(完整版)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》復(fù)習(xí)題(含答案)一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服條件，通常采用（）作為判斷依據(jù)。A.最大拉應(yīng)力理論B.最大剪應(yīng)力理論（Tresca準(zhǔn)則）C.畸變能理論（VonMises準(zhǔn)則）D.最大主應(yīng)變理論答案：C2.下列關(guān)于鋼材疲勞破壞的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.疲勞破壞屬于脆性斷裂B.循環(huán)次數(shù)越多，疲勞強(qiáng)度越低C.應(yīng)力集中會(huì)顯著降低疲勞強(qiáng)度D.疲勞破壞的斷口無明顯塑性變形答案：B（循環(huán)次數(shù)增加，疲勞強(qiáng)度降低，但需達(dá)到一定循環(huán)次數(shù)閾值后才顯著）3.普通螺栓受剪連接中，當(dāng)板件厚度之和超過螺栓直徑的5倍時(shí)，可能發(fā)生的破壞形式是（）。A.螺栓桿剪切破壞B.板件承壓破壞C.板件凈截面拉斷D.螺栓桿受彎破壞答案：D（桿長(zhǎng)過厚時(shí)，螺栓桿易受彎折斷）4.焊接殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件的（）無影響。A.靜力強(qiáng)度B.剛度C.穩(wěn)定性D.疲勞強(qiáng)度答案：A（殘余應(yīng)力是自平衡應(yīng)力，不影響靜力強(qiáng)度，但會(huì)降低剛度、穩(wěn)定性和疲勞強(qiáng)度）5.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)φ與（）無關(guān)。A.構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比B.鋼材強(qiáng)度等級(jí)C.截面類型（a、b、c、d類）D.構(gòu)件的初始撓度答案：D（φ由長(zhǎng)細(xì)比、鋼材強(qiáng)度、截面類型決定，初始撓度屬于初始缺陷，影響穩(wěn)定承載力但不直接決定φ）6.工字形截面簡(jiǎn)支梁在跨中受集中荷載作用時(shí)，梁的整體穩(wěn)定最不利的荷載作用位置是（）。A.荷載作用在上翼緣B.荷載作用在下翼緣C.荷載作用在形心軸D.荷載作用在腹板中線答案：A（上翼緣受壓，更易觸發(fā)整體失穩(wěn)）7.下列哪項(xiàng)不是提高梁整體穩(wěn)定性的有效措施？（）A.增加梁的側(cè)向支撐點(diǎn)B.增大梁的截面慣性矩IyC.提高鋼材強(qiáng)度等級(jí)D.增大受壓翼緣的寬度答案：C（鋼材強(qiáng)度提高對(duì)整體穩(wěn)定影響較小，整體穩(wěn)定主要與截面剛度和約束有關(guān)）8.摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接受剪時(shí)，其承載力由（）控制。A.螺栓桿的抗剪強(qiáng)度B.連接板件的承壓強(qiáng)度C.連接板件間的摩擦力D.螺栓桿的抗拉強(qiáng)度答案：C（摩擦型通過板件間摩擦力傳遞剪力）9.計(jì)算格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的繞虛軸穩(wěn)定時(shí)，需采用換算長(zhǎng)細(xì)比λ0x，其目的是（）。A.考慮綴材的抗剪剛度不足B.考慮構(gòu)件的初始彎曲C.考慮截面的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)D.考慮材料的非線性答案：A（虛軸方向綴材抗剪剛度低，剪切變形不可忽略，換算長(zhǎng)細(xì)比用于等效考慮剪切變形的影響）10.受拉構(gòu)件的剛度驗(yàn)算通過限制（）來實(shí)現(xiàn)。A.最大應(yīng)力不超過抗拉強(qiáng)度B.長(zhǎng)細(xì)比不超過限值C.變形不超過容許撓度D.