鋼結構設計原理考試復習題及參考答案

1、-作者xxxx-日期xxxx鋼結構設計原理考試復習題及參考答案【精品文檔】中南大學鋼結構設計原理一、 填空題1. 鋼結構計算的兩種極限狀態(tài)是 和 。2. 鋼結構具有 、 、 、 、 和 等特點。3. 鋼材的破壞形式有 和 。4. 影響鋼材性能的主要因素有 、 、 、 、 、 、 和 。5. 影響鋼材疲勞的主要因素有 、 、 、6. 建筑鋼材的主要機械性能指標是 、 、 、 和 。7. 鋼結構的連接方法有 、 和 。8. 角焊縫的計算長度不得小于 ，也不得小于 。側面角焊縫承受靜載時，其計算長度不宜大于 。9.普通螺栓抗剪連接中，其破壞有五種可能的形式，即 、 、 、 、和 。10. 高強度螺栓

2、預拉力設計值與 和 有關。11. 軸心壓桿可能的屈曲形式有 、 、和 。12. 軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)與 、 和 有關。13. 提高鋼梁整體穩(wěn)定性的有效途徑是 、 和 。14. 影響鋼梁整體穩(wěn)定的主要因素有 、 、 、 和 。15.焊接組合工字梁，翼緣的局部穩(wěn)定常采用 的方法來保證，而腹板的局部穩(wěn)定則常采用 的方法來解決。二、 問答題1. 鋼結構具有哪些特點？2. 鋼結構的合理應用范圍是什么？3. 鋼結構對材料性能有哪些要求？4. 鋼材的主要機械性能指標是什么？各由什么試驗得到？5. 影響鋼材性能的主要因素是什么？6. 什么是鋼材的疲勞？影響鋼材疲勞的主要因素有哪些？7. 選用鋼材通常應考慮哪

3、些因素？8. 鋼結構有哪些連接方法？各有什么優(yōu)缺點？9. 焊縫可能存在的缺陷有哪些？10. 焊縫的質量級別有幾級？各有哪些具體檢驗要求？11. 對接焊縫的構造要求有哪些？12. 角焊縫的計算假定是什么？角焊縫有哪些主要構造要求？13. 焊接殘余應力和焊接殘余變形是如何產(chǎn)生的？焊接殘余應力和焊接殘余變形對結構性能有何影響？減少焊接殘余應力和焊接殘余變形的方法有哪些？14. 普通螺栓連接和摩擦型高強度螺栓連接，在抗剪連接中，它們的傳力方式和破壞形式有何不同？15. 螺栓的排列有哪些構造要求？16. 普通螺栓抗剪連接中，有可能出現(xiàn)哪幾種破壞形式？具體設計時，哪些破壞形式是通過計算來防止的？哪些是通過

4、構造措施來防止的？如何防止？17. 高強度螺栓的8.8級和10.9級代表什么含義？18. 軸心壓桿有哪些屈曲形式？19. 在考慮實際軸心壓桿的臨界力時應考慮哪些初始缺陷的影響？20. 在計算格構式軸心受壓構件的整體穩(wěn)定時，對虛軸為什么要采用換算長細比？21. 什么叫鋼梁喪失整體穩(wěn)定？影響鋼梁整體穩(wěn)定的主要因素是什么？提高鋼梁整體穩(wěn)定的有效措施是什么？22. 什么叫鋼梁喪失局部穩(wěn)定？怎樣驗算組合鋼梁翼緣和腹板的局部穩(wěn)定？23. 壓彎構件的整體穩(wěn)定計算與軸心受壓構件有何不同？24. 壓彎構件的局部穩(wěn)定計算與軸心受壓構件有何不同？三、 計算題1. 試驗算如圖所示牛腿與柱連接的對接焊縫的強度。荷載設計

