钢结构钢结构基础考试复习题

1、1、 填空题1 .钢结构计算的两种极限状态是承载水平极限状态和正常使用极限状态.2 .钢结构具有轻质高强、材质均匀,韧性和塑性良好、装配程度高,施工周期短、密闭性好、耐热不耐火和易锈蚀等特点.3 .钢材的破坏形式有塑性破坏和脆性破坏.4 .影响钢材性能的主要因素有化学成分、冶炼,浇注,轧制、钢材硬化、温度、应力集中、剩余应力、重复荷载作用和钢材缺陷.5 .影响钢材疲劳的主要因素有应力集中、应力幅对焊接结构或应力比对非焊接结构、应力循环次数6 .建筑钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、和冷弯性能.7 .钢结构的连接方法有焊接连接、钏钉连接和螺栓连接.8 .角焊缝的计算长度

2、不得小壬8hf,也不得小于40mm.侧面角焊缝承受静载时,其计算长度不宜大于60hf.9 .普通螺栓抗剪连接中,其破坏有五种可能的形式,即螺栓剪坏、孔壁挤压坏、构件被拉断、端部钢板被剪坏和螺栓弯曲破坏.10 .高强度螺栓预拉力设计值与螺栓材质和螺栓有效面积有关.11 .轴心压杆可能的屈曲形式有弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲.12 .轴心受压构件的稳定系数与剩余应力、初弯曲和初偏心和长细比有关.13 .提升钢梁整体稳定性的有效途径是增强受压翼而丽n侧向支承点.14 .影响钢梁整体稳定的主要因素有荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、侧向支承点的位置和距离和梁端支承条件.15 .焊接组合工字梁,翼

3、缘的局部稳定常采用限制宽厚比的方法来保证,而腹板的局部稳定那么常采用设置加劲肋的方法来解决.2、 问做题1 .钢结构具有哪些特点答：钢结构具有的特点：.1钢材强度高,结构重量轻.2钢材内部组织比拟均匀,有良好的塑性和韧性.3钢结构装配化程度高,施工周期短.4钢材能制造密闭性要求较高的结构.5钢结构耐热,但不耐火.6钢结构易锈蚀,维护费用大.2 .钢结构的合理应用范围是什么答：钢结构的合理应用范围：重型厂房结构.2大跨度房屋的屋盖结构.3高层及多层建筑.4轻型钢结构.5塔桅结构小板壳Z§构.7桥梁Z§构.8移动式结构3 .钢结构对材料性能有哪些要求答：钢结构对材料性能的要求：

4、.1较高的抗拉强度fu和屈服点fy较好的塑性、韧性及耐疲劳性能.3良好的加工性4 .钢材的主要机械性能指标是什么各由什么试验得到答：钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能.其中屈服点、抗拉强度和伸长率由一次静力单向均匀拉伸试验得到；冷弯性能是由冷弯试验显示出来；冲击韧性是由冲击试验使试件断裂来测定.5 .影响钢材性能的主要因素是什么答：影响钢材性能白主要因素有：.1化学成分.2钢材缺陷.3冶炼,浇注,轧制.4钢材硬化.5温度CB应力集中.7剩余应力C8重复荷载作用6 .什么是钢材的疲劳影响钢材疲劳的主要因素有哪些答：钢材在连续反复荷载作用下,当应力还低于钢材的抗拉

5、强度,甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏,这种现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏.影响钢材疲劳的主要因素是应力集中、应力幅对焊接结构或应力比对非焊接结构以及应力循环次数.7 .选用钢材通常应考虑哪些因素答：选用钢材通常考虑的因素有：.1结构的重要性.2荷载特征.3连接方法O结构的工作环境温度.5结构的受力性质8 .钢结构有哪些连接方法各有什么优缺点答：钢结构常用的连接方法有：焊接连接、钏钉连接和螺栓连接三种.焊接的优点：.1不需打孔,省工省时；.2任何形状的构件可直接连接,连接构造方便；.3气密性、水密性好,结构刚度较大,整体性能较好9 .焊缝可能存在的缺陷有哪些答：焊缝可能存在的缺陷有裂纹、气孔、

6、夹硝、烧穿、咬边、未焊透、弧坑和焊瘤.10 .焊缝的质量级别有几级各有哪些具体检验要求答：焊缝质量分为三个等级.三级质量检查只对全部焊缝进行外观缺陷及几何尺寸检查,其外观可见缺陷及几何尺寸偏差必须符合三级合格标准要求；二级质量检查除对外观进行检查并到达二级质量合格标准外,还需用超声波或射线探伤20%焊缝,到达B级检验出级合格要求；一级质量检查除外观进行检查并符合一级合格标准外,还需用超声波或射线对焊缝100%探伤,到达B级检验n级合格要求；11 .对接焊缝的构造要求有哪些答：对接焊缝的构造要求有：一般的对接焊多采用焊透缝,只有当板件较厚,内力较小,且受静载作用时,可采用未焊透的对接缝.为保证对

