2025年鋼結(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.下列鋼材力學(xué)性能指標(biāo)中，最能反映鋼材抵抗沖擊荷載能力的是（）。A.屈服強(qiáng)度fyB.抗拉強(qiáng)度fuC.沖擊韌性AKvD.伸長率δ52.Q355GJ-C鋼材中，“GJ”代表的含義是（）。A.高性能建筑用鋼B.鍋爐及壓力容器用鋼C.橋梁用鋼D.海洋工程用鋼3.普通螺栓受剪連接中，當(dāng)板件厚度之和超過螺栓直徑的5倍時，可能發(fā)生的破壞形式是（）。A.螺栓桿受剪破壞B.板件承壓破壞C.板件凈截面拉斷D.螺栓桿受彎破壞4.工字形截面軸心受壓構(gòu)件發(fā)生彎扭屈曲時，其屈曲方向與（）無關(guān)。A.構(gòu)件截面的形心軸B.構(gòu)件的殘余應(yīng)力分布C.構(gòu)件的長細(xì)比D.構(gòu)件的端部約束條件5.計算梁的整體穩(wěn)定時，當(dāng)受壓翼緣自由長度l1與翼緣寬度b1的比值l1/b1≤13（Q355鋼），則梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φb可?。ǎ.0.9B.1.0C.1.2D.需按公式計算6.下列關(guān)于焊接殘余應(yīng)力的描述中，錯誤的是（）。A.殘余應(yīng)力不影響構(gòu)件的靜力強(qiáng)度B.殘余應(yīng)力會降低構(gòu)件的剛度C.殘余應(yīng)力可能加速鋼材的脆性破壞D.殘余應(yīng)力會影響構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載力7.摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接中，螺栓的預(yù)拉力P主要用于（）。A.提高螺栓的抗拉強(qiáng)度B.增大板件間的摩擦力C.防止螺栓桿受剪D.減小板件的變形8.壓彎構(gòu)件平面內(nèi)穩(wěn)定驗(yàn)算時，需考慮的二階效應(yīng)是指（）。A.構(gòu)件初始缺陷引起的附加彎矩B.軸力與撓曲變形相互作用產(chǎn)生的附加彎矩C.荷載偏心引起的初始彎矩D.節(jié)點(diǎn)剛性引起的約束彎矩9.下列鋼材冷加工強(qiáng)化的描述中，正確的是（）。A.冷加工會提高鋼材的屈服強(qiáng)度和塑性B.冷加工會降低鋼材的屈強(qiáng)比C.冷加工后需經(jīng)時效處理才能穩(wěn)定強(qiáng)度D.冷加工適用于所有類型的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件10.格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的穩(wěn)定計算中，采用換算長細(xì)比λ0x的主要目的是（）。A.考慮綴材的變形影響B(tài).簡化計算過程C.統(tǒng)一實(shí)軸與虛軸的計算方法D.提高計算精度二、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征。2.對比普通螺栓連接與摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接在傳力機(jī)制、破壞形式和設(shè)計驗(yàn)算內(nèi)容上的區(qū)別。3.說明工字形截面軸心受壓構(gòu)件可能發(fā)生的三種屈曲形式，并分析其主要影響因素。4.簡述梁的整體失穩(wěn)現(xiàn)象及提高梁整體穩(wěn)定性的主要措施。5.解釋鋼結(jié)構(gòu)中“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”設(shè)計原則的含義，并說明其在節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計中的具體應(yīng)用。三、計算題（每題15分，共45分）1.某軸心受拉鋼構(gòu)件，采用Q355B鋼材，截面為焊接H型鋼（HM340×250×9×14），截面參數(shù)：截面積A=93.04cm2，翼緣寬度b=250mm，腹板厚度tw=9mm，構(gòu)件長度L=6m，承受軸向拉力設(shè)計值N=2500kN（包括自重）。已知鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計值f=310N/mm2，截面無孔洞削弱。要求：驗(yàn)算該構(gòu)件的強(qiáng)度是否滿足要求。2.某簡支鋼梁，跨度L=8m，采用Q355B鋼材，截面為焊接工字形（h=600mm，b=250mm，tw=8mm，tf=14mm），跨中受集中荷載設(shè)計值F=300kN（靜力荷載），梁自重標(biāo)準(zhǔn)值為0.8kN/m（不計入F）。