钢结构期末考试试题及答案

钢结构期末考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.现行《钢结构设计标准》GB50017—2017中，钢材强度设计值取下列哪项指标除以抗力分项系数？（）A.屈服强度fyB.抗拉强度fuC.比例极限fpD.断裂强度fb答案：A2.轴心受压构件整体稳定验算时，稳定系数φ与下列哪项参数无关？（）A.长细比λB.钢材屈服强度fyC.构件截面类别D.构件所受轴力设计值N答案：D3.某Q355钢梁，截面为H500×200×8×13，其翼缘外伸宽厚比b/t=7.7，按GB50017—2017判断，翼缘属于哪一类截面？（）A.S1级B.S2级C.S3级D.S4级答案：A4.在焊接工字形截面梁中，若仅配置横向加劲肋，其局部稳定计算中，腹板高厚比h0/tw限值主要与下列哪项有关？（）A.钢材屈服强度fyB.梁跨度LC.横向加劲肋间距aD.翼缘厚度tf答案：C5.钢结构抗震设计中，框架—中心支撑体系的支撑杆件长细比限值，比框架—偏心支撑体系更严格，其根本原因是：（）A.中心支撑需保证弹性稳定B.中心支撑需避免屈曲后承载力骤降C.中心支撑需保证节点刚性D.中心支撑需减小P-Δ效应答案：B6.高强度螺栓摩擦型连接中，单个10.9级M20螺栓的设计预拉力P取值为：（）A.155kNB.190kNC.225kND.290kN答案：B7.某钢柱采用Q235钢，截面为HW400×400×13×21，其绕弱轴的长细比λy=48，绕强轴的长细比λx=38，则该柱的稳定系数φ应按哪一轴控制？（）A.强轴B.弱轴C.取两轴平均值D.取两轴较大值答案：B8.钢—混凝土组合梁中，当采用完全抗剪连接时，其塑性中和轴位置计算依据的基本假定不包括：（）A.钢材与混凝土均达到塑性设计强度B.钢梁全截面屈服C.混凝土板全截面受压均匀D.剪力连接件无滑移答案：C9.钢结构防火涂料性能等级中，下列哪项指标用于表征涂料在标准升温条件下使钢构件临界温度达到550℃的耐火极限？（）A.F60B.R90C.I30D.W120答案：A10.对于焊接H形截面压弯构件，当弯矩作用在强轴平面内时，其平面外稳定验算公式中的等效弯矩系数βtx，当构件两端弯矩相等且同向曲率时，取值为：（）A.0.65B.0.85C.1.0D.1.2答案：C二、多项选择题（每题3分，共15分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）11.下列关于钢结构疲劳设计的说法正确的有：（）A.疲劳计算采用容许应力幅法B.焊接构件的疲劳强度与钢材强度等级无关C.非焊接构件的疲劳强度高于焊接构件D.疲劳计算需考虑荷载循环次数E.疲劳裂纹一般起源于焊缝焊趾答案：ACDE12.影响轴心受压构件整体稳定系数φ的主要因素包括：（）A.长细比λB.截面类别C.钢材屈服强度fyD.残余应力分布E.构件初弯曲答案：ABCDE13.钢结构抗震节点设计中，下列措施可有效提高节点延性的有：（）A.梁翼缘削弱型狗骨式连接B.柱翼缘设置横向加劲肋C.节点域加厚D.采用低韧性焊条E.梁端腹板开孔答案：ABC14.关于高强度螺栓承压型连接，下列说法正确的有：（）A.允许被连接板件间产生相对滑移B.设计承载力高于摩擦型C.需验算螺栓杆受剪及孔壁承压D.适用于动力荷载作用E.预拉力大小对承载力无影响答案：ABCE15.钢—混凝土组合楼板中，下列哪些构造要求是为保证纵向抗剪而设置的？（）A.压型钢板肋高不小于50mmB.板端设置圆柱头焊钉C.压型钢板与钢梁间断焊接D.混凝土板内配置负弯矩钢筋E.板端设置端部锚固件答案：BCE三、填空题（每空2分，共20分）16.现行规范规定，Q235钢材在厚度≤16mm时的抗拉强度设计值为________N/mm²，抗剪强度设计值为________N/mm²。答案：215；12517.