2025年鋼結(jié)構(gòu)原理試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.下列關(guān)于鋼材疲勞破壞的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.疲勞破壞屬于脆性斷裂B.應(yīng)力循環(huán)次數(shù)越多，疲勞強(qiáng)度越低C.應(yīng)力集中會(huì)顯著降低疲勞壽命D.鋼材的疲勞強(qiáng)度與靜力強(qiáng)度正相關(guān)2.某Q355B鋼材的伸長率δ?=21%，δ??=18%，其差異主要源于（）。A.標(biāo)距長度不同B.加載速率差異C.試件截面形狀D.鋼材冶煉工藝3.普通C級(jí)螺栓連接受剪時(shí)，其破壞形式優(yōu)先考慮（）。A.螺桿受剪破壞B.孔壁承壓破壞C.板件拉斷破壞D.螺桿彎曲破壞4.軸心受壓構(gòu)件采用雙軸對(duì)稱截面時(shí)，其失穩(wěn)形式通常為（）。A.彎曲失穩(wěn)B.扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)C.彎扭失穩(wěn)D.局部失穩(wěn)5.計(jì)算焊接工字形截面梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φ_b時(shí)，若梁受壓翼緣自由長度l?增大，其他參數(shù)不變，則φ_b將（）。A.增大B.減小C.不變D.先增后減6.下列關(guān)于摩擦型高強(qiáng)螺栓連接的說法，正確的是（）。A.依靠螺栓桿抗剪傳遞荷載B.極限承載力高于承壓型連接C.荷載達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)螺栓可能滑移D.需控制接觸面抗滑移系數(shù)7.焊接殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件的影響，不包括（）。A.降低結(jié)構(gòu)剛度B.影響壓桿穩(wěn)定承載力C.加速低溫冷脆D.降低靜力強(qiáng)度8.計(jì)算綴條式格構(gòu)柱繞虛軸的整體穩(wěn)定時(shí)，需采用換算長細(xì)比λ?x，其目的是（）。A.考慮綴條抗剪剛度的影響B(tài).修正截面不對(duì)稱的偏差C.反映局部屈曲的提前發(fā)生D.等效實(shí)腹式構(gòu)件的計(jì)算長度9.工字形截面簡(jiǎn)支梁受均布荷載作用，當(dāng)梁高h(yuǎn)增大時(shí)，其抗彎強(qiáng)度（）。A.顯著提高B.基本不變C.略有降低D.先增后減10.下列鋼材性能指標(biāo)中，屬于工藝性能的是（）。A.屈服強(qiáng)度B.冷彎性能C.沖擊韌性D.彈性模量二、填空題（每題2分，共10分）1.鋼材的伸長率δ是衡量其______性能的重要指標(biāo)，δ??表示標(biāo)距為______倍截面直徑的試件拉斷伸長率。2.角焊縫的有效厚度為______，當(dāng)焊腳尺寸為h_f時(shí)，其取值為______（直角角焊縫）。3.軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)φ與______、______和截面類型有關(guān)。4.梁的局部穩(wěn)定驗(yàn)算中，對(duì)于受壓板件，通常采用______或______的方法保證其穩(wěn)定性。5.鋼框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，梁端塑性鉸宜出現(xiàn)在距柱軸線______的位置，以避免______過早破壞。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述鋼材發(fā)生冷脆破壞的主要影響因素及預(yù)防措施。2.比較普通螺栓受拉連接與高強(qiáng)螺栓受拉連接的工作機(jī)理差異。3.說明焊接殘余應(yīng)力對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定承載力的影響機(jī)制。4.工字形截面梁在什么情況下需要驗(yàn)算整體穩(wěn)定？可采取哪些措施提高其整體穩(wěn)定性？5.簡(jiǎn)述格構(gòu)式構(gòu)件繞虛軸穩(wěn)定計(jì)算時(shí)引入換算長細(xì)比的原因及計(jì)算方法。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某雙蓋板對(duì)接焊縫連接（圖1），鋼材為Q355B（f_w^t=315N/mm2），板件寬度b=250mm，厚度t=12mm，蓋板厚度t?=10mm。焊縫為一級(jí)質(zhì)量，無引弧板。試計(jì)算該連接能承受的最大軸心拉力設(shè)計(jì)值N。（注：焊縫計(jì)算長度取實(shí)際長度減2t）圖1（示意圖：主板與雙蓋板對(duì)接，主板長L=300mm，蓋板長L?=400mm）2.某軸心受壓柱采用焊接工字形截面（H400×200×8×12），計(jì)算長度l?x=l?y=6m，鋼材為Q235B（f=215N/mm2），截面參數(shù)：A=89.12cm2，i_x=16.9cm，i_y=4.52cm。