钢结构复习题及答案

钢结构复习题及答案

中南大学现代远程教育课程考试复习题及参考答案

《钢结构》

一、填空题

1． 钢结构设计中，承载能力极限状态的设计内容包括：_________________________、 _______________________、 。

2．影响疲劳强度最主要的因素是 、 、 。

3．在螺栓的五种破坏形式中，其中_________________、_________________、 _____________________须通过计算来保证。

4．梁的强度计算包括_____________ 、_______________、_____________ 、 ______________。

5．轴心受压格构式构件绕虚轴屈曲时， ______________________不能忽略，因而绕虚轴的长细比λx 要采用

____________________。

6．提高轴心受压构件临界应力的措施有 、 、 。

7．当构件轴心受压时，构件可能以 、 和 等形式丧失稳定而破坏。

8．实腹梁和柱腹板局部稳定的验算属于_____极限状态，柱子长细比的验算属于______极限状态，梁截面按弹性设计属于______极限状态。

9．螺栓抗剪连接的破坏方式包括____________、_________、 、 _____________和__________________。

10．为防止梁的整体失稳,可在梁的 翼缘密铺铺板。 11．常用的连接形式有 ， ， 。 12．压弯构件在弯矩作用平面外的失稳属于 （失稳类别）。

13．在不同质量等级的同一类钢材(如Q235A,B,C,D 四个等级的钢材)，它们的屈服点强度和伸长率都一样，只是它们的 和 指标有所不同。

14．在静力或间接动力荷载作用下，正面角焊缝的强度设计增大系数βf ＝ ；但对直接承受动力荷载的结构，应取βf

＝ 。

15．普通螺栓连接受剪时，限制端距e ≥2d ，是为了避免钢板被 破坏。 16．轴心受拉构件计算的内容有 和 。

17．设计采用大型屋面板的铰支撑梯形钢屋架下弦杆截面时，如节间距离为l ，则屋架下弦杆在屋架平面内的计算长度应

取 。

18．轴心受力的两块板通过对接斜焊缝连接时，只要使焊缝轴线与N 力之间的夹角θ满足 条件时，对接斜焊缝的

强度就不会低于母材的强度，因而也就不必在进行计算。 19．格构式轴心受压杆采用换算长细比ox

x λμλ=

，计算绕虚轴的整体稳定，这里的系数μ=，式中1γ代

表 ，它和所采用的缀材体系有关。 20．承受向下均匀荷载作用的简支梁，当荷载作用位置在梁的

翼缘时，梁整体稳定性较高。

21.梁的整体稳定系数b φ大于0.6时，需要'

b φ代替b φ，它表明此时梁已经进入 阶段。 22．当b ϕ大于______________时，要用'

