钢结构设计原理复习题含答案

1、钢结构设计原理复习题 （ 含 答案）2011 年课程考试复习题及参考答案钢结构设计原理一、填空题：1. 钢 结 构 计 算 的 两 种 极 限 状 态 是 和。2. 提 高 钢 梁 整 体 稳 定 性 的 有 效 途 径 是 和。3. 高 强 度 螺 栓 预 拉 力 设 计 值 与 和 有关。4. 钢 材 的 破 坏 形 式 有 和。5. 焊接 组合 工字 梁 ，翼 缘的 局 部 稳定 常 采用 的方法来保证，而腹板的局部稳定则常采用 的方法来解决。6. 高强度螺栓预拉力设计值与 和 有关。7. 角焊缝的计算长度不得小于，也不得小于 ；侧面角焊缝承受静载时， 其计算 长度不宜大于 。8. 轴心

2、受压构件的稳定系数 与、和 有关。9. 钢结构的连接方法 有、 和。10. 影响钢材疲劳的主要因素有、和。11. 从 形 状 看 ， 纯 弯 曲 的 弯 矩 图 为，均布荷载的弯矩图为 ，跨中央一个集中荷载的弯 矩图为 。12. 轴 心 压 杆 可 能 的 屈 曲 形 式 有、 和。13. 钢 结 构 设 计 的 基 本 原 则 是 、 、 和。14. 按 焊 缝 和 截 面 形 式 不 同 ， 直 角 焊 缝 可 分 为 、 、 和 等。15. 对 于 轴 心 受 力 构 件 ， 型 钢 截 面 可 分 为 和 ；组合截面可分为 和。16. 影 响 钢 梁 整 体 稳 定 的 主 要 因 素

3、二、问答题：1. 高强度螺栓的 8.8 级和 10.9 级代表什么含义？2. 焊缝可能存在哪些缺陷？3. 简述钢梁在最大刚度平面内受荷载作用而丧失 整体稳定的现象及影响钢梁整体稳定的主要因素。4. 建筑钢材有哪些主要机械性能指标？分别由什 么试验确定？5. 什么是钢材的疲劳？6. 选用钢材通常应考虑哪些因素？7. 在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑哪些初 始缺陷的影响？8. 焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要 求？9. 普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪 连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？10. 在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，对虚 轴为什么要采用换算长细比？11.

4、 轴心压杆有哪些屈曲形式？12. 压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何 不同？13. 在抗剪连接中，普通螺栓连接和摩擦型高强度螺 栓连接的传力方式和破坏形式有何不同？14. 钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？15. 对接焊缝的构造有哪些要求？16. 焊接残余应力和焊接残余变形是如何产生的？ 焊接残余应力和焊接残余变形对结构性能有何影 响？减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有 哪些？17. 什么叫钢梁丧失整体稳定？影响钢梁整体稳定 的主要因素是什么？提高钢梁整体稳定的有效措 施是什么？18. 角焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要 构造要求？19. 螺栓的排列有哪些构造要求？20.

5、什么叫钢梁丧失局部稳定？怎样验算组合钢梁 翼缘和腹板的局部稳定？三、计算题：1. 一简支梁跨长为 5.5m，在梁上翼缘承受均布静力 荷载作用， 恒载标准值为 10.2kN/m（不包括梁自重），活载标准值为 25kN/m，假定梁的受压翼缘 有可靠侧向支撑。梁的截面选用 I36a 轧制型钢， 其几何性质为：Wx=875cm3，t w=10mm，I / S=30.7cm， 自重为 59.9kg/m ，截面塑性发展系数 x=1.05。 钢材为 Q235，抗弯强度设计值为 215N/mm2，抗剪 强度设计值为 125 N/mm2。试对此梁进行强度验 算并指明计算位置。（恒载分项系数 G=1.2 ，活载