已知鋼材抗彎強(qiáng)度設(shè)計值f=310N/mm2，梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φb=0.85（已通過計算確定），截面模量Wx=2.1×10?mm3。要求：（1）計算梁跨中截面的最大彎曲應(yīng)力；（2）驗(yàn)算梁的整體穩(wěn)定性是否滿足要求。3.某雙蓋板對接連接的普通螺栓群（C級螺栓），鋼材為Q235B，螺栓直徑d=20mm（孔徑d0=21.5mm），連接鋼板厚度t=14mm，蓋板厚度t1=8mm（雙蓋板總厚度2t1=16mm）。螺栓排列為2行×3列，行距a=70mm，列距b=80mm，邊距c=40mm。已知螺栓抗剪強(qiáng)度設(shè)計值fv=140N/mm2，承壓強(qiáng)度設(shè)計值fcb=305N/mm2，鋼板抗拉強(qiáng)度設(shè)計值f=215N/mm2。要求：（1）計算單個螺栓的抗剪承載力設(shè)計值；（2）計算連接鋼板的最大抗拉承載力設(shè)計值（不考慮螺栓排列對截面削弱的影響）。四、綜合分析題（15分）某多層工業(yè)廠房頂層設(shè)計一跨鋼框架，跨度24m，柱距8m，框架梁采用焊接工字形截面（H800×300×12×20），框架柱采用箱形截面（□600×600×20），鋼材均為Q355GJ-B。該區(qū)域基本風(fēng)壓0.6kN/m2，地震設(shè)防烈度8度（0.2g），場地類別Ⅱ類。設(shè)計需考慮恒載、活載、風(fēng)荷載及地震作用。要求：結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，分析該框架梁、柱的主要設(shè)計驗(yàn)算內(nèi)容，并說明關(guān)鍵構(gòu)造措施。參考答案一、單項(xiàng)選擇題1.C2.A3.D4.B5.B6.B7.B8.B9.C10.A二、簡答題1.鋼材的主要破壞形式包括：（1）塑性破壞：破壞前有顯著變形，斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗，由材料達(dá)到抗拉強(qiáng)度后頸縮引起，如軸心受拉構(gòu)件的過量變形；（2）脆性破壞：破壞前無明顯變形，斷口平齊、呈結(jié)晶狀，由材料在低應(yīng)力下突然斷裂引起，如低溫、復(fù)雜應(yīng)力或缺陷導(dǎo)致的斷裂；（3）疲勞破壞：在循環(huán)荷載作用下，裂紋逐漸擴(kuò)展至斷裂，斷口分為疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)（光滑）和瞬時斷裂區(qū)（粗糙），如吊車梁等承受重復(fù)荷載的構(gòu)件。2.區(qū)別如下：-傳力機(jī)制：普通螺栓靠螺栓桿受剪和板件承壓傳力；摩擦型高強(qiáng)螺栓靠板件間摩擦力傳力，螺栓桿不直接受剪。-破壞形式：普通螺栓可能發(fā)生螺栓桿剪斷、板件承壓破壞或板件凈截面拉斷；摩擦型高強(qiáng)螺栓以摩擦力被克服（滑移）為極限狀態(tài)，不考慮螺栓桿受剪或板件承壓破壞。-設(shè)計驗(yàn)算：普通螺栓需驗(yàn)算螺栓抗剪、板件承壓及板件抗拉；摩擦型高強(qiáng)螺栓僅需驗(yàn)算摩擦力是否大于外力（即滑移驗(yàn)算），無需驗(yàn)算螺栓桿抗剪或板件承壓。3.工字形截面軸心受壓構(gòu)件的屈曲形式：（1）彎曲屈曲：繞強(qiáng)軸（x軸）或弱軸（y軸）發(fā)生平面彎曲，主要影響因素為構(gòu)件長細(xì)比、截面慣性矩及端部約束；（2）扭轉(zhuǎn)屈曲：繞構(gòu)件縱軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，主要影響因素為截面抗扭剛度（如翼緣寬度、腹板厚度）及殘余應(yīng)力；（3）彎扭屈曲：同時發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，主要發(fā)生于單軸對稱截面（如T形），但工字形截面（雙軸對稱）僅當(dāng)繞弱軸屈曲且長細(xì)比很大時可能發(fā)生，影響因素為截面形心與剪心不重合。4.梁的整體失穩(wěn)現(xiàn)象：梁在彎矩作用下，受壓翼緣因剛度不足向側(cè)向發(fā)生彎曲，同時伴隨截面扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致梁喪失承載能力。提高措施：（1）增大受壓翼緣寬度，提高其側(cè)向剛度；（2）設(shè)置側(cè)向支撐，減小受壓翼緣自由長度l1；（3）采用箱形截面或閉口截面，增強(qiáng)抗扭剛度；（4）增加梁的截面高度，提高整體穩(wěn)定性系數(shù)；（5）對于組合梁，設(shè)置加勁肋或采用密鋪板與其連接（如樓蓋梁與混凝土板共同工作）。5.