b ϕ代替b ϕ，它表明钢梁已进入弹塑性工作阶段。

23．钢材的伸长率指标是通过___________________试验得到的。

24．计算构件的正常使用极限状态，应使拉,压杆满足条件__________________

25．普通螺栓靠螺栓承压和抗剪传递剪力，而高强螺栓首先靠被被连接板件之间的______________传递剪力。 26．当实腹梁腹板高厚比满足y

w y f t h f 235

170

23580

0≤<时，为保证腹板的局部稳定应设置__________________ 27.钢材的强度指标是 。

28.冷弯性能是判别钢材 的综合指标。 29.影响钢材性能的有害化学成分是 。

30.轴心受压构件 发生弯扭屈曲。

31.焊接组合梁截面高度的确定应考虑三种参考高度，是指由建筑要求确定的最大梁高；由 确定的 ；由刚度要求确定的最小梁高。

32.现行钢结构设计规范（GBJ17—88）采用的运用概率理论的设计方法可称为_______________设计法。

二、选择题

1．在重型工业厂房中，采用钢结构是因为它具有（ ）的特点。

A ．匀质等向体、塑性和韧性好

B ．匀质等向体、轻质高强

C ．轻质高强、塑性和韧性好

D ．可焊性、耐热性好

2．螺栓连接受剪工作时，在τ－δ曲线上的最高点“3”作为连接的承载力

极限，则其螺栓应为（ ）。

A ．摩擦型高强度螺栓和普通螺栓

B ．摩擦型高强度螺栓和承压型高强度螺栓

C ．普通螺栓和承压型高强度螺栓

D ．摩擦型高强度螺栓

3．引起梁受压翼缘板局部稳定的原因是（ ）。

A ．弯曲正应力

B ．弯曲压应力

C ．局部压应力

D ．剪应力

4．钢材经冷作硬化后屈服点（ ），塑性降低了。

A ．降低

B ．不变

C ．提高

D ．变为零

5．直角角焊接的焊脚尺寸应满足h fmin ≥1.5

1t 及h fmax

≤1.2· t 2，则t 1、t 2分别为（ ）的厚度。

A ．t 1为厚焊件，t 2为薄焊件

B ．t 1为薄焊件，t 2为厚焊件

C ．t 1、t 2皆为厚焊件

D ．t 1、t 2皆为薄焊件

6． 格构式轴心受压构件的整体稳定计算时，由于（ ），因此以换算长细比x 0λ代替x λ。

A ．格构式柱可能发生较大的剪切变形

B ．要求实现等稳定设计

C ．格构式柱可能单肢失稳

D ．格构式柱承载能力提高

7．初偏心对压杆的影响与初弯曲相比较，有 。

A ．两者均使压杆的承载力提高

B ．两者均使压杆的承载力降低

C ．前者使压杆的承载力提高，后者使压杆的承载力降低

D ．前者使压杆的承载力降低，后者使压杆的承载力提高 8．等稳定性指的是 。

A

y

x λλ= B

y

x i i = C

y

x l l 00= D

y

x ϕϕ=

9．四种不同厚度的Q345钢，其中( )厚的钢板强度设计值最高。

A . 12 mm B. 18 mm C . 36 mm D . 52mm

10．为了 ( )，确定轴心受压实腹式构件的截面形式时，应使两个主轴方向的长细比尽可能接近。

A. 便于与其他构件连接

B.构造简单、制造方便

C. 达到经济效果

D.便于运输、安装和减少节点类型

11 .当无集中荷载作用时，焊接工字形截面梁翼缘与腹板的焊缝主要承受( )。

A. 竖向剪力

B. 竖向剪力及水平剪力联合作用

C. 水平剪力

D. 压力

12.在对结构或构件进行正常使用极限状态计算时，永久荷载和可变荷载应采用 （ ） A. 设计值 B. 标准值

C. 永久荷载为设计值，可变荷载为标准值

D. 永久荷载为标准值，可变荷载为设计值

13．以下关于应力集中的说法正确的是 ( )

A.应力集中降低了钢材的屈服强度

B.应力集中产生同号应力场，使塑性变形受到限制

C.应力集中产生异号应力场，使钢材变脆

D.应力集中可以提高构件的疲劳强度

14．图示焊接连接中，最大焊缝应力发生在 ( )

A.a 点

B.b 点

C.c 点

D.d 点

15．如图所示普通螺栓连接中，受力最大的螺栓为 ( )

A.a

B.b

C.c

D.d

16．轴压柱腹板局部稳定的保证条件是/f

w h t 不大于某一限值，此限值 ( )

A.与钢材强度和柱的长细比无关

B.与钢材强度有关，而与柱的长细比无关

C.与钢材强度无关，而与柱的长细比有关

D.与钢材强度和柱的长细比均无关

17．一简支梁受均布荷载作用，其中永久荷载标准值为15kN/m,仅一个可变荷载，其标准值为20 kN/m ，则强度计算时的设计荷载为

( )

