，在动力载荷作用下也易产生较大幅度的振动。且对于轴心受压构件，刚性不足容易产生过大的初弯曲和自重等因素产生下垂挠度，对整体稳定性产生不利影响。为此，必须控制构件的长细比不超过规定的许用长细比][λ，构件的刚度按下式计算： []l r λλ= ≤ (4-2) 式中：0l —构件的计算长度,mm ； []λ—许用长细比，《起重机设计规范》GB/T 3811-2008规定结构构件容许长 细比见表4-1； r —构件截面的最小回转半径,mm 。 r = （4-3） 式中: A —构件毛截面面积，mm 2； I －构件截面惯性矩，mm ４；
4.1.3 轴心受压构件整体稳定性 (1) 理想轴心受压构件 轴心受压构件的截面形状和尺寸有种种变化，构件丧失整体稳定形式有三种可能：弯曲屈曲、弯扭屈曲和扭转屈曲。对于双轴对称的截面(如工字形)，易产生弯曲屈曲；对于单轴对称的截面(如槽形)，易产生弯扭屈曲；对于十字形截面，易产生扭转屈曲。 理想轴心受压构件是指构件是等截面、截面型心纵轴是直线、压力的作用线与型心纵轴重合、材料完全均匀。 早在18世纪欧拉对理想轴心压杆整体稳定 进行了研究，得到了著名的欧拉临界力公式。 图4-1所示为轴心受压构件的计算简图，据此可以建立构件在微曲状态下的平衡微分方程： 0=?+''?y N y EI （4-4） 解此方程，可得到临界载荷0N ，又称欧拉临界载荷E N ： 2 20o E l EI N N π= = （4-5） 式中：0l —压杆计算长度，当两端铰支时为实际长度l ，mm ； E —材料的弹性模量，N/mm 2； I —压杆的毛截面惯性矩,mm 4。 由式(4-5)可得轴心受压构件的欧拉临界应力为： 222 0220)/(λ ππσσEA r l EAr A N E E ==== （4-6） N x N y N
《钢结构》——期末复习题及答案_19291460083799109要点
《钢结构》期末复习题 一、选择题： ■承重结构用钢材应保证的基本力学性能内容应是（ C ）。 A抗拉强度、伸长率 B抗拉强度、屈服强度、冷弯性能 C抗拉强度、屈服强度、伸长率 D屈服强度、伸长率、冷弯性能 ■钢材牌号Q235、Q345、Q390是根据材料的（ A ）进行命名。 A 屈服点 B 设计强度 C 标准强度D含碳量 ■在钢材所含化学元素中，均为有害杂质的一组是（ C ）。 A 碳磷硅 B 硫磷锰 C 硫氧氮D碳锰矾 ■为提高梁的整体稳定性，从用钢量的角度，经济的做法是（ D ）。 A加强两个翼缘B加强受拉翼缘 C 加高腹板D受压翼缘设侧向支承 ■计算梁的（ A ）时，应该采用净截面的几何参数。 A正应力B剪应力 C整体稳定D局部稳定 ■下列梁不必验算整体稳定的是（D ）。 A焊接工字形截面 B 箱形截面梁 C型钢梁D有刚性铺板的梁 ■格构轴心受压柱设置横隔的目的是( D )。 A保证柱截面几何形状不变 B 提高柱抗扭刚度 C传递必要的剪力 D上述三种都是 的目的是为了避免（ D ）。 ■对于普通螺栓连接，限制端距e≥2d A. 螺栓杆受剪破坏 B. 螺栓杆受弯破坏 C. 板件受挤压破坏 D. 板件端部冲剪破坏 ■为提高轴心受压构件的整体稳定，在杆件截面面积不变的情况下，杆件截面的形式应使其面积分布（ B ） A. 尽可能集中于截面的形心处 B. 尽可能远离形心 C. 任意分布，无影响 D. 尽可能集中于截面的剪切中心
■焊接工字型截面梁腹板设置加劲肋的目的（ A ） A. 提高梁的局部稳定性 B. 提高梁的抗弯强度 C. 提高梁的抗剪强度 D. 提高梁的整体稳定性 ■钢结构用钢的含碳量一般不大于（ C ）。 A 0.6% B 0.25% C 0.22% D 0.2% ■钢材的强度指标是（C ）。 A 延伸率 B 韧性指标 C 屈服点D冷弯性能 ■在构件发生断裂破坏前，无明显先兆的情况是（ A ）的典型特征。 A 脆性破坏B塑性破坏 C 强度破坏D失稳破坏 ■产生焊接残余应力的主要因素之一是（ C ）。 A钢材的塑性太低B钢材的弹性模量太高 C焊接时热量分布不均D焊缝的厚度太小 ■验算组合梁刚度时，荷载通常取（ A ）。 A标准值B设计值 C组合值D最大值 ■轴压柱在两个主轴方向等稳定的条件是（ C ）。 A 杆长相等 B 计算长度相等 C 长细比相等D截面几何尺寸相等 ■承压型螺栓连接比摩擦型螺栓连接（ B ）。 A 承载力低，变形大 B 承载力高，变形大 C 承载力低，变形小D承载力高，变形小 是考虑 ■格构式轴压构件绕虚轴的稳定计算采用了换算长细比ox （ D ）。 A 格构构件的整体稳定承载力高于同截面的实腹构件 B 考虑强度降低的影响 C 考虑单支失稳对构件承载力的影响 D 考虑剪切变形的影响 ■同类钢种的钢板，厚度越大（ A ）。 A强度越低B塑性越好 C韧性越好 D内部构造缺陷越少
11结合工程实际或日常生活实例说明构件的强度,刚度和稳定性概念.
