鋼結構期末考試題(含答案)一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列鋼材性能指標中，屬于鋼材塑性性能的關鍵指標是（）A.屈服強度（f_y）B.抗拉強度（f_u）C.伸長率（δ）D.沖擊韌性（A_kv）2.鋼結構中，Q355B鋼的“355”表示（）A.鋼材厚度≤16mm時的屈服強度標準值為355MPaB.鋼材的抗拉強度設計值為355MPaC.鋼材的伸長率不低于355%D.鋼材的沖擊韌性試驗溫度為355℃3.普通螺栓連接中，當螺栓桿直徑d=20mm時，構件上螺栓孔的直徑應為（）A.20mmB.21mmC.22mmD.24mm4.焊接殘余應力對構件的影響是（）A.提高構件的整體穩(wěn)定性B.降低構件的靜力強度C.不影響構件的靜力強度，但降低其疲勞強度D.提高構件的局部承壓能力5.軸心受壓構件的整體穩(wěn)定性驗算公式為N/(φA)≤f，其中φ是（）A.截面塑性發(fā)展系數(shù)B.長細比修正系數(shù)C.穩(wěn)定系數(shù)，與長細比和截面類型有關D.荷載分項系數(shù)6.工字形截面簡支梁受純彎曲作用時，其整體失穩(wěn)的形式是（）A.彎扭失穩(wěn)B.彎曲失穩(wěn)C.剪切失穩(wěn)D.局部失穩(wěn)7.鋼結構中，用于直接承受動力荷載的焊接連接，其焊縫質(zhì)量等級應不低于（）A.一級B.二級C.三級D.四級8.高強度螺栓摩擦型連接的抗剪承載力主要取決于（）A.螺栓的抗拉強度B.被連接構件接觸面的摩擦力C.螺栓桿的抗剪強度D.構件的承壓強度9.計算綴條式格構柱繞虛軸的整體穩(wěn)定性時，需要采用換算長細比λ_ox，其目的是（）A.考慮綴條的變形對整體穩(wěn)定性的影響B(tài).簡化計算，將格構柱等效為實腹柱C.考慮柱肢的局部失穩(wěn)D.提高穩(wěn)定系數(shù)的精度10.多高層鋼結構中，框架支撐體系的主要作用是（）A.提高結構的抗側移剛度B.增加結構的跨度C.降低用鋼量D.改善建筑的采光性能二、填空題（每空1分，共20分）1.鋼材的主要機械性能指標包括__________、__________、__________和沖擊韌性。2.焊接連接的主要缺陷有__________、__________、__________等（列舉3種）。3.普通螺栓連接按受力方式可分為__________、__________和__________三種類型。4.軸心受壓構件的局部失穩(wěn)驗算通常采用__________原則，即限制板件的__________。5.受彎構件的強度驗算包括__________、__________、__________和局部承壓強度驗算。6.鋼結構的抗震設計應遵循“__________、__________、__________”的三水準設防目標。7.格構柱的綴材分為__________和__________兩種形式，其中__________的抗扭剛度更高。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述鋼材中硫、磷元素對鋼材性能的影響。2.比較普通螺栓受拉連接與高強度螺栓受拉連接的破壞模式差異。3.說明工字形截面軸心受壓構件可能發(fā)生的失穩(wěn)形式，并解釋為何繞弱軸的穩(wěn)定性更差。4.簡述焊接工字梁腹板加勁肋的設置原則（包括橫向加勁肋、縱向加勁肋和短加勁肋）。5.多高層鋼結構中，框架結構與框架支撐結構的抗側力性能有何不同？設計時如何選擇結構體系？四、計算題（共25分）1.（10分）某軸心受壓鋼柱，采用焊接工字形截面（翼緣為焰切邊），截面尺寸為：翼緣b×t=300mm×16mm，腹板h×tw=500mm×10mm，柱計算長度l_ox=l_oy=6m。鋼材為Q355鋼（f=310MPa），焊條為E50型（f_w^t=f_w^v=265MPa）。要求：（1）計算截面的幾何特性（A、I_x、I_y、i_x、i_y）；（2）驗算該柱的整體穩(wěn)定性是否滿足要求（φ值查表：當λ≤100時，b類截面φ=1.00.00186λ；當λ>100時，b類截面φ=0.877×(300/λ)^1.5，λ以100為分界）。2.（15分）某雙蓋板對接焊縫連接（圖1），鋼板寬度b=250mm，厚度t=12mm，鋼材為Q355鋼（f=310MPa），焊縫質(zhì)量等級為二級（f_w^t=265MPa）。構件承受軸心力設計值N=1800kN（靜載），試：（1）計算焊縫的有效截面面積；（2）驗算焊縫的抗拉強度是否滿足要求；（3）若焊縫改為三面圍焊的角焊縫（焊腳尺寸h_f=8mm，f_f^w=200MPa），計算焊縫的承載力是否滿足要求（提示：側面角焊縫計算長度取實際長度減2h_f，正面角焊縫計算長度取實際長度）。五、論述題（5分）結合工程實例，論述鋼結構“強節(jié)點弱構件”抗震設計原則的具體實現(xiàn)方法及意義。答案一、單項選擇題1.C2.A3.B4.C5.C6.A7.B8.B9.A10.A二、填空題1.屈服強度；抗拉強度；伸長率2.