國開電大鋼結(jié)構(gòu)(本)練習(xí)題及參考答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列關(guān)于鋼材力學(xué)性能的描述中，錯誤的是（）A.伸長率δ5表示標(biāo)距為5倍直徑的試件拉斷后的伸長率B.屈強比（fy/fu）越小，鋼材的強度儲備越大C.冷彎性能通過冷彎試驗檢驗鋼材的塑性變形能力D.沖擊韌性值A(chǔ)k越大，鋼材的脆性傾向越明顯2.普通螺栓連接中，當(dāng)板件厚度大于螺栓直徑的5倍時，最可能發(fā)生的破壞形式是（）A.螺栓桿受剪破壞B.板件承壓破壞C.板件凈截面拉斷D.螺栓桿受彎破壞3.角焊縫的計算長度不宜小于（），也不宜大于（）（hf為焊腳尺寸）A.4hf；60hfB.5hf；40hfC.8hf；60hfD.10hf；80hf4.焊接工字形截面簡支梁，當(dāng)受壓翼緣寬度增加時，梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φb將（）A.增大B.減小C.不變D.無法確定5.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性驗算公式N/(φA)≤f中，φ為（）A.截面塑性發(fā)展系數(shù)B.長細(xì)比修正系數(shù)C.穩(wěn)定系數(shù)，與長細(xì)比和截面分類有關(guān)D.強度折減系數(shù)6.雙肢格構(gòu)式軸心受壓柱，繞虛軸的整體穩(wěn)定計算采用換算長細(xì)比λ0x，其目的是（）A.考慮綴材剪切變形對整體穩(wěn)定的影響B(tài).簡化計算C.考慮構(gòu)件初彎曲的影響D.考慮荷載偏心的影響7.對于承受動力荷載的焊接連接，應(yīng)優(yōu)先選用（）A.E43型焊條（Q235鋼）B.E50型焊條（Q345鋼）C.自動埋弧焊（焊絲H08A+焊劑431）D.手工電弧焊（酸性焊條）8.鋼框架結(jié)構(gòu)中，梁柱節(jié)點采用剛接時，節(jié)點域的抗剪驗算應(yīng)滿足（）A.τ=Vp/(db×dt)≤fvB.τ=Vp/(hb×tw)≤fvC.τ=Vp/(ab×tf)≤fvD.τ=Vp/(lb×lw)≤fv9.下列關(guān)于鋼屋架支撐體系的描述中，正確的是（）A.下弦橫向水平支撐應(yīng)設(shè)置在溫度區(qū)段的兩端B.垂直支撐僅需在屋架跨中設(shè)置C.系桿分為剛性系桿和柔性系桿，均需承受壓力D.上弦橫向水平支撐的主要作用是保證屋架上弦的側(cè)向穩(wěn)定10.地震作用下，鋼結(jié)構(gòu)的“強柱弱梁”設(shè)計原則是指（）A.柱的截面尺寸大于梁B.柱的抗彎承載力大于梁的抗彎承載力C.柱的抗剪承載力大于梁的抗剪承載力D.柱的軸壓比小于梁的剪跨比二、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）1.鋼材的疲勞破壞屬于脆性破壞，其疲勞強度與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和應(yīng)力幅有關(guān)。（）2.摩擦型高強度螺栓連接以螺栓桿被剪斷或板件被壓壞為承載能力極限狀態(tài)。（）3.對接焊縫采用引弧板時，計算長度可取實際長度；未采用引弧板時，計算長度需扣除2t（t為較薄板厚）。（）4.焊接梁的局部穩(wěn)定驗算中，腹板加勁肋的主要作用是提高腹板的抗剪承載力。（）5.軸心受壓構(gòu)件的長細(xì)比λ=μl/i，其中i為截面回轉(zhuǎn)半徑，μ為計算長度系數(shù)，與構(gòu)件端部約束有關(guān)。（）6.格構(gòu)式構(gòu)件的分肢間距應(yīng)滿足綴材的強度和剛度要求，同時需保證分肢的長細(xì)比不大于構(gòu)件換算長細(xì)比的0.7倍。（）7.受彎構(gòu)件的撓度驗算屬于正常使用極限狀態(tài)，需控制荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合。（）8.鋼柱的二階效應(yīng)（PΔ效應(yīng)）是指由于柱頂水平位移引起的附加彎矩，設(shè)計時需通過增大柱的計算長度或直接考慮二階效應(yīng)。（）9.梯形鋼屋架的端斜桿宜采用不等邊角鋼，長肢與弦桿連接，短肢與腹桿連接。（）10.鋼結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計中，鋼材的強度設(shè)計值需根據(jù)受火溫度進行折減，防火涂料的厚度與耐火極限無關(guān)。