2025年钢结构原理考试题及答案

2025年钢结构原理考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列钢材力学性能指标中，最能反映钢材抵抗冲击荷载能力的是（）。A.屈服强度fyB.抗拉强度fuC.冲击韧性AKvD.伸长率δ52.Q355GJ-C钢材中，“GJ”代表的含义是（）。A.高性能建筑用钢B.锅炉及压力容器用钢C.桥梁用钢D.海洋工程用钢3.普通螺栓受剪连接中，当板件厚度之和超过螺栓直径的5倍时，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4.工字形截面轴心受压构件发生弯扭屈曲时，其屈曲方向与（）无关。A.构件截面的形心轴B.构件的残余应力分布C.构件的长细比D.构件的端部约束条件5.计算梁的整体稳定时，当受压翼缘自由长度l1与翼缘宽度b1的比值l1/b1≤13（Q355钢），则梁的整体稳定系数φb可取（）。A.0.9B.1.0C.1.2D.需按公式计算6.下列关于焊接残余应力的描述中，错误的是（）。A.残余应力不影响构件的静力强度B.残余应力会降低构件的刚度C.残余应力可能加速钢材的脆性破坏D.残余应力会影响构件的整体稳定承载力7.摩擦型高强度螺栓连接中，螺栓的预拉力P主要用于（）。A.提高螺栓的抗拉强度B.增大板件间的摩擦力C.防止螺栓杆受剪D.减小板件的变形8.压弯构件平面内稳定验算时，需考虑的二阶效应是指（）。A.构件初始缺陷引起的附加弯矩B.轴力与挠曲变形相互作用产生的附加弯矩C.荷载偏心引起的初始弯矩D.节点刚性引起的约束弯矩9.下列钢材冷加工强化的描述中，正确的是（）。A.冷加工会提高钢材的屈服强度和塑性B.冷加工会降低钢材的屈强比C.冷加工后需经时效处理才能稳定强度D.冷加工适用于所有类型的钢结构构件10.格构式轴心受压构件绕虚轴的稳定计算中，采用换算长细比λ0x的主要目的是（）。A.考虑缀材的变形影响B.简化计算过程C.统一实轴与虚轴的计算方法D.提高计算精度二、简答题（每题8分，共40分）1.简述钢材的主要破坏形式及其特征。2.对比普通螺栓连接与摩擦型高强度螺栓连接在传力机制、破坏形式和设计验算内容上的区别。3.说明工字形截面轴心受压构件可能发生的三种屈曲形式，并分析其主要影响因素。4.简述梁的整体失稳现象及提高梁整体稳定性的主要措施。5.解释钢结构中“强节点弱构件”设计原则的含义，并说明其在节点连接设计中的具体应用。三、计算题（每题15分，共45分）1.某轴心受拉钢构件，采用Q355B钢材，截面为焊接H型钢（HM340×250×9×14），截面参数：截面积A=93.04cm²，翼缘宽度b=250mm，腹板厚度tw=9mm，构件长度L=6m，承受轴向拉力设计值N=2500kN（包括自重）。已知钢材抗拉强度设计值f=310N/mm²，截面无孔洞削弱。要求：验算该构件的强度是否满足要求。2.某简支钢梁，跨度L=8m，采用Q355B钢材，截面为焊接工字形（h=600mm，b=250mm，tw=8mm，tf=14mm），跨中受集中荷载设计值F=300kN（静力荷载），梁自重标准值为0.8kN/m（不计入F）。已知钢材抗弯强度设计值f=310N/mm²，梁的整体稳定系数φb=0.85（已通过计算确定），截面模量Wx=2.1×10⁶mm³。要求：（1）计算梁跨中截面的最大弯曲应力；（2）验算梁的整体稳定性是否满足要求。3.某双盖板对接连接的普通螺栓群（C级螺栓），钢材为Q235B，螺栓直径d=20mm（孔径d0=21.5mm），连接钢板厚度t=14mm，盖板厚度t1=8mm（双盖板总厚度2t1=16mm）。螺栓排列为2行×3列，行距a=70mm，列距b=80mm，边距c=40mm。已知螺栓抗剪强度设计值fv=140N/mm²，承压强度设计值fcb=305N/mm²，钢板抗拉强度设计值f=215N/mm²。要求：（1）计算单个螺栓的抗剪承载力设计值；（2）计算连接钢板的最大抗拉承载力设计值（不考虑螺栓排列对截面削弱的影响）。四、综合分析题（15分）某多层工业厂房顶层设计一跨钢框架，跨度24m，柱距8m，框架梁采用焊接工字形截面（H800×300×12×20），框架柱采用箱形截面（□600×600×20），钢材均为Q355GJ-B。该区域基本风压0.6kN/m²，地震设防烈度8度（0.2g），场地类别Ⅱ类。设计需考虑恒载、活载、风荷载及地震作用。要求：结合钢结构设计原理，分析该框架梁、柱的主要设计验算内容，并说明关键构造措施。参考答案一、单项选择题1.C2.A3.D4.B5.B6.B7.B8.B9.C10.A二、简答题1.钢材的主要破坏形式包括：（1）塑性破坏：破坏前有显著变形，断口呈纤维状，色泽发暗，由材料达到抗拉强度后颈缩引起，如轴心受拉构件的过量变形；（2）脆性破坏：破坏前无明显变形，断口平齐、呈结晶状，由材料在低应力下突然断裂引起，如低温、复杂应力或缺陷导致的断裂；（3）疲劳破坏：在循环荷载作用下，裂纹逐渐扩展至断裂，断口分为疲劳裂纹扩展区（光滑）和瞬时断裂区（粗糙），如吊车梁等承受重复荷载的构件。