《钢结构设计原理》复习题含答案.docx

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《钢结构设计原理》复习题含答案

《钢结构设计原理》复习题（含答案）

2011年课程考试复习题及参考答案

钢结构设计原理

一、填空题：

1.钢结构计算的两种极限状态是和。

2.提高钢梁整体稳定性的有效途径是和。

3.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。

4.钢材的破坏形式有和。

5.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用的方法来保证，而腹板的局部稳定则常采用的方法来解决。

6.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。

7.角焊缝的计算长度不得小于，也不得

小于；侧面角焊缝承受静载时，其计算长度不宜大于。

8.轴心受压构件的稳定系数φ与、

和有关。

9.钢结构的连接方法有、和。

10.影响钢材疲劳的主要因素有、

和。

11.从形状看，纯弯曲的弯矩图为，均布荷载的弯矩图

为，跨中央一个集中荷载的弯矩图为。

12.轴心压杆可能的屈曲形式有、和。

13.钢结构设计的基本原则是、、和。

14.按焊缝和截面形式不同，直角焊缝可分为、、和等。

15.对于轴心受力构件，型钢截面可分为和；组合截面可分为和。

16.影响钢梁整体稳定的主要因素二、问答题：

1.高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？

2.焊缝可能存在哪些缺陷？

3.简述钢梁在最大刚度平面内受荷载作用而丧失整体稳定的现象及影响钢梁整体稳定的主要因素。

4.建筑钢材有哪些主要机械性能指标？

分别由什么试验确定？

5.什么是钢材的疲劳？

6.选用钢材通常应考虑哪些因素？

7.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？

8.焊缝的质量级别有几级？

各有哪些具体检验要求？

9.普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？

10.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？

11.轴心压杆有哪些屈曲形式？

12.压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？

13.在抗剪连接中，普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接的传力方式和破坏形式有何不同？

14.钢结构有哪些连接方法？

各有什么优缺点？

15.对接焊缝的构造有哪些要求？

16.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变形对结构性能有何影响？

减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有哪些？

17.什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？

18.角焊缝的计算假定是什么？

角焊缝有哪些主要构造要求？

19.螺栓的排列有哪些构造要求？

20.什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？

三、计算题：

1.一简支梁跨长为5.5m，在梁上翼缘承受均布静力荷载作用，恒载标准值为10.2kN/m（不包括梁自重），活载标准值为25kN/m，假定梁的受压翼缘有可靠侧向支撑。

梁的截面选用I36a轧制型钢，其几何性质为：

Wx=875cm3，tw=10mm，I/S=30.7cm，自重为59.9kg/m，截面塑性发展系数x=1.05。

钢材为Q235，抗弯强度设计值为215N/mm2，抗剪强度设计值为125N/mm2。

试对此梁进行强度验算并指明计算位置。

（恒载分项系数G=1.2，活载分项系数Q=1.4）

2.已知一两端铰支轴心受压缀板式格构柱，长

10.0m，截面由2I32a组成，两肢件之间的距离

300cm，如图所示，尺寸单位mm。

试求该柱最大长细比。

注：

一个I32a的截面面积A=67cm2，惯性矩Iy44

=11080cm4，Ix1=460cm4

3.试载计设算计下值图所F2示=4连5k接N，中螺栓C级M2螺2栓0，的孔强径度。

21已.5知m荷m，fvb=130N/mm，fcb=305N/mm。

4.图示焊接工形截面梁，在腹板上设置一条工厂对接焊缝，梁拼接处承受内力为M=2500kN·m，

V=500kN，钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊，二级质量标准。

试验算拼接焊缝强度。

提示：

剪力V可假定全部由腹板承担，弯矩按刚

度比分配，即MwIIwM

间支撑与柱的连接节点，支撑杆承受轴

计值N=300kN，用2L80×6

Q2325钢，焊条为E43型，

定板m。

焊采缝用长两度侧。

角焊缝相连（绕角焊）

②节点板与端板用两条角焊缝相连，试验算该连

接焊缝强度。

中长度单板位件为用mm。

7.设拉接计的力如平图设接所接计示头2值矩，形图N拼=中4接长5板0度k与N单2，板位件有为用关普强通mm螺。

度2栓已设连知

栓d=20mm，孔径d0=21.5mm。

轴心fvb=130N/mm,fcb=305N/mm，?

