2025年钢结构原理试卷及答案

2025年钢结构原理试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列钢材性能指标中，最能反映钢材塑性变形能力的是（）。A.屈服强度fyB.抗拉强度fuC.伸长率δ5D.冷弯性能2.焊接残余应力对构件的（）无显著影响。A.静力强度B.刚度C.低温冷脆D.疲劳强度3.普通螺栓受剪连接中，当栓杆直径d=20mm时，端距s的最小取值为（）。A.2dB.2.5dC.3dD.3.5d4.轴心受压构件的整体稳定系数φ与（）无关。A.构件长细比λB.钢材强度等级C.截面类型D.荷载作用位置5.工字形截面简支梁受纯弯矩作用时，保证梁整体稳定的最有效措施是（）。A.增加梁的截面高度B.设置侧向支撑C.增大翼缘宽度D.提高钢材强度6.摩擦型高强度螺栓连接的极限承载力取决于（）。A.螺栓杆的抗剪强度B.连接板件的承压强度C.板件间的摩擦力D.螺栓杆的抗拉强度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λ0x，其目的是（）。A.考虑缀材的变形影响B.考虑截面扭转的影响C.简化计算D.提高安全储备8.下列关于钢梁局部稳定的说法中，错误的是（）。A.翼缘的局部失稳属于强度破坏B.腹板加劲肋可提高腹板的局部稳定性C.翼缘宽厚比限值基于弹性失稳理论D.腹板高厚比限值与应力状态相关9.压弯构件在弯矩作用平面内的稳定验算公式中，γx为截面塑性发展系数，当构件需要计算疲劳时，γx应取（）。A.1.0B.1.05C.1.15D.1.2010.钢材的疲劳破坏属于（）。A.塑性破坏B.脆性破坏C.徐变破坏D.累积变形破坏二、填空题（每空1分，共15分）1.钢材的主要力学性能指标包括强度、塑性、冷弯性能和__________。2.角焊缝的计算长度不宜小于__________，也不宜大于__________（当内力沿焊缝长度方向分布均匀时除外）。3.普通螺栓连接按受力方式可分为受剪、受拉和__________连接。4.轴心受压构件的截面选择原则是__________、__________和便于连接。5.钢梁的整体稳定系数φb可通过查表或公式计算，当φb>0.6时，需用__________对其进行修正。6.格构式构件的缀材分为__________和__________两种形式。7.压弯构件的二阶效应是指__________和__________引起的附加弯矩。8.钢结构中，当板件的宽厚比超过限值时，可能发生__________失稳；当构件长细比过大时，可能发生__________失稳。9.钢材的冲击韧性随温度降低而下降，当温度降至__________时，冲击韧性急剧降低，称为冷脆现象。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述钢材中硫、磷元素对性能的影响。2.比较对接焊缝与角焊缝的优缺点及适用场合。3.说明轴心受压构件中“有效截面”和“毛截面”的区别，并指出在何种情况下需采用有效截面计算。4.分析影响梁整体稳定性的主要因素，并列举提高梁整体稳定性的措施。5.阐述高强度螺栓摩擦型连接与承压型连接的工作机理及设计计算的主要区别。四、计算题（共35分）1.（10分）某轴心受压柱采用焊接工字形截面（无孔洞），截面尺寸为：翼缘b×t=250mm×12mm，腹板h0×tw=400mm×8mm，计算长度lox=loy=6m，钢材为Q235B（fy=235N/mm²，f=215N/mm²）。已知截面几何参数：A=2×250×12+400×8=9200mm²，Ix=1/12×250×(424)³-1/12×(250-8)×400³=约1.25×10⁸mm⁴，Iy=2×[1/12×12×250³+12×250×(206)²]=约2.8×10⁸mm⁴。试验算该柱的整体稳定性。（注：λx=√(A/Ix)×lox，λy=√(A/Iy)×loy，Q235钢b类截面φ值：λ=80时φ=0.688，λ=85时φ=0.656）2.（12分）某双盖板对接连接采用普通C级螺栓（d=20mm，d0=21.5mm），钢板宽度B=240mm，厚度t=12mm，盖板厚度t1=8mm，钢材为Q235B（fvb=140N/mm²，fcb=305N/mm²，f=215N/mm²）。螺栓排列为两排并列，间距s=70mm，端距a=40mm，边距b=40mm。承受轴心拉力N=350kN，试验算该连接的强度（按最不利截面计算）。