大型风力发电机塔架构件局部屈曲强度及稳定性分析

大型风力发电机塔架构件局部屈曲强度及稳定性分析

发表时间：2019-01-02T10:16:20.193Z 来源：《河南电力》2018年14期作者：危志全[导读] 塔架构件的强度、刚度和稳定性对大型风力发电机能否正常工作起到决定性作用，是风力发电机的核心构件，正因为如此，塔架构件的建造和维护成本非常高。

（明阳智慧能源集团股份公司中山 528437）摘要：塔架构件的强度、刚度和稳定性对大型风力发电机能否正常工作起到决定性作用，是风力发电机的核心构件，正因为如此，塔架构件的建造和维护成本非常高。因此如何设计大型风力发电机的塔架构件使得其整体屈曲强度和稳定性符合标准，具有及其重要的意义。本文对大型风力发电机的塔架构件的受力过程进行了分析，总结了国内外比较流行的加强局部屈曲强度和稳定性的方法，并研究分析

了各自的优势，对于同行业研究者和相关工作人员均具有很强的参考价值。关键词：风力发电机；塔架构件；屈曲强度；稳定性分析 1.前言

随着改革开放我国各行各业都处于飞速发展状态，但由此带来的污染引起了国民的高度关注，废气废水排放导致空气污染，随着国外先进的科学技术引进，我国开始了风力发电以减少污染排放。风力发电的优势极大，因为它可以实现零污染和零排放，极大的响应了国家建设环境友好型社会的号召。我国横跨大江南北，风力资源十分优越，据统计，我国的风力资源处于世界首位。但我国至今还不能自主的完成风力发电机的设计和制造，绝大数风力发电机都是通过引进国外先进科学技术制造的，长期处于国外垄断状态，无法自主创新实现更好的大型风力发电机，对于我国风力发电行业挑战巨大。国产风力发电机目前面临的困难便是如何将发电机的核心构件塔架设计好，如何在保证塔架结构局部屈曲强度和稳定性的情况下，自主的进行研发，并通过优化材料和技术等将此类生产实现批量生产。塔架的设计要求有三点，首先要足够高，大型风力发电机的叶轮需要在设计高度上才能正常工作，塔架高度小了会影响风力发电效果，随之而来的便是高度过高使得稳定性难以控制。其次是应具有良好的强度和刚度，如何将塔架与大地相连，如何固定基础和各类连接构件，对大型风力发电机的强度和刚度具有重要意义。最后是应能抵抗恶劣环境，风力发电机大多安置于地广人稀的位置，此类地区的共性便是容易发生恶劣天气条件，如海边的风力发电机会经受台风、暴雨的袭击，平原上的风力发电机会经受干旱、雷击等袭击。我国大型风力发电机的设计需要更多新鲜血液的注入，需要的是更多创新力推动，只有这样我国新能源发展才能更上一个台阶，为国家、为人民创造更好的生活环境，在国际舞台上展现我国新势力和新榜样。大型风力发电机塔架材料大都使用结构钢塔状细长结构，凡是存在受压区的钢构件或板件都可能使结构出现整体失稳或局部失稳问题。失稳使结构物的几何形状急剧改变而导致结构物丧失承载能力，结构的屈曲往往导致灾难性的后果，国内外发生过破坏性较大的结构屈曲事故，在建筑结构中比如 1978 年 1 月 18 日美国哈特福待城（Hartford）的一座体育馆的屋盖由于受压构件屈曲导致整个屋盖瞬间失稳而坠落。科纳科夫和马霍夫曾分析前苏联在 1951 至 1977 年期间所发生的 59 起重大钢结构事故，其中占总数 29%的 17 起事故是属于结构的整体或局部屈曲。如原古比雪夫列宁冶金厂锻压车间在 1957 年末有七棍钢屋架连同 1200 平方米的屋盖突然塌落，原因是长度相同的一对拉杆和压杆在装配过程中搞颠倒了，导致压杆提前屈曲。从统计意义讲，由于结构屈曲强度不适当引起事故的占结构失稳破坏的40%，居首位。

