2021年大学钢结构基本原理及设计试题（含答案）

XXX大学2021年春季学期

班号

钢结构基本原理及设计试题

姓名

题号一二三四五六七八九十总分

分数

一、填空题：（每空1分，共22分）

注1、《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ-2002）推荐使用来衡量低合金

意钢的焊接性能。

行

2、硫、磷、氮、氧和氢均为有害元素，其中和易引起钢材的

为

S低温冷脆。

规

裕3、影响结构疲劳寿命的最主要因素是构造状态、和。

范

4、钢材的机械性能指标为屈服强度、抗拉强度、伸长率、、和

遵5、主要焊接结构不能采用Q235—级钢，因含碳量不作交货条件，无法保证含

守碳量。

考6、将一块Q235B级钢板与Q345B级钢板通过焊接进行连接时，宜选择

场型焊条。

纪7、«钢结构设计规范》（GB50017-2003）规定：质量属于三级的焊缝，焊缝的

抗拉设计强度等于母材抗拉设计强度的倍。

8、单轴对称的T形截面轴心受压构件，绕对称轴失稳时易发生_______失稳，

主管绕非对称轴时易发生_______失稳。

领

导

审

核9、轴心受压构件失稳时可能绕两主轴屈曲，设计时应遵循原则，如进

签

字行梯形钢屋架设计时屋架端斜杆应采用的截面型式。

10、在轴心受压构件中，确定箱形截面板件满足局部稳定的宽（高）厚比限值的

原则是,确定工字形截面确定板件宽（高）厚比限值

的原则是。

11、荷载作用点的位置对梁的整体稳定有影响，相对于荷载作用于工字形截面简

支梁受拉翼缘，当荷载作用于梁的受压翼缘时，其梁的整体稳定性将。

第1页（共16页）

12、某梯形钢屋架，下弦支座处应设置_____系杆，该系杆需要按杆设计。

13、某工字形组合截面简支梁，若腹板的高厚比为100,应设置________加劲肋，

若腹板高厚比为210,应设置_______加劲肋。

二、单项选择题(每题2分，共14分)

1、最易产生脆性破坏的应力状态是

(A)单向压应力状态

(B)三向拉应力状态

(C)单向拉应力状态

(D)二向拉一向压的应力状态

2、采用摩擦型高强螺栓连接的两块钢板，如图所示，1-1危险截面所受的力

为。

(A)N

++++++++

(B)0.875N

++++++++g--一

(C)0.75N++++++++i--\

N++++++++N

(D)0.5NI'

3、如图所示，两块钢板焊接，根据手工焊构造要求，焊角高度hl应满足一要求。

(A)6WhfW8〜9mm

(B)6WhfWl2mm

(C)5WhW8〜9mm

(D)6WhfW10mm

4、受弯构件考虑屈曲后强度时，下列说法正确的为o

(A)腹板抗弯承载力提高

(B)腹板抗剪承载力提高

(C)腹板抗弯、抗剪承载力均提高

(D)腹板抗弯承载力提高，抗剪承载力降低

5、单向受弯构件的抗弯强度。=用,./(八叱1,)其中八=1.0时，为使翼缘不先失去

局部稳定，翼缘外伸部分的最大宽厚比b'/t为o

(A)97235/4

(B)137235/4

(C)157235/4

(D)405/235//、,

6、弯矩矢量作用在工字形偏压柱的弱轴平面内，屈曲时会发生______屈曲。

(A)平面内

(B)平面外

(C)不一定

(D)可能平面内，也可能平面外

7、在钢屋架支座节点的设计中，支座底板的厚度由决定。

(A)抗剪和抗弯共同工作

(B)抗压工作

(C)抗剪工作

(D)抗弯工作

三、简答题：(共22分)

