鋼結(jié)構(gòu)原理試卷及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列鋼材性能指標中，屬于鋼材工藝性能的是（）。A.屈服強度B.伸長率C.冷彎性能D.沖擊韌性2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，計算疲勞時采用的荷載取值為（）。A.標準值B.設(shè)計值C.組合值D.頻遇值3.普通螺栓受剪連接中，當栓桿直徑d=20mm時，端距e的最小要求為（）。A.2dB.2.5dC.3dD.4d4.工字形截面軸心受壓構(gòu)件發(fā)生彎扭屈曲的條件是（）。A.繞強軸長細比λx較小B.繞弱軸長細比λy較小C.構(gòu)件截面抗扭剛度較低D.構(gòu)件長度過短5.焊接工字形截面簡支梁，當受壓翼緣寬度b1與厚度t之比超過（）時，需設(shè)置橫向加勁肋防止局部失穩(wěn)。A.13√(235/fy)B.15√(235/fy)C.18√(235/fy)D.20√(235/fy)6.摩擦型高強度螺栓連接的極限承載力由（）控制。A.螺栓桿受剪破壞B.板件承壓破壞C.摩擦面抗滑移承載力D.螺栓桿受拉破壞7.計算梁的整體穩(wěn)定時，當梁受壓翼緣側(cè)向支撐點間距l(xiāng)1與翼緣寬度b1之比不大于（）時，可不計算整體穩(wěn)定。A.5B.6C.10D.158.格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的整體穩(wěn)定計算中，需采用換算長細比λ0x，其目的是（）。A.考慮綴材抗剪剛度的影響B(tài).考慮構(gòu)件初彎曲的影響C.考慮截面殘余應(yīng)力的影響D.考慮荷載偏心的影響9.壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定驗算公式中，βmx為等效彎矩系數(shù)，對僅受端彎矩作用的構(gòu)件，βmx取值為（）。A.0.6B.0.85C.1.0D.1.210.下列關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計的描述中，錯誤的是（）。A.鋼材的彈性模量隨溫度升高而降低B.當溫度達到500℃時，鋼材強度約為常溫的一半C.防火涂料的厚度需根據(jù)耐火極限要求確定D.鋼柱的防火保護應(yīng)優(yōu)先采用空心包裹法二、填空題（每空1分，共15分）1.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，承載能力極限狀態(tài)包括構(gòu)件或連接的強度破壞、______、因過度變形而不適于繼續(xù)承載等。2.鋼材的伸長率δ5是指標距為______倍試件直徑的伸長率。3.對接焊縫按質(zhì)量等級分為三級，其中______級焊縫需進行100%超聲波探傷。4.普通螺栓受拉連接中，螺栓的抗拉承載力設(shè)計值Ntb=______（公式）。5.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)φ與構(gòu)件的長細比λ、______和截面類型有關(guān)。6.梁的局部穩(wěn)定驗算中，腹板的高厚比h0/tw需滿足h0/tw≤______（用λ表示）以保證腹板在彎剪共同作用下的穩(wěn)定性。7.高強度螺栓的預(yù)拉力P是根據(jù)螺栓的______和施工控制要求確定的。8.格構(gòu)式構(gòu)件的綴材分為綴條和______兩種形式。9.壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定驗算中，需考慮______的影響，通常采用等效彎矩系數(shù)βtx。10.鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞屬于______斷裂，其裂紋擴展分為萌生、穩(wěn)定擴展和失穩(wěn)擴展三個階段。11.計算組合梁的撓度時，應(yīng)采用荷載的______值，并考慮長期作用的影響。12.鋼材的冷脆轉(zhuǎn)變溫度是指鋼材由______破壞轉(zhuǎn)為脆性破壞的臨界溫度。