2025年大学大三（结构力学）钢结构设计试题及解析

2025年大学大三（结构力学）钢结构设计试题及解析

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本卷共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.钢结构设计中，钢材的强度设计值与以下哪个因素无关？A.钢材的屈服强度B.钢材的质量等级C.构件的截面形式D.钢材的厚度2.对于轴心受压构件，当采用Q345钢时，其抗压强度设计值f的取值主要依据：A.钢材的屈服强度标准值B.钢材的抗拉强度标准值C.钢材的屈服强度设计值D.钢材的抗拉强度设计值3.工字形截面梁受压翼缘宽厚比限值的确定，主要是为了保证梁的：A.强度B.整体稳定C.局部稳定D.刚度4.计算梁的抗弯强度时，采用的截面模量是：A.净截面模量B.毛截面模量C.有效截面模量D.换算截面模量5.钢结构中，对于直接承受动力荷载的结构，下列哪种连接方式不宜采用？A.对接焊缝B.角焊缝C.普通螺栓连接D.高强螺栓摩擦型连接6.当梁的腹板高度hw≥450mm时，需配置纵向构造钢筋，其间距不宜大于：A.100mmB.150mmC.200mmD.300mm7.钢结构屋架中，受压腹杆的容许长细比通常取：A.150B.200C.250D.3008.对于格构式轴心受压构件，绕虚轴的整体稳定计算采用换算长细比，是考虑了：A.格构柱剪切变形的影响B.格构柱弯曲变形的影响C.缀材剪切变形的影响D.缀材弯曲变形的影响9.焊接组合梁腹板中，布置横向加劲肋的目的是：A.提高梁的抗弯强度B.提高梁的抗剪强度C.防止腹板发生局部失稳D.防止腹板发生整体失稳10.钢结构设计中，钢材的疲劳强度主要取决于：A.应力循环次数B.应力大小C.应力比D.以上都是第II卷（非选择题共70分）二、填空题（共10分）答题要求：本大题共5小题，每空2分。请将答案填写在题中的横线上。1.钢结构设计时，钢材的强度指标包括______和______。2.梁的整体稳定系数φb与梁的______、______、______等因素有关。3.轴心受压构件的整体稳定计算公式为______。4.焊接连接的形式按焊缝的形状可分为______、______和______。5.钢材的塑性指标通常用______和______表示。三、简答题（共20分）答题要求：本大题共4小题，每小题5分。简要回答问题。1.简述钢结构的特点。2.简述确定钢材容许应力的原则。3.简述梁整体稳定的概念及影响梁整体稳定的主要因素。4.简述高强螺栓连接的工作原理及特点。四、计算题（共25分）答题要求：本大题共2小题，第1小题10分，第2小题15分。解答应写出文字说明、证明过程和演算步骤。1.某轴心受压柱，采用焊接工字形截面，翼缘为-350×20，腹板为-300×10，钢材为Q345钢，柱的计算长度l0x=6m，l0y=3m。试计算该柱的整体稳定承载力（不考虑截面塑性发展）。2.一简支焊接工字形截面梁，跨度l=6m，承受均布荷载设计值q=30kN/m，钢材为Q345钢，梁的截面尺寸为：翼缘-×12，腹板-××10。试验算梁的抗弯强度（考虑截面塑性发展）和抗剪强度。五、案例分析题（共15分）答题要求：本大题共1小题。阅读下面的案例，回答问题。某工业厂房采用钢结构框架结构，跨度为24m，柱距为6m。在施工过程中，发现部分钢柱的垂直度偏差较大，影响了结构的整体稳定性。经分析，主要原因是在钢柱安装过程中，测量控制不准确，基础施工时预留的地脚螺栓位置偏差较大，导致钢柱安装时无法准确就位。问题：1.针对上述问题，提出具体的解决措施（10分）。2.简述钢结构施工过程中质量控制的要点（5分）。答案：一、选择题1.C2.C3.C4.B5.C6.C7.B8.C9.C10.D二、填空题1.屈服强度、抗拉强度2.截面形状、侧向支承条件、荷载类型3.N/φA≤f4.对接焊缝、角焊缝、塞焊缝5.伸长率、断面收缩率三、简答题1.强度高、质量轻、塑性和韧性好、材质均匀、制作简便、施工周期短、密封性好、耐腐蚀性差、耐火性差。2.以钢材的屈服强度为基础，考虑材料的安全系数、荷载的不确定性、结构的重要性等因素。3.梁在荷载作用下，除了发生弯曲变形外，还可能发生侧向弯曲和扭转，当侧向抗弯刚度和抗扭刚度不足时，梁会发生整体失稳。主要因素有梁的侧向支承条件、梁的截面形状、荷载类型和作用位置等。4.工作原理：通过拧紧螺母，使螺栓杆产生预拉力，连接板件间产生摩擦力来传递内力。特点：强度高、连接紧密、耐疲劳性能好、施工简便、可拆卸。四、计算题1.（1）计算截面几何参数A=2×350×20+300×10=17000mm²Ix=2×350×2³/12+300×10³/12=1.02×10⁸mm⁴iy=√(300×10³/12+2×350×20×185²/17000)=185mmλx=l0x/ix=6000/185=32.4λy=l0y/iy=3000/185=16.2（2）查Q345钢的稳定系数表，得φx=0.92，φy=0.98（3）计算稳定承载力N=φAf=0.92×17000×305=4.8×10⁶N=4800kN2.（1）计算截面几何参数A=2×12×100+10×800=10400mm²Ix=2×12×100³/12+10×800³/12=4.27×10⁸mm⁴Wx=4.27×10⁸/400=1.07×10⁶mm³tw=10mm，hw=800mm，V=ql/2=30×6/2=90kN（2）抗弯强度验算Mx=ql²/8=30×6²/8=135kN·mγxWx=1.05×1.07×10⁶=1.12×10⁶mm³σ=Mx/γxWx=135×10⁶/1.12×10⁶=120.5MPa＜f=305MPa，满足要求。（3）抗剪强度验算τ=V/Aw=90×10³/(800×10)=11.25MPa＜fv=180MPa，满足要求。五、案例分析题1.解决措施：-重新测量钢柱位置，对偏差较大的钢柱进行调整，可采用千斤顶顶升等方法。-对基础地脚螺栓进行修复，可采用扩大基础或重新埋设螺栓等方法。-加强测量控制，在钢柱安装过程中，增加测量次数，及时调整钢柱垂直度。-对已安装的钢柱进行检查验收，确保符合设计要求。2.质量控制要点：-钢材质量