2.塔架的局部屈曲强度分析

不论是塔架还是房屋桥梁，结构的屈曲强度主要取决于结构使用的材料，每个材料都有各自不同的受力特性，当结构处于外界荷载的施压下，形状发生明显变形时，我们把这一临界状态叫做屈曲。发生屈曲后，结构的几何形态便会发生比较大的变化，在这里需要明确的是，材料的老化和结构的徐变等造成的变形不属于屈曲，因为它们并不是因为外界荷载产生的。塔架在工作过程中收到的外力非常复杂，首先要考虑自身重力和机舱的重力，会在塔架杆上产生力矩；风轮在运转过程中会产生部分离心力和反向的推力作用；由于制造过程中产生的初始缺陷导致受力不均引起的外力；外部风力作用产生的推力等。这些外力会影响大型风力发电机的屈曲强度，造成损伤。风力发电机的自重取决于使用的材料，期初风力发电机的塔架都是采用钢结构，因为它的强度刚度均具有良好性能，但是重力太大，对运输和建造都产生了非常大的挑战，其次还需要考虑塔架的抗腐蚀能力和耐久性，因此钢结构的使用并不是最好的选择，随着人们的研究进步，比较流行的材料有钢筋混凝土材料和复合材料，钢筋混凝土的使用借鉴了房屋结构和大跨桥梁的经验，将混凝土用于大型风力发电机可以用于抵抗压力，而将钢筋埋置于混凝土内部可以在经受拉力的条件下，防止空气和水分对钢筋的腐蚀。复合材料的使用有借鉴碳纤维等高性能材料，不仅自身的抵挡外力能力强，还可以经受的住各种恶劣条件，是未来的发展方向。风轮在运转过程中会产生非常巨大的反向推力，与塔架的重力不同，是垂直于重力的水平推力，因此还需要考虑两个方向上的外力平衡，目前比较流行的是通过设计塔架的形状和连接件来实现，设计过程中塔架采用流线型以保证整体性良好，塔架与风轮的连接使用引导力向下施加的连接件。大型风力发电机的主要参数见表1。制造过程中难免会产生大型风力发电机的初始缺陷，初始缺陷的存在对大型风力发电机的正常工作和使用寿命是个巨大的隐患，因为初始缺陷会导致塔架的整体性能差，一旦发生严重变形首先会在该缺陷处产生并逐渐延展，国内外对此类缺陷的处理方法主要是通过机器检测，但价格昂贵，尤其是混凝土结构，检测过程更是困难。如何将上述各类困难结合起来综合处理找到最优的解决办法，在此基础上使用尽量低价的材料、比国外大型风力发电机强度刚度更高的结构类型，对于我国的大型风力发电机具有重要意义和价值。

