鋼結(jié)構(gòu)試題(卷)與答案解析一、單項(xiàng)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關(guān)鍵參數(shù)是（）。A.屈服強(qiáng)度（f_y）B.抗拉強(qiáng)度（f_u）C.伸長(zhǎng)率（δ）D.沖擊韌性（A_kv）2.某焊接連接采用E50型焊條，被連接鋼材為Q355鋼，其對(duì)接焊縫的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（f_c^w）應(yīng)為（）。（注：Q355鋼厚度≤16mm時(shí)，f=310N/mm2）A.310N/mm2B.295N/mm2C.265N/mm2D.215N/mm23.普通螺栓受剪連接中，當(dāng)栓桿直徑d=20mm時(shí)，構(gòu)件上螺栓孔的直徑應(yīng)為（）。A.20mmB.21mmC.22mmD.24mm4.鋼結(jié)構(gòu)中，為防止板件局部失穩(wěn)，對(duì)受壓翼緣的自由外伸寬度b與其厚度t的比值（b/t）需滿足（）。（Q355鋼）A.≤13√(235/f_y)B.≤15√(235/f_y)C.≤9√(235/f_y)D.≤25√(235/f_y)5.某軸心受壓構(gòu)件采用H型鋼截面（HW300×300×10×15），其繞強(qiáng)軸（x軸）的回轉(zhuǎn)半徑i_x=128mm，繞弱軸（y軸）的回轉(zhuǎn)半徑i_y=75mm。若構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度l_ox=6m，l_oy=3m，則該構(gòu)件的整體穩(wěn)定驗(yàn)算應(yīng)控制（）。A.x軸方向長(zhǎng)細(xì)比B.y軸方向長(zhǎng)細(xì)比C.兩者均需驗(yàn)算D.無需驗(yàn)算6.摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接中，其抗剪承載力主要取決于（）。A.螺栓桿的抗剪強(qiáng)度B.被連接板件間的摩擦力C.螺栓與孔壁的承壓強(qiáng)度D.板件的抗拉強(qiáng)度7.鋼桁架中，受壓弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮（）。A.焊縫長(zhǎng)度不小于8h_f且不小于40mmB.焊縫長(zhǎng)度不大于60h_fC.焊縫厚度不小于1.5√t（t為較厚焊件厚度）D.以上均需考慮8.梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φ_b的取值與下列哪項(xiàng)無關(guān)？（）A.梁的側(cè)向支撐間距B.梁的截面尺寸C.荷載作用位置D.鋼材的彈性模量9.某鋼框架結(jié)構(gòu)中，梁柱節(jié)點(diǎn)采用剛接，其連接焊縫需驗(yàn)算（）。A.焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度B.焊縫的抗剪強(qiáng)度C.焊縫的局部承壓強(qiáng)度D.A+B10.鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計(jì)中，當(dāng)采用熱浸鍍鋅防護(hù)時(shí)，鍍層厚度對(duì)主要承重構(gòu)件的要求為（）。A.≥45μmB.≥65μmC.≥85μmD.≥105μm二、填空題（每空1分，共15分）1.鋼材的主要力學(xué)性能包括強(qiáng)度、塑性、韌性和__________。2.對(duì)接焊縫按質(zhì)量等級(jí)分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)，其中__________級(jí)焊縫需進(jìn)行100%超聲波探傷。3.普通螺栓連接中，當(dāng)螺栓桿受剪時(shí)，其抗剪承載力設(shè)計(jì)值為n_v×(πd2/4)×f_v^b，其中n_v為__________。4.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)φ是根據(jù)__________和鋼材強(qiáng)度等級(jí)確定的。5.鋼梁的局部穩(wěn)定驗(yàn)算中，對(duì)于承受均布荷載的簡(jiǎn)支梁，受壓翼緣的寬厚比限值為__________（用公式表示）。