鋼結(jié)構(gòu)試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.以下關(guān)于建筑用鋼力學(xué)性能的描述，錯(cuò)誤的是（）A.屈服強(qiáng)度是鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度的取值依據(jù)B.伸長(zhǎng)率δ5表示標(biāo)距為5倍直徑的試件拉斷后的伸長(zhǎng)率C.沖擊韌性值越大，鋼材的抗脆性斷裂能力越強(qiáng)D.冷彎性能通過(guò)冷彎試驗(yàn)檢驗(yàn)鋼材在常溫下的塑性變形能力2.普通螺栓連接中，當(dāng)螺栓桿受剪時(shí)，若被連接鋼板較薄，可能發(fā)生的破壞形式是（）A.螺栓桿剪切破壞B.鋼板孔壁承壓破壞C.鋼板拉斷破壞D.螺栓桿彎曲破壞3.焊接殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件的影響主要體現(xiàn)在（）A.提高構(gòu)件的靜力強(qiáng)度B.降低構(gòu)件的剛度C.增加構(gòu)件的整體穩(wěn)定性D.加速鋼材的脆性破壞4.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)φ與（）直接相關(guān)A.構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比和截面類(lèi)別B.鋼材的強(qiáng)度等級(jí)和構(gòu)件長(zhǎng)度C.荷載的偏心距和截面尺寸D.連接方式和支撐條件5.工字形截面簡(jiǎn)支梁在跨中受集中荷載作用時(shí)，最可能發(fā)生的失穩(wěn)形式是（）A.彎曲失穩(wěn)B.扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)C.彎扭失穩(wěn)D.局部失穩(wěn)6.以下關(guān)于高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的描述，正確的是（）A.以螺栓桿被剪壞或板件被壓壞為承載力極限狀態(tài)B.預(yù)拉力的作用是使接觸面產(chǎn)生摩擦力抵抗外力C.抗滑移系數(shù)僅與鋼材表面處理方式有關(guān)D.設(shè)計(jì)時(shí)需計(jì)算螺栓桿的剪切和承壓強(qiáng)度7.計(jì)算焊接組合梁的抗彎強(qiáng)度時(shí)，若受壓翼緣寬厚比不滿足局部穩(wěn)定要求，應(yīng)采取的措施是（）A.增大腹板厚度B.在翼緣上設(shè)置橫向加勁肋C.按有效截面計(jì)算抗彎強(qiáng)度D.減小梁的跨度8.格構(gòu)式軸心受壓柱的綴條設(shè)計(jì)時(shí)，需計(jì)算綴條的（）A.軸心受拉或受壓承載力B.受彎承載力C.局部承壓承載力D.疲勞強(qiáng)度9.壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性驗(yàn)算公式中，γx為截面塑性發(fā)展系數(shù)，其取值與（）有關(guān)A.構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比B.截面形式和受力方向C.鋼材的強(qiáng)度等級(jí)D.荷載的偏心距10.以下關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)的描述，錯(cuò)誤的是（）A.鋼材的耐火極限約為0.25小時(shí)B.防火涂料的厚度需根據(jù)構(gòu)件的耐火等級(jí)確定C.鋼柱的防火保護(hù)應(yīng)優(yōu)先采用厚涂型防火涂料D.防火設(shè)計(jì)中需驗(yàn)算高溫下鋼材的強(qiáng)度折減二、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________、________、________和冷彎性能。2.角焊縫的計(jì)算厚度hf,e=________（直角角焊縫），其最大計(jì)算長(zhǎng)度不宜超過(guò)________。3.普通螺栓連接按受力方式分為_(kāi)_______、________和________三種。4.軸心受拉構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算公式為_(kāi)_______，其中An為_(kāi)_______。5.梁的整體失穩(wěn)臨界彎矩與梁的________、________、________及荷載作用位置有關(guān)。6.格構(gòu)式軸心受壓柱的繞虛軸穩(wěn)定計(jì)算需考慮________，通過(guò)引入________來(lái)修正長(zhǎng)細(xì)比。7.壓彎構(gòu)件的驗(yàn)算內(nèi)容包括________、________、________和局部穩(wěn)定。8.鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞屬于________斷裂，設(shè)計(jì)時(shí)需驗(yàn)算________部位的應(yīng)力幅。