哈尔滨工业大学2009年春季钢结构基本原理及设计考试试题
哈尔滨工业大学2009年春季钢结构基本原理及设计考试试题
一、填空题：(每空1分，共22分)
1、《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ－2002）推荐使用来衡量低合金钢的焊接性能。
2、硫、磷、氮、氧和氢均为有害元素，其中和易引起钢材的低温冷脆。
3、影响结构疲劳寿命的最主要因素是构造状态、和。
4、钢材的机械性能指标为屈服强度、抗拉强度、伸长率、、和
。
5、主要焊接结构不能采用Q235 级钢，因含碳量不作交货条件，无法保证含碳量。
6、将一块Q235B级钢板与Q345B级钢板通过焊接进行连接时，宜选择型焊条。
7、?钢结构设计规范?（GB50017－2003）规定：质量属于三级的焊缝，焊缝的抗拉设计强度等于母材抗拉设计强度的倍。
8、单轴对称的T形截面轴心受压构件，绕对称轴失稳时易发生失稳，绕非对称轴时易发
生失稳。
9、轴心受压构件失稳时可能绕两主轴屈曲，设计时应遵循原则，如进行梯形钢屋架设计时屋架端斜杆应采用的截面型式。
10、在轴心受压构件中，确定箱形截面板件满足局部稳定的宽（高）厚比限值的原则
是，确定工字形截面确定板件宽（高）厚比限值的原则
是。
11、荷载作用点的位置对梁的整体稳定有影响，相对于荷载作用于工字形截面简支梁受拉翼缘，当荷载作用于梁的受压翼缘时，其梁的整体稳定性将。
12、某梯形钢屋架，下弦支座处应设置系杆，该系杆需要按杆设计。
13、某工字形组合截面简支梁，若腹板的高厚比为100，应设置加劲肋，若腹板高厚比为210，应设置加劲肋。
二、单项选择题(每题2分，共14分)
1、最易产生脆性破坏的应力状态是。
(A) 单向压应力状态
(B) 三向拉应力状态
(C) 单向拉应力状态
(D) 二向拉一向压的应力状态
2、采用摩擦型高强螺栓连接的两块钢板，如图所示，I－I危险截面所受的力为。
(A) N
(B) 0.875N
(C) 0.75N
(D) 0.5N
3、如图所示，两块钢板焊接，根据手工焊构造要求，焊角高度h f应满足要求。
(A) 6≤h f≤8~9mm
(B) 6≤h f≤12mm
(C) 5≤h f≤8~9mm
(D) 6≤h f≤10mm
4、受弯构件考虑屈曲后强度时，下列说法正确的为。
(A) 腹板抗弯承载力提高
(B) 腹板抗剪承载力提高
(C) 腹板抗弯、抗剪承载力均提高
(D) 腹板抗弯承载力提高，抗剪承载力降低
5、单向受弯构件的抗弯强度其中时,为使翼缘不先失去局部稳定, 翼缘外伸部分的最大宽厚比b`/t为。
(A)
(B)
(C)
(D)
6、弯矩矢量作用在工字形偏压柱的弱轴平面内，屈曲时会发生屈曲。
(A) 平面内
(B) 平面外
(C) 不一定
(D)可能平面内，也可能平面外
7、在钢屋架支座节点的设计中，支座底板的厚度由决定。
(A) 抗剪和抗弯共同工作
(B) 抗压工作
(C) 抗剪工作
(D) 抗弯工作
三、简答题：（共22分)
1、普通螺栓受剪连接的主要破坏形式包括哪几种，并说明防止该种破坏的相应计算方法或构造措施。（8分）
2、请说明图中所示格构式柱头的主要组成零件及荷载传递路径和方式。（9分）
3、如图所示为单向压弯的格构式柱，分肢1对y轴惯性矩为I1，分肢2对y轴惯性矩为I2，轴力N作用在虚轴（x轴）上，由轴力产生的弯矩My作用在构件的主轴平面内，请说明分配到分肢1和分肢2上轴力和弯矩的分
配原则及分肢1所受轴力和弯矩的大小。（5分）
四、计算题：（共42分）
1、如图所示钢板与工字形柱采用双面角焊缝T形连接，h f＝10mm；钢板长400mm，钢材Q235B，焊条为E43系
列，；钢板承受一个竖向集中荷载F的作用（静力荷载），荷载作用点至工字形柱翼缘外表面的距离为150mm。试确定该T形连接所能承担的最大竖向荷载F。（9分）
2、验算如图所示的螺栓连接的强度。4个C级螺栓M20，所用钢材为Q235-B。已知对于C-M20：
（8分）
3、如图所示一双肢槽钢格构式轴心受压缀板柱，轴心压力设计值N=1450kN（包括柱身等构造自重），所有钢
材均选用Q345，f=310N/mm2，计算长度l0x=6000mm，l0y=3000mm，柱截面无削弱。
