钢结构设计 (还有计算题)

第一章 绪论

1. 公路钢桥技术的发展趋势主要有哪几点？ 大跨度钢桥将向更长，更大，更柔的方向发展

轻质高性能，耐久新型钢材品种的研制开发和应用。

大型工厂化高精度制造钢桥节段和大型施工设备的整体化安装将成为钢桥施工方法的主流。 公路钢桥设计和营建能力达到国际先进水平。

2. 钢桥根据主要承重结构的受力体系可以分为哪几类桥？各类桥的主要受力特点？

梁式桥：在竖直荷载作用下，主梁的截面只有弯矩和剪力，不产生轴力，支座指承受竖直方向的力，不承受水平力。

拱桥：在竖向荷载作用下，在拱的两端支撑处除有竖向反力外，还有水平推力，使得拱内弯矩和剪力大大减小，主要以受压为主。

钢构桥：主要承受结构为偏心受压和受弯，并兼有梁桥和拱桥的一些受力特点。

斜拉桥：将梁用若干根斜拉索拉在索塔上，斜拉索不仅为梁提供弹性支撑，而且其水平分离对梁内产生很大的轴力。

悬索桥：主要承重结构式悬索，悬索截面只承受拉力。

组合体系梁桥：承重结构系由两种或多种结构形式组合而成。 3. 钢桥的主要优缺点;

优点：具有很大的跨越能力，施工期限较短，韧性，延性好，可提高抗震，钢桥在收到破坏后，易于修复和更换，旧桥可回收，资源可再利用，利于环保。

缺点：易于腐蚀，需经常检查和按期油漆，行车时噪声和振动均较大。 4. 简述钢桥的结构与受力特点；

钢桥是高强，轻型薄壁结构，截面和自重比混凝土小，跨越能力大，同时，钢桥的刚度相对较小，变形和振动比混凝土桥大。

5. 影响钢桥疲劳的主要因素有哪些，设计时应注意什么？

主要影响因素：材质，连接方法与方式，荷载性质，应力状态，应力幅，应力比。 钢桥设计必须选用有足够韧性的刚才，尽可能避免应力集中和容易出现疲劳的构造细节，连接构造与方法。

6. 国内外港桥设计主要采用的两种设计方法？我国现行公路钢桥设计规范采用哪种，并简

述其优缺点；

7. 港桥结构内力计算原则；

结构构件的内力按弹性受力阶段确定，变形按构件毛截面计算，不考虑钉孔削弱的影响，为简化计算，可将桥跨结构划分为若干个平面系统计算，但应考虑各个平面系统的共同作用和相互影响，平面计算方法中，可采用荷载横向分布系数考虑结构空间作用的影响。 8. 制作钢桥有哪些主要材料？

主要材料有钢板和型钢等结构钢，制作钢绞线和钢索的高强钢丝，高强螺栓，制作绞和哨子的优质钢，制作支座等的锻钢和铸钢，焊条和焊丝等焊接材料。

9. 简述桥梁结构钢的主要种类及其主要力学指标；选用钢材，要综合考虑哪些因素？ 桥梁用结构钢（GB/T 714-2000） 碳素结构钢（GB/T 700） 低合金高强度结构钢（GB/T 1591）

应综合考虑结构的重要性，荷载特征，结构形式，应力状态，连接方法，钢材厚度和工作环境等。

10. 低合金结构钢的交货条件是什么？

碳，锰，硅，硫，磷，合金元素灯化学成分和屈服点，屈服强度，抗拉强度，延伸率，冷弯性等机械力学性能，以及B级钢以上的冲击韧性作为交货条件。 11. 钢桥常采用哪些型钢，分别简述各类型刚的表示方法。 角钢 工字钢 槽钢 钢管

12.钢桥结构钢强度的容许应力是如何综合确定的，为什么要考虑容许应力的提高系数？ 一般以钢材的屈服强度Fy为依据除以某一安全系数K，同时考虑结构的应力状态，板厚，构件局部稳定等的影响综合确定。 桥梁结构在设计使用期内，几种可变荷载同时或偶然荷载出现的可能性一般比经常出现的主要荷载组合要小，为了考虑不同荷载统计特性的影响。

13.解释 冷弯性能：是指钢材在常温下加工产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。 14.解释 韧性：是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，也即钢材抵抗冲击荷载的能力。

