2021年大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì)試題（含答案）

XXX大學(xué)2021年春季學(xué)期

班號(hào)

鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì)試題

姓名

題號(hào)一二三四五六七八九十總分

分?jǐn)?shù)

一、填空題：（每空1分，共22分）

注1、《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ-2002）推薦使用來衡量低合金

意鋼的焊接性能。

行

2、硫、磷、氮、氧和氫均為有害元素，其中和易引起鋼材的

為

S低溫冷脆。

規(guī)

裕3、影響結(jié)構(gòu)疲勞壽命的最主要因素是構(gòu)造狀態(tài)、和。

范

4、鋼材的機(jī)械性能指標(biāo)為屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、、和

遵5、主要焊接結(jié)構(gòu)不能采用Q235—級(jí)鋼，因含碳量不作交貨條件，無法保證含

守碳量。

考6、將一塊Q235B級(jí)鋼板與Q345B級(jí)鋼板通過焊接進(jìn)行連接時(shí)，宜選擇

場(chǎng)型焊條。

紀(jì)7、?鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）規(guī)定：質(zhì)量屬于三級(jí)的焊縫，焊縫的

抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度等于母材抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度的倍。

8、單軸對(duì)稱的T形截面軸心受壓構(gòu)件，繞對(duì)稱軸失穩(wěn)時(shí)易發(fā)生_______失穩(wěn)，

主管繞非對(duì)稱軸時(shí)易發(fā)生_______失穩(wěn)。

領(lǐng)

導(dǎo)

審

核9、軸心受壓構(gòu)件失穩(wěn)時(shí)可能繞兩主軸屈曲，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循原則，如進(jìn)

簽

字行梯形鋼屋架設(shè)計(jì)時(shí)屋架端斜桿應(yīng)采用的截面型式。

10、在軸心受壓構(gòu)件中，確定箱形截面板件滿足局部穩(wěn)定的寬（高）厚比限值的

原則是,確定工字形截面確定板件寬（高）厚比限值

的原則是。

11、荷載作用點(diǎn)的位置對(duì)梁的整體穩(wěn)定有影響，相對(duì)于荷載作用于工字形截面簡(jiǎn)

支梁受拉翼緣，當(dāng)荷載作用于梁的受壓翼緣時(shí)，其梁的整體穩(wěn)定性將。

第1頁（共16頁）

12、某梯形鋼屋架，下弦支座處應(yīng)設(shè)置_____系桿，該系桿需要按桿設(shè)計(jì)。

13、某工字形組合截面簡(jiǎn)支梁，若腹板的高厚比為100,應(yīng)設(shè)置________加勁肋，

若腹板高厚比為210,應(yīng)設(shè)置_______加勁肋。

二、單項(xiàng)選擇題(每題2分，共14分)

1、最易產(chǎn)生脆性破壞的應(yīng)力狀態(tài)是

(A)單向壓應(yīng)力狀態(tài)

(B)三向拉應(yīng)力狀態(tài)

(C)單向拉應(yīng)力狀態(tài)

(D)二向拉一向壓的應(yīng)力狀態(tài)

2、采用摩擦型高強(qiáng)螺栓連接的兩塊鋼板，如圖所示，1-1危險(xiǎn)截面所受的力

為。

(A)N

++++++++

(B)0.875N

++++++++g--一

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

N++++++++N

(D)0.5NI'

3、如圖所示，兩塊鋼板焊接，根據(jù)手工焊構(gòu)造要求，焊角高度hl應(yīng)滿足一要求。

(A)6WhfW8?9mm

(B)6WhfWl2mm

(C)5WhW8?9mm

(D)6WhfW10mm

4、受彎構(gòu)件考慮屈曲后強(qiáng)度時(shí)，下列說法正確的為o

(A)腹板抗彎承載力提高

(B)腹板抗剪承載力提高

(C)腹板抗彎、抗剪承載力均提高

(D)腹板抗彎承載力提高，抗剪承載力降低

5、單向受彎構(gòu)件的抗彎強(qiáng)度。=用,./(八叱1,)其中八=1.0時(shí)，為使翼緣不先失去

局部穩(wěn)定，翼緣外伸部分的最大寬厚比b'/t為o

(A)97235/4

(B)137235/4

(C)157235/4

(D)405/235//、,

6、彎矩矢量作用在工字形偏壓柱的弱軸平面內(nèi)，屈曲時(shí)會(huì)發(fā)生______屈曲。

(A)平面內(nèi)

