(2025年)《鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)》課程復(fù)習(xí)題(含答案)一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列鋼材性能指標(biāo)中，反映鋼材塑性變形能力的是（）。A.屈服強(qiáng)度f(wàn)yB.伸長(zhǎng)率δ5C.沖擊韌性AkvD.冷彎性能答案：B2.焊接殘余應(yīng)力對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的影響，下列描述錯(cuò)誤的是（）。A.不影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度B.降低結(jié)構(gòu)的剛度C.提高壓桿的穩(wěn)定承載力D.加速疲勞破壞答案：C3.普通螺栓受剪連接中，當(dāng)栓桿直徑d=20mm，板件厚度t=12mm，鋼材Q235（fcb=305N/mm2），則單個(gè)螺栓的承壓承載力設(shè)計(jì)值為（）。A.20×12×305=73200NB.20×12×2×305=146400NC.12×20×305=73200ND.12×20×2×305=146400N答案：A（公式：Ncb=d·Σt·fcb，Σt取較薄板件厚度）4.工字形截面梁受彎時(shí)，為防止腹板發(fā)生局部失穩(wěn)，當(dāng)h0/tw>170√(235/fy)時(shí)，應(yīng)設(shè)置（）。A.橫向加勁肋B.縱向加勁肋C.短加勁肋D.支承加勁肋答案：B（縱向加勁肋主要防止腹板因彎曲壓應(yīng)力引起的局部失穩(wěn)）5.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)φ與（）無(wú)關(guān)。A.構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比λB.鋼材的強(qiáng)度等級(jí)C.截面的形狀和尺寸D.構(gòu)件的初始缺陷答案：B（φ由λ、截面分類(lèi)、鋼材屈服強(qiáng)度決定，但題目中B選項(xiàng)“強(qiáng)度等級(jí)”表述不準(zhǔn)確，實(shí)際φ與fy相關(guān)，但需結(jié)合截面分類(lèi)）6.下列哪項(xiàng)不是影響梁整體穩(wěn)定的主要因素？（）A.梁的側(cè)向抗彎剛度B.荷載作用位置C.梁的跨高比D.腹板厚度答案：D（腹板厚度主要影響局部穩(wěn)定，整體穩(wěn)定主要與側(cè)向剛度、荷載位置、跨度等有關(guān)）7.鋼材的疲勞破壞屬于（）。A.塑性破壞B.脆性破壞C.延性破壞D.彈性破壞答案：B（疲勞破壞無(wú)明顯塑性變形，屬脆性斷裂）8.摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪承載力取決于（）。A.螺栓的抗拉強(qiáng)度B.被連接件接觸面的摩擦系數(shù)和預(yù)拉力C.螺栓的抗剪強(qiáng)度D.板件的承壓強(qiáng)度答案：B（Nv^b=0.9n_fμP）9.計(jì)算格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的繞虛軸穩(wěn)定時(shí)，需采用換算長(zhǎng)細(xì)比λ0x，其目的是（）。A.考慮綴材剪切變形的影響B(tài).考慮截面削弱的影響C.考慮初彎曲的影響D.考慮殘余應(yīng)力的影響答案：A（虛軸方向抗剪剛度較低，剪切變形不可忽略，通過(guò)換算長(zhǎng)細(xì)比等效增大長(zhǎng)細(xì)比）10.受拉構(gòu)件的計(jì)算內(nèi)容不包括（）。A.強(qiáng)度計(jì)算B.剛度計(jì)算（長(zhǎng)細(xì)比控制）C.整體穩(wěn)定計(jì)算D.局部穩(wěn)定計(jì)算（非薄壁構(gòu)件）答案：C（受拉構(gòu)件無(wú)整體失穩(wěn)問(wèn)題）二、填空題（每空1分，共20分）1.鋼材的主要機(jī)械性能指標(biāo)包括______、______、______、冷彎性能和沖擊韌性。（屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率）2.角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不得小于______和______，也不宜大于______（當(dāng)內(nèi)力沿焊縫長(zhǎng)度均勻分布時(shí)除外）。（8hf，40mm，60hf）3.普通螺栓連接按受力方式分為_(kāi)_____、______和______。（受剪、受拉、拉剪復(fù)合）4.梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φb的物理意義是______，當(dāng)φb>0.6時(shí)，需用______代替φb以考慮______。（梁的整體穩(wěn)定承載力與純彎彈性屈曲承載力的比值；φb’；彈塑性階段的穩(wěn)定承載力降低）5.軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定驗(yàn)算原則是______，通常通過(guò)限制______來(lái)保證。（板件的局部失穩(wěn)不先于構(gòu)件的整體失穩(wěn)；板件的寬厚比）6.鋼材的冷作硬化會(huì)提高_(dá)_____，降低______。（抗拉強(qiáng)度；塑性和韌性）7.高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P是根據(jù)______和______確定的，目的是______。（螺栓材料的強(qiáng)度、防止螺桿松弛；保證接觸面間有足夠摩擦力）8.焊接殘余應(yīng)力分為_(kāi)_____、______和______三個(gè)方向的應(yīng)力。（縱向、橫向、厚度方向）三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述鋼材發(fā)生脆性破壞的主要原因。答：①鋼材本身的塑性差（如含硫、磷等有害元素過(guò)多，或碳含量過(guò)高）；②低溫環(huán)境（冷脆）；③應(yīng)力集中（缺口效應(yīng)）；④復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)（如三向拉應(yīng)力）；⑤加載速度過(guò)快（動(dòng)荷載）；⑥厚板效應(yīng)（厚度方向約束導(dǎo)致層狀撕裂）。2.比較普通螺栓連接與摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接在受剪時(shí)的工作性能差異。答：①傳力機(jī)制：普通螺栓靠栓桿抗剪和孔壁承壓傳力；摩擦型靠板件間摩擦力傳力，螺栓受拉產(chǎn)生預(yù)壓力。②變形：普通螺栓在剪力超過(guò)摩擦力后產(chǎn)生滑移，變形較大；摩擦型在設(shè)計(jì)荷載下不滑移，彈性階段工作。③承載力：普通螺栓受剪承載力由栓桿抗剪和孔壁承壓控制；摩擦型由摩擦力控制（Nv^b=0.9n_fμP）。④破壞形式：普通螺栓可能發(fā)生栓桿剪斷、孔壁壓壞或板件拉斷；摩擦型在超過(guò)設(shè)計(jì)荷載后可能滑移，轉(zhuǎn)為承壓型工作，但設(shè)計(jì)時(shí)不允許。3.簡(jiǎn)述工字形截面軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定驗(yàn)算方法。答：①將構(gòu)件的翼緣和腹板視為獨(dú)立的板件，分別驗(yàn)算其局部穩(wěn)定；②翼緣：按三邊簡(jiǎn)支、一邊自由的均勻受壓板計(jì)算，限制其寬厚比b/t≤(10+0.1λ)√(235/fy)；③腹板：按四邊簡(jiǎn)支的均勻受壓板計(jì)算，當(dāng)λ≤40時(shí)，h0/tw≤(25+0.5λ)√(235/fy)；當(dāng)λ>40時(shí)，h0/tw≤(75+0.5λ)√(235/fy)（注：具體公式以教材為準(zhǔn)，此處為簡(jiǎn)化表述）；④若不滿(mǎn)足，需增加板件厚度或設(shè)置加勁肋。4.說(shuō)明梁的整體失穩(wěn)現(xiàn)象及影響其穩(wěn)定性的主要因素。