钢结构设计期末复习题考题附答案.docx

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钢结构设计期末复习题考题附答案

《钢结构设计原理》试卷

D卷时间：

120分钟适应专业：

土木工程（房屋建筑方向）【考试】【闭卷】

题型

一

二

三

四

五

六

七

八

九

十

总分

分数

20

10

30

40

得分

评卷人：

合分人：

一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）

1.摩擦型高强螺栓连接与承压型高强螺栓连接的主要区别是D。

（A）摩擦面处理不同（B）材料不同

（C）预拉力不同（D）设计计算时所取极限状态不同

2.在静力荷载作用下，钢材承受三向拉应力时，易发生B。

（A）塑性破坏（B）脆性破坏（C）疲劳破坏（D）无法判定

3.进行强度验算时，荷载应采用D。

（A）将永久荷载的标准值乘以永久荷载分项系数

（B）将可变荷载的标准值乘以可变荷载分项系数

（C）永久荷载和可变荷载的标准值，均不乘以各自的分项系数

（D）将永久荷载和可变荷载的标准值均乘以各自的分项系数

4.钢结构焊接节点设计中，应尽可能选用A的焊接位置。

（A）俯焊（B）仰焊（C）立焊（D）任意

5.在缀条稳定验算式

中，系数

是C。

（A）考虑塑性发展的系数（B）考虑重要性的调整系数

（C）考虑单角钢单面连接偏心受力的系数（D）考虑安全的附加系数

6.为提高梁在弯矩作用下的强度和刚度，应尽可能使梁的D。

（A）翼缘厚而窄（B）翼缘宽薄而腹板窄厚（C）腹板厚而窄（D）腹板薄而宽

7.对于钢结构用钢材，对化学成分的定义为B。

（A）C为不可缺少元素，Mn、S、P均为有害元素

（B）C为不可缺少元素，Mn为脱氧剂，S、P为有害元素

（C）C、Mn、S、P均为有害元素

（D）C、Mn为有害元素，S、P为不可缺少元素

8.规范规定缀条式格构柱单肢的长细比

（

为柱两个主轴方向长细比的最大值），是为了C。

（A）保证柱平面内的整体稳定（B）保证柱平面外的整体稳定

（C）避免单肢先于整个柱失稳（D）构造要求

9.由于建筑用钢材多为塑性性能好的钢材，故残余应力的存在将B。

（A）降低静力承载能力（B）对静力承载能力无影响

（C）提高静力承载能力（D）钢材易发生塑性破坏

10.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

二、填空题（本大题共10空，每空1分，共10分）

二、填空题（本大题共10空，每空1分，共10分）

1、现行钢结构设计规范除了疲劳计算外，采有以概率理论为基础的概率极限状态设计方法。

2、衡量钢材的塑性性能的指标有伸长率和断面收缩率两个指标。

3、构件的长细比是指

之比（用符号表示）。

4、计算双肢格构式轴心受压构件绕虚轴x轴弯曲的整体稳定性时，其轴心受压整体稳定系数

应根据换算长细比查表确定。

5、设计采用大型屋面板的铰支承梯形钢屋架下弦杆截面时，如节间距为

，则屋架下弦杆平面内的计算长度应取

。

6、双轴对称截面的理想轴心压杆，有弯曲屈曲和扭转屈曲两种屈曲形式。

7、工字形截面简支梁，当受压翼缘侧向支承点间距离愈小时，则梁的整体稳定性就愈高（好）

8、试验证明，钢材的疲劳强度主要与构造状况、应力幅和循环荷载重复次数有关，而与钢材的_静力强度_并无明显关系。

9、轴心受力的两块板通过对接斜焊缝连接时，只要使焊缝轴线与N力之间的夹角θ满足

条件时，对接斜焊缝的强度就不会低于母材的强度，因而也就不必再进行计算。

三、简答题（30分）

1.对于理想的轴心受压构件，提高钢材的牌号（即钢材强度），对构件的稳定承载能力有何影响？