6、分项系数 Q=1.4 ）2. 已知一两端铰支轴心受压缀板式格构柱，长10.0m，截面由 2I32a 组成，两肢件之间的距离300cm，如图所示，尺寸单位 mm。试求该柱最大 长细比。注：一个 I32a 的截面面积 A = 67cm2，惯性矩 I y 44=11080cm4， I x1 = 460cm43. 试载计设算计下值图所F2示=4连5k接N，中螺栓C级M2螺2栓0，的孔强径度。21已.5知m荷m， fvb =130N/mm， f cb =305 N/mm。4. 图示焊接工形截面梁，在腹板上设置一条工厂对 接焊缝，梁拼接处承受内力为M=2500kNm，V=500kN，钢材为 Q235钢，焊

7、条为 E43 型，手工 焊，二级质量标准。试验算拼接焊缝强度。 提示：剪力 V 可假定全部由腹板承担，弯矩按刚度比分配，即 Mw IIw M间支撑与柱的连接节点，支撑杆承受轴计值 N=300kN，用 2L806Q2325钢，焊条为 E43 型，焊脚尺寸见定板m。焊采缝用长两度侧。角焊缝相连（绕角焊）节点板与端板用两条角焊缝相连，试验算该连接焊缝强度。中长度单板位件为用 mm。7.设拉接计的力如平图设接所接计示头2值矩，形图N拼=中4接长5板0度k与N单2，板位件有为用关普强通mm螺。度2栓已设连知栓 d=20mm，孔径 d0=21.5mm。轴心 fvb =130N/mm, fcb =305N/

8、mm，?=215N/mm。粗螺值m，8. 图示一用 M20普通螺栓的钢板拼接接头，钢材 Q235，?215 N/mm2。试计算接头所能承受的 大轴心力设计值 Nmax。螺栓 M20，孔径 21.5 22fvb =130N/mm， fcb =305 N/mm。9. 用轧制工字钢 I36a （材料 Q235）做成的 10m长 两端铰接柱，轴心压力的设计值为 650kN，在腹 板平面承受均布荷载设计值 q 6.24kN/m。试计 算此压弯柱在弯矩作用平面内的稳定有无保证？ 为保证弯矩作用平面外的稳定，需设置几个侧向中间支承点？已知： A=76.3cm2 ， Wx 875cm3， i x 14.4cm

9、， i y2269cm， f 215N/mm2。10. 一两端铰接焊接工字形截面轴心受压柱，翼缘为 火焰切割边，截面如图所示。杆长为 9m，设计荷 载 N = 1000kN，钢材为 Q235 钢。试验算该柱的 整体稳定及板件的局部稳定性是否均满足。已知： f = 215N/mm2，截面对 x 轴和 y 轴均为 b 类截面。验算公式：整体稳定： N fA局部稳定：翼缘的宽厚比：b1 (10 0.1 ) 235 ；腹板的tw高厚比： h0 (25 0.5 ) 235b 类截面轴心受压构件的稳定系数fy2350123456789800.0.0.0.0.0.0.0.0.0.68868167566866

10、1655648641635628900.0.0.0.0.0.0.0.0.0.6261606059585857565614814815811000.0.0.0.0.0.0.0.0.0.55545453525251515049592693715911.同如，图跨所度示均为为二简1支2作梁m，用截跨在面间梁，无的其侧上截向翼面支缘面承，积点钢大，材小均为相布荷，说明何者的稳定载大小亦相Q性2更3试比较梁的稳用定在系梁数无的侧上向翼极限状态加侧材y。承加定。状的态距离（或增向支承点 二、问答题：1.么试验4.1000N/mm，2f y / 裂纹、气孔、夹碴、 丧失极限能，全，凹实适面腹用式缝，确组保合