5、值F=220kN。鋼材Q235，焊條E43,手工焊，無引弧板，焊縫質量三級。有關強度設計值=215 N/mm2，=185 N/mm2 。（假定剪力全部由腹板上的焊縫承受）2. 試計算如圖所示鋼板與柱翼緣的連接角焊縫的強度。已知N=390kN（設計值），與焊縫之間的夾角。鋼材Q235，焊條E43,手工焊。有關強度設計值=160 N/mm2 。3. 設計雙角鋼拉桿與節(jié)點板之間的連接角焊縫計算長度L1=?,L2=?已知：采用三面圍焊：hf=6mm,fwf=160N/mm2,N=529kN(靜載設計值)4.設計矩形拼接板與板件用三面圍焊連接的平接接頭。軸心拉力N1250kN，（靜載設計值），鋼材Q23

6、5，焊條E43,手工焊。有關強度設計值=215 N/mm2， fwf=160N/mm2。圖示尺寸單位mm.(焊縫LW2實際長度取cm整數(shù))5. 設計矩形拼接板與板件用普通螺栓連接的平接接頭。（如圖所示，單位mm）。已知軸心拉力設計值N=600KN,有關強度設計值：bv=130N/mm2, bc=305 N/mm2,=215 N/mm2。粗制螺栓d=20mm,孔徑d0=。6.圖示一用M20普通螺栓的鋼板拼接接頭，鋼材為Q235，215 N/mm2。試計算接頭所能承受的最大軸心力設計值。螺栓M20,孔徑, bv=130N/mm2, bc=305 N/mm2。拼接接頭改用10.9級M20磨擦型高強度

7、螺栓，接觸面處理采用鋼絲刷清除浮銹。接頭所能承受的最大軸心力設計值能增大多少？已知高強度螺栓預拉力設計值P155kN,接觸面抗滑移系數(shù)。8. 計算圖示連接的承載力設計值N。螺栓M20，孔,材料Q235A已知：215N/mm2, bv=130 N/mm2, bc=305 N/mm2 。9.試計算下圖所示連接中C級螺栓的強度。已知荷載設計值F=60KN,螺栓M20,孔徑, bv=130N/mm2, bc=305 N/mm2.10.兩端鉸接軸心受壓柱，高,鋼材為Q235，強度設計值=215 N/mm2，采用圖示截面，尺寸單位mm,計算可承受外荷載設計值N=？ 注：不計自重 穩(wěn)定系數(shù) ：7273747

8、576777879800.688 11.已知一兩端鉸支軸心受壓綴板式格構柱，長，截面由2I32a組成，兩肢件之間的距離300cm,如圖所示，尺寸單位mm。試求該柱最大長細比。 注： 一個I32a的截面面積 A=67cm2 慣性矩 Iy=11080cm4 IX1=460cm4 12.如圖所示為二簡支梁截面，其截面面積大小相同，跨度均為12m，跨間無側向支承點，均布荷載大小亦相同，均作用在梁的上翼緣，鋼材為Q235，試比較梁的穩(wěn)定系數(shù)，說明何者的穩(wěn)定性更好？13. 一簡支梁的計算簡圖如下，截面采用普通工字鋼I50a，材料為Q235，除兩端支承處能阻止梁端截面的扭轉外，跨中無任何側向支承點，試按整體

9、穩(wěn)定確定荷載P的大?。ㄔO計值，不計自重）已知：鋼材強度設計值f215N/mm2I50a的Ix46470cm4，Wx1860cm3， Iy1120cm4，Wy142cm3整體穩(wěn)定系數(shù)：集中荷載作用于上翼緣 均布荷載作用于上翼緣 14. 求圖示鋼梁所能承受的最大均布荷載設計值（含自重），已知梁截面為熱軋普通工字鋼I45a,其截面特性為： A=102cm2 IX=32240cm4 wx=1430cm3 Iy=855cm4 wy=114cm3材料為Q235,強度設計值=215 N/mm2，梁兩端不能扭轉，跨中無側向支撐點，撓度不起控制作用，截面無削弱。整體穩(wěn)定系數(shù)b=0.44.15. 如圖所示的拉彎構