A.q=1.2⨯15+1.4⨯20

B.q=15+20

C.q=1.2⨯15+0.85⨯1.4⨯20

D. q=1.2⨯15+0.6⨯1.4⨯20

18．偏心压杆在弯矩作用平面内的整体稳定计算公式

1(10.8/)

mx x x x x Ex M N

f A W N N βγ+≤Φ-

中，1x W 代表 ( ) A.受压较大纤维的毛截面抵抗矩 B. 受压较小纤维的毛截面抵抗矩 C.受压较大纤维的净截面抵抗矩 D. 受压较小纤维的净截面抵抗矩

19．对格构式轴压杆绕虚轴的整体稳定计算时，用换算长细比ωλ代替λ，这是考虑 （ ）

A ．格构柱剪切变形的影响 B. 格构柱弯曲变形的影响

C ．钢材剪切变形的影响 D. 钢材弯曲变形的影响

20．保证焊接组合工字形截面轴心受压杆翼缘板局部稳定的宽厚比限制条件，是根据矩形板单向均匀受压确定的，其边界条件为

（ ）

A ．四边简支 B. 三边简支，一边自由

C. 两边简支，一边自由，一边弹性嵌固

D. 两边简支，一边自由，一边嵌固

21．梁的受压翼缘划向支撑点的间距和截面尺寸都不改变，且跨内的最大弯矩相等，则临界弯矩最低的是

（ ）

A. 受多个集中荷载的梁

B. 受均布荷载的梁

C. 受纯弯矩的梁

D. 受跨中一个集中荷载的梁

22．实腹式偏心压杆在弯矩作用平面外的失稳是 （ ） A. 弯扭屈曲 B. 弯曲屈曲 C. 扭转屈曲 D. 局部屈曲

三、简答题

1．简述双肢格构式轴心受压杆件的截面选择步骤。

2．我国钢结构设计规范梁的整体稳定验算中为什么要引入等效弯矩系数？ 3．摩擦型高强螺栓工作机理是什么？

4．拉杆为何要控制刚度？如何验算？拉杆允许长细比与会什么有关？ 5．化学成分碳、硫、磷对钢材的性能有哪些影响? 6．受剪普通螺栓有哪几种可能的破坏形式?如何防止?

7．轴心受压构件的整体失稳承载力和哪些因素有关？ 8．简述压弯构件作用平面外失稳的概念？

9．请说出单向应力状态下钢材的基本力学性能指标。

10．焊缝的质量标准分为几级？应分别对应于哪些受力性质的构件和所处部位。 11《钢结构规范》规定哪些情况之下，可不计算梁的整体性？

四、计算题

1．有一轴心受压缀板式格构柱，轴心压力N=1450kN ，柱高6m ，两端铰接 钢材为Q235，两主轴均属b 类截面，如图所示，缀板间的净距为600mm ，已知：

28.899.442cm A =⨯=，41218cm I x =，413690cm I y =，215=f N/mm 2，[λ]=150。

1） 试验算其整体稳定性

2） 计算其轴心受压构件的剪力值？

Q235钢轴心受压构件稳定系数ϕ值

2、如图所示悬伸板，采用直角角焊缝连接，钢材为Q235，焊条为E43型。手工焊，已知：斜向力F 为250kN ，160=w f f N/mm 2，试确

定此连接焊缝所需要的最小焊脚尺寸。

200

200200

4

3F

10

12

3、如图所示为简支梁截面，跨度为10m ，跨间有一侧向支承，在梁的上翼缘作用有相同的均布荷载，钢材为Q235，已知15.1=b

β，

试比较梁的整体稳定系数，并说明何者的稳定性更好。

注：])4.4(1[4320212b y x y

b b h t W h

A ηλλβϕ+⋅⋅+⋅⋅⋅⋅

= 0.2821.07 1.0b

b

ϕϕ

'=-≤

4. 如下图所示组合工字形截面柱在X-X 方向柱的三分点处有支撑点，柱上端承受的轴向力设计值

kN N 1300=，钢材为

Q235，

2/215mm N f =，截面对X 轴属于b 类，对Y 轴属于c 类。试验算该柱整体稳定性。

3

33.2133,22898cm I cm I y x ==

5．图所示一上端铰接，下端固定的轴心受压柱，承受的压力设计值为N=900kN ，柱的长度为5.25 m ，计算长度系数μ=0.8。钢材为Q235( f= 215N/rnm 2)。验算此柱的整体稳定，刚度和局部稳定。柱截面的尺寸如图所示，A ＝62cm 2，i x ＝7cm ，i y = 6.48crn·容许长细比细比[λ]=150。

