钢结构设计 试题

钢结构试题一、简答题（每小题5分，共20分）1结构或构件的承载能力极限状态包括哪些计算内容？正常使用极限状态又包括 哪些内容？2为什么采用钢材的屈服点f作为设计强度标准值?无明显屈服点的钢材，其设计强度值如何确定？73为了保证实腹式轴压杆件组成板件的局部稳定，有哪几种处理方法？4何谓焊接板梁的最大高度h 和最小高度h . ?梁的经济高度h的范围?腹板太 maxmine厚或太薄会出现什么问题？二、单项选择题（在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确 答案的序号填在题干的括号内。每小题1分，共10分）1. 下列各项，（）不属于结构的承载能力极限状态范畴。A. 静力强度计算B.动力强度计算C.稳定性计算D.梁的挠度计算2. 在下列各化学元素中，（）的存在可提高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促使钢材变脆（冷 脆）。A. 硅B.铝C.硫D.磷3根据钢材的一次拉伸试验，可得到如下四个力学性能指标，其中（）是钢结构的强度储备。A.屈服点fB.抗拉强度fuC.伸长率5D.弹性模量E4. 普通轴心受压构件的承载力经常决定于（）。A.扭转屈曲B.强度5. 摩擦型高强度螺栓的抗剪连接以（A.螺杆被拉断C.孔壁被压坏C. 弯曲屈曲D.弯扭屈曲）作为承载能力极限状态。B. 螺杆被剪断D. 连接板件间的摩擦力刚被克服6根据施焊时焊工所持焊条与焊件之间的相互位置的不同，焊缝可分为平焊、立 焊、横焊和仰焊四种方位，其中（）施焊的质量最易保证。A.平焊B.立焊C.横焊D.仰焊 7为了保证焊接板梁腹板的局部稳定性，应根据腹板的高厚比ho的不同情况配置tw加颈肋。当80竿+rf时，应（）。wA.不需配置加劲肋C.配置横向和纵向加颈肋B.配置横向加劲肋D.配置横向、纵向和短加颈肋8.双轴对称焊接工字形单向压弯构件，若弯矩作用在强轴平面内而使构件绕弱轴弯曲，则此构件可能出现的整体失稳形式是（）。A.平面内的弯曲屈曲B.扭转屈曲C. 平面内的弯曲屈曲或平面外的弯扭屈曲D.平面外的弯扭屈曲9屋架设计中，积灰荷载应与（ A.屋面活荷载）同时考虑。B.雪荷载C.屋面活荷载与雪荷载两者中的较大者D.屋面活荷载与雪荷载A. 两不等边角钢长边相连的T形截面B. 两不等边角钢短边相连的T形截面C. 两等边角钢相连的T形截面D. 两等边角钢相连的十字形截面三、填空题（每空1分，共10分）1. 用结构钢材制成的拉伸试件进行拉伸试验时，得到的平均应力-应变关系曲线（ 吃关系曲线）可分为、和颈缩阶段。2计算直角角焊缝承载能力时是以方向的最小截面为危险截面，此危险截面称为角焊缝的计算截面或有效截面。侧面角焊缝的强度要比正面角焊缝的强 度。3侧面角焊缝的计算长度与其焊脚高度之比越大，侧面角焊缝的应力沿其长度的分布。4轴心受拉构件的承载能力极限状态是。5实腹式拉弯构件的截面出现是构件承载能力的极限状态。但对格构式拉弯构件或冷弯薄壁型钢截面拉弯杆，常把视为构件的极限状态。这些都属于强度的破坏形式，对于轴心拉力很小而弯矩很大的拉弯杆也可能存在和梁 类似的弯扭失稳的破坏形式。四、计算题（第1小题15分，第2小题20分，第3小题25分，共60 分）1如图所示，钢牛腿与钢柱采用对接焊缝进行连接。已知钢牛腿的截面尺寸为：翼缘板宽b=250mm,厚度为t=14mm；腹板高度ho=300mm,厚度为t =12mm。 作用于牛腿上的偏心荷载设计值为250KN（静力荷载），偏心距为e=170mm。