10、件，間接承受動力荷載。橫向均布荷載的設計值為8kN/m。截面為I22a，無削弱。試確定桿能承受的最大軸心拉力設計值。已知：, =215 N/mm2 。16. 用軋制工字鋼I36a（材料Q235）作成的10m長兩端鉸接柱，軸心壓力的設計值為650kN,在腹板平面承受均布荷載設計值q6.24kN/m。試計算此壓彎柱在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定有無保證？為保證彎矩作用平面外的穩(wěn)定需設置幾個側向中間支承點？已知：, =215 N/mm2 。 鋼結構設計原理復習題參考答案一、填空題1承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)2輕質高強、材質均勻，韌性和塑性良好、裝配程度高，施工周期短、密閉性好、耐熱不耐火、易銹蝕。3

11、塑性破壞、脆性破壞4化學成分、鋼材缺陷、冶煉，澆注，軋制、鋼材硬化、溫度、應力集中、殘余應力、重復荷載作用5應力集中、應力幅（對焊接結構）或應力比（對非焊接結構）、應力循環(huán)次數(shù)6屈服點、抗拉強度、伸長率、沖擊韌性、冷彎性能7焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接88hf 、40mm 60 hf9螺栓剪壞、孔壁擠壓壞、構件被拉斷、端部鋼板被剪壞、螺栓彎曲破壞10螺栓材質、螺栓有效面積11彎曲屈曲、扭轉屈曲、彎扭屈曲12殘余應力、初彎曲和初偏心、長細比13加強受壓翼緣、增加側向支承點14荷載類型、荷載作用點位置、梁的截面形式、側向支承點的位置和距離、梁端支承條件15限制寬厚比、設置加勁肋二、問答題1 鋼結構

12、具有的特點：鋼材強度高，結構重量輕鋼材內(nèi)部組織比較均勻，有良好的塑性和韌性鋼結構裝配化程度高，施工周期短鋼材能制造密閉性要求較高的結構鋼結構耐熱，但不耐火鋼結構易銹蝕，維護費用大。2 鋼結構的合理應用范圍：重型廠房結構大跨度房屋的屋蓋結構高層及多層建筑輕型鋼結構塔桅結構板殼結構橋梁結構移動式結構3 鋼結構對材料性能的要求：較高的抗拉強度fu和屈服點fy較好的塑性、韌性及耐疲勞性能良好的加工性能4 鋼材的主要機械性能指標是屈服點、抗拉強度、伸長率、沖擊韌性、冷彎性能。其中屈服點、抗拉強度和伸長率由一次靜力單向均勻拉伸試驗得到；冷彎性能是由冷彎試驗顯示出來；沖擊韌性是由沖擊試驗使試件斷裂來測定。5

13、 影響鋼材性能的主要因素有：化學成分鋼材缺陷冶煉，澆注，軋制鋼材硬化溫度應力集中殘余應力重復荷載作用6 鋼材在連續(xù)反復荷載作用下，當應力還低于鋼材的抗拉強度，甚至還低于屈服點時也會發(fā)生斷裂破壞，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞或疲勞破壞。影響鋼材疲勞的主要因素是應力集中、應力幅（對焊接結構）或應力比（對非焊接結構）以及應力循環(huán)次數(shù)。7 選用鋼材通常考慮的因素有：結構的重要性荷載特征連接方法結構的工作環(huán)境溫度結構的受力性質8 鋼結構常用的連接方法有：焊接連接、鉚釘連接和螺栓連接三種。焊接的優(yōu)點：不需打孔，省工省時；任何形狀的構件可直接連接，連接構造方便；氣密性、水密性好，結構剛度較大，整體性能較好。焊接的

