2012-2013鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理試題及答案2.doc

院、系領(lǐng)導(dǎo)審批并簽名 A / B卷廣州大學(xué) 20112012 學(xué)年第 1 學(xué)期考試卷課程 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 考試形式（開卷/閉卷，考試/考查）學(xué)院 系 專業(yè) 班級 學(xué)號 姓名_ 題次一二三四五六七八九十總分評卷人分?jǐn)?shù)1010510154010100評分一、 選擇題：（每題1分，共10分）1. 鋼材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度是根據(jù)鋼材的_A_確定的。 A. 比例極限 B. 彈性極限 C. 屈服點(diǎn) D. 抗拉強(qiáng)度2. 下列哪種元素含量的提高會增加鋼材的強(qiáng)度和抗銹蝕能力，但卻會嚴(yán)重地降低鋼材的塑性、韌性和可焊性，特別是在溫度較低時(shí)會促使鋼材發(fā)生冷脆現(xiàn)象。（ B ）A. 硫B. 磷C. 硅D. 錳3焊接殘余應(yīng)力對構(gòu)件的 _ A_無影響。A. 靜力強(qiáng)度 B. 剛度 C. 低溫冷脆 D. 疲勞強(qiáng)度4. 焊接連接或焊接構(gòu)件的疲勞性能與（ B ）有關(guān)。 A. 應(yīng)力比（為最大應(yīng)力，為最小應(yīng)力）B. 應(yīng)力幅C. D. 5. 格構(gòu)式軸心受壓柱整體穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，用換算長細(xì)比代替，這是考慮_D_。A. 格構(gòu)柱彎曲變形的影響 B. 格構(gòu)柱剪切變形的影響C. 綴材彎曲變形的影響 D. 綴材剪切變形的影響6. 摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪能力是依靠（ C ）。A. 栓桿的預(yù)拉力 B. 栓桿的抗剪能力 C. 被連接板件間的摩擦力 D. 栓桿被連接板件間的擠壓力7. 角鋼和鋼板間用側(cè)焊縫搭接連接，當(dāng)角鋼肢背與肢尖焊縫的焊腳尺寸和焊縫的長度都相等時(shí)，（ C ）。 A. 角鋼肢背的側(cè)焊縫與角鋼肢尖的側(cè)焊縫受力相等B. 角鋼肢尖側(cè)焊縫受力大于角鋼肢背的側(cè)焊縫C. 角鋼肢背的側(cè)焊縫受力大于角鋼肢尖的側(cè)焊縫D. 由于角鋼肢背和肢尖的側(cè)焊縫受力不相等，因而連接受有彎矩的作用 8. 與軸壓桿穩(wěn)定承載力無關(guān)的因素是（ A ）。A. 桿端的約束狀況 B. 殘余應(yīng)力C. 構(gòu)件的初始偏心 D. 鋼材中有益金屬元素的含量9. 焊接工字形截面梁腹板設(shè)置加勁肋的目的是 D 。A. 提高梁的抗彎強(qiáng)度B. 提高梁的抗剪強(qiáng)度C. 提高梁的整體穩(wěn)定性D. 提高梁的局部穩(wěn)定性10. 軸壓柱腳設(shè)計(jì)中采用錨栓目的（ D ）。A. 承受柱底的彎矩 B. 承受柱底的剪力 C. 承受柱底的軸力 D. 便于柱子安裝定位二、填空題：（每空1分，共10分）1. 提高鋼梁的整體穩(wěn)定性最有效的辦法之一就是設(shè)置側(cè)向支承點(diǎn)，但側(cè)向支承點(diǎn)必須設(shè)在鋼梁的_受壓_翼緣。2. 實(shí)際軸心受壓構(gòu)件臨界力低于理想軸心受壓構(gòu)件臨界力的主要原因有初彎曲、初偏心和 殘余應(yīng)力 的影響。3. 綴條式格構(gòu)柱的綴條設(shè)計(jì)時(shí)按 軸心受力 構(gòu)件計(jì)算。4. 