第 一 章 1-1结合工程实际或日常生活实例说明构件的强度、刚度和稳定性概念。 1-2 什么是内力？怎样用截面法求内力？ 1-3 什么是应力？为什么要研究应力？内力和应力有何区别和联系？ 1-4 试求图1-8所示两单元体的剪应变。 第 二 章 2-1 什么是平面假设？建立该假设的根据是什么？它在推证应力公式中起什么作用？ 2-2 杆内的最大正应力是否一定发生在轴力最大的截面上？ 2-3何谓虎克定律？它有几种表达形式？它的应用条件是什么？ 2-4 若杆的总变形为零，则杆内任一点的应力、应变和位移是否也为零？为什么？ 2-5 低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时失效形式有何不同？说明其原因。 2-6 如何判断材料的强度、刚度和塑性的大或小？ 第 三 章 3-1 何谓挤压？它和轴向压缩有何不同？ 3-2 剪切实用计算和挤压使用计算使用了那些假设？为什么采用这些假设？ 第 四 章 4-1传动轴的外力偶矩和功率、转速有何关系？减速箱中转速高的轴和转速低的轴哪个直径大？为什么？ 4-2 扭矩和剪应力之间有何关系？图4-35所示圆轴的横截面那些图的剪力分布是正确的？ 4-3 外径为D ，内径为d 的空心圆轴，其32d 32D I 44P π-π=，16 d 16D W 3 3t π-π=对否？ 4-4对等直圆轴、阶梯轴、实心圆轴和空心圆轴扭转时，如何选取危险截面和危险点？ 4-5为什么条件相同的受扭空心圆轴比实心圆轴的强度和刚度大？ 第 五 章
5-1 何谓平面弯曲、对称弯曲？ 5-2 “梁上max M 所在的截面上剪力一定等于零”，对吗？为什么？ 5-3 在写剪力方程和弯矩方程时，函数的定义域在什么情况下是开区间、什么情况下是闭区间？ 5-4 截面上的剪力等于截面一侧梁上所有外力在梁轴的垂线（y 轴）上投影的代数和，是否说明该截面的剪力与其另一侧梁上的外力无关？ 5-5 根据内力微分关系，Q dx dM =可以知道，在Q=0的截面上M 有极值。为什么在均布载荷作用的悬臂梁（图5-11C ）的自由端A 截面上的Q 和M 均等于零？ 第 六 章 6-1 什么是纯弯曲、横力弯曲、平面弯曲和对称弯曲？梁发生这些弯曲的条件是什么？ 6-2 横力弯曲必须满足什么条件才能用纯弯曲正应力公式Z I My =σ来计算梁的正应力？ 6-3 截面形状及尺寸完全相同的一根钢梁和木梁，如果所受外力也相同，其内力图是否也相同？它们横截面上的正应力是否相同？梁上对应点的纵向应变是否相同？ 6-4 将直径为d 的圆截面木梁锯成矩形截面梁，如图6-36所示。欲使该矩形截面梁的弯曲强度和弯曲刚度最好，截面的高宽比h/b 为多少？ 第 七 章 7-1两梁的尺寸、支承及所受载荷完全相同，一根为钢梁，一根为木梁，且木钢E 7E =，试求（1）两梁中最大应力之比；（2）两梁中的最大挠度之比。 7-2 已知等直梁的挠曲线方程)l 7x l 10x 3(y 4224EIl 360qx --=，试分析梁 的载荷及 支承情况，并画出其简图。 7-3梁的挠曲线近似微分方程的应用条件是什么？ 7-4 如何用叠加法迅速求出图7-32所示梁中点的挠度？