行的元件组成，共同承担拉力，那么此杆也是多路径的。从控制跪断的角度考虑，它优于单路径杆。
构造设计虽然在整个工程中属于细节，并不等于可以等闲视之。构件相互连接之处往往形成应力集中或局部应力，处理不好就会影响结构的承载能力。构造设计是十分细微的间题，要求设计者精心处理。首先，就受力情况来说要注意以下几点:
（1）传力要明确。在整个传力过程中，各个零件的受力情况都应加以考虑，不使某一个负担过重。连接构造的实际性能应尽量和计算分析时的简图一致，有多余的约束时，应不致对结构起不利作用。
（2）构件互相连接的节点应尽可能避免偏心，不能完全避免时应考虑偏心的影响，
（3）尽量减缓应力集中，对承受疲劳荷载的结构、处于低温的结构更应注意，不能忽视任何一个细小零件。 （4）要考虑结构或零件变形的影响，如变形引起的次应力和变形引起的应二)分布不均匀等。 （5）避免在结构内产生过大的残余应力，尤其是约束造成的残余应力，要避免焊缝过度密集。
（6）沿厚度方向可能出现层间撕裂，偏析集中区容易出现裂纹，这些都应成为设计时考虑的因素，应予以注意。
2.以“鸟巢”结构用钢Q460E-Z35，厚110mm为例，综述GB50017对钢结构钢材的规定；分析超过要求时设计、施工方面存在哪些问题?
\鸟巢\结构主体用钢：Q460E-Z35，由我国河南舞阳钢铁集团生产；总用钢量42000余吨。此时要求钢材的抗拉强度与屈服强度的比值不应小于1.2，伸长率大于20%，-40℃时的冲击功不低于34 J，板厚方向截面收缩率不小于Z35，同时，严格控制碳当量，经过严格的焊接工艺评定，使其具有良好的可焊性。这是在中国建筑工程中首次采用Q460钢材。对于Q460E、Q345D 特殊高强材质钢结构焊接和130毫米厚的铸钢件厚板焊接，工业安装公司和项目部经过共29次焊接工艺评定试验，在现场首次采用可以大大提高工效的CO2 气体保护焊。Q460是一种低合金的高强度钢，比通常的建筑用钢材强度超出1倍。而且在国家标准中，这种钢板的最大厚度为100毫米。 由邯郸钢铁集团舞阳钢铁公司自主研发生产的110mm低合金高强度Q460厚钢板，具有良好的抗震能力，因为它在受到强大外力时能够通过变形来吸收能量，从而防止钢材的断裂，而且它还具有良好的抗震性、抗低温性、可焊性等特点。Q460 钢通过现代冶炼技术，在保证高强度的同时，也具有很高的韧性，-40℃冲击韧度达到100J以上。这种钢的强度是普通钢材的两倍，性能达到最高级别，集刚强、柔韧于一体，保证其在承受最大460兆帕的外力后，依然可以恢复到原有形状。晶粒是钢材的组织或者成分，晶粒越细，钢材的韧性越好。细化的手段一个是降低轧制温度，另一个是增加压下量。降低轧制温度对细化晶粒非常有益。比如，原先晶粒是一个球状，经过轧制，钢板变长，晶粒也会随之相应变长并且表面积增大，在适宜的温度条件下，晶粒表面会再结晶，形成许多新的晶粒，这样就将晶粒细化了。
而增加压下量可以使晶粒进一步细化。压下量就是将钢坯压薄时压下的尺寸，比如钢坯开始的厚度是100毫米，用机器将它压到80毫米，那压下量就是20毫米。通过增加压下量这个参数，在其他条件不变的情况下，可以使晶粒的表面积更大，这样可以形成更多的结晶，
使晶粒更加细化。鸟巢”333.4米的大跨度，受力非常大，还要承受南北长轴巨大的应力，采用的钢板焊接既要钢的强度有张力，又要柔韧有拉力，还要能抗低温、易焊接又不能自重太重。这种钢材国内是个空白。从工程的实际需求出发，Q460E是最好的选择。这是一种低合金高强度钢，比通常的建筑用钢强度超出一倍 。
