钢结构设计原理习题及答案

钢结构设计原理习题及答案1单项选择（每题2分，共20分）1钢材在常温静载下的破坏形式通常为A脆性断裂B疲劳破坏C塑性破坏D蠕变破坏答案：C2Q355钢牌号中的“355”指A抗拉强度≥355N/mm²B屈服强度≥355N/mm²C伸长率≥35.5%D冲击功≥35.5J答案：B3轴心受压构件整体稳定系数φ的最主要影响因素是A钢材强度B长细比λC截面面积D残余应力大小答案：B4对焊接工字形截面梁，局部稳定常采用的方法是A加大翼缘厚度B设置横向加劲肋C提高钢材等级D改用箱形截面答案：B5在GB50017—2017中，对接焊缝的强度设计值取A与母材相同B0.85倍母材C0.9倍母材D按焊缝等级折减答案：A6下列关于高强螺栓摩擦型连接的叙述，正确的是A依靠螺栓杆受剪传力B滑移后承载力显著降低C接触面喷砂处理可提高承载力D预拉力大小对承载力无影响答案：C7钢结构防火涂料的耐火极限是指A钢材温度达600℃所需时间B构件失去承载力的时间C涂层厚度达规定值的时间D涂层开始膨胀的时间答案：B8钢—混凝土组合梁中设置抗剪连接件的主要目的是A防止混凝土板开裂B保证钢梁上翼缘稳定C抵抗界面相对滑移D减小挠度答案：C9对于两端铰接、长3m的H400×200×8×13轴心受压柱，绕弱轴计算长度系数为A0.5B0.7C1.0D2.0答案：C10在疲劳计算中，构件类别由A最大应力幅决定B构造细节确定C荷载循环次数确定D材料强度确定答案：B2多项选择（每题3分，共15分；多选少选均不得分）11下列属于钢结构极限状态设计法中的“承载能力极限状态”的有A强度破坏B整体失稳C疲劳断裂D过大挠度E连接滑移答案：ABCE12可提高轴心受压构件稳定承载力的措施有A减小长细比B提高钢材强度C设置侧向支撑D采用焊接残余应力小的截面E加大初始弯曲答案：ABCD13关于钢梁整体稳定，下列说法正确的有A上翼缘与混凝土板可靠连接时可不计算整体稳定B荷载作用于下翼缘比作用于上翼缘更不利C加大受压翼缘宽度可提高稳定系数φbD设置隅撑可减小计算长度E任何情况下都必须验算整体稳定答案：ABCD14焊接残余应力对结构的不利影响包括A降低静力强度B加速疲劳裂纹扩展C增大构件变形D降低稳定承载力E提高脆性断裂风险答案：BCDE15下列属于钢结构抗震构造措施的有A强柱弱梁B节点域加劲C梁端塑性铰外移D支撑屈曲约束E设置基础隔震支座答案：ABCD3填空题（每空2分，共20分）16钢材的弹性模量E通常取________N/mm²，剪切模量G≈________N/mm²。答案：2.06×10⁵，7.9×10⁴17轴心受压构件的长细比λ=________，其中l0为________，i为________。答案：l0/i，计算长度，截面回转半径18当梁受压翼缘自由外伸宽度b与厚度t之比大于________时，应计算局部稳定；若不满足，可采取________或________措施。答案：13εk（εk=√235/fy），增加厚度，设加劲肋19高强螺栓预拉力设计值P=________×0.9×fu×Ae，其中Ae为________。答案：0.9，螺栓有效截面积20钢结构抗震等级为三级时，框架柱的板件宽厚比限值比一级________（填“严格”或“宽松”），其目的是保证________。答案：宽松，塑性变形能力4简答题（共25分）21（6分）写出轴心受压构件整体稳定验算公式，并说明各符号含义。答案：N/(φA)≤f；N——轴心压力设计值；φ——轴心受压构件稳定系数，按λ、截面分类、钢材牌号查表；A——毛截面面积；f——钢材抗拉、抗压强度设计值。22（5分）简述钢梁整体失稳的物理过程，并给出两种工程上常用的防失稳构造措施。答案：当弯矩增大，受压翼缘及相邻腹板区域发生侧向弯曲与扭转变形，形成弯扭屈曲；措施：1)上翼缘与混凝土楼板用抗剪钉连接，提供连续侧向支撑；2)设置侧向隅撑或刚性撑杆，减小受压翼缘自由长度。23（7分）说明焊接残余应力的产生原因，并分析其对受压构件稳定承载力的影响机理。答案：焊接局部加热—冷却过程中，焊缝及热影响区受约束产生拉应力，远离焊缝区产生压应力；残余压应力与外荷载压应力叠加，使截面提前屈服，有效弹性模量降低，抗弯刚度减小，从而欧拉临界力降低，稳定承载力下降。