华中科技大学土木工程与力学学院钢结构设计原理考试B卷闭卷答案.docx
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华中科技大学土木工程与力学学院钢结构设计原理考试B卷闭卷答案
华中科技大学土木工程与力学学院
2007〜2008学年度第一学期成绩
学号专业班级姓名
单选题（1分*20=20分）
1.在钢结构设计中应力用许达到的最大限值是（）。
A.屈服点fyB.比例极限fpC.抗拉强度fuD.伸长率
2.
大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（）。
A.材质均匀B.强度高重量轻
C.密封性能好D.制造工厂化
3.钢材内部除含有铁、碳外，还含有害元素是（
A.硫、磷、镍、铝
C.氧、氮、硫、磷
4.
焊接结构疲劳强度的大小与
薄
9.对提高工字形截面梁的整体稳定性作用最小的是（）。
A.增加腹板厚度B.约束梁端扭转
C.设置侧向支撑D.加宽梁的受压翼缘
10.在梁中设置横向加劲肋主要防止（）可能引起的腹板失稳。
A.弯曲压应力和剪应力B.局部压应力和剪应力
C.局部压应力和弯曲压应力D.弯曲压应力、剪应力和局部压应力
11.经济梁高he是指（）。
A.强度与稳定承载力相等时梁的截面高度；
B.挠度等于规范限值是梁的截面高度；
C.用钢量最小时梁的截面高度；
D.腹板与翼缘用钢量相同时梁的截面高度。
12.为提高轴心压杆的整体稳定，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（）。
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
13.规范规定实腹式轴心受压构件确定板件宽厚比的原则是（）。
A.等厚度原则B.等刚度原则
C.等强度原则D.等稳定原则
14.规定轴心受压缀条柱的单肢长细比入W0.7max（?
max为柱两主轴方向最大长
细比）是为了（）。
B.使两单肢能共同工作
D.构造要求
A.保证柱的整体稳定
C.避免单肢先于整个柱失稳
b）
a）图1-2
17.实腹式压弯构件腹板的局部失稳主要与其压应力不均匀分布的梯度有关，最大应力b1相等，构件其他条件均相同的情况下，图1-3中的腹板局部稳定临界应力最低的是（）。
18.钢结构的承载力极限状态是指（）0
A.结构发生剧烈振动B.结构的变形已不能满足使用要求
C.结构达到最大承载力产生破坏D.使用已达50年
19.在工业厂房排架结构中使用梯形钢屋架时，关于刚性系杆和柔性系杆的设置叙述正确的是（）0
A.在屋架上弦平面内，屋脊处应设置刚性系杆，两端应设置柔性系杆；
B.在屋架下弦平面内，两端支座处应设置柔性系杆，跨中应设置刚性系杆；C.在屋架上弦平面内，屋脊和两端都应设置刚性系杆；
D.在屋架下弦平面内，两端支座处和跨中都应设置柔性系杆。
20.
确定梯形钢屋架节点板厚度的依据是
A.上弦杆的最大轴力
C.腹杆的最大轴力
二、填空题（1分*10=10分）
Pf。
1.可靠度指标3愈大，失效概率
2.钢材随时间进展，其强度提高，塑性韧性下降，称为；钢材超过弹性范围内重复加载、卸载，钢材的屈服点提高，塑性韧性降低的现象，称为
3.轴心受力板件用对接斜焊缝连接时，只要使焊缝轴线与力N的夹角0满足
时，对接斜焊缝的强度就不必进行计算。
4.产生纵向焊接残余应力的主要原因是。
5.普通螺栓连接，限制端距e>2do的目的是为了避免板件破坏。
6.梁的最小高度是由控制的。
7.有初弯曲的轴心受压构件其承载力总是欧拉临界力。
8.对轴心受力构件，正常使用极限状态是控制结构的。
9.压弯构件在弯矩作用平面内整体稳定计算公式中的WXi表示
三简答题（20分）
1.高强度螺栓摩擦型连接与承压型连接有什么区别？
（5分）
3.轴心受压构件在何种情况下采用高强度钢比较有利？
说明理由。
（4分）
4.单向压弯构件的整体稳定需进行什么验算？
失稳的形式有哪些？
它们分别属于第几类稳定问题？
（5分）
四、计算题（50分）
1•试计算图4-1所示角焊缝连接的焊脚尺寸hf=?
