钢结构设计原理复习题及参考答案

2011年课程考试复习题及参考答案钢结构设计原理一、填空题：1.钢结构计算的两种极限状态是和。2.提高钢梁整体稳定性的有效途径是和。3.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。4.钢材的破坏形式有和。5.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用的方法来保证，而腹板的局部稳定则常采用的方法来解决。6.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。7.角焊缝的计算长度不得小于，也不得小于；侧面角焊缝承受静载时，其计算长度不宜大于。8.轴心受压构件的稳定系数φ与、和有关。9.钢结构的连接方法有、和。10.影响钢材疲劳的主要因素有、和。11.从形状看，纯弯曲的弯矩图为，均布荷载的弯矩图为，跨中央一个集中荷载的弯矩图为。12.轴心压杆可能的屈曲形式有、和。13.钢结构设计的基本原则是、、和。14.按焊缝和截面形式不同，直角焊缝可分为、、和等。15.对于轴心受力构件，型钢截面可分为和；组合截面可分为和。16.影响钢梁整体稳定的主要因素有、、、和。二、问答题：1.高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？2.焊缝可能存在哪些缺陷？3.简述钢梁在最大刚度平面内受荷载作用而丧失整体稳定的现象及影响钢梁整体稳定的主要因素。4.建筑钢材有哪些主要机械性能指标？分别由什么试验确定？5.什么是钢材的疲劳？6.选用钢材通常应考虑哪些因素？7.在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑哪些初始缺陷的影响？8.焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要求？9.普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？10.在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，对虚轴为什么要采用换算长细比？11.轴心压杆有哪些屈曲形式？12.压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？13.在抗剪连接中，普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接的传力方式和破坏形式有何不同？14.钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？15.对接焊缝的构造有哪些要求？16.焊接残余应力和焊接残余变形是如何产生的？焊接残余应力和焊接残余变形对结构性能有何影响？减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有哪些？17.什么叫钢梁丧失整体稳定？影响钢梁整体稳定的主要因素是什么？提高钢梁整体稳定的有效措施是什么？18.角焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要构造要求？19.螺栓的排列有哪些构造要求？20.什么叫钢梁丧失局部稳定？怎样验算组合钢梁翼缘和腹板的局部稳定？三、计算题：1.一简支梁跨长为5.5m，在梁上翼缘承受均布静力荷载作用，恒载标准值为10.2kN/m（不包括梁自重），活载标准值为25kN/m，假定梁的受压翼缘有可靠侧向支撑。梁的截面选用I36a轧制型钢，其几何性质为：Wx=875cm3，tw=10mm，I/S=30.7cm，自重为59.9kg/m，截面塑性发展系数x=1.05。钢材为Q235，抗弯强度设计值为215N/mm2，抗剪强度设计值为125N/mm2。试对此梁进行强度验算并指明计算位置。（恒载分项系数G=1.2，活载分项系数Q=1.4）2.已知一两端铰支轴心受压缀板式格构柱，长10.0m，截面由2I32a组成，两肢件之间的距离300cm，如图所示，尺寸单位mm。试求该柱最大长细比。注：一个I32a的截面面积A=67cm2，惯性矩Iy=11080cm4，Ix1=460cm43.试计算下图所示连接中C级螺栓的强度。已知荷载设计值F=45kN，螺栓M20，孔径21.5mm，bvf=130N/mm2，bcf=305N/mm2。4.图示焊接工形截面梁，在腹板上设置一条工厂对接焊缝，梁拼接处承受内力为M=2500kN·m，V=500kN，钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊，二级质量标准。