钢 材为Q235，采用手工焊，焊条为E43型，采用引弧板，焊缝质量等级为二级,试对此连接进行验算。（15分）（已知fw =125N/mm2, fwt=fw =215N/mm2）注意：为 降低计算量，这里已给出构件截面的部分几何特性参数：对接焊缝截面形心轴距翼缘外边缘距离为y1=y0=86.6mm,y2=227.4mm,I =7074cm4,A =36cm2。xwy0=86.6mm ，2.有一实腹式双轴对称焊接工字形截面轴心受压柱，Q235钢材, 对x,y轴均属于b类截面。截面尺寸为：翼缘板宽b=250mm，轴均属于b类截面。截面尺寸为：翼缘板宽决250巴护， 腹板高度为h=350 轴心压力设计值为mm，翼缘为焰切边，厚度为t=12mm,厚度为t =10mm，计算长度为1 =12m,l =4m,承受的1 w|oxoy120QKN。试对该柱进行验2_ r -r215N/mmj）二x3如图所示一焊接组合截面板梁，截面尺寸为：翼缘板宽度b=340mm，厚度为 t=12mm；腹板高度为h0=45Omm,厚度为t =10mm,Q235钢材。梁的两端简支, UW跨度为6m，跨中受一集中荷载作用，荷载标准值为：恒载4UKN，活载7UKN（静 力荷载）。试对梁的抗弯强度、抗剪强度、折算应力、整体稳定性和挠度进行验 算。（f=215N/mm2,f =125N/mm2, v =丄）（25 分）vl 400=0.819 z b=1.1-0.4646 + 012699b9b/2n . 4320 Ah 1“ X t235 门=P b -1 + )2 -卩bb X2 W4.4hf bX 注意，为降低计算量，这里已给出构件截面部分几何特性参数：A=126.6cm2 I =51146cm4, I =7861cm4, W =2158cm4, S =1196cm3， S . =942cm3xyxxx13403m3m附表1.15 Q235钢（3号钢）b类截面轴心受压构件的稳定系数9浙江省2002年1月高等教育自学考试钢结构试题参考答案课程代码：02442一、简答题（每小题5分，共20分）1结构或构件的承载能力极限状态包括静力强度、动力强度和稳定等的计算 达到这种极限状态时，结构或构件达到了最大承载力而发生破坏，或达到 了不适于继续承受荷载的巨大变形。结构或构件的正常使用极限状态是对 应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值。达此极限状态时, 结构或构件虽仍保持承载力，但在正常荷载和作用下产生的变形已不能使 结构或构件满足正常使用的要求，包括静力荷载作用下产生的巨大变形和 动力荷载作用下产生的剧烈振动等。2选择屈服点作为结构钢材设计强度标准值是因为：（1）它是钢材开始塑性工 作的特征点，钢材屈服后，塑性变形很大，极易为人们察觉，可及时处理, 避免发生破坏；（2）从屈服到钢材破坏，整个塑性工作区域比弹性工作区域 约大200 倍,且抗拉强度与屈服点之比（强屈比）较大，是钢结构的极大后备强度，使钢材不会发生真正的塑性破坏，十分安全可靠。对无明显屈服点 的钢材，以卸载后试件的残余应变为0.2%所对应的应力作为屈服点。3对翼缘板，可通过增加其厚度，使其宽厚比不超过一定的限值以确保其满 足局部稳定性要求；对腹板，一方面可以通过增加其厚度，使其高厚比不 超过一定的限值，也可在腹板中央沿腹板全长设置一根纵向加劲肋，以保 证其局部稳定性要求。4梁的高度应由建筑高度、刚度要求和经济条件三者来确定。