云南农业大学钢结构复习题

云南农业大学钢结构设计原理复习题钢结构的主要有点有哪些？钢结构的主要缺点有哪些？极限状态法按满足预定功能要求不同划分为哪两种极限状态法？什么是承载能力极限状态？什么是正常适用极限状态？承载能力极限状态计算用荷载、材料强度什么值？正常使用极限状态计算用荷载、材料强度什么值？何谓荷载、材料强度标准值？何谓荷载、材料强度设计值？荷载、材料强度设计值与相应标准值之间的关系？钢结构设计时应满足哪些基本要求？抗压强度？结构钢材对钢材性能有哪些方面的要求？为什么钢材以屈服强度作为强度设计指标？没有明显屈服点的钢材以什么作为强度设计指标？什么是钢材的伸长率？什么是断面收缩率？什么是冲击韧性？什么叫层状撕裂？化学元素碳对钢材哪些性能有哪些影响？有益合金元素有哪些？有害元素有哪些？如何有害？什么叫钢材的硬化？硬化后钢材在强度、变形方面有何改变？温度如何影响钢材的强度？什么叫应力集中？为什么说厚钢板比薄钢板更有可能发生脆性破坏？钢材的剪切屈服强度与拉压屈服强度之间的关系是什么？钢材有哪几种破坏形式？什么叫塑性破坏？其破坏特征是什么？什么叫脆性断裂？其破坏特征是什么？影响脆性断裂的主要因素有哪些？如何防止脆性断裂的发生？什么叫疲劳破坏？影响疲劳破坏的主要因素有哪些？疲劳验算方法是极限状态法吗？为什么？直接承受重复荷载作用的钢结构，当应力循环次数达到多少时，应进行疲劳计算？结构钢对钢材的基本要求有哪些？何规定的？常用焊缝代号如何标注？什么叫钢材的屈强比？它主要反应什么问题？什么叫对接焊缝？为什么对接焊缝又叫坡口焊缝？对接焊缝一个弧坑按多长计算？采用引弧板的对接焊缝，在计算有效长度时还扣除弧坑吗？对接焊缝的计算方法如何？对接焊缝在什么情况下可以不进行强度计算？部分焊透的对接焊缝应如何计算？侧面角焊缝为什么要规定最小长度？其值为多少？侧面角焊缝为什么要规定最大长度？其值为多少？角焊缝每一个弧坑按多少计算？端焊缝与侧面角焊缝相比，在强度和塑性变形能力方面有什么不同？端焊缝、侧焊缝有效截面上受什么应力作用？规范按受什么应力考虑？各种情况下角钢角焊缝内力分配系数如何取值？轴心力（或称剪力）在侧焊缝有效截面上产生的剪应力沿焊缝长度方向如何分布？什么叫焊接残余应力？焊接残余应力分为哪几种？焊接残余应力对构件性能有何影响？减少焊接残余应力的措施有哪些？栓钉排列方式有哪几种？各有何优缺点？栓钉间距为什么要规定最大值和最小值（出于哪几方面的考虑）？什么叫受剪栓钉连接？单个受剪栓钉承载力设计值如何计算（考虑哪些方面）？（沿受力方向如何分布？规范如何考虑？受剪栓钉连接中，何谓单剪？何谓双剪？料抗拉强度设计值倍）？受拉兼受剪螺栓连接的承载能力相关曲线是什么曲线（直线、抛物线、圆曲线）？高强度螺栓预拉力如何控制？什么叫摩擦型高强度螺栓？什么叫承压型高强度螺栓？（承压型高强度螺栓、摩擦型高强度螺栓）？摩擦型抗拉高强度螺栓单栓承载力设计值如何计算？弯矩作用下的普通受拉连接“中性轴”位置？弯矩作用下的摩擦型受拉高强度螺栓连接“中性轴”位置？截面后，为什么还要进行毛截面强度验算？фλ一一对应吗？фλ什么？钢结构关于柱子曲线-λ关系曲线）有多条的原因是什么？（此题是73表达方式）提高轴心受压钢构件稳定承载力的措施有哪些？残余应力为什么会降低轴心受压钢构件的稳定性？提高钢材强度等级能有效提高轴心受压钢构件的稳定性吗？为什么？确定宽厚比限制值的原则？工字形截面轴心受压钢构件翼缘、腹板局部稳定验算式？箱形截面轴心受压钢构件翼缘、腹板局部稳定验算式？在工字形截面轴心受压构件宽厚比验算式中，长细比λ如何取值（λx、λy的大者、两个方向的小者）？为什么？（轴心受压钢构件）宽大截面腹板局部稳定的处理方法有哪几种？格构式轴心受压构件的适用场合？格构式轴心受压构件如何做到沿两主轴方向等稳定性？双肢格构式柱的设计步骤？采用粗大的缀材能有效提高格构式轴心受压构件绕虚轴的稳定承载力吗？为什么？格构式轴心受压构件为什么要设置横膈？如何设置？典型柱头、柱脚由哪几部分组成？传力方式如何？轴心受拉构件的刚度不影响其承载力，为什么要验算刚度？为什么轴心受力构件强度验算用净截面，刚度验算用毛截面？为什么轴心受力构件强度验算用净截面，整体稳定验算用毛截面？什么叫轴心受压构件等稳定设计？双肢格构式柱如何确定分肢间距？采用格构式轴心受压构件（与实腹式轴心受压构件相比，显著提高的是（稳定、局部稳定、刚度）？格构式轴心受压构件分肢稳定如何保证？轴心受压构件的剪力是如何产生的？沿长方向如何分布？型钢梁的适用场合？组合梁的适用场合？薄壁型钢梁的适用场合？算的依据？钢梁的强度计算包括哪几方面的计算？截面塑性发展系数取值？影响钢梁整体稳定的主要因素有哪些？什么叫间隔加劲肋？间隔加劲肋有哪几种？什么叫支承加劲肋？它要进行哪几方面的验算？间隔加劲肋应如何设置？竖向（横向）加劲肋的截面尺寸应满足什么构造要求？（横向求如何？钢梁改变截面的方式有哪几种？各种情况的对接焊缝连接计算。各种情况的角焊缝连接计算。各种情况的栓钉连接计算。轴心受力构件的各项计算。钢梁的强度和刚度计算。拉、压弯构件的强度和刚度计算。《钢结构设计原理》一、填空题钢结构计算的两种极限状态是承载能力极限状态和正常使用极限状态。好、耐热不耐火和易锈蚀等特点。钢材的破坏形式有塑性破坏和脆性破坏。温度、应力集中、残余应力、重复荷载作用和钢材缺陷。（对焊接结构（对非焊接结构应力循环次数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。钢结构的连接方法有焊接连接、铆钉连接和螺栓连接。角焊缝的计算长度不得小于8hf，也不得小于60。端部钢板被剪坏和螺栓弯曲破坏。