（）三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述鋼材的主要力學(xué)性能指標(biāo)及其工程意義。2.對比普通螺栓連接與摩擦型高強度螺栓連接的工作機理和破壞形式。3.焊接工字形截面梁的整體失穩(wěn)現(xiàn)象是什么？影響其整體穩(wěn)定的主要因素有哪些？4.軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定驗算原則是什么？如何防止局部失穩(wěn)？5.簡述鋼框架結(jié)構(gòu)中“強節(jié)點弱構(gòu)件”設(shè)計原則的具體要求和實現(xiàn)方法。四、計算題（共40分）1.（10分）某雙蓋板對接連接采用M20（d0=21.5mm）普通螺栓，鋼材為Q235（f=215N/mm2，fbv=140N/mm2，fbc=305N/mm2）。連接構(gòu)造如圖1所示（圖中尺寸單位：mm），承受軸心拉力設(shè)計值N=450kN。試驗算該連接的強度是否滿足要求。（提示：螺栓排列為兩列錯排，邊距e1=50mm，端距e2=70mm，螺栓間距s=70mm，s1=80mm，s2=70mm，板件厚度t=10mm，蓋板厚度t1=8mm）2.（10分）某工地需設(shè)計一承受靜力荷載的直角角焊縫連接（圖2），鋼材為Q345（f=315N/mm2），焊條為E50型（ffw=200N/mm2）。已知焊縫承受的斜向拉力設(shè)計值N=300kN，與焊縫軸線夾角θ=60°。試確定所需的最小焊腳尺寸hf（取整數(shù)，hf≥1.5√t=1.5×√12≈5.2mm，且hf≤1.2t=14.4mm）。3.（10分）某焊接工字形截面簡支梁（圖3），跨度l=6m，承受均布荷載設(shè)計值q=30kN/m（含自重），鋼材為Q235（f=215N/mm2，fv=125N/mm2）。截面尺寸：翼緣b×tf=200mm×12mm，腹板h0×tw=400mm×8mm。試驗算梁的抗彎強度和抗剪強度是否滿足要求（截面塑性發(fā)展系數(shù)γx=1.05，γy=1.20，不計梁的自重）。4.（10分）某軸心受壓柱采用熱軋H型鋼HW250×250×9×14（截面面積A=92.18cm2，回轉(zhuǎn)半徑ix=10.8cm，iy=6.29cm），計算長度lox=5m，loy=2.5m，鋼材為Q345（f=315N/mm2）。試驗算該柱的整體穩(wěn)定性是否滿足要求（穩(wěn)定系數(shù)φx、φy可查表：當(dāng)λx=46.3時，φx=0.88；當(dāng)λy=39.7時，φy=0.91）。參考答案一、單項選擇題1.D2.C3.A4.A5.C6.A7.C8.B9.D10.B二、判斷題1.√2.×（摩擦型以摩擦力被克服為極限狀態(tài)）3.√4.×（主要提高局部穩(wěn)定性）5.√6.√7.√8.√9.×（端斜桿宜短肢與弦桿連接）10.×（防火涂料厚度與耐火極限相關(guān)）三、簡答題1.鋼材的主要力學(xué)性能指標(biāo)包括：（1）屈服強度fy：是設(shè)計中鋼材強度取值的依據(jù)，保證構(gòu)件不發(fā)生過大塑性變形；（2）抗拉強度fu：反映鋼材的極限承載能力，屈強比fy/fu越小，強度儲備越大；（3）伸長率δ：衡量鋼材塑性變形能力，δ越大，鋼材延性越好；（4）冷彎性能：通過冷彎試驗檢驗鋼材在冷加工時的塑性變形能力和內(nèi)部缺陷；（5）沖擊韌性Ak：反映鋼材在沖擊荷載或低溫下的抗脆斷能力，Ak越大，脆性傾向越小。2.工作機理：普通螺栓連接依靠螺栓桿承壓和抗剪傳遞荷載；摩擦型高強度螺栓連接依靠板件間的摩擦力傳遞荷載，螺栓桿不直接承受剪力。破壞形式：普通螺栓可能發(fā)生螺栓桿剪斷、板件承壓破壞、板件凈截面拉斷或螺栓桿受彎破壞；摩擦型高強度螺栓以摩擦力被克服（即板件間發(fā)生相對滑移）為極限狀態(tài)，不會發(fā)生螺栓桿剪斷或板件承壓破壞（設(shè)計時已保證）。3.整體失穩(wěn)現(xiàn)象：梁在彎矩作用下，受壓翼緣突然向側(cè)向彎曲并伴隨扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。影響因素：梁的側(cè)向抗彎剛度和抗扭剛度（截面尺寸、材料）、荷載作用位置（上翼緣受壓更不利）、梁的跨度（跨度越大越易失穩(wěn)）、端部約束條件（約束越強越穩(wěn)定）。4.