钢结构习题

钢结构的材料1、在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是__B___的典型特征。(A)脆性破坏(B)塑性破坏(C)强度破坏(D)失稳破坏2、钢材的设计强度是根据_C__确定的。(A)比例极限(B)弹性极限(C)屈服点(D)极限强度3、结构工程中使用钢材的塑性指标，目前最主要用_D__表示。(A)流幅(B)冲击韧性(C)可焊性(D)伸长率4、钢材经历了应变硬化（应变强化）之后__A___。(A)强度提高(B)塑性提高(C)冷弯性能提高(D)可焊性提高5、下列因素中_A__与钢构件发生脆性破坏无直接关系。(A)钢材屈服点的大小(B)钢材含碳量(C)负温环境(D)应力集中6、钢材在复杂应力状态下的屈服条件是由_D__等于单向拉伸时的屈服点决定的。(A)最大主拉应力σ1(B)最大剪应力τ1(C)最大主压应力σ3(D)折算应力σeq7、在钢结构的构件设计中，认为钢材屈服点是构件可以达到的_A__。(A)最大应力(B)设计应力(C)疲劳应力(D)稳定临界应力8、当温度从常温下降为低温时，钢材的塑性和冲击韧性_B__。(A)升高(B)下降(C)不变(D)升高不多9、钢材的力学性能指标，最基本、最主要的是_C_时的力学性能指标。(A)承受剪切(B)承受弯曲(C)单向拉伸(D)两向和三向受力10、对于承受静荷常温工作环境下的钢屋架，下列说法不正确的是_C__。(A)可选择Q235钢(B)可选择Q345钢(C)钢材应有冲击韧性的保证(D)钢材应有三项基本保证钢结构的计算原理1、在进行第二种极限状态计算时，计算用的荷载_D__。(A)需要将永久荷载的标准值乘以永久荷载分项系数(B)需要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都要乘以各自的荷载分项系数(D)永久荷载和可变荷载都用标准值，不必乘荷载分项系数2、进行疲劳验算时，计算部分的设计应力幅应按_A__。(A)标准荷载计算(B)设计荷载计算(C)考虑动力系数的标准荷载计算(D)考虑动力系数的设计荷载计算3、在连续反复荷载作用下，当应力比时，称为A。(A)完全对称循环(B)脉冲循环(C)不完全对称循环(D)不对称循环4、钢结构第一极限状态的设计表达式为：，式中是_C__。(A)结构重要性系数(B)荷载分项系数(C)可变荷载组合系数(D)材料的抗力分项系数5、下列钢结构计算所取荷载设计值和标准值，哪一组为正确的？_C__。Ⅰ.计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载设计值；Ⅱ.计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载标准值；Ⅲ.计算疲劳和正常使用极限状态的变形时，应采用荷载设计值；Ⅳ.计算疲劳和正常使用极限状态的变形时，应采用荷载标准值。(A)Ⅰ、Ⅲ(B)Ⅱ、Ⅲ(C)Ⅰ、Ⅳ(D)Ⅱ、Ⅳ钢结构的连接例1：图示一围焊缝连接，已知，，，，，，，,，试验算该连接是否安全。解：将F移向焊缝形心O，三面围焊缝受力：在计算焊缝的面积和其极惯性矩时，近似取l1和l2为其计算长度，即既不考虑焊缝的实际长度稍大于l1和l2，也不扣除水平焊缝的两端缺陷10mm。焊缝截面面积：在N力作用下，焊缝各点受力均匀；在T作用下，水平焊缝右边两个端点产生的应力最大，但在右上端点其应力的水平分量与N力产生的同方向，因而该焊缝在外力F作用下，该点最危险。由N在水平焊缝右上端点产生的应力为：由扭矩T在该点产生的应力的水平分量为：由T在该点产生的应力的垂直分量为：代入强度条件：该连接安全。例2：计算图示角焊缝连接中的hf。已知连接承受动荷载，钢材为Q235BF，焊条为E43型，，，图中尺寸单位为：mm。解：将外力F1，F2移向焊缝形心O，得N在焊缝中产生均匀分布的：V在焊缝中产生均匀分布的：连接承受动力荷载，，则解得hf≥5.82mm取hf=6mm构造要求：，满足要求。