鋼結(jié)構(gòu)試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.下列鋼材性能指標(biāo)中，屬于鋼材塑性性能的是（）。A.抗拉強(qiáng)度B.伸長(zhǎng)率C.屈服強(qiáng)度D.沖擊韌性2.焊接殘余應(yīng)力對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的影響是（）。A.降低結(jié)構(gòu)的剛度B.提高結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度C.降低結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性D.改善結(jié)構(gòu)的疲勞性能3.普通螺栓受剪連接中，當(dāng)栓桿直徑d=20mm時(shí)，構(gòu)件上螺栓孔的直徑應(yīng)為（）。A.21mmB.22mmC.23mmD.24mm4.計(jì)算梁的整體穩(wěn)定性時(shí)，當(dāng)梁的受壓翼緣有密鋪剛性鋪板與其牢固連接，能阻止受壓翼緣的側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)時(shí)，梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φb（）。A.大于1B.等于1C.小于1D.無(wú)法確定5.軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)φ與（）有關(guān)。A.構(gòu)件的截面形狀、長(zhǎng)細(xì)比、鋼材強(qiáng)度等級(jí)B.構(gòu)件的截面面積、長(zhǎng)細(xì)比、鋼材彈性模量C.構(gòu)件的截面形狀、長(zhǎng)度、鋼材強(qiáng)度等級(jí)D.構(gòu)件的截面面積、長(zhǎng)度、鋼材彈性模量6.摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪承載力取決于（）。A.螺栓的預(yù)拉力、摩擦面的抗滑移系數(shù)、傳力摩擦面數(shù)目B.螺栓的抗拉強(qiáng)度、摩擦面的抗滑移系數(shù)、傳力摩擦面數(shù)目C.螺栓的剪切強(qiáng)度、摩擦面的抗滑移系數(shù)、傳力摩擦面數(shù)目D.螺栓的預(yù)拉力、摩擦面的粗糙度、傳力摩擦面數(shù)目7.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，計(jì)算焊接工字形截面梁的抗彎強(qiáng)度時(shí)，截面塑性發(fā)展系數(shù)γx的取值為（）。A.1.05（繞強(qiáng)軸）、1.2（繞弱軸）B.1.2（繞強(qiáng)軸）、1.05（繞弱軸）C.1.0（繞強(qiáng)軸）、1.0（繞弱軸）D.1.05（繞強(qiáng)軸）、1.05（繞弱軸）8.下列關(guān)于鋼柱計(jì)算長(zhǎng)度的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是（）。A.無(wú)支撐純框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度大于有支撐框架柱B.框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度與梁柱線剛度比有關(guān)C.強(qiáng)支撐框架中，柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ=1.0D.弱支撐框架中，柱的計(jì)算長(zhǎng)度需按規(guī)范公式修正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.考慮綴材剪切變形對(duì)整體穩(wěn)定的影響B(tài).考慮截面局部屈曲對(duì)整體穩(wěn)定的影響C.考慮構(gòu)件初彎曲對(duì)整體穩(wěn)定的影響D.考慮荷載偏心對(duì)整體穩(wěn)定的影響10.抗震設(shè)防烈度8度（0.2g）的鋼結(jié)構(gòu)房屋中，梁與柱的剛性連接應(yīng)滿足“強(qiáng)柱弱梁”要求，其柱端彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)?。ǎ?。A.梁端彎矩設(shè)計(jì)值的1.0倍B.梁端彎矩設(shè)計(jì)值的1.1倍C.梁端彎矩設(shè)計(jì)值的1.2倍D.梁端彎矩設(shè)計(jì)值的1.3倍二、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__________、__________、__________和沖擊韌性。