局部穩(wěn)定驗算原則：保證構(gòu)件的局部屈曲不先于整體屈曲，即局部失穩(wěn)臨界應(yīng)力不小于整體失穩(wěn)臨界應(yīng)力。防止措施：限制板件的寬厚比（如翼緣寬厚比b/t≤(10+0.1λ)√(235/fy)，腹板高厚比h0/tw≤(25+0.5λ)√(235/fy)）；或設(shè)置加勁肋（橫向、縱向加勁肋）提高局部剛度。5.設(shè)計原則：節(jié)點的承載力應(yīng)大于相連構(gòu)件的承載力，避免節(jié)點先于構(gòu)件破壞。實現(xiàn)方法：（1）節(jié)點域設(shè)置加勁肋提高抗剪承載力；（2）梁端翼緣采用全熔透焊縫，腹板采用高強度螺栓連接；（3）節(jié)點處柱的翼緣和腹板厚度不小于梁的對應(yīng)厚度；（4）驗算節(jié)點域的抗剪強度（τ=Vp/(hb×tw)≤fv）和梁柱連接的抗彎、抗剪承載力。四、計算題1.螺栓連接驗算：（1）螺栓抗剪承載力：n=8個螺栓（雙蓋板，每側(cè)4個），每個螺栓抗剪承載力設(shè)計值Nvb=(πd2/4)×n×fbv=(π×202/4)×2×140=87965N≈88kN（n=2面受剪）。（2）螺栓承壓承載力：Nbc=d×Σt×fbc=20×10×305=61000N=61kN（Σt取較薄板厚10mm）。（3）單個螺栓承載力取min(88kN,61kN)=61kN，總承載力8×61=488kN＞450kN，螺栓強度滿足。（4）板件凈截面抗拉驗算：最不利截面為第1、3螺栓孔處（錯排），凈截面面積An=t×(b2d0+s12/(4s))=10×(2002×21.5+802/(4×70))=10×(157+22.86)=1798.6mm2。凈截面抗拉承載力N=An×f=1798.6×215≈386.7kN＜450kN，不滿足。需調(diào)整螺栓排列或增加板厚。2.角焊縫計算：斜向拉力分解為垂直焊縫的分力N⊥=N×sinθ=300×sin60°=259.8kN，平行焊縫的分力N∥=N×cosθ=300×cos60°=150kN。焊縫計算長度lw（假設(shè)為周邊焊，取實際長度2hf，此處假設(shè)為側(cè)面角焊縫，lw=l2hf）。角焊縫強度公式：√[(σ⊥/βf)2+(τ∥)2]≤ffw，其中σ⊥=N⊥/(he×lw)，τ∥=N∥/(he×lw)，he=0.7hf。假設(shè)焊縫長度l=300mm（需根據(jù)實際構(gòu)造確定），則lw=3002hf。代入公式：√[(259800/(0.7hf×(3002hf)×βf))2+(150000/(0.7hf×(3002hf)))2]≤200。取βf=1.22（靜載），簡化后解得hf≈8mm（驗算：he=5.6mm，lw=30016=284mm，σ⊥=259800/(5.6×284)=164.5N/mm2，τ∥=150000/(5.6×284)=94.3N/mm2，√[(164.5/1.22)2+94.32]=√[(134.8)2+94.32]=164.2≤200，滿足）。3.梁的強度驗算：（1）跨中最大彎矩Mmax=ql2/8=30×62/8=135kN·m=135×10^6N·mm。（2）截面抵抗矩Wnx=bh2/6(btw)h02/6=[200×4242/6(2008)×4002/6]≈(200×179776/6192×160000/6)=(59925335120000)=872533mm3（注：實際計算應(yīng)精確到翼緣和腹板尺寸，正確計算為Wx=(200×12×(400/2+12/2)×2+400×8×(400/2))/(400+2×12)/2≈(200×12×206×2+400×8×200)/212≈(988800+640000)/212≈1628800/212≈7683mm3？此處可能計算錯誤，正確方法應(yīng)為：工字形截面模量Wx=Ixx/(h/2)，其中Ixx=(200×4243)/12(192×4003)/12≈(200×76.2×10^6)/12(192×64×10^6)/12≈1270×10^61024×10^6=246×10^6mm^4，Wx=246×10^6/(424/2)=246×10^6/212≈1.16×10^6mm3。（3）抗彎強度σ=M/(γxWnx)=135×10^6/(1.05×1.16×10^6)=135/(1.218)≈110.8N/mm2≤215N/mm2，滿足。（4）最大剪力Vmax=ql/2=30×6/2=90kN=90×10^3N。腹板抗剪面積Aw=h0×tw=400×8=3200mm2?？辜魪姸圈?V/(Aw)=90×10^3/3200≈28.1N/mm2≤125N/mm2，滿足。4.軸