裂紋；氣孔；夾渣（或未熔合、未焊透等）3.受剪連接；受拉連接；拉剪連接4.等穩(wěn)定性；寬厚比（或高厚比）5.彎曲正應力；剪應力；折算應力6.小震不壞；中震可修；大震不倒7.綴條；綴板；綴板三、簡答題1.硫（S）：是鋼材中的有害元素，會增加鋼材的熱脆性（高溫下易脆斷），降低可焊性和沖擊韌性；磷（P）：會增加鋼材的冷脆性（低溫下易脆斷），提高強度但顯著降低塑性和韌性，也會影響可焊性。2.普通螺栓受拉連接：破壞模式為螺栓桿被拉斷（當螺栓強度不足時）或板件被拉斷（當板件凈截面強度不足時）；高強度螺栓受拉連接：由于預拉力作用，外力主要由板件間的壓力平衡，螺栓桿承受的拉力增量較小，破壞模式通常為螺栓桿被拉斷（需滿足抗拉強度設計值），且需控制板件間的分離（避免連接失效）。3.可能的失穩(wěn)形式：繞強軸（x軸）的彎曲失穩(wěn)、繞弱軸（y軸）的彎曲失穩(wěn)或彎扭失穩(wěn)。由于工字形截面繞弱軸（y軸）的回轉半徑i_y遠小于繞強軸的i_x，因此長細比λ_y=l_oy/i_y更大，穩(wěn)定系數(shù)φ更小，導致繞弱軸的整體穩(wěn)定性更差。4.腹板加勁肋設置原則：橫向加勁肋：當腹板高厚比h_0/tw>80√(235/f_y)時必須設置，間距a≤2h_0；縱向加勁肋：當h_0/tw>170√(235/f_y)時，需在腹板受壓區(qū)設置，位于距腹板受壓邊緣h_0/5~h_0/4處；短加勁肋：當同時承受較大集中荷載時，可在橫向加勁肋之間設置，間距≤1.5h_0。5.框架結構抗側移剛度較低，水平位移較大，適用于層數(shù)較少（≤15層）的建筑；框架支撐結構通過支撐（如交叉支撐、人字形支撐）提供額外抗側剛度，水平位移小，適用于較高（15~30層）的建筑。選擇時需考慮建筑高度、使用功能（如大空間需求）、抗震要求及經(jīng)濟性，框架結構靈活但剛度低，框架支撐結構剛度高但可能影響建筑布置。四、計算題1.（1）截面幾何特性計算：A=2×300×16+500×10=9600+5000=14600mm2I_x=[300×(500+2×16)3/12(30010)×5003/12]（近似計算）≈(300×5323290×5003)/12≈3.14×10^9mm?（精確計算：翼緣對x軸慣性矩=2×[300×163/12+300×16×(250+8)2]=2×[102400+300×16×2582]=2×[102400+300×16×66564]=2×[102400+319,507,200]=639,219,200mm?；腹板對x軸慣性矩=10×5003/12≈104,166,667mm?；總I_x≈639,219,200+104,166,667≈743,385,867mm?）i_x=√(I_x/A)=√(743,385,867/14600)≈√50917≈225.6mmI_y=2×[16×3003/12]+500×103/12=2×[3,600,000]+41,666≈7,241,666mm?i_y=√(I_y/A)=√(7,241,666/14600)≈√496≈22.3mm（2）整體穩(wěn)定性驗算：λ_x=l_ox/i_x=6000/225.6≈26.6；λ_y=l_oy/i_y=6000/22.3≈269.1（超過100）查表得b類截面，λ_y=269.1>100，φ=0.877×(300/269.1)^1.5≈0.877×(1.115)^1.5≈0.877×1.17≈1.026（但實際規(guī)范中φ≤1，此處可能計算誤差，正確查表應為：Q355鋼對應b類截面，λ=270時φ≈0.21）穩(wěn)定承載力N/φA=1800×103/(0.21×14600)≈1800000/(3066)≈587MPa>310MPa（不滿足，需調(diào)整截面）（注：因計算過程復雜，實際考試中可能簡化數(shù)據(jù)，此處僅為示例。）2.（1）對接焊縫有效面積A_w=b×t=250×12=3000mm2（2）焊縫抗拉強度驗算：σ=N/A_w=1800×103/3000=600MPa>f_w^t=265MPa（不滿足，需采用斜焊縫或加引弧板）（3）三面圍焊承載力計算：側面角焊縫長度l1=2502×8=234mm（兩側，總長度2×234=468mm）正面角焊縫長度l2=250mm（有效長度取實際長度）承載力N=β_f×h_e×l2×f_f^w+2×h_e×l1×f_f^wh_e=0.7×8=5.6mm，β_f=1.22（正面焊縫）N=1.22×5.6×250×200+2×5.6×234×200=1.22×280000+2×262080=341,600+524,160=865,760N≈866kN<1800kN（不滿足，需增大焊腳尺寸或焊縫長度）五、論述題“強節(jié)點弱構件”原則要求節(jié)點的承載力高于連接構件的承載力，確保地震時構件先于節(jié)點破壞，避免結構倒塌。實現(xiàn)方法：（1）節(jié)點設計時，通過增大節(jié)點板厚度、加強焊縫或螺栓連接，使節(jié)點抗剪/抗彎承載力≥1.2倍構件的全塑性承載力；（