表1 大型风力发电机的主要参数

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 +=

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。

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）

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。

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？

钢结构与钢结构基础

钢结构与钢结构基础 1.钢结构特点：材料的强度高，塑性和韧性好，但压力会使强度不能充分发挥；材质均匀；钢结构制造简便，施工周期短；钢结构的质量轻；刚材耐腐蚀性差；钢材耐热不耐火；钢结构对缺陷较为敏感；钢结构的变形有时会控制设计；钢结构对生态环境的影响小。 2.钢结构的应用范围：大跨度结构；重型厂房结构；受动力荷载影响的结构；可拆卸的结构；高耸结构和高层建筑；容器和其他构筑物；轻型钢结构。 3.钢结构的极限应力状态：承载能力极限状态；正常使用极限状态。 4.强度破坏是指构件的某一截面或连接件因应力超过材料强度而导致的破坏。 5.土建钢结构用的钢材具有较好的塑性变形能，并且在屈服之后还会强化。 6.压应力是使构件失稳的原因。 7.许多钢构件用来承受多次重复的行动荷载，桥梁，吊车梁都属于这类构件。在反复循环荷载作用下，有可能出现疲劳破坏。 8.设计钢结构需要处理两个方面的因素：一是结构和构件的抗力；二是荷载施加于结构的效应。 9.结构内力分析可区别为弹性分析和非弹性分析。 10.索和拱配合使用，常被称为杂交结构，这是结构形式的杂交。 11.用作钢结构的钢材具有以下性能：较高的强度（抗拉强度和屈服点比较高）；足够的变形能力（塑性和韧性性能好）；良好的加工性能。 12.任一点变形中都将包括有弹性变形和塑性变形两部分。其中塑性变形在卸载后不能恢复，故称为残余变形或永久变形。 13.屈服点，抗拉强度和伸长率是钢材的三个重要力学性能指标。 14.冷弯性能：根据试样厚度，按规定的弯心直径将试样弯曲180度，其表面及侧面无裂纹或分层则为“冷弯试验合格”。冷弯性能是判别钢材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。 15.与抵抗冲击作用有关的钢材的性能是韧性，韧性是钢材断裂时吸收机械能力的量度。 16.钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响。碳含量在0.12%~0.20%范围内的碳素钢，可焊性最好。 17.影响钢材性能的因素：化学成份的影响，成材过程的影响，影响钢材性能的其他因素。 18.钢是含碳量小于2%的铁碳合金。碳含量大于2%时则为铸铁，制造钢结构所用的材料有碳素结构钢中的低碳钢，低合金结构钢和高性能建筑结构用钢。 19.硫是有害元素，属于杂质，当热加工及焊接使温度达到800-1000℃时，可能会出现裂纹，称为热脆。 20.磷既是有害元素也是能利用的合金元素。磷是碳素钢中的杂质，它在低温下使钢变脆，这种现象称为冷脆。 21.正火是属于最简单的热处理，把钢材加热至850-900℃并保持一段时间后在空气中自然冷却。 22.淬火：是把钢材加热至900℃，保温一段时间，然后放入水或油中快速冷却。 23.钢材在250℃附近有兰脆现象。约260℃~320℃时有徐变现象。兰脆现象指温度在250℃左右的区间内fu有局部性提高，fy有所回升，同时塑性有所降低，材料有转脆倾向。 24.疲劳断裂：微观裂缝在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。出现疲劳断裂时，截面上的应力低于材料的抗拉强度，甚至低于屈服强度。疲劳破坏属于脆性破坏，塑性变形极小，因此是一种没有明显变形的突然破坏，危险性较大。（三阶段：裂纹的形成；裂纹缓慢扩展；最后迅速断裂） 25.A级钢不提供冲击韧性保证；B，C，D，E级分别提供20℃，0℃，-20℃和-40℃的冲击韧性。 26.钢绞线的抗拉强度比单根钢丝低10%-20%，弹性模量也有所降低。 27.钢材选材时需要考虑的因素：荷载性质；应力状态；连接方法；工作环境；供货价格。 28.抗震设防的钢结构，其受力在弹性范围的构件钢材，可以和需要验算疲劳的非焊接结构同样选用。其承担塑性耗能作用的构件钢材，则需满足以下条件：屈服强度实测值与抗拉强度实测值之比不大于0.85；钢材应有明显的屈服平台，且伸长率不小于20%；钢材屈服强度实测值不高于上一级钢材屈服强度规定值；钢材工作环境温度下Akv不低于27J。 29.“厚x宽x长”规格单位：mm。热轧H型钢分三类：宽翼缘H型钢（HW）；中翼缘H型钢（HM）；窄翼缘H型钢（HN） 30.钢索是一种特殊的受拉构件，用于悬索结构；张拉结构；桅杆纤绳和预应力结构等。目前国内外采用容许应力发计算钢索的强度。 31.钢梁按制成方法的不同分为：型钢梁；组合梁。 32.对于荷载较大而高度受到限制的梁，可考虑采用双腹板的箱形梁，这种截面形式具有较好的抗扭刚度。 33.梁的承载能力极限状态计算包括截面的强度，构件的稳定性，局部稳定。