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。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。轴心受压构件的稳定系数与残余应力、初弯曲和初偏心和长细比有关。提高钢梁整体稳定性的有效途径是加强受压翼缘和增加侧向支承点。点的位置和距离和梁端支承条件。则常采用设置加劲肋的方法来解决。二、问答题钢结构具有哪些特点？1钢材强度高，结构重量轻2性和韧性34钢材能制造密闭性要求较高的结构5耐热，但不耐火6钢结构易锈蚀，维护费用大。钢结构的合理应用范围是什么？1重型厂房结构2大跨度房屋的屋盖结构3高层及多层建筑轻型钢结构5塔桅结构6板壳结构7桥梁结构8移动式结构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：1较高的抗拉强度fu和屈服点f2疲劳性能3良好的加工性能钢材的主要机械性能指标是什么？各由什么试验得到？影响钢材性能的主要因素是什么？1化学成分2钢材缺陷34钢材硬化温度6应力集中7残余应力8重复荷载作用什么是钢材的疲劳？影响钢材疲劳的主要因素有哪些？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。选用钢材通常应考虑哪些因素？1结构的重要性2荷载特征3连接方法4温度5结构的受力性质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、铆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密性、水密性好，结构刚度较大，整体性能较好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、夹碴、烧穿、咬边、未焊透、弧坑和焊瘤。焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要求？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20％焊缝，达到B级检100％探伤，达到B级检验Ⅱ级合格要求；对接焊缝的构造要求有哪些？答：对接焊缝的构造要求有：1透的对接缝。2为保证对接焊缝的质量，可按焊件厚度不同，将焊口边缘加工成不同形式的坡口。3外，一般不用引弧板，而是计算时为对接焊缝将焊缝长度减。4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1:2.55当钢板在纵横两方向进行对接焊时，焊缝可采用十字TT。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。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哪些？12降低构件的刚度；345在低温条件下承载，加速构件的脆性破坏。正常使用和安全承载；所以，对过大的残余变形必须加以矫正。减少焊接残余应力和变形的方法：择合理的施焊顺序。尽量采用自动焊或半自动焊，手工焊时避免仰焊。式和破坏形式有何不同？断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏。构件开始产生滑移做为承载能力的极限状态。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—－防—限制下限以防限制上限以防止板间翘曲。2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。3施工要求:为便于拧紧螺栓，宜留适当间距。普通螺栓抗剪连接中，有可能出现哪几种破坏形时，哪些破坏形式是通过计算来防止的？哪些是通过构造措施来防止的？如何防止？2d08.810.9级代表什么含义？材料的屈强比（fy/fu。8.8级为：fu≥800N/mm²，fy/fu=0.810.9级为：fu≥1000N/mm²，fy/fu=0.9轴心压杆有哪些屈曲形式？曲变形有三种形式，即弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲。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残余应力的影响、初弯曲和初偏心的影响、杆端约束的影响。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？（考虑缀材变形对降低稳定临界力的影响）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？的位置和距离、梁端支承条件。提高钢梁整体稳定性的有效措施是加强受压翼缘、增加侧向支承点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？压弯构件的整体稳定计算与轴心受压构件有何不同？压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？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三、计算题1. F=220kNQ235，焊条E43,手工焊，无引弧板，焊缝质量三级。有关强度设计c 值fw=215N/mm2，fw=185N/mm2 （假定剪力全部由腹板上的焊c 1．解：一、确定对接焊缝计算截面的几何特性计算中和轴的位置（对水平焊缝的形心位置取矩）(30115.5ya(301(201

