鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理試題及答案

1、院、系領(lǐng)導(dǎo) 審批并簽名A / B卷廣州大學(xué) 20102011 學(xué)年第 1 學(xué)期考試卷課程 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理考試形式（開卷 /閉卷，考試 /考查）學(xué)院 土木工程 系 建工 專業(yè) 班級 學(xué)號 姓名 題次一二四五六七八九十總分評卷人分?jǐn)?shù)1010510104015100評分（改題需注意：每個小題處僅寫扣分，即負(fù)分，如 -1 ，不能寫加分，如 +1，大 題（如一、二）前寫得分，如 20，不能寫 +20，小題（如 1，2）前不能寫得分， 另外，改完后需核準(zhǔn)每一小題扣分、每一大題得分；而且每一大題得分應(yīng)與上 表中的分?jǐn)?shù)統(tǒng)計一致，最后還要把上表的總分核準(zhǔn)，卷子改完后，需找另一人 按照上述程序復(fù)核一下，分?jǐn)?shù)有修改

2、處需相應(yīng)改題老師簽字，否則在考卷的評 估中，改卷老師就要領(lǐng)取相應(yīng)的教學(xué)事故，會影響以后的聘任）一、選擇題：（每題 1分，共 10 分）1. 承重結(jié)構(gòu)用鋼材應(yīng)保證的基本力學(xué)性能內(nèi)容應(yīng)是（ c ） a抗拉強(qiáng)度、伸長率b 抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、冷彎性能c 抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率d 屈服強(qiáng)度、伸長率、冷彎性能2. 鋼材牌號 Q235、Q345、Q390 是根據(jù)材料的 _a_進(jìn)行命名。a 屈服點(diǎn) b 設(shè)計強(qiáng)度 c 標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 d 含碳量3. 在鋼材所含化學(xué)元素中，均為有害雜質(zhì)的一組是 _ c _ 。a 碳 磷 硅 b 硫 磷 錳 c 硫 氧 氮 d 碳 錳 礬4軸心壓桿整體穩(wěn)定公式 N f 的意義為 _

3、d。Aa 截面平均應(yīng)力不超過材料的強(qiáng)度設(shè)計值；b 截面最大應(yīng)力不超過材料的強(qiáng)度設(shè)計值；c 截面平均應(yīng)力不超過構(gòu)件的歐拉臨界應(yīng)力值；d 構(gòu)件軸心壓力設(shè)計值不超過構(gòu)件穩(wěn)定極限承載力設(shè)計值。5. 為提高梁的整體穩(wěn)定性，從用鋼量的角度，經(jīng)濟(jì)的做法是（ c ）a 加強(qiáng)兩個翼緣b 加強(qiáng)受拉翼緣c 受壓翼緣設(shè)側(cè)向支承 d 加高腹板6. 摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接與承壓型高強(qiáng)度螺栓連接的主要區(qū)別是 _d。a 摩擦面處理不同 b 材料不同 c 預(yù)拉力不同 d 設(shè)計計算不同7單向受彎梁整體失穩(wěn)的方式是( d )。a 彎曲失穩(wěn) b 扭轉(zhuǎn)失穩(wěn) c 剪切失穩(wěn) d 彎扭失穩(wěn)8. 計算梁的( a )時，應(yīng)該采用凈截面的幾何參數(shù)。

4、a 正應(yīng)力 b 剪應(yīng)力 c 整體穩(wěn)定 d 局部穩(wěn)定9. 下列梁不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定的是( b )a焊接工字形截面b有剛性鋪板的梁c型鋼梁 d 箱形截面梁10. 格構(gòu)軸心受壓柱設(shè)置橫隔的目的是 ( d )a 保證柱截面幾何形狀不變 b 提高柱抗扭剛度c 傳遞必要的剪力 d 上述三種都是二、填空題：(每空 1分，共 10 分)1焊縫缺陷有多種，其中 _裂 紋 _對焊縫受力的危害最大。 2硫和磷是鋼材中的有害成分，它們降低鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性和可焊性能。 在高溫時，含硫量過大能引起鋼材的 _熱 脆 _；在低溫時，含磷量過大引起鋼 材的 _冷脆_。3當(dāng)構(gòu)件軸心受壓時，對于雙軸對稱截面，可能產(chǎn)生彎曲屈曲