建筑高度是指 梁格底面最低表面到楼板顶面之间的高度，它的限制决定了梁的最大可能 高度h ，一般由建筑师提出；刚度要求是要求梁的挠度vWv,它决定 max了梁的最小高度h.;由经济条件可定出梁的经济高度h，一般由梁的用钢mme量为最小来确定，梁的经济高度的范围为：h.WhWh ，腹板太厚将增 min e max加用钢量，导致不经济，而太薄，梁的腹板将不能保证局部稳定性要求， 从而使梁的稳定性承载能力降低。二、单项选择题（每小题1分，共10分）1.D2.D3.B4.C5.D6.A7.B8.A9.C10.A三、填空题（每空1分，共10分）1弹性阶段弹塑性阶段塑性阶段强化阶段2.45 低3. 越不均匀4强度承载力极限状态即钢材的屈服点5. 塑性铰截面边缘开始屈服四、计算题（第1小题15分，第2小题20分，第3小题25分，共60分）1解：由于翼缘处剪应力很小，可以认为全部剪力由腹板处的竖直焊缝均匀 承受，而弯矩由整个T形截面焊缝承受。荷载设计值计算：V=F=250KNM=250X0.17=42.5KN m验算正应力：m1=M1 = 4Z5x 106 x86.6 =52N/mm2vfw7074 x 1041= 22 = 42.5 x 106 x 227.4 =136.6N/mm2vfwIx验算剪应力:7074 x 104V 250 x 103=69.4N/mm2fwv2c3600Aw验算2点折算应力(q m)2 + 3t 2 = y 136.62 + 3 x 69.42 =182N/mm21.1fwt 验算表明：连接安全。2. 解：(1)构件截面几何特性计算：A=25 X 1.2 X 2+35 X 1.0=95cm2I = 125X37.43-(25-1)X353 =23237cm4x 12I =丄 X2X1.2X253=3125cm4 y 12厂i123237 15 64i = 疔二=15.64cmx A 95i=ZyI1=5.74cmA 95 l 1200A =-oi 二=76.7x i 15.64xA 丄=迴=69.7i 5.74y(2) 强度验算：因截面无削弱，所以这里无需验算强度。(3) 整体稳定性验算：轴屈曲截面对x、y轴弯曲屈曲都属于b类截面，故整体稳定性由绕x 控制。由入=76.7查表得：q =0.709xv y旦二 1200 X103=178.2N/mm2vfq A 0.709 x 95 x 102 y整体稳定性能够保证。(4)局部稳定性验算：翼缘 ki = 120=10(10+0.1A )空=10+0.1X76.7=17.67 t 12I1 f1 y腹板 h0 = 350=35(25+0.5A )竺=25+0.5X76.7=63.35 t 10fw局部稳定性能够保证。3. 解：荷载设计值计算。P=1.2X 40+1.4 X 70=146KNM=PL =219K Nm44V=P =73KN2(1)构件截面几何特性计算：口A 飞器=7.88CmA =h =型=76.1 i 7.88y（2）强度验算:抗弯强度抗剪强度折算应力=Mymax = 219 x 106 x 237 =101.5N/mm2fI51146 x 104x= 73 x 103 x 1196 x 103 =17.1N/mm216,故需要验算整体稳定性。b 34C 4320 Ah IV b 邙 b -:二二 l , t 2 3 5-1 + (i )2 -九 2W 4.4h fx=0.81 X 塑 x 126.6 x 47.4 1 +(76.1 x 1.2 )2 x 176.122158 H 4.4 x 47.42158=1.8340.6,4 40.46460.12691 40.46460.1269 n QQQ0 二 1.1 -+二 1.1 -+= 0.898b 3/21.8341.8341.5bbM =219 x 106=113N/mm22d0的目的是为了避免（D ）A.