北京科技大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)原理考試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服條件是由（）決定的。A.最大主拉應(yīng)力B.最大剪應(yīng)力C.折算應(yīng)力D.最小主壓應(yīng)力2.普通螺栓受剪連接中，當(dāng)板件厚度之和超過螺栓桿的5倍直徑時(shí)，可能發(fā)生的破壞形式是（）。A.螺栓桿剪切破壞B.板件承壓破壞C.螺栓桿受彎破壞D.板件拉斷破壞3.焊接殘余應(yīng)力對構(gòu)件的（）無影響。A.靜力強(qiáng)度B.剛度C.低溫冷脆D.疲勞強(qiáng)度4.工字形截面軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)繞強(qiáng)軸（x軸）失穩(wěn)時(shí)，其屈曲形式為（）。A.彎曲屈曲B.扭轉(zhuǎn)屈曲C.彎扭屈曲D.剪切屈曲5.梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φb的取值與（）無關(guān)。A.梁的側(cè)向支撐點(diǎn)間距B.梁的截面尺寸C.梁的材料強(qiáng)度D.梁上荷載作用位置6.摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接與承壓型高強(qiáng)度螺栓連接的主要區(qū)別在于（）。A.螺栓材料不同B.預(yù)拉力不同C.設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則不同D.施工工藝不同7.計(jì)算格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的整體穩(wěn)定時(shí)，需采用換算長細(xì)比λox，這是因?yàn)椋ǎ.格構(gòu)式構(gòu)件的整體剛度比實(shí)腹式小B.格構(gòu)式構(gòu)件的綴材剪切變形影響顯著C.格構(gòu)式構(gòu)件的單肢可能先失穩(wěn)D.格構(gòu)式構(gòu)件的截面回轉(zhuǎn)半徑較大8.對于承受動(dòng)力荷載的焊接工字形截面梁，其腹板與翼緣的連接焊縫應(yīng)采用（）。A.正面角焊縫B.側(cè)面角焊縫C.部分熔透焊縫D.完全熔透焊縫9.下列哪項(xiàng)不是影響鋼材疲勞強(qiáng)度的主要因素？（）A.應(yīng)力循環(huán)次數(shù)B.應(yīng)力比C.鋼材強(qiáng)度等級D.構(gòu)件表面質(zhì)量10.雙肢格構(gòu)柱繞實(shí)軸（y軸）的穩(wěn)定計(jì)算與實(shí)腹式構(gòu)件相同，而繞虛軸（x軸）的穩(wěn)定計(jì)算需考慮（）。A.單肢穩(wěn)定B.綴材強(qiáng)度C.剪切變形影響D.截面不對稱性二、填空題（每空1分，共15分）1.鋼材的塑性指標(biāo)通常用（）和（）表示。2.角焊縫的計(jì)算長度不得小于（），也不得大于（）（當(dāng)承受靜載或間接動(dòng)載時(shí)）。3.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)φ是根據(jù)（）和（）確定的。4.梁的局部穩(wěn)定驗(yàn)算中，對于工字形截面簡支梁，當(dāng)（）時(shí)，腹板可僅配置橫向加勁肋。5.高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P是根據(jù)（）和（）確定的。6.實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的平面內(nèi)穩(wěn)定驗(yàn)算需考慮（）和（）的共同作用。7.鋼結(jié)構(gòu)中，鋼材的伸長率δ5是指（）的伸長率。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述鋼材的主要機(jī)械性能指標(biāo)及其工程意義。2.普通螺栓受拉連接中，為何要限制端距≥2d0（d0為螺栓孔徑）？3.對比分析焊接梁與軋制梁的優(yōu)缺點(diǎn)。4.解釋“柱的計(jì)算長度”的物理意義，并說明影響框架柱計(jì)算長度的主要因素。