某轴心受压柱，长细比λ=120，截面为a类，钢材为Q355，其整体稳定系数φ=________（保留三位小数）。答案：0.37418.钢梁腹板局部稳定计算中，当h0/tw=80时，若不设加劲肋，其临界剪应力τcr可按________屈曲形式计算，其值约为________N/mm²（Q235钢）。答案：剪切；10519.高强度螺栓摩擦型连接中，摩擦面喷砂后生赤锈的Q235钢板抗滑移系数μ取________；当板面涂刷无机富锌漆时μ取________。答案：0.45；0.3520.钢结构防火设计中，当钢柱采用非膨胀型防火涂料，其等效热传导系数λs≤________W/(m·K)时，可按截面系数法计算耐火极限。答案：0.1021.钢—混凝土组合梁塑性设计时，若钢梁截面等级为S1级，混凝土板有效宽度be可按________跨度的________倍取用。答案：简支；1/422.某焊接工字形截面梁，翼缘为焰切边，其残余压应力峰值约为________N/mm²，残余拉应力峰值约为________N/mm²。答案：0.3fy；fy23.钢结构抗震等级为三级的高层框架，其柱轴压比限值为________，梁端塑性铰区侧向支承间距不得大于________倍翼缘宽度。答案：0.8；9四、简答题（共25分）24.（8分）简述钢结构轴心受压构件整体稳定计算的基本假定，并说明规范采用“柱子曲线”代替单一曲线的原因。答案：基本假定：1.构件为理想直杆，荷载为轴心受压；2.材料为理想弹塑性；3.弯曲屈曲为控制模式，忽略扭转与弯扭屈曲；4.初始缺陷用等效初弯曲表示。采用多条柱子曲线原因：实际构件存在残余应力、初弯曲、初偏心及截面形状差异，导致不同截面类型、不同加工方式的柱子试验点分散，单一曲线无法包络，故按截面类别（a、b、c、d）给出四条曲线，使设计更经济且安全度一致。25.（8分）说明钢梁腹板局部稳定设计中，横向加劲肋与纵向加劲肋的作用差异，并给出各自设置的条件。答案：横向加劲肋主要阻止腹板剪切屈曲，提高临界剪应力，当h0/tw>80εk（Q235为80）且梁承受较大剪力时设置，其间距a一般取(1.0~2.0)h0；纵向加劲肋主要阻止腹板弯曲屈曲，提高临界弯曲压应力，当h0/tw>170εk（Q235为170）或需提高梁抗弯承载力时设置，位于距受压翼缘(1/5~1/4)h0处。两者可联合使用，形成格子加劲，显著提高腹板局部稳定性能。26.（9分）试述钢—混凝土组合梁中剪力连接件的分类及其受力特点，并说明部分抗剪连接与完全抗剪连接对截面抗弯承载力的影响。答案：剪力连接件分为刚性（焊钉、槽钢、弯筋）与柔性（栓钉、摩擦型高强螺栓）两类。刚性连接件刚度大，滑移小，承载力高；柔性连接件允许一定滑移，延性好。完全抗剪连接时，混凝土板与钢梁间滑移可忽略，截面抗弯承载力按塑性理论计算，达到全截面塑性弯矩Mp；部分抗剪连接时，剪力连接件数量不足，界面滑移增大，混凝土压力与钢梁拉力不能同步达到塑性，抗弯承载力降低，需按剪力连接度η=Nc/Ncf折减，折减系数η≤1.0，承载力在Mp与部分连接弯矩Mpartial之间。五、计算题（共40分）27.（12分）轴心受压柱稳定验算已知：某车间柱高6m，两端铰接，轴心压力设计值N=2200kN，采用Q235钢，焊接H形截面H400×300×8×12，翼缘为焰切边。截面面积A=91.2cm²，Ix=21700cm⁴，Iy=5400cm⁴，ix=17.2cm，iy=7.7cm。试验算其整体稳定是否满足要求。答案：1.计算长细比：λx=600/17.2=34.9，λy=600/7.7=77.9；2.截面类别：翼缘焰切边，查表为b类；3.查稳定系数：λy=77.9，Q235钢，查b类φy=0.707；4.稳定验算：N/(φA)=2200×10³/(0.707×91.2×10²)=341N/mm²>215N/mm²，不满足。结论：需加大截面或改用Q355钢。28.