5、；對于無對稱軸的截面，可能產(chǎn)生 彎扭屈曲 ；對于單軸對稱截面，則可能產(chǎn)生 彎扭屈曲 。 4角焊縫的最小計算長度不得小于 _8hf 和 40mm。5. 普通螺栓是通過 _栓桿抗剪和板件孔壁承壓 來傳力的 ; 摩擦型高強(qiáng)螺栓是通過 _ 擰緊螺栓而產(chǎn)生的連接件間的摩擦力 來傳力的。三、判斷題：(正確的填“ Y”，錯誤的填“ N”；每題 1分，共 5分)1. 鋼材的沖擊韌性值越大 , 表示鋼材抵抗脆性斷裂的能力越弱。 ( N )2. 荷載作用在上翼緣的梁較荷載作用在下翼緣的梁整體穩(wěn)定承載小。( Y )3. 當(dāng)其他條件不變時，減少梁受壓翼緣的自由長度，可提高梁的整體穩(wěn)定性。( Y )4. 對于摩擦型高強(qiáng)

6、螺栓的抗剪連接，應(yīng)進(jìn)行螺栓抗剪和構(gòu)件抗擠壓的計算。( N ) 5兩根幾何尺寸完全相同的壓彎構(gòu)件，一根端彎矩使之產(chǎn)生反向曲率，一根產(chǎn) 生同向曲率，則前者的穩(wěn)定性比后者的差。 ( Y)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疲勞破壞 鋼材在循環(huán)荷載作用下，經(jīng)歷一定時間的損傷積累，構(gòu)件和連接部位出現(xiàn)裂紋， 直到最后斷裂破壞 , 稱為疲勞破壞。2應(yīng)力集中實(shí)際上鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中存在著孔洞、 槽口、凹角、截面突然改變以及鋼材內(nèi)部缺陷， 此時構(gòu)件中的應(yīng)力分布將不再保持均勻， 而是在某些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力， 在 另外一些區(qū)域則應(yīng)力降低，形成所謂的應(yīng)力集中。3實(shí)際軸心受壓構(gòu)件由

7、于構(gòu)造、 施工和加載等方面的原因， 可能產(chǎn)生一定程度的偶然初偏心。 初彎曲 和初偏心統(tǒng)稱為幾何缺陷。 有幾何缺陷的的軸心受壓構(gòu)件， 其側(cè)向撓度從加載開 始就會不斷增加， 因此構(gòu)件除軸心作用外， 還存在因構(gòu)件彎曲產(chǎn)生的彎矩， 從而 降低了構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。4梁的整體失穩(wěn)梁在彎矩作用下上翼緣受壓， 下翼緣受拉， 使梁猶如受壓構(gòu)件和受拉構(gòu)件的組合 體。對于受壓的上翼緣可延剛度較小的翼緣板平面外方向屈曲， 但腹板和穩(wěn)定的 受拉下翼緣對其提供了此方向連續(xù)的抗彎和抗剪約束， 使它不可能在這個方向上 發(fā)生屈曲。 當(dāng)外荷載產(chǎn)生的翼緣壓力達(dá)到一定的值時， 翼緣板只能繞自身的強(qiáng)軸 發(fā)生平面內(nèi)的屈曲， 對整個梁來說

8、上翼緣發(fā)生了側(cè)向位移， 同時帶動相連的腹板 和下翼緣發(fā)生側(cè)向位移并伴有整個截面的扭轉(zhuǎn)，這時稱梁發(fā)生了整體的失穩(wěn)。五、簡答題：（ 每題 2.5，共 10 分） 1在選用鋼材時應(yīng)考慮哪些因素？ （每個要點(diǎn) 0.5 分） （ 1）結(jié)構(gòu)的重要性；（ 2）荷載情況；（ 3）連接方法； （ 4）結(jié)構(gòu)所處的溫度和環(huán)境；（ 5）鋼材厚度。2影響梁的整體穩(wěn)定的主要因素有哪些？ （每個要點(diǎn) 0.5 分）（ 1）梁的抗彎剛度；（ 2）梁的抗扭剛度；（ 3）端部約束條件； （ 4）受壓翼緣的自由長度；（ 5）截面形式。3焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)有哪些不利影響？ （每個要點(diǎn) 0.5 分）（ 1）對靜力強(qiáng)度無影響； （2）降低