5.簡述鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞的特征及設(shè)計(jì)中提高疲勞強(qiáng)度的主要措施。四、計(jì)算題（共35分）1.角焊縫連接計(jì)算（10分）某雙蓋板拼接的對接連接，鋼材為Q235B（f=215N/mm2），采用E43型焊條（角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ffw=160N/mm2）。被連接鋼板截面為280×12（寬度×厚度），雙蓋板截面為280×8（每側(cè)蓋板）。要求：（1）設(shè)計(jì)側(cè)面角焊縫的長度（采用雙面焊縫，焊縫厚度hf=8mm）；（2）驗(yàn)算拼接接頭的靜載強(qiáng)度是否滿足要求（不考慮孔前傳力）。2.普通螺栓受剪連接計(jì)算（8分）某梁柱節(jié)點(diǎn)采用C級普通螺栓連接（螺栓直徑d=20mm，孔徑d0=21.5mm），鋼材為Q235B（fvb=140N/mm2，fcb=305N/mm2）。螺栓排列如圖1所示（3排×2列，螺栓間距s1=70mm，s2=80mm，端距e1=40mm，邊距e2=40mm），被連接構(gòu)件厚度t=12mm（主板）和t1=8mm（蓋板）。試計(jì)算該連接的受剪承載力設(shè)計(jì)值。（注：圖1為簡化示意圖，螺栓排列為3行2列，行間距s1=70mm，列間距s2=80mm，端距e1=40mm，邊距e2=40mm）3.軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定驗(yàn)算（9分）某軸心受壓柱，截面為焊接工字形（H400×200×8×12），計(jì)算長度lox=6m（繞x軸），loy=3m（繞y軸）。鋼材為Q345B（f=310N/mm2），截面參數(shù)：A=89.6×102mm2，Ix=216.8×10?mm?，Iy=36.2×10?mm?，ix=155mm，iy=63.5mm。要求：（1）計(jì)算構(gòu)件的長細(xì)比λx、λy；（2）確定整體穩(wěn)定系數(shù)φ（查表：當(dāng)λx=38.7，b類截面，φx=0.913；λy=47.2，b類截面，φy=0.857）；（3）驗(yàn)算構(gòu)件的整體穩(wěn)定性（設(shè)計(jì)荷載N=2000kN）。4.梁的強(qiáng)度與整體穩(wěn)定驗(yàn)算（8分）某簡支梁跨度6m，截面為軋制H型鋼HN500×200×10×16（截面參數(shù)：A=119.2cm2，Wx=1913cm3，Ix=47825cm?，y1=21.4mm，tw=10mm），鋼材為Q235B（f=215N/mm2，fv=125N/mm2）。梁上作用均布荷載設(shè)計(jì)值q=45kN/m（含自重），跨中設(shè)一道側(cè)向支撐。要求：（1）驗(yàn)算梁的抗彎強(qiáng)度；（2）驗(yàn)算梁的抗剪強(qiáng)度；（3）驗(yàn)算梁的整體穩(wěn)定性（已知φb=0.92）。答案一、單項(xiàng)選擇題1.C2.C3.A4.A5.C6.C7.B8.D9.C10.C二、填空題1.伸長率；斷面收縮率2.8hf；60hf3.長細(xì)比；截面分類4.h0/tw≤170√(235/fy)5.螺栓材料強(qiáng)度；有效截面面積6.彎矩；軸力7.標(biāo)距為5倍直徑（或5倍板厚）三、簡答題1.主要機(jī)械性能指標(biāo)包括：屈服強(qiáng)度fy：衡量鋼材抵抗塑性變形的能力，是設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)；抗拉強(qiáng)度fu：反映鋼材的極限承載能力，fy/fu比值（屈強(qiáng)比）影響結(jié)構(gòu)安全儲備；伸長率δ：衡量鋼材塑性變形能力，δ越大，延性越好；沖擊韌性ak：反映鋼材在動(dòng)載或低溫下的抗脆斷能力；冷彎性能：檢驗(yàn)鋼材加工性能和內(nèi)部缺陷的指標(biāo)。2.限制端距≥2d0是為了防止板件在螺栓桿受拉時(shí)發(fā)生端部剪切破壞（“沖剪破壞”）。若端距過小，螺栓拉力會導(dǎo)致板件沿端距方向產(chǎn)生剪力，當(dāng)端距不足時(shí)，板件可能被螺栓“沖切”拉斷，因此需通過最小端距保證板件局部強(qiáng)度。