（14分）钢梁抗弯与挠度计算简支钢梁跨度L=9m，承受均布恒载gk=12kN/m（含自重），活载qk=18kN/m，采用Q355钢焊接H形截面H600×200×8×13，Ix=51800cm⁴，Wnx=1730cm³，钢材fy=355N/mm²，E=2.06×10⁵N/mm²。荷载分项系数：恒载1.3，活载1.5。试验算：（1）抗弯强度；（2）挠度是否满足L/250限值。答案：（1）设计荷载q=1.3×12+1.5×18=15.6+27=42.6kN/m；最大弯矩M=42.6×9²/8=431.6kN·m；抗弯强度M/Wnx=431.6×10⁶/(1730×10³)=249N/mm²<355/1.05=338N/mm²，满足。（2）标准组合qs=12+18=30kN/m；挠度f=5qsL⁴/(384EI)=5×30×9000⁴/(384×2.06×10⁵×51800×10⁴)=22.4mm；限值L/250=9000/250=36mm>22.4mm，满足。29.（14分）高强度螺栓摩擦型连接设计某双盖板拼接节点，主板截面为—14×250，Q235钢，承受轴心拉力设计值N=850kN，采用8.8级M20高强螺栓摩擦型连接，摩擦面喷砂后生赤锈，μ=0.45，预拉力P=125kN，需布置螺栓数量并验算。答案：1.单个螺栓抗剪承载力Nbv=0.9nfμP=0.9×2×0.45×125=101.3kN；2.所需螺栓数n=N/Nbv=850/101.3=8.4，取10只（双排每排5只）；3.布置：盖板截面—8×250，双排孔距p=70mm，边距e=45mm，端距50mm，孔径d0=22mm；4.板件净截面验算：An=250×14−5×22×14=3500−1540=1960mm²；σ=N/An=850×10³/1960=434N/mm²>215N/mm²，不满足；结论：需改用Q355钢或加大主板厚度至20mm，An=250×20−5×22×20=5000−2200=2800mm²，σ=850×10³/2800=304N/mm²<305N/mm²，满足。六、综合应用题（共30分）30.（30分）某单层钢结构厂房框架，跨度24m，柱距6m，檐口高10m，柱脚刚接，梁与柱铰接，屋面坡度1:10，设一道纵向柱间支撑。屋面恒载（含钢梁自重）1.2kN/m²，活载0.5kN/m²，基本风压0.55kN/m²，地面粗糙度B类，抗震设防烈度8度（0.20g），设计地震分组第二组，Ⅱ类场地。主刚架采用Q355钢，焊接H形截面。（1）确定横向刚架梁、柱截面初估尺寸，并给出计算依据；（8分）（2）计算柱间支撑所受纵向水平力设计值，并选择角钢截面；（7分）（3）对边柱进行平面内、平面外稳定验算，给出步骤与公式（不查表，用符号表示）；（10分）（4）简述该厂房抗震构造措施要点。（5分）答案：（1）梁：按简支梁近似，跨度24m，线荷载q=(1.2+0.5)×6=10.2kN/m，M=10.2×24²/8=734kN·m，所需Wnx≥M/(0.9fy)=734×10⁶/(0.9×355)=2.3×10⁶mm³，试选H900×300×10×16，Wx=2.68×10⁶mm³；柱：轴力N≈10.2×24/2=122kN，弯矩按反弯点法，柱顶水平力H=0.55×1.4×10×6×0.8=37kN，柱底M=37×10=370kN·m，试选H500×300×10×16，Wx=1.43×10⁶mm³，A=136cm²。（2）纵向风荷载：迎风面1.4×0.8×0.55×10×6=37kN，背风面1.4×0.5×0.55×10×6=23kN，总F=60kN，由一道支撑承担，支撑斜杆倾角θ=arctan(10/6)=59°，N=F/cosθ=60/cos59°=116kN，选用2L100×10，A=38.4cm²，λ=276/1.96=141，φ≈0.34，N/(φA)=116×10³/(0.34×3840)