2.区别如下：-传力机制：普通螺栓靠螺栓杆受剪和板件承压传力；摩擦型高强螺栓靠板件间摩擦力传力，螺栓杆不直接受剪。-破坏形式：普通螺栓可能发生螺栓杆剪断、板件承压破坏或板件净截面拉断；摩擦型高强螺栓以摩擦力被克服（滑移）为极限状态，不考虑螺栓杆受剪或板件承压破坏。-设计验算：普通螺栓需验算螺栓抗剪、板件承压及板件抗拉；摩擦型高强螺栓仅需验算摩擦力是否大于外力（即滑移验算），无需验算螺栓杆抗剪或板件承压。3.工字形截面轴心受压构件的屈曲形式：（1）弯曲屈曲：绕强轴（x轴）或弱轴（y轴）发生平面弯曲，主要影响因素为构件长细比、截面惯性矩及端部约束；（2）扭转屈曲：绕构件纵轴发生扭转变形，主要影响因素为截面抗扭刚度（如翼缘宽度、腹板厚度）及残余应力；（3）弯扭屈曲：同时发生弯曲和扭转变形，主要发生于单轴对称截面（如T形），但工字形截面（双轴对称）仅当绕弱轴屈曲且长细比很大时可能发生，影响因素为截面形心与剪心不重合。4.梁的整体失稳现象：梁在弯矩作用下，受压翼缘因刚度不足向侧向发生弯曲，同时伴随截面扭转，导致梁丧失承载能力。提高措施：（1）增大受压翼缘宽度，提高其侧向刚度；（2）设置侧向支撑，减小受压翼缘自由长度l1；（3）采用箱形截面或闭口截面，增强抗扭刚度；（4）增加梁的截面高度，提高整体稳定性系数；（5）对于组合梁，设置加劲肋或采用密铺板与其连接（如楼盖梁与混凝土板共同工作）。5.“强节点弱构件”原则指节点连接的承载力应高于所连接构件的承载力，确保在地震或极端荷载下，构件先于节点发生塑性变形，避免节点破坏导致结构倒塌。应用：（1）焊缝连接：焊缝强度设计值需高于母材（如采用熔透焊缝，焊缝系数取1.0）；（2）螺栓连接：螺栓群的抗剪、抗拉承载力需大于构件的截面承载力（如高强螺栓预拉力按构件强度1.2倍设计）；（3）节点构造：避免应力集中（如采用圆弧过渡），增设加劲肋（如梁柱节点腹板加劲），确保传力路径明确。三、计算题1.强度验算：构件轴向拉应力σ=N/A=2500×10³N/(93.04×10²mm²)=2500000/9304≈268.7N/mm²；钢材抗拉强度设计值f=310N/mm²，σ=268.7N/mm²≤f=310N/mm²，满足要求。2.（1）跨中最大弯矩：梁自重设计值g=1.2×0.8=0.96kN/m；跨中弯矩M=FL/4+gL²/8=300×8/4+0.96×8²/8=600+7.68=607.68kN·m；最大弯曲应力σ=M/(γxWx)，γx=1.05（工字形截面绕强轴），σ=607.68×10⁶N·mm/(1.05×2.1×10⁶mm³)=607680000/(2205000)≈275.6N/mm²。（2）整体稳定性验算：σ=M/(φbWx)=607.68×10⁶/(0.85×2.1×10⁶)=607680000/1785000≈340.4N/mm²；钢材抗弯强度设计值f=310N/mm²，340.4>310，不满足整体稳定性要求（需调整截面或增设侧向支撑）。3.（1）单个螺栓抗剪承载力：C级螺栓受剪面数目n=2（双盖板，螺栓杆穿过3层板，中间钢板厚度14mm<双盖板总厚度16mm，故受剪面为2个），Nvb=nv×(πd²/4)×fv=2×(π×20²/4)×140=2×314.16×140≈87965N≈88kN。（2）钢板抗拉承载力（取最不利截面）：钢板净截面面积An=bt-n1d0t=250×14-3×21.5×14=3500-903=2597mm²（假设螺栓沿受力方向3列，n1=3）；N=An×f=2597×215≈558,355N≈558kN（注：实际设计中需考虑螺栓排列的截面削弱，此处按题目要求不考虑，故取毛截面A=bt=250×14=3500mm²，N=3500×215=752,500N≈753kN，但题目明确“不考虑螺栓排列对截面削弱的影响”，因此答案应为753kN）。四、综合分析题1.框架梁设计验算内容：（1）强度验算：包括抗弯强度（考虑塑性发展系数）、抗剪强度（腹板计算）、局部承压强度（集中荷载作用处设加劲肋）；（2）整体稳定性：验算跨中受压翼缘的侧向稳定（通过设置制动梁或与楼盖板连接保证）；（3）局部稳定性：腹板高厚比（h0/tw≤(25+0.5λ)√(235/fy)）、翼缘宽厚比（b/t≤13√(235/fy)）；（4）挠度验算：控制活载作用下的跨中挠度（L/400）；（5）抗震验算：需满足强屈比（fu/fy≥1.2）、层间位移角（1/500）及塑性铰区构造（如梁端翼缘加盖板）。2.框架柱设计验算内容：（1）轴心受压或压弯构件稳定：平面内（考虑二阶效应，采用计算长度系数μ）、平面外（考虑侧向支撑间距）稳定验算；（2）强度验算：轴力与弯矩共同作用下的正应力（N/A+M/W≤f）；（3）长细比控制：一般≤150（抗震时≤120）；（4）节点连接验算：梁柱节点域抗剪（Vp=(hb-hcbc)tw≥η(Vb+Vc)/γRE）、螺栓或焊缝承载力（需大于梁端弯矩设计值）；（5）抗震