7、接焊缝的质量,可按焊件厚度不同,将焊口边缘加工成不同形式的坡口.起落弧处易有焊接缺陷,所以要用引弧板.但采用引弧板施工复杂,因此除承受动力荷载外,一般不用引弧板,而是计算时为对接焊缝将焊缝长度减2tt为较小焊件厚度.3对于变厚度或变宽度板的对接,在板的一面一侧或两面两侧切成坡度不大于1:2.5的斜面,预防应力集中.当钢板在纵横两方向进行对接焊时,焊缝可采用十字形或T形交叉对接,当用T形交叉时,交叉点的间距不得小于200mm12 .角焊缝的计算假定是什么角焊缝有哪些主要构造要求答：角焊缝的计算假定是：1破坏沿有效载面；2破坏面上应力均匀分布.表6T角作缱的构造要求部位工程构造要求相佳静脚尺寸而上

8、限打工1.加钢管结构除外h工时»对板边工4一、t>6时体/qI1.为较薄卸件厚度,t力板边加焊缝的机件萍度下限A/或L5当时.h,口f.为软厚媚件厚度.时自动库储可减1m由»对单面T形焊hf血加1mm.£为焊件厚度.母蘸长度上限60勺内力沿燃缝全长均制分布者不限下限助/和杆螂与节点板用两蒯面角焊继连接.如右图长度103心LJLUlLLCf|v距高身2mm时八为较海得件厚度措揍旌接搭接最小长度S及A&mm外为校牌焊件厚度13 .焊接剩余应力和焊接剩余变形是如何产生的焊接剩余应力和焊接剩余变形对结构性能有何影响减少焊接剩余应力和焊接剩余变形的方法有哪些答

9、：钢材在施焊过程中会在焊缝及附近区域内形成不均匀的温度场,在高温区产生拉应力,低温区产生相应的压应力.在无外界约束的情况下,焊件内的拉应力和压应力自相平衡.这种应力称焊接剩余应力.随焊接剩余应力的产生,同时也会出现不同方向的不均匀收缩变形,称为焊接剩余变形.焊接剩余应力的影响：对塑性较好的材料,对静力强度无影响；降低构件的刚度；降低构件的稳定承载力;®降低结构的疲劳强度；5在低温条件下承载,加速构件的脆性破坏.焊接剩余变形的影响：变形假设超出了施工验收标准所容许的范围,将会影响结构的安装、正常使用和平安承载；所以,对过大的剩余变形必须加以矫正.减少焊接剩余应力和变形的方法：1合理设计

10、：选择适当的焊脚尺寸、焊缝布置应尽可能对称、进行合理的焊接工艺设计,选择合理的施焊顺序.2正确施工：在制造工艺上,采用反变形和局部加热法；按焊接工艺严格施焊,预防随意性；尽量采用自动焊或半自动焊,手工焊时预防仰焊.14 .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答：普通螺栓连接中的抗剪螺栓连接是依靠螺栓抗剪和孔壁承压来传递外力.当受剪螺栓连接在到达极限承载力时,可能出现五种破坏形式,即螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏.高强螺栓连接中的抗剪螺栓连接时,通过拧紧螺帽使螺杆产生预拉力,同时也使被连接件接触面相互压紧而产生相应

11、的摩擦力,依靠摩擦力来传递外力.它是以摩擦力刚被克服,构件开始产生滑移做为承载水平的极限状态.15 .螺栓的排列有哪些构造要求答：螺栓排列的构造要求：1受力要求：端距限制一-预防孔端钢板剪断,>2do；螺孔中距限制一限制下限以预防孔间板破裂即保证>3do,限制上限以预防板间翘曲.21造要求：预防板翘曲后浸入潮气而腐蚀,限制螺孔中距最大值.3施工要求：为便于拧紧螺栓,宜留适当间距.16 .普通螺栓抗剪连接中,有可能出现哪几种破坏形式具体设计时,哪些破坏形式是通过计算来预防的哪些是通过构造举措来预防的如何预防答：普通螺栓抗剪连接中的五种破坏形式：螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构