11、质截量面，格，侧能受力压极翼限缘状，态减，少正侧常向支使用承极点度。 类和作用位置以及梁受 度些。主要机械性能指标？分别由什：定试；验抗屈确冲拉服伸定击强点长；韧非焊1接0 结构细，比螺对焊接结构）或应力比（对参考答案、填空题：2. 答： 烧穿、咬答边：、 整体稳定答的：于生坏 低发破 还会劳 力也疲 应时或 当点劳重要作环构的结构下，屈服的疲？有；载还为些的接性临 哪虑连力的 ？复甚象虑考受杆 ，现考常；的压 疲续度种应通征构心 的连强这常材特结轴 材在拉，通钢载际 钢材抗坏材用荷余束 残约 虑端 考杆 应、 力影 界的 临心 的偏 杆初 压和轴弯什答钢断5答性境在对观准二 级质，到量 剪

12、栓在即件 螺面传生 虚 面本从界算形 只外标到伤级外达质 抗 查其格达探；一准，工 在 靠连式、 拧接力 检，合并线；标伤施 ，？依栓形断 过件擦同是螺坏拉 通接摩件 定 失但形低要虑连不同接螺接，构 紧触来产 对 截材格探程 接，临换变 缀大定用材 时 稳因较稳采缀，采缀栓何连受种件时，被连依靠，构体稳虚轴递。的变并降虚轴来考螺有螺栓。当现五、构。连接也使力，克服态。的整旦绕来传产生形，对方法达曲 力弯 压为 当变 ，转钢）度式螺。现、。连也力克态的 旦来产形，方 或 级几必外用验符缝01强形剪力出坏坏栓时擦被状件 一材所变时的）？杆 等及差对需检验并焊见20高坏抗外能压破螺同摩刚限构 件缀

13、时加定比响式直为观尺检外 行射要50摩式接来时壁栓的拉相摩力心细受须递大整大力屈作有 分外何量准到进或格B5和方连压力孔螺中预生以能轴长心必传较算加界些力生 量行几质标达观波合G接力栓承载、和接生产是载式算轴力，生计过临哪压发 质进及级格，外声级连传螺壁承断坏连产而它承构换式剪细产在通定有心会 缝缝陷二合缝除超范栓的通孔限剪剪栓杆紧。为格用构向柔件以（稳杆轴横较构所比低压受 它 栓部强使互外移计要：的比使。细降心： 答全可要级20量还级验普，答抗达螺端高帽相递滑在么答上身而力长对轴答7陷 8始缺9中接不同1？2.答压弯构件的有抗在剪腹连剪应件有何同时可能，构 构件变素弯 弯和定理论部，稳定通性

14、过 。定确理论定，限通值过 。心应受不确压定先限值 件板中件，的板形件状弯，宽应厚受压或状态；栓连1接3.的答在传：抗力剪普方通连式接螺和栓中破连，坏接普形中通螺栓连接和摩擦型高强度螺答：普通螺栓连接时来中传，时壁，被弯曲弯抗曲剪种件现栓14.钢气密性、？、铆钉？ 连接方端 高剪靠构摩件开擦始力来产传生时被栓擦力也连克服，接使时依被，卸塑小。方性便、，韧可性好以截面；、韧性较好，传力可靠， 缺杂点，:技因在构件上需打孔，削弱构件 的优杂点，：技具 的的优优点点：，具又 15.对接焊缝的构优造点有，哪件焊 板未 当用 有采 只可 缝时 透用 焊作 用载 采静 多受 焊且 接， 对小 般的力较缝。

15、保证加工一，内对接为边缘加 ：厚的 口 答较透 焊不 度 厚 件 焊 按 可在大于缝时 影有 形温，称时也接残 ，对低构在 收规常使须加 置应择合，采焊，接不同易有工复，而 对成不处施工板，为厚），在或不和和 弧t变侧面板形 引t（于一斜钢字焊）度或行，用不减面5用点残残减？钢均生内残现形残强稳条残容安正焊理能施变随避叫要什钢变也消到 采般度 一2.5 采叉接接？些：不产件接出变接力的温接所和矫少合可的反免时么主是：向形而达 一长 的1:2 可交焊焊响哪答成区焊焊会余焊静件低焊范用以减尽理用避焊什的施答侧变去力 67 11焊交 ？何法 内低下力时 ，不 ，形 的有方 域，况应同焊 料降； 验正