（12分）
已知、连接承受经历荷载设计值P=210kN,N=250kN，钢材采用Q235B钢，焊
w2
条为E43型，不考虑起落弧的缺陷，ff=160N/mm。
图4-1
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
3
C■
0
2、如图4-2所示高强度螺栓摩擦型连接，F=400kN，被连接件钢材选用Q235B钢，高强度螺栓采用10.9级M20，螺栓的设计预拉力P=155kN，接触面喷砂后涂无机富锌漆，抗滑移系数卩为0.35，试验算此连接的承载力。
（11分）
3.如图4-3所示某简支梁跨长为6m,承受静力集中荷载，恒载标准值P=100kN（包括梁自重）
的容许挠度为
图4-2
，活载标准值为F=130kN，钢材为Q345钢，截面选用150a,梁
1/300。
若梁的整体稳定满足要求，试验算该受弯构件设计是否合
22
理。
已知、f
=295N/mm，fv=170N/mm，Ix=46472cm4，WX=1858.9cm3，S=11084.1cm3,tw=12mm,X=1.05.（12分）
心/235
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
60
0.807
0.802
0.797
0.791
0.786
0.780
0.774
0.769
0.763
0.757
70
0.751
0.745
0.739
0.732
0.726
0.720
0.714
0.707
0.701
0.694
80
0.688
0.681
0.675
0.668
0.661
0.655
0.648
0.641
0.635
0.628
b类截面轴心受压构件的稳定系数9
◎b-询-44000235Ptx=[
NjPtxMx1申yAWbWx一
中科技大学土木工程与力学学院
2007〜2008学年度第一学期成绩
学号专业班级姓名
单选题（1分*20=20分）
1.在钢结构设计中应力用许达到的最大限值是（
A.屈服点fyB.比例极限fpC.
2.大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（
A0。
抗拉强度fuD.伸长率
B）。
A.材质均匀B.强度高重量轻
C.密封性能好D.制造工厂化
3.钢材内部除含有铁、碳外，还含有害兀素是（
A.硫、磷、镍、铝
C.氧、氮、硫、磷
4.焊接结构疲劳强度的大小与
C
B.硫、磷、硅、
D.镍、铬、铌、
D）关系不大。
A.残余应力大小
C.连接的构造
5.图1-1所示截面尺寸为100X8的板件，在端部用两条侧面角焊缝焊在10mm厚的节点板上，两板件板面平行，焊脚
L尺寸为6mm,其最小焊缝长度的构造要求为（D
C.80mm
B.应力循环次数
D.钢材种类
A.40mm
B.60mm
0。
D.
100mm
6.摩擦型高强螺栓连接受剪破坏是作用剪力超过了（B
抗拉强度，B.连接板件间的摩擦力，
C.连接板件间的毛截面强度，D.连接板件间的孔壁承压强度
7.高强度螺栓摩擦型连接，当预拉力P=125kN时，单个螺栓的抗拉承载力设计值不得大于（C）0
A.125kNB.90kNC.100kN
8.采用螺栓连接时栓杆发生剪断破坏，是因为（
A.栓杆较细B.截面削弱过多
薄
9.对提高工字形截面梁的整体稳定性作用最小的是（，
A.增加腹板厚度B.约束梁端扭转
C.设置侧向支撑D.加宽梁的受压翼缘
10.在梁中设置横向加劲肋主要防止（B）可能引起的腹板失稳。
A.弯曲压应力和剪应力B.局部压应力和剪应力
C.局部压应力和弯曲压应力D.弯曲压应力、剪应力和局部压应力
）。
图1-1A.螺栓的
D.110kN
A0。
C.边距较小
A）。
D.钢板较
11.经济梁高he是指（C）。
A.强度与稳定承载力相等时梁的截面高度；
B.挠度等于规范限值是梁的截面高度；
C.用钢量最小时梁的截面高度；
D.腹板与翼缘用钢量相同时梁的截面高度。
12.为提高轴心压杆的整体稳定，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
13.规范规定实腹式轴心受压构件确定板件宽厚比的原则是（D）。
B.等刚度原则
D.等稳定原则
?
1<0.7max（Zmax为柱两主轴方向最大长
A.等厚度原则
C.等强度原则
14.规定轴心受压缀条柱的单肢长细比细比）是为了（C）。
B.使两单肢能共同工作
D.构造要求
A.保证柱的整体稳定
C.避免单肢先于整个柱失稳
川川1
rnTmToi
J-N—L」
-A.—
15.实腹式轴心受拉构件计算的内容有、
A.强度
1-3
19.在工业厂房排架结构中使用梯形钢屋架时，关于刚性系杆和柔性系杆的设置
叙述正确的是（A
A.在屋架上弦平面内，屋脊处应设置刚性系杆，两端应设置柔性系杆；
B.在屋架下弦平面内，两端支座处应设置柔性系杆，跨中应设置刚性系杆；C.在屋架上弦平面内，屋脊和两端都应设置刚性系杆；
D.在屋架下弦平面内，两端支座处和跨中都应设置柔性系杆。
20.