受弯构件例1：如图所示工字形简支主梁，Q235F钢，f=215N/mm2，fv=125N/mm2承受两个次梁传来的集中力P=250KN作用（设计值），次梁作为主梁的侧向支承，不计主梁自重，。要求：1）验算主梁的强度2）判别梁的整体稳定性是否需要验算解:主梁强度验算：梁的最不利截面为第一根次梁左侧截面和第二根次梁的右侧截面，由于其对称性，此两截面受力相同。梁的截面特性：正应力强度：剪应力强度：该截面上腹板与翼缘连接处正应力、剪应力都较大，所以需验算折算应力。此点：所以强度满足要求。2）梁的整体稳定性验算：所以不必验算整体稳定性。例2：如图所示工字形简支主梁，Q235F钢，f=215N/mm2，承受两个次梁传来的集中力P=250KN作用（设计值），次梁作为主梁的侧向支承，不计主梁自重，荷载作用点设支承加劲肋，不考虑局部压应力的作用。要求：验算腹板的局部稳定，计算出加劲肋间距，并示意在图中。解：腹板高厚比：所以，需要配置横向加劲肋。梁中最大剪力Vmax=250KN截面特性Ix为：梁段内最大剪力产生的腹板平均剪应力为：该断面处腹板与翼缘交界处的正应力为：查表得：则加劲肋间距a≤2h0=2000mm即可。轴心受力构件例1：一块－400×20的钢板用两块拼接板－400×12进行拼接。螺栓孔径22mm，排列如图。钢板轴心受拉，N＝1350KN（设计值）。钢材为Q235钢，请问：(1)钢板1－1截面的强度够否？(2)是否还需要验算2－2截面的强度？假定N力在13个螺栓中平均分配，2－2截面应如何验算？(3)拼接板的强度是否需要验算？解：钢材为Q235，f=215N/mm2(1)1－1截面钢板的所以1－1截面钢板强度足够。(2)需要验算2－2截面强度，因为2－2的An小于1－1。假定N在13个螺栓中平均分配，则2－2截面传递的拉力N’为：2－2截面的，足够。(3)两块拼接板厚度之和大于原钢板厚，所以钢板抗拉强度足够，拼接板就无需验算。例2：一实腹式轴心受压柱，承受轴压力3500kN（设计值），计算长度l0x=10m，l0y=5m，截面为焊接组合工字型，尺寸如图所示，翼缘为剪切边，钢材为Q235，容许长细比。要求：（1）验算整体稳定性（2）验算局部稳定性解：(1)验算整体稳定性：A=400202+40010=2104mm2对x轴为b类截面，对y轴为c类截面，查表：，如果承受静力荷载，材料为镇静钢，则在允许范围之内。（2）验算局部稳定a.翼缘b.腹板局部稳定均满足。拉弯和压弯构件例1：验算图示端弯矩（计算值）作用情况下压弯构件的承载力是否满足要求。构件为普通热轧工字钢I10，Q235AF，假定图示侧向支承保证不发生弯扭屈曲。I字形截面的特性：A=14.3cm3，Wx=49cm3，ix=4.14cm。解：热轧工字钢截面对x轴属于a类。因而，当时，得。由平面内稳定计算公式：由截面强度计算公式：因为平面外稳定通过侧向支承得到保证，所以本题承载力由强度、平面内稳定计算均满足要求。例2：验算图示构件的稳定性。材料为Q235F，f=215N/mm2，梁中间有一侧向支撑点。已知构件截面参数：A=21.27cm3，Ix=267cm4，ix=3.54cm，iy=2.88cm。解：，属于b类截面，查表得：，按b类截面，查表得：查表：，，，（1）验算弯矩作用平面内的稳定性（2）验算弯矩作用平面外的稳定性所以该截面在弯矩作用平面内、平面外的稳定性都能满足。屋盖结构例1：试设计钢屋架上弦节点并画出构造草图。（图）注：1.上弦节点有集中力作用，即有檩条。2.本题要求如下：①构造草图。②标出尺寸线，具体尺寸如能标出的应标出，不能标出的可不标出，但应画出尺寸线（具体数字不填）。解：节点（图）焊缝①假定肢背肢尖皆用满足构造要求的焊脚尺寸hf：肢背焊缝长要求（l-10）不小于8hf和40mm，不大于60hf。肢尖焊缝长要求满足上述的构造要求。焊缝②计算方法与焊缝①相同，仅用N3代替N4。