國家開放大學《鋼結(jié)構(gòu)(本)》練習參考答案一、填空題（每空2分，共20分）1.鋼材的主要機械性能指標包括屈服強度、抗拉強度、伸長率、冷彎性能和__________。2.鋼結(jié)構(gòu)中，當應(yīng)力循環(huán)次數(shù)超過__________次時，需進行疲勞驗算。3.普通螺栓連接按受力方式可分為受剪連接、受拉連接和__________。4.軸心受壓構(gòu)件的整體失穩(wěn)形式主要有彎曲失穩(wěn)、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)和__________。5.梁的局部穩(wěn)定驗算中，翼緣的局部穩(wěn)定通過限制__________來保證。6.高強度螺栓連接按受力機理可分為摩擦型連接和__________。7.鋼材的冷加工時效會導(dǎo)致其__________提高，但塑性和韌性降低。8.實腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計需滿足強度、剛度、整體穩(wěn)定和__________要求。9.受彎構(gòu)件的撓度驗算屬于__________極限狀態(tài)設(shè)計。10.焊接殘余應(yīng)力對構(gòu)件的__________（強度/剛度/穩(wěn)定性）無影響，但會降低其整體穩(wěn)定性。二、單項選擇題（每題3分，共30分）1.下列鋼材性能中，屬于工藝性能的是（）。A.屈服強度B.冷彎性能C.抗拉強度D.沖擊韌性2.普通螺栓受剪連接中，最易發(fā)生的破壞形式是（）。A.螺栓桿被剪斷B.板件被擠壓破壞C.板件凈截面拉斷D.螺栓桿受彎破壞3.計算梁的抗彎強度時，需考慮截面塑性發(fā)展系數(shù)γ，其取值與（）有關(guān)。A.鋼材強度等級B.梁的跨度C.截面形式D.荷載類型4.軸心受壓構(gòu)件的長細比λ=l0/i，其中i為（）。A.截面回轉(zhuǎn)半徑B.截面慣性矩C.截面面積D.計算長度5.摩擦型高強度螺栓連接的抗剪承載力取決于（）。A.螺栓的抗剪強度B.被連接件接觸面的摩擦力C.螺栓的預(yù)拉力D.板件的擠壓強度6.鋼材的伸長率δ5表示（）。A.標距為5倍直徑的試件拉斷后的伸長率B.標距為50mm的試件拉斷后的伸長率C.標距為5倍板厚的試件拉斷后的伸長率D.標距為5d0（d0為試件直徑）的試件拉斷后的伸長率7.實腹式壓彎構(gòu)件的平面內(nèi)穩(wěn)定驗算需考慮（）。A.彎矩作用平面內(nèi)的整體失穩(wěn)B.彎矩作用平面外的整體失穩(wěn)C.局部失穩(wěn)D.疲勞破壞8.焊接殘余變形不包括（）。A.縱向收縮變形B.橫向收縮變形C.角變形D.溫度變形9.梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φb>0.6時，需進行修正，修正的原因是（）。A.梁進入彈塑性階段B.梁的剛度不足C.計算模型假設(shè)不成立D.荷載偏心影響10.下列關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計的描述，錯誤的是（）。A.鋼材的耐火極限約為0.25小時B.防火涂料厚度越厚，耐火時間越長C.柱的防火要求比梁低D.防火設(shè)計需滿足建筑耐火等級要求三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述鋼材的主要破壞形式及其特點。2.普通螺栓連接與高強度螺栓摩擦型連接在受剪時的工作機理有何不同？3.軸心受壓構(gòu)件設(shè)計時，為何需控制其長細比？4.梁的整體穩(wěn)定受哪些因素影響？提高梁整體穩(wěn)定性的措施有哪些？5.簡述焊接殘余應(yīng)力對鋼結(jié)構(gòu)性能的影響。四、計算題（共60分）1.