C）。
B.下弦杆的最大轴力
D.屋架的支座反力
确定梯形钢屋架节点板厚度的依据是（
A.上弦杆的最大轴力
C.腹杆的最大轴力
二、填空题（1分*10=10分）
Pf低。
1.可靠度指标P愈大，失效概率
2.钢材随时间进展，其强度提高，塑性韧性下降，称为时效硬化：
钢材超过弹
性范围内重复加载、卸载，钢材的屈服点提高，塑性韧性降低的现象，称为冷作硬化。
3.轴心受力板件用对接斜焊缝连接时，只要使焊缝轴线与力N的夹角0满足
W563时，对接斜焊缝的强度就不必进行计算。
4.产生纵向焊接残余应力的主要原因是施焊时焊件上出现冷塑和热塑区。
5.普通螺栓连接，限制端距e>20的目的是为了避免板件板端冲剪破坏。
6.梁的最小高度是由挠度（刚度）控制的。
7.
有初弯曲的轴心受压构件其承载力总是小于欧拉临界力。
毛截面模量。
三简答题（20分）
5分）
1.高强度螺栓摩擦型连接与承压型连接有什么区别？
（
答、高强度螺栓摩擦型连接的板件间无滑移，靠板件接触面间的摩擦力来传递剪力，而承压型高强螺栓容许被连接板件间产生滑移，其抗剪连接通过螺栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力，所以高强度螺栓承压型连接比摩擦型连接抗剪承载力大，但变形也大。
答、合理的焊缝设计、合理的选择焊缝的尺寸和形式，尽量减少焊缝的数量和尺寸；合理安排焊缝位置和施焊顺序；避免焊缝的过分集中和交叉；尽量避免母材在厚度方向的收缩应力。
合理的工艺措施、采用合理的施焊顺序和方向；采用反变形法减小焊接变形或焊接应力；锤击或碾压焊缝使焊缝得到延伸；小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理。
3.轴心受压构件在何种情况下采用高强度钢比较有利？
说明理由。
（4分）
答、轴压构件一般由稳定控制。
长细比较小的轴心压杆截面应力在屈曲前已超过钢材的比例极限，构件处于弹塑性阶段，此时临界应力与材料强度有关,所以短粗构件（长细比较小aE'p）采用高强度的钢材比较有利，能提高杆件承载力。
4.单向压弯构件的整体稳定需进行什么验算？
失稳的形式有哪些？
它们分别属于第几类稳定问题？
（5分）
答、单向构件的整体稳定需进行弯矩作用平面内、外的两类稳定的验算。
因为构件可能产生弯矩作用平面内弯曲屈曲，也可能在弯矩作用平面外弯扭屈曲,
失稳的形式与构件的抗扭刚度和侧向支承的布置等情况有关，弯矩作用平面内为极值型稳定，即属于第二类稳定问题；弯矩作用平面外为分枝型稳定，属于第一类稳定问题。
四、计算题（50分）
1•试计算图4-1所示角焊缝连接的焊脚尺寸hf=?
已知、连接承受经历荷载设计值P=210kN,N=250kN，钢材采用Q235B钢，焊
条为E43型，一条焊缝的计算长度lw=300mm，
0'
/
F
1001
A
1
N
0
■■1——*
I12
I
Tf
_V
helw
w2
ff=160N/mm。
（伐分）
【解】、
分）
N
O'
N=250kN,V=P=210kN,
M=210X0.1=21kN.m（1
__N
helw
6M
210X103
250X103
595
20.7xhf咒300
6X21X106
=2
2%0.7天=x3002
500
2x0.7xhfX300hf图4-1
I1.22丿
+if2hf
1000
-hf
弓95+10003
厶
+
500"
11.22hf丿
1
Ihf丿
由公式
<160N/mm2
139972<160=hf=8.75mmhf
hfmin=1.5V12=5.2mm
根据、hfmax=1.2x10=12mm取、hf=10mm
2、如图4-2所示高强度螺栓摩擦型连接,钢，高强度螺栓为10.9级M20的，
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
3
C■
0
N=4/5F=4/5X400=320kN
V=3/5F=3/5X400=240kN
F=400kN，被连接件钢材选用Q235B螺栓的设计预拉力P=155kN，接触面喷砂后涂无机富锌漆，抗滑移系数卩为0.35,试验算此连接的承载力。
（11分）
【解】
M=320X70=22400kNmm
受力最大的一个螺栓的拉力为、图4-2
hlNMy132022400%140cc丄ccc’lhicdcc乂厂厂zc’ihi
Nt1=一+—=+2=32+32=64kN<0.8P=0.8x155=124kN
nMy；102x2^（1402+702）
按比例关系可求得、N2=48kN,N3=32kN,N4=16kN,N5=0,
贝叽UNti=（64+48+32+16+0F2=320kN
验算受剪承载力设计值、