(B)平面外

(C)不一定

(D)可能平面內(nèi)，也可能平面外

7、在鋼屋架支座節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，支座底板的厚度由決定。

(A)抗剪和抗彎共同工作

(B)抗壓工作

(C)抗剪工作

(D)抗彎工作

三、簡(jiǎn)答題：(共22分)

1、普通螺栓受剪連接的主要破壞形式包括哪幾種，并說明防止該種破壞的相應(yīng)計(jì)

算方法或構(gòu)造措施。（8分）

2、請(qǐng)說明圖中所示格構(gòu)式柱頭的主要組成零件及荷載傳遞路徑和方式。（9分）

3、如圖所示為單向壓彎的格構(gòu)式柱，分肢1對(duì)y軸慣性矩為h，分肢2對(duì)y軸慣性

矩為L(zhǎng),軸力N作用在虛軸（x軸）上，由軸力產(chǎn)生的彎矩My作用在構(gòu)件的主

軸平面內(nèi)，請(qǐng)說明分配到分肢1和分肢2上軸力和彎矩的分配原則及分肢1所受

軸力和彎矩的大小。（5分）

四、計(jì)算題：（共42分）

1、如圖所示鋼板與工字形柱采用雙面角焊縫T形連接，%=10mm；鋼板長(zhǎng)400mm,

鋼材Q235B,焊條為E43系列，f；=T60N/mtv2；鋼板承受一個(gè)豎向集中荷載F的

作用（靜力荷載），荷載作用點(diǎn)至工字形柱翼緣外表面的距離為150mm。試確定該T

形連接所能承擔(dān)的最大豎向荷載F。（9分）

f

0

0

C

f

o

o

z

f

2、驗(yàn)算如圖所示的螺栓連接的強(qiáng)度。4個(gè)C級(jí)螺栓M20,所用鋼材為Q235-B。

2b222

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

3、如圖所示一雙肢槽鋼格構(gòu)式軸心受壓綴板柱，軸心壓力設(shè)計(jì)值N=1450kN（包括柱

身等構(gòu)造自重），所有鋼材均選用Q345,戶310N/mm2,計(jì)算長(zhǎng)度Z0x=6000mm,

/oy=3000mm,柱截面無削弱。

己知：2[18b的截面面積A=2X29.3=5860mm2,iy=68.4mm；滿足同一截面綴板線剛

度大于較大柱肢線剛度6倍的要求；分肢對(duì)自身1-1軸的慣性矩L=1110000mm4,回

轉(zhuǎn)半徑ii=19.5mm；h=320mm,b=180mm,c=283.2mm；其他相關(guān)參數(shù)見圖。

驗(yàn)算該柱的整體穩(wěn)定（包括分肢穩(wěn)定）是否滿足要求（可不進(jìn)行綴材驗(yàn)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簡(jiǎn)支梁，計(jì)算跨度為6m,在跨中位置作用一靜力集中

荷載F,荷載作用處未設(shè)置加勁肋，但設(shè)有一塊墊板，該墊板在沿梁跨度方向

支承長(zhǎng)度為160mm。鋼材為Q235B,鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值^215N/mm2,

/，=125N/mm2,yx=1.05,g=1.0。在梁跨中截面處上、下翼緣各開有2個(gè)直徑

4

為20mm的孔。毛截面慣性矩Ix=211026cm,截面對(duì)中和軸的最大面積矩

S=2918cm3,上翼緣對(duì)中和軸的面積矩Si=1958cm3。式求該簡(jiǎn)支梁由截面強(qiáng)度

控制所能承受的最大集中荷載F（13分）。

1I

I

參考答案

一、填空題：（每空1分，共22分）

1、《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ-2002）推薦使用碳當(dāng)量（或CE）來衡量

低合金鋼的焊接性能。

2、硫、磷、氮、氧和氫均為有害元素，其中磷和氮易引起鋼材的

低溫冷脆。

3、影響結(jié)構(gòu)疲勞壽命的最主要因素是構(gòu)造狀態(tài)、循環(huán)荷載和循環(huán)次數(shù)。

4、鋼材的機(jī)械性能指標(biāo)為屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、冷彎性能、Z向收縮

