江南大学钢结构考试题

江南大学钢结构设计试卷D卷 时间：120分钟 适应专业:土木工程(王登峰)【考uT 闭卷(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，荷载应米用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. 在缀条稳定验算式丝分f中，系数丫是C ocpA o do(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 o(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&规范规定缀条式格构柱单肢的长细比九 0.7九(X为柱两个主轴1maxm ax方向长细比的最大值),是为了 O(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（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Do（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得*、填空题（本大题共10空，每空1分，共10分）、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申应根据换算长细比查表确定。5、设计采用大型屋面板的较支承梯形钢屋架下弦杆截面时，如节间距为八则屋架下弦杆平面内的计算长度应取_io6、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0满足tano 1.5条件时，对接斜焊缝的强度就不会（30 分）低于母材的强度，因而也就不必再进行计算。得分简答题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n =也,与钢号k ho 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。得*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* Fo 手工焊，焊条E43 型。fw= 160N/mm2, fw=185N/mm2, f w=125N/mm2。t=201. （本题12分）V = 86.6WN = 5QkNM = 86.6 x 200 -50x 130 = 10820EN mm上边缘点危险N50x103 E0.7/ZfI 2x0.7 x8x250wJV86.6 x 103E0.7/Z 1f 2x 0.7 x 8 x 250wJ6M6 x 10820 x 103E0.7/Zh 2x0.7 x 8x250217.92V/mm230.92V/mm2cy n fT vfcy mf=92.1 N / mm2cy =gn +QM =17.9 + 92.7 = 110.6JV / mm2f f f2叭1.22丿+ 30.92 =95.8N/讪 2/厂160“皿22. （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 （y =125N/mm2, f =215N/mm2）,板 件摩擦面间作喷砂处理（“=0.的）。t二16七二&Nb = 0.9n |LiP = 0.9xlx0.45xll0 = 44.55kNvfN175N=_ = 一 = 43J5kNNbv44vN/ = (1 - 0.5 =N = (1 - 0.5 x x 175 = 13125kNn4A = A-n d t = 12x200-2x21.5x12 = 1884mm2n10净截面强度：c = 13125xl()3 _ 69.66N/mm2 f = 215N/A 1884n毛截面强度：g = =_巴_ = 72.9N/ f = 215N /A 12x2003. （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，f =215N/mm2, f =125N/mm2 , f =235N/mm2。计算时可忽略 cvdv梁的自重。2000 . 2000 . 2000-200X12X-200 X123. （本题16分）M = 200kNmV = 100kN/广存“03+2x200x12x3062 32x10艸W = 532X108 =1.71xl06mm3-312S = 200x12x306 = 7.344x105 mm3iS = S +300x8x150 = 10.94x105 mm3 max 1M200x106(5= 111.39N / f = 215N/max y W 1.05X1.71X106dX XVS 100x103X10.94x105r = 2j.i N / mm2 f = 125N /VdTmaxx wo =Q X = 111.39x= 107.1A/mm2 1max h6245.32x108 x8US 100x103 x 7.344x1055.32x108 x8T =p = 17.27V / mm2i I tX wg =,(52+312 = 1O7.12+3x17.22 = 111.2A/mm2 1.1/ = 236.5N/ eq11d因为80Jw故需按构造要求设置横旬加劲肋，且a取2力=1200,其中支座及跨中集中力处均设横向加劲肋 o得分、单项选择题（2X10=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.f值值 C.f值 D.fy值A ）B两向异号等值正应力作4. 结祐钢材最易岌生脆性碱坏的应力状朱为（A.三向同号等值拉应力作用 用D.三向等值剪应力作用C.单向拉应力作用5. 钢材塑性破坏的特点是（DB破坏经历时间非常短D.变形大A.变形小C.无变形6. 普通螺栓抗剪工作时，要求被连接构件的总厚度W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（BA.40hB.60h C.80hf D.120hf9. 确定*由心受压决腹柱腹板和翼缘宽厚比限值的原则是（A.等厚度原则B等稳定原则C.等强度原则D.等刚度原则得*、填空题（1X10=10分）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C.H型钢截面B单角钢截面D.箱形截面1. 在弯矩作用下，摩擦型高强度螺栓群的中和轴位于_螺栓群的形 心。2. 在结构承载能力极限状态计算时，应采用荷载的设计值。3. 型钢代号L100X8中，L表示 o4. Q235B钢中的235表示 屈服强度235N/MM2。5. 动力荷载作用下钢材抵抗脆性破坏的性能指标为_冲击韧性值O6. 部分T型钢是半个 H 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 小 。9. 工字形截面梁按弹性设计时，应使翼缘的宽厚比b/t1WO10. 下图所示格柱截面中，虚轴指的是 X 轴。XiIyyXi1、螺栓群形心轴2、设计3、角钢4、屈服强度5、冲击韧性A值KV或冲击韧性值或值6、H7、腹板8、小9、13得分简答题（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，能弓起钢材脆性破坏，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：h 12/防止焊缝过烧焊件；最小焊脚尺寸严I 昇5厂，防止焊缝冷裂； 最大计算长度:tf6Qh,易冷载/ 8/z及叭，防止焊缝沿长度缺陷几率增加。得分w f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o = 23.5mm,承受轴心拉力N = 4QQkN,钢材Q235,试验算此连覆是 否可靠。 