為保證組合梁腹板的局部穩(wěn)定性,當(dāng)滿足時(shí),應(yīng) 設(shè)置橫向加勁肋 。5. 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的失穩(wěn)屬于彎扭 屈曲；在彎矩作用平面內(nèi)的失穩(wěn)屬于彎曲 屈曲。6. 單個(gè)普通螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)值，式中表示 一個(gè)受力方向承壓構(gòu)件總厚度的較小值 。7. 組合梁的局部穩(wěn)定公式是按 限制受壓翼緣板的寬厚比和腹板的高厚比 原則確定。8. 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定計(jì)算公式采用 最大強(qiáng)度 原則確定，格構(gòu)式壓彎構(gòu)件繞虛軸在彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定計(jì)算公式采用 邊緣屈服 原則確定。三、判斷題：（正確的填“”，錯(cuò)誤的填“”；每題1分，共5分）1. 為提高軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定，在構(gòu)件截面面積不變的情況下，構(gòu)件截面的形式應(yīng)使其面積分布盡可能遠(yuǎn)離形心。 ( )2. 高強(qiáng)度螺栓承壓型連接剪切變形大，可以用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中。 ( )3. 驗(yàn)算組合梁剛度時(shí)，荷載通常取標(biāo)準(zhǔn)值。 ( )4. 梁的最小高度是由梁的剛度控制的。 ( )5當(dāng)梁整體穩(wěn)定系數(shù)時(shí)，用 代替，主要是因?yàn)榱旱木植糠€(wěn)定有影響。( )四、名詞解釋：（每題2.5分，共10分）（能夠答到要點(diǎn)即可給分）1塑性破壞由于變形過大，超過了材料或構(gòu)件可能的應(yīng)變能力而產(chǎn)生，而且僅在構(gòu)件的應(yīng)力達(dá)到了鋼材的抗拉強(qiáng)度后才發(fā)生，破壞前構(gòu)件產(chǎn)生較大的塑性變形，斷裂后的斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗，特征明顯，并且持續(xù)時(shí)間長，塑性變形后出現(xiàn)內(nèi)力重分布，是結(jié)構(gòu)的部分應(yīng)力趨于均勻，提高了構(gòu)件的承載能力。2時(shí)效硬化冶煉時(shí)留在純鐵體中少量的碳和氮的固熔體，是不穩(wěn)定的，隨著時(shí)間的增加，將逐漸從純鐵體中析出，形成自由的碳化物和氮化物的微粒，散布在晶粒的滑移面上，阻礙純鐵體的塑性變形，從而使鋼材的強(qiáng)度提高，塑性和韌性下降，這種現(xiàn)象稱為時(shí)效硬化。3. 熱脆現(xiàn)象硫與鐵的化合物硫化鐵散布在純鐵體晶粒間，使鋼材的塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度和抗銹蝕性等降低。高溫（8001000攝氏度）時(shí)，硫化鐵熔化使鋼材變脆，因而在進(jìn)行焊接或熱加工時(shí)，可能出現(xiàn)熱裂紋，這種現(xiàn)象成為鋼材的熱脆。4折算應(yīng)力 實(shí)際構(gòu)件截面中一般同時(shí)作用有剪力和彎矩，有時(shí)還作用有局部集中力。若在梁的腹板計(jì)算高度邊緣處同時(shí)作用有較大的正應(yīng)力、切應(yīng)力和局部壓應(yīng)力，或同時(shí)受有較大的正應(yīng)力和切應(yīng)力（如連續(xù)梁中部支座處或梁的翼緣截面改變處等）時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)要對這些部位進(jìn)行驗(yàn)算，并把這些應(yīng)力按公式組合起來而形成的應(yīng)力稱為折算應(yīng)力。