钢结构试卷A答案(2010)

广州大学广州大学 2010 2011 学年第学年第 1 学期考试卷学期考试卷 课程 钢结构设计原理 考试形式 开卷 考试 学院 土木工程 系 建工 专业 班级 学号 姓名 题次一二三四五六七八九十总分评卷人 分数10105101040 15100 评分 一 一 选择题 每题选择题 每题 1 1 分 共分 共 1010 分 分 1 承重结构用钢材应保证的基本力学性能内容应是 c a 抗拉强度 伸长率 b 抗拉强度 屈服强度 冷弯性能 c 抗拉强度 屈服强度 伸长率 d 屈服强度 伸长率 冷弯性能 2 钢材牌号 Q235 Q345 Q390 是根据材料的 a 进行命名 a 屈服点 b 设计强度 c 标准强度 d 含碳量 3 在钢材所含化学元素中 均为有害杂质的一组是 c a 碳 磷 硅 b 硫 磷 锰 c 硫 氧 氮 d 碳 锰 矾 4 轴心压杆整体稳定公式的意义为 d N f A a 截面平均应力不超过材料的强度设计值 b 截面最大应力不超过材料的强度设计值 c 截面平均应力不超过构件的欧拉临界应力值 d 构件轴心压力设计值不超过构件稳定极限承载力设计值 5 为提高梁的整体稳定性 从用钢量的角度 经济的做法是 d 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 6 摩擦型高强度螺栓连接与承压型高强度螺栓连接的主要区别是 d a 摩擦面处理不同 b 材料不同 c 预拉力不同 d 设计计算不同 7 单向受弯梁整体失稳的方式是 d a 弯曲失稳 b 扭转失稳 c 剪切失稳 d 弯扭失稳 8 计算梁的 a 时 应该采用净截面的几何参数 a 正应力 b 剪应力 c 整体稳定 d 局部稳定 9 下列梁不必验算整体稳定的是 d a 焊接工字形截面 b 箱形截面梁 c 型钢梁 d 有刚性铺板的梁 10 格构轴心受压柱设置横隔的目的是 d a 保证柱截面几何形状不变 b 提高柱抗扭刚度 c 传递必要的剪力 d 上述三种都是 二 填空题 每空二 填空题 每空 1 1 分 共分 共 1010 分 分 1 焊缝缺陷有多种 其中 裂 纹 对焊缝受力的危害最大 2 硫和磷是钢材中的有害成分 它们降低钢材的强度 塑性 韧性和可焊性能 在高温时 含硫量过大能引起钢材的 热 脆 在低温时 含磷量过大引起钢 材的 冷脆 3 当构件轴心受压时 对于双轴对称截面 可能产生 弯曲屈曲 对于无对 称轴的截面 可能产生 弯扭屈曲 对于单轴对称截面 则可能产生 弯扭屈曲 4 角焊缝的最小计算长度不得小于 8hf 和 40mm 5 普通螺栓是通过 栓杆抗剪和板件孔壁承压 来传力的 摩擦型高强螺栓是 通过 拧紧螺栓而产生的连接件间的摩擦力 来传力的 三 判断题 正确的填三 判断题 正确的填 Y Y 错误的填 错误的填 N N 每题 每题 1 1 分 共分 共 5 5 分 分 1 钢材的冲击韧性值越大 表示钢材抵抗脆性断裂的能力越弱 N 2 荷载作用在上翼缘的梁较荷载作用在下翼缘的梁整体稳定承载小 Y 3 当其他条件不变时 减少梁受压翼缘的自由长度 可提高梁的整体稳定性 Y 4 对于摩擦型高强螺栓的抗剪连接 应进行螺栓抗剪和构件抗挤压的计算 N 5 两根几何尺寸完全相同的压弯构件 一根端弯矩使之产生反向曲率 一根产 生同向曲率 则前者的稳定性比后者的差 N 四 名词解释 每题四 名词解释 每题 2 52 5 分 共分 共 1010 分 分 1 疲劳破坏 钢材在循环荷载作用下 经历一定时间的损伤积累 构件和连接部位出现裂纹 直到最后断裂破坏 称为疲劳破坏 2 应力集中 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 形成应力集中 3 实际轴心受压构件 由于构造 施工和加载等方面的原因 可能产生一定程度的偶然初偏心 初弯 