答：整體失穩(wěn)：梁在彎矩作用下，當(dāng)荷載達(dá)到臨界值時(shí)，梁在彎矩平面內(nèi)彎曲的同時(shí)，發(fā)生側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。影響因素：①梁的側(cè)向抗彎剛度（EIy）和抗扭剛度（GIp）越大，穩(wěn)定性越好；②荷載作用位置：上翼緣受荷易失穩(wěn)（壓應(yīng)力區(qū)在翼緣外側(cè)），下翼緣受荷較穩(wěn)定；③梁的跨度：跨度越大，臨界彎矩越低；④側(cè)向支撐：增加側(cè)向支撐點(diǎn)可減小計(jì)算長(zhǎng)度，提高穩(wěn)定性；⑤截面形式：雙軸對(duì)稱(chēng)截面比單軸對(duì)稱(chēng)截面穩(wěn)定，寬翼緣截面比窄翼緣截面穩(wěn)定。5.簡(jiǎn)述焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響。答：①靜力強(qiáng)度：不影響（殘余應(yīng)力是自平衡應(yīng)力，達(dá)到屈服后會(huì)重分布）；②剛度：降低結(jié)構(gòu)的變形剛度（受拉區(qū)提前進(jìn)入塑性，彈性模量降低）；③整體穩(wěn)定：對(duì)壓桿，殘余壓應(yīng)力使部分截面提前屈服，降低有效剛度，從而降低穩(wěn)定承載力；④局部穩(wěn)定：殘余應(yīng)力可能使板件局部提前屈服，加速局部失穩(wěn)；⑤疲勞性能：殘余拉應(yīng)力與外荷載拉應(yīng)力疊加，降低疲勞壽命；⑥低溫冷脆：殘余拉應(yīng)力可能引發(fā)脆性斷裂。四、計(jì)算題（共30分）1.（8分）某軸心受拉構(gòu)件由2L100×8（等邊角鋼）組成，鋼材Q235（fy=235N/mm2，ft=215N/mm2），構(gòu)件承受軸心拉力設(shè)計(jì)值N=450kN。角鋼截面面積A=15.6cm2，截面形心至邊距離z0=2.84cm，螺栓孔直徑d0=21.5mm（雙排錯(cuò)列布置，列距e1=70mm，行距e2=35mm）。驗(yàn)算構(gòu)件的強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求（提示：需計(jì)算凈截面面積，錯(cuò)列布置時(shí)按最不利截面計(jì)算）。解：（1）單角鋼毛截面面積A=15.6cm2=1560mm2，雙角鋼總毛面積A=2×1560=3120mm2。（2）錯(cuò)列布置時(shí)，凈截面面積計(jì)算需考慮孔的削弱。最不利截面可能為：①沿直線(xiàn)排列的兩個(gè)孔：An1=A-2×d0×t=3120-2×21.5×8=3120-344=2776mm2。②錯(cuò)列截面（斜向截面）：需計(jì)算孔間截面長(zhǎng)度是否超過(guò)1.5倍行距。斜向截面的孔數(shù)為2個(gè)，孔間水平距離s1=e1=70mm，垂直距離s2=e2=35mm，斜向長(zhǎng)度=√(s12+s22)=√(702+352)=78.26mm。根據(jù)規(guī)范，當(dāng)s1≤3d0（3×21.5=64.5mm）時(shí)，斜截面按直線(xiàn)計(jì)算；此處s1=70>64.5，需計(jì)算折減。但簡(jiǎn)化計(jì)算中，錯(cuò)列截面的凈面積為：An2=A-[d0×t×n+(n-1)×(s12)/(4e2)×t]，其中n=2（孔數(shù)），s1=70mm，e2=35mm。代入得：An2=3120-[2×21.5×8+(2-1)×(702)/(4×35)×8]=3120-[344+(4900/140)×8]=3120-[344+280]=3120-624=2496mm2。（3）取較小凈面積An=2496mm2。（4）驗(yàn)算強(qiáng)度：σ=N/An=450×103/2496≈180.3N/mm2≤ft=215N/mm2，滿(mǎn)足要求。2.（10分）某雙蓋板普通螺栓連接（C級(jí)螺栓），鋼材Q235（fvb=140N/mm2，fcb=305N/mm2），螺栓M20（d=20mm，d0=21.5mm），連接形式如圖（假設(shè)鋼板厚度t=12mm，蓋板厚度2×t1=10mm×2）。承受軸心拉力設(shè)計(jì)值N=500kN，螺栓排列為雙排并列，每邊6個(gè)螺栓（3列×2行，列距70mm，行距40mm）。