9、結(jié)構(gòu)的剛度；（ 3）降低結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力； （ 4）使結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生低溫冷脆；（ 5）降低結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度。4. 格構(gòu)軸心受壓柱繞虛軸的穩(wěn)定設(shè)計為什么要采用換算長細(xì)比？寫出換算長細(xì) 比的公式。 （每個要點(diǎn) 0.5 分）1） 格構(gòu)式軸心受壓柱當(dāng)繞虛軸失穩(wěn)時，剪力主要由綴材分擔(dān)， 2） 柱的剪切變形 較大，剪力造成的附加撓曲影響不能忽略，故對虛軸的失穩(wěn)計算， 3） 常以加大 長細(xì)比的辦法來考慮剪切變形的影響，加大后的長細(xì)比稱為換算長細(xì)比。4）雙肢綴條式柱的換算長細(xì)比的計算公式：5）雙肢綴板式柱的換算長細(xì)比的計算公式：六、計算題：（任選 4題，每題 10 分，共 40分）1、圖示角焊縫連接， 承受外力 N

10、 500kN 的靜載， hf 8mm，ffw 160N /mm2， 沒有采用引弧板，驗(yàn)算該連接的承載力。解： Nx 400kN, Ny 300kN （2 分）（1分）Nxhelw400 1032 0.7 8 （410 2 8）90.65300 1032 0.7 8 （410 2 8）67.98Nmm2Nyhel w（910.2.625）2 67.982（2分）圖示角焊縫連接承載力滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 ( GB50017-2003)要求。 (結(jié)論 1分)2、驗(yàn)算圖示普通螺栓連接時的強(qiáng)度，已知螺栓直徑 d 20mm，C 級螺栓，螺栓 和構(gòu)件材料為 Q235，外力設(shè)計值 F 100kN ，fvb 14

11、0N mm2 ，ftb 170N mm2 ， fcb 305N mm2 ， Ae 2.45cm2 。解：Ntb Aeftb 2.45 170 102 41.65kN . （1 分）nv 413.14 224140 10 144kN（1分）Ncb d t fcb 2 2 305 10 1 122kN . （1 分） 受力最大的號螺栓所受的剪力和拉力分別是：（1分）Nv N 100 12.5kNNtMy12m yi2100 250 3002 (3002 2002 1002 )26.78kN(2分)(12.5)2 ( 26.78 )2 0.703 144 41.65(2 分)(1分)(Nvb )2

12、(Ntb)2bbNvNtNv 12.5kN Ncb 122kN該圖示摩擦型高強(qiáng)螺栓群連接節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 （ GB50017-2003）要求。 （結(jié)論 1 分）3. 試驗(yàn)算圖示摩擦型高強(qiáng)螺栓群連接節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度（不需驗(yàn)算連接板的強(qiáng)度）是否 滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 （GB50017-2003）要求。圖中荷載為靜力荷載設(shè)計值， 高強(qiáng)螺栓采用 10.9級 M20（孔d0 =21.5mm），被連接板件鋼材 Q235-A? F，板件 摩擦面間作噴砂處理。NtMy1yi215000 120222 (2 1202 2 402 )28.125kN 0.8P 124kN(2 分)解V 100kN M 100

13、 150 15000kN mm . (1 分) . (1 分 )NVb 0.9nf (P 1.25Nt ) 0.9 1 0.45 (155 1.25 28.125) 48.5kN . (3分) V 100 bNV12.5kN NV. (2 分)88圖示摩擦型高強(qiáng)螺栓群連接節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度符合 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003） 要求。 （結(jié)論 1 分）4. 某實(shí)腹式實(shí)際軸心受壓柱截面如圖所示，承受軸向壓力設(shè)計值為3500kN，該柱計算長度 lox 10000mm ，loy 5000mm，截面為焊接組合工字型截面，翼緣邊 為剪切邊，鋼材采用 Q235鋼，試驗(yàn)算該實(shí)腹式軸心受壓柱的整體穩(wěn)定與局部