1、普通螺栓受剪连接的主要破坏形式包括哪几种，并说明防止该种破坏的相应计

算方法或构造措施。（8分）

2、请说明图中所示格构式柱头的主要组成零件及荷载传递路径和方式。（9分）

3、如图所示为单向压弯的格构式柱，分肢1对y轴惯性矩为h，分肢2对y轴惯性

矩为L,轴力N作用在虚轴（x轴）上，由轴力产生的弯矩My作用在构件的主

轴平面内，请说明分配到分肢1和分肢2上轴力和弯矩的分配原则及分肢1所受

轴力和弯矩的大小。（5分）

四、计算题：（共42分）

1、如图所示钢板与工字形柱采用双面角焊缝T形连接，%=10mm；钢板长400mm,

钢材Q235B,焊条为E43系列，f；=T60N/mtv2；钢板承受一个竖向集中荷载F的

作用（静力荷载），荷载作用点至工字形柱翼缘外表面的距离为150mm。试确定该T

形连接所能承担的最大竖向荷载F。（9分）

f

0

0

C

f

o

o

z

f

2、验算如图所示的螺栓连接的强度。4个C级螺栓M20,所用钢材为Q235-B。

2b222

已知对于C-M20:Ae=244.8mm;f,=170N/mm;=140N/mm;=305N/mm（8分）

3、如图所示一双肢槽钢格构式轴心受压缀板柱，轴心压力设计值N=1450kN（包括柱

身等构造自重），所有钢材均选用Q345,户310N/mm2,计算长度Z0x=6000mm,

/oy=3000mm,柱截面无削弱。

己知：2[18b的截面面积A=2X29.3=5860mm2,iy=68.4mm；满足同一截面缀板线刚

度大于较大柱肢线刚度6倍的要求；分肢对自身1-1轴的惯性矩L=1110000mm4,回

转半径ii=19.5mm；h=320mm,b=180mm,c=283.2mm；其他相关参数见图。

验算该柱的整体稳定（包括分肢稳定）是否满足要求（可不进行缀材验算）。（12分）

303540455055606570758085

(p0.9360.9180.8990.8780.8560.8330.8070.7800.7510.7200.6880.655

4、已知一焊接工字形截面简支梁，计算跨度为6m,在跨中位置作用一静力集中

荷载F,荷载作用处未设置加劲肋，但设有一块垫板，该垫板在沿梁跨度方向

支承长度为160mm。钢材为Q235B,钢材的强度设计值^215N/mm2,

/，=125N/mm2,yx=1.05,g=1.0。在梁跨中截面处上、下翼缘各开有2个直径

4

为20mm的孔。毛截面惯性矩Ix=211026cm,截面对中和轴的最大面积矩

S=2918cm3,上翼缘对中和轴的面积矩Si=1958cm3。式求该简支梁由截面强度

控制所能承受的最大集中荷载F（13分）。

1I

I

参考答案

一、填空题：（每空1分，共22分）

1、《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ-2002）推荐使用碳当量（或CE）来衡量

低合金钢的焊接性能。

2、硫、磷、氮、氧和氢均为有害元素，其中磷和氮易引起钢材的

低温冷脆。

3、影响结构疲劳寿命的最主要因素是构造状态、循环荷载和循环次数。

4、钢材的机械性能指标为屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、Z向收缩

率和冲击韧性。

5、主要焊接结构不能采用Q235A级钢，因含碳量不作交货条件，无法保证含

碳量。

6、将一块Q235B级钢板与Q345B级钢板通过焊接进行连接时，宜选择E43

型焊条。

7、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）规定：质量属于三级的焊缝，焊缝的

抗拉设计强度等于母材抗拉设计强度的0.85倍。

8、单轴对称的T形截面轴心受压构件，绕对称轴失稳时易发生一弯扭失稳,

绕非对称轴时易发生弯曲失稳。

9、轴心受压构件失稳时可能绕两主轴屈曲，设计时应遵循等稳定原则,如进

行梯形钢屋架设计时屋架端斜杆应采用不等边角钢长肢相连的截面型式。

10、在轴心受压构件中，确定箱形截面板件满足局部稳定的宽（高）厚比限值的

原则是构件应力达到屈服前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不

低于屈服应力，或不先于屈服），确定工字形截面确定板件宽（高）厚比限

值的原则是构件整体屈曲前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不

低于整体屈曲临界应力或等稳定或不先于整体失稳）。

11、荷载作用点的位置对梁的整体稳定有影响，相对于荷载作用于工字形截面简

支梁受拉翼缘，当荷载作用于梁的受压翼缘时，其梁的整体稳定性将降低。

12、某梯形钢屋架，下弦支座处应设置刚性系杆，该系杆需要按受压杆设计。

13、某工字形组合截面简支梁，若腹板的高厚比为100,应设置一横向加劲肋,

若腹板高厚比为210,应设置纵向加劲肋。

二、单项选择题(每题2分，共14分)

1、最易产生脆性破坏的应力状态是旦。

(A)单向压应力状态

(B)三向拉应力状态

(C)单向拉应力状态

(D)二向拉一向压的应力状态

2、采用摩擦型高强螺栓连接的两块

钢板，如图所示，1一1危险截面|II

所受的力为B。1-------------n--------------

++++D++++-o

(A)N_++++++++++++++++2

(B)0.875N[++++++++||++++++++

N++++U+++++—N

(C)0.75N-------------u--------------

I1

(D)0.5N

3、如图所示，两块钢板焊接，根据手工焊构造要求，焊角高度h「应满足,要求。

(A)6WhfW8〜9mm

(B)6WhfWl2mm

(C)5WhW8〜9mm

(D)6WhfW10mm

hf

4、受弯构件考虑屈曲后强度时，下列说法正确的为皿。

(A)腹板抗弯承载力提高

(B)腹板抗剪承载力提高

(C)腹板抗弯、抗剪承载力均提高

(D)腹板抗弯承载力提高，抗剪承载力降低

5、单向受弯构件的抗弯强度b=8叱,)</其中心=1.0时，为使翼缘不先失去

局部稳定，翼缘外伸部分的最大宽厚比b'/t为c。

(A)9/35%

(B)I37235/X

(C)157235/4

(D)407235/4

6、弯矩矢量作用在工字形偏压柱的弱轴平面内，屈曲时会发生A屈曲。

(A)平面内

(B)平面外

(C)不一定

(D)可能平面内，也可能平面外

7、在钢屋架支座节点的设计中，支座底板的厚度由旦决定。

(A)抗剪和抗弯共同工作

(B)抗压工作

(C)抗剪工作

(D)抗弯工作

三、简答题：(共22分)