2.焊接連接中，角焊縫的計(jì)算厚度he=__________（當(dāng)焊縫為直角角焊縫時(shí)，焊腳尺寸為hf）。3.普通螺栓受拉連接的承載力由__________和__________共同控制。4.梁的整體失穩(wěn)形式為_(kāi)_________，其臨界彎矩與梁的__________、__________、__________及荷載作用位置有關(guān)。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(guò)限值，限值由構(gòu)件的__________和__________決定。6.高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P由__________和__________確定，其設(shè)計(jì)值需考慮__________和__________的影響。7.格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的綴材分為_(kāi)_________和__________兩種形式，其設(shè)計(jì)需驗(yàn)算__________和__________。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述鋼材的疲勞破壞特征及影響疲勞強(qiáng)度的主要因素。2.比較摩擦型高強(qiáng)度螺栓與承壓型高強(qiáng)度螺栓在受力性能、設(shè)計(jì)方法及適用范圍上的區(qū)別。3.說(shuō)明實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件在截面設(shè)計(jì)時(shí)需進(jìn)行的驗(yàn)算內(nèi)容及各驗(yàn)算的目的。4.簡(jiǎn)述焊接工字形截面簡(jiǎn)支梁在均布荷載作用下，可能發(fā)生的破壞形式及相應(yīng)的驗(yàn)算方法。5.解釋“二階效應(yīng)”的概念，并說(shuō)明在鋼結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)中考慮二階效應(yīng)的主要方法。四、計(jì)算題（共25分）1.（10分）某軸心受拉構(gòu)件由2L100×8（等邊角鋼）組成，截面為雙角鋼組合T形（短肢相并），鋼材為Q355鋼（f=305N/mm2）。構(gòu)件承受的軸心拉力設(shè)計(jì)值N=800kN（靜力荷載），連接方式為兩側(cè)角焊縫（焊腳尺寸hf=8mm，焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ffw=220N/mm2），試驗(yàn)算：（1）構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度；（2）角焊縫的承載力（焊縫長(zhǎng)度取整數(shù)，不考慮起落弧缺陷）。已知：2L100×8的截面面積A=2×15.63=31.26cm2=3126mm2；單個(gè)角鋼的截面形心至背邊距離z0=28.4mm。2.（15分）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（包括自重），鋼材為Q235鋼（f=215N/mm2，fv=125N/mm2），梁截面尺寸為：翼緣b×t=200mm×10mm，腹板h0×tw=400mm×8mm。試驗(yàn)算梁的強(qiáng)度（不考慮整體穩(wěn)定，γx=1.05）。已知：截面慣性矩Ix=(200×4203192×4003)/12≈1.23×10?mm?；截面抵抗矩Wnx=Ix/(h/2)=1.23×10?/210≈5.86×10?mm3；截面面積A=200×10×2+400×8=7200mm2；腹板計(jì)算高度邊緣處的剪應(yīng)力τ=(S×V)/(Ix×tw)，其中S=200×10×(420/210/2)=200×10×205=4.1×10?mm3。五、案例分析題（共5分）某多層鋼框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度7度（0.15g），設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)。框架柱采用焊接H形截面（H400×300×10×16），鋼材為Q345鋼，柱計(jì)算長(zhǎng)度l0x=l0y=4.5m。經(jīng)計(jì)算，柱的軸心壓力設(shè)計(jì)值N=1800kN，彎矩設(shè)計(jì)值Mx=240kN·m（繞強(qiáng)軸），My=30kN·m（繞弱軸）。試分析該柱是否需要進(jìn)行平面內(nèi)和平面外的穩(wěn)定驗(yàn)算，并說(shuō)明驗(yàn)算的主要步驟（不要求具體計(jì)算）。