国开电大钢结构(本)练习题及参考答案

国开电大钢结构(本)练习题及参考答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列关于钢材力学性能的描述中，错误的是（）A.伸长率δ5表示标距为5倍直径的试件拉断后的伸长率B.屈强比（fy/fu）越小，钢材的强度储备越大C.冷弯性能通过冷弯试验检验钢材的塑性变形能力D.冲击韧性值Ak越大，钢材的脆性倾向越明显2.普通螺栓连接中，当板件厚度大于螺栓直径的5倍时，最可能发生的破坏形式是（）A.螺栓杆受剪破坏B.板件承压破坏C.板件净截面拉断D.螺栓杆受弯破坏3.角焊缝的计算长度不宜小于（），也不宜大于（）（hf为焊脚尺寸）A.4hf；60hfB.5hf；40hfC.8hf；60hfD.10hf；80hf4.焊接工字形截面简支梁，当受压翼缘宽度增加时，梁的整体稳定系数φb将（）A.增大B.减小C.不变D.无法确定5.轴心受压构件的整体稳定性验算公式N/(φA)≤f中，φ为（）A.截面塑性发展系数B.长细比修正系数C.稳定系数，与长细比和截面分类有关D.强度折减系数6.双肢格构式轴心受压柱，绕虚轴的整体稳定计算采用换算长细比λ0x，其目的是（）A.考虑缀材剪切变形对整体稳定的影响B.简化计算C.考虑构件初弯曲的影响D.考虑荷载偏心的影响7.对于承受动力荷载的焊接连接，应优先选用（）A.E43型焊条（Q235钢）B.E50型焊条（Q345钢）C.自动埋弧焊（焊丝H08A+焊剂431）D.手工电弧焊（酸性焊条）8.钢框架结构中，梁柱节点采用刚接时，节点域的抗剪验算应满足（）A.τ=Vp/(db×dt)≤fvB.τ=Vp/(hb×tw)≤fvC.τ=Vp/(ab×tf)≤fvD.τ=Vp/(lb×lw)≤fv9.下列关于钢屋架支撑体系的描述中，正确的是（）A.下弦横向水平支撑应设置在温度区段的两端B.垂直支撑仅需在屋架跨中设置C.系杆分为刚性系杆和柔性系杆，均需承受压力D.上弦横向水平支撑的主要作用是保证屋架上弦的侧向稳定10.地震作用下，钢结构的“强柱弱梁”设计原则是指（）A.柱的截面尺寸大于梁B.柱的抗弯承载力大于梁的抗弯承载力C.柱的抗剪承载力大于梁的抗剪承载力D.柱的轴压比小于梁的剪跨比二、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）1.钢材的疲劳破坏属于脆性破坏，其疲劳强度与应力循环次数和应力幅有关。（）2.摩擦型高强度螺栓连接以螺栓杆被剪断或板件被压坏为承载能力极限状态。（）3.对接焊缝采用引弧板时，计算长度可取实际长度；未采用引弧板时，计算长度需扣除2t（t为较薄板厚）。（）4.焊接梁的局部稳定验算中，腹板加劲肋的主要作用是提高腹板的抗剪承载力。（）5.轴心受压构件的长细比λ=μl/i，其中i为截面回转半径，μ为计算长度系数，与构件端部约束有关。（）6.格构式构件的分肢间距应满足缀材的强度和刚度要求，同时需保证分肢的长细比不大于构件换算长细比的0.7倍。（）7.受弯构件的挠度验算属于正常使用极限状态，需控制荷载的标准组合。（）8.钢柱的二阶效应（PΔ效应）是指由于柱顶水平位移引起的附加弯矩，设计时需通过增大柱的计算长度或直接考虑二阶效应。（）9.梯形钢屋架的端斜杆宜采用不等边角钢，长肢与弦杆连接，短肢与腹杆连接。（）10.钢结构的防火设计中，钢材的强度设计值需根据受火温度进行折减，防火涂料的厚度与耐火极限无关。（）三、简答题（每题6分，共30分）1.简述钢材的主要力学性能指标及其工程意义。2.对比普通螺栓连接与摩擦型高强度螺栓连接的工作机理和破坏形式。3.焊接工字形截面梁的整体失稳现象是什么？影响其整体稳定的主要因素有哪些？4.轴心受压构件的局部稳定验算原则是什么？如何防止局部失稳？5.简述钢框架结构中“强节点弱构件”设计原则的具体要求和实现方法。