試驗(yàn)算該柱的整體穩(wěn)定性是否滿足要求（穩(wěn)定系數(shù)φ取0.58）。五、綜合分析題（20分）某多層鋼框架結(jié)構(gòu)中，一層中柱與梁采用栓焊混合連接（圖2）。已知：梁截面為H500×250×10×16（翼緣寬度b_f=250mm，厚度t_f=16mm；腹板高度h_w=468mm，厚度t_w=10mm），柱截面為箱型400×400×14（壁厚t=14mm），梁端剪力設(shè)計(jì)值V=320kN，彎矩設(shè)計(jì)值M=450kN·m。設(shè)計(jì)要求：（1）確定梁翼緣與柱的連接方式（全熔透焊縫或高強(qiáng)螺栓），并驗(yàn)算其強(qiáng)度；（2）設(shè)計(jì)梁腹板與柱的連接（采用10.9級(jí)M20高強(qiáng)螺栓，抗滑移系數(shù)μ=0.45，摩擦面處理為噴砂）；（3）說明該節(jié)點(diǎn)構(gòu)造中需注意的關(guān)鍵細(xì)節(jié)（至少3項(xiàng)）。圖2（示意圖：梁柱節(jié)點(diǎn)，梁上下翼緣與柱翼緣連接，腹板通過連接板與柱腹板連接）答案一、單項(xiàng)選擇題1.D2.A3.B4.A5.B6.D7.A8.A9.A10.B二、填空題1.塑性；102.焊縫有效厚度；0.7h_f3.長細(xì)比；鋼材強(qiáng)度等級(jí)4.限制板件寬厚比；設(shè)置加勁肋5.1.5~2倍梁高；節(jié)點(diǎn)域三、簡(jiǎn)答題1.冷脆破壞影響因素：鋼材含碳量高、磷硫雜質(zhì)多、溫度低于冷脆轉(zhuǎn)變溫度、存在應(yīng)力集中或沖擊荷載。預(yù)防措施：選用低溫沖擊韌性合格的鋼材（如Q355D/E）、優(yōu)化構(gòu)造設(shè)計(jì)減少應(yīng)力集中、避免低溫環(huán)境下施焊或加載。2.普通螺栓受拉時(shí)，外力通過螺桿直接傳遞，螺栓桿受拉直至斷裂；高強(qiáng)螺栓受拉時(shí)，外力先抵消螺栓預(yù)拉力產(chǎn)生的摩擦力，當(dāng)外力超過預(yù)拉力后，螺桿才開始承受拉力，且設(shè)計(jì)時(shí)控制外力不超過預(yù)拉力的80%以避免松弛。3.焊接殘余應(yīng)力在截面內(nèi)自平衡，對(duì)靜力強(qiáng)度無影響；但軸心受壓時(shí)，受壓區(qū)殘余壓應(yīng)力與外荷載壓應(yīng)力疊加，可能提前達(dá)到屈服強(qiáng)度，使截面彈性區(qū)減小，剛度降低，導(dǎo)致構(gòu)件在較低荷載下發(fā)生失穩(wěn)，從而降低整體穩(wěn)定承載力。4.當(dāng)梁的受壓翼緣自由長度l?與翼緣寬度b_f的比值超過規(guī)范限值時(shí)需驗(yàn)算整體穩(wěn)定。提高措施：增大受壓翼緣寬度、設(shè)置側(cè)向支撐減小l?、采用箱型截面、將梁與剛性鋪板連接。5.格構(gòu)式構(gòu)件繞虛軸失穩(wěn)時(shí)，綴材變形會(huì)導(dǎo)致剪切變形顯著增大，使構(gòu)件撓曲比實(shí)腹式構(gòu)件更明顯。換算長細(xì)比λ?x=√(λ_x2+λ?2)，其中λ_x為繞虛軸的長細(xì)比，λ?為考慮剪切變形的附加長細(xì)比（對(duì)綴條柱λ?=27A/A?x，A為構(gòu)件毛截面面積，A?x為一側(cè)綴條毛截面面積之和）。四、計(jì)算題1.主板焊縫計(jì)算長度：L_w=300-2×12=276mm（無引弧板，扣除2t）焊縫受拉面積：A_w=250×12=3000mm2（雙蓋板對(duì)接，焊縫有效厚度為主板厚度）最大拉力N=A_w×f_w^t=3000×315=945000N=945kN2.長細(xì)比λ_x=l?x/i_x=6000/169=35.5；λ_y=l?y/i_y=6000/45.2=132.7（控制值）穩(wěn)定驗(yàn)算：σ=N/(φA)≤f→N≤φAf=0.58×8912×215=0.58×1916080=1111326N≈1111kN（若實(shí)際荷載小于等于此值則滿足）五、綜合分析題（1）梁翼緣承受彎矩產(chǎn)生的拉力，采用全熔透焊縫（一級(jí)質(zhì)量），焊縫強(qiáng)度等于鋼材強(qiáng)度。翼緣拉力F=M/(h/2)=450×10^6/(500/2)=1.8×10^6N=1800kN；焊縫面積A_w=b_f×t_f=250×16=4000mm2，焊縫應(yīng)力σ=F/A_w=1800×10^3/4000=450N/mm2（Q355鋼材f=315N/mm2時(shí)不滿足，需改用10.9級(jí)M24高強(qiáng)螺栓，預(yù)拉力P=225kN，受拉承載力N^b_t=0.8P=180kN，所需螺栓數(shù)n=1800/180=10個(gè)，布置2排5列）。（2）梁腹板承受剪力V=320kN，采用摩擦型高強(qiáng)螺栓，單個(gè)螺栓抗剪承載力N^b_v=0.9n_fμP=0.9×1×0.45×155=62.7kN（M20螺栓P=155kN），所需螺栓數(shù)n=320/62.7≈5.