0.59.9cm yb

319.9焊缝计算截面的几何特性1全部焊缝计算截面的惯性矩1I 1(301)3(3016.12(2019.424790cm4w 12全部焊缝计算截面的抵抗矩I 4790 I 4790Waw 484cm3 Wbw 227cm3w y 9.9a

w y 21.1b腹板焊缝计算截面的面积 Aww

(301)129cm2二、验算焊缝强度M 220201041.a点

90.9N/mm2

fw

185N/mm2(满足）a Ww

484103 fM 22020104 193.8N/mm2

fw

185N/mm2(满足）2.b点

b Ww

227103 fF 220103 75.9N/mm2Aw 29102w折算应力22

193.82375.92234.2193.82375.92

w236.5N/mm2cN=390kN（设计值，与焊缝之间的夹角60。钢材Q235，焊条E43,f强度设计值f w=160N/mm2。f解：Nx

Nsin390sin60337.7kNN Ncos390cos195kNy Nxf 2hlewN

337.7103 158.7N/mm220.78(20010)195103 yf 2hlw

91.6N/mm220.78(20010)(f) 22f(f) 22ff(158.7)291.621.22

w160MPa(满足）f设计双角钢拉杆与节点板之间的连接角焊缝计算长度L=?,L=?1 2已知：采用三面围焊：h=6mm,fw=160N/mm2,N=529kN(静载设f f计值)N3N30.7hL fw61601.22160103f w3 f fN KNN30.7529131.2/2304.7kNN KNN30.3529131.2/22 2 2N