已知：2[18b的截面面积A=2×29.3=5860mm2，i y=68.4mm；满足同一截面缀板线刚度大于较大柱肢线刚度6倍的要求；分肢对自身1-1轴的惯性矩I1=1110000mm4，回转半径i1=19.5mm；h=320mm，b =180mm，c=283.2mm；
其他相关参数见图。
验算该柱的整体稳定（包括分肢稳定）是否满足要求（可不进行缀材验算）。（12分）
4、已知一焊接工字形截面简支梁，计算跨度为6m ，在跨中位置作用一静力集中荷载F ，荷载作用处未设置加劲
肋，
但设有一块垫
板，该垫板在
沿梁跨度方向支承长度为160mm 。钢材为Q235B ，钢材的强度设计值f =215N/mm 2
，f v =125N/mm 2
，γX =1.05，ψ=1.0。在梁跨中截面处上、下翼缘各开有2个直径为20mm 的孔。毛截面惯性矩I x =211026cm 4
，截面对中和轴的最大面积矩S=2918cm 3
，上翼缘对中和轴的面积矩S 1=1958cm 3
。式求该简支梁由截面强度控制所能承受的最大集中荷载F (13分)。
哈尔滨工业大学2009年春季钢结构基本原理及设计考试试题答案 一、 填空题：(每空1分，共22分)
1、 《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ －2002）推荐使用 碳当量(或C E ) 来衡量低合金钢的焊接性能。
2、 硫、磷、氮、氧和氢均为有害元素，其中 磷 和 氮 易引起钢材的低温冷脆。
3、 影响结构疲劳寿命的最主要因素是构造状态、 循环荷载 和 循环次数 。
4、 钢材的机械性能指标为屈服强度、抗拉强度、伸长率、 冷弯性能 、 Z 向收缩率 和 冲击韧性 。
5、 主要焊接结构不能采用Q235 A 级钢，因含碳量不作交货条件，无法保证含碳量。
6、 将一块Q235B 级钢板与Q345B 级钢板通过焊接进行连接时，宜选择 E43型焊条。
7、 ?钢结构设计规范?（GB50017－2003）规定：质量属于三级的焊缝，焊缝的抗拉设计强度等于母材抗拉设计强度的 0.85 倍。
8、 单轴对称的T 形截面轴心受压构件，绕对称轴失稳时易发生 弯扭 失稳，绕非对称轴时易发生 弯曲 失稳。
9、 轴心受压构件失稳时可能绕两主轴屈曲，设计时应遵循 等稳定 原则，如进行梯形钢屋架设计时屋架端斜杆应采用 不等边角钢长肢相连 的截面型式。
10、在轴心受压构件中，确定箱形截面板件满足局部稳定的宽（高）厚比限值的原则是构件应力达到屈服前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不低于屈服应力，或不先于屈服） ，确定工字形截面确定板件宽（高）厚比限值的原则是 构件整体屈曲前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不
低于整体屈曲临界应力或等稳定或不先于整体失稳） 。
11、 荷载作用点的位置对梁的整体稳定有影响，相对于荷载作用于工字形截面简支梁受拉翼缘，当荷载作用于梁的受压翼缘时，其梁的整体稳定性将降低 。
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
0.936 0.918 0.899 0.878 0.856 0.833 0.807 0.780 0.751 0.720 0.688 0.655
12、某梯形钢屋架，下弦支座处应设置刚性系杆，该系杆需要按受压杆设计。
13、某工字形组合截面简支梁，若腹板的高厚比为100，应设置横向加劲肋，若腹板高厚比为210，应设置纵向加劲肋。
二、单项选择题(每题2分，共14分)
1、最易产生脆性破坏的应力状态是 B 。
(A) 单向压应力状态
(B) 三向拉应力状态
(C) 单向拉应力状态
(D) 二向拉一向压的应力状态
2、采用摩擦型高强螺栓连接的两块钢板，如图所示，I－I危险截面所受的力为 B 。
(A) N
(B) 0.875N
(C) 0.75N
(D) 0.5N
3、如图所示，两块钢板焊接，根据手工焊构造要求，焊角高度h f应满足A要求。
(A) 6≤h f≤8~9mm
(B) 6≤h f≤12mm
(C) 5≤h f≤8~9mm
(D) 6≤h f≤10mm
4、受弯构件考虑屈曲后强度时，下列说法正确的为 B 。
(A) 腹板抗弯承载力提高
(B) 腹板抗剪承载力提高
(C) 腹板抗弯、抗剪承载力均提高
(D) 腹板抗弯承载力提高，抗剪承载力降低