24（7分）列举钢结构抗震设计中“强节点弱构件”原则的具体体现，并说明其目的。答案：1)节点承载力≥1.3倍构件塑性承载力；2)梁端塑性铰区外移，避免焊缝通过节点核心区；3)柱节点域加劲，防止剪切屈服；4)支撑连接强度≥1.2倍支撑屈服承载力。目的：保证地震作用下塑性铰出现在预定部位，节点保持弹性，避免早期脆性破坏。5计算题（共60分）25（12分）轴心受压柱已知：Q235钢，H300×300×10×15，A=118.4cm²，ix=13.1cm，iy=7.49cm，l0x=l0y=6m，轴心压力设计值N=1800kN，截面属b类。验算其整体稳定。答案：λx=600/13.1=45.8，λy=600/7.49=80.1，控制λy=80.1；查Q235b类表得φy=0.731；N/(φA)=1800×10³/(0.731×118.4×10²)=208N/mm²f=215N/mm²，208<215，满足。26（12分）受弯梁强度简支梁跨度6m，均布荷载qk=45kN/m（含自重），Q355钢，H500×200×9×14，Wx=1910cm³，Sx=1060cm³，Ix=4.75×10⁸mm⁴，tw=9mm，f=305N/mm²，fv=175N/mm²。验算抗弯、抗剪强度。答案：M=ql²/8=45×6²/8=202.5kN·m；σ=M/Wx=202.5×10⁶/(1910×10³)=106N/mm²<305，满足；V=ql/2=45×6/2=135kN；τ=VS/(Itw)=135×10³×1060×10³/(4.75×10⁸×9)=33.4N/mm²<175，满足。27（12分）焊缝连接两钢板宽200mm、厚12mm，采用对接直焊缝，Q235，焊缝质量三级，轴心拉力N=560kN。验算焊缝强度。答案：三级对接焊缝抗拉强度fw=185N/mm²；A=200×12=2400mm²；σ=N/A=560×10³/2400=233N/mm²>185，不满足；应改用斜对接或加引弧板提高质量等级至二级（fw=215N/mm²），则233<215仍不足；需改用双面角焊缝或增加板宽。28（12分）高强螺栓摩擦型连接双盖板拼接，主板厚16mm，盖板2×10mm，Q235，8.8级M20高强螺栓，孔径22mm，接触面喷砂后涂无机富锌，摩擦系数μ=0.45，预拉力P=125kN，轴心拉力N=880kN。求所需螺栓数并布置。答案：单栓抗剪Nv=0.9nfμP=0.9×2×0.45×125=101.25kN；n=N/Nv=880/101.25=8.7，取10只；布置：每侧两列，每列5只，间距80mm，边距50mm，满足规范。29（12分）柱脚锚栓计算轴心受压柱N=2200kN，设4个Q235锚栓，锚栓抗拉强度ft=140N/mm²，柱底板不设抗剪键，全部由锚栓抗剪。验算锚栓直径是否足够，若不足提出改进。答案：单栓受剪Vv=2200/4=550kN；所需Ae=Vv/ft=550×10³/140=3928mm²；d=√(4Ae/π)=70.7mm，过大；改进：1)设抗剪键，锚栓不抗剪；2)改用锚栓+底板摩擦共同抗剪；3)改用8.8级锚栓ft=320N/mm²，Ae=1718mm²，d=46.8mm，取M48可行。6综合设计题（30分）30门式刚架横梁设计条件：单跨18m，柱距6m，屋面坡度1:10，Q355钢，檩条间距1.5m，恒载0.55kN/m²，活载0.5kN/m²，基本风压0.45kN/m²，地面粗糙度B，抗震设防烈度8度(0.20g)，Ⅱ类场地，设计使用年限50年。要求：1)确定横梁截面形式并估算截面尺寸；2)给出荷载组合及控制内力；3)验算强度、整体稳定、挠度；4)设计端板连接节点（高强螺栓10.9级M24，端板厚20mm）。答案：1)选用变截面H型钢，端部高600mm，跨中高400mm，翼缘200×12，腹板8；2)控制组合：1.2D+1.4L，线荷载q=(1.2×0.55+1.4×0.5)×6=7.56kN/m；M=ql²/8=7.56×18²/8=306kN·m；3)端部截面Wx=2810cm³，σ=306×10⁶/2810×10³=109N/mm²<3