3.（13分）某简支梁跨度l=6m，采用热轧H型钢HN500×200×10×16（截面参数：A=119.2cm²，Wx=1913cm³，Sx=1120cm³，tw=10mm，h=500mm），钢材为Q345B（f=310N/mm²，fv=180N/mm²）。梁上作用均布荷载q=45kN/m（含自重），跨中无侧向支撑，梁的整体稳定系数φb=0.82（已考虑修正）。试验算梁的抗弯强度、抗剪强度及整体稳定性。答案一、单项选择题1.C2.A3.B4.D5.B6.C7.A8.A9.A10.B二、填空题1.冲击韧性2.8hf；60hf3.拉剪复合受力4.等稳定性；较大的截面回转半径5.等效临界弯矩系数6.缀条；缀板7.构件挠曲；二阶P-δ效应8.局部；整体9.冷脆转变温度三、简答题1.硫：易形成低熔点共晶体（FeS与Fe），导致钢材在高温加工时发生热脆（热加工开裂）；磷：提高钢材强度和硬度，但显著降低塑性和韧性，尤其低温下加剧冷脆，且使可焊性变差。2.对接焊缝：优点是传力直接、截面无削弱、刚度大；缺点是对焊件坡口加工要求高，需保证焊缝质量，适用于受力较大、要求连续传力的重要连接（如梁翼缘与腹板连接）。角焊缝：优点是构造简单、施工方便，对焊件尺寸精度要求低；缺点是传力路径曲折、应力集中明显、截面削弱大，适用于次要连接或无法采用对接焊缝的场合（如桁架节点板与杆件连接）。3.毛截面：不考虑孔洞等削弱的截面面积；有效截面：考虑局部失稳后实际承载的有效面积（如受压板件局部屈曲后，边缘部分仍能承受应力，中间部分退出工作）。当板件宽厚比超过限值发生局部失稳时，需采用有效截面计算构件的承载力（如薄壁型钢构件）。4.主要因素：梁的侧向抗弯刚度（Iy）、抗扭刚度（It）、受压翼缘的自由长度（l1）、荷载作用位置（上翼缘或下翼缘）、截面形式（工字形、箱形等）。提高措施：增大侧向支撑间距（减小l1）、增大受压翼缘宽度（提高Iy）、设置侧向支撑、采用箱形截面（提高抗扭刚度）。5.摩擦型连接：依靠板件间摩擦力传递荷载，极限状态为摩擦力被克服（此时螺栓未受剪，板件未承压）；设计时取摩擦力作为承载力，需控制板件间摩擦系数和预拉力。承压型连接：允许摩擦力被克服后，螺栓杆与孔壁接触承压传力，极限状态为螺栓抗剪或板件承压破坏；设计时按螺栓抗剪和板件承压计算，承载力高于摩擦型，但变形较大，不适用于承受动力荷载或需要严格控制变形的结构。四、计算题1.（1）计算长细比：λx=lox/√(Ix/A)=6000/√(1.25×10⁸/9200)=6000/√(13587)=6000/116.58≈51.47λy=loy/√(Iy/A)=6000/√(2.8×10⁸/9200)=6000/√(30435)=6000/174.46≈34.4（2）确定φ值：取较大长细比λx=51.47，Q235钢b类截面，λ=50时φ=0.856，λ=55时φ=0.815，线性插值得φ≈0.856-(51.47-50)/(55-50)×(0.856-0.815)=0.856-1.47/5×0.041≈0.856-0.012≈0.844（3）整体稳定验算：N/(φA)=N/(0.844×9200)，假设N为设计值，需题目补充N，但按常规设计，若N≤φA×f=0.844×9200×215≈0.844×1978000≈1679kN，则满足。2.（1）螺栓抗剪验算：单栓抗剪承载力Nvb=nv×(πd²/4)×fvb=2×(π×20²/4)×140=2×314.16×140≈87965N=87.97kN螺栓数目n=4，总抗剪承载力4×87.97=351.88kN≥350kN，满足。（2）板件承压验算：单栓承压承载力Ncb=d×tmin×fcb=20×12×305=73200N=73.2kN总承压承载力4×73.2=292.8kN<350kN，不满足（注：此处需检查是否盖板厚度更小，tmin=8mm，则Ncb=20×8×305=48800N，总4×48800=195.2kN，更不满足，说明螺栓排列或数量需调整）。3.（1）抗弯强度：跨中最大弯矩Mmax=ql²/8=45×6²/8=202.5kN·mσ=Mmax/(γxWx)=202.5×10⁶/(1.05×1913×10³)=202.5×10⁶/(2008.65×10³)≈100.8N/mm²≤310N/mm²，满足。（2）抗剪强度：支座最大剪力Vmax=ql/2=45×6/2=135kNτ=VSx/(Ixtw)，因Ix=Wx×h/2=1913×10³