(2025年)鋼結(jié)構(gòu)基本原理試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共12分）1.鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生脆性破壞的主要原因是（）。A.最大主拉應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)度B.折算應(yīng)力超過(guò)屈服強(qiáng)度C.三向拉應(yīng)力導(dǎo)致塑性變形無(wú)法發(fā)展D.剪應(yīng)力超過(guò)抗剪強(qiáng)度2.以下關(guān)于角焊縫計(jì)算厚度的說(shuō)法，正確的是（）。A.直角角焊縫計(jì)算厚度為焊腳尺寸B.斜角角焊縫計(jì)算厚度需考慮焊縫角度修正C.側(cè)面角焊縫計(jì)算厚度大于正面角焊縫D.計(jì)算厚度與焊件厚度直接相關(guān)3.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，梁的整體穩(wěn)定驗(yàn)算采用βbγxWx的形式，其中βb的物理意義是（）。A.截面塑性發(fā)展系數(shù)B.梁端約束對(duì)整體穩(wěn)定的影響系數(shù)C.荷載作用位置對(duì)整體穩(wěn)定的修正系數(shù)D.材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)4.軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定驗(yàn)算中，對(duì)工字形截面翼緣的寬厚比限制，其本質(zhì)是（）。A.防止翼緣發(fā)生強(qiáng)度破壞B.保證翼緣與腹板共同工作C.避免翼緣在構(gòu)件整體失穩(wěn)前發(fā)生局部屈曲D.提高構(gòu)件的抗剪能力5.摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接中，影響其承載力的主要因素是（）。A.螺栓桿的抗剪強(qiáng)度B.被連接件接觸面的抗滑移系數(shù)C.螺栓的預(yù)拉力損失D.孔壁承壓強(qiáng)度6.某桁架下弦桿采用雙角鋼2L100×8（等邊角鋼），當(dāng)計(jì)算其長(zhǎng)細(xì)比時(shí)，繞截面弱軸的回轉(zhuǎn)半徑應(yīng)?。ǎ?。A.角鋼自身的最小回轉(zhuǎn)半徑i_minB.角鋼組成的截面繞對(duì)稱(chēng)軸的回轉(zhuǎn)半徑i_yC.角鋼組成的截面繞非對(duì)稱(chēng)軸的回轉(zhuǎn)半徑i_xD.雙角鋼組合截面的最小回轉(zhuǎn)半徑i_min二、填空題（每題2分，共10分）1.鋼材的屈強(qiáng)比是指______與抗拉強(qiáng)度的比值，其值越小，結(jié)構(gòu)的______儲(chǔ)備越高。2.對(duì)接焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值當(dāng)無(wú)法采用引弧板時(shí)，需將計(jì)算長(zhǎng)度減去______mm，以考慮焊縫起滅弧缺陷的影響。3.梁的整體穩(wěn)定臨界彎矩計(jì)算公式中，參數(shù)ηb反映了______對(duì)整體穩(wěn)定的影響，當(dāng)荷載作用于梁的______（上/下）翼緣時(shí)，ηb取負(fù)值。4.軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)φ是根據(jù)______和______確定的，需先計(jì)算構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比，再查表得到。5.螺栓連接的凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算公式為σ=N/(An)≤f，其中An為_(kāi)_____，當(dāng)螺栓孔在構(gòu)件截面上排列成多排時(shí)，需取______的凈截面面積。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共32分）1.簡(jiǎn)述焊接殘余應(yīng)力對(duì)鋼結(jié)構(gòu)性能的影響。2.普通螺栓受剪連接和摩擦型高強(qiáng)度螺栓受剪連接的破壞模式有何不同？3.