φx = 0.887, φy =0.677

局部稳定验算公式：h 0/t w =(25+0.5λ)y

f /235，b /t =(10+0.1λ)

y

f /235

6．验算如图所示摩擦型高强度螺栓连接是否安全。已知：荷载N-300kN,螺栓M20，10.9级，μ=0.5,预紧力P=155kN.(18分)

7．如图所示，偏心压杆由2L180⨯110⨯10组成，单肢截面积A=28.42

cm 。试验算柱强度是否能满足要求。已知：

2215/f N mm =，

1 1.05()x γ=肢背，

2 1.2()x γ=肢尖，41940()x l cm =单肢，1000, 3.5/N kN q kN m ==。

8.图示三面围焊的角钢与钢板连接中，静载N=667kN ，角钢为2L100⨯10,钢板厚t=8mm ，Q235钢,试确定所需焊角尺寸及焊缝长度。（12分）

9.受轴心压力作用的某焊接组合工字形截面柱如下图所示，该柱最大长细比λ=80，材质为Q235B ，试验算此柱的局部稳定是否满足要求。

（12分）

复习题答案

一、填空题

1．静力强度 动力强度 稳定 2．构造状况 作用的应力幅 重复荷载的循环次数 3．螺栓杆被剪断 板件被挤压破坏 板件净截面强度不够

4．弯曲正应力 剪应力 局部压应力 折算应力 5．单位剪切角γ

1 换算长细比λx

6．加强约束、见减小构件自由长度、提高构件抗弯刚度 7．弯曲失稳、扭转失稳、弯扭失稳 8．承载能力、正常使用、承载能力

9．栓杆剪断、孔壁承压破坏、板件拉断 、栓杆弯曲、板件剪坏 10．上。 11．焊接连接，螺栓连接，铆钉连接。 12．分岔失稳。 13．化学成分，冲击韧性 14．1.2， 1.0 15．冲剪 16．强度，刚度 17．l 18． 1.5tg θ≤ 19．单位剪切角 20．下 21．弹塑性 22．0.6 23．单向静力拉伸

24．][λλ

= 25．摩擦力 26．横向加劲肋 27、

y

f 和

u f ； 28、塑性变形能力和冶金质量；

29、S 和P ； 30、单轴对称截面饶对称轴失稳时； 31 .用钢量最少，经济梁高 32. 近似概率极限状态 二、选择题

1．A 2．C 3．B 4． C 5．A 6． A 7． B 8． D

9．A 10．C 11．C 12．B 13．B 14．D 15．A 16．D 17．A 18．A. 19．A 20．B

21．C 22．A 三、简答题

1．（1）根据绕实轴的整体稳定性，选择肢件的截面。选择方法与实腹式轴心受压构件的截面选择方法完全相同； （2）根据等稳定条件，确定两分肢间的距离；

（3）验算整体稳定性和分肢稳定性，包括对刚度的验算； （4）但有截面削弱时，应验算构件的强度。

2．梁的整体稳定临界应力的计算是梁发生纯弯曲时推导出采的，在其它荷载作用下，梁的临界应力与在纯弯曲作用下梁的临界应力之比用等效弯矩系数去表示，这样会给设计计算带来方便。

3．由螺栓对连接板件的预压力产生磨擦力来抗剪，以板件之间磨擦力达到最大，板件发生相对滑动作为极限状态。 4．防止在运送、安装过程中由重力等其它因素作用而产生过大的变形，由限制拉杆长细比λ的办法来验算，即[]λλ<。拉杆