率和沖擊韌性。

5、主要焊接結(jié)構(gòu)不能采用Q235A級(jí)鋼，因含碳量不作交貨條件，無法保證含

碳量。

6、將一塊Q235B級(jí)鋼板與Q345B級(jí)鋼板通過焊接進(jìn)行連接時(shí)，宜選擇E43

型焊條。

7、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）規(guī)定：質(zhì)量屬于三級(jí)的焊縫，焊縫的

抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度等于母材抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度的0.85倍。

8、單軸對(duì)稱的T形截面軸心受壓構(gòu)件，繞對(duì)稱軸失穩(wěn)時(shí)易發(fā)生一彎扭失穩(wěn),

繞非對(duì)稱軸時(shí)易發(fā)生彎曲失穩(wěn)。

9、軸心受壓構(gòu)件失穩(wěn)時(shí)可能繞兩主軸屈曲，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循等穩(wěn)定原則,如進(jìn)

行梯形鋼屋架設(shè)計(jì)時(shí)屋架端斜桿應(yīng)采用不等邊角鋼長(zhǎng)肢相連的截面型式。

10、在軸心受壓構(gòu)件中，確定箱形截面板件滿足局部穩(wěn)定的寬（高）厚比限值的

原則是構(gòu)件應(yīng)力達(dá)到屈服前其板件不發(fā)生局部屈曲（或局部屈曲臨界應(yīng)力不

低于屈服應(yīng)力，或不先于屈服），確定工字形截面確定板件寬（高）厚比限

值的原則是構(gòu)件整體屈曲前其板件不發(fā)生局部屈曲（或局部屈曲臨界應(yīng)力不

低于整體屈曲臨界應(yīng)力或等穩(wěn)定或不先于整體失穩(wěn)）。

11、荷載作用點(diǎn)的位置對(duì)梁的整體穩(wěn)定有影響，相對(duì)于荷載作用于工字形截面簡(jiǎn)

支梁受拉翼緣，當(dāng)荷載作用于梁的受壓翼緣時(shí)，其梁的整體穩(wěn)定性將降低。

12、某梯形鋼屋架，下弦支座處應(yīng)設(shè)置剛性系桿，該系桿需要按受壓桿設(shè)計(jì)。

13、某工字形組合截面簡(jiǎn)支梁，若腹板的高厚比為100,應(yīng)設(shè)置一橫向加勁肋,

若腹板高厚比為210,應(yīng)設(shè)置縱向加勁肋。

二、單項(xiàng)選擇題(每題2分，共14分)

1、最易產(chǎn)生脆性破壞的應(yīng)力狀態(tài)是旦。

(A)單向壓應(yīng)力狀態(tài)

(B)三向拉應(yīng)力狀態(tài)

(C)單向拉應(yīng)力狀態(tài)

(D)二向拉一向壓的應(yīng)力狀態(tài)

2、采用摩擦型高強(qiáng)螺栓連接的兩塊

鋼板，如圖所示，1一1危險(xiǎn)截面|II

所受的力為B。1-------------n--------------

++++D++++-o

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

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

N++++U+++++—N

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

I1

(D)0.5N

3、如圖所示，兩塊鋼板焊接，根據(jù)手工焊構(gòu)造要求，焊角高度h「應(yīng)滿足,要求。

(A)6WhfW8?9mm

(B)6WhfWl2mm

(C)5WhW8?9mm

(D)6WhfW10mm

hf

4、受彎構(gòu)件考慮屈曲后強(qiáng)度時(shí)，下列說法正確的為皿。

(A)腹板抗彎承載力提高

(B)腹板抗剪承載力提高

(C)腹板抗彎、抗剪承載力均提高

(D)腹板抗彎承載力提高，抗剪承載力降低

5、單向受彎構(gòu)件的抗彎強(qiáng)度b=8叱,)</其中心=1.0時(shí)，為使翼緣不先失去

局部穩(wěn)定，翼緣外伸部分的最大寬厚比b'/t為c。

(A)9/35%

(B)I37235/X

(C)157235/4

(D)407235/4

6、彎矩矢量作用在工字形偏壓柱的弱軸平面內(nèi)，屈曲時(shí)會(huì)發(fā)生A屈曲。

(A)平面內(nèi)