16、必 接度 时T 生能的 区力情种，为 材度。工、形 焊用 产性形 近应的这生称 。 接当 何构变 附拉束。产， 好度劳破了安余 。板切 对当。如结余 及生约衡的形 较刚疲性出的残 mm是对残 缝产界平力变 性的的脆超构的 对00m形形接 焊区外相应缩 塑件构的若结大 向对20变变焊 在温无自余收 余余和 会高在力残匀 低低构变影：降降速：会， 变当理确法用 响加响将以 和适合正热采 ；，影，所 力择行加量 响力载的围； 应选进。部尽 余:、序局；焊丧是的对成坡T得小接接 得焊焊钢字形间距应力应力焊接当十的余余少中在。应接均 程，力压 过场应和随的 焊度压力。向 施温的应力方 在的应拉应同 材匀

17、相的余不的；强坏施装变对构结件形响影；的布选上施， 缝，艺格焊 焊计工严动 、设造艺自 ：寸艺制工半 法尺工在接或 方脚接：焊焊 的方焊焊接工：按焊动焊 形的的施；自应无承下变的承 残计称顺和性仰梁素。余度定件余许全。接设对焊形意免钢因么梁形只失某措 无向除应作 定效 而侧的压力 稳有 直其力曲扰 体的 平，扰弯干 整定 持力保扰着缘侧 向干随翼的 向并压然 的侧，受偶 梁的内使在 ，然度加梁 时偶限增钢 小到的矩， 较受定弯时 矩使一当值 弯即在但数 素？在；是。一梁稳 钢体 响整 影梁 ？钢 定高 稳提 体？ 整么 。失什梁整体稳 点离位、置、 支离梁承、整假定是：破坏沿有效载面；因。形式

18、素有、：侧荷向载支类承型点的、。效措施是加强受压翼 构造1要8.求角？焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要 构造破坏要面求答上？：应角力焊均缝匀的19. 螺栓的排列有哪些构造要求？答：螺栓排列的构造要求： 受力要求 : 端距限制防止孔端钢板剪断，2d0；螺孔中距限制限制下限以防 止孔间板破裂即保证 3do，限制上限以防止 板间翘曲。 构造要求 : 防止板翘曲后浸入潮气而腐蚀， 限制螺孔中距最大值。 施工要求 : 为便于拧紧螺栓，宜留适当间距 20. 什么叫钢梁丧失局部稳定？怎样验算组合钢梁 翼缘和腹板的局部稳定？答：在钢梁中，当腹板或翼缘的高厚比或宽厚比过大时，就有可能在梁发生强度破坏或丧失

19、整体稳定之前，组成梁的腹板或翼缘出现偏离其原来 平面位置的波状屈曲，这种现象称为钢梁的局部 失稳。组合钢梁翼缘局部稳定性的计算：梁受压翼缘自由外伸宽度 b1与其厚度 t 之比的限 值： b1 15 235t f y 箱形截面受压翼缘板在两腹板之间的宽度 b0 其厚度 t 之比的限值：b1I)：II )：b0 40 235t f y组合钢梁腹板局部稳定的计算：仅用横向加劲肋加强的腹板：c )2 ( )2 1 c , cr cr同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板：a. 受压翼缘与纵向加劲肋之间的区格(区格c ( ) 2 1cr1 c,cr 1 cr 1b. 受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格(区格