四、计算题（共40分）1.（10分）某双盖板对接连接采用M20（d0=21.5mm）普通螺栓，钢材为Q235（f=215N/mm²，fbv=140N/mm²，fbc=305N/mm²）。连接构造如图1所示（图中尺寸单位：mm），承受轴心拉力设计值N=450kN。试验算该连接的强度是否满足要求。（提示：螺栓排列为两列错排，边距e1=50mm，端距e2=70mm，螺栓间距s=70mm，s1=80mm，s2=70mm，板件厚度t=10mm，盖板厚度t1=8mm）2.（10分）某工地需设计一承受静力荷载的直角角焊缝连接（图2），钢材为Q345（f=315N/mm²），焊条为E50型（ffw=200N/mm²）。已知焊缝承受的斜向拉力设计值N=300kN，与焊缝轴线夹角θ=60°。试确定所需的最小焊脚尺寸hf（取整数，hf≥1.5√t=1.5×√12≈5.2mm，且hf≤1.2t=14.4mm）。3.（10分）某焊接工字形截面简支梁（图3），跨度l=6m，承受均布荷载设计值q=30kN/m（含自重），钢材为Q235（f=215N/mm²，fv=125N/mm²）。截面尺寸：翼缘b×tf=200mm×12mm，腹板h0×tw=400mm×8mm。试验算梁的抗弯强度和抗剪强度是否满足要求（截面塑性发展系数γx=1.05，γy=1.20，不计梁的自重）。4.（10分）某轴心受压柱采用热轧H型钢HW250×250×9×14（截面面积A=92.18cm²，回转半径ix=10.8cm，iy=6.29cm），计算长度lox=5m，loy=2.5m，钢材为Q345（f=315N/mm²）。试验算该柱的整体稳定性是否满足要求（稳定系数φx、φy可查表：当λx=46.3时，φx=0.88；当λy=39.7时，φy=0.91）。参考答案一、单项选择题1.D2.C3.A4.A5.C6.A7.C8.B9.D10.B二、判断题1.√2.×（摩擦型以摩擦力被克服为极限状态）3.√4.×（主要提高局部稳定性）5.√6.√7.√8.√9.×（端斜杆宜短肢与弦杆连接）10.×（防火涂料厚度与耐火极限相关）三、简答题1.钢材的主要力学性能指标包括：（1）屈服强度fy：是设计中钢材强度取值的依据，保证构件不发生过大塑性变形；（2）抗拉强度fu：反映钢材的极限承载能力，屈强比fy/fu越小，强度储备越大；（3）伸长率δ：衡量钢材塑性变形能力，δ越大，钢材延性越好；（4）冷弯性能：通过冷弯试验检验钢材在冷加工时的塑性变形能力和内部缺陷；（5）冲击韧性Ak：反映钢材在冲击荷载或低温下的抗脆断能力，Ak越大，脆性倾向越小。2.工作机理：普通螺栓连接依靠螺栓杆承压和抗剪传递荷载；摩擦型高强度螺栓连接依靠板件间的摩擦力传递荷载，螺栓杆不直接承受剪力。破坏形式：普通螺栓可能发生螺栓杆剪断、板件承压破坏、板件净截面拉断或螺栓杆受弯破坏；摩擦型高强度螺栓以摩擦力被克服（即板件间发生相对滑移）为极限状态，不会发生螺栓杆剪断或板件承压破坏（设计时已保证）。3.整体失稳现象：梁在弯矩作用下，受压翼缘突然向侧向弯曲并伴随扭转的现象。影响因素：梁的侧向抗弯刚度和抗扭刚度（截面尺寸、材料）、荷载作用位置（上翼缘受压更不利）、梁的跨度（跨度越大越易失稳）、端部约束条件（约束越强越稳定）。4.局部稳定验算原则：保证构件的局部屈曲不先于整体屈曲，即局部失稳临界应力不小于整体失稳临界应力。防止措施：限制板件的宽厚比（如翼缘宽厚比b/t≤(10+0.1λ)√(235/fy)，腹板高厚比h0/tw≤(25+0.5λ)√(235/fy)）；或设置加劲肋（横向、纵向加劲肋）提高局部刚度。5.设计原则：节点的承载力应大于相连构件的承载力，避免节点先于构件破坏。