五、簡答題：（ 每題3分，共15分）1得分摩擦型與承壓型高強(qiáng)度螺栓的主要區(qū)別？（每個(gè)要點(diǎn)1分）答：摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接是以板件之間出現(xiàn)滑動(dòng)，即摩擦阻力剛被克服作為承載能力極限狀態(tài)。由于承壓型高強(qiáng)度螺栓連接受剪是以螺栓孔壁擠壓破壞為極限狀態(tài)，它容許構(gòu)件接觸面出現(xiàn)滑移，接觸面的摩擦力只起延緩滑動(dòng)的作用，因此它的抗剪承載力設(shè)計(jì)值與普通螺栓的計(jì)算方法相同。2影響鋼材機(jī)械性能的主要因素有哪些？各因素大致有哪些影響？（每個(gè)要點(diǎn)1分）答：主要的影響因素有：（1）化學(xué)成分的影響：影響較大的幾種化學(xué)成分為C、Si、Mn、S、P、O,其中碳素結(jié)構(gòu)鋼中則是鐵以外的最主要元素，碳是形成鋼材強(qiáng)度的主要成分，隨著含碳量的提高，鋼的強(qiáng)度逐漸增高，而塑性和韌性下降，冷彎性能、焊接性能和抗銹蝕性能等也變劣。Si、Mn為有益元素，在普通碳素鋼中，它們是脫氧劑，可提高鋼材強(qiáng)度。S、P、O為有害元素，S可能引發(fā)剛才熱脆，P可能引發(fā)剛才冷脆，氧與硫類似使鋼熱脆。（2）鋼材的硬化 鋼材的硬化有三種情況：時(shí)效硬化、冷作硬化（或應(yīng)變硬化）和應(yīng)變時(shí)效硬化，鋼材的硬化使鋼材的強(qiáng)度提高，而塑性和韌性下降。（3）應(yīng)力集中的影響 應(yīng)力集中主要友構(gòu)件的截面突變引起，嚴(yán)重的應(yīng)力集中，能引起鋼材脆性破壞，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使構(gòu)件和連接節(jié)點(diǎn)的形狀和構(gòu)造合理，防止截面的突然改變。（4）殘余應(yīng)力的影響 殘余應(yīng)力對構(gòu)件的靜力強(qiáng)度不會產(chǎn)生影響，但它降低構(gòu)件的剛度與穩(wěn)定承載力，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的焊接構(gòu)造設(shè)計(jì)和施工時(shí)，應(yīng)盡量減少焊接殘余應(yīng)力。3在哪些情形下，梁不需要計(jì)算整體穩(wěn)定？（每個(gè)要點(diǎn)1分）答：（1）有剛性鋪板（各種鋼結(jié)構(gòu)混凝土板和鋼板）密鋪在梁的受壓翼緣上并且與其連接牢固，并能阻止梁受壓翼緣的側(cè)向位移時(shí);（2）H型鋼或工字型截面簡支梁受壓翼緣的自由長度與其寬度之比不超過規(guī)范所規(guī)定的數(shù)值時(shí);（3）箱型截面簡支梁，其截面尺寸滿足,且時(shí)。4. 與其他建筑材料的結(jié)構(gòu)相比,鋼結(jié)構(gòu)有哪些特點(diǎn)？（每個(gè)要點(diǎn)0.5分）答：（1）建筑鋼材強(qiáng)度高，塑性、韌性好鋼結(jié)構(gòu)的重量輕；（2）鋼結(jié)構(gòu)的重量輕；（3）材質(zhì)均勻，與力學(xué)計(jì)算假定比較符合；（4）鋼結(jié)構(gòu)制作簡便，施工工期短；（5）鋼結(jié)構(gòu)密閉性較好；（6）鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差；（7）鋼材耐熱但不耐火；（8）鋼結(jié)構(gòu)低溫或其他條件下脆性斷裂。5. 普通螺栓的受剪螺栓連接有哪幾種破壞形式？用什么方法可以防止？