对于直接受到重复荷载作用的梁，如吊车梁，当循环次数n>=5x10e4时尚应进行疲劳验算。 34.确定焊接截面尺寸考虑的因素：容许最大高度hmax，容许最小高度hmin，经济高度hc。 35.单跨简支梁中截面一旦出现塑性铰，即发生强度破坏。对于超静定梁（连续梁，固端梁）和一些少层框架，一个截面出现塑性铰后，任能继续承载。 36.塑性设计只用于不直接承受动力荷载的固端梁和连续梁。 37.单轴对称截面有实腹式和格构式两种。 38.承受静力荷载作用的实腹式拉弯和压弯构件在轴力和弯矩的共同作用下，受力最不利的截面出现塑性铰时即达到构件的强度极限状态。 39.计算压弯构件强度时，可以采用三种不同的强度计算准则：边缘纤维屈服准则，全截面屈服准则，部分发展性准则。 40.横梁对柱的约束作用去取决于横梁的线刚度Io/L和柱的线刚度I/H的比值Ko，即Ko=IoH/IL H。=uh（柱的计算长度） 41.摇摆柱的计算长度取其几何长度，即u=1。（加了摇摆柱更加不稳定） 42.当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或耐久性能的局部破坏；影响正常使用或耐久性能的振动；影响正常使用或耐久性能的其他特定状态。 43.钢结构是由钢板，型钢通过必要的链接组成构件，连接部分应有足够的承载力，刚度和延性。 44.钢结构的连接方法可分为焊接，铆接，普通螺栓连接和高强度螺栓连接。铆钉和螺栓统一称为紧固件。 45.焊缝连接是钢结构最主要的连接方法，其优点是构造简单，不削弱构件截面，节约钢材，加工方便，易于采用自动化操作，；连接密封性好，刚度大。 46.铆钉连接的优点是塑性和韧性好，传力可靠，质量易于检查，适用于承受动荷载结构的连接。 47.普通螺栓连接的优点施工简单，拆装方便。 48.高强度螺栓连接和普通螺栓连接的主要区别：普通螺栓扭紧螺帽时栓产生的预拉力很小，曲板面挤压力产生的麻擦力可以忽略不计。高强度螺栓抗剪连接分为摩擦型连接和承压型连接，前者以滑移作为承载能力的极限状态，后者的承载能力极限状态和普遍螺栓连接相同，但以滑移作为正常使用极限状态。 49.Q235钢焊件用E43系列型焊条。Q345和Q390钢焊件用E50或E55系列型焊条.Q420和Q460钢焊件用E55或E60系列型焊条. 50.刚结构中一般采用的焊接方法有电弧焊，电渣焊，气体保护焊和电阻焊等。 51.焊缝连接的优点：不需要在钢材上打孔钻眼，既省工又不减损钢材截面，使材料可以充分利用；任何形状的构件都可以直接相连，不需要辅助零件，构造简单；焊缝连接的密封性好，结构刚度大。 52.焊缝中可能存在裂纹，气孔，烧穿和未焊缝等缺陷。 53.焊缝质量检查标准分为三级，其中第三级只要求通过外观检查，即检查焊缝实际尺寸是否符合设计要求和有无看得见的裂纹咬边等缺陷。二级要求用超声波检验每条焊接的20%长度，一级要求用超声波检验每条焊缝全部长度。 54.焊缝形式主要有对接焊缝和角焊缝。 55.焊缝连接按被连接构件间的相对位置分为平接，搭接，T形连接和角接，所采用的焊缝形式主要有对接焊缝和角焊缝。焊缝要按施焊位置分，有俯焊（平焊），立焊，横焊，仰焊几种。俯焊施焊方便，质量最易保证，仰焊操作条件最差。 56.正面角焊缝的应力状态比侧面角焊缝复杂，其破坏强度比侧面角焊缝要高，但塑性变形要差一些。 57.角焊缝的焊脚尺寸不得小于1.5(t)e1/2，t为较厚焊件厚度；不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍。当t<=6mm，时hf<=t；当>6mm时，hf=t-(1~2)mm。侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于8hf和40mm；侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf。 58.搭接连接不能只用一条正面角焊缝传力，并且搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，同时不得小于25mm。 59.温度高产生拉应力，温度低产生压应力。 60.焊接残余应力的影响：对结构静力强度的影响：对于具有一定塑性的材料，在静力荷载作用下，焊接残余应力是不会影响结构强度的；对结构刚度的影响：焊接残余应力会降低结构的刚度；对压杆稳定的影响：焊接残余应力使压杆的挠曲刚度变小，从而降低其稳定承载能力；对低温冷脆的影响：低温使裂纹容易发生和发展，加速构件的脆性破坏；对疲劳强度的影响：残余应力对疲劳强度有不利影响。 61.为避免钢板端部不被剪断，螺栓的端距应小于2do，do为螺栓孔径。 62.高强度螺栓的性能等级有10.9级和8.8级。级别划分的小数点前数字是螺栓热处理后的最低抗拉强度，小数点后数字是屈强比。如8.8级最低抗拉强度是800N/mm2,屈服是0.8 ×800=640N/mm2. 63.高强度螺栓的预拉力是通过扭紧螺帽实现的，一般采用扭矩法，转角法或扭掉螺栓梅花头来控制预拉力。 64.脆性断裂破坏分类：过载断裂；非过载断裂；应力腐蚀断裂；疲劳断裂与腐蚀疲劳断裂；氢脆断裂。 65.脆性断裂的防止：正确选用钢材，使之具有足够的韧性Kic；尽量减小初始裂纹尺寸，避免在构造处理中形成类似于裂纹的间隙；注意在构造处理上缓和集中应力，以减小应力值；此外，应该合理选择结构形式。