=215N/mm。

粗

螺值

8.

m，

图示一用M20普通螺栓的钢板拼接接头，钢材Q235，?

＝215N/mm2。

试计算接头所能承受的大轴心力设计值Nmax。

螺栓M20，孔径21.522

fvb=130N/mm，fcb=305N/mm。

9.用轧制工字钢I36a（材料Q235）做成的10m长两端铰接柱，轴心压力的设计值为650kN，在腹板平面承受均布荷载设计值q＝6.24kN/m。

试计算此压弯柱在弯矩作用平面内的稳定有无保证？

为保证弯矩作用平面外的稳定，需设置几个侧向

中间支承点？

已知：

A=76.3cm2，Wx＝875cm3，ix＝14.4cm，iy

＝2

2

69cm，f＝215N/mm2。

10.一两端铰接焊接工字形截面轴心受压柱，翼缘为火焰切割边，截面如图所示。

杆长为9m，设计荷载N=1000kN，钢材为Q235钢。

试验算该柱的整体稳定及板件的局部稳定性是否均满足。

已知：

f=215N/mm2，截面对x轴和y轴均为b类截面。

验算公式：

整体稳定：

Nf

A

tw

高厚比：

h0（250.5）235

b类截面轴心受压构件的稳定系数

fy

235

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

80

0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

68

8

68

1

67

5

66

8

66

1

65

5

64

8

64

1

63

5

62

8

90

0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

62

61

60

60

59

58

58

57

56

56

1

4

8

1

4

8

1

5

8

1

100

0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

55

54

54

53

52

52

51

51

50

49

5

9

2

6

9

3

7

1

5

9

11.

同如，图跨所度示均为为二简1支2作梁m，用截跨在面间梁，无的其侧上截向翼面支缘面承，积点钢大，材小均为相布荷

，说明何者的稳定

载大小亦相

Q性2更3

试比较梁的稳用定在系梁数无的侧上向翼

参考答案

、填空题：

2.答：

烧穿、咬答边：

、整体稳定答的：

于生坏低发破还会劳力也疲应时或当点劳

重要作环

构的

结构

下，屈服的疲？

有；

载还为些的接性临哪虑连力的？

复甚象虑考③受杆，现考常；的压疲续度种应通征构心的连强这常材特结轴材在拉，通钢载⑤际钢材抗坏材用荷

余束残约虑端考杆应、力影界的临心的偏杆初压和

轴弯

什答钢断

5

答性境在

对观准二级质，到量剪栓在即件螺面传生虚面本从界算形只外标到伤级外达质抗查其格达探；一准，工在靠连式、拧接力检，合并线；标伤施，？

依栓形断过件擦

同是螺坏拉通接摩件定失但形低要虑

连不同接

螺接，构紧触来产对截材

格探程接

，临换变缀大定用材时稳因较稳采缀

，，

采缀

栓何连受种件时，被连依靠，构体稳虚轴递。

的变并降虚轴来考

螺有螺栓。

当现五、构。

连接也使力，克服态。

的整旦绕来传产生形，，对方法

达曲力弯压为当变，转

钢）度式螺。

现、。

连也力克态的旦来产形，方或级几必外用验符缝《01强形剪力出坏坏栓时擦被状件一材所变时的）？

杆等及差对需检验并焊见20高坏抗外能压破螺同摩刚限构件缀时加定比响式直

为观尺检外行射要50摩式接来时壁栓的拉相摩力心细受须递大整大力屈作有分外何量准到进或格B5和方连压力孔螺中预生以能轴长心必传较算加界些力生量行几质标达观波合G接力栓承载、和接生产是载式算轴力，生计过临哪压发质进及级格，外声级》连传螺壁承断坏连产而它承构换式剪细产在通定有心会缝缝陷二合缝除超Ⅱ范栓的通孔限剪剪栓杆紧。