15.解释 可焊性：是指采用一般焊接工艺就可完成合格焊缝的性能。

16.解释 钢材的疲劳：在连续反复荷载的作用下，即使应力低于抗拉强度，甚至低于屈服强度，钢材也会发生破坏，这种现象称为钢材的疲劳。

17.解释 冷作硬化：冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等冷加工过程使钢材产生很大塑性变形时，提高了钢材的屈服强度，但却降低了塑性、韧性，这种现象称为冷作硬化（或应变硬化）。 18.解释 时效硬化：在高温时熔化于铁中的少量氮和碳，随着时间的增长逐渐从铁中析出，形成氮化物和碳化物微粒，散布在晶粒的滑动面上，阻碍滑移，遏制纯铁体的塑性变形发展，从而使钢材的强度提高，塑性和韧性下降。这种现象称为时效硬化，又称老化。 19.解释 应变时效：是应变硬化和时效硬化的复合作用。 20.解释 低温冷脆：当温度降至某一数值时,钢材的冲击韧性突然降低，试件断口呈现脆性破坏特征，这种现象称作低温冷脆现象。

21.解释 应力集中现象：在钢结构中，经常不可避免地有孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度或形状变化等，这时构件截面上的应力不再保持均匀分布，而在某些点上产生局部高峰应力，在另外一些点上则应力达不到净截面的平均应力，形成应力集中现象。 22.钢材硬化包括冷作硬化、时效硬化、_________。

23.钢梁式桥按主梁分为钢板梁桥、钢箱梁桥、钢桁梁桥。

24钢桥一般做成薄壁结构，应力计算应考虑剪力滞、扭转、翘曲等影响。

25.作为薄壁结构，为防止板件的局部失稳需要设置加劲肋和限制板件的宽厚比。 26..为保证钢桥的刚度，设计中需限制杆件的长细比、挠度和钢桥的宽厚比。

27.钢桥构件和连接的拉应力大小发生变化或出现拉压应力交替时要考虑疲劳的影响。

28.钢桥构件和连接的疲劳强度受材质、连接方法与方式、荷载性质、_应力状态、_应力幅和应力比的影响。

29.为保证钢桥成桥后的桥面线性尽可能与线路设计线性一致，当恒载扰度较大时，桥跨结构应设预拱度。

30.公路钢桥规范规定，当结构重力和静活载产生的竖向挠度超过跨径的_________时，桥跨结构应设预拱度

31.公路钢桥规范规定，预拱度的大小等于结构重力和1/2静活载产生的竖向挠度之和。 32.当钢桥跨长超过桥宽的20倍时，应该验算桥梁结构的横向稳定。 33.国内外钢桥设计方法主要有容许应力法和半概率极限状态两种。

34.钢桥结构失效不能采用单一极限状态表达，一般应包括强度破坏极限状态、使用极限状态、和疲劳破坏极限状态的三个极限状态。

35.钢桥结构构件的计算包括强度、整体稳定性和疲劳强度计算。

36.钢桥常用的疲劳验算方法有疲劳容许应力和疲劳容许应力幅两种方法。 37.当疲劳应力（最大、最小应力）均为压应力时，可不验算疲劳。

38.桥梁结构钢的主要机械力学性能有屈服强度、抗拉强度、延伸率和冷弯等。 39.B、C、D、E级钢的冲击韧性温度分别为20℃、0℃、-20℃和-40℃、，要求V形缺口冲击功Akv大于等于27J。

40.钢桥的主要受力构件一般采用Q345钢。

41.钢材等级方面，应注意防止出现脆性破坏和疲劳破坏，根据桥梁结构的_________合理选择钢材等级。

42.衡量钢材塑性的好坏的主要指标是________和_________。

第二章 钢桥连接

1. 焊接有哪些优缺点？

对钢材从任何方位，角度和形状相交都能方便使用。 不需要连接板，连接角钢等。 一般无需开孔，不使截面削弱。

构造简单，节省钢材，制造方便，便于采用自动化操作。 缺点：高温形成影响大，材质较脆。

不均匀的高温和冷却形成参与压力和残余变形，影响结构承载力，刚度的使用性能。 出现夹渣，咬边等情况，影响疲劳强度。 相对高温螺栓，韧性塑性差，脆性大。

2. 简述普通螺栓连接和高强度螺栓连接的拧紧方式与传力机理。

普通螺栓用普通扳手拧紧，通过螺杆承受剪力和杆件孔壁乘压力或者螺杆受拉来传力。 高强度螺栓用高强度钢材制成并经热处理，用特制的，能控制扭矩或螺栓拉力的扳手拧。 使用螺栓有较高的规定预拉力值，相应的把被连接的板件高度夹紧，使部件接触面产生很大的摩擦力，主要通过摩擦力或者板件间的预压力来传力。 3. 普通螺栓连接分哪两类，分述各自的优缺点及适用范围。