为什么？

（7分）

无影响。

因为理想轴心受压构件的稳定承载力为

，与钢号无关。

2.剪力作用下的普通螺栓连接节点可能发生哪些破坏形式？

（8分）

栓杆被剪断、栓杆（孔壁承压）破坏、板件拉断、栓杆受弯破坏、板端冲剪破坏

3.两板件通过抗剪螺栓群承担剪力时，就板件的净截面强度来说，摩擦型高强螺栓连接与普通螺栓连接有何区别？

采用何种连接方式更合理？

（7分）

摩擦型高强螺栓连接板件计算截面承力需考虑孔前传力，其所受荷载小于普通螺栓连接。

从板件的受力来说，采用摩擦型高强螺栓连接更合理。

4.同一种类的钢材，当其厚度或直径发生变化时，钢材的机械性能（强度和塑性）有何变化？

为什么？

（8分）

同一种类的钢材，当其厚度或直径发生减小时，钢材的强度和塑性会提高。

因为随着钢材厚度或直径的减小，钢材（型钢）的轧制力和轧制次数增加，钢材的致密性好，存在大缺陷的几率减少，故强度和塑性会提高。

四、计算题（共40分）

1.（本题12分）试验算图中所示柱牛腿中钢板与柱翼缘节点的连接焊缝的强度（说明验算点）。

图中荷载为静力荷载设计值。

钢材为Q235-A•F。

手工焊，焊条E43型。

ffw=160N/mm2，ftw=185N/mm2，fvw=125N/mm2。

1.（本题12分）

2.（本题12分）试验算图示节点摩擦型高强螺栓群的强度。

图中荷载为静力荷载设计值，高强螺栓为8.8级M20，预拉力P=110KN，被连接板件钢材Q235-A•F（

=125N/mm2，

=215N/mm2），板件摩擦面间作喷砂处理（μ=0.45）。

3.（本题16分）某简支梁截面如图所示，梁的跨度为6m，荷载为静力荷载设计值，试验算梁的强度是否满足要求。

判定梁的局部稳定是否满足要求（腹板判定是否需设加劲肋，如需设加劲肋，请按构造要求设置加劲肋，并画出加劲肋的布置图）。

梁采用Q235-A钢材，fd=215N/mm2，fvd=125N/mm2，fy=235N/mm2。

计算时可忽略梁的自重。

3.（本题16分）

一、单项选择题（2×10=20分）

1.大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（B）

A.密封性好B.钢材的轻质高强

C.制造工厂化D.便于拆装

2.钢结构的承载能力极限状态是指（C）

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.使用已达五十年

3.钢号Q345A中的345表示钢材的（C）

A.fp值B.fu值C.fy值D.fvy值

4.结构钢材最易发生脆性破坏的应力状态为（A）

A.三向同号等值拉应力作用B.两向异号等值正应力作用

C.单向拉应力作用D.三向等值剪应力作用

5.钢材塑性破坏的特点是（D）

A.变形小B.破坏经历时间非常短

C.无变形D.变形大

6.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（A）

A.螺栓杆弯曲破坏B.螺栓杆剪切破坏

C.构件端部冲剪破坏D.板件挤压破坏

7.焊接残余应力不影响构件的（B）

A.整体稳定性B.静力强度

C.刚度D.局部稳定性

8.在动荷载作用下，侧面角焊缝的计算长度不宜大于（B）

A.40hfB.60hfC.80hfD.120hf

9.确定轴心受压实腹柱腹板和翼缘宽厚比限值的原则是（C）

A.等厚度原则B.等稳定原则

C.等强度原则D.等刚度原则

10.发生弯扭屈曲的理想轴心受压构件截面形式为（B）

A.双轴对称工字形截面B.单角钢截面

C.H型钢截面D.箱形截面

二、填空题（1×10=10分）