为格用构向柔件以（稳杆轴

横较构所比低压受它栓部强使互外移计要：

的比使。

细降心：

答全可要级20量还级验普，答抗达螺端高帽相递滑在么答上身而力长对轴答

7陷8

始缺

9中

接

不同1？

2.答压弯构件的

有抗在剪腹连

剪应

件有何

同时

可

能，

构构件

变

素弯弯和

定理论部，稳定通性过。

定确理论定，限通值过。

心应受不确压定先限值件板中件，的板形件状

弯

，宽应厚

受压或状态；

栓连1接3.的答在传：

抗力剪普方通连式接螺和栓中破连，坏接普形中通螺栓连接和摩擦型高强度螺

答：

普通螺栓连接时来中传，

时壁，被弯曲

弯抗曲剪

种件

现

栓

14.钢

气密性、

？

、铆钉

？

连接方

端高

剪

靠构摩件开擦始力来产传生

时被栓擦力也连克服，接使时依被，

卸塑小。

方性便、，韧可性好以

截面；

、韧性较好，传力可靠，缺杂点，:

技因在构件上需打孔，削弱构件的优杂点，：

技具的的优优点点：

，具又15.对接焊缝的构优造点有，哪

件焊板未当用有采只可缝时透用焊作用载采静多受焊且接，对小般的力较缝。

保证加工

①一，内对接②为边缘加：

厚的口答较透焊

不度厚件焊按可

在大于

缝时影有形温，称时也接残，对低构⑤在收规常使须加置应择合，采焊，

接不同易有工复，而对成不处施工板，为厚），在或不和和弧t变侧面板形引t（于一斜钢字

焊

）

度或

行，

③用不减④面5⑤用点残残减？

钢均生内残现形残强稳条残容安正焊理能施变随避叫要什钢变也消到采般度一2.5采叉接接？

些：

不产件接出变接力的温接所和矫少合可的反免时么主是：

向形而达一长的1:

2可交焊焊响哪答成区焊焊会余焊静件低焊范用以减①尽理用避焊什的施答侧变去力6711

焊交？

何法内低下力时，不，形的有方域，况应同焊料降；验正必接度时T生能的区力情种，为材③度。

工、形焊用产性形近应的这生称。

接当何构变附拉束。

产，好度劳破了安余。

板切对当。

如结余及生约衡的形较刚疲性出的残mm是对残缝产界平力变性的的脆超构的对00m形形接焊区外相应缩塑件构的若结大向对20变变焊在温无自余收余余和会高在力残匀①低低构变影

：

降降速：

会，变当理确法用响②④加响将以和适合正热采；，影，所力择行②加量响力载的围；应选进。

部尽余:

、序局；焊丧是

的对成坡

T得小

接接得焊焊

钢字形间距应力应力焊接

当十的余余少

中在。

应接均程，力压过场应和随的焊度压力。

向施温的应力方在的应拉应同材匀相的余不

的；强坏施装变

对构结件形响

影；

的

布选上施，缝，艺格焊焊计工严动、设造艺自：

寸艺制工半法尺工在接或方脚接：

焊焊的方焊焊接工：

按焊动焊形的的施；自

应无承下变的承残计称顺和性仰梁素

。

余度定件余许全。

接设对焊形意免钢因么梁形只失某

措无向除应作定效而侧的压力稳有直其力曲扰体的平，扰弯干整定持力

保扰着缘侧向干随翼的向并压然的侧，受偶梁的内使在，然度加梁时偶限增钢小到的矩，较受定弯时矩使一当值弯即在但数素？

在；是。

一

梁稳钢体响整影梁？

钢定高稳提体？

整么。

失什

假定是：

①破坏沿有效载面；

因。

形式素有、：

侧荷向载支类承型点的、

。

效措施是加强受压翼构造1要8.求角？

焊缝的计算假定是什么？

角焊缝有哪些主要构②造破坏要面求答上？

：

应角力焊均缝匀的

19.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——防止孔端钢板剪

断，≥2d0；螺孔中距限制——限制下限以防止孔间板破裂即保证≥3do，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20.什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？

答：

在钢梁中，当腹板或翼缘的高厚比或宽厚比

过大时，就有可能在梁发生强度破坏或丧失整体

稳定之前，组成梁的腹板或翼缘出现偏离其原来平面位置的波状屈曲，这种现象称为钢梁的局部失稳。

组合钢梁翼缘局部稳定性的计算：

梁受压翼缘自由外伸宽度b1与其厚度t之比的限值：

b115235

tfy箱形截面受压翼缘板在两腹板之间的宽度b0其厚度t之比的限值：

b1

I）：

II）：

b040235

tfy

组合钢梁腹板局部稳定的计算：

①仅用横向加劲肋加强的腹板：

c）2（）21c,crcr

②同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板：

a.受压翼缘与纵向加劲肋之间的区格（区格

c（）21

cr1c,cr1cr1

b.受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格（区格

（2c2）2（）21cr2c,cr2cr2

③同时用横向加劲肋、纵向加劲肋和短加劲肋加强的腹板：

a.受压翼缘与纵向加劲肋之间的区格（区格

I）：

c（）21

cr1c,cr1cr1

b.受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格（区格

II）：

（2c2）2（）21

2c222

计算题：

1.

