《钢结构设计原理》期末考试及答案(完整版)

《钢结构设计原理》期末考试及答案(完整版)一、判断题（每题1分，共10分）1.钢材的强度设计值是根据钢材屈服强度标准值除以材料分项系数确定的。答案正确2.承受静力荷载的侧面角焊缝的强度设计值高于正面角焊缝的强度设计值。答案错误3.摩擦型高强度螺栓受剪连接依靠板件接触面间的摩擦力传递荷载，正常使用阶段不会发生孔壁承压和螺栓杆剪切破坏。答案正确4.轴心受拉构件设计时，需要验算强度、刚度、整体稳定和局部稳定。答案错误5.随着钢材中含碳量的提高，钢材的强度会升高，而塑性和韧性会下降。答案正确6.工字形截面简支梁在弯矩作用下发生整体失稳的形式是弯扭失稳。答案正确7.焊接残余应力是构件内部的自平衡内应力，会显著降低构件的静力强度承载力。答案错误8.普通螺栓受剪连接中，当螺栓杆直径较粗、被连接板件厚度较薄时，连接容易发生孔壁承压破坏。答案正确9.格构式轴心受压构件绕虚轴的稳定计算采用换算长细比，主要是为了考虑缀材剪切变形对构件临界力的降低影响。答案正确10.实腹式压弯构件的局部稳定，是通过限制翼缘的宽厚比和腹板的高厚比来保证的。答案正确二、单项选择题（每题2分，共20分）1.钢结构常用牌号Q235-B·F中，数字“235”代表钢材的哪项力学性能指标？A.抗拉强度标准值B.屈服强度标准值C.抗压强度设计值D.疲劳强度设计值答案B2.下列因素中，对钢材疲劳强度影响最显著的是？A.应力循环次数和应力集中程度B.钢材的静力抗拉强度C.环境温度D.钢材的伸长率答案A3.承受轴心力作用的对接焊缝，当焊缝质量等级为一、二级时，其强度设计值与母材强度设计值的关系是？A.焊缝强度设计值高于母材B.焊缝强度设计值低于母材C.焊缝强度设计值与母材相等D.焊缝强度设计值需乘以0.85的折减系数答案C4.摩擦型高强度螺栓单栓抗剪承载力设计值与下列哪个参数无关？A.螺栓的预拉力PB.连接摩擦面的抗滑移系数μC.连接的摩擦面数nD.螺栓杆的抗剪强度设计值f答案D解析摩擦型高强度螺栓抗剪承载力公式为Nv5.实腹式轴心受压构件的整体稳定系数φ与下列哪个因素无关？A.构件的截面分类（a、b、c、d类）B.构件的长细比λC.钢材的屈服强度fD.构件承受的轴心压力设计值N答案D解析稳定系数φ根据构件的长细比、钢材屈服强度、截面分类查表确定，是构件自身的承载力参数，与外荷载大小无关。6.对于承受静力荷载的工字形截面简支梁，下列哪种情况可以不验算梁的整体稳定性？A.梁的受压翼缘与刚性铺板牢固连接，能有效阻止受压翼缘的侧向位移B.梁的腹板配置了足够的横向和纵向加劲肋C.梁的跨度不超过9mD.梁的抗弯强度计算中不考虑截面塑性发展答案A解析梁整体失稳的本质是受压翼缘的侧向弯扭屈曲，当受压翼缘侧向位移被约束时，不会发生整体失稳；加劲肋的作用是保证腹板局部稳定，与整体稳定无关。7.焊接工字形截面梁在支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处设置支承加劲肋，其主要作用是？A.提高梁的抗弯承载力B.传递集中荷载，防止腹板发生局部承压破坏C.提高梁的整体稳定承载力D.减小焊接残余变形答案B8.规范规定承受静力荷载的侧面角焊缝最大计算长度不超过60hA.焊缝过长施工质量难以保证B.侧面角焊缝剪应力沿长度分布不均匀，两端应力大、中部应力小，过长时中部焊缝无法充分发挥承载力C.焊缝过长会导致过大的焊接残余应力D.焊缝过长会使构件焊接变形过大答案B9.格构式轴心受压柱的缀条构件通常采用单角钢截面，其受力状态为？A.轴心受拉构件B.轴心受压构件C.受弯构件D.拉弯构件答案B解析缀条按桁架腹杆设计，考虑剪力方向可反向，缀条可能受压，因此按轴心受压构件设计，同时考虑单角钢连接偏心的强度折减。10.钢梁抗弯强度计算中，允许考虑截面部分塑性发展（取塑性发展系数γxA.充分利用钢材的塑性性能，节约钢材B.提高梁的整体稳定承载力C.减小梁的挠度D.避免梁发生脆性断裂答案A三、简答题（每题5分，共20分）1.与混凝土结构、砌体结构相比，钢结构主要有哪些优缺点？