1．在弯矩作用下，摩擦型高强度螺栓群的中和轴位于。

2．在结构承载能力极限状态计算时，应采用荷载的值。

3．型钢代号L100×8中，L表示。

4．Q235B钢中的235表示。

5．动力荷载作用下钢材抵抗脆性破坏的性能指标为。

6．部分T型钢是半个型钢。

7．在计算两端简支工字形轴压柱腹板板的临界应力时，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。

9．工字形截面梁按弹性设计时，应使翼缘的宽厚比b1/t1≤。

10．下图所示格柱截面中，虚轴指的是轴。

1、螺栓群形心轴2、设计3、角钢4、屈服强度5、冲击韧性AKV值或冲击韧性值或AKV值6、H7、腹板8、小9、

三、简答题（30分）

1、钢结构的破坏形式有哪两种？

其特点如何？

（7分）

钢结构破坏形式有；延性破坏和脆性破坏两种，各自特点为

塑性破坏：

破坏前具有较大的塑性变形，常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。

由于塑性破坏前总有较大的塑性变形发生，且变形持续时间较长，容易被发现和抢修加固，因此不至发生严重后果。

脆性破坏：

破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形，而突然迅速断裂。

由于破坏前没有任何预兆，破坏速度又极快，无法察觉和补救，而且一旦发生常引发整个结构的破坏，后果非常严重，因此在钢结构的设计、施工和使用过程中，要特别注意防止这种破坏的发生。

2、影响钢材机械性能的主要因素有哪些？

各因素大致有哪些影响？

（8分）

主要的影响因素有：

1）化学成分的影响：

影响较大的几种化学成分为C、Si、Mn、S、P、O,其中碳素结构钢中则是铁以外的最主要元素，碳是形成钢材强度的主要成分，随着含碳量的提高，钢的强度逐渐增高，而塑性和韧性下降，冷弯性能、焊接性能和抗锈蚀性能等也变劣。

Si、Mn为有益元素，在普通碳素钢中，它们是脱氧剂，可提高钢材强度。

S、P、O为有害元素，S可能引发刚才热脆，P可能引发刚才冷脆，氧与硫类似使钢热脆。

2） 钢材的硬化

钢材的硬化有三种情况：

时效硬化、冷作硬化（或应变硬化）和应变时效硬化，钢材的硬化使钢材的强度提高，而塑性和韧性下降。

3）应力集中的影响

应力集中主要友构件的截面突变引起，严重的应力集中，能引起钢材脆性破坏，在进行钢结构设计时，应尽量使构件和连接节点的形状和构造合理，防止截面的突然改变。

4）残余应力的影响

残余应力对构件的静力强度不会产生影响，但它降低构件的刚度与稳定承载力，在进行钢结构的焊接构造设计和施工时，应尽量减少焊接残余应力。

3、受弯构件在弯矩作用下上翼缘受压，下翼缘受拉，使其犹如受压构件和受拉构件的组合体。

对于受压的上翼缘可沿刚度较小的翼缘板平面外方向屈曲，但腹板和稳定的受拉下翼缘对其提供了此方向连续的抗弯和抗剪约束，使它不可能在这个方向上发生屈曲。

当外荷载产生的翼缘压力达到一定值时，翼缘板只能绕自身的强轴发生平面内的屈曲，对整个梁来说上翼缘发生了侧向位移，同时带动相连的腹板和下翼缘发生侧向位移并伴有整个截面的扭转，这时我们称其发生了整体失稳。

3.何谓受弯构件的整体失稳？

（7分）

受弯构件在弯矩作用下上翼缘受压，下翼缘受拉，使其犹如受压构件和受拉构件的组合体。

对于受压的上翼缘可沿刚度较小的翼缘板平面外方向屈曲，但腹板和稳定的受拉下翼缘对其提供了此方向连续的抗弯和抗剪约束，使它不可能在这个方向上发生屈曲。

当外荷载产生的翼缘压力达到一定值时，翼缘板只能绕自身的强轴发生平面内的屈曲，对整个梁来说上翼缘发生了侧向位移，同时带动相连的腹板和下翼缘发生侧向位移并伴有整个截面的扭转，这时我们称其发生了整体失稳。

