钢结构设计基本原理试卷及答案4套新浪

1、第 46 页 共 46 页钢结构设计基本原理模拟题一一、名词解释（5×210分）1.塑性破坏2.热脆3.蓝脆现象4.应力集中5.时效硬化二、简答题（5×420分）1.钢结构有哪些特点？ 2.对于格构式柱，缀条柱和缀板柱换算长细比如何计算并解释其公式中各项含义。3.摩擦型与承压型高强度螺栓的主要区别？4.普通螺栓的受剪螺栓连接有哪几种破坏形式？用什么方法可以防止？5.在哪些情形下，梁不需要计算整体稳定？三、作图题（5×210分）1. 如图3.1所示t型连接，要求采用双面角焊缝，焊脚尺寸，现场焊。图3.12.h型实腹式钢柱柱脚刚接示意图。四、计算题（15×4

2、60分）1.计算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度（图4.1）。（设计值），偏心距。钢材q235b，焊条为e43型，手工焊。焊缝为三级检验标准，上、下翼缘加引弧板和灭弧板施焊。注：,，图4.12.图4.2所示高强度螺栓摩擦型连接，被连接构件的钢材为q235b。螺栓为10.9级，直径24mm，接触面采用喷砂处理。试验算此连接的承载力，图中内力均为设计值。注：，。图4.23.某轴心受压构件（图4.3，不考虑构件自身的重量），承受轴心压力（设计值）n1000kn，两端铰接，沿截面强轴跨中方向有一侧向支撑点，钢材为q235b，截面无孔眼削弱。试设计该截面是否符合要求。附：构件对x轴和y轴均属b类，

3、b类构件轴心受压构件的稳定系数参见表1。表1 b类构件轴心受压构件的稳定系数012345500.8560.8520.8470.8420.8380.833600.8070.8020.7970.7910.7860.780700.7510.7450.7390.7320.7260.720800.6880.6810.6750.6680.6610.655900.6210.6140.6080.6080.5940.588（a）构件平面内计算简图及构件截面图（b）构件平面外计算简图图4.34.已知一简支梁如图（a）所示，焊接截面h828×300×10×14，跨中截面有静荷载设计值产

4、生的,支座截面有静荷载设计值产生的。梁与铺板为刚性连接，能保证梁的整体稳定。钢材选用q345b，钢材强度,(支座处沿跨度方向的支承长度为a=50mm)。要求：验算钢梁截面的强度。图4.4钢结构设计基本原理模拟题二一、名词解释（5×210分）1.可靠性2.脆性破坏3.冷脆4.疲劳破坏5.柱子曲线二、简答题（5×420分）1.钢材具有较好的塑性和韧性，为什么还发生脆性破坏？2.选用钢材应考虑哪些因素？3.焊接残余应力对结构性能有哪些影响？4.对接焊缝在哪些情况下才需进行计算？5.解释梁整体稳定系数中各项的具体含义？三、画图构造题（5×210分）1. 如图3.1所示t型

5、连接，要求采用带衬板单面v型对接焊缝，根部间隙，钝边，剖口角度，衬板宽60，厚6。图3.12.h型实腹式钢柱柱脚铰接示意图。四、计算题（15×460分）1.一支托板采用三面围焊缝（o点焊缝群形心）连接于钢柱上，如图4.1所示。荷载设计值，钢材q235b，焊条e43型，手工焊。若取，验算焊缝的强度。注：图4.12.图4.2为一刚接屋架下弦节点，螺栓为c级普通螺栓m18（），只承受偏心拉力。设，。试验算该连接是否满足要求？注：，。图4.23.某轴心受压构件（图4.3，不考虑构件自身的重量），承受轴心压力（设计值）n1000kn，两端铰接，沿截面强轴跨中方向有一侧向支撑点，钢材为q235b

6、，截面无孔眼削弱。试设计该截面是否符合要求。附：构件对x轴和y轴均属b类，b类构件轴心受压构件的稳定系数参见表1。表1 b类构件轴心受压构件的稳定系数012345500.8560.8520.8470.8420.8380.833600.8070.8020.7970.7910.7860.780700.7510.7450.7390.7320.7260.720800.6880.6810.6750.6680.6610.655900.6210.6140.6080.6080.5940.588（a）构件平面内计算简图及构件截面图（b）构件平面外计算简图图4.34.已知一简支梁如图（a）所示，焊接截面h828&