螺栓杆受剪破坏B.螺栓杆受弯破坏C.板件受挤压破坏D.板件端部冲剪破坏11、以下关于应力集中的说法中正确的是B。A、应力集中降低了钢材的屈服强度B、应力集中产生同号应力场，使塑性变形受到限制C、应力集中产生异号应力场，使钢材变脆D、应力集中可以提高构件的疲劳强度 12.Q235与Q345两种不同强度的钢材进行手工焊接时，焊条应采用（C ）A.E55 型C.E43 型13.在搭接连接中， (A )A.5倍C.15 倍B.E50 型D.H10MnSi为了减小焊接残余应力，其搭接长度不得小于较薄焊件厚度的B.10 倍D.20 倍14、图示连接中高强度螺栓群受弯后的旋转中心为A、a 点；C、c 点；B、b 点；D、d 点。15. 如图所示两端铰支理想轴心受压构件Ix/Iy4，其临界压力Ncr为（D ）A.n2EIx/（2b2）B.n2EIx/b2C.n2EIy/（4b2）D.n2EIy/b216. 承压型高强度螺栓连接比摩擦型高强度螺栓连接（B ）A.承载力低，变形大B.承载力高，变形大C.承载力低，变形小D.承载力高，变形小17. 当沿受力方向的连接长度时，螺栓的抗剪和承压设计承载力均应降低，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。18. 为提咼轴心受压构件的整体稳定，在杆件截面面积不变的情况下，杆件截面 的形式应使其面积分布（B ）A.尽可能集中于截面的形心处B.尽可能远离形心C.任意分布，无影响D.尽可能集中于截面的剪切中心19. 梁整体失稳的方式为（D ）A.弯曲失稳B.剪切失稳C.扭转失稳D.弯扭失稳20. 对于直接承受动力荷载的结构，宜采用C 。A、焊接连接；B、普通螺栓连接；C、摩擦型高强度螺栓连接；D、承压型高强度螺栓连21当仅讨论截面形式对轴心受压杆的失稳影响时，一般来说，图示的四种截面中最 易发生扭转失稳的截面为（）22. 双轴对称焊接工字形单向压弯构件，若弯矩作用在强轴平面内而使构件绕弱轴弯 曲，则此构件可能出现的整体失稳形式是（）A.平面内的弯曲屈曲B.扭转屈曲C.平面外的弯扭屈曲D.平面内的弯曲屈曲或平面外的弯扭屈曲x。x代替23.格构式轴心受压构件的整体稳定计算时，由于（），因此以换算长细比A.格构式柱可能发生较大的剪切变形B.要求实现等稳定设计C.格构式柱可能单肢失稳D.格构式柱承载能力提高24. 关于钢结构的特点叙述错误的是（）A.建筑钢材的塑性和韧性好B.钢材的耐腐蚀性很差C.钢材具有良好的耐热性和防火性D.钢结构更适合于建造高层和大跨结构25. 钢材屈服点fy的高低反应材料（）A.受静荷时的最大承载能力B.受静荷时的最大变形能力C.受动荷时的最大承载能力D.受静荷时发生塑性变形前的承载能力26在三向正应力状态下，当出现下列何种情况时，钢材易发生脆性破坏（）A.异号应力，且应力差较小B.异号应力，且应力差较大C.同号拉应力，且应力差较小D.同号拉应力，且应力差较大27. 角焊缝的最小焊脚尺寸hfmin1.5，最大焊脚尺寸hfmax1.2t1,式中的t1和t2分别为（）A.tl为腹板厚度，t2为翼缘厚度B.tl为翼缘厚度，t2为腹板厚度C. tl为较薄的被连接板件的厚度，t2为较厚的被连接板件的厚度D. tl为较厚的被连接板件的厚度，t2为较薄小的被连接板件的厚度28. Q235与Q345两种不同强度的钢材进行手工焊接时，焊条应采用（）A.E55 型B.E50 型C.E43 型D.HlOMnSi29对于常温下承受静力荷载、无严重应力集中的碳素结构钢构件，焊接残余应力对 下列没有明显影响的是（）A.