4.在角焊缝设计中，对焊脚尺寸和计算长度有哪些构造要求？

为什么？

（8分）

最大焊脚尺寸：

，防止焊缝过烧焊件；

最小焊脚尺寸：

，防止焊缝冷裂；

最大计算长度：

，防止应力沿焊缝长度不均匀分布；

最小计算长度：

，防止焊缝沿长度缺陷几率增加。

四、计算题（40分）

1、下图所示某钢板的搭接连接，采用c级普通螺栓M22，孔径

＝23.5mm，承受轴心拉力

，钢材Q235，试验算此连接是否可靠。

，

（12分）

解：

（1）螺栓连接计算

单个螺栓抗剪设计承载力

单个螺栓的承压设计承载力

所需螺栓个数：

单面搭接，螺栓实际用量应为：

个

该连接采用了8个螺栓，符合要求

（2）构件净截面验算

因为师错排布置，可能沿1-2-3-4直线破坏，也可能沿1-2-5-3-4折线破坏

1-2-3-4截面的净截面面积为：

1-2-5-3-4截面的净截面面积为：

故：

该连接是可靠的。

2、下图所示角焊缝连接能承受的静力设计荷戴P=160KN。

已知：

钢材为Q235BF，焊条为E43型，

，是判断该连接是否可靠。

（12分）

解：

故该连接可靠。

3.一工字形截面轴心受压柱如图所示，l0x=l=9m，l0y=3m,在跨中截面每个翼缘和腹板上各有两个对称布置的d=24mm的孔，钢材用Q235AF，f=215N/mm2，翼缘为焰切边。

试求其最大承载能力N。

局部稳定已保证，不必验算。

（16分）

截面几何特性：

按强度条件确定的承载力：

按稳定条件确定的承载力：

因x轴为弱轴，且

，因而对y轴的稳定承载力小于对x轴的稳定承载

力，由

查表得

所以

所以此柱的最大承载力为2160kN。

一、单项选择题（2×10=20分）

1．钢材的抗剪强度设计值

与钢材抗拉强度设计值f的关系为（C）

A．

B．

C．

D．

2．在三向应力状态下，钢材转入塑性状态的综合强度指标称为（D）

A．设计应力B．计算应力

C．容许应力D．折算应力

3．钢材的标准应力-应变曲线是通过下列哪项试验得到的?

（B）

A．冷弯试验B．单向拉伸试验

C．冲击韧性试验D．疲劳试验

4．钢结构焊接常采用E43xx型焊条，其中43表示（A）

A．熔敷金属抗拉强度最小值B．焊条药皮的编号

C．焊条所需的电源电压D．焊条编号，无具体意义

5．钢材的疲劳强度与下列哪一项没有明显关系?

（B）

A．荷载作用的应力幅值B．钢材的静力强度

C．构件或连接的构造情况D．循环荷载重复的次数

6．下列哪种元素含量的提高会增加钢材的强度和抗锈蚀能力，但却会严重地降低钢材的塑性、韧性和可焊性，特别是在温度较低时会促使钢材发生冷脆现象（B）

A．硫B．磷

C．硅D．锰

7．在焊接施工过程中，应该采取措施尽量减小残余应力和残余变形的发生，下列哪一项措施是错误的?