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述鋼材的主要缺陷類(lèi)型及其對(duì)性能的影響。2.比較摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接與承壓型高強(qiáng)度螺栓連接的異同點(diǎn)。3.說(shuō)明工字形截面軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定的驗(yàn)算原則，當(dāng)不滿足要求時(shí)可采取哪些措施？4.分析焊接工字形截面簡(jiǎn)支梁在均布荷載作用下的應(yīng)力分布特點(diǎn)，并指出需驗(yàn)算的主要內(nèi)容。5.列舉鋼框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的主要震害形式，并說(shuō)明提高其抗震性能的措施。四、計(jì)算題（共25分）1.（8分）某軸心受拉構(gòu)件采用Q235B鋼材，截面為2L100×10（等邊角鋼，截面積A=1926mm2，截面重心至肢背距離z0=28.4mm），構(gòu)件長(zhǎng)度6m，承受軸心拉力設(shè)計(jì)值N=550kN。連接方式為兩側(cè)鋼板用M20普通螺栓（孔徑d0=21.5mm）單排錯(cuò)列布置，螺栓排列如圖1所示（圖中尺寸單位：mm，s1=50，s2=80，e1=45，e2=70）。試驗(yàn)算該構(gòu)件的強(qiáng)度是否滿足要求（f=215N/mm2）。（注：錯(cuò)列布置時(shí)，凈截面面積An=AΣ(d0×t)+(s12/(4e1)+s22/(4e2))×t，t為角鋼厚度）2.（9分）某焊接工字形截面簡(jiǎn)支梁，跨度l=6m，截面尺寸為h=600mm，bf=250mm，tw=8mm，tf=14mm（翼緣為焰切邊），鋼材為Q355B（f=310N/mm2，fvw=180N/mm2）。梁上作用均布荷載設(shè)計(jì)值q=120kN/m（含自重），荷載作用于梁的上翼緣。試驗(yàn)算梁的抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度是否滿足要求（γx=1.05，忽略梁自重）。3.（8分）某格構(gòu)式軸心受壓柱，采用2[28a槽鋼（每根截面積A1=40.02cm2，繞自身弱軸（y1軸）的回轉(zhuǎn)半徑i1=2.09cm，兩槽鋼之間的距離b0=200mm），柱高H=7m，兩端鉸接，鋼材為Q235B（f=215N/mm2）。試計(jì)算該柱繞虛軸（x軸）的整體穩(wěn)定性是否滿足要求（綴條采用L45×4角鋼，截面積A2=3.49cm2，鋼材Q235B，λ0x=√(λx2+λ12)≤[λ]=150，φx按b類(lèi)截面查表）。五、案例分析題（共5分）某多層鋼框架結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房，層高4m，柱網(wǎng)8m×8m，采用H形鋼柱（截面400×400×13×21，A=18600mm2，ix=173mm，iy=101mm）和焊接工字形鋼梁（截面600×250×10×16，A=13600mm2，Wx=2.1×10?mm3）。設(shè)計(jì)使用年限50年，所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度8度（0.2g），場(chǎng)地類(lèi)別Ⅱ類(lèi)。施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分鋼柱與基礎(chǔ)的連接節(jié)點(diǎn)僅采用4個(gè)M24普通螺栓（孔徑25.5mm），未設(shè)置抗剪鍵。試分析該節(jié)點(diǎn)可能存在的安全隱患，并提出整改建議。參考答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.B3.D4.A5.C6.B7.C8.A9.B10.C二、填空題1.屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率2.0.7hf、60hf3.受剪連接、受拉連接、拉剪復(fù)合連接4.σ=N/An≤f、凈截面面積5.側(cè)向抗彎剛度、抗扭剛度、端部約束條件6.剪切變形影響、換算長(zhǎng)細(xì)比λ0x7.彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定、彎矩作用平面外穩(wěn)定、強(qiáng)度8.脆性、應(yīng)力集中三、簡(jiǎn)答題1.鋼材的主要缺陷包括：①內(nèi)部缺陷（如偏析、夾渣、氣孔），降低鋼材的均勻性和韌性；②表面缺陷（如裂紋、折疊），易引發(fā)應(yīng)力集中，加速脆性破壞；③化學(xué)成分超標(biāo)（如硫、磷含量過(guò)高），硫增加熱脆性，磷增加冷脆性。2.相同點(diǎn)：均采用高強(qiáng)度螺栓，預(yù)拉力施工；不同點(diǎn)：①極限狀態(tài)：摩擦型以摩擦力被克服為極限，承壓型以螺栓或板件破壞為極限；②設(shè)計(jì)計(jì)算：摩擦型不驗(yàn)算螺栓桿強(qiáng)度，承壓型需驗(yàn)算剪切和承壓；③變形：摩擦型變形小，適用于動(dòng)力荷載；承壓型變形大，適用于靜力荷載。3.