13.螺栓群受偏心力矩作用時，最不利螺栓的內(nèi)力計算需考慮______和______兩種效應(yīng)的疊加。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述鋼材的主要力學(xué)性能指標及其工程意義。2.對比普通螺栓受剪連接與摩擦型高強度螺栓受剪連接的破壞模式差異。3.說明軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定驗算的基本原理及保證局部穩(wěn)定的主要措施。4.解釋梁的整體失穩(wěn)現(xiàn)象，并列舉提高梁整體穩(wěn)定性的主要方法。5.分析格構(gòu)式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定驗算與實腹式壓彎構(gòu)件的主要區(qū)別。四、計算題（共25分）1.（10分）某焊接工字形截面軸心受壓柱，截面尺寸為翼緣b×t=300mm×12mm，腹板h0×tw=400mm×8mm，計算長度lox=5m，loy=2.5m（繞x軸為強軸，繞y軸為弱軸）。鋼材為Q235B（fy=235N/mm2，f=215N/mm2），截面無削弱。試驗算該柱的整體穩(wěn)定性。（注：x軸為截面強軸，繞x軸的回轉(zhuǎn)半徑ix=√[(Ix)/(A)]，Ix=(bh3(btw)h03)/12；繞y軸的回轉(zhuǎn)半徑iy=√[(Iy)/(A)]，Iy=2×(tb3)/12；A=2bt+twh0；長細比λx=lox/ix，λy=loy/iy；φ值查表：當λ=60，截面類型b類，φ=0.807；λ=70，φ=0.751；λ=80，φ=0.688）2.（15分）某雙蓋板對接連接（圖1），采用M20（d=20mm，d0=21.5mm）普通螺栓，鋼材為Q345（fvb=140N/mm2，fcb=305N/mm2，f=295N/mm2）。已知鋼板寬度b=240mm，厚度t=12mm，蓋板厚度t1=8mm，承受軸心力設(shè)計值N=600kN。試驗算該連接的強度（注：螺栓排列為兩列錯排，端距e1=40mm，邊距e2=35mm，螺栓間距s=70mm，s1=50mm，s2=50mm；鋼板凈截面面積An=bt(n1d0)t，其中n1為最不利截面的螺栓孔數(shù)；螺栓受剪面數(shù)nv=2，受剪承載力Nvb=nv(πd2/4)fvb；承壓承載力Ncb=dtminfcb，tmin為較薄板件厚度）。五、論述題（10分）結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的要求，論述“強節(jié)點弱構(gòu)件”原則的具體含義及其在連接設(shè)計中的實現(xiàn)方法。參考答案一、單項選擇題1.C2.A3.B4.C5.A6.C7.A8.A9.C10.D二、填空題1.結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的失穩(wěn)2.53.一4.0.8πde2/4ftb5.鋼材強度等級6.(25+0.5λ)√(235/fy)7.材料強度8.綴板9.彎矩作用平面外的屈曲10.脆性11.標準12.塑性13.軸力；彎矩三、簡答題1.鋼材的主要力學(xué)性能指標包括：（1）屈服強度fy：鋼材開始產(chǎn)生塑性變形的應(yīng)力，是設(shè)計中強度取值的依據(jù)；（2）抗拉強度fu：鋼材的最大承載能力，fy/fu（屈強比）反映鋼材的安全儲備；（3）伸長率δ：衡量鋼材塑性變形能力的指標，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加工過程中抵抗裂紋的能力；（5）沖擊韌性：反映鋼材在沖擊荷載或低溫下的抗脆斷能力。2.破壞模式差異：（1）普通螺栓受剪連接：可能發(fā)生螺栓桿被剪斷、板件孔壁承壓破壞、板件凈截面拉斷、板件端部沖剪破壞；（2）摩擦型高強度螺栓受剪連接：通過螺栓預(yù)拉力使板件間產(chǎn)生摩擦力抵抗剪力，極限狀態(tài)為摩擦力被克服（板件間發(fā)生相對滑移），不考慮螺栓桿受剪或承壓破壞。3.局部穩(wěn)定驗算原理：確保構(gòu)件在整體失穩(wěn)前，其組成板件不發(fā)生局部屈曲。