14、缺點: 焊縫附近有熱影響區(qū)，材質變脆；焊接的殘余應力使結構易發(fā)生脆性破壞，殘余變形使結構形狀、尺寸發(fā)生變化；焊接裂縫一經(jīng)發(fā)生，便容易擴展。鉚釘連接的優(yōu)點:塑性、韌性較好，傳力可靠，連接質量易于檢查。 鉚釘連接的缺點:因在構件上需打孔，削弱構件截面；且鉚接工藝復雜，技術要求高。螺栓連接的優(yōu)點：具備鉚釘連接塑性、韌性好，傳力可靠的優(yōu)點，又兼?zhèn)浒惭b拆卸方便，可以多次重復使用的優(yōu)點，且連接變形小。9 焊縫可能存在的缺陷有裂紋、氣孔、夾碴、燒穿、咬邊、未焊透、弧坑和焊瘤。10 焊縫質量分為三個等級。三級質量檢查只對全部焊縫進行外觀缺陷及幾何尺寸檢查，其外觀可見缺陷及幾何尺寸偏差必須符合三級合格標準要求；

15、二級質量檢查除對外觀進行檢查并達到二級質量合格標準外，還需用超聲波或射線探傷20焊縫，達到B級檢驗級合格要求；一級質量檢查除外觀進行檢查并符合一級合格標準外，還需用超聲波或射線對焊縫100探傷，達到B級檢驗級合格要求；（見鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范GB50205-2001）11. 對接焊縫的構造要求有：一般的對接焊多采用焊透縫，只有當板件較厚，內(nèi)力較小，且受靜載作用時，可采用未焊透的對接縫。為保證對接焊縫的質量，可按焊件厚度不同，將焊口邊緣加工成不同形式的坡口。起落弧處易有焊接缺陷，所以要用引弧板。但采用引弧板施工復雜，因此除承受動力荷載外，一般不用引弧板，而是計算時為對接焊縫將焊縫長度減2t

16、（t為較小焊件厚度）。對于變厚度（或變寬度）板的對接，在板的一面（一側）或兩面（兩側）切成坡度不大于的斜面，避免應力集中。當鋼板在縱橫兩方向進行對接焊時，焊縫可采用十字形或T形交叉對接，當用T形交叉時，交叉點的間距不得小于200mm。12. 角焊縫的計算假定是：破壞沿有效載面；破壞面上應力均勻分布。 13. 鋼材在施焊過程中會在焊縫及附近區(qū)域內(nèi)形成不均勻的溫度場，在高溫區(qū)產(chǎn)生拉應力，低溫區(qū)產(chǎn)生相應的壓應力。在無外界約束的情況下，焊件內(nèi)的拉應力和壓應力自相平衡。這種應力稱焊接殘余應力。隨焊接殘余應力的產(chǎn)生，同時也會出現(xiàn)不同方向的不均勻收縮變形，稱為焊接殘余變形。焊接殘余應力的影響：對塑性較好的材

17、料，對靜力強度無影響；降低構件的剛度；降低構件的穩(wěn)定承載力；降低結構的疲勞強度；在低溫條件下承載，加速構件的脆性破壞。焊接殘余變形的影響：變形若超出了施工驗收規(guī)范所容許的范圍，將會影響結構的安裝、正常使用和安全承載；所以，對過大的殘余變形必須加以矯正。減少焊接殘余應力和變形的方法：合理設計:選擇適當?shù)暮改_尺寸、焊縫布置應盡可能對稱、進行合理的焊接工藝設計，選擇合理的施焊順序。正確施工：在制造工藝上，采用反變形和局部加熱法；按焊接工藝嚴格施焊，避免隨意性；盡量采用自動焊或半自動焊，手工焊時避免仰焊。14 普通螺栓連接中的抗剪螺栓連接是依靠螺栓抗剪和孔壁承壓來傳遞外力。當受剪螺栓連接在達到極限承載