驗(yàn)算該連接的強(qiáng)度。解：（1）單個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值：Nv^b=(πd2/4)×n_v×fvb。雙蓋板連接為雙剪（n_v=2），故Nv^b=(π×202/4)×2×140≈3.14×100×2×140=87920N≈87.92kN。（2）單個(gè)螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)值：Ncb^b=d×Σt×fcb。Σt取較薄板件厚度，鋼板t=12mm，蓋板2×10mm=20mm，故Σt=12mm。Ncb^b=20×12×305=73200N=73.2kN。（3）單個(gè)螺栓受剪承載力取較小值：N^b=73.2kN。（4）螺栓總數(shù)n=6，總承載力N總=6×73.2=439.2kN<500kN，不滿(mǎn)足。（5）需校核鋼板的凈截面強(qiáng)度（假設(shè)最不利截面為第一列2個(gè)螺栓孔）：鋼板毛面積A=bt=（假設(shè)板寬b=計(jì)算值，題目未給，需假設(shè)）。若板寬b=6×70+2×35=490mm（端距35mm），則毛面積A=490×12=5880mm2。凈面積An=A-n1×d0×t=5880-2×21.5×12=5880-516=5364mm2。鋼板拉應(yīng)力σ=N/An=500×103/5364≈93.2N/mm2≤ft=215N/mm2，滿(mǎn)足。但螺栓承載力不足，需增加螺栓數(shù)量或改用高強(qiáng)度螺栓。3.（12分）某焊接工字形截面簡(jiǎn)支梁，跨度L=6m，跨中受集中荷載設(shè)計(jì)值F=200kN（含自重），鋼材Q345（fy=345N/mm2，f=310N/mm2），截面尺寸：翼緣b×t=200mm×12mm，腹板h0×tw=500mm×8mm，梁的側(cè)向支撐點(diǎn)間距l(xiāng)1=3m（跨中及兩端）。驗(yàn)算梁的抗彎強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性（提示：梁的自重q=0.8kN/m，截面特性：Wx=bh2/6-(b-tw)h02/6，整體穩(wěn)定系數(shù)φb按近似公式計(jì)算：φb=1.07-λy2/(44000)×(fy/235)，λy=l1/iy，iy=√(Iy/A)，Iy=2×(t×b3)/12+(tw×h03)/12）。解：（1）計(jì)算梁的最大彎矩：跨中彎矩Mmax=FL/4+qL2/8=200×6/4+0.8×62/8=300+3.6=303.6kN·m。（2）截面特性計(jì)算：翼緣面積A1=200×12=2400mm2，腹板面積A2=500×8=4000mm2，總截面面積A=2×2400+4000=8800mm2。截面慣性矩Ix=2×[A1×(h/2-t/2)2+(b×t3)/12]+(tw×h03)/12，其中h=500+2×12=524mm，h/2-t/2=262-6=256mm。Ix=2×[2400×2562+(200×123)/12]+(8×5003)/12≈2×[2400×65536+200×1728]+(8×125×10^6)/12≈2×[157,286,400+345,600]+83,333,333≈315,264,000+83,333,333≈398,597,333mm?。截面模量Wx=Ix/(h/2)=398,597,333/262≈1,521,364mm3≈1521cm3。（3）抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：σ=Mmax/(γxWx)，γx=1.05（工字形截面繞強(qiáng)軸），故σ=303.6×10^6/(1.05×1,521,364)≈303,600,000/1,597,432≈190N/mm2≤f=310N/mm2，滿(mǎn)足。（4）整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：計(jì)算λy：Iy=2×(t×b3)/12=2×(12×2003)/12=2×(12×8,000,000)/12=16,000,000mm?（腹板對(duì)Iy貢獻(xiàn)可忽略）。iy=√(Iy/