UNb=0.9nf%nP-1.25ENti）=0.9咒化0.35（10x155-1.25x160）
=362.25kNaV=240kN
满足强度要求
3.如图4-3所示某简支梁跨长为6m,承受静力集中荷载，恒载标准值P=100kN（包括梁自重）
的容许挠度为
理。
已知、f
，活载标准值为F=110kN，钢材为Q345钢，截面选用150a,梁1/300。
若梁的整体稳定满足要求，试验算该受弯构件设计是否合
22
=295N/mm，fvFON/mm，Ix=46472cm4，W<=1858.9cm3，Sx=1084.1cm3，tw=12mm,Yx=1.05.（12分）［解］
2000
2000]2000
1.内力计算
恒载标准值P=100kNT设计值、
1.2X100=120kN
图4-3
活载标准值F=110kNT设计值、
支座处的最大反力设计值、
1.4X110=154kN
R=120+154=274kN=Vmax（1分）
跨中的最大弯矩标准值、
Mmax
=210x3-210x1=420kN.m（1分）
跨中的最大弯矩设计值
Mrnax=274x3-274x1=548kN.m（1分）
2.强度验算
M
c=
YxWnx
548咒106
"1.05X1858.9X103
22
弯曲正应力=280.76N/mm支座处最大剪力
VSx274x103x1084.1X103
T==
Ixtw
22
=53.3N/mm46472咒104咒12
强度满足要求。
3.刚度验算
r16000
—10Elx"10x2.06x105x46472x104-15.79mmv°"药0"20mm（3分）
MJ2
^max
420<106X60002
刚度满足要求。
4、图4-4所示偏心受压悬臂柱,
I;
钢材选用Q235B，翼缘为火焰切割边，柱高6.6m,受压力设计值N=1300kN,偏心距0.4m。
侧向支撑和截面如图示，试验算柱的强度和整体稳定性。
（15分）
\=1.05
f=215N/mm2
16
568
16
P
［几］=150
PmxMx
弯矩平面内整体稳定计算公式、
N+■mx—xf
乔YxWx（1-0.8N/NEx）—
弯矩平面外整体稳定计算公式、
NjPtxMx1申yAWbWx一
Nex
兀2ea
Pmxi-0
n".O图4-4
fy
一1.""44000235
Ptx二1
b类截面轴心受压构件的稳定系数9
心/235
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
50
0.856
0.852
0.847
0.842
0.838
0.833
0.828
0.823
0.818
0.813
60
0.807
0.802
0.797
0.791
0.786
0.780
0.774
0.769
0.763
0.757
70
0.751
0.745
0.739
0.732
0.726
0.720
0.714
0.707
0.701
0.694
【解】1.构件截面特性
22
A=2天400天162+568^10=18480mm2（0.5分）
Ix
33
=40^^-（400***一10心68=1244"06mm4
12
12
（1分）
ly
2^16^4003丄568勺0
=+
12
12
3
64
—=171X10mm
（1分）
（0.5分）
=仁単血=259mmiy
VA\18480
i.（6^
TaT^^48^=96mm（1分）
，「汁晋=50.96匕150
2.强度计算
跨中最大弯矩
M=Ne=1300x0.4=520kN.m（1分）
2
3.弯矩平面内稳定计算
柱在框架平面内的计算长度为lox=2H=2X6600=13200mm
由入xjfy/235=50.96，焰切边属b类，查轴心受力稳定系数表得、
典=0.852
1.0X520X106
悬臂柱
Pmx=1.0
^mxMx
叭AYxWx（1-0.8N/NEx）
fy
由兀xJfy/235=68.75，焰切边属b类，查轴心受力稳定系数表得、铁=0.759叫E.07"44000云E.07"44000F963（1分）
沿柱长均匀弯矩作用，3tx二*0止十n止=1300沢103十似亠摯匚
®yA%Wx0.759x184800.963x4.15x10
22
（2分）
=92.68+130.11止223N/mm2>f=215N/mm
:
223—215=3.7%/.
215平面外稳定性满足。
6
Ix1244x10“63
==4.15X10mm
h/2300
22
=82.57+129.57=212N/mm平面内稳定性满足。
4.弯矩平面外稳定计算
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