（A）

A．直焊缝的分段焊接

B．焊件的预热处理

C．焊接后进行退火处理

D．加强板边约束，阻止被焊接板件变形的发生

8．在如图所示的普通螺栓连接中，受力最大的螺栓所在的位置为（A）

A．（a）

B．（b）

C．（c）

D．（d）

9．当沿受力方向的连接长度l1>15d0时（d0为孔径），螺栓的抗剪和承压承载力设计值应予以降低，以防止（B）

A．中部螺栓提前破坏B．端部螺栓提前破坏

C．螺栓受弯破坏D．螺栓连接的变形过大

10.T形连接中直角角焊缝的最小焊脚尺寸hfmin=1.5

，最大焊脚尺寸hfmax=1.2t1，式中的t1和t2分别为（　C　　）

A.t1为腹板厚度，t2为翼缘厚度

B.t1为翼缘厚度，t2为腹板厚度

C.t1为较小的被连接板件的厚度，t2为较大的被连接板件的厚度

D.t1为较大的被连接板件的厚度，t2为较小的被连接板件的厚度

二、填空题（1×10=10分）

1.对于没有明显屈服点的钢材，以卸载后试件的残余应变为__0.2%_________时所对应的应力作为假想屈服点，也称为条件屈服点。

2.残余应力将减小构件的刚度，同时将___降低________构件的稳定承载力。

3．型钢代号L100×8中，L表示。

4．Q235BF钢中的F表示沸腾钢。

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AKV值或冲击韧性值或AKV值

6．部分T型钢是半个H型钢。

7.焊接工字型组合截面轴压柱腹板局部稳定条件为

，其中λ应取两个方向长细比的较大值。

8.提高钢梁的整体稳定性最有效的办法之一就是设置侧向支承点，但侧向支承点必须设在钢梁的____受压_______翼缘。

9.实腹式偏心压杆在弯矩平面外的失稳属于____弯扭_______屈曲。

10．工字形截面梁按弹性设计时，应使翼缘的宽厚比b1/t1≤。

1、0.2%2、降低3、角钢4、沸腾钢5、冲击韧性AKV值或冲击韧性值或AKV值6、H7、两个方向长细比的较大值8、受压9、弯纽

10、

三简答题（30分）

1.简述钢材塑性破坏的特征和意义。

1、塑性破坏的主要特征是：

破坏前具有较大的塑性变形，常在钢材表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。

只有当构件中的应力达到抗拉强度后才会发生破坏，破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗。

由于塑性破坏前总有较大的塑性变形发生，且变形持续时间较长，容易被发现和抢修加固，因此不至发生严重后果。

钢材塑性破坏前的较大塑性变形能力，可以实现构件和结构中的内力重分布，钢结构的塑性设计就是建立在这种足够的塑性变形能力上。

3、什么是格构式轴心受压构件的换算长细比？

在轴心受压构件的整体稳定计算中，按临界应力相等的原则，将格构式构件换算为实腹式构件进行计算时对应的长细比或将弯纽及扭转失稳换算为弯曲失稳时采用的长细比。

4.承压型高强螺栓和摩擦型高强螺栓承受剪力作用时在传力和螺栓的验算上有什么区别？

承压型高强螺栓承受剪力作用时螺栓直接承受剪力，需验算螺栓的受剪和承压承载能力。

摩擦型高强螺栓承受剪力作用时螺栓不直接承受剪力，需验算螺栓的受剪承载能力。

四计算题（40分）

1、图示为摩擦型高强螺栓的对接接头，钢板材料为Q235B，用8.8级高强螺栓M20，孔径为21.5mm，预拉力P=110kN，接触面喷砂处理μ=0.45，求接头所能承受的最大拉力N?

（12分）

解：

1．确定摩擦型高强度螺栓所能承受的最大轴心力设计

故取

。

单个摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值：

故

……………..（4分）

2．构件所能承受的最大轴心力

毛截面：

……………..（2分）

Ⅰ-Ⅰ截面：

由

得

由此可见，接头所能承受的最大轴心力设计值为

。

……………..（6分）

2、验算图示承受静力荷载的连接中脚焊缝的强度。

，其他条件如图所示。

无引弧板。

（12分）

解：

3.简支梁受力及支承如图所示，荷载标准值P=180kN，分项系数1.4，不计自重，Q235钢，fy=235N/mm2。

（16分）

1）验算该梁的强度。

2）如不需验算该梁的整体稳定，问需设几道侧向支承？

设强轴为x轴。

（1）强度验算

…………..（6分）

最大正应力强度验算：

因为翼缘

所以可以考虑部分塑性。

…………..（1分）

最大剪应力强度验算：

…………..（2分）

腹板与翼缘交界处折算应力验算：

………..（1分）

………..（2分）

………..（1分）

所以强度均满足。

（2）整体稳定性保证

如不需验算梁的整体稳定性，则需受压翼缘自由长度与其宽度的比满足要求：

所以在梁跨中设一道侧向支承点就能保证梁的整体稳性。