6.摩擦型高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P與螺栓的__________和公稱直徑相關(guān)。7.鋼桁架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，腹桿與弦桿的夾角宜控制在__________范圍內(nèi)，以減小節(jié)點(diǎn)板尺寸。8.梁的撓度驗(yàn)算屬于__________極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。9.冷彎薄壁型鋼的壁厚一般不大于__________mm。10.鋼結(jié)構(gòu)中，鋼材的伸長(zhǎng)率δ5是指標(biāo)距為__________倍試件直徑的伸長(zhǎng)率。11.焊接殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件的__________（強(qiáng)度/剛度/穩(wěn)定性）有顯著影響。12.鋼柱腳設(shè)計(jì)中，錨栓的主要作用是__________。13.當(dāng)梁的受壓翼緣有剛性鋪板密鋪并與其牢固連接時(shí)，梁的__________可以得到保證，無需驗(yàn)算整體穩(wěn)定。14.鋼管結(jié)構(gòu)中，主管與支管的連接焊縫應(yīng)沿全周連續(xù)焊接并平滑過渡，支管壁厚不宜大于主管壁厚的__________。15.鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，節(jié)點(diǎn)的承載力應(yīng)__________（大于/小于）連接構(gòu)件的承載力，以實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”原則。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述鋼材中硫（S）和磷（P）元素對(duì)鋼材性能的影響。2.普通螺栓受拉連接可能出現(xiàn)哪幾種破壞形式？設(shè)計(jì)中如何防止？3.為什么要限制焊接梁腹板的高厚比？當(dāng)高厚比不滿足要求時(shí)，可采取哪些措施？4.比較摩擦型高強(qiáng)度螺栓與承壓型高強(qiáng)度螺栓的受力特性及適用范圍。5.鋼屋架設(shè)計(jì)中，為何需要設(shè)置支撐系統(tǒng)？主要包括哪些類型的支撐？四、計(jì)算題（共35分）1.（10分）某雙蓋板對(duì)接連接采用普通C級(jí)螺栓（4.6級(jí)），螺栓直徑d=20mm，孔徑d_0=21mm。被連接鋼板為-280×12（Q355鋼，f=310N/mm2），蓋板為-280×8（Q355鋼）。螺栓排列為兩排，每排3個(gè)，順內(nèi)力方向間距s=80mm，端距e_1=50mm，邊距e_2=40mm。試驗(yàn)算該連接的強(qiáng)度。（已知：螺栓抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f_v^b=140N/mm2，承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f_c^b=305N/mm2）2.（12分）某軸心受壓柱采用焊接工字形截面（翼緣：-300×16，腹板：-400×10），計(jì)算長(zhǎng)度l_ox=l_oy=6m。鋼材為Q355鋼（f=310N/mm2），截面特性：A=300×16×2+400×10=13600mm2，i_x=135mm，i_y=65mm。試驗(yàn)算該柱的整體穩(wěn)定性。（注：λ≤100時(shí)，φ按b類截面查表；λ>100時(shí)，φ按c類截面查表）3.（13分）某簡(jiǎn)支鋼梁跨度6m，承受均布荷載設(shè)計(jì)值q=45kN/m（含自重），鋼材為Q235鋼（f=215N/mm2，f_v=125N/mm2）。梁截面采用HN500×200×10×16（截面參數(shù)：A=11920mm2，W_x=1853×103mm3，I_x=46320×10?mm?，t_w=10mm，h=500mm）。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）若梁的側(cè)向支撐間距為3m，驗(yàn)算梁的整體穩(wěn)定性（φ_b=0.85）。