（15分）某雙蓋板普通螺栓連接節(jié)點，鋼材為Q235，螺栓為C級M20（d=20mm，d0=21.5mm），螺栓排列如圖所示（圖示為單蓋板，雙蓋板總厚度t=2×10mm=20mm，主板厚度t1=16mm）。已知軸向拉力N=400kN，試驗算該連接的強度是否滿足要求。（已知：螺栓抗剪強度設(shè)計值fv=140N/mm2，承壓強度設(shè)計值fc=305N/mm2；鋼材抗拉強度設(shè)計值f=215N/mm2）（注：螺栓排列為兩排，每排3個，行距a=80mm，端距e1=40mm，邊距e2=40mm，螺栓中心距s=70mm）2.（20分）某簡支梁跨度l=6m，截面為焊接工字形（翼緣：300×12，腹板：500×8），鋼材為Q345（f=310N/mm2，fv=180N/mm2），承受均布荷載（含自重）q=80kN/m（設(shè)計值）。試驗算該梁的抗彎強度、抗剪強度及整體穩(wěn)定性是否滿足要求。（已知：截面參數(shù)Ix=1.2×10?mm?，Wnx=8×10?mm3，Sx=4.5×10?mm3，梁受壓翼緣側(cè)向支撐間距l(xiāng)1=3m，整體穩(wěn)定系數(shù)φb=0.85）3.（25分）某軸心受壓柱，計算長度l0x=l0y=6m，采用H型鋼截面（HM340×250×9×14），鋼材為Q235（f=215N/mm2）。已知截面參數(shù)：A=111.4cm2，ix=14.7cm，iy=6.2cm，λx=40.8，λy=96.8，穩(wěn)定系數(shù)φx=0.913（λx≤100），φy=0.523（λy>100）。若柱承受軸心壓力設(shè)計值N=1200kN，試驗算該柱的整體穩(wěn)定性和剛度是否滿足要求（長細比限值[λ]=150）。參考答案一、填空題1.沖擊韌性2.5×10?3.拉剪復(fù)合受力連接4.彎扭失穩(wěn)5.翼緣寬厚比6.承壓型連接7.強度（或屈服強度）8.局部穩(wěn)定9.正常使用10.強度二、單項選擇題1.B2.A3.C4.A5.B6.A7.A8.D9.A10.C三、簡答題1.鋼材的主要破壞形式包括：（1）塑性破壞：破壞前有明顯的變形（如頸縮現(xiàn)象），變形持續(xù)時間長，破壞過程緩慢，危險性?。唬?）脆性破壞：破壞前無明顯變形，突然發(fā)生，斷裂面平齊，危險性大；（3）疲勞破壞：在循環(huán)荷載作用下，裂紋逐漸擴展導(dǎo)致斷裂，破壞時應(yīng)力遠低于抗拉強度。2.普通螺栓受剪時，外力通過螺栓桿與孔壁的擠壓傳遞，螺栓桿可能被剪斷或孔壁被壓壞，屬于“承壓傳力”；高強度螺栓摩擦型連接通過螺栓預(yù)拉力使板件間產(chǎn)生摩擦力抵抗外力，外力不超過摩擦力時，板件間無相對滑移，螺栓桿不受剪，屬于“摩擦傳力”。3.控制長細比的原因：（1）長細比越大，構(gòu)件越易發(fā)生整體失穩(wěn)，穩(wěn)定承載力越低；（2）長細比過大時，構(gòu)件剛度不足，易產(chǎn)生過大變形；（3）長細比影響構(gòu)件的疲勞性能和抗動力荷載能力；（4）規(guī)范通過限制長細比保證構(gòu)件的使用性能和安全性。4.影響梁整體穩(wěn)定的因素：（1）梁的側(cè)向抗彎剛度和抗扭剛度（剛度越大，穩(wěn)定性越好）；（2）受壓翼緣的自由長度（長度越短，穩(wěn)定性越好）；（3）荷載類型及作用位置（上翼緣受荷比下翼緣更不利）；（4）截面形式（雙軸對稱截面優(yōu)于單軸對稱）；（5）端部約束條件（約束越強，穩(wěn)定性越好）。提高措施：（1）增加側(cè)向支撐（減小受壓翼緣自由長度）；（2）采用抗扭剛度大的截面（如箱形截面）；（3）將荷載作用于下翼緣；（4）增大截面尺寸（提高側(cè)向剛度）。5.焊接殘余應(yīng)力的影響：（1）對靜力強度無影響（不改變構(gòu)件的極限承載力）；（2）降低構(gòu)件的整體穩(wěn)定性（殘余壓應(yīng)力區(qū)提前進入塑性，削弱截面剛度）；（3）加速構(gòu)件的脆性破壞（殘余拉應(yīng)力與外荷載拉應(yīng)力疊加，易引發(fā)裂紋）；（4）影響構(gòu)件的疲勞性能（殘余拉應(yīng)力相當于增加了循環(huán)應(yīng)力的平均值）；（5）導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生焊接變形（如收縮變形、角變形等）。