7、#215;300×10×14，跨中截面有静荷载设计值产生的,支座截面有静荷载设计值产生的。梁与铺板为刚性连接，能保证梁的整体稳定。钢材选用q345b，钢材强度,(支座处沿跨度方向的支承长度为a=50mm)。要求：验算钢梁截面的强度。图4.4钢结构设计基本原理模拟题三一、 名词解释（每题2分，共20分）1.高强钢材2.兰脆现象3.应力集中4.疲劳断裂5.可焊性6.冷弯性能7.塑性破坏8.冲击韧性9.屈强比10.换算长细比二、 论述题（每题4分，共20分）1. 钢材中的残余应力形成原因有哪些？2. 试分析影响受弯构件整体稳定承载力的因素。3. 分别简述碳（c）、硫(s)、磷(p

8、)、氮(n)、氧(o)等对钢材抗拉强度、屈服强度、伸长率、冲击韧性、抗锈蚀能力和可焊性的影响。4. 试述温度对钢材性能有何影响。5. 为什么在钢结构设计中采用理想弹塑性材料模型？三、 计算题（共60分）1 某钢牛腿如题1图所示，钢材为q235，焊条选用e43*型，受外力f(设计值)作用。采用上下两条角焊缝和柱连接,图中标注尺寸均以mm为单位。（20分）问：(1)hf取10，构造是否合理，并说明原因。 (2)验算该连接是否安全。2 如题2图所示，某钢柱牛腿连接，采用8.8级摩擦型高强度螺栓，螺栓直径m22,预紧力p=150kn,构件接触面采用喷砂处理，抗滑移系数0.45,钢材为q235。外力f为

9、设计值，图中标注尺寸均以mm为单位。请问该连接是否满足承载力要求。（20分）3 某轴心受压缀条式格构柱，一端固接一端自由，柱高4m,承受轴心压力设计值n=1200kn,请问该柱能否承受此轴心压力(缀条不用验算)。（20分）已知：钢材为q345，f=310n/2；肢件采用i22a，缀条采用75x6,b类截面，150；缀条采用角焊缝与肢件相连。单个i22a: a=42cm2,ix=3400cm4,iy1=225cm4单个75x6: a=8.80cm2b类截面柱子曲线整体稳定系数60657075808590951000.8070.7790.7510.7190.6880.6540.6210.5880.

10、555钢结构设计基本原理模拟题四四、 名词解释（每题2分，共20分） 1.柱子曲线2.应力集中3.疲劳断裂4.硬化5.冷弯性能6.脆性破坏7.屈强比8.冲击韧性9.兰脆现象10.冷脆五、 论述题（每题4分，共20分）6. 试述温度对钢材性能有何影响。7. 在轴心压杆中，简述长细比的不利影响？8. 钢材的塑性韧性好，为什么会发生脆性破坏？9. 钢材中的残余应力形成原因有哪些？10. 试分析影响受弯构件整体稳定承载力的因素。六、 计算题（共60分）4 某钢牛腿如题1图所示，钢材为q235，焊条选用e43系列，受外力f(设计值)作用。采用上下两条角焊缝和柱连接,图中标注尺寸均以mm为单位。（20分）

11、问：(1)hf取10，构造是否合理，并说明原因。 (2)验算该连接是否安全。5 如题2图所示，某钢柱牛腿连接，采用c级普通螺栓，m24,孔径d025.5，ae=3.532,ftb=170 n/2。构件和螺栓均采用q235钢材。外力f为设计值，图中标注尺寸均以mm为单位。请问该连接是否满足承载力要求。（20分）6 某轴心受压缀条式格构柱，一端固接一端自由，柱高4m,承受轴心压力设计值n=1200kn,请问该柱能否承受此轴心压力(缀条不用验算)。（20分）已知：钢材为q345，f=310n/2；肢件采用i22a，缀条采用75x6,b类截面，150；缀条采用角焊缝与肢件相连。单个i22a: a=42