曲和初偏心统称为几何缺陷 有几何缺陷的的轴心受压构件 其侧向挠度从加 载开始就会不断增加 因此构件除轴心作用外 还存在因构件弯曲产生的弯矩 从而降低了构件的稳定承载力 4 梁的整体失稳 梁在弯矩作用下上翼缘受压 下翼缘受拉 使梁犹如受压构件和受拉构件的组 合体 对于受压的上翼缘可延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的值时 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 这时称梁发生了整 体的失稳 五 简答题 五 简答题 每题每题 2 52 5 共 共 1010 分 分 1 在选用钢材时应考虑哪些因素 1 结构的重要性 2 荷载情况 3 连接方法 4 结构所处的温度和环境 5 钢材厚度 2 影响梁的整体稳定的主要因素有哪些 1 梁的抗弯刚度 2 梁的抗扭刚度 3 端部约束条件 4 受压翼缘的自由长度 5 截面形式 3 焊接残余应力对结构有哪些不利影响 1 对静力强度无影响 2 降低结构的刚度 3 降低结构的稳定承载力 得分 4 使结构易产生低温冷脆 5 降低结构的疲劳强度 4 格构轴心受压柱绕虚轴的稳定设计为什么要采用换算长细比 写出换算长细 比的公式 1 格构式轴心受压柱当绕虚轴失稳时 剪力主要由缀材分担 2 柱的剪切变 形较大 剪力造成的附加挠曲影响不能忽略 故对虚轴的失稳计算 3 常以加 大长细比的办法来考虑剪切变形的影响 加大后的长细比称为换算长细比 4 双肢缀条式柱的换算长细比的计算公式 1 2 0 27 A A xx 5 双肢缀板式柱的换算长细比的计算公式 2 1 2 0 xx 六 计算题 六 计算题 任选任选 4 4 题题 每题 每题 1010 分 共分 共 4040 分 分 1 图示角焊缝连接 承受外力的静载 kNN500 mmhf8 没有采用引弧板 验算该连接的承载力 2 160mmNf w f 解 kNNkNN yx 300 5 3 500400 5 4 500 2 3 65 90 82410 87 02 10400 mmN lh N we x f 2 3 98 67 82410 87 02 10300 mmN lh N we y f w ff f f fmmN 22222 7 10098 67 22 1 65 90 图示角焊缝连接承载力满足要求 2 验算图示普通螺栓连接时的强度 已知螺栓直径 C 级螺栓 螺mmd20 栓和构件材料为 Q235 外力设计值 kNF100 2 140mmNf b v 2 170mmNf b t 2 305mmNf b c 2 45 2 cmAe 解 螺栓群受到剪力和弯矩的联合作用 mkNMkNV 2525 0 100100 受力最大的螺栓所受的剪力和拉力分别是 kN n V Nv 5 12 8 100 kN ym My N i t 78 26 100200300 2 3001025 222 3 2 1 单个螺栓的承载力设计值为 kNfAN b te b t 65 41170245 kNf d nN b vv b v 44140 4 2014 3 1 4 22 kNf tdN b c b c 1223052020 1703 0 65 41 78 26 44 5 12 2222 b t t b v v N N N N kNNkNN b cv 122 5 12 该图示摩擦型高强螺栓群连接节点的强度满足要求 3 试验算图示摩擦型高强螺栓群连接节点的强度 不需验算连接板的强度 是 否满足 钢结构设计规范 GB50017 2003 要求 图中荷载为静力荷载设计 值 高强螺栓采用 10 9 级 M20 孔 21 5mm 被连接板件钢材 Q235 A 0 d F 板件摩擦面间作喷砂处理 解 螺栓群受到剪力和弯矩的联合作用 kNV100 mkNM 6 16016 0 