74钢结构设计原理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.钢结构具有、、、、和等特点。3.钢材的破坏形式有和。4.影响钢材性能的主要因素有、、、、、、和。5.影响钢材疲劳的主要因素有、、、6.建筑钢材的主要机械性能指标是、、、和。7.钢结构的连接方法有、和。8.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。9.普通螺栓抗剪连接中，其破坏有五种可能的形式，即、、、、和。10.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。11.轴心压杆可能的屈曲形式有、、和。12.轴心受压构件的稳定系数与、和有关。13.提高钢梁整体稳定性的有效途径是、和。14.影响钢梁整体稳定的主要因素有、、、和。15.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。二、问答题1.钢结构具有哪些特点？2.钢结构的合理应用范围是什么？3.钢结构对材料性能有哪些要求？4.钢材的主要机械性能指标是什么？各由什么试验得到？5.影响钢材性能的主要因素是什么？6.什么是钢材的疲劳？影响钢材疲劳的主要因素有哪些？7.选用钢材通常应考虑哪些因素？8.钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？9.焊缝可能存在的缺陷有哪些？10.焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要求？11.对接焊缝的构造要求有哪些？12.角焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要构造要求？13.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？14.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？15.螺栓的排列有哪些构造要求？16.普通螺栓抗剪连接中，有可能出现哪几种破坏形式？具体设计时，哪些破坏形式是通过计算来防止的？哪些是通过构造措施来防止的？如何防止？17.高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？18.轴心压杆有哪些屈曲形式？19.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？20.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？21.什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？22.什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？23.压弯构件的整体稳定计算与轴心受压构件有何不同？24.压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？三、计算题1.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）2.试计算如图所示钢板与柱翼缘的连接角焊缝的强度。已知N=390kN（设计值），与焊缝之间的夹角60。钢材Q235，焊条E43,手工焊。有关强度设计值wff=160N/mm2。3.设计双角钢拉杆与节点板之间的连接角焊缝计算长度L1=?,L2=?已知：采用三面围焊：hf=6mm,fwf=160N/mm2,N=529kN(静载设计值)4.设计矩形拼接板与板件用三面围焊连接的平接接头。轴心拉力N＝1250kN，（静载设计值），钢材Q235，焊条E43,手工焊。有关强度设计值ƒ=215N/mm2，fwf=160N/mm2。图示尺寸单位mm.(焊缝LW2实际长度取cm整数)5.设计矩形拼接板与板件用普通螺栓连接的平接接头。（如图所示，单位mm）。已知轴心拉力设计值N=600KN,有关强度设计值：ƒbv=130N/mm2,ƒbc=305N/mm2,ƒ=215N/mm2。粗制螺栓d=20mm,孔径d0=21.5mm。6.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。螺栓M20,孔径21.5mm,ƒbv=130N/mm2,ƒbc=305N/mm2。7.若上题的拼接接头改用10.9级M20磨擦型高强度螺栓，接触面处理采用钢丝刷清除浮锈。接头所能承受的最大轴心力设计值能增大多少？已知高强度螺栓预拉力设计值P＝155kN,接触面抗滑移系数3.0。8.计算图示连接的承载力设计值N。螺栓M20，孔21.5mm,材料Q235A已知：ƒ＝215N/mm2,ƒbv=130N/mm2,ƒbc=305N/mm2。9.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=60KN,螺栓M20,孔径21.5mm,ƒbv=130N/mm2,ƒbc=305N/mm2.10.两端铰接轴心受压柱，高9.6m,钢材为Q235，强度设计值ƒ=215N/mm2，采用图示截面，尺寸单位mm,计算可承受外荷载设计值N=？注：①不计自重②稳定系数：7273747576777879800.7390.7320.7260.7200.7140.7070.7010.6940.68811.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=11080cm4IX1=460cm412.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？13.一简支梁的计算简图如下，截面采用普通工字钢I50a，材料为Q235，除两端支承处能阻止梁端截面的扭转外，跨中无任何侧向支承点，试按整体稳定确定荷载P的大小（设计值，不计自重）已知：①钢材强度设计值f＝215N/mm2②I50a的Ix＝46470cm4，Wx＝1860cm3，Iy＝1120cm4，Wy＝142cm3③整体稳定系数：b集中荷载作用于上翼缘0.5均布荷载作用于上翼缘0.4414.