(2025年)钢结构试卷及参考答案

(2025年)钢结构试卷及参考答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.依据《钢结构设计标准》（GB50017-2017），Q355GJC钢材的屈服强度设计值为（）。A.295N/mm²B.305N/mm²C.325N/mm²D.355N/mm²2.下列关于钢结构疲劳破坏的描述中，错误的是（）。A.破坏时无明显塑性变形B.循环次数越多，容许应力幅越小C.应力集中会显著降低疲劳寿命D.设计时需验算所有承受动力荷载的构件3.焊接残余应力对钢结构的（）无显著影响。A.静力强度B.刚度C.低温冷脆D.疲劳性能4.普通螺栓受剪连接中，当栓杆直径d=20mm时，端距s应不小于（）。A.2dB.2.5dC.3dD.3.5d5.工字形截面轴心受压构件的整体稳定验算公式中，参数φ代表（）。A.截面塑性发展系数B.长细比修正系数C.稳定系数D.钢材强度折减系数6.计算钢框架梁的整体稳定性时，若梁受压翼缘与刚性铺板牢固连接，则（）。A.需验算整体稳定B.无需验算整体稳定C.仅需验算局部稳定D.需增大梁高7.下列哪类焊缝的质量等级要求最高？（）A.承受动力荷载的对接焊缝B.承受静力荷载的角焊缝C.次要构件的角焊缝D.非直接承受动力荷载的对接焊缝8.双肢格构式轴心受压构件绕虚轴的整体稳定验算时，需采用换算长细比λₒx，其目的是（）。A.考虑缀材剪切变形的影响B.简化计算C.提高稳定承载力D.修正截面不对称的影响9.某压弯构件采用弯矩作用平面内的稳定验算公式：N/(φₓA)+βₘₓMₓ/(γₓW₁ₓ(1-0.8N/Nₑₓ))≤f，其中Nₑₓ代表（）。A.构件的欧拉临界力B.钢材的抗拉强度设计值C.截面的塑性抵抗矩D.构件的局部稳定临界力10.钢吊车梁设计中，验算腹板计算高度边缘的局部压应力时，集中荷载的分布长度lₙ应取（）。A.轮压作用点沿梁长方向的分布长度B.轮压作用点至腹板边缘的距离C.轮压作用点处轨道的支承长度D.轮压作用点处加劲肋的宽度二、填空题（每空1分，共15分）1.钢结构中，衡量钢材塑性性能的主要指标是__________。2.高强度螺栓摩擦型连接的承载力取决于__________和__________。3.焊接H型钢的翼缘与腹板间的角焊缝厚度hf应满足__________（用t表示较厚板厚度）。4.轴心受拉构件的强度验算公式为__________，其中An为__________。5.工字形截面简支梁的整体稳定系数φb>0.6时，需用__________代替φb进行验算。6.格构式构件的缀条设计时，需计算缀条所受的__________，其值由构件绕虚轴的__________确定。7.压弯构件的局部稳定验算中，翼缘的宽厚比限值与__________和__________有关。8.钢桁架节点设计时，腹杆与弦杆的间隙不宜小于__________mm，以保证焊接质量。9.门式刚架轻型房屋钢结构中，檩条的计算需考虑__________作用下的双向受弯。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述钢结构中选用钢材时需考虑的主要因素。2.对比普通螺栓与高强度螺栓摩擦型连接在受力机理和破坏模式上的差异。3.说明轴心受压构件局部稳定验算的意义及主要验算方法。4.钢框架梁与柱的刚性连接设计中，需满足哪些构造要求？5.分析焊接残余应力对钢结构性能的影响，并列举三种减小焊接残余应力的措施。四、计算题（共35分）1.（12分）某轴心受拉钢构件，采用Q355B钢材（f=310N/mm²），截面为2L125×10（等边角钢，截面积A=2×24.37cm²=48.74cm²，截面惯性矩Ix=2×777.9cm⁴=1555.8cm⁴，回转半径ix=√(Ix/A)=√(1555.8/48.74)=5.65cm），构件长度l=6m，两端铰接。已知永久荷载产生的轴拉力N_G=350kN，可变荷载产生的轴拉力N_Q=200kN（荷载组合系数ψc=0.7）。（1）验算构件的强度；（2）验算构件的长细比是否满足《钢结构设计标准》要求（轴心受拉构件的容许长细比[λ]=350）。2.（12分）某简支钢梁，跨度l=6m，承受均布荷载（含自重）q=45kN/m（设计值），钢材为Q235B（f=215N/mm²，f_v=125N/mm²），拟选用HN500×200×10×16（截面参数：A=119.2cm²，Wx=1913cm³，Ix=47830cm⁴，tw=10mm，h=500mm）。（1）验算梁的抗弯强度（γx=1.05）；（2）验算梁的抗剪强度；（3）若梁受压翼缘未与刚性铺板连接，且侧向计算长度l1=3m，验算梁的整体稳定性（φb=0.82，按规范修正后φb'=0.75）。