3.焊接梁與軋制梁對比：優(yōu)點(diǎn)：焊接梁截面尺寸靈活，可根據(jù)受力需求調(diào)整翼緣和腹板厚度，材料利用率高；適用于大跨度或特殊截面需求。缺點(diǎn)：焊接梁需額外焊接工序，殘余應(yīng)力和變形較大，制作成本較高；軋制梁為工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定，施工快捷，成本低，但截面尺寸固定，可能無法完全匹配受力需求。4.柱的計(jì)算長度是將實(shí)際約束條件下的柱等效為兩端鉸接的理想柱時(shí)的長度，其物理意義是反映柱端約束對整體穩(wěn)定的影響（約束越強(qiáng)，計(jì)算長度越短）。影響框架柱計(jì)算長度的主要因素包括：柱端節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度（與梁的線剛度比有關(guān)）、框架類型（無側(cè)移或有側(cè)移）、荷載分布等。5.疲勞破壞特征：無明顯塑性變形，破壞時(shí)應(yīng)力遠(yuǎn)低于靜載強(qiáng)度；斷口分為裂紋源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)（貝紋線）和瞬斷區(qū)。提高疲勞強(qiáng)度的措施：減少應(yīng)力集中（如采用圓弧過渡、避免尖角）；改善表面質(zhì)量（如打磨、噴丸）；降低應(yīng)力幅（優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少重復(fù)荷載幅值）；選用質(zhì)量等級高的鋼材（如Q345C/D/E）。四、計(jì)算題1.角焊縫連接計(jì)算（1）側(cè)面角焊縫長度計(jì)算：被連接鋼板承受的軸力N=A·f=280×12×215=722,400N（722.4kN）。雙面?zhèn)让娼呛缚p的有效截面面積Aew=2×0.7hf×lw（lw為每條焊縫計(jì)算長度）。由N≤βf·ffw·Aew（靜載βf=1.0），得：lw≥N/(2×0.7hf×ffw)=722400/(2×0.7×8×160)=722400/1792≈403mm。焊縫實(shí)際長度l=lw+2hf=403+16=419mm（取420mm，滿足≥8hf=64mm且≤60hf=480mm）。（2）拼接接頭強(qiáng)度驗(yàn)算：主板凈截面面積An=280×122×21.5×12（假設(shè)螺栓孔d0=21.5mm，但本題為焊縫連接，無螺栓孔，故凈截面等于毛截面）。因焊縫連接無削弱，主板強(qiáng)度N=722.4kN≤A·f=280×12×215=722.4kN，滿足要求。2.普通螺栓受剪連接計(jì)算螺栓受剪面數(shù)n=1（單剪），每個(gè)螺栓抗剪承載力：Nvb=πd2/4·fvb=π×202/4×140≈43,982N（44kN）。每個(gè)螺栓承壓承載力（取較薄板t1=8mm）：Ncb=d·t1·fcb=20×8×305=48,800N（48.8kN）。連接共有3×2=6個(gè)螺栓，受剪承載力設(shè)計(jì)值取min(Nvb,Ncb)×n=44×6=264kN。3.軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定驗(yàn)算（1）長細(xì)比計(jì)算：λx=lox/ix=6000/155≈38.7；λy=loy/iy=3000/63.5≈47.2。（2）整體穩(wěn)定系數(shù)：φ=min(φx,φy)=0.857（取繞弱軸y的φy）。（3）整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：σ=N/(φA)=2000×103/(0.857×89.6×102)=2000000/(76883.2)≈25.9N/mm2≤f=310N/mm2，滿足要求。4.梁的強(qiáng)度與整體穩(wěn)定驗(yàn)算（1）抗彎強(qiáng)度：跨中最大彎矩M=ql2/8=45×62/8=202.5kN·m=202.5×10?N·mm。σ=M/(γxWx)，軋制H型鋼γx=1.05（繞強(qiáng)軸），σ=202.5×10?/(1.05×1913×103)=202500000/2008650≈100.8N/mm2≤215N/mm2，滿足。（2）抗剪強(qiáng)度：支座最大剪力V=