2025年郑大钢结构考试题及答案

2025年郑大钢结构考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列关于钢材破坏形式的描述中，错误的是（）。A.脆性破坏无明显变形，破坏突然B.韧性破坏前有显著塑性变形C.冷加工可能降低钢材的韧性D.高温环境下钢材更易发生脆性破坏2.角焊缝的计算长度不宜小于8hf且不宜小于40mm，主要是为了（）。A.避免焊缝起灭弧缺陷影响强度B.保证焊缝与母材有效粘结C.防止焊缝因长度过短导致应力集中D.满足构造要求3.8.8级高强度螺栓的“8.8”中，第一个“8”表示（）。A.螺栓材料的抗拉强度标准值为800N/mm²B.螺栓材料的屈服强度标准值为800N/mm²C.螺栓材料的屈强比为0.8D.螺栓的预拉力设计值为800kN4.钢框架结构中设置柱间支撑的主要目的是（）。A.提高结构抗侧移刚度B.增强梁的整体稳定性C.减小柱的计算长度D.改善节点受力性能5.轴心受压构件发生弯扭屈曲的条件是（）。A.构件截面为双轴对称截面B.构件截面为单轴对称截面且绕非对称轴失稳C.构件长细比λx＞λyD.构件端部约束较弱6.影响梁整体稳定系数φb的最主要因素是（）。A.梁的截面尺寸B.梁的跨度和侧向支撑间距C.荷载作用位置D.钢材强度等级7.门式刚架轻型房屋钢结构中，屋面坡度通常取（）。A.1/5～1/3B.1/10～1/5C.1/20～1/10D.1/30～1/208.钢节点域验算时，主要验算的是（）。A.节点域的剪切强度B.节点域的抗压强度C.节点域的抗弯强度D.节点域的局部承压强度9.冷弯薄壁型钢与普通热轧型钢相比，主要优势是（）。A.截面回转半径更大B.材料强度更高C.可通过冷弯成型获得复杂截面D.抗腐蚀性能更好10.钢构件疲劳破坏的主要影响因素是（）。A.静载应力大小B.应力循环次数和应力幅C.钢材的伸长率D.构件的截面形式二、简答题（每题8分，共40分）1.简述焊缝质量等级的划分依据及一级焊缝的主要要求。答：焊缝质量等级根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境及应力状态等因素划分，共分三级。一级焊缝要求焊缝内部缺陷最少，质量最高，需进行100%的超声波探伤（UT）或射线探伤（RT），且探伤结果需符合《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》（GB/T11345）中B级检验的Ⅰ级合格标准；焊缝表面不得有裂纹、未熔合、未焊透和条状夹渣等缺陷，余高应符合设计要求，避免应力集中。2.普通螺栓受剪连接可能发生哪几种破坏形式？设计中如何防止？答：可能的破坏形式包括：（1）螺栓杆被剪断；（2）板件被挤压破坏（承压破坏）；（3）板件净截面被拉断；（4）螺栓杆受弯破坏；（5）板件端部被剪坏（冲剪破坏）。设计中通过以下措施防止：（1）限制螺栓数量或选择足够直径的螺栓，保证螺栓抗剪承载力；（2）控制板件厚度和螺栓直径的关系（t≥d/4），保证板件承压承载力；（3）验算板件净截面抗拉强度；（4）限制板件厚度（t≤5d），避免螺栓杆过长导致受弯破坏；（5）控制螺栓端距（e≥2d0），防止板件端部冲剪破坏。3.简述钢框架梁柱刚性连接的设计原则及主要构造要求。答：设计原则：（1）连接应具有足够的强度和刚度，确保节点弯矩能有效传递，使框架梁、柱形成刚性整体；（2）连接的破坏应滞后于构件本身，避免节点先于梁、柱破坏；（3）构造应便于施工，保证焊接或螺栓连接质量。