18、力時，可能出現(xiàn)五種破壞形式，即螺栓被剪斷、孔壁被擠壓壞、構件被拉斷、構件端部被剪壞和螺栓彎曲破壞。 高強螺栓連接中的抗剪螺栓連接時，通過擰緊螺帽使螺桿產(chǎn)生預拉力，同時也使被連接件接觸面相互壓緊而產(chǎn)生相應的摩擦力，依靠摩擦力來傳遞外力。它是以摩擦力剛被克服，構件開始產(chǎn)生滑移做為承載能力的極限狀態(tài)。15. 螺栓排列的構造要求： 受力要求:端距限制防止孔端鋼板剪斷，2do；螺孔中距限制限制下限以防止孔間板破裂即保證3do，限制上限以防止板間翹曲。構造要求:防止板翹曲后浸入潮氣而腐蝕，限制螺孔中距最大值。施工要求:為便于擰緊螺栓，宜留適當間距。16. 普通螺栓抗剪連接中的五種破壞形式：螺栓被剪斷、孔壁

19、被擠壓壞、構件被拉斷、構件端部被剪壞和螺栓彎曲破壞。以上五種可能破壞形式的前三種，可通過相應的強度計算來防止，后兩種可采取相應的構件措施來保證。一般當構件上螺孔的端距大于2d0時，可以避免端部沖剪破壞；當螺栓夾緊長度不超過其直徑的五倍，則可防止螺桿產(chǎn)生過大的彎曲變形。17 級別代號中，小數(shù)點前的數(shù)字是螺栓材料經(jīng)熱處理后的最低抗拉強度，小數(shù)點后數(shù)字是材料的屈強比（fy/fu ）。8.8級為：fu800N/mm²，10.9級為：fu 1000N/mm²，fy/fu18. 受軸心壓力作用的直桿或柱，當壓力達到臨界值時，會發(fā)生有直線平衡狀態(tài)轉變?yōu)閺澢胶鉅顟B(tài)變形分枝現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱

20、為壓桿屈曲或整體穩(wěn)定，發(fā)生變形分枝的失穩(wěn)問題稱為第一類穩(wěn)定問題。由于壓桿截面形式和桿端支承條件不同，在軸心壓力作用下可能發(fā)生的屈曲變形有三種形式，即彎曲屈曲、扭轉屈曲和彎扭屈曲。19. 在考慮實際軸心壓桿的臨界力時應考慮殘余應力的影響、初彎曲和初偏心的影響、桿端約束的影響。20. 格構式軸心受壓構件一旦繞虛軸失穩(wěn)，截面上的橫向剪力必須通過綴材來傳遞。但因綴材本身比較柔細，傳遞剪力時所產(chǎn)生的變形較大，從而使構件產(chǎn)生較大的附加變形，并降低穩(wěn)定臨界力。所以在計算整體穩(wěn)定時，對虛軸要采用換算長細比（通過加大長細比的方法來考慮綴材變形對降低穩(wěn)定臨界力的影響）。21. 鋼梁在彎矩較小時，梁的側向保持平直而

21、無側向變形；即使受到偶然的側向干擾力，其側向變形也只是在一定的限度內(nèi)，并隨著干擾力的除去而消失。但當彎矩增加使受壓翼緣的彎曲壓應力達到某一數(shù)值時，鋼梁在偶然的側向干擾力作用下會突然離開最大剛度平面向側向彎曲，并同時伴隨著扭轉。這時即使除去側向干擾力，側向彎扭變形也不再消失，如彎矩再稍許增大，則側向彎扭變形迅速增大，產(chǎn)生彎扭屈曲，梁失去繼續(xù)承受荷載的能力，這種現(xiàn)象稱為鋼梁喪失整體穩(wěn)定。影響鋼梁整體穩(wěn)定的主要因素有：荷載類型、荷載作用點位置、梁的截面形式、側向支承點的位置和距離、梁端支承條件。提高鋼梁整體穩(wěn)定性的有效措施是加強受壓翼緣、增加側向支承點。22 在鋼梁中，當腹板或翼緣的高厚比或寬厚比過