局部穩(wěn)定驗(yàn)算原則：保證板件在構(gòu)件整體失穩(wěn)前不發(fā)生局部失穩(wěn)，通過(guò)限制板件的寬厚比（如翼緣b/t≤(10+0.1λ)√(235/fy)）。不滿足時(shí)的措施：①增加板件厚度；②設(shè)置加勁肋（如腹板設(shè)置橫向或縱向加勁肋）；③按有效截面計(jì)算承載力。4.應(yīng)力分布特點(diǎn)：上、下翼緣主要承受彎曲正應(yīng)力（上壓下拉），腹板承受剪應(yīng)力（中性軸處最大），翼緣與腹板交界處可能存在局部壓應(yīng)力（若荷載作用于上翼緣）。需驗(yàn)算內(nèi)容：抗彎強(qiáng)度（σ=My/(γxWnx)≤f）、抗剪強(qiáng)度（τ=VS/(Ixtw)≤fv）、局部壓應(yīng)力（σc=ψF/(twlz)≤f）、折算應(yīng)力（σeq=√(σ2+σc2σσc+3τ2)≤1.1f）及整體穩(wěn)定（若不滿足側(cè)向支撐條件）。5.主要震害形式：①柱腳錨栓拉斷或柱底焊縫開(kāi)裂；②節(jié)點(diǎn)區(qū)梁端翼緣與柱連接焊縫撕裂；③鋼柱發(fā)生彎扭失穩(wěn)或局部屈曲；④支撐壓曲或連接破壞。提高措施：①采用強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件設(shè)計(jì)原則；②節(jié)點(diǎn)區(qū)設(shè)置加勁肋，采用全熔透焊縫；③柱腳采用埋入式或外包式，設(shè)置抗剪鍵；④合理設(shè)置支撐體系（如中心支撐或偏心支撐）。四、計(jì)算題1.角鋼厚度t=10mm，單角鋼截面積A=1926mm2，雙排錯(cuò)列布置時(shí)，凈截面計(jì)算：An=A2×d0×t+(s12/(4e1)+s22/(4e2))×t=19262×21.5×10+(502/(4×45)+802/(4×70))×10=1926430+(2500/180+6400/280)×10=1496+(13.89+22.86)×10=1496+367.5=1863.5mm2應(yīng)力σ=N/An=550×103/1863.5≈295N/mm2＞215N/mm2（不滿足）2.梁的跨中最大彎矩Mmax=ql2/8=120×62/8=540kN·m截面抵抗矩Wnx=bh2/6(btw)(h2tf)2/6（近似計(jì)算）：實(shí)際Wnx=2×bf×tf×(h/2tf/2)+tw×(h2tf)3/(6(h2tf))≈2×250×14×(3007)+(8×5723)/(6×572)=2×250×14×293+(8×5722)/6≈2051000+439093≈2490093mm3（精確值可查截面特性表，假設(shè)Wnx=2.5×10?mm3）抗彎強(qiáng)度σ=M/(γxWnx)=540×10?/(1.05×2.5×10?)=205.7N/mm2≤310N/mm2（滿足）最大剪力Vmax=ql/2=120×6/2=360kN腹板截面面積Aweb=tw×(h2tf)=8×(60028)=8×572=4576mm2平均剪應(yīng)力τ=V/(Aweb)=360×103/4576≈78.7N/mm2≤180N/mm2（滿足）3.格構(gòu)式柱繞虛軸x的長(zhǎng)細(xì)比λx=H/ix，其中ix=√(IxA)，IxA=2×[I1+A1×(b0/2+z0)2]（[28a槽鋼的z0=20.9mm，b0=200mm，故形心間距a=200+2×20.9=241.8mm，半間距a/2=120.9mm）I1=每根槽鋼繞y1軸的慣性矩（查型鋼表，[28a的Iy1=340.3cm?），則IxA=2×[340.3×10?+40.02×102×(120.9)2]=2×[3403000+4002×14616.81]=2×[3403000+584,800,000]≈1.176×10?mm?A=2×40.02×102=8004mm2ix=√(IxA/A)=√(1.176×10?/8004)≈384mmλx=H/ix=7000/384≈18.2綴條的長(zhǎng)細(xì)比λ1=計(jì)算長(zhǎng)度/回轉(zhuǎn)半徑，綴條計(jì)算長(zhǎng)度取節(jié)點(diǎn)間距（假設(shè)為0.9×柱寬=0.9×241.8≈217.6mm），[L45×4的i=1.38cm=13.8mm，λ1=217.6/13.8≈15.8換算長(zhǎng)細(xì)比λ0x=√(λx2+λ12)=√(18.22+15.82)≈24.1≤150（滿足）查b類(lèi)截面穩(wěn)定系數(shù)φx≈0.95（λ=24），則穩(wěn)定承載力φxAf=0.95×8004×215≈1,637,000N＞設(shè)計(jì)軸力（假設(shè)設(shè)計(jì)軸力≤1637kN，滿足）五、案例分析題安全隱患：①普通螺栓抗剪承載力不足（M24螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值Nvb=nvπd2/4×fvb=1×3.14×242/4×140≈63.3kN，4個(gè)螺栓總抗剪承載力253.2kN，而柱底剪力V=α1G=0.16×(柱自重+樓層荷載)≈遠(yuǎn)大于253.2kN）；②未設(shè)置抗剪鍵，剪力全部由螺栓承擔(dān)，易導(dǎo)致螺栓受剪破壞或柱腳滑移；③抗震節(jié)點(diǎn)未采用高強(qiáng)螺栓或焊接連