“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”原則指節(jié)點(diǎn)連接的承載力應(yīng)高于所連接構(gòu)件的承載力，確保在地震或極端荷載下，構(gòu)件先于節(jié)點(diǎn)發(fā)生塑性變形，避免節(jié)點(diǎn)破壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌。應(yīng)用：（1）焊縫連接：焊縫強(qiáng)度設(shè)計值需高于母材（如采用熔透焊縫，焊縫系數(shù)取1.0）；（2）螺栓連接：螺栓群的抗剪、抗拉承載力需大于構(gòu)件的截面承載力（如高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力按構(gòu)件強(qiáng)度1.2倍設(shè)計）；（3）節(jié)點(diǎn)構(gòu)造：避免應(yīng)力集中（如采用圓弧過渡），增設(shè)加勁肋（如梁柱節(jié)點(diǎn)腹板加勁），確保傳力路徑明確。三、計算題1.強(qiáng)度驗(yàn)算：構(gòu)件軸向拉應(yīng)力σ=N/A=2500×103N/(93.04×102mm2)=2500000/9304≈268.7N/mm2；鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計值f=310N/mm2，σ=268.7N/mm2≤f=310N/mm2，滿足要求。2.（1）跨中最大彎矩：梁自重設(shè)計值g=1.2×0.8=0.96kN/m；跨中彎矩M=FL/4+gL2/8=300×8/4+0.96×82/8=600+7.68=607.68kN·m；最大彎曲應(yīng)力σ=M/(γxWx)，γx=1.05（工字形截面繞強(qiáng)軸），σ=607.68×10?N·mm/(1.05×2.1×10?mm3)=607680000/(2205000)≈275.6N/mm2。（2）整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：σ=M/(φbWx)=607.68×10?/(0.85×2.1×10?)=607680000/1785000≈340.4N/mm2；鋼材抗彎強(qiáng)度設(shè)計值f=310N/mm2，340.4>310，不滿足整體穩(wěn)定性要求（需調(diào)整截面或增設(shè)側(cè)向支撐）。3.（1）單個螺栓抗剪承載力：C級螺栓受剪面數(shù)目n=2（雙蓋板，螺栓桿穿過3層板，中間鋼板厚度14mm<雙蓋板總厚度16mm，故受剪面為2個），Nvb=nv×(πd2/4)×fv=2×(π×202/4)×140=2×314.16×140≈87965N≈88kN。（2）鋼板抗拉承載力（取最不利截面）：鋼板凈截面面積An=bt-n1d0t=250×14-3×21.5×14=3500-903=2597mm2（假設(shè)螺栓沿受力方向3列，n1=3）；N=An×f=2597×215≈558,355N≈558kN（注：實(shí)際設(shè)計中需考慮螺栓排列的截面削弱，此處按題目要求不考慮，故取毛截面A=bt=250×14=3500mm2，N=3500×215=752,500N≈753kN，但題目明確“不考慮螺栓排列對截面削弱的影響”，因此答案應(yīng)為753kN）。四、綜合分析題1.框架梁設(shè)計驗(yàn)算內(nèi)容：（1）強(qiáng)度驗(yàn)算：包括抗彎強(qiáng)度（考慮塑性發(fā)展系數(shù)）、抗剪強(qiáng)度（腹板計算）、局部承壓強(qiáng)度（集中荷載作用處設(shè)加勁肋）；（2）整體穩(wěn)定性：驗(yàn)算跨中受壓翼緣的側(cè)向穩(wěn)定（通過設(shè)置制動梁或與樓蓋板連接保證）；（3）局部穩(wěn)定性：腹板高厚比（h0/tw≤(25+0.5λ)√(235/fy)）、翼緣寬厚比（b/t≤13√(235/fy)）；（4）撓度驗(yàn)算：控制活載作用下的跨中撓度（L/400）；（5）抗震驗(yàn)算：需滿足強(qiáng)屈比（fu/fy≥1.2）、層間位移角（1/500）及塑性鉸區(qū)構(gòu)造（如梁端翼緣加蓋板）。2.框架柱設(shè)計驗(yàn)算內(nèi)容：（1）軸心受壓或壓彎構(gòu)件穩(wěn)定：平面內(nèi)（考慮二階效應(yīng)，采用計算長度系數(shù)μ）、平面外（考慮側(cè)向支撐間距）穩(wěn)定驗(yàn)算；（2）強(qiáng)度驗(yàn)算：軸力與彎矩共同作用下的正應(yīng)力（N/A+M/W≤f）；（3）長細(xì)比控制：一般≤150（抗震時≤120）；（4）節(jié)點(diǎn)連接驗(yàn)算：梁柱節(jié)點(diǎn)域抗剪（Vp=(hb-hcbc)tw≥η(Vb+Vc)/γRE）、螺栓或焊縫承載力（需大于梁端彎矩設(shè)計值）；（5）抗震