钢结构期末考试试题及答案

钢结构期末考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.钢结构中，钢材的伸长率δ5表示（）A.标距为5mm的伸长率B.标距为5倍直径的伸长率C.标距为50mm的伸长率D.标距为5倍板厚的伸长率2.普通螺栓受剪连接中，当栓杆直径d=20mm时，端距e应不小于（）A.2d=40mmB.1.5d=30mmC.2.5d=50mmD.3d=60mm3.焊接残余应力对构件的（）无影响A.静力强度B.刚度C.低温冷脆D.疲劳强度4.轴心受压构件的整体稳定系数φ与（）无关A.构件截面类别B.钢材强度等级C.构件长细比D.荷载作用位置5.工字形截面简支梁，当荷载作用于（）时，梁的整体稳定性最好A.上翼缘顶面B.下翼缘底面C.截面形心处D.腹板中部6.摩擦型高强度螺栓连接的承载力由（）控制A.螺栓杆抗剪强度B.连接板件承压强度C.连接板件间摩擦力D.螺栓杆抗拉强度7.计算格构式轴心受压构件绕虚轴的整体稳定性时，需采用换算长细比λox，其目的是（）A.考虑缀材抗剪刚度的影响B.考虑构件初弯曲的影响C.考虑材料非线性的影响D.考虑截面扭转的影响8.实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定性验算公式中，γx为截面塑性发展系数，当需要考虑截面部分发展塑性时，γx取值（）A.1.0B.1.05~1.2C.1.5D.2.09.下列哪项不是影响梁腹板局部稳定的主要因素（）A.腹板高度与厚度之比B.翼缘宽度与厚度之比C.横向加劲肋间距D.梁所受弯矩和剪力的比值10.钢结构设计中，计算疲劳强度时应采用（）A.荷载设计值B.荷载标准值C.荷载频遇值D.荷载准永久值二、判断题（每题1分，共10分。正确打√，错误打×）1.钢材的屈强比（fy/fu）越小，结构的安全储备越大。（）2.对接焊缝采用三级质量检验时，需进行100%超声波探伤。（）3.普通螺栓连接中，承压型高强度螺栓的抗剪承载力高于摩擦型。（）4.轴心受压构件的局部稳定验算需保证板件不先于构件整体失稳。（）5.工字形截面梁的整体稳定系数φb≥0.6时，需进行修正，因为此时梁已进入弹塑性失稳阶段。（）6.格构式构件的缀条设计时，需计算单根缀条的轴心受压承载力。（）7.压弯构件在弯矩作用平面外的稳定性验算中，等效弯矩系数βtx仅与荷载类型有关。（）8.焊接工字形截面梁的腹板加劲肋应优先采用纵向加劲肋。（）9.钢材的疲劳破坏属于脆性断裂，与应力循环次数和应力幅有关。（）10.计算梁的挠度时，需采用荷载设计值并考虑截面塑性发展。（）三、简答题（每题6分，共30分）1.简述钢材发生冷脆的主要影响因素及预防措施。2.对比普通螺栓受剪连接与摩擦型高强度螺栓受剪连接的破坏模式差异。3.说明实腹式轴心受压构件验算整体稳定性时采用φ的物理意义，并解释为何长细比λ越大，φ越小。4.列举提高梁整体稳定性的三种主要措施，并说明其作用机理。5.压弯构件设计中，为何需分别验算弯矩作用平面内和平面外的稳定性？二者验算的核心区别是什么？四、计算题（共40分）1.（10分）某轴心受压焊接工字形截面柱，截面尺寸为翼缘b×t=250mm×14mm，腹板h0×tw=300mm×8mm（图1）。柱高6m，两端铰接，钢材为Q235B（fy=235N/mm²，E=2.06×105N/mm²）。已知截面特性：A=2×250×14+300×8=9400mm²；Ix=2×[250×14³/12+250×14×(150+7)²]+300×8³/12=1.28×108mm⁴；Iy=2×(14×250³/12)+8×300³/12=5.42×107mm⁴。（1）计算构件绕x轴和y轴的长细比λx、λy；（2）判断构件整体失稳的方向（绕x轴或y轴）；（3）若该柱承受轴心压力设计值N=1800kN，验算其整体稳定性是否满足要求（φ取0.72，f=215N/mm²）。2.（10分）某双盖板普通螺栓连接节点（图2），钢材为Q235B，螺栓为M20（d=20mm，d0=21.5mm），螺栓抗剪承载力设计值Nv=130kN，承压承载力设计值Nc=210kN。被连接钢板厚度t=12mm，盖板厚度t1=8mm（双盖板总厚度16mm）。（1）计算连接的最大受剪螺栓数目n；（2）若钢板宽度b=240mm，计算钢板的净截面强度是否满足要求（f=215N/mm²）。3.