15 0 100 45 0 155 kNP kNPNkN y My N b t i t 1248 0 1 31 40120 4 12010 6 16 22 3 2 1 1 kN N N t t 4 10 3 1 2 kNNti83 4 10 1 312 kNkNNnPnN tif b V 100460 8325 1 1558 45 0 19 0 25 1 9 0 图示摩擦型高强螺栓群连接节点的强度符合要求 4 某实腹式实际轴心受压柱截面如图所示 承受轴向压力设计值为 3500kN 该 柱计算长度 截面为焊接组合工字型截面 翼缘10000 ox lmm 5000 oy lmm 边为剪切边 钢材采用 Q235 钢 试验算该实腹式轴心受压柱的整体稳定与局部 稳定是否满足 钢结构设计规范 GB50017 2003 要求 解 验算整体稳定性 24 10210400220400mmA 48323 10595 7 40010 12 1 2 2102040020400 12 1 mmIx 4833 10134 2 10400 12 1 240020 12 1 mmIy mm A I i x x 87 194 102 10595 7 4 8 mm A I i y y 30 103 102 10134 2 4 8 15032 51 0 x x x i l 15040 48 0 iy l y y 对 x 轴 b 类截面 对 y 轴为 c 类截面 查表得 785 0 850 0 yx 22 4 3 205 9 222 102785 0 103500 mmNfmmN A N 整体稳定不满足要求 验算局部稳定 13 1532 511 010 235 1 010 75 9 2 5200 y ft b 翼缘 66 5032 515 025 235 5 025 40 10 400 0 yw ft h 腹板 局部稳定满足要求 5 如图示某简支梁 不计自重 Q235 钢 密铺板牢固连接于上翼缘 均布荷载 设计值为 50kN m 问该梁的抗弯强度及刚度是否满足 钢结构设计规范 GB50017 2003 要求 解 1 正应力强度验算 梁的跨中最大弯矩为 22 850 6 8225MqlkN m 234 2 15 1 25 50 8 50 1227841 x Icm 3 2 1071 xx WIhcm 2 分 33322 max 225 1010 1 05 1071 10200 08 215 xx M N mmN mm W 所以正应力强度满足要求 2 刚度验算 4454 5 3845 50 1 3 6000 384 2 06 1027841 10 11 3 kx wq lEImm 25024wlmm 刚度满足要求 七 构造作图题 七 构造作图题 1515 分 分 试画出一带靴梁的平板式铰接柱脚构造 按比例绘制 并用文字说明轴向受 压柱柱脚的计算步骤 从柱头处开始叙述实腹式轴心受压柱的传力路径 答 1 画出以上两种中的一种或者与符合题意的图形均可 见下图 柱 靴梁 底板 肋板 底板 靴梁 底板 柱 2 计算步骤 1 底板的计算 底板面积和厚度 2 靴梁的计算 3 隔板与肋板的计算 4 锚栓的设置 具体计算步骤如下 1 底板的计算 底板面积的计算公式 0 A f N BLA c 式中 L B 为底板的长度和宽度 N 为轴心压力 为混凝土强度设计值 为锚栓孔 c f 0 A 的面积 底板的宽度 B cta22 1 式中 为截面的宽度和高度 为靴梁厚度 为底板悬臂部分的宽度 锚栓直接常用 1 a 20 24 底板的长度为 底板的平面尺寸 L B 应取整数 根据柱脚的构造形式 可以取 L B A L 与 B 大致相同 底板的厚度由板的抗弯刚度决定 四边支撑板 2 aqM 三边支撑与两相邻边支撑板 2 1 aqM 一边支撑板 2 2 1 cqM 2 底板的厚度 取各个区隔板中的最