(B)平面外

(C)不一定

(D)可能平面內(nèi)，也可能平面外

7、在鋼屋架支座節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，支座底板的厚度由旦決定。

(A)抗剪和抗彎共同工作

(B)抗壓工作

(C)抗剪工作

(D)抗彎工作

三、簡(jiǎn)答題：(共22分)

1、普通螺栓受剪連接的主要破壞形式包括哪幾種，并說明防止該種破壞的相應(yīng)計(jì)

算方法或構(gòu)造措施。（8分）

7rd2

栓桿被剪斷（1分）O抗剪承載力驗(yàn)算（1分）

板件被擠壓破壞（1分）=承壓承載力驗(yàn)算乂〃=42?..力"（1分）

板件被拉斷破壞（1分）（栓孔削弱截面）0危險(xiǎn)截面驗(yàn)算cr=N/An<f（1分）

板件被沖剪破壞（端矩太小造成）（1分）=構(gòu)造防范/,（端距），2d。（1分）

不寫計(jì)算公式也可以給分

2、請(qǐng)說明圖中所示格構(gòu)式柱頭的主要組成零件及荷載傳遞路徑和方式。（9分）

由墊板、頂板、柱端加勁肋、兩塊柱端

綴板組成。（2分）

墊板頂1墊板底

墊板>頂板

面承壓面承壓

加勁肋頂面承壓

柱端加勁肋

或水平角焊縫①

舞柱端綴板船柱身

（7分）

3、如圖所示為單向壓彎的格構(gòu)式柱，分肢1對(duì)y軸慣性矩為L(zhǎng)，分肢2對(duì)y軸慣性

矩為L(zhǎng),軸力N作用在虛軸（x軸）上，由軸力產(chǎn)生的彎矩My作用在構(gòu)件的主

軸平面內(nèi)，請(qǐng)說明分配到分肢1和分肢2上軸力和彎矩的分配原則及分肢1所受

軸力和彎矩的大小。（5分）

X軸力作用點(diǎn)

2.

My

y

分肢2分肢1

2?yi

軸心壓力力的分配：

與分肢軸線至虛軸的距離成反比（1分）

彎矩My的分配：

與分肢對(duì)實(shí)軸的慣性矩成正比，（1分）

與分肢至虛軸的距離成反比（1分）

軸心力：N尸Nyja。分）

,,_h/yt..

Mvi-—;;-Mv

彎矩：八/月十八/為（1分）

四、計(jì)算題：（共42分）

1、如圖所示鋼板與工字形柱采用雙面角焊縫T形連接，加=10mm；鋼板長(zhǎng)400mm,

鋼材Q235B,焊條為E43系列，f；'=160N/mm2；鋼板承受一個(gè)豎向集中荷載

F的作用（靜力荷載），荷載作用點(diǎn)至工字形柱翼緣外表面的距離為150mm。試

確定該T形連接所能承擔(dān)的最大豎向荷載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陰J

（3分）

2、驗(yàn)算如圖所示的螺栓連接的強(qiáng)度。4個(gè)C級(jí)螺栓M20,所用鋼材為Q235-B。

已知對(duì)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）

對(duì)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級(jí)螺栓M20螺栓滿足要求。

3、如圖所示一雙肢槽鋼格構(gòu)式軸心受壓綴板柱，軸心壓力設(shè)計(jì)值N=1450kN（包括柱

身等構(gòu)造自重），所有鋼材均選用Q345,>310N/mm2,計(jì)算長(zhǎng)度Zox=6OOOmm,

Z（）y=3000mm,柱截面無削弱。

已知：2[18b的截面面積A=2X29.3=5860mm2,iy=68.4mm；滿足同一截面綴板線剛

度大于較大柱肢線剛度6倍的要求；分肢對(duì)自身1-1軸的慣性矩L=1110000mm4,回

轉(zhuǎn)半徑ii=19.5mm；h=320mm,b=180mm,c=283.2mm；其他相關(guān)參數(shù)見圖。

驗(yàn)算該柱的整體穩(wěn)定（包括分肢穩(wěn)定）是否滿足要求（可不進(jìn)行綴材驗(yàn)算）。（12分）

偃303540455055606570758085

（P0.9360.9180.8990.8780.8560.8330.8070.7800.7510.7200.6880.655

（1）繞實(shí)軸（y軸）的整體穩(wěn)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）繞虛軸（x軸）的整體穩(wěn)定

4=九=當(dāng)=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