五、論述題（20分）結(jié)合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50017-2017），論述鋼結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)的基本原則，并分析焊接連接與螺栓連接的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景。答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.C解析：伸長(zhǎng)率δ是衡量鋼材塑性變形能力的指標(biāo)，δ越大，塑性越好。2.A解析：E50焊條對(duì)應(yīng)Q355鋼（f_y=355N/mm2），對(duì)接焊縫抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值等于母材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，即310N/mm2（厚度≤16mm時(shí)）。3.B解析：普通螺栓孔直徑比螺栓桿直徑大1~2mm，d=20mm時(shí)，孔徑取21mm。4.A解析：Q355鋼（f_y=355N/mm2）受壓翼緣自由外伸寬度比限值為13√(235/f_y)（GB50017-2017表5.4.1-1）。5.B解析：長(zhǎng)細(xì)比λ=l_0/i，λ_x=6000/128≈46.9，λ_y=3000/75=40，兩者均需驗(yàn)算，但穩(wěn)定系數(shù)由較大長(zhǎng)細(xì)比決定，本題λ_x更大，但需注意截面分類。6.B解析：摩擦型高強(qiáng)螺栓通過板件間摩擦力傳遞剪力，破壞時(shí)板件間產(chǎn)生滑移。7.D解析：焊縫長(zhǎng)度需滿足最?。?h_f且40mm）和最大（60h_f）要求，厚度需滿足1.5√t（較厚焊件）。8.D解析：φ_b與梁的側(cè)向剛度、荷載位置、支撐間距、截面尺寸相關(guān)，與彈性模量E無關(guān)（E為常數(shù)）。9.D解析：剛接節(jié)點(diǎn)焊縫需承受彎矩（拉/壓）和剪力，故需驗(yàn)算抗拉、抗壓及抗剪強(qiáng)度。10.C解析：熱浸鍍鋅主要承重構(gòu)件鍍層厚度≥85μm（GB50017-2017第14.3.4條）。二、填空題1.冷彎性能2.一3.受剪面數(shù)目4.長(zhǎng)細(xì)比5.b_1/t≤13√(235/f_y)6.性能等級(jí)7.30°~60°8.正常使用9.610.511.穩(wěn)定性12.固定柱位置并承受拉力13.整體穩(wěn)定性14.0.815.大于三、簡(jiǎn)答題1.硫（S）：易與鐵形成低熔點(diǎn)（約985℃）的FeS，導(dǎo)致鋼材在高溫加工（如焊接）時(shí)發(fā)生熱脆，降低塑性和韌性；磷（P）：提高鋼材強(qiáng)度但顯著降低塑性和韌性，尤其在低溫下易發(fā)生冷脆，增加脆性斷裂風(fēng)險(xiǎn)。2.破壞形式：（1）螺栓桿被拉斷；（2）板件被拉斷（凈截面強(qiáng)度不足）；（3）板件端部被剪壞（端距太小導(dǎo)致沖剪破壞）。設(shè)計(jì)措施：（1）螺栓按抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值驗(yàn)算；（2）驗(yàn)算板件凈截面抗拉強(qiáng)度；（3）限制端距≥2d_0（d_0為孔徑）。3.限制原因：腹板高厚比過大時(shí)，受彎或受剪易發(fā)生局部失穩(wěn)，降低梁的承載力和剛度。措施：（1）設(shè)置橫向加勁肋；（2）同時(shí)設(shè)置橫向和縱向加勁肋；（3）當(dāng)荷載很大時(shí)，采用厚腹板（減小高厚比）。4.摩擦型：通過板件間摩擦力傳力，變形小，彈性階段工作，適用于承受動(dòng)荷載或?qū)ψ冃蚊舾械慕Y(jié)構(gòu)（如橋梁、重級(jí)工作制吊車梁）；承壓型：允許板件滑移，后期通過螺栓桿承壓和抗剪傳力，承載力更高但變形大，適用于承受靜荷載或間接動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)（如一般廠房框架）。5.支撐作用：保證屋架的空間穩(wěn)定性，傳遞水平荷載（如風(fēng)荷載、地震作用），防止屋架側(cè)傾，減小弦桿計(jì)算長(zhǎng)度。主要支撐類型：上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、垂直支撐、系桿（包括剛性系桿和柔性系桿）。