构件的刚度B.构件的极限强度C.构件的稳定性D.构件的疲劳强度30. 受弯构件的刚度要求是 ,计算挠度时，则应（）。A.用荷载的计算值 B.用荷载的标准值C.对可变荷载用计算值 D.对永久荷载用计算值31. 焊接工字型截面梁腹板设置加劲肋的目的（）A.提高梁的抗弯强度 B.提高梁的抗剪强度C.提高梁的整体稳定性 D.提高梁的局部稳定性32、焊接工字形等截面简支梁，在何种情况下，整体稳定系数最高？（）A、跨度中央一个集中荷载作用时B、跨间三分点处各有一个集中荷载作用时C、全跨均布荷载作用时D、梁两端有使其产生同向曲率、数值相等的端弯矩的荷载作用时二、填空题（每空1分）1钢结构出现疲劳断裂时，破坏截面上的应力低于钢材的强度。2摩擦型高强度螺栓连接以为承载能力极限状态；而承压型高强度螺栓连接以为承载能力极限状态。3. 我国在建筑钢结构中主要采用的钢材为碳素结构钢和结构钢。焊缝连接形式根据焊缝的截面形状，可分为和两种类型。4型钢有热轧成型和成型两大类。5应力集中将会导致构件发生破坏。减小焊接残余变形的主要方法有：，和。6. 当温度tvOC时，随着温度下降，钢材的冲击韧性值也。7. 在受拉的螺栓连接中，普通螺栓所受拉力的大小不仅与外力有关，还与被连接板件的有关。8高强度螺栓根据其螺栓材料性能分为两个等级：8.8级和10.9级，其中10.9表/示。9性能等级为4.6级和4.8级的C级普通螺栓连接，级的安全储备更大。10. 相同的梁分别承受均布荷载和集中荷载的作用，虽然两者在梁内产生的最大弯矩相同，但前者的整体稳定承载力比后者。11. 规范规定普通螺栓抗拉强度设计值ftb取为螺栓钢材抗拉强度设计值f的0.8倍，是为了考虑的影响。12. 实腹式偏心压杆在弯矩平面外的失稳属于屈曲。13. 使格构式轴心受压构件满足承载力极限状态，除要保证强度、整体稳定外，还必须保证。14钢材随时间进展将发生屈服强度和抗拉强度提高、塑性和冲击韧性降低的现象， 称为。15根据施焊时焊工所持焊条与焊件之间的相互位置的不同，焊缝可分为平焊、立焊、 横焊和仰焊四种方位，其中施焊的质量最易保证。16钢材的含碳量越高，则强度越，韧性越，抗腐蚀性越。17. 钢号Q345B表示钢材。18. 建筑钢材中严格控制硫的含量，在Q235钢中不得超过0.05%，在Q345钢中不得超过0.045%，这是因为含硫量过大，在焊接时会引起钢材的。19. 钢结构防火性能差是由于当温度超过一定值时，钢材的和 将随温度升高而急剧降低。20钢材的伸长率是衡量钢材性能的指标，是通过一次静力拉伸试验得到的。21当轴心受压构件发生弹性失稳时，提高钢材的强度将构件的稳定承受载力。22. 当构件轴心受压时，对于双轴对称截面，可能产生；对于无对称轴的截面，可能产生；对于单轴对称截面，则可能产生。23. 焊缝缺陷有多种，其中对焊缝受力的危害最大。24. 焊接结构中存在着双向或三向同号拉应力场，材料塑性变形的发展受到限制，使钢材变脆。特别是当焊接应力较大时，在温度较低的条件下很容易发生现象。25. 当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，应做坡度不大于1: 2.5（静载）或 （动载）的斜角，以平缓过度，减小应力集中。26加劲肋按其作用可分为、。27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 须设在钢梁的翼缘。28. 轴心受压格构式构件绕虚轴屈曲时达临界状态杆轴绕曲时的不能忽略，因而绕虚轴的长细比久護采用。 