答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.B（伸長(zhǎng)率是衡量鋼材塑性變形能力的指標(biāo)）2.C（焊接殘余應(yīng)力會(huì)降低結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和疲勞性能，不影響靜力強(qiáng)度）3.A（普通螺栓孔直徑比栓桿直徑大1~2mm，d=20mm時(shí)取21mm）4.B（受壓翼緣有剛性鋪板約束時(shí)，梁不會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)，φb=1）5.A（穩(wěn)定系數(shù)φ由截面形狀、長(zhǎng)細(xì)比λ和鋼材強(qiáng)度等級(jí)決定）6.A（摩擦型高強(qiáng)螺栓抗剪承載力Nv=0.9nμP，與預(yù)拉力P、摩擦面數(shù)目n、抗滑移系數(shù)μ有關(guān)）7.A（工字形截面繞強(qiáng)軸（x軸）γx=1.05，繞弱軸（y軸）γy=1.2）8.C（強(qiáng)支撐框架中，柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ<1.0，具體由梁柱線剛度比確定）9.A（格構(gòu)式構(gòu)件繞虛軸時(shí)，綴材剪切變形顯著，需用換算長(zhǎng)細(xì)比λ0x考慮其影響）10.D（8度區(qū)“強(qiáng)柱弱梁”要求柱端彎矩設(shè)計(jì)值取梁端彎矩的1.3倍）二、填空題1.屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率2.0.7hf3.螺栓桿的抗拉強(qiáng)度、構(gòu)件孔壁的承壓強(qiáng)度4.側(cè)向彎扭屈曲、側(cè)向抗彎剛度、抗扭剛度、受壓翼緣自由長(zhǎng)度5.寬厚比、長(zhǎng)細(xì)比、鋼材強(qiáng)度等級(jí)6.螺栓材料強(qiáng)度、有效截面面積、施工預(yù)拉力損失、材料強(qiáng)度波動(dòng)7.綴條、綴板、綴材的強(qiáng)度、構(gòu)件的局部穩(wěn)定三、簡(jiǎn)答題1.疲勞破壞特征：無(wú)明顯塑性變形，突然斷裂；斷口分為裂紋源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)（貝殼狀條紋）和瞬斷區(qū)。影響因素：應(yīng)力幅（循環(huán)應(yīng)力最大值與最小值之差）、應(yīng)力集中（構(gòu)造缺陷）、循環(huán)次數(shù)、鋼材質(zhì)量（含碳量、雜質(zhì)）、溫度（低溫易脆斷）。2.區(qū)別：①受力性能：摩擦型通過(guò)摩擦力傳力，變形??；承壓型通過(guò)螺栓桿承壓和剪切傳力，允許接觸面滑移。②設(shè)計(jì)方法：摩擦型按彈性階段設(shè)計(jì)（Nv≤0.9nμP）；承壓型按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)（Nv≤min{0.9nμP,dΣtfcb}）。③適用范圍：摩擦型用于直接承受動(dòng)力荷載或?qū)ψ冃蚊舾械慕Y(jié)構(gòu)；承壓型用于靜力荷載或間接動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)。3.驗(yàn)算內(nèi)容及目的：①?gòu)?qiáng)度驗(yàn)算（σ=N/A≤f）：確保截面不發(fā)生屈服破壞；②整體穩(wěn)定驗(yàn)算（σ=N/(φA)≤f）：防止構(gòu)件發(fā)生整體屈曲；③局部穩(wěn)定驗(yàn)算（b/t≤[b/t]）：防止板件局部屈曲，保證整體穩(wěn)定；④剛度驗(yàn)算（λ≤[λ]）：防止構(gòu)件過(guò)柔，避免運(yùn)輸、安裝時(shí)變形過(guò)大。4.破壞形式及驗(yàn)算：①?gòu)澢鷱?qiáng)度破壞（跨中受拉區(qū)纖維屈服）：驗(yàn)算σ=M/(γxWnx)≤f；②剪切強(qiáng)度破壞（支座附近腹板受剪屈服）：驗(yàn)算τ=VS/(Ixtw)≤fv；③局部壓應(yīng)力破壞（集中荷載作用處腹板局部壓屈）：驗(yàn)算σc=ψF/(twlz)≤f（本題為均布荷載，可不驗(yàn)局部壓應(yīng)力）；④腹板折算應(yīng)力（彎矩和剪力共同作用區(qū)）：驗(yàn)算√(σ2+σc2σσc+3τ2)≤β1f（當(dāng)σ>0.8f時(shí)需驗(yàn)算）。5.二階效應(yīng)：由于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在荷載作用下產(chǎn)生的變形（如側(cè)移、撓曲），導(dǎo)致附加內(nèi)力（如PΔ效應(yīng)、Pδ效應(yīng)）的現(xiàn)象?？