fb 140/ mm2? fb 305N / mm2（12 分）v解：（1）螺栓连接计算单个螺栓抗剪设计承载力Nb =nv-7fb =lx3,14x222 xl40 = 53192Av 4 v4单个螺栓的承压设计承载力Nb = tnvfb = 22x14x305 = 93940JV嶄需螺栓木数：二型222 = 714Nb 53192单面搭接，螺栓实际州量应为：“ = 1.1x7.14 = 7.9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1234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：A =（b-2d ）t =（2402x23.5）x14 = 2702加加2flQ1冷5-3-4截面的净截面甲积为：A = 0 x 40 + 2 J8O2 + 352 3 x 23.5& 14 二 2578加加 2_ Nn380000八=141 AN / mm2 f - 215N / mm22578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=160KNo已知： 钢材为Q235BF,焊条为E43型，一“加曲，是判断该连接是否可 f】丰罪。卄10（12 分）解:N = -P,V = -P,M = -Px120-PX10352x0.7 x 6 x 290O.33p555Tn =-pxl0352x0.7 x 6 x 290=0.25p(jM =|pxl20xl03Wf2xx0.7x6x2902= 0.61p1.22)2 +(T v)20.33P + 0.61P)2 + (025p)21.22-0.81x160 129.67V7 mm2 fw = 160N / mm2 故该證接可靠。3. 一工字形截面轴心受压柱如图所示,l=l = 9m, lQ =3m ,在跨中 截面每个翼缘和腹板上各有两个对称布豐的d = 24mm的孔，钢材 用Q235AF, J=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）徉2N|N| P4V- p（章性：mm）截面几何特性:A = 2.20020 + 50010 = 13000mm24 = A-(42024+2 1024) = 10600mm2-存心站+汕no皿=2.23- IO2mmp7- 6.45y：10s 一七L V 1.3X104A 2.67X-107按强度条件确定的承载力:恥=AJ = 1.0610215 = 2.2810dN= 2280kN 按稳定条件确定的承载力：=也=竺耳 22.5=40.4兄 旦=300 = 66 2 10钢材的抗剪强度设计值/与钢材抗拉强度设计值/的关系为(C )vA/ 二局B* f=3fvVC/ =f/4iD/ =/3 柱三向应力状态下，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 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 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 =2161 kN 所以此柱的最大承载力为2160kNo得分、单项选择题(2x10=20分)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.猛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 ）题8图A(a)B. (b) C(c)D(d)9. 当沿受力方向的连接长度/15d时（d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h . =1.5厂，最大焊脚尺immV12寸兀=1.2t ,式中的-和分别为（C ）A. t为月育板厚度，t?为翼缘厚度B. t为翼缘厚度，t?为腹板厚度C. t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. -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得分、填空题（1x10=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L100x8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 冲击韧性人 值或冲击韧性值或ArV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ho/tffl (25 + 0.5Qj235/fy其中2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b /t oit 6.2%2、降低3、角钢4、沸腾钢5、冲击韧性A值或冲击韧性KV值或A值6、H 1、两个方向长细比的较大值8、受压9、弯纽KV10、得分三简答题（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米用的长细比。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。得分四计算题（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=UQkN,接触面 喷砂处理侏0.45,求接头所能承受的最大拉力N?（12分）I+ 卜丨|十十 +III十十十十II十十十十I II I 十十十十II十十十十III+4|十十+2N11 |I讯只已口 门9|1唱54占对|貝门|氏麻|只久10 解：1确定摩擦型高强度螺栓所能承受的最大轴心力设计I = 24Qmm 15d = 323mmio故取0=1.0。单个摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值：Nb =卩0.9旧 P = 1x0.9x0.45x2x110 = 89.17GVVf故N = m =16x89.1 = 1425.6/av（4分）V2 构件所能承受的最大轴心力毛截面：N = 4 = 410x18x215x10-3 =1586.7KN （2分）I - I截面：（n（4）N =l 0.5xfN =l-0.5x （n）L16丿A =410x18-4x21.5x18 = 5832nN = 0.875N由竺=/得AN = 5832x215x 10-3 /0.875 = 14333（6分）由此可见，接头所能承受的最大轴心力设计值为N = 1425.6KN maxfw = 160JV/ mm2，2、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）第1题图N=200KN （设计值）设强轴为x轴。（1）强度验算S = 0.8x20x40.4 + 0.6x40x20 = M26.4cm3解： M = 200 x 0.2 = 40kNm V = 200kN込=0.82040.4 = 646.4cm36Mb =f 2x0.7xh L 2fw=6 x 4：x106181.08N / mm 22 x 0.7 x 8 x（360 - 2 x 8上200 x103一一=51.91N / mm 22 x 0.7h L2 x 0.7 x 8 x V360 - 2 x 8丿fw叽=ULi = gy 总=378kN. m最大正应力强度验算：（6分）i Q /1.22）2 +T2 = （181.08/1.22）2 + 51.912 = 157.24N/mm2 f w = 160N/mm2 fff3.简支梁受力及支承如图所示，荷载标准值P=180kN，分项系数14,不计自重，Q235钢，f=235N/mm2 o （16 分）y1）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？因为翼缘如=t 8所以可以考虑部分塑性。373X106最大剪应力强度验算：竺丿小化川*阳心“2評/ 2厶4 77829 -10 x6应涨/mm腹板与翼缘交界处折算应力验算：.厶 77329.104/聊聊隅 126yA（fy-646Al（f 述/巧一氐 一 77829 10 6 _（1 分）（1 分）（2 分）（2 分）力=咏品 加=山2讣=2迢叽 所以强度均满足。（1 分）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：bI】 16x200 = 3200所以在梁跨中设一道侧向支承点就能保证梁的整体稳性。