河北工业大学钢结构设计原理复习题及参考答案

一、填空题1. 钢结构计算的两种极限状态是和。

2. 钢结构具有、、、、和等特点。

3. 钢材的破坏形式有和。

4. 影响钢材性能的主要因素有、、、、、、和。

5. 影响钢材疲劳的主要因素有、、、6. 建筑钢材的主要机械性能指标是、、、和。

7. 钢结构的连接方法有、和。

8. 角焊缝的计算长度不得小于，也不得小于。

侧面角焊缝承受静载时，其计算长度不宜大于。

9.普通螺栓抗剪连接中，其破坏有五种可能的形式，即、、、、和。

10. 高强度螺栓预拉力设计值与和有关。

11. 轴心压杆可能的屈曲形式有、、和。

12. 轴心受压构件的稳定系数 与、和有关。

13. 提高钢梁整体稳定性的有效途径是、和。

14. 影响钢梁整体稳定的主要因素有、、、和。

15.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用的方法来保证，而腹板的局部稳定则常采用的方法来解决。

二、问答题1.钢结构具有哪些特点？2.钢结构的合理应用范围是什么？3.钢结构对材料性能有哪些要求？4.钢材的主要机械性能指标是什么？各由什么试验得到？5.影响钢材性能的主要因素是什么？6.什么是钢材的疲劳？影响钢材疲劳的主要因素有哪些？7.选用钢材通常应考虑哪些因素？8.钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？9.焊缝可能存在的缺陷有哪些？10.焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要求？11.对接焊缝的构造要求有哪些？12.角焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要构造要求？13.焊接残余应力和焊接残余变形是如何产生的？焊接残余应力和焊接残余变形对结构性能有何影响？减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有哪些？14.普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？15.螺栓的排列有哪些构造要求？16.普通螺栓抗剪连接中，有可能出现哪几种破坏形式？具体设计时，哪些破坏形式是通过计算来防止的？哪些是通过构造措施来防止的？如何防止？17.高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？18.轴心压杆有哪些屈曲形式？19.在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑哪些初始缺陷的影响？20.在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，对虚轴为什么要采用换算长细比？21.什么叫钢梁丧失整体稳定？影响钢梁整体稳定的主要因素是什么？提高钢梁整体稳定的有效措施是什么？22.什么叫钢梁丧失局部稳定？怎样验算组合钢梁翼缘和腹板的局部稳定？23.压弯构件的整体稳定计算与轴心受压构件有何不同？24.压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？三、计算题4.设计矩形拼接板与板件用三面围焊连接的平接接头。

轴心拉力N ＝1250kN，（静载设计值），钢材Q235，焊条E43,手工焊。

有关强度设计值ƒ=215 N/mm2，f w f=160N/mm2。

图示尺寸单位mm.(焊缝L W2实际长度取cm整数)2I32a组成，两肢件之间的距离300cm,如图所示，尺寸单位mm。

试求该柱最大长细比。

注：一个I32a的截面面积 A=67cm2支撑点，挠度不起控制作用，截面无削弱。

整体稳定系数ϕb=0.44.复荷载作用5．应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）、应力循环次数6．屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能7．焊接连接、铆钉连接、螺栓连接8．8h f、40mm 60 h f9．螺栓剪坏、孔壁挤压坏、构件被拉断、端部钢板被剪坏、螺栓弯曲破坏10．螺栓材质、螺栓有效面积11．弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲12．残余应力、初弯曲和初偏心、长细比13．加强受压翼缘、增加侧向支承点14．荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、侧向支承点的位置和距离、梁端支承条件15．限制宽厚比、设置加劲肋二、问答题1．钢结构具有的特点：○1钢材强度高，结构重量轻○2钢材内部组织比较均匀，有良好的塑性和韧性○3钢结构装配化程度高，施工周期短○4钢材能制造密闭性要求较高的结构○5钢结构耐热，但不耐火○6钢结构易锈蚀，维护费用大。

2．钢结构的合理应用范围：○1重型厂房结构○2大跨度房屋的屋盖结构○3高层及多层建筑○4轻型钢结构○5塔桅结构○6板壳结构○7桥梁结构○8移动式结构3．钢结构对材料性能的要求：○1较高的抗拉强度f u和屈服点f y○2较好的塑性、韧性及耐疲劳性能○3良好的加工性能4．钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。

其中屈服点、抗拉强度和伸长率由一次静力单向均匀拉伸试验得到；冷弯性能是由冷弯试验显示出来；冲击韧性是由冲击试验使试件断裂来测定。

5．影响钢材性能的主要因素有：○1化学成分○2钢材缺陷○3冶炼，浇注，轧制○4钢材硬化○5温度○6应力集中○7残余应力○8重复荷载作用6．钢材在连续反复荷载作用下，当应力还低于钢材的抗拉强度，甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏，这种现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏。

影响钢材疲劳的主要因素是应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）以及应力循环次数。

7．选用钢材通常考虑的因素有：○1结构的重要性○2荷载特征○3连接方法○4结构的工作环境温度○5结构的受力性质8．钢结构常用的连接方法有：焊接连接、铆钉连接和螺栓连接三种。

焊接的优点：○1不需打孔，省工省时；○2任何形状的构件可直接连接，连接构造方便；○3气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性能较好。

焊接的缺点:○1焊缝附近有热影响区，材质变脆；○2焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，残余变形使结构形状、尺寸发生变化；○3焊接裂缝一经发生，便容易扩展。