C级螺栓连接：优点、结构的装配和螺栓装拆方便，操作不需复杂的设备，并比较适于承受拉力。缺点，受剪性能较差，各个螺栓受力不均匀。

常用语承受拉力的安装螺栓连接，次要结构和可拆卸结构的受剪连接以及安装的临时连接。 A,B级螺栓连接：优点，受力和抗疲劳性能较好，连接变形较小。缺点，制造和安装都较费工，价格昂贵。

可用于承受较大的剪力，拉力的安装连接。

4. 简述摩擦型高强螺栓连接如何抵抗外荷载以及它的设计强度标准。

由螺栓拧紧力所提供的摩擦力抵抗外荷载，即保证连接在整个使用期间剪力不超标。 以产生急剧变形时的荷载作为设计强度标准。

5. 简述承压型高强螺栓连接抵抗外荷载，什么情况下的荷载作为受剪的极限承载力。 承压型高强螺栓连接，受剪设计时只保证在正常使用荷载下，外剪力不超过最大摩擦力。 以杆身剪切或孔壁承压破坏时的荷载作为连接受剪的极限承载力。

6. 那类高强螺栓连接在钢桥的工地安装连接中得到广泛应用，原因是什么？ 摩擦型高强度螺栓连接

由于始末保持板件接触面间摩擦力不被克服和不发生相对滑移，因而其整体性和刚度好，变形小，受力可靠，耐疲劳。

7. 焊缝连接中，按焊体钢材的连接方式可分为哪些接头形式；按焊缝的本身构造分为哪些

形式；

按焊体钢材的连接方式：对接接头，搭接接头，T形接头，角接接头。 按焊缝本身构造：角焊缝，全熔透坡口焊，部分熔透坡口焊。

8. 简述焊缝连接缺陷的定义，并例举常见的缺陷。其中哪种缺陷对受力的危害性最大，为

什么？

定义：指焊接过程中产生于焊缝金属或邻近热影响区刚才表面或内部的缺陷。 常见缺陷：裂纹，焊瘤，烧穿，弧坑，气孔，夹渣，咬边，未融合，未焊透等。 裂纹危害最大，因为会产生严重应力集中并易于扩展引起断裂。 9. 焊缝根据什么分级？简述各级焊缝的检查方法。 按其检验方法和质量要求分级。

三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查，符合三级质量标准。

二级，一级焊缝还要求一定数量的超声波或射线，拍片检验并符合相应级别的质量标准。 10. 简述焊缝连接层状撕裂防治措施。

采用较小的焊缝坡口角度及间隙，并满足焊透深度要求。 在角焊缝中，采用对称坡口或偏向于侧板的坡口。 采用对称坡口。

在T形或角接接头中，板厚方向承受焊接拉应力的板材伸出焊缝区。

在T形，十字形及角接接头中，采用过渡段，以取代T形，十字形接头。 11. 为减少焊缝残余应力和残余变形，从设计角度考虑，应采取什么措施。 尽量减少焊缝的数量和尺寸。

避免焊缝过分集中或多方向焊缝相交于一点。

焊缝尽可能对称布置，连接过渡尽量平滑，避免截面突变和应力集中现象。 搭接连接中搭接长度大于5T及25MM，且不应只采用一条正面角焊缝来传力。 焊缝应布置在焊工便于达到和施焊的位置，并有合适的焊条运转空间和角度，尽量避免仰焊。 12. 为减少焊接参与应力和残余变形，从焊接工艺角度考虑，应采取什么措施。 采用适当的焊接顺序和方向。 先焊收量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝，则受力较大的焊缝在焊接和冷却当中有一定范围的收缩余地，可减小焊接残余应力。 预变形 预热，后热 高温回火

用头部带小圆弧的小锤轻击焊缝，使焊缝得到延展，也可降低焊接残余应力。

13. 角焊缝按受力方向可分为哪几类焊缝。其中哪类焊缝不适用于对疲劳要求较高的钢桥连

接，为什么？

平行于受力方向的焊缝，垂直于受力方向的端角焊缝，倾斜于受力方向的斜向角焊缝，几个方向混合使用的周围角焊缝。

端角焊缝不适用于对疲劳要求较高的钢桥连接。原因，端角焊缝的刚度较大，变形较小，塑性较差，性质较脆，疲劳强度低。

14. 什么情况下可采用部分熔透坡口焊缝，其优点是什么？ 钢构建中板件较厚而且板件间受压的面接触连接，焊缝主要起联系作用时，可采用部分坡口焊接。

优点：大大减小焊接截面，从而减小焊接残应力和变形，并且节省焊条。 15. 坡口焊缝焊接时，在焊缝两端设置引弧板的目的是什么？ 目的：为了减小每条焊缝的两端常因焊接时起弧，灭弧的影响而较易出现弧，为熔透等缺陷，