3.（11分）某单层工业厂房钢柱，为工字形截面（翼缘：-400×20，腹板：-600×10），钢材为Q345B（f=305N/mm²），柱高H=6m，两端铰接，承受轴心压力N=2500kN，绕强轴（x轴）的弯矩Mx=300kN·m（设计值）。截面几何参数：A=400×20×2+600×10=22000mm²，W1x=(400×640³390×600³)/(6×640)≈2.1×10⁶mm³（近似计算），ix=180mm，λx=H/ix=33.3，φx=0.94（查表），βmx=1.0，Nex=π²EA/(λx²)=π²×2.06×10⁵×22000/(33.3²)≈4.1×10⁷N。验算该压弯构件在弯矩作用平面内的整体稳定性。五、案例分析题（共20分）某多层钢结构办公楼，采用钢框架-支撑结构体系，底层中柱采用箱形截面（B×H×t=400×400×20，钢材Q355GJ），柱高4.5m，与基础刚接，与上层柱弱轴（y轴）方向铰接。已知该柱承受轴心压力N=8000kN（设计值），绕强轴（x轴）的弯矩Mx=500kN·m（设计值），绕弱轴（y轴）的弯矩My=150kN·m（设计值）。（1）指出该柱可能的破坏模式；（2）需进行哪些稳定性验算？列出各验算的主要公式；（3）若验算发现绕y轴的稳定承载力不足，可采取哪些优化措施？参考答案一、单项选择题1.A2.D3.A4.B5.C6.B7.A8.A9.A10.A二、填空题1.伸长率（δ5或δ10）2.摩擦面的抗滑移系数；预拉力3.1.5√t≤hf≤2t（t为较厚板厚度）4.N/An≤f；净截面面积5.修正后的稳定系数φb'6.剪力；换算长细比7.构件的应力状态；钢材强度等级8.159.风吸力三、简答题1.主要因素包括：结构的重要性（安全等级）、荷载性质（静力或动力）、连接方式（焊接或螺栓）、工作环境（温度、腐蚀介质）、钢材厚度（厚板需考虑Z向性能）。2.普通螺栓连接靠栓杆抗剪和孔壁承压传力，破坏模式可能为栓杆剪断、孔壁压坏或板件拉断；高强度螺栓摩擦型连接靠板件间摩擦力传力，破坏时摩擦力被克服，设计时以摩擦力刚被克服为极限状态，不利用栓杆抗剪。3.意义：防止构件局部屈曲，避免整体失稳前出现局部失稳，确保构件整体承载力。方法：通过限制板件的宽厚比（或高厚比），使局部屈曲临界应力不低于构件整体稳定临界应力或钢材屈服强度。4.构造要求：梁翼缘与柱翼缘全熔透对接焊缝连接；梁腹板与柱通过高强度螺栓或角焊缝连接；柱在梁翼缘对应位置设置横向加劲肋；焊缝质量等级不低于二级；节点域需验算抗剪强度。5.影响：降低结构刚度（残余应力使部分截面提前进入塑性）、增加低温冷脆倾向、加速疲劳破坏；对静力强度无显著影响。措施：合理设计焊缝位置和尺寸（避免密集焊缝）、采用预热或后热工艺、机械矫正或振动时效消除应力、预留收缩余量减少焊接变形。四、计算题1.（1）强度验算：荷载组合设计值N=1.2×350+1.4×200=420+280=700kN=7×10⁵N；An=A=48.74cm²=4874mm²（无螺栓孔），σ=N/An=7×10⁵/4874≈143.6N/mm²≤310N/mm²，满足。（2）长细比λ=l0/ix=6000/56.5≈106.2≤350，满足。2.（1）抗弯强度：Mmax=ql²/8=45×6²/8=202.5kN·m=2.025×10⁸N·mm；σ=Mx/(γxWx)=2.025×10⁸/(1.05×1913×10³)≈100.5N/mm²≤215N/mm²，满足。（2）抗剪强度：Vmax=ql/2=45×6/2=135kN=1.35×10⁵N；τ=VS/(Ixtw)≈(1.35×10⁵×(500×16×(500/2-8)))/(47830×10³×10)≈(1.35×10⁵×1.584×10⁶)/(4.783×10⁸×10)≈4.4N/mm²≤125N/mm²，满足。（3）整体稳定性：σ=Mx/(φb'Wx)=2.025×10⁸/(0.75×1913×10³)≈140.7N/mm²≤215N/mm²，满足。3.弯矩作用平面内稳定验算：N/(φxA)+βmxMx/(γxW1x(1-0.8N/Nex))=2500×10³/(0.94×22000)+1.0×300×10⁶/(1.05×2.1×10⁶×(1-0.8×2500×10³/4.1×10⁷))≈121.6+300×10⁶/(2.205×10⁶×0.951)≈121.6+142.8≈264.4N/mm²≤305N/mm²，满足。五、案例分析题（1）可能的破坏模式：绕x轴或y轴的整体失稳（弯矩作用平面内或平面外失稳）、局部屈曲（翼缘或腹板局部失稳）、节点域剪切破坏。（2）需验算内容：①弯矩作用平面内的整体稳定（x轴）：N/(φxA)+βmxMx/(γxW1x(