求图示钢梁所能承受的最大均布荷载设计值（含自重），已知梁截面为热轧普通工字钢I45a,其截面特性为：A=102cm2IX=32240cm4wx=1430cm3Iy=855cm4wy=114cm3材料为Q235,强度设计值ƒ=215N/mm2，梁两端不能扭转，跨中无侧向支撑点，挠度不起控制作用，截面无削弱。整体稳定系数b=0.44.15.如图所示的拉弯构件，间接承受动力荷载。横向均布荷载的设计值为8kN/m。截面为I22a，无削弱。试确定杆能承受的最大轴心拉力设计值。已知：cmicmWcmAxx99.8,309,4232,ƒ=215N/mm2。16.用轧制工字钢I36a（材料Q235）作成的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：cmicmicmWcmAyxx69.2,4.14,875,3.7632,ƒ=215N/mm2。《钢结构设计原理》复习题参考答案一、填空题1．承载能力极限状态、正常使用极限状态2．轻质高强、材质均匀，韧性和塑性良好、装配程度高，施工周期短、密闭性好、耐热不耐火、易锈蚀。3．塑性破坏、脆性破坏4．化学成分、钢材缺陷、冶炼，浇注，轧制、钢材硬化、温度、应力集中、残余应力、重复荷载作用5．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6．屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能7．焊接连接、铆钉连接、螺栓连接8．8hf、40mm60hf9．螺栓剪坏、孔壁挤压坏、构件被拉断、端部钢板被剪坏、螺栓弯曲破坏10．螺栓材质、螺栓有效面积11．弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲12．残余应力、初弯曲和初偏心、长细比13．加强受压翼缘、增加侧向支承点14．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15．限制宽厚比、设置加劲肋二、问答题1．钢结构具有的特点：○1钢材强度高，结构重量轻○2钢材内部组织比较均匀，有良好的塑性和韧性○3钢结构装配化程度高，施工周期短○4钢材能制造密闭性要求较高的结构○5钢结构耐热，但不耐火○6钢结构易锈蚀，维护费用大。2．钢结构的合理应用范围：○1重型厂房结构○2大跨度房屋的屋盖结构○3高层及多层建筑○4轻型钢结构○5塔桅结构○6板壳结构○7桥梁结构○8移动式结构3．钢结构对材料性能的要求：○1较高的抗拉强度fu和屈服点fy○2较好的塑性、韧性及耐疲劳性能○3良好的加工性能4．钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。其中屈服点、抗拉强度和伸长率由一次静力单向均匀拉伸试验得到；冷弯性能是由冷弯试验显示出来；冲击韧性是由冲击试验使试件断裂来测定。5．影响钢材性能的主要因素有：○1化学成分○2钢材缺陷○3冶炼，浇注，轧制○4钢材硬化○5温度○6应力集中○7残余应力○8重复荷载作用6．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。影响钢材疲劳的主要因素是应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）以及应力循环次数。7．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8．钢结构常用的连接方法有：焊接连接、铆钉连接和螺栓连接三种。焊接的优点：○1不需打孔，省工省时；○2任何形状的构件可直接连接，连接构造方便；○3气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性能较好。焊接的缺点:○1焊缝附近有热影响区，材质变脆；○2焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，残余变形使结构形状、尺寸发生变化；○3焊接裂缝一经发生，便容易扩展。铆钉连接的优点:塑性、韧性较好，传力可靠，连接质量易于检查。铆钉连接的缺点:因在构件上需打孔，削弱构件截面；且铆接工艺复杂，技术要求高。螺栓连接的优点：具备铆钉连接塑性、韧性好，传力可靠的优点，又兼备安装拆卸方便，可以多次重复使用的优点，且连接变形小。9．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。10．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）11.对接焊缝的构造要求有：○1一般的对接焊多采用焊透缝，只有当板件较厚，内力较小，且受静载作用时，可采用未焊透的对接缝。○2为保证对接焊缝的质量，可按焊件厚度不同，将焊口边缘加工成不同形式的坡口。○3起落弧处易有焊接缺陷，所以要用引弧板。但采用引弧板施工复杂，因此除承受动力荷载外，一般不用引弧板，而是计算时为对接焊缝将焊缝长度减2t（t为较小焊件厚度）。○4对于变厚度（或变宽度）板的对接，在板的一面（一侧）或两面（两侧）切成坡度不大于1:2.5的斜面，避免应力集中。○5当钢板在纵横两方向进行对接焊时，焊缝可采用十字形或T形交叉对接，当用T形交叉时，交叉点的间距不得小于200mm。12.角焊缝的计算假定是：○1破坏沿有效载面；○2破坏面上应力均匀分布。13.钢材在施焊过程中会在焊缝及附近区域内形成不均匀的温度场，在高温区产生拉应力，低温区产生相应的压应力。在无外界约束的情况下，焊件内的拉应力和压应力自相平衡。这种应力称焊接残余应力。随焊接残余应力的产生，同时也会出现不同方向的不均匀收缩变形，称为焊接残余变形。焊接残余应力的影响：○1对塑性较好的材料，对静力强度无影响；○2降低构件的刚度；○3降低构件的稳定承载力；○4降低结构的疲劳强度；○5在低温条件下承载，加速构件的脆性破坏。焊接残余变形的影