第二篇 杆件的强度、刚度和稳定性

第二篇杆件的强度、刚度和稳定性 第六章基本知识与杆件的变形形式 一、内容提要 本章是第二篇——杆件的强度、刚度和稳定性的基本知识。主要内容有变形固体及其基本假设以及杆件变形的基本形式。 变形固体在外力作用下能产生一定变形的固体 弹性变形外力解除后，变形也随之消失的变形 塑性变形外力解除后，变形并不能全部消失的变形 小变形变形量与构件本身尺寸相比特别微小的变形 变形固体的基本假设连续性假设，均匀性假设，各向同性假设 杆件变形的基本形式轴向拉伸或轴向压缩，剪切，扭转，平面弯曲 二、思考题提示或解答 6-1 什么是构件？什么是杆件？描述杆件的要素有哪些？杆件可以分为几种类型？工程中常见杆件是哪种杆？ 答：构件——组成建筑结构的单个物体。 杆件——指某一个方向（一般为长度方向）的尺寸远大于其另外两个方向尺寸的构件。 描述杆件的要素有横截面和轴线。 杆件可以分为直杆和曲杆，也可分为等裁面杆和变裁面杆。 工程中常见的杆件是等直杆。 6-2 学习第二篇杆件的强度、刚度、稳定性的主要任务是什么？ 答：在结构构件设计中，为解决安全可靠与经济节约这一矛盾，提供系统的力学计算原理和基本方法。 6-3 简述变形固体的概念，变形固体有哪些基本假设？ 答：变形固体是指在外力作用下能产生一定变形的固体。 变形固体的基本假设有连续性假设，均匀性假设和各向同性假设。 6-4 什么是杆件的强度、刚度和稳定性？ 答：强度是指构件抵抗破坏的能力。 刚度是指构件抵抗变形的能力。 稳定性是指构件保持原有平衡状态的能力。 6-5 杆件变形的基本形式有哪几种？结合生产和生活实际，列举一些产生各种基本变形的实例。 答：杆件变形的基本形式有轴向拉伸或轴向压缩、剪切、扭转和平面弯曲四种。

钢结构的刚度和强度

工程力学的角度上讲： 强度是指某种材料抵抗破坏的能力，即材料破坏时所需要的应力。一般只是针对材料而言的。它的大小与材料本身的性质及受力形式有关。如某种材料的抗拉强度、抗剪强度是指这种材料在单位面积上能承受的最大拉力、剪力，与材料的形状无关。 刚度指某种构件或结构抵抗变形的能力，即引起单位变形时所需要的应力。一般是针对构件或结构而言的。它的大小不仅与材料本身的性质有关，而且与构件或结构的截面和形状有关。 不同类型的刚度其表达式也是不同的，如截面刚度是指截面抵抗变形的能力，表达式为材料弹性模量或剪切模量和相应的截面惯性矩或截面面积的乘积。其中截面拉伸（压缩）刚度的表达式为材料弹性模量和截面面积的乘积；截面弯曲刚度为材料弹性模量和截面惯性矩的乘积等等。 构件刚度是指构件抵抗变形的能力，其表达式为施加于构件上的作用所引起的内力与其相应的构件变形的比值。其中构件抗弯刚度其表达式为施加在受弯构件上的弯矩与其引起变形的曲率变化量的比值；构件抗剪刚度为施加在受剪构件上的剪力与其引起变形的正交夹角变化量的比值。而结构侧移刚度则指结构抵抗侧向变形的能力，为施加于结构上的水平力与其引起的水平位移的比值等等。 强度:其法定单位是：牛/平方毫米（N/mm^2），即金属单位面积上所能承受的力的大小。指金属材料抵抗外力破坏作用的能力。可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度。 刚度：即硬度，指材料抵抗硬的物体压入自己表面的能力。其按测定方法不同可用洛氏（HR）硬度、表面洛氏（HR）硬度、维氏（HV）硬度、布氏（HB）硬度来衡量其大小，但均没单位。 刚度单位N/m应该指的是弹簧的刚度，即弹簧的弹性系数，F=KX ，F就是弹簧的工作拉(压)力，X，拉压伸长(或压缩)的长度；K，弹簧刚度。 而EI指的是杆件的抗弯刚度，单位就是E和I的单位相乘后的单位了，像你说的：E的单位是N/mm2，I的单位（如b*h^3/12)是mm4----抗弯刚度单位就是N.mm2,没有问题的，长度单位都为m抗弯刚度就是N.m2