5、单向受弯构件的抗弯强度其中时,为使翼缘不先失去局部稳定, 翼缘外伸部分的最大宽厚比b`/t为 C 。
(A)
(B)
(C)
(D)
6、弯矩矢量作用在工字形偏压柱的弱轴平面内，屈曲时会发生 A 屈曲。
(A) 平面内
(B) 平面外
(C) 不一定
(D)可能平面内，也可能平面外
7、在钢屋架支座节点的设计中，支座底板的厚度由 D 决定。
(A) 抗剪和抗弯共同工作
(B) 抗压工作
(C) 抗剪工作 (D) 抗弯工作
三、简答题：（共22分)
1、普通螺栓受剪连接的主要破坏形式包括哪几种，并说明防止该种破坏的相应计算方法或构造措施。（8分）
栓杆被剪断（1分）?抗剪承载力验算（1分）
板件被挤压破坏（1分）?承压承载力验算
（1分）
板件被拉断破坏（1分）（栓孔削弱截面）?危险截面验算
（1分）
板件被冲剪破坏（端矩太小造成）（1分）?构造防范 l 1(端距)≥2d 0（1分） 不写计算公式也可以给分
2、请说明图中所示格构式柱头的主要组成零件及荷载传递路径和方式。（9分） 由垫板、顶板、柱端加劲肋、两块柱端 缀板组成。（2分） （7分）
3、如图所示为单向压弯的格构式柱，分肢1对y 轴惯性矩为I 1，
分肢2对y 轴惯性矩为I 2，轴力N 作用在虚轴（x 轴）上，由轴力产生的弯矩My 作用在构件的主轴平面内，请说明分配到分肢1和分肢2上轴力和弯矩的分配原则及分肢1所受轴力和弯矩的大小。（5分）
轴心压力N 的分配:
与分肢轴线至虚轴的距离成反比（1分） 弯矩M y 的分配:
与分肢对实轴的惯性矩成正比，（1分） 与分肢至虚轴的距离成反比（1分）
轴心力：
（1分）
弯 矩：（1分）
四、计算题：（共42分）
1、 如图所示钢板与工字形柱采用双面角焊缝T 形连接，h f ＝10mm ；钢板长400mm ，钢材Q235B ，焊条为E43系列，
；钢板承受一个竖向集中荷载F 的作用（静力荷载），荷载作用点至工字形柱翼缘外表
面的距离为150mm 。试确定该T 形连接所能承担的最大竖向荷载F 。（9分）
V=F （1分） M=150F （1分） L w =400-2h f =380mm
（2分）
（2分）
（3分）
2、验算如图所示的螺栓连接的强度。4个C级螺栓M20，所用钢材为Q235-B。
已知对于C-M20：（8分）N＝160kN
（1分）
（1分）
对于C-M20：
（1分）
（1分）
（1分）
（2分）
（1分）
故C级螺栓M20螺栓满足要求。
3、如图所示一双肢槽钢格构式轴心受压缀板柱，轴心压力设计值N=1450kN（包括柱身等构造自重），所有钢
材均选用Q345，f=310N/mm2，计算长度l0x=6000mm，l0y=3000mm，柱截面无削弱。
已知：2[18b的截面面积A=2×29.3=5860mm2，i y=68.4mm；满足同一截面缀板线刚度大于较大柱肢线刚度6倍的要求；分肢对自身1-1轴的惯性矩I1=1110000mm4，回转半径i1=19.5mm；h=320mm，b =180mm，c=283.2mm；
其他相关参数见图。
验算该柱的整体稳定（包括分肢稳定）是否满足要求（可不进行缀材验算）。（12分）
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
0.936 0.918 0.899 0.878 0.856 0.833 0.807 0.780 0.751 0.720 0.688 0.655 （1）绕实轴（y轴）的整体稳定
（1分）
查表得f=0.842
（1分）
（2）绕虚轴（x轴）的整体稳定
（1分）
（1分）
（1分）
（1分）
（2分）
查表得f=0.820（1分）
（1分）
（3）分肢稳定
，故满足规范要求。（2分）
4、已知一焊接工字形截面简支梁，计算跨度为6m，在跨中位置作用一静力集中荷载F，荷载作用处未设置加劲肋，但设有一块垫板，该垫板在沿梁跨度方向支承长度为160mm。钢材为Q235B，钢材的强度设计值f=215N/mm2，f v=125N/mm2，γX=1.05，ψ=1.0。在梁跨中截面处上、下翼缘各开有2个直径为20mm的孔。毛截面惯性矩
I x=211026cm4，截面对中和轴的最大面积矩S=2918cm3，上翼缘对中和轴的面积矩S1=1958cm3。式求该简支梁由截面强度控制所能承受的最大集中荷载F (13分)。
（1分）
（2分）
（2分）
（2分）
（1分）
（1分）
（1分）