紤]方法：①直接分析法（采用幾何非線性有限元計(jì)算，考慮初始缺陷和二階效應(yīng)）；②增大系數(shù)法（通過(guò)調(diào)整計(jì)算長(zhǎng)度或內(nèi)力設(shè)計(jì)值間接考慮二階效應(yīng)）；③規(guī)范簡(jiǎn)化法（對(duì)框架柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ進(jìn)行修正，或?qū)?nèi)力乘以放大系數(shù)η）。四、計(jì)算題1.（1）構(gòu)件抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算：σ=N/A=800×103/3126≈256N/mm2≤f=305N/mm2，滿足。（2）角焊縫承載力驗(yàn)算：焊縫受拉，需計(jì)算焊縫長(zhǎng)度。雙角鋼組合T形截面，兩側(cè)角焊縫長(zhǎng)度需覆蓋角鋼肢寬。焊縫計(jì)算長(zhǎng)度lw=l2hf（起落弧缺陷已考慮，題目不要求扣除，故lw=l）。焊縫有效面積Ae=2×0.7hf×lw（兩側(cè)焊縫）。承載力設(shè)計(jì)值Nf=0.7hflwffw×2。需滿足N≤Nf，即800×103≤2×0.7×8×lw×220。解得lw≥800×103/(2×0.7×8×220)≈325.8mm，取lw=330mm。實(shí)際焊縫長(zhǎng)度l=lw（題目不考慮起落?。?，故取l=330mm，滿足要求。2.梁的強(qiáng)度驗(yàn)算：（1）彎矩設(shè)計(jì)值M=ql2/8=40×62/8=180kN·m=1.8×10?N·mm。彎曲強(qiáng)度σ=M/(γxWnx)=1.8×10?/(1.05×5.86×10?)≈292N/mm2？（此處需核對(duì)計(jì)算是否正確）更正：Wnx=Ix/(h/2)=1.23×10?/(420/2)=1.23×10?/210≈5.86×10?mm3（正確）。σ=1.8×10?/(1.05×5.86×10?)=1.8×10?/(6.153×10?)≈292N/mm2？但Q235鋼f=215N/mm2，明顯錯(cuò)誤，說(shuō)明題目數(shù)據(jù)可能調(diào)整。（注：實(shí)際計(jì)算中，正確截面尺寸應(yīng)為h=400+2×10=420mm，翼緣b=200mm，腹板h0=400mm，tw=8mm，翼緣t=10mm。Ix=(b×h3(btw)×h03)/12=(200×4203192×4003)/12≈(200×74088000192×64000000)/12≈(1481760000012288000000)/12≈2529600000/12=2.108×10?mm?（原數(shù)據(jù)有誤）。重新計(jì)算：Wnx=Ix/(h/2)=2.108×10?/210≈1.004×10?mm3。σ=1.8×10?/(1.05×1.004×10?)=1.8×10?/(1.054×10?)≈170.8N/mm2≤215N/mm2，滿足。（2）剪力設(shè)計(jì)值V=ql/2=40×6/2=120kN=1.2×10?N。剪應(yīng)力τ=VS/(Ixtw)=1.2×10?×4.1×10?/(2.108×10?×8)=(4.92×101?)/(1.686×10?)≈29.2N/mm2≤125N/mm2，滿足。（3）折算應(yīng)力（取跨中腹板與翼緣交界處，σ=My/Ix×y，y=h0/2=200mm，M=180kN·m）：σ=1.8×10?×200/2.108×10?≈170.8×(200/210)=162.7N/mm2（翼緣與腹板交界處y=200mm，h=420mm，y=200mm在腹板內(nèi)）。τ=29.2N/mm2（此處τ為腹板平均剪應(yīng)力，實(shí)際交界處剪應(yīng)力接近最大值）。折算應(yīng)力√(σ2+3τ2)=√(162.72+3×29.22)=√(26471+2550)=√29021≈170.4N/mm2≤1.1×215=236.5N/mm2（β1=1.1），滿足。五、案例分析題該柱需要進(jìn)行平面內(nèi)和平面外的穩(wěn)定驗(yàn)算，步驟如下：1.平面內(nèi)穩(wěn)定驗(yàn)算（繞強(qiáng)軸x）：計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比λx=l0x/ix（ix為截面回轉(zhuǎn)半徑）；確定截面分類(lèi)（H形截面繞強(qiáng)軸，翼緣為焰切邊屬b類(lèi)，軋制或剪切邊屬c類(lèi)）；查穩(wěn)定系數(shù)φx；驗(yàn)算公式：N/(φxA)+βmxMx/[γxW1x(10.8N/NEx')]≤f，其中NE