铆钉连接的优点:塑性、韧性较好，传力可靠，连接质量易于检查。

铆钉连接的缺点:因在构件上需打孔，削弱构件截面；且铆接工艺复杂，技术要求高。

螺栓连接的优点：具备铆钉连接塑性、韧性好，传力可靠的优点，又兼备安装拆卸方便，可以多次重复使用的优点，且连接变形小。

9．焊缝可能存在的缺陷有裂纹、气孔、夹碴、烧穿、咬边、未焊透、弧坑和焊瘤。

10．焊缝质量分为三个等级。

三级质量检查只对全部焊缝进行外观缺陷及几何尺寸检查，其外观可见缺陷及几何尺寸偏差必须符合三级合格标准要求；二级质量检查除对外观进行检查并达到二级质量合格标准外，还需用超声波或射线探伤20％焊缝，达到B级检验Ⅲ级合格要求；一级质量检查除外观进行检查并符合一级合格标准外，还需用超声波或射线对焊缝100％探伤，达到B级检验Ⅱ级合格要求；（见《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001）11. 对接焊缝的构造要求有：○1一般的对接焊多采用焊透缝，只有当板件较厚，内力较小，且受静载作用时，可采用未焊透的对接缝。

○2为保证对接焊缝的质量，可按焊件厚度不同，将焊口边缘加工成不同形式的坡口。

○3起落弧处易有焊接缺陷，所以要用引弧板。

但采用引弧板施工复杂，因此除承受动力荷载外，一般不用引弧板，而是计算时为对接焊缝将焊缝长度减2t（t为较小焊件厚度）。

○4对于变厚度（或变宽度）板的对接，在板的一面（一侧）或两面（两侧）切成坡度不大于1:2.5的斜面，避免应力集中。

○5当钢板在纵横两方向进行对接焊时，焊缝可采用十字形或T形交叉对接，当用T形交叉时，交叉点的间距不得小于200mm。

12. 角焊缝的计算假定是：○1破坏沿有效载面；○2破坏面上应力均匀分布。

13. 钢材在施焊过程中会在焊缝及附近区域内形成不均匀的温度场，在高温区产生拉应力，低温区产生相应的压应力。

在无外界约束的情况下，焊件内的拉应力和压应力自相平衡。

这种应力称焊接残余应力。

随焊接残余应力的产生，同时也会出现不同方向的不均匀收缩变形，称为焊接残余变形。

焊接残余应力的影响：○1对塑性较好的材料，对静力强度无影响；○2降低构件的刚度；○3降低构件的稳定承载力；○4降低结构的疲劳强度；○5在低温条件下承载，加速构件的脆性破坏。

焊接残余变形的影响：变形若超出了施工验收规范所容许的范围，将会影响结构的安装、正常使用和安全承载；所以，对过大的残余变形必须加以矫正。

减少焊接残余应力和变形的方法：○1合理设计:选择适当的焊脚尺寸、焊缝布置应尽可能对称、进行合理的焊接工艺设计，选择合理的施焊顺序。

○2正确施工：在制造工艺上，采用反变形和局部加热法；按焊接工艺严格施焊，避免随意性；尽量采用自动焊或半自动焊，手工焊时避免仰焊。

14．普通螺栓连接中的抗剪螺栓连接是依靠螺栓抗剪和孔壁承压来传递外力。

当受剪螺栓连接在达到极限承载力时，可能出现五种破坏形式，即螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏。

高强螺栓连接中的抗剪螺栓连接时，通过拧紧螺帽使螺杆产生预拉力，同时也使被连接件接触面相互压紧而产生相应的摩擦力，依靠摩擦力来传递外力。

它是以摩擦力刚被克服，构件开始产生滑移做为承载能力的极限状态。

15. 螺栓排列的构造要求：○1受力要求:端距限制—－防止孔端钢板剪断，≥2do；螺孔中距限制—限制下限以防止孔间板破裂即保证≥3do，限制上限以防止板间翘曲。

○2构造要求:防止板翘曲后浸入潮气而腐蚀，限制螺孔中距最大值。

○3施工要求:为便于拧紧螺栓，宜留适当间距。

16. 普通螺栓抗剪连接中的五种破坏形式：螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏。

以上五种可能破坏形式的前三种，可通过相应的强度计算来防止，后两种可采取相应的构件措施来保证。

一般当构件上螺孔的端距大于2d0时，可以避免端部冲剪破坏；当螺栓夹紧长度不超过其直径的五倍，则可防止螺杆产生过大的弯曲变形。

17．级别代号中，小数点前的数字是螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度，小数点后数字是材料的屈强比（fy/fu ）。

8.8级为：fu≥800N/mm²，fy/fu=0.810.9级为：fu ≥1000N/mm²，fy/fu=0.918. 受轴心压力作用的直杆或柱，当压力达到临界值时，会发生有直线平衡状态转变为弯曲平衡状态变形分枝现象，这种现象称为压杆屈曲或整体稳定，发生变形分枝的失稳问题称为第一类稳定问题。

由于压杆截面形式和杆端支承条件不同，在轴心压力作用下可能发生的屈曲变形有三种形式，即弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲。

19. 在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑残余应力的影响、初弯曲和初偏心的影响、杆端约束的影响。

20. 格构式轴心受压构件一旦绕虚轴失稳，截面上的横向剪力必须通过缀材来传递。

但因缀材本身比较柔细，传递剪力时所产生的变形较大，从而使构件产生较大的附加变形，并降低稳定临界力。

所以在计算整体稳定时，对虚轴要采用换算长细比（通过加大长细比的方法来考虑缀材变形对降低稳定临界力的影响）。

21. 钢梁在弯矩较小时，梁的侧向保持平直而无侧向变形；即使受到偶然的侧向干扰力，其侧向变形也只是在一定的限度内，并随着干扰力的除去而消失。