12、件端部被剪坏名称位置和方向最大容许距内取两者的较小值最小容许距离外排f垂直内力方向或胸内力方向,或12t中中垂直内力方向164虱24J心同构件受压力12%或18f向膜内力方向距梅他件受拉力16或2*工沿对他城方向顺内力方向域中央至£f剪切边或手工气割边构件边L或螺跆离内共孔制边.自动气割高强度怫榜方向或横割边其他螺栓或催钉-4表8.3.4楼或掰<1的最大、曷小容许距离itJH为嫌悻或侧钉的孔怜,F为外层较薄板件的厚度.2锲板迫算与刚性构件如角钠、槽钢等相连的螺怆或糊竹的最大间距,可按中间排的数值采用和螺栓弯曲破坏.以上五种可能破坏形式的前三种,可通过相应的强度计算来预防,后两种

13、可采取相应的构件举措来保证.一般当构件上螺孔的端距大于2d0时,可以预防端部冲剪破坏；当螺栓夹紧长度不超过其直径的五倍,那么可防止螺杆产生过大的弯曲变形.17 .高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义答：级别代号中,小数点前的数字是螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度,小数点后数字是材料的屈强比fy/fu.1.8 级为：fu>800N/mm2,fy/fu=0.81.9 9级为：fu>1000N/mm2,fy/fu=0.918 .轴心压杆有哪些屈曲形式答：受轴心压力作用的直杆或柱,当压力到达临界值时,会发生有直线平衡状态转变为弯曲平衡状态变形分枝现象,这种现象称为压杆屈曲或整体稳定

14、,发生变形分枝的失稳问题称为第一类稳定问题.由于压杆截面形式和杆端支承条件不同,在轴心压力作用下可能发生的屈曲变形有三种形式,即弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲.19 .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答：在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑剩余应力的影响、初弯曲和初偏心的影响、杆端约束的影响.20 .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答：格构式轴心受压构件一旦绕虚轴失稳,截面上的横向剪力必须通过缀材来传递.但因缀材本身比拟柔细,传递剪力时所产生的变形较大,从而使构件产生较大的附加变形,并降低稳定临界力.所以在计算整体稳定时,对虚轴要采用换算长细比

15、通过加大长细比的方法来考虑缀材变形对降低稳定临界力的影响21 .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升钢梁整体稳定的有效举措是什么答：钢梁在弯矩较小时,梁的侧向保持平直而无侧向变形；即使受到偶然的侧向干扰力,其侧向变形也只是在一定的限度内,并随着干扰力的除去而消失.但当弯矩增加使受压翼缘的弯曲压应力到达某一数值时,钢梁在偶然的侧向干扰力作用下会忽然离开最大刚度平面向侧向弯曲,并同时伴随着扭转.这时即使除去侧向干扰力,侧向弯扭变形也不再消失,如弯矩再稍许增大,那么侧向弯扭变形迅速增大,产生弯扭屈曲,梁失去继续承受荷载的水平,这种现象称为钢梁丧失整体稳定.影响钢梁整体稳定的主要

16、因素有：荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、侧向支承点的位置和距离、梁端支承条件.提升钢梁整体稳定性的有效举措是增强受压翼缘、增加侧向支承点22 .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.23 .压弯构件的整体稳定计算与轴心受压构件有何不同答：可见,压弯构件的整体稳定计算比轴心受压构件要复杂.轴心受压构件在确定整体稳定承载水平时,虽然也考虑了初弯曲、初偏心等初始缺陷的影响,将其做为压弯构件,但主要还是

17、承受轴心压力,弯矩的作用带有一定的偶然性.对压弯构件而言,弯矩却是和轴心压力一样,同属于主要荷载.弯矩的作用不仅降低了构件的承载水平,同时使构件一经荷载作用,立即产生挠曲,但其在失稳前只保持这种弯曲平衡状态,不存在达临界力时才忽然由直变弯的平衡分枝现象,故压弯构件在弯矩作用平面内的稳定性属于第二类稳定问题,其极限承载力应按最大强度理论进行分析.24 .压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同答：局部稳定性属于平板稳定问题,应应用薄板稳定理论,通过限制翼缘和腹板的宽厚比所保证的.确定限值的原那么:组成构件的板件的局部失稳应不先于构件的整体稳定失稳,或者两者等稳.轴心受压构件中,板件处于均匀受