四、計算題1.解：（1）螺栓抗剪驗算：雙蓋板連接，每個螺栓受剪面數(shù)n=2，螺栓抗剪承載力設(shè)計值：Nvb=n×(πd2/4)×fv=2×(π×202/4)×140≈2×314.16×140≈87965N≈88kN螺栓總數(shù)n1=6個，總抗剪承載力Nv總=6×88=528kN>N=400kN，滿足。（2）螺栓承壓驗算：主板厚度t1=16mm<雙蓋板總厚度20mm，取t=16mm，承壓承載力設(shè)計值：Ncb=d×t×fc=20×16×305=97600N≈98kN總承壓承載力Nc總=6×98=588kN>400kN，滿足。（3）主板凈截面抗拉驗算：螺栓排列為兩排，每排3個，凈截面面積An=t1×(bn2×d0)，假設(shè)主板寬度b=螺栓邊距e2×2+中心距s×(n1)=40×2+70×2=80+140=220mm（注：實際題目未給b，此處假設(shè)b=220mm）。n2為截面削弱處螺栓數(shù)（最不利截面為第一排3個螺栓），An=16×(2203×21.5)=16×(22064.5)=16×155.5=2488mm2凈截面抗拉承載力Nt=An×f=2488×215≈534,920N≈535kN>400kN，滿足。綜上，連接強度滿足要求。2.解：（1）抗彎強度驗算：跨中最大彎矩Mmax=ql2/8=80×62/8=80×36/8=360kN·m=3.6×10?N·mm抗彎強度σ=Mmax/(γxWnx)，工字形截面γx=1.05（繞強軸）σ=3.6×10?/(1.05×8×10?)=3.6×10?/(8.4×10?)=428.57N/mm2>f=310N/mm2？（此處可能參數(shù)錯誤，實際Ix=1.2×10?mm?時，Wnx=Ix/(h/2)=1.2×10?/(256)=468750mm3≈4.69×10?mm3，原題中Wnx=8×10?可能過大，假設(shè)題目參數(shù)正確，則需檢查是否γx取值錯誤。若γx=1.0，則σ=3.6×10?/(8×10?)=450N/mm2>310N/mm2，顯然不滿足，可能題目中Ix應(yīng)為更大值，如Ix=2.4×10?mm?，則Wnx=2.4×10?/(256)=937500mm3≈9.38×10?mm3，此時σ=3.6×10?/(1.05×9.38×10?)=3.6×10?/9.85×10?≈365N/mm2>310N/mm2，仍不滿足。可能題目數(shù)據(jù)為假設(shè)，按題設(shè)參數(shù)計算：σ=3.6×10?/(1.05×8×10?)=428.57N/mm2>310N/mm2，不滿足（需調(diào)整截面）。（2）抗剪強度驗算：支座最大剪力Vmax=ql/2=80×6/2=240kN=2.4×10?N抗剪強度τ=VSx/(Ix×tw)，腹板厚度tw=8mmτ=2.4×10?×4.5×10?/(1.2×10?×8)=(1.08×1011)/(9.6×10?)=112.5N/mm2<fv=180N/mm2，滿足。（3）整體穩(wěn)定性驗算：整體穩(wěn)定應(yīng)力σ=Mmax/(φbWx)，Wx=Ix/(h/2)（假設(shè)h=500+2×12=524mm，h/2=262mm），則Wx=1.2×10?/262≈4.58×10?mm3（原題中Wnx=8×10?可能為Wx）。σ=3.6×10?/(0.85×8×10?)=3.6×10?/6.8×10?≈529.41N/mm2>f=310N/mm2，不滿足（需增加側(cè)向支撐或調(diào)整截面）。注：題目中可能存在參數(shù)設(shè)置不合理，實際設(shè)計中需調(diào)整截面