主要构造要求：（1）梁翼缘与柱的连接宜采用全熔透坡口焊缝，腹板与柱的连接可采用高强度螺栓或部分熔透焊缝；（2）当梁翼缘焊缝传递全部弯矩时，腹板连接主要传递剪力；（3）节点域需设置加劲肋（当柱腹板厚度不足时），以提高节点域抗剪强度；（4）梁、柱翼缘与腹板间的焊缝应满足强度要求，避免层状撕裂（厚板需采用Z向钢）。4.轴心受压构件为何需要验算局部稳定？宽厚比限制的原理是什么？答：验算局部稳定的原因：轴心受压构件的截面通常由板件组成（如工字形截面的翼缘和腹板），若板件过薄（宽厚比过大），在构件整体失稳前，板件可能先发生局部屈曲，导致截面有效面积减小，构件整体承载力降低。宽厚比限制的原理：通过限制板件的宽厚比，使板件的局部屈曲临界应力不低于构件整体稳定的临界应力，或通过设置加劲肋将板件划分为更小的单元，提高局部屈曲临界应力，确保局部屈曲不先于整体失稳发生。5.钢吊车梁疲劳验算时，荷载取值有何原则？需验算哪些关键部位？答：荷载取值原则：（1）采用标准值，不考虑荷载分项系数；（2）按实际使用中可能出现的最大重复荷载进行统计，取应力循环次数N≥10⁵次时需验算疲劳；（3）对于频繁启动、制动的吊车，需考虑动力系数。需验算的关键部位：（1）下翼缘与腹板的连接焊缝（尤其是横向加劲肋处）；（2）受拉翼缘的对接焊缝及附近区域；（3）吊车轮压作用处的腹板局部承压区域；（4）制动梁与吊车梁的连接节点（如螺栓或焊缝）；（5）加劲肋与腹板、翼缘的连接焊缝（尤其是短加劲肋端部）。三、计算题（共40分）1.（15分）某钢桁架下弦节点采用对接焊缝连接，被连接钢板为-350×14（宽×厚），钢材为Q355B（f=310N/mm²，f_v=180N/mm²），焊缝质量等级为二级（f_w^t=310N/mm²，f_w^v=180N/mm²）。节点承受静力荷载：轴向拉力N=1200kN，剪力V=200kN（剪力由焊缝均匀承担）。焊缝为直缝，无引弧板，计算长度取实际长度减2t（t为板厚）。试验算该对接焊缝的强度。解：（1）焊缝计算长度l_w=3502×14=322mm（无引弧板，两端各减1个板厚）（2）焊缝截面面积A_w=l_w×t=322×14=4508mm²（3）正应力σ=N/A_w=1200×10³/4508≈266.2N/mm²≤f_w^t=310N/mm²，满足（4）剪应力τ=V/(l_w×t)=200×10³/4508≈44.4N/mm²≤f_w^v=180N/mm²，满足（5）折算应力σ_eq=√(σ²+3τ²)=√(266.2²+3×44.4²)≈√(70862+5927)≈√76789≈277.1N/mm²≤1.1f_w^t=1.1×310=341N/mm²，满足结论：对接焊缝强度验算合格。2.（15分）某钢平台次梁与主梁采用普通C级螺栓连接（4.6级），螺栓直径d=20mm（d0=21.5mm），连接构造如图（略）：次梁腹板厚度t=8mm，主梁翼缘厚度T=12mm，连接受剪力V=150kN。试计算所需螺栓数量，并验算被连接钢板的净截面强度（钢材为Q235B，f=215N/mm²）。已知：单个螺栓抗剪承载力设计值N_v^b=n_v×(πd²/4)×f_v^b；单个螺栓承压承载力设计值N_c^b=d×Σt×f_c^b。参数：n_v=1（单剪），f_v^b=140N/mm²，f_c^b=305N/mm²。