试验算拼接焊缝强度。提示：剪力V可假定全部由腹板承担，弯矩按刚度比分配，即MIIMww。5.试验算如图所示牛腿与柱连接的对接焊缝的强度。荷载设计值F=220kN。钢材Q235，焊条E43，手工焊，无引弧板，焊缝质量三级。有关强度设计值wcf=215N/mm2，wtf=185N/mm2。（假定剪力全部由腹板上的焊缝承受）6.图示一柱间支撑与柱的连接节点，支撑杆承受轴心拉力设计值N=300kN，用2L80×6角钢做成，钢材均为Q235钢，焊条为E43型，手工焊。已知wff=160N/mm2。①支撑与节点板采用两侧角焊缝相连（绕角焊），焊脚尺寸见图，试确定焊缝长度。②节点板与端板用两条角焊缝相连，试验算该连接焊缝强度。7.设计如图所示矩形拼接板与板件用普通螺栓连接的平接接头，图中长度单位为mm。已知轴心拉力设计值N=450kN，有关强度设计值bvf=130N/mm2,bcf=305N/mm2，ƒ=215N/mm2。粗制螺栓d=20mm，孔径d0=21.5mm。8.图示一用M20普通螺栓的钢板拼接接头，钢材为Q235，ƒ＝215N/mm2。试计算接头所能承受的最大轴心力设计值Nmax。螺栓M20，孔径21.5mm，bvf=130N/mm2，bcf=305N/mm2。9.用轧制工字钢I36a（材料Q235）做成的10m长两端铰接柱，轴心压力的设计值为650kN，在腹板平面承受均布荷载设计值q＝6.24kN/m。试计算此压弯柱在弯矩作用平面内的稳定有无保证？为保证弯矩作用平面外的稳定，需设置几个侧向中间支承点？已知：A=76.3cm2，Wx＝875cm3，ix＝14.4cm，iy＝2.69cm，f＝215N/mm2。10.一两端铰接焊接工字形截面轴心受压柱，翼缘为火焰切割边，截面如图所示。杆长为9m，设计荷载N=1000kN，钢材为Q235钢。试验算该柱的整体稳定及板件的局部稳定性是否均满足。已知：f=215N/mm2，截面对x轴和y轴均为b类截面。验算公式：整体稳定：fAN局部稳定：翼缘的宽厚比：yftb235)1.010(1；腹板的高厚比：ywfth235)5.025(0b类截面轴心受压构件的稳定系数fy2350123456789800.6880.6810.6750.6680.6610.6550.6480.6410.6350.628900.6210.6140.6080.6010.5940.5880.5810.5750.5680.5611000.5550.5490.5420.5360.5290.5230.5170.5110.5050.49911.如图所示为二简支梁截面，其截面面积大小相同，跨度均为12m，跨间无侧向支承点，均布荷载大小亦相同，均作用在梁的上翼缘，钢材为Q235，试比较梁的稳定系数b，说明何者的稳定性更好。参考答案一、填空题：1.承载能力极限状态，正常使用极限状态2.加强受压翼缘，减少侧向支承点间的距离（或增加侧向支承点）3.螺栓材质，螺栓有效面积4.塑性破坏，脆性破坏5.限制宽厚比，设置加劲肋6.性能等级，螺栓直径7.8hf，40mm，60hf8.钢号，截面类型，长细比9.焊接连接，铆钉连接，螺栓连接10.应力集中，应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构），应力循环次数11.矩形，抛物线，三角形12.弯曲屈曲，扭转屈曲，弯扭屈曲13.技术先进，经济合理，安全适用，确保质量14.普通缝，平坡缝，深熔缝，凹面缝15.热轧型钢，冷弯薄壁型钢，实腹式组合截面，格构式组合截面16.荷载类型，荷载作用点位置，梁的截面形式，侧向支承点的位置和距离，梁端支承条件二、问答题：1.高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？答：级别代号中，小数点前的数字是螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度，小数点后数字是材料的屈强比（fy/fu）。8.8级为：fu≥800N/mm²，fy/fu=0.8；10.9级为：fu≥1000N/mm²，fy/fu=0.9。2.焊缝可能存在哪些缺陷？答：焊缝可能存在的缺陷有裂纹、气孔、夹碴、烧穿、咬边、未焊透、弧坑和焊瘤。3.简述钢梁在最大刚度平面内受荷载作用而丧失整体稳定的现象及影响钢梁整体稳定的主要因素。答：钢梁侧向抗弯刚度和扭转刚度不足时产生侧向弯曲和截面扭转；主要因素：梁侧向抗弯刚度，自由扭转刚度，荷载种类和作用位置以及梁受压翼缘的自由长度。4.建筑钢材有哪些主要机械性能指标？分别由什么试验确定？