12、cm2,ix=3400cm4,iy1=225cm4单个75x6: a=8.80cm2b类截面柱子曲线整体稳定系数60657075808590951000.8070.7790.7510.7190.6880.6540.6210.5880.555钢结构设计基本原理模拟题一参考答案一、名词解释（5×210分）1.塑性破坏: 取一个标准的光滑试件在拉力实验机上均匀的架荷当应力达到抗拉强度时，试件发生颈缩现象而断裂破坏，断口与作用力呈45度角呈纤维状，全发暗，有时还能看到滑移的迹象，这种破坏的塑性特征明显、经历时间又长，故称为塑性破坏。2.热脆: 硫与铁的化合物硫化铁散布在纯铁体晶粒间，使钢材的

13、塑性、韧性、疲劳强度和抗锈蚀性等降低。高温（8001000摄氏度）时，硫化铁熔化使钢材变脆，因而在进行焊接或热加工时，可能出现热裂纹，这种现象成为钢材的热脆。3.蓝脆现象: 当温度达到250度时抗拉强度局部性提高，而塑性和冲积韧性下降钢材呈脆性，这种现象称为“蓝脆现象”也称为蓝脆。4.应力集中: 实际钢结构中，构件常存在孔洞、缺口、凹角、截面突然改变及钢材内部缺陷等，在构件形状突然改变或材料不连续的地方，应力分布很不均匀，出现应力局部增大现象，这就是应力集中。5.时效硬化: 冶炼时留在纯铁体中少量的碳和氮的固熔体，是不稳定的，随着时间的增加，将逐渐从纯铁体中析出，形成自由的碳化物和氮化物的微粒

14、，散布在晶粒的滑移面上，阻碍纯铁体的塑性变形，从而使钢材的强度提高，塑性和韧性下降，这种现象称为时效硬化。二、简答题（5×420分）1.钢结构有哪些特点？ 答：（1）强度高；（2）整体韧性好；（3）材质均匀；（4）可焊性好；（5）工业化程度高；（6）密闭性好；（7）耐腐蚀性差；（8）耐热不耐火。2.对于格构式柱，缀条柱和缀板柱换算长细比如何计算并解释其公式中各项含义。答：当缀件为缀条时：当缀件是缀板时：整个构件对虚轴的长细比；整个构件的毛截面面积;构件截面中垂直于x轴的各斜缀条毛截面面积之和;分肢对最小刚度1-1的长细比;3.摩擦型与承压型高强度螺栓的主要区别？答：摩擦型高强度螺栓连

15、接是以板件之间出现滑动，即摩擦阻力刚被客服作为承载能力极限状态。由于承压型高强度螺栓连接受剪是以螺栓孔壁挤压破坏为极限状态，它容许构件接触面出现滑移，接触面的摩擦力只起延缓滑动的作用，因此它的抗剪承载力设计值与普通螺栓的计算方法相同。4.普通螺栓的受剪螺栓连接有哪几种破坏形式？用什么方法可以防止？答：（1）当螺栓直径较小，连接的板件较厚时，栓柱较薄弱，可能先被剪断而导致连接破坏;（2）当螺栓直径较大，连接的板件较厚时，板件较薄弱，孔壁可能被栓杆挤压而导致连接破坏;（3）当板件上螺栓空较多时，板件截面销弱过多而发生破坏;（4）端距太小时，端距范围内的板件可能沿斜方向被栓杆冲剪破坏;（5）当连接的

16、板件较厚时，螺栓过长时，栓杆可能产生过大的弯曲变形而影响连接的正常工作前三种破坏需要通过计算来保证，后两种破坏需要采取构造措施来避免，如取最小容许端距2，以保证端部的板件不被冲剪破坏，螺栓的夹紧长度不超过（46）d来避免栓杆弯曲过大。5.在哪些情形下，梁不需要计算整体稳定？答：（1）有铺板（各种钢结构混凝土板和钢板）密铺在梁的受压翼缘且与其牢固相连，并能阻止梁受压翼缘的侧向位移时;（2）h型钢或工字型截面简支梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比不超过表5.3所规定的数值时;（3）箱型截面简支梁，其截面尺寸满足,。三、作图题（5×210分）1. 如图3.1所示t型连接，要求采用双面角焊缝，