容许比细比与载荷性质如静载、动载有关。

5．碳含量增加，强度提高，塑性、韧性和疲劳强度下降，同时恶化可焊性和抗腐蚀性

硫使钢热脆，磷使钢冷脆。但磷也可提高钢材的强度和抗锈性。

6．螺栓抗剪连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有vy 种形式:(l 栓杆被剪断;② 螺栓承压破坏;③板件净截面被拉断;④ 端板被栓杆冲剪破坏。

第 ③ 种 破坏形式采用构件强度验算保证;第④种破坏形式由螺栓端距)?a0保证。第① 、 ②种破坏形式通过螺栓计算保证。

7．构件不同方向的长细比.（ λ）、截面的形状和尺寸 、材料的力学性能 （强度，塑性）、 残余应力的分布和大小 、构件的初弯曲和初扭曲 、荷载作用点的初偏心 、构件的端部约束条件、构件失稳的方向等等。

8．弯矩作用平面外稳定的机理与梁失稳的机理相同，即在压力和弯矩作用下，发生弯曲平面外的侧移与扭转，也叫弯扭屈曲。 9．屈服强度 ，极限抗拉强度 ，伸长率 ，弹性模量 ，冷弯性能 。

10．焊缝的质量标准分为三级 。角焊缝和一般对接焊缝采用三级即可，与钢材等强度的受拉受弯对接焊缝则应用一级或二级 ，须对焊缝附近主体金属作疲劳计算的横向对接焊缝用一级 ，纵向对 接焊缝和翼缘连接焊缝用二级 。

11①梁受压翼缘有铺盖板与之牢固连接，防止梁发生侧向位移；

②对工字型或十型钢截面梁，当梁自由长度1l 加梁截面宽1b 之比不超限时；

③对箱形截面梁，当

6h b <，且1195

l b <235fy

时，

四、计算题

1．解：

（1）验算整体稳定性

cm A I i x x 20.28

.89218

2211≈⨯==

422

12.13367)129.44218(2)2

(2cm d A I I x x =⨯+⨯=⋅+⋅= 417380369022cm I I y y =⨯=⋅= cm A I i x x 2.128

.892.13367≈==

cm A

I i y y 07.98

.897380

≈=

=

2.492

.126000≈==

x x x i l λ 2.6607

.9600

0≈=

=

y

y y i l λ 3.272

.260101≈==

x i l λ 3.563.272.49222

120≈+=

+=λλλx x 由y 0λλ、x 的较大值查表得773.0＝ϕ

5.168980

1014503≈⨯＝＝A N σN/mm 2<2.166215773.0=⨯=⋅f ϕN/mm 2

满足要求 （2）计算剪力 V 7.222271485

215

898085≈=⨯=⋅=

N f A kN 2．解：

2000.240M kN m kN m =⨯= 200V kN

=

150N kN =

3641

(40020)29.1451012

x I he hemm =⨯⨯-⨯=⨯

4(40020)2760A he hemm =⨯-⨯=

664010831

1909.14510M f

x M y I he

σ

⨯==⨯=

⨯ 315010197.4760N

f

N A he he

σ

⨯=== 320010263.2760f V I A he he

⨯===

2

22831197.4

263.2883.1()()()1601.22 1.22M N f

f Z f he he l he he

σσ+++=+=≤

5.52he ≥

即 5.52

7.880.7

hf mm ≥

=，取8hf mm = 即：此连接焊缝的最小焊脚尺寸为8mm 。

3．解：

21530021090018000H mm =⨯⨯+⨯=

32941

1090015300(4507.5)2 2.491012

x I mm =

⨯⨯+⨯⨯+⨯=⨯ 9

632.4910 5.358104652

x x I W mm h ⨯===⨯

337411

90010153002 6.7575

101212y I mm =⨯⨯+⨯⨯⨯=⨯ 61.27y l mm =

=

500081.661.27

y ly ly λ=== 262432012351() 4.4b Hh yt y Wx h f λϕβλγ=+ 22643201800093081.6152351.151()81.6 5.35810 4.4930235