304.7103l 1 227mm1 20.7hfN

fw 20.76160f93.1103l 2 69mm2 20.7h fw 20.76160f设计矩形拼接板与板件用三面围焊连接的平接接头N＝1250k（静载设计值，钢材Q23，焊条E43,强度设计值ƒ=215fw=160N/mm2图示尺寸单位mm.(焊缝L 实际长度取cm整数)f W2解 ： 端 缝 ：N h1 e

fw232061.22160103524.7kNf侧向：N NN 1250524.7725.3kN2 1L N

5 725.3103 5275mm28cmw2 40.7hf

ff

40.76160盖板全长L2L 228157cmw2（如图所示，单位m。已知轴心拉力设计值N=600KN计值：ƒb=130N/mm2,ƒb

=305N/mm2,ƒ=215N/mm2。粗制螺栓vd=20mm,孔径

c=21.5mm。0解：N

b nv

d4

fb 2v 4

202130 103 81.7kNcNb dc

tfbc

2018305 103 109 .8kNNbmin

81.7KNn

N[Nb

min

60081.7

7.3KN

取8个排列 中

64.5 800净截面验算

2d 43.001.5d 0

5040II An

(160221.5)182106mm2NAn

600103210

285P>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。拼接板长l25038010690mm图示一用M20N/mm2M20,21.5mm,ƒbv=130N/mm2,ƒbc=305N/mm2。解：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Nb单个螺栓受剪承载力设计值Nbvnv4fbv241301081.6kN(Nb )min单个螺栓承压承载力设计值Nbcd tfb21.4305185.4kNc10连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值NnNb 981.6734.4kNmin一、构件所能承受的最大轴心力设计值IIIIVIIIIIIIIIIVVI-I截面净截面面积为AInnd)t(2511.432cm21 0II-II截面净截面面积为AII[2e(na2e2nd[25(34.527.5232.15]1.429.46cm2

22 1n 1 1 1 0III-III截面净截面面积为AIIIn

(b

dIII

)t(2522.15)1.428.98cm2三个截面的承载设计值分别为I－INAIn

f32102215688000N688kNII－IINAIIn

f29.46102215633400N633.4kNIII－IIII－I截面已有

（n/N1

1)NAIIfn1 1 n nnAIIf 28.98102215N nn

701000N1/9)(11)n构件所能承受的最大轴心力设计值按II－IIN633.4kN二、连接盖板所能承受的轴心力设计值（按V-V）Av(bnn V

d)t(2532.15)20.829.68cm20NAvn

f29.68102215638100N638.1kN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II－II截面的承载能力取值，即N 633.4kN。再者，若连接盖板不取2块8mm厚钢板而去2块7mm，即与构件max等厚，则会因开孔最多其承载力最小。10.9级M20处理采用钢丝刷清除浮锈。接头所能承受的最大轴心力设计值能增大多少？已知高强度螺栓预拉力设计值P＝155kN,接触面抗滑移系数0.3。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Nbv

0.9nf

P20.315583.7kN连接一侧螺栓所能承受的最大轴心力设计值NnNbmin

983.7753.3kN二、构件所能承受的最大轴心力设计值NAf25014215752500N752.5kNI－I截面净截面面积为AIn

(bnd1 0

)t(2511.432cm2 n1

n9n N根据

1) n nA1f 32102215 即 N n 728500N728.5 110.5n1n

10.5194.524.527.52AII[2e

n

[25(3

32.15]1.429.46cm2a2a2e2AIIfN nn

29.46 102 76010029.46 102 110.51n

10.59III-III截面净截面面积为AIIIn

(b

dIII

)t(2522.15)1.428.98cm2n n N因前面I－I截面已有n

个螺栓传走了/n）N

0.5

) fAIIIf

1 128.98102

n n AIIInN n 801100Nnn10.5III) 1/90.5nnn n 9构件所能承受的最大轴心力设计值按II－IIN728.5kN三、连接盖板所能承受的轴心力设计值（按V-V）Av(bnn V

d)t(2532.15)20.829.68cm2 n0

3,n9NAvfNnn

29.68102215765700N765.7kN310.5 vn

10.59通过比较可见接头所能承受的最大轴心力设计值为N 728.5kN与上题比较增max大N728.5633.495.1kN。计算图示连接的承载力设计值N。螺栓M2021.5mm,材料已知：ƒ＝215N/mm2, ƒb=130N/mm2,ƒb=305。v c解：单个螺栓受剪承载力设计值Nbv

nd2v 4

fb2v

224

130110

81.7kN单个螺栓承压承载力设计值Nbc

d t

b21.0305c

161kN10连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值NnNbmin

461244kN节点板净截面抗拉承载力：N10(400421.5)215675kNN244kN试计算下图所示连接中C级螺栓的强度。已知荷载设计值F=60KN,M20,21.5mm,ƒb=130N/mm2ƒb=305N/mm2.v c故应按Nbmin

c c 10解：单个螺栓受剪承载力设计值Nbvnv解：单个螺栓受剪承载力设计值Nbvnv4fbv122130411040.8kN单个螺栓承压承载力设计值Nbd tfb22.03051122kNv偏心力F的水平及竖直分力和对螺栓群转动中心的距离分别为：4N 6048kN,e5 3