主要措施：限制板件的寬厚比（如翼緣b/t≤15√(235/fy)，腹板h0/tw≤(25+0.5λ)√(235/fy)）；設(shè)置加勁肋（橫向、縱向加勁肋）以減小板件的計算寬度。4.整體失穩(wěn)現(xiàn)象：梁在彎矩作用下，受壓翼緣向側(cè)向屈曲并繞縱軸扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。提高穩(wěn)定性的方法：增加受壓翼緣的側(cè)向支撐（減小l1）；增大受壓翼緣的寬度（提高Iy）；采用閉合箱形截面（提高抗扭剛度）；施加預(yù)應(yīng)力或設(shè)置側(cè)向支撐桁架。5.主要區(qū)別：（1）格構(gòu)式構(gòu)件繞虛軸的穩(wěn)定需考慮綴材的抗剪影響（采用換算長細比λ0x）；（2）實腹式構(gòu)件的截面應(yīng)力分布連續(xù)，格構(gòu)式構(gòu)件需計算分肢的內(nèi)力并驗算分肢穩(wěn)定；（3）格構(gòu)式構(gòu)件的彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定驗算需考慮綴材與分肢的協(xié)同工作，實腹式構(gòu)件直接按整體截面計算。四、計算題1.解：（1）計算截面參數(shù)：A=2×300×12+400×8=7200+3200=10400mm2Ix=[300×(400+2×12)3(3008)×4003]/12=[300×4243292×4003]/12≈(300×7.62×107292×6.4×107)/12≈(2.286×10101.869×1010)/12≈3.475×109/12≈2.896×108mm?ix=√(Ix/A)=√(2.896×108/10400)≈√27846≈167mmIy=2×(12×3003)/12=2×(12×2.7×107)/12=5.4×107mm?iy=√(Iy/A)=√(5.4×107/10400)≈√5192≈72mm（2）計算長細比：λx=lox/ix=5000/167≈29.9；λy=loy/iy=2500/72≈34.7（3）查表：截面類型為b類（工字形焊接，翼緣焰切邊），λy=34.7接近35，φ≈0.918（插值計算：λ=30，φ=0.936；λ=40，φ=0.899，34.7時φ≈0.936(34.730)/(4030)×(0.9360.899)=0.9360.47×0.037≈0.919）（4）驗算整體穩(wěn)定：N/(φA)=600×103/(0.919×10400)≈600000/9557.6≈62.8N/mm2≤f=215N/mm2，滿足。2.解：（1）螺栓受剪驗算：nv=2，d=20mm，fvb=140N/mm2Nvb=2×(π×202/4)×140=2×314.16×140≈87965N≈88kN螺栓數(shù)n=8，總受剪承載力8×88=704kN≥N=600kN，滿足。（2）螺栓承壓驗算：較薄板件厚度tmin=8mm（蓋板），fcb=305N/mm2Ncb=d×tmin×fcb=20×8×305=48800N≈48.8kN總承壓承載力8×48.8=390.4kN＜600kN？需檢查是否計算錯誤（實際應(yīng)為鋼板厚度t=12mm與蓋板t1=8mm，取較小值8mm，故Ncb=20×8×305=48.8kN，8個螺栓總承載力390.4kN，小于600kN，不滿足？但可能螺栓排列為兩列錯排，最不利截面螺栓數(shù)n1=2？需重新計算鋼板凈截面。（3）鋼板凈截面驗算：螺栓排列為錯排，最不利截面可能穿過兩孔（路徑：e1→s1→s2→邊距），凈截面長度b2d0+s12/(4s2)=2402×21.5+502/(4×50)=24043+12.5=209.5mmAn=209.5×12=2514mm2σ=N/An=600×103/2514≈238.7N/mm2≤f=295N/mm2，滿足。（4）結(jié)論：螺栓承壓不滿足（390.4kN＜600kN），需調(diào)整螺栓數(shù)量或直徑。五、論述題“強節(jié)點弱構(gòu)件”原則指在地震作用下，節(jié)點的承載力應(yīng)高于連接構(gòu)件的承載力，確保地震