2025年新钢结构习题库及答案

2025年新钢结构习题库及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.下列钢材性能指标中，最能反映钢材塑性性能的是（）。A.抗拉强度（f_u）B.屈服强度（f_y）C.伸长率（δ）D.冷弯性能（冷弯试验合格）答案：C2.普通螺栓连接受剪时，其承载力极限状态为（）。A.螺杆被剪断或孔壁挤压破坏B.螺杆弯曲变形过大C.板件被拉断D.螺栓头被拉脱答案：A3.钢结构中，Q355B钢材的“355”表示（）。A.钢材厚度≤16mm时的屈服强度标准值B.钢材的抗拉强度设计值C.钢材的伸长率要求D.钢材的冲击韧性等级答案：A4.轴心受拉构件计算时，需验算的内容不包括（）。A.净截面强度B.毛截面强度C.刚度（长细比）D.整体稳定性答案：D5.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.疲劳强度答案：A6.工字形截面梁的横向加劲肋主要用于防止（）。A.弯曲失稳B.剪切失稳C.局部压屈D.扭转失稳答案：B7.高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力取决于（）。A.螺栓的抗拉强度B.被连接构件接触面的摩擦系数和预拉力C.螺栓的抗剪强度D.构件的抗压强度答案：B8.计算格构式轴心受压构件的整体稳定性时，需用换算长细比λ_0x代替λ_x，其目的是（）。A.考虑缀材剪切变形的影响B.考虑单肢局部失稳的影响C.考虑构件初弯曲的影响D.考虑荷载偏心的影响答案：A9.下列哪类构件需进行疲劳验算？（）A.承受静力荷载的次梁B.承受频繁反复荷载的吊车梁C.承受风荷载的屋面檩条D.承受雪荷载的屋架下弦杆答案：B10.钢结构中，采用螺栓连接时，螺栓的最小间距一般取（）倍螺栓孔径。A.2B.3C.4D.5答案：B二、简答题（每题6分，共30分）1.简述钢材发生脆性断裂的主要影响因素及预防措施。答：主要影响因素：钢材的化学成分（如硫、磷含量过高）、低温环境、应力集中（如缺口、孔洞）、厚板效应（三向拉应力）、加载速度过快。预防措施：选用冲击韧性好的钢材（如Q355D/E级）；设计时避免截面突变，减少应力集中；控制板厚，避免过厚；施工中保证焊接质量，减少缺陷；对重要结构进行低温冲击韧性检验。2.普通螺栓连接与高强度螺栓摩擦型连接在受力机理上的主要区别是什么？答：普通螺栓连接靠螺栓杆受剪和孔壁承压传力，当外力超过螺栓抗剪或承压承载力时，连接失效；高强度螺栓摩擦型连接靠螺栓预拉力使被连接件接触面产生摩擦力传力，外力需克服摩擦力后连接才会滑移，此时即达到承载力极限状态，螺栓杆本身未直接承受剪力（设计时不考虑杆身抗剪）。3.简述实腹式轴心受压构件的整体稳定计算步骤。答：①确定构件的计算长度l_ox、l_oy（根据端部约束条件）；②计算构件对x轴、y轴的长细比λ_x=l_ox/i_x、λ_y=l_oy/i_y（i为回转半径）；③根据截面类型（a、b、c、d类）和最大长细比λ_max，查稳定系数φ；④验算整体稳定性：N/(φA)≤f（N为轴心压力设计值，A为毛截面面积，f为钢材强度设计值）。4.焊接工字形截面梁的腹板加劲肋有哪几种类型？各自的作用是什么？答：①横向加劲肋：防止腹板因剪应力过大发生剪切失稳；②纵向加劲肋：防止腹板因弯曲压应力过大发生弯曲失稳（通常布置在腹板受压区，距受压翼缘1/4~1/5腹板高度处）；③短加劲肋：当腹板受局部压应力较大时，配合横向加劲肋防止局部压屈；④支承加劲肋：布置在梁的支座或集中荷载作用处，传递集中力并防止腹板局部压坏。5.简述钢结构中“强节点弱构件”设计原则的含义及实现方法。答：含义：节点的承载力应高于所连接构件的承载力，确保在地震或其他动力荷载作用下，构件先于节点破坏，避免结构整体倒塌。实现方法：①节点连接（如焊缝、螺栓）的强度设计值乘以放大系数（如1.2~1.3）；②增加节点板厚度或螺栓数量；③采用全熔透焊缝，提高连接质量；④对梁柱节点，通过加腋、扩大翼缘等方式增强节点区刚度和强度。三、计算题（共50分）1.（10分）某轴心受拉构件采用Q355B钢材，截面为2L100×8（等边角钢，每肢截面积A=15.63cm²，两个角钢截面积A=31.26cm²，截面回转半径i_x=3.05cm，i_y=1.98cm），构件计算长度l_ox=l_oy=4m。构件承受的轴心拉力设计值N=600kN。试验算该构件的强度和刚度（长细比）。（已知：Q355B钢材的抗拉强度设计值f=305N/mm²，长细比限值[λ]=350）解：（1）强度验算：构件为双角钢组合截面，需考虑净截面强度。假设螺栓孔直径d=21.5mm（M20螺栓，孔径比螺栓直径大1.5mm），单肢截面宽度b=100mm，每个角钢在节点处可能有1个螺栓孔，净截面面积A_n=2×(A-d×t)=2×(15.63×100-21.5×8)=2×(1563-172)=2×1391=2782mm²（注：实际工程中需根据连接方式确定孔数，此处假设单孔）。强度验算：σ=N/A_n=600×10³/2782≈215.7N/mm²≤f=305N/mm²，满足。