17、焊脚尺寸，现场焊。图3.12.h型实腹式钢柱柱脚刚接示意图。四、计算题（15×460分）1.计算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度（图4.1）。（设计值），偏心距。钢材q235b，焊条为e43型，手工焊。焊缝为三级检验标准，上、下翼缘加引弧板和灭弧板施焊。注：,，图4.1解：（1）焊缝的几何特性（2）焊缝的强度验算最大正应力最大剪力 翼缘与腹板相交处的折算应力；2.图4.2所示高强度螺栓摩擦型连接，被连接构件的钢材为q235b。螺栓为10.9级，直径24mm，接触面采用喷砂处理。试验算此连接的承载力，图中内力均为设计值。注：，。图4.2解：一个螺栓的剪力为一个螺栓所受的拉力为一个

18、螺栓的抗拉承载力设计值为一个螺栓的抗剪承载力设计值为因此，此连接不安全。3.某轴心受压构件（图4.3，不考虑构件自身的重量），承受轴心压力（设计值）n1000kn，两端铰接，沿截面强轴跨中方向有一侧向支撑点，钢材为q235b，截面无孔眼削弱。试设计该截面是否符合要求。附：构件对x轴和y轴均属b类，b类构件轴心受压构件的稳定系数参见表1。表1 b类构件轴心受压构件的稳定系数012345500.8560.8520.8470.8420.8380.833600.8070.8020.7970.7910.7860.780700.7510.7450.7390.7320.7260.720800.6880.68

19、10.6750.6680.6610.655900.6210.6140.6080.6080.5940.588（a）构件平面内计算简图及构件截面图（b）构件平面外计算简图图4.3解：（1）构件截面面积 （2）整体稳定和长细比验算 长细比： 因此对x轴和y轴值均属b类，故由长细比的较大值查表得， 整体稳定性不满足； （3）局部稳定验算 翼缘外伸部分： 腹板局部稳定： 局部稳定满足。 综上所述，该截面不符合要求。4.已知一简支梁如图（a）所示，焊接截面h828×300×10×14，跨中截面有静荷载设计值产生的,支座截面有静荷载设计值产生的。梁与铺板为刚性连接，能保证梁的整

20、体稳定。钢材选用q345b，钢材强度,(支座处沿跨度方向的支承长度为a=50mm)。要求：验算钢梁截面的强度。图4.4解：（1）跨中最大弯矩为 支座处最小剪力为 v=500（2）几何特性 =2bt （）+=2*30*1.4（）+1/12*80*1=1.8181183*（cm）w=4393.26529（cm）；s=30*1.4*（）+80*1*（）=30*1.4*40.7+80*40=1709.4+3200=4909.4（3）应力分析跨中最大弯曲正应力为=0.173<f=310支座出最大剪力为=136.5<f=180分布长度：=a+2.5+=50+2.5*1.4+100=185局部压

21、应力=270.27<f=310跨中折算应力：= =钢结构设计基本原理模拟题二参考答案一、名词解释（5×210分）1.可靠性: 结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，是结构安全性实用性和耐久性的总称。2.脆性破坏；无任何迹象的从应力集中处突然断裂，断口齐平，呈有光泽的晶粒状，此破坏形式为脆性破坏。3.冷脆: 磷是有害元素也是能利用的合金元素。磷和纯铁体结成不稳定的固熔体，会增大钢材的晶粒。磷可以提高钢材的强度和抗锈蚀性，但将严重降低钢材的塑性、韧性和冷弯性能等，特别是在低温下使钢材变脆，不利于钢材进行冷加工，这种现象称为钢材的冷脆。4.疲劳破坏: 钢材在反复荷载

22、作用下，虽然应力低于抗拉强度，甚至低于屈服点，也会发生破坏，这就是钢材的疲劳。疲劳破坏往往是突发的，没有明显的变形，是一种突然发生的断裂。5.柱子曲线: 压杆失稳时与长细比之间的关系曲线称为柱子曲线。二、简答题（5×420分）1.钢材具有较好的塑性和韧性，为什么还发生脆性破坏？答：其发生脆性破坏的原因有：化学成分 冶金缺陷 钢材硬化 温度影响 应力集中 反复荷载作用。2.选用钢材应考虑哪些因素？答：既要使结构安全可靠，又要最大可能的节约钢材和降低造价。 结构类型和重要性 荷载性质 连接方法 工作条件。3.焊接残余应力对结构性能有哪些影响？答：1）对结构静力的影响2）对结构刚度的影响3