為何軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定驗(yàn)算需采用“柱子曲線”（φ-λ關(guān)系曲線）？4.受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，需驗(yàn)算哪些內(nèi)容？各驗(yàn)算的目的是什么？四、計(jì)算題（共46分）1.（15分）某鋼框架梁與柱采用對(duì)接焊縫連接，梁截面為H400×200×8×12（腹板高×寬×厚×翼緣厚），鋼材為Q355B（f=310N/mm2，f_t^w=f_c^w=310N/mm2，f_v^w=180N/mm2）。梁端彎矩設(shè)計(jì)值M=500kN·m，剪力設(shè)計(jì)值V=200kN。焊縫質(zhì)量等級(jí)為二級(jí)（無(wú)引弧板），試驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求。（提示：對(duì)接焊縫計(jì)算時(shí)，截面特性按梁截面計(jì)算；翼緣與腹板交界處的折算應(yīng)力需驗(yàn)算）2.（16分）某軸心受壓柱采用焊接工字形截面（翼緣：-400×16，腹板：-360×10），計(jì)算長(zhǎng)度l_ox=l_oy=6m，鋼材為Q235B（f=215N/mm2）。試驗(yàn)算該柱的整體穩(wěn)定性是否滿(mǎn)足要求。（截面特性：A=400×16×2+360×10=16400mm2；I_x=(400×(360+2×16)^3-384×360^3)/12=3.2×10^8mm^4；I_y=2×(16×400^3)/12=1.7×10^8mm^4；回轉(zhuǎn)半徑i_x=√(I_x/A)=139mm，i_y=√(I_y/A)=102mm；查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50017-2017，b類(lèi)截面，λ=60時(shí)φ=0.807，λ=70時(shí)φ=0.751）3.（15分）某簡(jiǎn)支梁跨度6m，采用熱軋H型鋼HN500×200×10×16（截面參數(shù)：h=500mm，b=200mm，t_w=10mm，t_f=16mm；W_x=2.1×10^6mm3，I_x=5.25×10^8mm^4，S_x=1.2×10^6mm3，自重0.8kN/m），鋼材為Q345B（f=305N/mm2，f_v=180N/mm2）。梁上作用均布荷載設(shè)計(jì)值q=30kN/m（含自重），試驗(yàn)算梁的抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度及整體穩(wěn)定性是否滿(mǎn)足要求。（整體穩(wěn)定系數(shù)φ_b=0.92，不考慮截面塑性發(fā)展）答案一、單項(xiàng)選擇題1.C2.B3.C4.C5.B6.D二、填空題1.屈服強(qiáng)度；安全2.2t（或2倍焊腳尺寸，本題默認(rèn)t為焊件厚度，取2×8=16，具體數(shù)值需根據(jù)題目調(diào)整，此處填“2倍焊縫厚度”或“2t”）3.荷載類(lèi)型；上4.截面類(lèi)別；長(zhǎng)細(xì)比5.凈截面面積；最不利排列三、簡(jiǎn)答題1.焊接殘余應(yīng)力的影響：①對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度無(wú)影響（不改變極限荷載）；②降低結(jié)構(gòu)的剛度（殘余應(yīng)力與外荷載疊加，提前達(dá)到屈服）；③加速低溫冷脆破壞（三向拉應(yīng)力限制塑性變形）；④影響疲勞強(qiáng)度（殘余拉應(yīng)力相當(dāng)于增加了應(yīng)力幅）。2.破壞模式差異：普通螺栓受剪連接可能發(fā)生螺栓桿被剪斷、孔壁承壓破壞、板件拉斷、螺栓桿彎曲破壞；摩擦型高強(qiáng)度螺栓受剪連接的極限狀態(tài)是摩擦力被克服（滑移），此時(shí)螺栓桿未屈服，板件未承壓破壞，后續(xù)可能發(fā)展為普通螺栓的破壞模式，但設(shè)計(jì)時(shí)以滑移為承載力極限。3.采用柱子曲線的原因：軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載力不僅與長(zhǎng)細(xì)比有關(guān)，還與截面形式（殘余應(yīng)力分布）、初彎曲、初偏心等初始缺陷相關(guān)。通過(guò)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到不同截面類(lèi)別（a、b、c、d類(lèi)）的φ-λ關(guān)系曲線（柱子曲線），可更準(zhǔn)確反映實(shí)際構(gòu)件的穩(wěn)定承載力，避免單一公式的誤差。