四、計(jì)算題1.解：（1）螺栓抗剪驗(yàn)算：每排3個(gè)螺栓，雙蓋板（2個(gè)剪面），n_v=2，d=20mm。單個(gè)螺栓抗剪承載力：N_v^b=n_v×(πd2/4)×f_v^b=2×(3.14×202/4)×140=2×314×140=87920N≈87.92kN。（2）螺栓承壓驗(yàn)算：鋼板厚度t=12mm（較厚），蓋板厚度t=8mm（較?。?，取t=8mm。單個(gè)螺栓承壓承載力：N_c^b=d×t×f_c^b=20×8×305=48800N=48.8kN。（3）鋼板凈截面抗拉驗(yàn)算：鋼板寬度b=280mm，兩排螺栓，每排3個(gè)，孔徑d_0=21mm，最不利截面為第一排螺栓孔處（1-1截面）。凈截面面積：A_n=b×tn×d_0×t=280×122×21×12=3360504=2856mm2。鋼板抗拉承載力：N_u=A_n×f=2856×310=885360N≈885.36kN。（4）連接承載力取最小值：螺栓承壓承載力N_c^b=48.8kN，總螺栓數(shù)n=6個(gè)，總承載力N=6×48.8=292.8kN。鋼板凈截面承載力885.36kN>292.8kN，故連接由螺栓承壓控制，滿足要求。2.解：（1）計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比：λ_x=l_ox/i_x=6000/135≈44.4，λ_y=l_oy/i_y=6000/65≈92.3。（2）確定截面分類：焊接工字形截面，翼緣為焰切邊（b類），腹板為軋制（b類），整體按b類截面查表（GB50017-2017附錄D）。（3）查穩(wěn)定系數(shù)φ：λ_y=92.3（最大長(zhǎng)細(xì)比），b類截面，λ=92.3≈92，查表得φ≈0.62（插值計(jì)算：λ=90時(shí)φ=0.627，λ=95時(shí)φ=0.595，λ=92.3時(shí)φ≈0.627-(92.3-90)/(95-90)×(0.627-0.595)=0.627-2.3/5×0.032≈0.627-0.0147=0.612）。（4）整體穩(wěn)定驗(yàn)算：N/(φA)≤f。假設(shè)軸心壓力N=φA×f=0.612×13600×310≈0.612×4216000≈2580kN（需根據(jù)實(shí)際荷載驗(yàn)證，本題默認(rèn)N≤2580kN時(shí)滿足）。3.解：（1）抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：跨中彎矩M=qL2/8=45×62/8=202.5kN·m=202.5×10^6N·mm。σ=M/(γ_xW_x)，Q235鋼γ_x=1.05（工字形截面繞x軸），σ=202.5×10^6/(1.05×1853×103)=202.5×10^6/(1945.65×103)≈104.1N/mm2≤215N/mm2，滿足。（2）抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算：支座剪力V=qL/2=45×6/2=135kN=135×103N。τ=V/(h_wt_w)=135×103/(480×10)=135×103/4800≈28.1N/mm2≤125N/mm2，滿足（h_w=h-2t_f=500-2×16=468mm，此處取近似值480mm，精確計(jì)算為468mm，τ=135×103/(468×10)=28.8N/mm2，仍滿足）。（3）整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：φ_b=0.85，σ=M/(φ_bW_x)=202.5×10^6/(0.85×1853×103)=202.5×10^6/(1575.05×103)≈128.6N/mm2≤215N/mm2，滿足。五、論述題鋼結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)基本原則：（1）強(qiáng)度與變形協(xié)調(diào)：連接承載力應(yīng)不低于被連接構(gòu)件，避免“弱節(jié)點(diǎn)強(qiáng)構(gòu)件”；（2）構(gòu)造合理：節(jié)點(diǎn)形式簡(jiǎn)單，減少應(yīng)力集中，便于加工和安裝；（3）經(jīng)濟(jì)性：優(yōu)化連接材料用量，降低施工成本；（4）耐久性：采取防腐、防火措施，延長(zhǎng)使用壽命；（5）抗震性能