钢结构第5章在线测试及答案（钢结构脆性破坏特点）

钢结构脆性破坏是材料在承受外力作用下突然断裂的现象，具有以下特点：1. 强度低；2. 塑性变形小；3. 无明显的屈服阶段；4. 断裂前无明显征兆。

一、单项选择题（每题2分，共20分）

1. 大跨度结构采用钢结构的主要原因：大跨度结构常采用钢结构是因为钢材的轻质高强，答案为B。钢结构的轻质高强特性使其在大跨度结构中能够有效地承受荷载，同时减轻结构自重，相比其他材料更具优势。
2. 钢结构承载能力极限状态的定义：钢结构的承载能力极限状态是指结构达到最大承载力产生破坏，答案为C。这意味着当结构承受的荷载达到使其无法再继续承载的程度，发生破坏时，就达到了承载能力极限状态。
3. 钢号Q345A中数字的含义：钢号Q345A中的345表示钢材的fy值，答案为C。fy即屈服强度，是钢材的一个重要力学性能指标。
4. 结构钢材最易发生脆性破坏的应力状态：结构钢材最易发生脆性破坏的应力状态为三向同号等值拉应力作用，答案为A。在这种应力状态下，钢材内部的微裂纹容易迅速扩展，导致脆性破坏。
5. 钢材塑性破坏的特点：钢材塑性破坏的特点是变形大，答案为D。塑性破坏过程相对缓慢，有明显的变形阶段，与脆性破坏形成鲜明对比。
6. 普通螺栓抗剪工作时的要求：普通螺栓抗剪工作时，要求被连接构件的总厚度≤螺栓直径的5倍，是防止螺栓杆弯曲破坏，答案为A。如果被连接构件总厚度过大，螺栓在承受剪力时容易发生弯曲，影响连接的可靠性。
7. 焊接残余应力不影响的构件性能：焊接残余应力不影响构件的静力强度，答案为B。但是会对构件的整体稳定性、刚度和局部稳定性产生影响。
8. 动荷载作用下侧面角焊缝的计算长度限制：在动荷载作用下，侧面角焊缝的计算长度不宜大于40hf，答案为A。这一限制是为了保证侧面角焊缝在动荷载作用下的承载能力和可靠性。
9. 确定轴心受压实腹柱腹板和翼缘宽厚比限值的原则：确定轴心受压实腹柱腹板和翼缘宽厚比限值的原则是等稳定原则，答案为B。通过等稳定原则来确保构件在不同方向上的稳定性一致，提高整体结构的安全性。
10. 发生弯扭屈曲的理想轴心受压构件截面形式：发生弯扭屈曲的理想轴心受压构件截面形式为单角钢截面，答案为B。单角钢截面由于其不对称性，在受压时容易发生弯扭屈曲现象。

二、填空题（每题1分，共10分）

1. 在弯矩作用下，摩擦型高强度螺栓群的中和轴位于螺栓群的形心轴。
2. 在结构承载能力极限状态计算时，应采用荷载的设计值。
3. 型钢代号L100×8中，L表示等边角钢。
4. Q235B钢中的235表示屈服强度标准值为235MPa。
5. 动力荷载作用下钢材抵抗脆性破坏的性能指标为冲击韧性。
6. 部分T型钢是半个H型钢。
7. 在计算两端简支工字形轴压柱板的临界应力时，它的支承条件简化为四边简支。
8. 在承受静力荷载的角焊缝中，侧面角焊缝的强度设计值比正面角焊缝低。
9. 工字形截面梁按弹性设计时，应使翼缘的宽厚比b1/t1≤15。
10. 由于没有给出格柱截面图，关于虚轴无法准确回答。

三、简答题（共30分）

1. 钢结构的破坏形式及特点（7分）
   • 钢结构的破坏形式主要有塑性破坏和脆性破坏两种。
   • 塑性破坏特点：
     • 变形大，在破坏前有明显的塑性变形阶段，能够给人以明显的警示。
     • 破坏过程相对缓慢，持续时间较长。
     • 破坏时构件的应力达到材料的屈服强度后，随着变形的增加，应力会维持在屈服强度附近波动，直到构件完全破坏。
   • 脆性破坏特点：
     • 变形小，往往在没有明显变形的情况下突然发生破坏。
     • 破坏经历时间非常短，具有突发性。
     • 破坏时的应力可能低于材料的屈服强度，在一些不利的应力状态下，如三向同号等值拉应力作用下容易发生，而且一旦发生，后果往往比较严重。
2. 影响钢材机械性能的主要因素及影响（8分）
   • 化学成分：
     • 碳（C）：碳含量增加，钢材的强度提高，但塑性、韧性和可焊性降低。适量的碳含量可以保证钢材的强度要求，但过高会影响钢材的其他性能。
     • 锰（Mn）：锰能提高钢材的强度和硬度，同时还能改善钢材的热加工性能和可焊性。
     • 硅（Si）：硅可以提高钢材的强度，但对塑性和韧性有一定影响。
     • 磷（P）、硫（S）：磷和硫是钢材中的有害元素。磷会使钢材的冷脆性增加，硫会使钢材的热脆性增加，降低钢材的质量。
   • 钢材的冶金缺陷：如偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹等，这些缺陷会降低钢材的强度、塑性和韧性，使钢材的性能不均匀，容易在缺陷处产生应力集中，从而导致钢材过早破坏。
   • 钢材的硬化：
     • 冷作硬化：钢材经冷加工（如冷拉、冷弯等）后，屈服点提高，塑性降低。这是因为冷加工过程中钢材内部的晶体结构发生了变化，产生了内应力。
     • 时效硬化：钢材在长期放置或使用过程中，由于内部的氮、碳等元素的扩散，会使钢材的强度提高，塑性降低。
   • 温度影响：
     • 常温下，钢材的性能相对稳定。
     • 在低温环境下，钢材的韧性降低，容易发生脆性破坏。随着温度的降低，钢材的屈服强度和抗拉强度会有所提高，但塑性和韧性下降明显。
     • 在高温环境下，钢材的强度随温度升高而降低，当温度达到一定程度（如600 - 700°C左右）时，钢材的承载能力会显著下降，同时塑性增大。
   • 应力集中：当构件存在孔洞、缺口、截面突变等情况时，会产生应力集中现象。应力集中处的应力远高于平均应力，会使钢材在较低的平均应力下就可能发生破坏，降低钢材的承载能力，并且会加速疲劳裂纹的产生和扩展，对钢材的疲劳性能影响较大。

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