凈截面面積不小于計(jì)算值答案：B（受拉構(gòu)件剛度用長(zhǎng)細(xì)比控制，避免自重或動(dòng)載下過度振動(dòng)）二、填空題（每空1分，共20分）1.鋼材的主要力學(xué)性能指標(biāo)包括強(qiáng)度、塑性、韌性和（）。答案：冷彎性能2.鋼材的屈服強(qiáng)度是指（）時(shí)的應(yīng)力值，符號(hào)為（）。答案：產(chǎn)生0.2%殘余應(yīng)變；f_y3.焊接連接中，三級(jí)焊縫的質(zhì)量檢驗(yàn)方法為（），一級(jí)焊縫需進(jìn)行（）%的超聲波探傷。答案：外觀檢查；1004.普通螺栓連接中，端距應(yīng)不小于（）倍螺栓孔徑，以防止板件（）破壞。答案：2d0；沖剪5.軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定驗(yàn)算需保證板件的（）不超過限值，其本質(zhì)是避免板件在構(gòu)件（）前發(fā)生局部屈曲。答案：寬厚比；整體失穩(wěn)6.梁的抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算公式為（），其中γx為（）系數(shù)。答案：M_x/(γ_xW_nx)≤f；截面塑性發(fā)展7.高強(qiáng)度螺栓按受力機(jī)制分為（）型和（）型，其中（）型螺栓在使用時(shí)需對(duì)螺栓桿施加預(yù)拉力。答案：摩擦；承壓；摩擦8.計(jì)算梁的撓度時(shí)，采用（）荷載組合，且需限制撓度不超過（）。答案：標(biāo)準(zhǔn)；容許值9.鋼材的疲勞強(qiáng)度與（）、（）和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有關(guān)。答案：應(yīng)力幅；應(yīng)力集中程度三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述鋼材發(fā)生冷脆的主要原因及預(yù)防措施。答案：冷脆是鋼材在低溫下由塑性破壞轉(zhuǎn)為脆性破壞的現(xiàn)象。主要原因：鋼材含磷量過高（磷提高冷脆性）、低溫環(huán)境、應(yīng)力集中（如缺口、裂紋）。預(yù)防措施：選用耐低溫鋼材（如Q345D/E）、避免截面突變（減少應(yīng)力集中）、控制磷含量（≤0.045%）、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中避免低溫下承受動(dòng)載。2.比較普通螺栓受剪連接與摩擦型高強(qiáng)度螺栓受剪連接的工作性能差異。答案：①傳力機(jī)制：普通螺栓靠螺栓桿抗剪和板件承壓傳力；摩擦型高強(qiáng)螺栓靠板件間摩擦力傳力。②變形：普通螺栓連接在剪力超過摩擦力后產(chǎn)生滑移，變形較大；摩擦型高強(qiáng)螺栓在摩擦力被克服前無滑移，變形小。③破壞形式：普通螺栓可能發(fā)生螺栓剪切、板件承壓或拉斷；摩擦型高強(qiáng)螺栓以滑移為承載力極限狀態(tài)，后期可能轉(zhuǎn)為承壓型破壞。④應(yīng)用場(chǎng)景：摩擦型適用于需嚴(yán)格控制變形的結(jié)構(gòu)（如吊車梁），普通螺栓適用于對(duì)變形要求不高的連接。3.為何軸心受壓構(gòu)件的截面需進(jìn)行局部穩(wěn)定驗(yàn)算？如何保證局部穩(wěn)定？答案：局部穩(wěn)定驗(yàn)算原因：軸心受壓構(gòu)件的板件（如工字形截面的翼緣、腹板）在壓力作用下可能發(fā)生局部屈曲，導(dǎo)致構(gòu)件提前喪失整體承載力。保證措施：通過限制板件的寬厚比（如工字形翼緣b/t≤(10+0.1λ)√(235/f_y)，腹板h0/tw≤(25+0.5λ)√(235/f_y)），使板件的局部屈曲臨界應(yīng)力不低于構(gòu)件整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力，確保局部屈曲不先于整體失穩(wěn)發(fā)生。4.簡(jiǎn)述梁的整體失穩(wěn)現(xiàn)象及影響整體穩(wěn)定的主要因素。答案：整體失穩(wěn)現(xiàn)象：梁在彎矩作用下，受壓翼緣向側(cè)向彎曲并繞縱軸扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象（如工字形梁上翼緣受壓，當(dāng)彎矩過大時(shí)，梁突然向一側(cè)彎曲并扭轉(zhuǎn)）。