设计角度存在的问题：国家体育场（鸟巢）工程用钢最大板厚达110mm（Q460E—Z35），大量钢结构工程采用厚钢板，促进了厚钢板焊接技术的发展，同时也丰富了建筑用钢的范围，目前国内现行标准如 GB/T 1591—1994《低合金高强度结构钢》和 YB 4104—2000《高层建筑结构用钢板》规定的钢板厚度最大仅为 100mm，这种钢材的力学性能、焊接性能等各方面都超出了《建筑结构用钢板》（GB/T 19879-2005）中规定的范围。因此，在结构设计中材料性能指标的选取，焊接性能以及层间撕裂等成为“鸟巢”建设施工中的难点。 1、材料性能指标的选取
（1）对于抗力分项系数 和材料的强度指标。
（2）对于压杆稳定问题、构件截面受压板件的有效宽厚比问题。
（3）确定合适中国规范的抗力分项系数。以上三点须根据一定的可靠指标，对足够多的实验进行概率统计和回归分析确定。
钢板的力学性能与板厚和碳当量的关系，对于薄板来说，存在比较明显的线形关系，即 屈服点和抗拉强度随着碳当量的增加而升高，随着钢板厚度的增加而降低，延伸率则正好相反，随着碳当量的增加而降低，随着钢板厚度的增加而增加。那么，这种规律对于舞阳钢铁公司生产的特厚钢板是否也适用呢？为了得到这个结论，我们可以对近几年生产的热轧钢板的性能进行研究，确定特厚钢板力学性能与板厚和碳当量的定性关系。通过分析，可以看出，钢板力学性能和厚度没有什么必然关系，而和碳当量存在着明显的线形相关。 2、焊接性能
厚钢板的切割 试验表明：厚钢板切割时，液化石油气切割与乙炔气切割相比，预热时间叫长，切割速度较慢，但切割面光滑，不渗碳，成本下降15%以上，比较经济安全。 厚钢板的对接焊接 厚钢板的对接采用双U型坡口埋弧自动焊，厚钢板的对接只允许在长度方向对接。厚钢板焊接坡口采用龙门刨刨削而成，加工后用样板检查坡口尺寸，后钢板对接在专用平台上进行，以保证对口错边 t/25且不大于2mm，t为钢板厚度。厚钢板对接定位后，在焊道两侧100mm范围内的母材用每隔500mm设置点电炉板一块，均匀加热至100℃左右，停止加热20分钟，以利于热量向板中心传递，然后继续加热至150℃，测温点改在焊道两侧100mm边远处。厚钢板剖口焊中钝边6mm，主要防止焊穿，为控制焊接变形，工艺要求先焊正面t/3，然后翻转工件，采用碳弧气剖清根后，用砂轮打磨清除渗碳层与溶渣，直至露出金属光泽后再采用热磁粉探伤法进行底部的MT探伤，待确定无裂缝后进行反面焊缝（约t/3）的施焊。 3、层间撕裂问题
厚钢板在焊接和受力过程中的层间撕裂现象时有发生，严重影响钢结构工程的质量与施工进度。如何防止厚钢板发生层间撕裂已成为设计和制作人员十分关注的问题。层间撕裂发生的原因主要与钢材的化学成分，钢板的辊轧工艺，焊接工艺，结构连接节点的构造型式等有关。防止产生层间撕裂的措施有： （1）改进焊接节点的连接形式 改进焊接节点的连接形式以减小局部区域内由于焊接收缩而引起的应力集中，或避免使钢板在板厚垂直方向受拉。如：当两块板垂直相焊形成角连接时，应采用下图2.1所示做法。
图2.1 层间撕裂及其防止
（2）采用合理的焊缝形式和小焊脚焊缝 焊缝形式对基材变形有很大的影响。坡口焊缝的坡口越大，焊缝表面积也越大，将增加收缩应力。焊缝的尺寸对基材变形也有很大的影响，不要随意增加焊缝尺寸。如果认为焊缝尺寸越大，节点强度就越高，因而设计出远高于实际需要的焊缝形式和尺寸，将会增加焊缝的收缩变形。
（3）选择屈服强度低的焊条 只要能满足受力要求，应尽可能选择屈服强度低的焊条。这样会使得基材应力达到屈服点时，焊缝金属内的应力还大大低于屈服应力，因此，所有的变形都被迫发生在基材里。
施工方面问题：厚钢板施工时关键是防止由于焊接而产生的裂纹和减少变形，因此，应对该钢种的焊接考虑采取措施以降低其冷裂倾向。应主要考虑以下几点：