20、( 2 c2 )2 ( ) 2 1 cr 2c ,cr 2cr 2同时用横向加劲肋、纵向加劲肋和短加劲肋加 强的腹板：a. 受压翼缘与纵向加劲肋之间的区格(区格I)：c ( ) 2 1cr1 c,cr1 cr 1b. 受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格(区格II )： ( 2 c2 )2 ( )2 12 c2 2 2cr 2c ,cr 2cr 2计算题：1.梁上荷载设计值为： q = 47.94 （ kN/m） 跨中最大弯距为： Mmax=181.12 （kN.m） 支座处最大剪力为： Vmax=131.84 （kN） 跨中正应力为：= 197.1 （N/mm2）f 215 （N/mm） 支座处最

21、大剪应力为：= 42.9 （N/mm2）f v 125 （ N/mm2）2.i y 12.86cm y 77.78I x 31070cm4i x 15.23cm x 65.66 i1 2.62cm 1 30.53ox72.41max77.783.NVb 40.84kNNcb 122kNFX 36kNFY 27kNT 7.56kN MN1TX 17.45kNN1TY 11.63kNN1VX 9kNN1VY 6.75kN2217.45 9 2 11.63 6.75 32.2kN 40.84kN安全4.查得 ftwI 739360cm4I w 144000cm42Aw 120cm215N /mm2，

22、 fcw 215N / mm2 ， fvw 125N / mm2计算焊缝截面特征值验算正应力M w 486 .9 kN mw 202.9N /mm2 215N/ mm2， 满足要求验算剪应力w 41.7N /mm2 125N /mm2， 满足要求验算折算应力2 2 2 2 w2 3 w2 215.4N / mm2 1.1 215 236N /mm2满足要求5.) 确定对接焊缝计算截面的几何特性1) 计算中和轴的位置(对水平焊缝的形心位置取矩)：ya 9.9cmyb 21.1cm2)焊缝计算截面的几何特性全部焊缝计算截面的惯性矩：4I w 4790 cm全部焊缝计算截面的抵抗矩：Wwa484cm

23、3Wwb 227cm3腹板焊缝计算截面的面积：Aww (30 1) 1 29cm26.) 验算焊缝强度1)a 点：a 90.9N /mm f fw 185N / mm2 （满足）2)b 点：b 193.8N / mm2 f fw 185N / mm2 （满足） 75.9N/ mm2折算应力：2 2 22 3 2 234.2N /mm2 1.1f236.5N / mm2hf1 8mm hf 2 6mm(1) 采用两边绕角焊，肢背、肢尖的受力为 N1 210kN N 2 90kN 焊脚高度为计算肢背、肢尖所需焊缝长度为Lw1122mmLw2 72mm构件端部按要求做成 2hf 绕角焊，故不再加5m

24、m240kN(2) N 分解为水平拉力 N1 180kN ，竖向剪力 V1计算焊缝强度：N 32.8N /mm2V2V 43.7N / mm2验算合应力：足)7.a） N81.7kNNcb 109.8kN N b min 81.7kNb）n5.5kN ，取 6 个c)排列：中距 3d0 64.5 ，取 80；端距 3d0 64.5 ，取 50；边距 3d0 64.5，取 40d）净截面验算 ： An 2106mm2213.7N /mm2 215e)拼接板长： l 530mm8.一) 螺栓所能承受的最大轴心力设计值单个螺栓受剪承载力设计值 Nvb 81.6kN ( N mbin ) 单个螺栓承压

25、承载力设计值 Ncb 85.4kN 连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值N 734.4kN) 构件所能承受的最大轴心力设计值I-I 截面净截面面积为 A - 截面净截面面积为 -截面净截面面积为 三个截面的承载设计值分别为32cm2II 2An29.46cmIII 2AnIII28.98cm2了(- 截面： N 688kN - 截面： N 633.4kN - 截面：因前面 - 截面已有 n1个螺栓传走n1/n )N的力, 故有(1 n1 )N AnII f N 701kNn构件所能承受的最大轴心力设计值按截面N 633.4kN29.68cm2N 638.1kN连接盖板所能承受的轴心力设计值（按 V-V 截面 确定） Anv通过比较可见，接头所能承受的最大轴心力设计值应按构件截面的承载能力取值，即Nmax 63