14、穩(wěn) 定是否滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 （GB50017-2003）要求。解：（）驗(yàn)算整體穩(wěn)定性（0.5分）A 400 20 2 400 10 2 104 mm2 IX （ 1 400 203 400 20 2102） 2 1 10 4003 7.595 108 mm （0.5 分） 12 12（0.5分）（0.5分）1 3 1 3 8 4IY 20 4003 2 400 103 2.134 108mm4 . Y 12 12ixIX A 7.595 10 2 104 194.87mm .i2.134 108 2 104 103.30mm.（0.5分）l ox 51.32150 .（0.5 分）（0.5分

15、）y oy 48.40150 .iy對 x 軸 b 類截面，對 y 軸為 c 類截面 （0.5 分） ，查表： x 0.850 y 0.785 （計算整 體穩(wěn)定系數(shù)各 0.5 分，共 1 分）N 222.9N /mm2 f 215N /mm2，（1分）YA222. 9 215但 作用效應(yīng)與構(gòu)件抗力相差為 222.2915215 3.67% 5%（1 分）如果承受靜力荷載，材料為鎮(zhèn)靜鋼，則在允許范圍內(nèi)。）驗(yàn)算局部穩(wěn)定a.b 翼緣 t9.75 （10 0.1 ）10 0.1 51.32 15.13235b.ho腹板 o 40 （25 0.5 ） tw25 0.5 51.32 50.66 .所以局部

16、穩(wěn)定均滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017-2003 ）要求。5. 如圖示某簡支梁，不計自重， Q235 鋼，密鋪板牢固連接于上翼緣，均布荷載設(shè)計值為 50kN/m。問該梁的抗彎強(qiáng)度及剛度是否滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017-2003）要求。解：1. 正應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算 梁的跨中最大彎矩為：（1分）22M ql2 /8 50 62 /8 225kN m（1分）Ix 2 15 1 25.52 0.8 503 /12 27841cm4 . （1 分）Wx 2 Ix / h 1071cm3maxM xWx225 103 103 /1.05 1071 103 200.08N /mm2 215N / mm2 （

17、2 分）（寫出公式 1分，計算 1 分）GB50017-2003）要求。 （結(jié)論 1分）所以正應(yīng)力強(qiáng)度滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范2. 剛度驗(yàn)算（3 分）w 5qkl4 /384EIx 5 （50 /1.3） 60004 /（384 2.06 105 27841 104） 11.3mmw l /250 24mm寫出公式 1分，計算 2 分）所以，剛度滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（ GB50017-2003）要求。 （結(jié)論 1 分） 七、構(gòu)造作圖題：（ 15 分）試畫出一帶靴梁的平板式鉸接柱腳構(gòu)造 （按比例繪制） ；并用文字說明軸向受壓 柱柱腳的計算步驟；從柱頭處開始敘述實(shí)腹式軸心受壓柱的傳力路徑。答： 1）畫出以

18、上兩種中的一種或者與符合題意的圖形均可，見下圖。（5 分）2）計算步驟 答題要點(diǎn)：（1）底板的計算（底板面積和厚度）；（2）靴梁的計算；（3）隔板與肋板的計算；（4）錨栓的設(shè)置。具體計算步驟如下：1. 底板的計算底板面積的計算公式：NA L BA0f c 0式中， L、 B 為底板的長度和寬度， N 為軸心壓力， fc 為混凝土強(qiáng)度設(shè)計值， A0 為錨栓孔 的面積。底板的寬度：B= a1 2t 2c ，式中， a1為截面的寬度和高度，為靴梁厚度，為底板懸臂部分的寬度，錨栓直接常用20 24。A底板的長度為 L . 底板的平面尺寸 L、B 應(yīng)取整數(shù)。根據(jù)柱腳的構(gòu)造形式，可以取L 與BB 大致相同。底板的厚度由板的抗彎剛度決定。四邊支撐板： M q a2 三邊支撐與兩相鄰邊支撐板： M q a1212一邊支撐板 M q c222. 底板的厚度取各個區(qū)隔板中的最大彎矩 M max 來確定板的厚度：底板的厚度通常取 20