18cmV6036kN,e5

7.5cmTN Vey ex

487.536181008kNcm扭矩T作用下螺栓“1”承受的剪力在x，y两方向的分力：TyNT

1008 1008 1x x2i

y2 45247.52iTxNT

10085 1y x2i

y2 45247.52i轴心力N、剪力V作用下每个螺栓承受的水平和竖直剪力：N 48 V 36NN 12kN NV 9kN1x n 4 1y n 4螺栓“1”承受的合力：Nmax

(NT1x

NN)21x

(NT1y

NV)21y (23.2612)2

9)2

42.94kNNbmin

40.8kN不满足）9.6m,钢材为Q235=215mm值N=？注：①不计自重 ②稳定系数： 72 73 74 75 76 77 78 79 800.7390.7320.7260.7200.7140.7070.7010.6940.688A2(20500)500824000mm21I 8500322050026021435106mm4x 12IxA143510624000L i IxA143510624000L x解： 1

x i 245xI 2 205003416.7106mm4y 12IyAi IyAy

132mm 416.7106416.710624000y

132

72.7 0.7390.7(0.7390.732)0.734y 1NAf0.734240002153787440N3787.44kN已知一两端铰支轴心受压缀板式格构柱，长10.0m，截面由2I32a300cm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=11080cm4 y

=460cm4X1iiIy110806712.86cmL 100077.78yAyi12.86I 2(I A152)2(46067152)31070cm4x I2AxI2Ax31070267i 65.66x x i 15.23yI 460 L 80i 2.62cm 30.531 A 67

1 i 2.621 ox x

21

65.66230.53272.41 max y

77.78如图所示为二简支梁截面，其截面面积大小相同，跨度均为12m，材为Q235，试比较梁的稳定系数，说明何者的稳定性更好？b解：一、第一截面：截面几何特征：A300)12001021600mm21I 101200321630060824.99109mm4x 121I 2 1630037.2107mm41y 124.99109W 8.1106mm38100cm3x 6167.210721600IyAi 7.210721600IyAyl 1ly iy

12000 l

1200016

0.690.1311

0.690.13 0.76b4320 Ah

bh 3001232235 1( y1)2 yb b 2yy

Wx

h

bf 0.764320

2351(20816)1(20816)24.412320.29

2082

8.1106

235二、第二截面：A2(20240)12001021600mm21Ix

101200322024061025.0109mm4121Iy5.0109

2 2024034.6107mm412W 8.1106mm38100cm3x 620IyA4.610721600i IyA4.610721600yl 12000 1 261y i 46y

lt 1200020

0.690.13110.690.13 0.79b4320 Ah

bh 2401240235

1

y1)2yb b 2yy

Wx

4.4h

bf 0.794320

2351(261201(26120)24.412400.23

8.1106

235经比较可知，第一截面的稳定性比第二截面的稳定性好。一简支梁的计算简图如下，截面采用普通工字钢I50aQ235，除两端支承处能阻止梁端截面的扭转外，跨中无任何侧向支承点，试按整体稳定确定荷载P的大小（设计值，不计自重）已知：①钢材强度设计值f＝215N/mm2②I50a的I46470cW1860c，I1120cW142c3x x y y③整体稳定系数：b集中荷载作用于上翼缘 0.5均布荷载作用于上翼缘 0.44Mmax1.5PMmax1.5P4000P20004000PMmazfMfW4000P2150.441860103P44kN求图示钢梁所能承受的最大均布荷载设计值（含自重截面为热轧普通工字钢I45a,其截面特性为：A=102cm2I

=32240cm4Xw=1430cm3 I=855