影響因素：①梁的側(cè)向抗彎剛度（Iy）和抗扭剛度（It）：剛度越大，穩(wěn)定性越好；②梁的跨度（l）：跨度越大，越易失穩(wěn)；③荷載作用位置：上翼緣受荷（壓）比下翼緣更不利；④端部約束條件：支座對(duì)梁的側(cè)向和扭轉(zhuǎn)約束越強(qiáng)（如固定端），穩(wěn)定性越好；⑤截面形式：雙軸對(duì)稱截面（如箱形）比單軸對(duì)稱截面（如T形）穩(wěn)定性好。5.簡(jiǎn)述焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響。答案：①對(duì)靜力強(qiáng)度：不影響（殘余應(yīng)力是自平衡應(yīng)力，構(gòu)件破壞時(shí)應(yīng)力重分布，總應(yīng)力不超過強(qiáng)度）；②對(duì)剛度：降低剛度（殘余壓應(yīng)力區(qū)提前進(jìn)入塑性，彈性模量降低）；③對(duì)穩(wěn)定性：降低構(gòu)件的穩(wěn)定承載力（受壓區(qū)殘余壓應(yīng)力使有效截面減小，臨界應(yīng)力降低）；④對(duì)疲勞強(qiáng)度：殘余拉應(yīng)力與外荷載拉應(yīng)力疊加，加速裂紋擴(kuò)展，降低疲勞壽命；⑤對(duì)低溫冷脆：殘余拉應(yīng)力增加脆性斷裂風(fēng)險(xiǎn)。四、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.某軸心受拉構(gòu)件由2L100×10（等邊角鋼）組成，采用Q235B鋼（f=215N/mm2），構(gòu)件承受的軸心拉力設(shè)計(jì)值N=500kN。已知角鋼的截面積A=1926mm2/根，截面重心到肢背的距離z0=28.4mm，鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=215N/mm2。試驗(yàn)算該構(gòu)件的強(qiáng)度是否滿足要求（不考慮螺栓孔削弱）。答案：構(gòu)件總截面積A=2×1926=3852mm2計(jì)算應(yīng)力σ=N/A=500×103/3852≈129.8N/mm2比較：σ=129.8N/mm2＜f=215N/mm2結(jié)論：強(qiáng)度滿足要求。2.某焊接工字形截面簡(jiǎn)支梁，跨度l=6m，承受均布荷載設(shè)計(jì)值q=40kN/m（含自重），梁的截面尺寸為：翼緣b×t=200mm×12mm，腹板h0×tw=400mm×8mm，鋼材為Q345B（f=310N/mm2，f_v=180N/mm2）。試驗(yàn)算梁的抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度（忽略自重，γx=1.05，Wnx=bh2/6twh03/(6h)）。答案：（1）跨中最大彎矩M_max=ql2/8=40×62/8=180kN·m=180×10?N·mm（2）截面參數(shù)計(jì)算：翼緣面積A1=200×12=2400mm2，腹板面積A2=400×8=3200mm2截面總高度h=400+2×12=424mm截面慣性矩Ix=2×[200×123/12+200×12×(424/212/2)2]+8×4003/12計(jì)算得Ix≈2×[28800+200×12×(206)2]+8×64×10?/12≈2×[28800+1.01×10?]+4.27×10?≈2.02×10?+4.27×10?=6.29×10?mm?凈截面模量Wnx=Ix/(h/2)=6.29×10?/(212)≈2.97×10?mm3（取γx=1.05時(shí)，需用凈截面模量，但本題無螺栓孔，故Wnx=Wx）（3）抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：σ=M_max/(γxWx)=180×10?/(1.05×2.97×10?)≈180/(3.12)≈57.7N/mm2＜310N/mm2，滿足。（4）支座處最大剪力V=ql/2=40×6/2=120kN=120×103N腹板平均剪應(yīng)力τ=V/(twh0)=120×103/(8×400)=120×103/3200=37.5N/mm2＜180N/mm2，滿足。