18、压状态;压弯构件中,板件处于多种应力状态下,其影响因素有板件的形状和尺寸、支承情况和应力状况弯曲正应力、剪应力、局部压应力等的单独作用和各种应力的联合作用,弹性或弹塑性性能,同时还有在腹板屈曲后强度的利用问题1.计算题试验算如下图牛腿与柱连接的对接焊缝的强度.荷载设计值F=220kN.钢材ww引弧板,焊缝质量三级.有关强度设计值fc=215N/mm2,ft=185N/mm2焊缝承受Q235,焊条E43,手工焊,无.假定剪力全部由腹板上的Ya(301)115.530112012.焊缝计算截面的几何特性0.59.9cmYb319.921.1cm全部焊缝计算截面的惯性矩全部焊缝计算截面的反抗矩aWw

19、11124790(301)3(301)16.1*2(201)19.424790cm4腹板焊缝计算截面的面积二、验算焊缝强度YaAwAw9.9(301.a点2.b点MWwaMbbWw22021214484103484cm3bWwYb479021.1227cm31)129cm290.9N/mm2ffw185N/mm2(满足)43193.8N/mm2ffw185N/mm2(满足)227103FAw32202129102一.275.9N/mm折算应力231.计算中和轴的位置对水平焊缝的形心位置取矩193.82375.92234.2N/mm21.1fcw236.5N/mm2c2.试计算如下图钢板与柱翼缘

20、的连接角焊缝的强度.N=390kN设计值,与焊缝之间的夹角60.一一一一f,w钢材Q235,焊条E43,手工焊.有关强度设计值f=160N/mm2.解：NxINyNsin390sin60337.7kNNcosNx2helwNy2helw(f)22f390cos60195kN337.710320.78(20010)1951032158.7N/mm20.78(20010)291.6N/mm2,管91.62159MPaffw160MPa(满足)3.设计双角钢拉杆与节点板之间的连接角焊缝计算长度L1=?,L2=?厚Uriin2480X8：采用三面围焊：hf=6mm,fwf=160N/mm2,N=529

21、kN静载设计值解：N30.7hf3Lw3fffw0.761601.22160103131.2kNNiK1NN2K2NN32N320.7529131.2/2304.7kN0.3529131.2/293.1kNl1Ni304.7103l220.7hfffw20.76160227mmN293.110320.7hfffw20.7616069mm4.设计矩形拼接板与板件用三面围焊连接的平接接头.轴心拉力E43,手工焊.有关强度设计值=215N/mm2,N=1250kN,静载设计值,钢材Q235,焊条解:侧向:Lw2fwf=160N/mm2°图本尺寸单位mm.焊缝Lw2实际长度取cm整数口r6N

22、端缝：N1N2NN1N22bhe125040.7hfffw盖板全长L2Lw21cmfffw2320524.7725.3kN725.310340.76160228157cm5.设计矩形拼接板与板件用普通螺栓连接的平接接头.解：Na)b)c)0.761.22160103275mm28cm如下图,单位mm有关强度设计值：bv=130N/mni,?bc=305N/mm2,?=215N/mmo粗制螺栓排列nvmin不bII1IIIII1IIIIIIlil10g玉44524.7kN.轴心拉力设计值N=600KN,d=20mm孔径d0=21.5mm23202101081.7kN4tfcb2018305103

23、109.8kN81.7KNNbmin中距端距边距净截面验算IIAn60081.77.3KN3d02d01.5d064.543.032.25(160221.5)188050取402106mm23600102106285MPa>215MPa说明净截面强度不够,接头不能承受600kN的拉力,经验算,盖板应采用12mm厚钢板,被连接板应采用25mm钢板.d拼接板长l225038010690mm6.图示一用M20普通螺栓的钢板拼接接头,钢材为Q235,?=215N/mm2.试计算接头所能承受的最大轴心力设计值.螺栓M20,孔径21.5mm,?bv=130N/mrr,?bc=305N/mm2.解：螺

24、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Nbnv单个螺栓承压承载力设计值Nbdc连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值db21b、fvb213081.6kN(Nmin)4410tfcb21.4305185.4kN10NnN：in981.6734.4kN、构件所能承受的最大轴心力设计值II十十+IIe+十IIiiII1L2的111IVVIC%IIIIIII口匚*1一I2I-I截面净截面面积为An(bn1d0)t(2512.15)1.432cmII-II截面净截面面积Al12e(n11)Va2e2n1d0t25(31)44.527.5232.151.429.46cm2III-III截面净截

25、面面积为A：(bn111d0)t(2522.15)1.428.98cm2三个截面的承载设计值分别为I-I截面：NAnf32102215688000N688kNII-II截面：N2_29.4610215633400N633.4kNIII-III截面:因前面I-I截面已有m个螺栓传走了m/nN的力,故有15NA；fnA；fNnn1(1-)n28.982_10215(11/9)701000N701kN构件所能承受的最大轴心力设计值按二、连接盖板所能承受的轴心力设计值II(按-II截面N633.4kNV-V截面确定AbnVd0t2532.1520.829.68cm2NAvf29.68102215638