（每個(gè)要點(diǎn)0.5分）答：（1）當(dāng)螺栓直徑較小，連接的板件較厚時(shí)，栓桿可能先被剪斷而導(dǎo)致連接破壞；（2）當(dāng)螺栓直徑較大，連接的板件較厚時(shí)，板件較薄弱，板件可能先被擠壓而導(dǎo)致連接破壞；（3）當(dāng)板件上螺栓孔較多時(shí)，板件截面削弱過多，板件可能會被拉斷而發(fā)生破壞；（4）端距太小時(shí)，端距范圍內(nèi)的板件可能被栓桿沖剪破壞；（5）當(dāng)連接的板件較厚時(shí)，螺栓過長時(shí)，栓桿可能產(chǎn)生過大的彎曲變形而影響連接的正常工作。前三種破壞需要通過強(qiáng)度計(jì)算來保證，后兩種破壞需要采取構(gòu)造措施來避免。第四種由螺栓桿端距大于等于來保證，第五種由螺栓桿端距大于等于來保證。六、計(jì)算題：（每題10分，共40分）1. 計(jì)算工字形截面牛腿與鋼柱連接的對接焊縫強(qiáng)度（下圖所示）。（設(shè)計(jì)值），偏心距。鋼材Q235B，焊條為E43型，手工焊。焊縫為三級檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，上、下翼緣加引弧板和滅弧板施焊。解：（1）焊縫的幾何特性 (1分) (1分) (1分) (1分)（2）焊縫的強(qiáng)度驗(yàn)算最大正應(yīng)力： (1分)最大切應(yīng)力： (1分)翼緣與腹板相交處的折算應(yīng)力： (1分) (1分)(1分)故最大切應(yīng)力不滿足要求。 (1分)2. 如圖所示由2L140908（長肢相連）組成的T形截面與厚度為10mm的鋼板以側(cè)面角焊縫連接。已知N=560KN（靜載），采用Q235B鋼E43型焊條，試驗(yàn)算此連接是否安全？已知：（施焊時(shí)無繞角角焊縫）；角鋼肢背和肢尖焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)分別為：0.67和0.33。解:（1）角鋼肢背承載力計(jì)算： (2分)角鋼肢背分擔(dān)荷載計(jì)算：； (2分)；所以肢背連接安全； (1分)（2）角鋼肢尖承載力計(jì)算： (2分)角鋼肢背分擔(dān)荷載計(jì)算：； (2分)；所以肢尖連接安全； (1分)所以此連接是安全的。 3. 某軸心受壓構(gòu)件（下圖所示，不考慮構(gòu)件自身的重量），承受軸心壓力（設(shè)計(jì)值）N1000KN，兩端鉸接，沿截面強(qiáng)軸跨中方向有一側(cè)向支撐點(diǎn)，鋼材為Q235B，截面無孔眼削弱。試設(shè)計(jì)該截面是否符合要求。（a）構(gòu)件平面內(nèi)計(jì)算簡圖及構(gòu)件截面圖（b）構(gòu)件平面外計(jì)算簡圖解：（1）構(gòu)件截面特性 (4分) （2）整體穩(wěn)定和剛度（長細(xì)比）驗(yàn)算 長細(xì)比： (2分) 因此對x軸和y軸值均屬b類，故由長細(xì)比的較大值查表得， (1分) 整體穩(wěn)定性不滿足； （3）局部穩(wěn)定驗(yàn)算 翼緣外伸部分： (1分) 腹板局部穩(wěn)定： (1分) 局部穩(wěn)定滿足。 截面無孔洞削弱，不必驗(yàn)算強(qiáng)度。綜上所述，該截面不符合要求。(1分)4. 焊接工字形截面簡支梁，截面如圖所示，鋼材Q235B，跨中設(shè)置一道側(cè)向支撐，梁承受均布荷載的設(shè)計(jì)值為（包括自重），驗(yàn)算此梁的抗彎、抗剪強(qiáng)度和整體穩(wěn)定是否滿足設(shè)計(jì)要求？若整體穩(wěn)定不滿足要求，在不改變梁截面尺寸的情況下采取什么措施可提高梁的整體穩(wěn)定性，計(jì)算說明。 ， ，解： kNm kN .（1分）mm4 mm3 mm3 .（1分）抗彎強(qiáng)度： MPa=215MPa . (1分)抗剪強(qiáng)度： MPa=215