1、普通螺栓受剪连接的主要破坏形式包括哪几种，并说明防止该种破坏的相应计

算方法或构造措施。（8分）

7rd2

栓杆被剪断（1分）O抗剪承载力验算（1分）

板件被挤压破坏（1分）=承压承载力验算乂〃=42?..力"（1分）

板件被拉断破坏（1分）（栓孔削弱截面）0危险截面验算cr=N/An<f（1分）

板件被冲剪破坏（端矩太小造成）（1分）=构造防范/,（端距），2d。（1分）

不写计算公式也可以给分

2、请说明图中所示格构式柱头的主要组成零件及荷载传递路径和方式。（9分）

由垫板、顶板、柱端加劲肋、两块柱端

缀板组成。（2分）

垫板顶1垫板底

垫板>顶板

面承压面承压

加劲肋顶面承压

柱端加劲肋

或水平角焊缝①

舞柱端缀板船柱身

（7分）

3、如图所示为单向压弯的格构式柱，分肢1对y轴惯性矩为L，分肢2对y轴惯性

矩为L,轴力N作用在虚轴（x轴）上，由轴力产生的弯矩My作用在构件的主

轴平面内，请说明分配到分肢1和分肢2上轴力和弯矩的分配原则及分肢1所受

轴力和弯矩的大小。（5分）

X轴力作用点

2.

My

y

分肢2分肢1

2।yi

轴心压力力的分配：

与分肢轴线至虚轴的距离成反比（1分）

弯矩My的分配：

与分肢对实轴的惯性矩成正比，（1分）

与分肢至虚轴的距离成反比（1分）

轴心力：N尸Nyja。分）

,,_h/yt..

Mvi-—;;-Mv

弯矩：八/月十八/为（1分）

四、计算题：（共42分）

1、如图所示钢板与工字形柱采用双面角焊缝T形连接，加=10mm；钢板长400mm,

钢材Q235B,焊条为E43系列，f；'=160N/mm2；钢板承受一个竖向集中荷载

F的作用（静力荷载），荷载作用点至工字形柱翼缘外表面的距离为150mm。试

确定该T形连接所能承担的最大竖向荷载F。（9分）

工字形柱

F

E150L

10

V=F（1分）

M=15OF（1分）

Lw=400-2ht=380mm

0.7xlQx3802

=336933〃〃?？

3

MhM150F

c=---=---=--（-2--分）

2x0.7/4xLw2x0.7〃/xLw

^1.22x336933）+（^2xO.7xlOx38O

YWMJ（2x0.7阴J

（3分）

2、验算如图所示的螺栓连接的强度。4个C级螺栓M20,所用钢材为Q235-B。

已知对于C-M20:4=244.8mm2;=170N/mm2;=140N/mm2;=305N/mm2（8分）

N=160kN

Nv=sin6>.W/4=160XV2/2x1/4=28.3kN（1分）

N,=cosJ.N/4=160x75/2x1/4=283kN（1分）

对于C-M20;

222

Ae=244.8mm;于：=170N/mm;我=140N/mm;=305N/mir

N：=AJ：=244.8xl70=41.6kN（1分）

=Aef；：=x20x20/4x140=44.0kN（1分）

=20xl6x305=97.6kN（1分）

0.94<1（2分）

N,=28.3kN<N?=97.6kN（1分）

故C级螺栓M20螺栓满足要求。

3、如图所示一双肢槽钢格构式轴心受压缀板柱，轴心压力设计值N=1450kN（包括柱

身等构造自重），所有钢材均选用Q345,>310N/mm2,计算长度Zox=6OOOmm,

Z（）y=3000mm,柱截面无削弱。

已知：2[18b的截面面积A=2X29.3=5860mm2,iy=68.4mm；满足同一截面缀板线刚

度大于较大柱肢线刚度6倍的要求；分肢对自身1-1轴的惯性矩L=1110000mm4,回

转半径ii=19.5mm；h=320mm,b=180mm,c=283.2mm；其他相关参数见图。

验算该柱的整体稳定（包括分肢稳定）是否满足要求（可不进行缀材验算）。（12分）

偃303540455055606570758085

（P0.9360.9180.8990.8780.8560.8330.8070.7800.7510.7200.6880.655

（1）绕实轴（y轴）的整体稳定

4=1。,艮=3000/68.4=43.86（1分）

查表得“=0.842

_N_1450xlQ3

=293.9N/mm2<f=310N/mm2

0.842x58600

S

H

-

（1分）-

（2）绕虚轴（x轴）的整体稳定

4=九=当=22.05（1分）

[z,19.5

4=2x（1110000+2930x141.62）=1.1972x10%“

（1分）

.仄|1.1972xl08,.一4、

i.=.—=1---------=142o.n9mm（1分