答案优点：（1）材料强度高，结构自重轻，适用于大跨度、高耸、重型结构；（2）钢材材质均匀，塑性、韧性好，抗震性能优越，可靠性高；（3）工厂化制造，现场装配化施工，施工周期短，工业化程度高；（4）钢材密封性好，适用于高压容器、管道、储罐等密闭结构；（5）钢材可回收利用，建造和拆除过程中建筑垃圾少，绿色环保。缺点：（1）钢材耐腐蚀性差，日常维护成本高，需做防腐处理；（2）钢材耐火性能差，高温下强度急剧下降，需做防火保护；（3）薄壁构件稳定问题突出，对构件的长细比、板件宽厚比要求严格；（4）低温或应力集中条件下易发生脆性断裂，对构造设计要求高。2.简述焊接残余应力对钢结构构件工作性能的主要影响。答案焊接残余应力是焊接过程中不均匀冷却产生的自平衡内应力，对构件性能的影响如下：（1）对静力强度：常温下承受静力荷载时，残余应力不影响构件的静力强度，因为内应力自平衡，全截面屈服后承载力与无残余应力构件相同；（2）对刚度：残余压应力区会提前进入塑性，导致构件有效受力截面减小，构件变形增大，刚度降低；（3）对稳定承载力：残余压应力使部分截面提前屈服，降低构件的有效抗弯刚度，导致轴心受压、受弯构件的整体稳定承载力下降；（4）对疲劳性能：残余拉应力与荷载产生的拉应力叠加，会加速疲劳裂纹的萌生和扩展，显著降低构件的疲劳强度；（5）对低温脆断：残余拉应力会促进低温下裂纹的扩展，增大构件发生低温脆性断裂的风险。3.简述实腹式轴心受压构件设计时需要验算的内容，以及各验算项对应的性能要求。答案实腹式轴心受压构件需要验算四项核心内容：（1）强度验算：验算构件净截面的平均应力不超过钢材强度设计值，防止构件发生净截面塑性断裂破坏，保证承载力要求；（2）刚度验算：验算构件的长细比不超过规范规定的容许长细比，防止构件在运输、安装、使用过程中产生过大变形或振动，保证使用条件下的刚度要求；（3）整体稳定验算：验算构件在轴压力作用下不会发生弯曲失稳或弯扭失稳，是轴心受压构件的主要控制项，防止构件发生整体失稳破坏；（4）局部稳定验算：通过限制翼缘的宽厚比、腹板的高厚比，保证组成构件的板件不会在构件达到整体稳定承载力前发生局部鼓曲，防止局部失稳导致构件提前破坏。4.简述普通螺栓受剪连接的常见破坏形式，以及设计中分别采取什么措施防止这些破坏。答案普通螺栓受剪连接共有5种常见破坏形式，防止措施如下：（1）螺栓杆剪切破坏：螺栓杆较细、板件较厚时螺栓杆被剪断，通过螺栓抗剪承载力计算保证；（2）孔壁承压破坏：螺栓杆较粗、板件较薄时孔壁被螺栓挤压破坏，通过螺栓承压承载力计算保证；（3）板件净截面拉断破坏：板件开孔处净截面面积不足被拉断，通过板件净截面强度计算保证；（4）板件端部冲剪破坏：螺栓端距过小时板端被螺栓冲切撕裂，通过构造要求保证——螺栓端距不小于2倍孔径；（5）螺栓杆弯曲破坏：被连接板件总厚度过大时螺栓杆受弯破坏，通过构造要求保证——连接叠合板总厚度不超过5倍螺栓直径。四、计算题（共50分）1.（15分）某Q235B钢轴心受拉构件，截面尺寸为宽度b=180mm、厚度t=10mm的钢板，承受轴心拉力设计值N=（1）计算所需侧面角焊缝的实际长度；（10分）（2）验算拼接盖板的截面强度是否满足要求。（5分）答案（1）角焊缝计算：双盖板拼接时，共有4条侧面角焊缝共同承受轴心拉力（主板上下表面、左右两侧各1条）。角焊缝有效厚度he=0.7∑每条焊缝所需计算长度lw由于不采用引弧板，每条焊缝两端需扣除弧坑影响，实际长度l=lw+2hf=148.8+2×6（2）拼接盖板强度验算：两块拼接盖板总截面面积A=2×轴心受拉应力：σ拼接盖板强度满足要求。2.（15分）某Q235B钢焊接工字形截面轴心受压柱，截面尺寸为：翼缘宽度b=200mm，厚度t=12mm；腹板高度h0=400mm，厚度tw=8mm。柱的计算长度答案（1）计算截面几何参数：截面总面积：A绕x轴惯性矩：I绕x轴回转半径：i绕y轴惯性矩（忽略腹板自身对y轴的惯性矩）：I绕y轴回转半径：i（2）刚度验算：两个方向长细比：λ最大长细比λm（3）整体稳定验算：长细比由y轴控制，λyφ整体稳定应力：N整体稳定承载力满足要求。3.（20分）某Q235B钢焊接工字形截面简支梁，跨度L=6m，跨中承受集中静力荷载设计值F=170kN（荷载作用于梁的上翼缘，不考虑梁自重）；梁截面尺寸为：翼缘宽度b=180