23、）对压杆稳定承载力的影响4）对疲劳强度的影响5）对低温冷脆的影响。4.对接焊缝在哪些情况下才需进行计算？答：在一般引弧板施焊的情况下，所有受压受剪的对接焊缝以及受拉的一二级焊缝，均与母材等强，不用计算，只有受拉的三级焊缝才需进行计算。5.解释梁整体稳定系数中各项的具体含义？答：-梁整体稳定的等级弯矩系数；-截面不对称系数；-梁毛截面面积；-梁截面高；-按受压翼缘确定的毛截面模量；-梁在侧向支撑点间对截面弱轴y-y的长细比；-钢材屈服强度；-受压翼缘厚度。三、画图构造题（5×210分）1. 如图3.1所示t型连接，要求采用带衬板单面v型对接焊缝，根部间隙，钝边，剖口角度，衬板宽60，厚

24、6。图3.12.h型实腹式钢柱柱脚铰接示意图。四、计算题（15×460分）1.一支托板采用三面围焊缝（o点焊缝群形心）连接于钢柱上，如图4.1所示。荷载设计值，钢材q235b，焊条e43型，手工焊。若取，验算焊缝的强度。注：图4.1解：hf=10mm 因水平焊缝和竖向焊缝在转角处连续施焊，在计算焊缝长度时，仅在水平焊缝端部减去10mm，竖向焊缝则不减少。由于 故扭矩 说明取hf=10mm不合适2.图4.2为一刚接屋架下弦节点，螺栓为c级普通螺栓m18（），只承受偏心拉力。设，。试验算该连接是否满足要求？注：，。解：m18螺栓的有效截面面积为192mm2，单个螺栓的抗拉承载力设计值为：

25、 且 因此按小偏心计算 该连接不满足要求。图4.23.某轴心受压构件（图4.3，不考虑构件自身的重量），承受轴心压力（设计值）n1000kn，两端铰接，沿截面强轴跨中方向有一侧向支撑点，钢材为q235b，截面无孔眼削弱。试设计该截面是否符合要求。附：构件对x轴和y轴均属b类，b类构件轴心受压构件的稳定系数参见表1。表1 b类构件轴心受压构件的稳定系数012345500.8560.8520.8470.8420.8380.833600.8070.8020.7970.7910.7860.780700.7510.7450.7390.7320.7260.720800.6880.6810.6750.668

26、0.6610.655900.6210.6140.6080.6080.5940.588（a）构件平面内计算简图及构件截面图（b）构件平面外计算简图图4.3解：（1）构件截面面积 （2）整体稳定和长细比验算 长细比： 因此对x轴和y轴值均属b类，故由长细比的较大值查表得， 整体稳定性不满足； （3）局部稳定验算 翼缘外伸部分： 腹板局部稳定： 局部稳定满足。 综上所述，该截面不符合要求。4.已知一简支梁如图（a）所示，焊接截面h828×300×10×14，跨中截面有静荷载设计值产生的,支座截面有静荷载设计值产生的。梁与铺板为刚性连接，能保证梁的整体稳定。钢材选用q34

27、5b，钢材强度,(支座处沿跨度方向的支承长度为a=50mm)。要求：验算钢梁截面的强度。图4.4解：（1）跨中最大弯矩为 支座处最小剪力为 v=500（2）几何特性 =2bt （）+=2*30*1.4（）+1/12*80*1=1.8181183*（cm）w=4393.26529（cm）s=30*1.4*（）+80*1*（）=30*1.4*40.7+80*40=1709.4+3200=4909.4（3）应力分析跨中最大弯曲正应力为=0.173<f=310支座出最大剪力为=136.5<f=180分布长度：=a+2.5+=50+2.5*1.4+100=185局部压应力=270.27<