29轴心受压构件，当构件截面无孔眼削弱时，可以不进行计算。30相同的梁分别承受均布荷载和集中荷载的作用，虽然两者在梁内产生的最大弯矩 相同，但前者的整体稳定承载力比后者。三、简答题（每小题10分）1、何谓应力集中？应力集中对钢材的机械性能有何影响？2、通过哪些设计措施可以减小焊接残余应力和焊接残余变形？3、焊接残余应力对结构性能有哪些影响？4、抗剪的普通螺栓连接有哪几种破坏形式？用什么方法可以防止？5、可以采用钢材的极限强度作为设计强度标准值吗?如果不可以，采用什么作为设计 强度标准值?为什么?无明显屈服点的钢材，其设计强度值如何确定？6、焊脚尺寸是越大越好还是越小越好?为什么？答案：、1、B 2、C 3、B 4、C5、B6、C 7、C 8、C9、A 10、D 11、B12、C 13、A 14、无图 15、无图16、D 17、B19、D20、C21、无图22、C 23、B24、C25、D26、D 27、C 28、C29、B30、B 31、D 32、D、1、极限强度2、磨擦面间的剪力和螺栓杆轴方向的拉力、螺纹处的有效截面3、 低合金高强度、对接焊缝和角焊缝4、冷弯5、脆性、设计上的措施和工艺上的措 施6、随之下降7、刚度8、螺栓所用材料的等级9、4.610、好11、主要是考虑一般螺栓有承受剪与拉两种情况，当有受剪时，其受拉可以0.8倍计。12、 弯扭13、局部稳定14、时效硬化15、平焊16、高、差、差17、屈服强度为 345N/mm，质量等级为B级的低合金高强度结构18、热脆19、强度20、塑性21、减小22、超载破坏、压弯破坏、弯扭破坏23、低温冷脆问题24、脆断25、 1： 5 26、横向加劲肋、纵向加劲肋27、受压28、剪切变形、换算长细比29、 强度30、强三、1、答：实际上钢结构构件中存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部 缺陷，此时构件中的应力分布将不再保持均匀，而是在某些区域产生局部高峰应力， 在另外一些区域则应力降低，形成所谓的应力集中。2、答：1、焊接位置的合理安排；2、焊缝尺寸要适当；3、焊缝数量宜少；4、应尽 量避免两条或三条焊缝垂直交叉；5、尽量避免在母材厚度方向的收缩应力3、答：1、降低结构刚度；2、降低或消除焊缝中的残余应力是改善结构低温冷脆性 能的重要措施；3、对构件的疲劳强度有明显不利的影响。4、答：1、当栓杆直径较小，板件较厚时，栓杆可能先被剪断；2、当栓杆直径较大， 板件较薄时，板件可能先被挤坏，由于栓杆和板件的挤压是相对的，故也可把这种破 坏较作螺栓的承压破坏；3、板件可能因螺栓孔削弱太多而被拉断；4、端距太小，端 距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏。第1、2种破坏形式可进行抗剪螺栓连接的 计算，第3种破坏形式要进行构件的强度计算；第4种破坏形式有螺栓端距2d0来 保证。5、答：不可以。屈服强度作为设计强度标准值。因为钢材过了屈服强度后，会有一 定的延伸率，这段时期钢材的强度会低的。对无明显屈服点的钢材，其设计强度应以 极限强度的75%来定。6、答：除钢管结构外，焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍，是为了避免焊缝 区的基本金属过烧，减小焊件的焊接残余应力和残余变形。焊脚尺寸也不能过小，否 则焊缝因输入能量过小，而焊件厚度较大，以致施焊时冷却速度过快，产生淬硬组织， 导致母材开裂，规范规定焊脚尺寸不得小于1.5，t为较厚焊件的厚度。