3.某軸心受壓柱采用焊接工字形截面（翼緣b×t=250mm×16mm，腹板h0×tw=500mm×10mm），計(jì)算長(zhǎng)度l0x=l0y=6m，鋼材為Q235B（f=215N/mm2），截面回轉(zhuǎn)半徑ix=102mm，iy=55mm。試計(jì)算該柱的整體穩(wěn)定承載力（φx查表：當(dāng)λx=l0x/ix=6000/102≈58.8，b類截面，φx≈0.83；λy=l0y/iy=6000/55≈109，b類截面，φy≈0.49）。答案：（1）計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比：λx=58.8，λy=109，取較大值λ=109（繞y軸更弱）。（2）查穩(wěn)定系數(shù)φ=0.49（b類截面，λ=109）。（3）截面面積A=2×250×16+500×10=8000+5000=13000mm2。（4）整體穩(wěn)定承載力N=φAf=0.49×13000×215≈0.49×2,795,000≈1,369,550N≈1370kN。五、論述題（每題10分，共20分）1.論述影響軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力的主要因素，并說明《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB500172017）中如何考慮這些因素。答案：影響軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力的主要因素包括：（1）構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比（λ）：長(zhǎng)細(xì)比越大，穩(wěn)定承載力越低。標(biāo)準(zhǔn)中通過穩(wěn)定系數(shù)φ與λ的關(guān)系曲線（a、b、c、d類截面）體現(xiàn)，λ越大，φ越小。（2）截面類型與殘余應(yīng)力分布：不同截面（如工字形、箱形）的殘余應(yīng)力分布不同，對(duì)穩(wěn)定承載力的影響不同。標(biāo)準(zhǔn)中將截面分為四類（a~d類），a類殘余應(yīng)力影響最小，d類最大，對(duì)應(yīng)φ值依次降低。（3）鋼材強(qiáng)度：當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比λ較小時(shí)（短柱），穩(wěn)定承載力受鋼材強(qiáng)度控制；λ較大時(shí)（長(zhǎng)柱），穩(wěn)定承載力與強(qiáng)度無關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)中φ的取值與鋼材強(qiáng)度相關(guān)（如Q345鋼的φ值略低于Q235鋼，因相同λ下高強(qiáng)鋼的穩(wěn)定系數(shù)更低）。（4）初始缺陷（初彎曲、初偏心、殘余應(yīng)力）：初始缺陷會(huì)降低穩(wěn)定承載力。標(biāo)準(zhǔn)中通過將實(shí)際構(gòu)件的缺陷等效為初始彎曲，并通過試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到φλ曲線，間接考慮缺陷影響。（5）端部約束條件：約束越強(qiáng)（如固定端），計(jì)算長(zhǎng)度l0越小，λ越小，穩(wěn)定承載力越高。標(biāo)準(zhǔn)中通過計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ（如兩端鉸接μ=1，一端固定一端自由μ=2）來反映約束對(duì)l0的影響。2.論述受彎構(gòu)件（梁）的三種失穩(wěn)形式及其防止措施。答案：受彎構(gòu)件的失穩(wěn)形式包括：（1）整體失穩(wěn)（側(cè)向彎扭失穩(wěn)）：梁在彎矩作用下，受壓翼緣向側(cè)向彎曲并繞縱軸扭轉(zhuǎn)。防止措施：①增加側(cè)向支撐（減小側(cè)向計(jì)算長(zhǎng)度）；②增大截面?zhèn)认驊T性矩Iy（如加寬受壓翼緣）；③采用抗扭剛度