（10分）某简支焊接工字形钢梁，跨度L=6m，承受均布荷载设计值q=40kN/m（含自重），钢材为Q345B（fy=345N/mm²，f=310N/mm²）。梁截面尺寸：翼缘b×t=200mm×12mm，腹板h0×tw=450mm×8mm。截面特性：Wx=1.2×106mm³，Ix=2.7×108mm⁴，Sx=7.5×105mm³，tw=8mm。（1）验算梁的抗弯强度（γx=1.05）；（2）验算梁的抗剪强度；（3）若梁受压翼缘侧向无支撑，计算其整体稳定系数φb（已知βb=1.0，λy=60，φb=1.07λy²/44000）。4.（10分）某单层厂房钢柱，为焊接工字形截面（强轴为x轴），承受轴心压力N=2500kN，弯矩Mx=400kN·m（绕x轴作用）。柱计算长度lox=6m，loy=3m。截面尺寸：翼缘b×t=300mm×16mm，腹板h0×tw=500mm×10mm。截面特性：A=300×16×2+500×10=14600mm²，Wnx=2.2×106mm³，ix=125mm，iy=60mm，钢材f=215N/mm²，φx=0.82，βmx=1.0，γx=1.05。验算弯矩作用平面内的稳定性是否满足要求（公式：N/(φxA)+βmxMx/(γxWnx(10.8N/NEx'))≤f，其中NEx'=π²EA/(1.1λx²)）。答案一、单项选择题1.B2.A3.A4.D5.B6.C7.A8.B9.B10.B二、判断题1.√2.×（三级焊缝仅做外观检查）3.√4.√5.√6.√7.×（还与构件端部约束有关）8.×（优先横向加劲肋）9.√10.×（采用标准值且不考虑塑性）三、简答题1.影响因素：钢材含碳量高、磷硫等杂质多；低温环境；应力集中；加载速度快。预防措施：选用低温冲击韧性好的钢材（如Q235D）；避免截面突变减少应力集中；设计时控制结构在低温下的应力水平。2.普通螺栓破坏模式：螺栓杆被剪断；板件孔壁被压坏；板件被拉断；螺栓杆受弯破坏（端距过小时）。摩擦型高强度螺栓破坏模式：仅当外力超过板件间摩擦力时发生滑移，设计时以滑移为极限状态，不考虑螺栓杆抗剪和板件承压。3.φ为整体稳定系数，反映轴心受压构件整体失稳时的临界应力与钢材屈服强度的比值。长细比λ越大，构件越柔，临界应力越低（弹性阶段临界应力与λ²成反比），因此φ越小。4.措施：①增大受压翼缘宽度（增大绕弱轴惯性矩，提高临界弯矩）；②设置侧向支撑（减小侧向计算长度，降低λy）；③将荷载作用于下翼缘（减小梁的侧向弯扭耦合效应）。5.平面内失稳为压弯构件的弯曲失稳（可能伴随局部屈曲），平面外失稳为弯扭失稳（同时发生侧向弯曲和扭转）。核心区别：平面内验算需考虑构件挠曲对弯矩的放大（二阶效应），平面外验算需考虑侧向弯扭耦合及等效弯矩的影响。四、计算题1.（1）λx=lox/ix=6000/(√(Ix/A))=6000/(√(1.28×108/9400))=6000/116.6≈51.5；λy=loy/iy=6000/(√(Iy/A))=6000/(√(5.42×107/9400))=6000/76.0≈78.9。（2）λy>λx，绕y轴失稳。（3）σ=N/(φA)=1800×10³/(0.72×9400)=265.9N/mm²>215N/mm²（不满足）。2.（1）单栓抗剪承载力取min(Nv=130kN,Nc=dtΣt·fc=20×12×305=73.2kN（Q235Bfc=305N/mm²）)，故Nmin=73.2kN；n≥N/Nmin（假设N未知，题目应补充，但按常规取n=6）。（2）净截面面积An=b×tn×d0×t=240×126×21.5×12=28801548=1332mm²；σ=N/(An)=6×73.2×10³/1332≈329N/mm²>215N/mm²（不满足，需调整螺栓数量）。3.（1）Mmax=qL²/8=40×6²/8=180kN·m；σ=M/(γxWx)=180×106/(1.05×1.2×106)=142.9N/mm²≤310N/mm²（满足）。（2）Vmax=qL/2=40×6/2=120kN；τ=VS/(Ixtw)=120×10³×7.5×105/(2.7×108×8)=41.7N/mm²≤180N/mm²（满足，Q345抗剪fυ=180N/mm²）。（3）φb=1.07λy²/44000=1.0760²/44000=1.070.0818=0.988>0.6，无需修正。4.λx=lox/ix=6000/125=48；NEx'=π²×2.06×105×14600/(1.1×48²)=π²×2.06×1