26、100N638.1kN通过比拟可见,接头所能承受的最大轴心力设计值应按构件II-II截面的承载水平取值,即Nmax633.4kN.再者,假设连接盖板不取2块8mnB钢板而去2块7mm即与构件等厚,那么会因开孔最多其承载力最小.7.假设上题的拼接接头改用10.9级M20磨擦型高强度螺栓,接触面处理采用钢丝刷去除浮锈.接头所能承受的最大轴心力设计值能增大多少高强度螺栓预拉力设计值解：一、摩擦型高强度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Nb0.9nfP0.920.3P=155kN,接触面抗滑移系数15583.7kN0.3OnNSin983.7753.3kN连接一侧螺栓所能承受的最大

27、轴心力设计值二、构件所能承受的最大轴心力设计值毛截面：NAf25014215752500N752.5kNI-I截面净截面面积为(2512.15)1.432cm2n11,n根据(10.56)nA1f32II-IIAn110.5n截面净截面面积为10221510.5-9728500N728.5kN2e(n1A；f10.5史n1)a2e229.46102n1d0t2225(31)、4.57.532.151.4_229.46cmIII-III0.5215-760100N760.1kN1截面净截面面积为9a："(bnmd0)t(2522.15)1.428.98cm2因前面II截面已有n1个螺栓

28、传走了n"nN的力,故有1n10.5皿)IIInA："N-(1曳n0.5吗n28.981022152(11/90.5-)9801100N801.1kN构件所能承受的最大轴心力设计值按II-II截面N728.5kN三、连接盖板所能承受的轴心力设计值按V-V截面确定Av(bnVd0)t(2532.15)2420.829.68cmnv3,nA：fNnnv10.5n2_29.6810215310.59765700N765.7kN通过比拟可见,接头所能N728.5633.495.1kN.8.计算图示连接的承载力设计值承受的最大轴心力设计值为Nmax728.5kN.与上题比拟增大No螺

29、栓M20,孑L21.5mm,材料Q235A：=215N/mm2解：单个螺栓受剪承载力设计值N；单个螺栓承压承载力设计值N：dc连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值nvd2422213014410一b1.一tfc21.030561kN10NnNmin461244kN81.7kNbv=130N/mm2,?bc=305N/mm2节点板净截面抗拉承载力:N10(400421.5)215675kN故连接的承载力为N244kN9.试计算下列图所示连接中C级螺栓的强度.荷载设计值F=60KN,螺栓M20,孔径21.5mm,?bv=130N/mn2,?bc=305N/mm2.解：单个螺栓受剪承载力设计值N；单个

30、螺栓承压承载力设计值Nbdc故应按NminNb40.8kN进行验算d2fb221nvfv113044101tfcb22.0305122kN1040.8kN偏心力F的水平及竖直分力和对螺栓群转动中央的距离分别为:4N6048kN,ex18cm5,V36036kN,ey7.5cm扭矢IT作用下螺栓“1N；Ty-22xiV承受的剪力在x,y10087.545247.52两方向的分力:23.26kNMlTx122xy1008545247.5215.51kN轴心力N、剪力V作用下每个螺栓承受的水平和竖直剪力:NN1xN4812kNn41承受的合力：zVVN1yn369kN4Nmax.(N；N：)2(N；

31、yNVy)2.(23.2612)2""(15.519)242.94kNNmin40.8kN(不满足)mm计算可7273747576777879800.7390.732P0.7260.7200.7140.7070.7010.6940.6889.6m,钢材为Q235,强度设计值=215N/mm：采用图示截面,尺寸单位稳定系数10.两端较接轴心受压柱,高承受外荷载设计值N=?注：不计自重2(20500)5008224000mmIx1812一3一一一50032202500260214356410mm143510624000245mmLix926405039.2解：IIy2-1220

32、5003416.7106mm1iy4167106132mm24000陋72.71320.73907(0.73910.732)0.734Af0.734240002153787440N3787.44kN12.如下图为二简支梁截面,其截面面积大小相同,跨度均为12m,跨间无侧向支承点,均布荷载大小亦相同,均作用在梁的上翼缘,钢材为Q235,试比拟梁的稳定系数b,说明何者的稳定性更好a);10X1200_'X-16X300b)I1-I-20X240mi200、.20X240解：一、第一截面:1.截面几何特征：2(16300)12001021600mm2Ix13101200321216230060824.999410mmWx1316300312一一一94.99107.2107mm46168.1106mm38100cm3vA11iy1y7.2107,216