梁上荷载设计值为：

q=47.94（kN/m）跨中最大弯距为：

Mmax=181.12（kN.m）支座处最大剪力为：

Vmax=131.84（kN）跨中正应力为：

=197.1（N/mm2）

f215（N/mm）支座处最大剪应力为：

=42.9（N/mm2）

fv125（N/mm2）

2.

iy12.86cmy77.78

Ix31070cm4

ix15.23cmx65.66i12.62cm130.53

ox

72.41

max

77.78

3.

NVb40.84kN　Ncb122kN

FX36kNFY27kN

T7.56kNM

N1TX17.45kNN1TY11.63kN

N1VX9kNN1VY6.75kN

22

17.459211.636.7532.2kN40.84kN

∴安全

4.

查得ftw

215N/mm2，fcw215N/mm2，fvw125N/mm2

计算焊缝截面特征值

验算正应力

Mw486.9kNm

w202.9N/mm2215N/mm2，满足要求

验算剪应力

w41.7N/mm2125N/mm2，满足要求

验算折算应力

2222w23w2215.4N/mm21.1215236N/mm2

满足要求

5.

）确定对接焊缝计算截面的几何特性

1）计算中和轴的位置（对水平焊缝的形心位

2）焊缝计算截面的几何特性

全部焊缝计算截面的抵抗矩：

腹板焊缝计算截面的面积：

6.

）验算焊缝强度

1）a点：

a90.9N/mmffw185N/mm2（满足）

（1）采用两边绕角焊，肢背、肢尖的受力为N1210kNN290kN焊脚高度为

Lw272mm

构件端部按要求做成2hf绕角焊，故不再加

5mm

240kN

（2）N分解为水平拉力N1180kN，竖向剪力V1

计算焊缝强度：

N32.8N/mm2

V2

V43.7N/mm2

验算合应力：

足）

7.

a）N

81.7kNNcb109.8kNNbmin81.7kN

b）n

5.5kN，取6个

c）排列：

中距3d064.5，取80；端距3d064.5，取50；

边距3d064.5，取40

e）拼接板长：

l530mm

8.

一）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Nvb81.6kN（Nmbin）单个螺栓承压承载力设计值Ncb85.4kN连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值

N734.4kN

）构件所能承受的最大轴心力设计值

了（

Ⅰ-Ⅰ截面：

N688kNⅡ-Ⅱ截面：

N633.4kNⅢ-Ⅲ截面：

因前面Ⅰ-Ⅰ截面已有n1个螺栓传走

n1/n）N的力,故有（1n1）NAnIIfN701kN

n

构件所能承受的最大轴心力设计值按Ⅱ－Ⅱ截面

29.68cm2N638.1kN

连接盖板所能承受的轴心力设计值（按V-V截面确定）Anv

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

Nmax633.4kN。

9.

一）验算在弯矩作用平面内的稳定：

（0按所考虑构件段内有端弯矩和横向

b0.94tx1.

荷载同时作用时）

212MPaf215MPa（满足）

NtxMx

yAbW1x

计算结果表明，设四个侧向支承点，该柱在两个

方向基本上可达到等稳定性。

（1）验算整体稳定：

A=62（cm2）

Ix=5912.5（cm4）Iy=2604.2（cm4）ix=9.77（cm）

iy=6

.48（cm）

x=9.21

N

267.04

A

y=92.6x=0.607y=0.604

205（N/mm2），不满足整体稳定。

（2）验算局部稳定：

翼缘宽厚比：

腹板高厚比：

iy5.77cmy208

2）梁的稳定系数：

b0.79b=0.23经比较可知，第一截面的稳定性比第二截面的稳定性好。