按上述计算结果围节点板，得上弦与节点板的焊缝长度：a1+a2，验算其承载力：因肢背塞焊缝要求：式中：t——节点板厚度。肢尖焊缝要求：式中：，。例2：已知：下弦轴力N1=800kN，钢材Q235F，f=215N/mm2，，下弦角钢为2L140x90x10，与节点板间焊缝长可达240mm。试设计梯形屋架下弦跨中拼接节点（节点板尺寸和腹杆与节点板间焊缝可不设计）。解：(1)拼接角钢长度l拼接角钢与下弦的连接焊缝长度lw：因角钢厚度为10mm，取焊脚尺寸hf=8mm，取l=600mm(2)下弦角钢与节点板间焊缝承载力验算：下弦杆短肢相并焊缝长lw1=240mm，取hf=8mm，则焊缝承载力满足要求。钢结构施工与防腐蚀例1：根据图示结构连接形式，回答钢结构设计中须解决的下列问题：（a）方管柱与膈板的焊接顺序如何？各条焊缝用什么方法焊接？答：顺序为：焊缝（8）用电渣焊（在方管柱全部合龙后才能焊），其余焊缝用坡口对接焊（熔透），以使膈板可以直接传递梁翼缘传来的拉、压力。（b）焊缝（9）、（10）和（11）、（12）在施工程序及方法上有何区别？为何在该处腹板上要开圆弧形孔？答：焊缝（9）、（10）为工厂焊，可用CO2气体保护焊，效率高、质量好。焊缝（11）、（12）为工地焊，有风时气保焊不易保证质量，用手工焊。（9）、（12）焊缝处腹板开孔，这是为了避免焊缝交叉，提高节点抗震时的延性。（10）、（11）焊缝处腹板开孔需大些，除了同（9）、（12）的原因外，还可以利于（10）、（11）焊缝的连续施焊，减少焊接缺陷。（c）焊缝（13）、（14）各采用什么方法施工为宜？答：焊缝（13）、（14）均在工厂施工，（13）应用埋弧自动焊，（14）可用CO2气体保护焊，若梁高较小时，（14）也可以用手工焊。例2：网架钢结构中采用螺栓球节点（45＃钢）连接。当杆件交角较小而杆件直径较大时，为避免杆端相互干扰，球节点就要放大，较浪费材料。为了节约钢材，可采用什么方法解决杆端干扰问题？在这样做时为保证工程质量，设计应提出什么工艺要求？答：为了节约材料，可采用螺栓水雷球节点，即在螺栓球与杆件连接的方向焊接像水雷触角一样的连接杆，在上钻孔攻螺纹，与杆件连接。由于螺栓球为45＃钢，用一般方法焊接会产生裂缝，因而设计应提出预先按45＃钢焊接标准进行焊接工艺试验，然后严格按规定的焊接工艺焊接。例3：对于常见的现场主体卧倒焊接成型然后整体起扳安装的石油化工塔，处于强腐蚀环境下，若要长效防腐蚀，设计上用何种方法为宜？对这种安装方式，结构设计中还要注意什么问题？答：对于现场整体焊接整体起扳的石化塔，可在整体焊接成形后用热喷铝复合涂层的方法作长效防腐蚀。因为此种方法对构件的形状大小均无限制，也可在现场施工。对这种安装方式，结构设计应考虑起扳时塔受的轴向压力（由钢索产生）与自重弯矩（不同于使用状态），以及转动处塔脚铰支座的处理。例4：大型管桁架结构设计中拟采用φ630/16的大口径无缝钢管。但根据结构用无缝钢管国标GB8162-87，壁厚为4～16的热扩管的壁厚允许偏差-12.5％～+15％。问设计能否采用？是否有更好的材料代用？答：即使材料达到GB8162-87规定要求，钢管也不能满足钢结构设计的安全度要求。因而不能采用φ630/16热扩无缝钢管。可代之以φ630/16焊接管。因为管桁架以受轴力为主，钢管的纵向焊缝受力很小。而焊接管的截面及弯曲度的允许偏差均很小，可以满足结构安全度的要求。采用焊接管后，要注意纵向焊缝与横向焊缝不能形成十字形交叉，以免造成焊缝脆性。例5：大跨度梯形钢屋架在起扳、吊装过程要注意什么问题？采取什么措施？答：（1）大跨度梯形钢屋架一般平面外刚度很小。在吊装时一般是双吊点起吊。若钢索与上弦夹角较小，则会给屋架施加较大的平面内压力。容易引起屋架平面外失稳。因而要做适当侧向刚度加固。（2）屋架起扳时平面抗扭能力很弱，若两根钢索提升速度有差异，则会使屋架受扭，应避免屋架受扭而产生永久变形。（3）屋架吊装就位后，其侧向支撑体系尚未形成，应用系杆支撑或加缆风形成可靠的侧向支撑体系后才能放松吊索。