实现方法：（1）节点域设置加劲肋提高抗剪承载力；（2）梁端翼缘采用全熔透焊缝，腹板采用高强度螺栓连接；（3）节点处柱的翼缘和腹板厚度不小于梁的对应厚度；（4）验算节点域的抗剪强度（τ=Vp/(hb×tw)≤fv）和梁柱连接的抗弯、抗剪承载力。四、计算题1.螺栓连接验算：（1）螺栓抗剪承载力：n=8个螺栓（双盖板，每侧4个），每个螺栓抗剪承载力设计值Nvb=(πd²/4)×n×fbv=(π×20²/4)×2×140=87965N≈88kN（n=2面受剪）。（2）螺栓承压承载力：Nbc=d×Σt×fbc=20×10×305=61000N=61kN（Σt取较薄板厚10mm）。（3）单个螺栓承载力取min(88kN,61kN)=61kN，总承载力8×61=488kN＞450kN，螺栓强度满足。（4）板件净截面抗拉验算：最不利截面为第1、3螺栓孔处（错排），净截面面积An=t×(b2d0+s1²/(4s))=10×(2002×21.5+80²/(4×70))=10×(157+22.86)=1798.6mm²。净截面抗拉承载力N=An×f=1798.6×215≈386.7kN＜450kN，不满足。需调整螺栓排列或增加板厚。2.角焊缝计算：斜向拉力分解为垂直焊缝的分力N⊥=N×sinθ=300×sin60°=259.8kN，平行焊缝的分力N∥=N×cosθ=300×cos60°=150kN。焊缝计算长度lw（假设为周边焊，取实际长度2hf，此处假设为侧面角焊缝，lw=l2hf）。角焊缝强度公式：√[(σ⊥/βf)²+(τ∥)²]≤ffw，其中σ⊥=N⊥/(he×lw)，τ∥=N∥/(he×lw)，he=0.7hf。假设焊缝长度l=300mm（需根据实际构造确定），则lw=3002hf。代入公式：√[(259800/(0.7hf×(3002hf)×βf))²+(150000/(0.7hf×(3002hf)))²]≤200。取βf=1.22（静载），简化后解得hf≈8mm（验算：he=5.6mm，lw=30016=284mm，σ⊥=259800/(5.6×284)=164.5N/mm²，τ∥=150000/(5.6×284)=94.3N/mm²，√[(164.5/1.22)²+94.3²]=√[(134.8)²+94.3²]=164.2≤200，满足）。3.梁的强度验算：（1）跨中最大弯矩Mmax=ql²/8=30×6²/8=135kN·m=135×10^6N·mm。（2）截面抵抗矩Wnx=bh²/6(btw)h0²/6=[200×424²/6(2008)×400²/6]≈(200×179776/6192×160000/6)=(59925335120000)=872533mm³（注：实际计算应精确到翼缘和腹板尺寸，正确计算为Wx=(200×12×(400/2+12/2)×2+400×8×(400/2))/(400+2×12)/2≈(200×12×206×2+400×8×200)/212≈(988800+640000)/212≈1628800/212≈7683mm³？此处可能计算错误，正确方法应为：工字形截面模量Wx=Ixx/(h/2)，其中Ixx=(200×424³)/12(192×400³)/12≈(200×76.2×10^6)/12(192×64×10^6)/12≈1270×10^61024×10^6=246×10^6mm^4，Wx=246×10^6/(424/2)=246×10^6/212≈1.16×10^6mm³。（3）抗弯强度σ=M/(γxWnx)=135×10^6/(1.05×1.16×10^6)=135/(1.218)≈110.8N/mm²≤215N/mm²，满足。（4）最大剪力Vmax=ql/2=30×6/2=90kN=90×10^3N。腹板抗剪面积Aw=h0×tw=400×8=3200mm²。抗剪强度τ=V/(Aw)=90×10^3/3200≈28.1N/mm²≤125N/mm²，满足。4.轴