（1）选用合理的坡口形式，如尽量选用双 U 形或 X 形坡口，如果只能单面焊接，应在保证焊透的前提下，采用小角度、窄间隙坡口，以减小焊接收缩量、提高工作效率，降低焊接残余应力。
（2）合理的预热及层间温度。 （3）后热及保温处理。
3.何为冷弯效应？试叙述《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018）是对冷弯效应如何考虑的。
一．冷弯效应
冷成型截面的力学性能有时候与冷成型前的钢片、钢带、钢条、钢板有相当大的区别，这是因为冷成型过程提高了屈服点和抗拉强度同时降低了塑性，这就是冷弯效应。冷弯型钢是用轧制好的薄钢板加工弯成的。冷弯成型时钢板都经受一定的塑性变形，并出现强化和硬化。如下图15.1所示卷边槽钢，冷弯成型后弯角部分屈服点大幅度提高，抗拉强度也有所提高，提高幅度如何和加工成型的工艺很有关系，压制成型者平板部分屈服点没有明显提高。
图15.1 冷弯型钢屈服点提高
弯角部分的塑性变形，外侧沿圆弧方向为拉伸，沿半径方向为压缩，内侧则沿弧度线压缩，而沿半径拉伸。这些塑性变形都是垂直与构件受力方向的，对构件抗拉和抗压性能的影响相同。材料弯成圆角时半径和板厚之比r/t越小，塑性应变越大，屈服点提高幅度也越大。
抗拉强度提高的程度比屈服点提高的程度要小得多，因此冷弯效应减小了屈服强度与抗拉强度之间的范围。由于截面角部材料冷加工的程度远高于平板部分。横截面上不同部分的力学性能是不同的。由于平板部分材料屈服点低于角部，屈曲或屈服总是始于平板部分。施加在截面上的任意附加荷载将转移至角部。
由于冷加工导致的力学性能的改变主要是由应变硬化和应变时效引起的，还有直接包辛格(Bauschinger)效应及包辛格逆效应。 二．冷弯薄壁型钢结构中的有效宽度 1．宽梁的有效宽度
薄而宽的梁承受集中荷载时，需要考虑翼缘因剪切滞后而造成的应力分布不均匀，在设计工作中考虑剪切滞后造成的翼缘应力非均匀分布，可以采用有效宽度be来代替 的办法，这样可认为在be范围内应力都达到ζmax。关于be的取值，G.Winter用弹性理论进行分析，得到图15.2的曲线，包括跨中承受集中荷载和全跨均布荷载两种情况。由图可见，当梁承受均布荷载时，除L/b<5的特短梁外，可以不考虑剪切滞后的影响，即be＝b。但是，中央
承受集中荷载的梁，一般都要以小于实际宽度的be来代替b。根据F.B.Hildebrand等的研究，剪切滞后不仅和荷载分布及梁的L/b有关，还和材料的
G/E及截面参数有关。美国AISI规范所采取的be值为
图15.2 翼缘的有效宽度
图15.2中的虚线，用于承受单个集中荷载的梁以及承受间距大于b的多个集中荷载的梁。梁的长度L达到或超过15b时，be＝b。当翼缘带卷边时，应把两侧的卷边宽度包括在b之内。
2.加劲板件的有效宽度
加劲板件的屈曲后强度来源于薄膜拉力。目前计算薄而宽的加劲板件受压承载能力常采用有效宽度的办法，有效宽度为板件平直宽厚比超过某一限值时，计算受弯构件、受压构件截面特性时所用的折减设计宽度。把在宽度b上分布不均匀的应力图集中到板的两侧，应力都是fy，即得有效宽度。
be?b??av/fy
如图15.3所示。
图15.3 屈曲后应力分布和有效宽度
GB50018规范对有效宽度随板件宽厚比的变化见图14.4的实线，虚线则代表完善板。
αρ
图15.4 GB50018规范板件有效宽度 有效宽度的计算公式都和板应力有关。因此，同一块板的有效宽度在不同受力阶段时不同的。用于强度计算时ζmax应取设计荷载的应力，而在挠度计算时则取标准荷载产生的应力。