⨯⨯=⨯⨯+⨯⨯ 2.4330.6=>

1.070.282/46 1.070.282/

2.4330.954 1.0b ϕ=-=-=<

289.81021523522.785

23585235Af fy V kN ⨯⨯=== 4．解：

22.916.12028.034cm A =⨯⨯+⨯= cm l x 9000= cm l y 3000= cm A I i x x 85.152.9122898===

cm A I i y

y 84.42.913.2133===

78.5685.159000===x x x i l λ，绕x 轴属b 类截面，查表得824.0=x ϕ 98.6184.43000===y y

y i l λ，绕x 轴属c 类截面，查表得7.0=y ϕ

所以2

223

min /215/6.203102.917.0101300mm N f mm N A N

=<=⨯⨯⨯=ϕ， 整体稳定满足要求。

5．解 :

计算长细比

λx= 420/9.77 =43.0，λy =420/6.48 =64.8

验算柱的整体稳定，刚度和局部稳定

由题目所给φx=0.887, φy=0.677，取φmin =0.677

N/(φA)= 900×103/(0.677×62×100)=214.4<215N/mm 2

λy = 6 4.8<[λ]

翼缘宽厚比b 1/ t=122/10=12.2<10+0.1×64.8=16.48

腹板高厚比h 0/t w =200/0.6=33.3<25+0.5×64.8=57.4

整体稳定、刚度及局部稳定均满足要求。

6．解：

.螺栓群形心o 处的内力有：

轴心拉力：T=3N/5=3⨯300/5=180kN

剪力：V=4N/5=4⨯300/5=240kN

弯矩：M=Te=180⨯35=6300 kN ·mm

在N 、M 作用下，最上面一排螺栓最不利，每个螺栓所受的最大拉力为：

2221806300(3565)36.50.80.8155124282(2352100)

0.9( 1.25)0.910.5(155 1.2536.5)49.22403049.28

i t i b v t b v v My T N kN P kN n y N n P N kN

V N kN N kN n μ⨯+=+=+=<=⨯=⨯⨯+⨯=-=⨯⨯⨯-⨯==

==<=∑所以此螺栓连接安全。 7．解. 2263

13

236

x 311322/8 3.54000/87102/5.8921940/5.89658.72/12.1121940/12.11320.410001*********.1186.122840 1.05658.710

1000102284x x x x x x x x x x M ql N mm

W I cm W I cm M N A W M N A W σγσγ==⨯=⨯∙==⨯===⨯=⨯⨯=+=+=+=⨯⨯⨯⨯-=⨯肢背外边缘：

肢尖外边缘：

=6

23

710157.8215/0 1.2320.410f N mm ⨯-=<=⨯⨯ 所以此柱的强度能够满足要求。

8.最小焊角尺寸：mm t h f 7.4105.15.1min

=== 最大焊角尺寸：肢尖

mm h f )98()21(10max -=--=，肢背mm h f 6.982.1max =⨯= 取mm h f 8=

N f l h N f w f f 9033106.218)1601002(87.022.17.0⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=∑β 肢背：kN N N k N 6.3572

6.218667

7.02311=-⨯=-= mm hf N l f

w 39916087.0106.3573011=⨯⨯⨯==∑

肢尖：kN N N k N 8.9026.2186673.02322

=-⨯=-= mm hf N l f w 101160

87.0108.903022=⨯⨯⨯==∑ 角钢肢背和肢尖的每条侧面角焊缝实际长度为：

mm l

l w 5.20452

3995211=+=+=∑ 取205mm mm l

l w 5.55521015222=+=

+=∑ 按构造要求取mm h f 6958=+ 故取70mm 9. 翼缘： 18810235)1.010(75.1881501=+=+>==y

f t b λ 所以翼缘局部稳定不能满足要求。 腹板：654025235)5.025(5063000=+=+<==y

w f t h λ 所以腹板的局部稳定满足要求。