28、;f=310跨中折算应力：= =钢结构设计基本原理模拟题三参考答案一 名词解释1. 高强钢材：通过各种可能的技术措施（如硬化、热处理）提高钢材的强度，但对其他性能削弱并不过大的钢材。2. 兰脆现象：温度达到250左右时，钢材的fu略有提高，而塑性却降低，钢材呈现脆性，表面发蓝的这种现象称为兰脆现象。3. 应力集中：构件截面改变处，如裂纹，缺口，孔洞，不同厚，不等宽位置处，应力分布不均匀，截面改变位置处的应力远远高于该平面的平均应力，这种现象称为应力集中。疲劳断裂：是钢材在反复交变荷载作用下的一种脆性破坏。从累积损伤理论来讲，疲劳破坏过程是裂纹萌生，扩展直至破坏的一个过程。可焊性：钢材经焊接后不

29、出现裂纹或裂缝的性质。4. 冷弯性能：可以较为严格地表示钢材塑性变形能力地综合指标，直接反映材质优劣及内部有无缺陷。5. 塑性破坏：是钢材地一种破坏形式。破坏前，延续时间长，变形大，破坏前有先兆；断口呈纤维状，有明显颈缩，断面颜色发暗，与轴线大约成45角。有时可以看到滑移线痕迹。6. 冲击韧性：是钢材抵抗冲击荷载（动荷载）地能力，是反映强度和塑性的综合指标。有常温，负温，0的冲击韧性。7. 屈强比：该数值可以反映钢材塑性变形及强度储备的相对大小。10.换算长细比：对于格构柱的虚轴，剪切应变能对该轴整体稳定性的影响不能忽视，采用换算长细比。缀条柱：缀板柱：二.简答题1. 答：（1）焊接时不均匀的

30、升温冷却过程；（2）钢材的轧制；（3）钢材的冷加工；（4）钢材的火焰切割。2. 答：（1）荷载作用种类，位置及梁端支撑情况；（2）截面的抗弯刚度；（3）截面的抗扭刚度；（4）侧向支撑点的间距；（5）梁高。3. 答：（1）含c增大，fy、fu提高，、冲击韧性降低，抗锈蚀能力及可焊性变差；（2）含s增大，降低钢材的、冲击韧性，可焊性及抗锈蚀性能，fy、fu略有提高，导致“热脆”；（3）含p增大，fy、fu及抗锈蚀能力提高，但严重降低塑性、韧性及可焊性，导致“冷脆”；（4）含n增大，影响与p相同；（5）含o增大，影响与s相同；4. 答：温度对钢材性能的影响： 在正温范围内（t >0），总的趋势

31、，随着温度的升高，钢材的强度降低，塑性增大。0 < t <100，影响不大；在250左右，会出现兰脆现象。当温度低于0以下时，随着温度的降低，钢材的脆性倾向逐渐增加。5. 答：因为钢材的拉压等强，各向同性，采用弹塑性材料理论分析结果与试验情况较吻合。其次，钢材的质量较容易保证（与砼材料 相比），设计时，可以考虑材料部分进入塑性区段工作。所以，在钢结构设计中采用理想弹塑性材料模型。三.计算题1. 解：（1）按构造要求：hfmax=hfmin=1.5=1.5=6.4mm hf=10mm (1分) 选取hf=10mm构造合理。（2）焊缝验算： 1力向焊缝形心简化：f 2焊缝有效截面几何参

32、数： 3危险点位于a点： 4< 该连接满足要求。2.解法一： (1).f向螺栓群形心简化 (2).危险螺栓位于最上排1点 =该连接满足承载力要求。解法二：f每排螺栓所受拉力： 连接的受剪承载力：= 该连接满足承载力要求。3.解：（1） （2）强度验算： 安全 （3）刚度验算 安全 (4) 整体稳定验算： ； 其中由折算后查表，即：查得：代入上式得： 安全 (1分)(5)分肢稳定验算： 安全 综合25可知，该格构柱可以安全承受轴心压力1200kn。钢结构设计基本原理模拟题四参考答案一. 名词解释1. 柱子曲线：受压构件临界应力（即）与的关系曲线。我国规范采用的柱子曲线有a、b、c、d四种。2. 应力集中：构件截面改变处，如裂纹，缺口，孔洞，不同厚，不等宽位置处，应力分布不均匀，截面改变位置处的应力远远高于该平面的平均应力，这种现象称为应力集中。3. 疲劳断裂：是钢材在反复交变荷载作用下的一种脆性破坏。从累积损伤理论来讲，疲劳破坏过程是裂纹萌生，扩展直至破坏的一