答：建筑钢材的主要机械性能指标有：①屈服点fy，通过一次静力单向拉伸试验确定；②抗拉强度fu，通过一次静力单向拉伸试验确定；③伸长率δ5(δ10)，通过一次静力单向拉伸试验确定；④180o冷弯性能，通过冷弯试验确定；⑤冲击韧性，通过冲击试验确定。5.什么是钢材的疲劳？答：钢材在连续反复荷载作用下，当应力还低于钢材的抗拉强度，甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏，这种现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏。6.选用钢材通常应考虑哪些因素？答：选用钢材通常考虑的因素有：①结构的重要性；②荷载特征；③连接方法；④结构的工作环境温度；⑤结构的受力性质。7.在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑哪些初始缺陷的影响？答：在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑残余应力的影响、初弯曲和初偏心的影响、杆端约束的影响。8.焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要求？答：焊缝质量分为三个等级。三级质量检查只对全部焊缝进行外观缺陷及几何尺寸检查，其外观可见缺陷及几何尺寸偏差必须符合三级合格标准要求；二级质量检查除对外观进行检查并达到二级质量合格标准外，还需用超声波或射线探伤20％焊缝，达到B级检验Ⅲ级合格要求；一级质量检查除外观进行检查并符合一级合格标准外，还需用超声波或射线对焊缝100％探伤，达到B级检验Ⅱ级合格要求（见《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001）。9.普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？答：普通螺栓连接中的抗剪螺栓连接是依靠螺栓抗剪和孔壁承压来传递外力。当受剪螺栓连接在达到极限承载力时，可能出现五种破坏形式，即螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏。高强螺栓连接中的抗剪螺栓连接时，通过拧紧螺帽使螺杆产生预拉力，同时也使被连接件接触面相互压紧而产生相应的摩擦力，依靠摩擦力来传递外力。它是以摩擦力刚被克服，构件开始产生滑移作为承载能力的极限状态。10.在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，对虚轴为什么要采用换算长细比？答：格构式轴心受压构件一旦绕虚轴失稳，截面上的横向剪力必须通过缀材来传递。但因缀材本身比较柔细，传递剪力时所产生的变形较大，从而使构件产生较大的附加变形，并降低稳定临界力。所以在计算整体稳定时，对虚轴要采用换算长细比（通过加大长细比的方法来考虑缀材变形对降低稳定临界力的影响）。11.轴心压杆有哪些屈曲形式？答：受轴心压力作用的直杆或柱，当压力达到临界值时，会发生有直线平衡状态转变为弯曲平衡状态变形分枝现象，这种现象称为压杆屈曲或整体稳定，发生变形分枝的失稳问题称为第一类稳定问题。由于压杆截面形式和杆端支承条件不同，在轴心压力作用下可能发生的屈曲变形有三种形式，即弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲。12.压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？答：局部稳定性属于平板稳定问题，应使用薄板稳定理论，通过限制翼缘和腹板的宽厚比所保证的。确定限值的原则：组成构件的板件的局部失稳应不先于构件的整体稳定失稳，或者两者等稳。轴心受压构件中，板件处于均匀受压状态；压弯构件中，板件处于多种应力状态下，其影响因素有板件的形状和尺寸、支承情况和应力状况（弯曲正应力、剪应力、局部压应力等的单独作用和各种应力的联合作用），弹性或弹塑性性能，同时还有在腹板屈曲后强度的利用问题。13.在抗剪连接中，普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接的传力方式和破坏形式有何不同？答：普通螺栓连接中的抗剪螺栓连接是依靠螺栓抗剪和孔壁承压来传递外力。当受剪螺栓连接在达到极限承载力时，可能出现五种破坏形式，即螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏。高强螺栓连接中的抗剪螺栓连接时，通过拧紧螺帽使螺杆产生预拉力，同时也使被连接件接触面相互压紧而产生相应的摩擦力，依靠摩擦力来传递外力。它是以摩擦力刚被克服，构件开始产生滑移做为承