（2）刚度验算：长细比λ_x=l_ox/i_x=4000/30.5≈131.1≤[λ]=350；λ_y=l_oy/i_y=4000/19.8≈202.0≤[λ]=350，满足。2.（12分）某简支焊接工字形梁，截面尺寸为h=600mm，b=250mm，t_w=8mm，t_f=14mm（翼缘厚度），跨度L=6m，承受均布荷载设计值q=80kN/m（包括自重）。钢材为Q345B（f=310N/mm²，f_v=180N/mm²）。试验算梁的抗弯强度和抗剪强度（不考虑截面塑性发展）。解：（1）计算最大弯矩和剪力：跨中最大弯矩M_max=qL²/8=80×6²/8=360kN·m=360×10^6N·mm；支座最大剪力V_max=qL/2=80×6/2=240kN=240×10³N。（2）截面特性计算：翼缘面积A_f=250×14=3500mm²（单翼缘），腹板面积A_w=600×8=4800mm²；截面惯性矩I_x=2×[250×14×(600/2-14/2)^2]+(8×600³)/12=2×[3500×(293)^2]+(8×216×10^6)/12=2×3500×85849+144×10^6=2×300.47×10^6+144×10^6=600.94×10^6+144×10^6=744.94×10^6mm^4；截面抵抗矩W_x=I_x/(h/2)=744.94×10^6/(300)=2.483×10^6mm³。（3）抗弯强度验算（不考虑塑性发展，γ_x=1.0）：σ=M_max/(γ_xW_x)=360×10^6/(1.0×2.483×10^6)≈145N/mm²≤f=310N/mm²，满足。（4）抗剪强度验算：腹板计算高度h_w=h-2t_f=600-2×14=572mm；腹板截面面积A_w=h_w×t_w=572×8=4576mm²；剪应力τ=V_max×S/(I_x×t_w)，其中S为中和轴以上面积对中和轴的静矩：S=250×14×(300-14/2)+(572/2)×8×(572/4)=250×14×293+286×8×143=1,025,500+325,376=1,350,876mm³；τ=240×10³×1,350,876/(744.94×10^6×8)=240×10³×1,350,876/(5.9595×10^9)≈240×0.2267≈54.4N/mm²≤f_v=180N/mm²，满足。3.（12分）某轴心受压柱采用焊接工字形截面（翼缘宽度b=300mm，厚度t=16mm；腹板高度h=500mm，厚度tw=10mm），计算长度l_ox=6m（绕强轴x），l_oy=3m（绕弱轴y）。钢材为Q355B（f=305N/mm²）。试计算该柱的最大承载力设计值N（需考虑整体稳定性，截面分类：绕x轴为b类，绕y轴为c类）。解：（1）计算截面几何特性：毛截面面积A=2×300×16+500×10=9600+5000=14600mm²；对x轴的惯性矩I_x=(300×(500+2×16)^3)/12-(300-10)×500³/12（近似计算）=(300×532³)/12-(290×500³)/12≈(300×150.56×10^6)/12-(290×125×10^6)/12≈(45.168×10^9)/12-(36.25×10^9)/12≈3.764×10^9-3.021×10^9=0.743×10^9mm^4；回转半径i_x=√(I_x/A)=√(0.743×10^9/14600)=√(50,890)≈225.6mm；对y轴的惯性矩I_y=2×(16×300³)/12+(500×10³)/12≈2×(16×27×10^6)/12+(500×1000)/12≈(864×10^6)/12+41,666≈72×10^6+41,666≈72.04×10^6mm^4；回转半径i_y=√(I_y/A)=√(72.04×10^6/14600)=√(4934)≈70.2mm。（2）计算长细比：λ_x=l_ox/i_x=6000/225.6≈26.6；λ_y=l_oy/i_y=3000/70.2≈42.7。（3）查稳定系数φ：绕x轴（b类），λ_x=26.6，查《钢结构设计标准》表C.0.2，φ_x≈0.95；绕y轴（c类），λ_y=42.7，查表C.0.3，φ_y≈0.88（插值法：λ=40时φ=0.895，λ=45时φ=0.87，λ=42.7≈0.88）。（4）整体稳定性控制由较小的φ决定，即φ=0.88；最大承载力N=φAf=0.88×14600×305≈0.88×4,453,000≈3,918,640N≈3919kN。4.（8分）某双盖板对接焊缝连接，主板厚度t=12mm，宽度b=250mm，钢材为Q235B（f_t^w=185N/mm²），焊缝质量等级为三级（需考虑强度折减系数0.85）。试计算该焊缝能承受的最大轴心拉力设计值N。解：对接焊缝的计算长度l_w=b（无引弧板时需扣除2t，但题目未说明，假设使用引弧板，l_w=b=250mm）；焊缝有效厚度h_e=t=12mm（对接焊缝厚度等于板厚）；焊缝抗拉强度设计值f_t^w'=0.85×185=157.25N/mm²；最大拉力N=h_e×l_w×f_t^w'=12×250×157.25=12×39,312.5=