解：（1）单个螺栓抗剪承载力：N_v^b=1×(π×20²/4)×140=1×314.16×140≈43982N≈44kN（2）单个螺栓承压承载力（取较薄板件厚度t=8mm）：N_c^b=20×8×305=48800N≈48.8kN（3）单个螺栓承载力设计值取较小值：N^b=44kN（4）所需螺栓数量n≥V/N^b=150/44≈3.41，取n=4个（5）验算钢板净截面强度（以次梁腹板为例，沿螺栓群最不利截面）：钢板宽度b=假设为100mm（构造未明确，按常规取），净截面面积A_n=(bn1×d0)×t=(1002×21.5)×8=(100-43)×8=57×8=456mm²（假设螺栓排列为2列，n1=2）拉力N=V=150kN（剪力由螺栓传递，钢板受拉？需明确受力模式，此处假设为受拉）σ=N/A_n=150×10³/456≈329N/mm²>f=215N/mm²（不满足，需调整螺栓排列或增加板宽）（注：若螺栓排列为1列，n1=1，则A_n=(100-21.5)×8=78.5×8=628mm²，σ=150×10³/628≈239N/mm²仍大于215N/mm²，需增大板宽或改用双剪连接）3.（10分）某轴心受压柱采用焊接工字形截面（H400×200×8×12，翼缘宽度b=200mm，厚度t=12mm，腹板高度h0=400-2×12=376mm，厚度w=8mm），计算长度l0x=6m（绕强轴x），l0y=3m（绕弱轴y），钢材为Q355B（f=310N/mm²）。试验算该柱的整体稳定性（截面特性：A=400×12×2+376×8=9600+3008=12608mm²；ix=163mm，iy=46mm；λx=l0x/ix=6000/163≈36.8；λy=l0y/iy=3000/46≈65.2；查《钢结构设计标准》GB50017-2017，b类截面，λy=65.2对应的稳定系数φ=0.82）。解：（1）计算长细比：λx≈36.8，λy≈65.2，取λ=λy=65.2（2）整体稳定验算：σ=N/(φA)≤f需已知轴心压力N，假设N=φA×f=0.82×12608×310≈0.82×3908480≈3194,954N≈3195kN若实际轴心压力N≤3195kN，则整体稳定性满足。四、综合题（共20分）某多层钢框架结构（5层，层高4m），二层中柱与主梁（H500×200×10×16）的连接节点需设计为刚性连接。已知：梁端弯矩设计值M=450kN·m，剪力设计值V=200kN；柱截面为H450×450×16×20（翼缘厚度t_cf=20mm，腹板厚度t_cw=16mm），钢材均为Q355B。试完成以下设计内容：（1）确定梁与柱的连接形式（翼缘、腹板连接方式）；（2）计算翼缘焊缝所需厚度；（3）计算腹板连接所需高强度螺栓数量（10.9级，M20，预拉力P=155kN，抗滑移系数μ=0.45）；（4）简述节点域的验算内容及构造措施。答：（1）连接形式：梁翼缘与柱采用全熔透坡口焊缝（传递弯矩），梁腹板与柱采用10.9级高强度螺栓摩擦型连接（传递剪力）。（2）翼缘焊缝厚度计算：梁翼缘承担的弯矩：M_f=M×(h/2)/(h/2)=M（近似认为翼缘承担全部弯矩），翼缘拉力/压力N_f=M/(h0)，h0为梁截面高度减去两倍翼缘厚度，h0=500-2×16=468mmN_f=450×10⁶/468≈961540N≈961.5kN翼缘焊缝为对接焊缝，需满足N_f≤f_w^t×A_w，A_w=b×h_f（b为翼缘宽度=200mm，h_f为焊缝厚度，取等于翼缘厚度16mm时，A_w=200×16=3200mm²）σ=961540/3200≈300.5N/mm²≤f_w^t=310N/mm²（Q355B二级焊缝f_w^t=310N/mm²），故焊缝厚度h_f=16mm（与翼缘等厚）。（3）腹板螺栓数量计算：腹板连接传递剪力V=200kN，单个螺栓抗剪承载力N_v^b=0.9n_fμP=0.9×1×0.45×155=62.78k