4.需驗(yàn)算內(nèi)容及目的：①抗彎強(qiáng)度（防止截面受拉或受壓纖維屈服）；②抗剪強(qiáng)度（防止腹板受剪破壞）；③局部承壓強(qiáng)度（防止集中荷載作用處腹板局部壓屈）；④整體穩(wěn)定性（防止梁在彎矩作用下發(fā)生側(cè)向彎扭失穩(wěn)）；⑤局部穩(wěn)定性（防止翼緣或腹板在受力前發(fā)生局部屈曲）。四、計(jì)算題1.對(duì)接焊縫驗(yàn)算：（1）截面特性：梁截面面積A=400×12×2+364×8=9600+2912=12512mm2（注：腹板高度=400-2×12=376mm，原題H400×200×8×12可能表述為腹板高400mm，翼緣寬200mm，腹板厚8mm，翼緣厚12mm，故腹板計(jì)算高度h_w=400-2×12=376mm，實(shí)際計(jì)算時(shí)需修正）；截面抵抗矩W_x=I_x/(h/2)，I_x=(200×12×(400/2)^2×2)+(8×376^3)/12≈200×12×2002×2+8×3763/12≈3.84×10^8+3.5×10^7=4.19×10^8mm^4，W_x=4.19×10^8/(200)=2.095×10^6mm3。（2）彎矩作用下正應(yīng)力：σ=M/(γxWx)，無(wú)引弧板時(shí)焊縫計(jì)算長(zhǎng)度減2t=2×12=24mm（翼緣厚t=12mm），但對(duì)接焊縫為全截面連接，長(zhǎng)度修正僅影響受拉焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度，本題假設(shè)為直縫，無(wú)長(zhǎng)度修正。γx=1.05（塑性發(fā)展系數(shù)），σ=500×10^6/(1.05×2.095×10^6)=500/(1.05×2.095)≈227N/mm2≤310N/mm2，滿(mǎn)足。（3）剪力作用下剪應(yīng)力：τ=V×S/(I×t_w)，S為半截面面積矩=200×12×(400-12/2)+8×(376/2)×(376/4)=200×12×394+8×188×94≈9.456×10^5+1.41×10^5=1.086×10^6mm3，τ=200×10^3×1.086×10^6/(4.19×10^8×8)=200×1.086/(4.19×8)≈6.48N/mm2≤180N/mm2，滿(mǎn)足。（4）折算應(yīng)力（翼緣與腹板交界處）：σ1=σ×(h/2-t_f)/(h/2)=227×(200-12)/200=227×0.94=213.4N/mm2，τ=6.48N/mm2，折算應(yīng)力σ_eq=√(σ12+3τ2)=√(213.42+3×6.482)≈213.6N/mm2≤1.1f=1.1×310=341N/mm2，滿(mǎn)足。2.軸心受壓柱整體穩(wěn)定驗(yàn)算：（1）長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算：λx=l_ox/i_x=6000/139≈43.2，λy=l_oy/i_y=6000/102≈58.8，取λ=58.8（繞弱軸y）。（2）查柱子曲線：截面為焊接工字形，翼緣為焰切邊（b類(lèi)截面），λ=58.8接近60，插值計(jì)算φ=0.807-(60-58.8)/(60-50)×(0.807-0.868)（注：實(shí)際規(guī)范中b類(lèi)截面λ=50時(shí)φ=0.858，λ=60時(shí)φ=0.807），故λ=58.8時(shí)φ≈0.807+(60-58.8)/(60-50)×(0.858-0.807)=0.807+0.12×0.051≈0.813。（3）穩(wěn)定驗(yàn)算：N=φAf=0.813×16400×215≈0.813×3.526×10^6≈2.86×10^6N=2860kN（需根據(jù)實(shí)際荷載設(shè)計(jì)值對(duì)比，本題假設(shè)N≤2860kN則滿(mǎn)足）。3.簡(jiǎn)支梁驗(yàn)算：（1）抗彎強(qiáng)度：M_max=qL2/8=30×62/8=135kN·m，σ=M/(γxWx)=135×10^6/(1.05×2.1×10^6)=135/(2.205)≈61.2N/mm2≤305N/mm2，滿(mǎn)足（注：題目要求不考慮塑性發(fā)展，γx=1.0），則σ=135×10^6/(1.0×2.1×10^6)=64.3N/mm2≤305N/mm