22、大時，就有可能在梁發(fā)生強度破壞或喪失整體穩(wěn)定之前，組成梁的腹板或翼緣出現(xiàn)偏離其原來平面位置的波狀屈曲，這種現(xiàn)象稱為鋼梁的局部失穩(wěn)。 組合鋼梁翼緣局部穩(wěn)定性的計算：梁受壓翼緣自由外伸寬度b1與其厚度t之比的限值：箱形截面受壓翼緣板在兩腹板之間的寬度b0與其厚度t之比的限值： 組合鋼梁腹板局部穩(wěn)定的計算僅用橫向加勁肋加強的腹板：同時用橫向加勁肋和縱向加勁肋加強的腹板：a受壓翼緣與縱向加勁肋之間的區(qū)格（區(qū)格I）：b受拉翼緣與縱向加勁肋之間的區(qū)格（區(qū)格II）：同時用橫向加勁肋、縱向加勁肋和短加勁肋加強的腹板：a受壓翼緣與縱向加勁肋之間的區(qū)格（區(qū)格I）：b受拉翼緣與縱向加勁肋之間的區(qū)格（區(qū)格II）：23

23、 軸心受壓構件中整體穩(wěn)定性涉及構件的幾何形狀和尺寸（長度和截面幾何特征）、桿端的約束程度和與之相關的屈曲形式（彎曲屈曲、扭轉屈曲或彎扭屈曲）及屈曲方向等。另外，構件的初始缺陷（殘余應力、初彎曲、初偏心）和彈性、塑性等不同工作階段的性能，在計算整體穩(wěn)定時，都需要考慮到。因此，在對軸心受壓構件計算整體穩(wěn)定性時，引入了整體穩(wěn)定系數(shù)，計算公式為：。在計算時，根據(jù)截面形式、屈曲方向（對應軸）和加工條件，即可根據(jù)正確地查取值計算。 壓彎構件的整體失穩(wěn)可能為彎矩作用平面內(nèi)（彎矩通常繞截面強軸作用）時的彎曲屈曲，但當構件在垂直于彎矩作用平面內(nèi)的剛度不足時，也可發(fā)生因側向彎曲和扭轉使構件發(fā)生彎扭屈曲，即彎矩作用

24、平面外失穩(wěn)。在計算其穩(wěn)定性計算時，除要考慮軸心受壓時所需考慮的因素外，還需考慮荷載類型及其在截面上的作用點位置、端部及側向支承的約束情況等。平面內(nèi)失穩(wěn)計算中，引入等效彎矩系數(shù)，截面考慮塑性發(fā)展，對于實腹式壓彎構件，計算公式為。平面外失穩(wěn)計算，同樣引入等效彎矩系數(shù)，計算公式為。 可見，壓彎構件的整體穩(wěn)定計算比軸心受壓構件要復雜。軸心受壓構件在確定整體穩(wěn)定承載能力時，雖然也考慮了初彎曲、初偏心等初始缺陷的影響，將其做為壓彎構件，但主要還是承受軸心壓力，彎矩的作用帶有一定的偶然性。對壓彎構件而言，彎矩卻是和軸心壓力一樣，同屬于主要荷載。彎矩的作用不僅降低了構件的承載能力，同時使構件一經(jīng)荷載作用，立即

25、產(chǎn)生撓曲，但其在失穩(wěn)前只保持這種彎曲平衡狀態(tài)，不存在達臨界力時才突然由直變彎的平衡分枝現(xiàn)象，故壓彎構件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性屬于第二類穩(wěn)定問題，其極限承載力應按最大強度理論進行分析。24. 局部穩(wěn)定性屬于平板穩(wěn)定問題，應應用薄板穩(wěn)定理論，通過限制翼緣和腹板的寬厚比所保證的。確定限值的原則：組成構件的板件的局部失穩(wěn)應不先于構件的整體穩(wěn)定失穩(wěn)，或者兩者等穩(wěn)。軸心受壓構件中，板件處于均勻受壓狀態(tài)；壓彎構件中，板件處于多種應力狀態(tài)下，其影響因素有板件的形狀和尺寸、支承情況和應力狀況（彎曲正應力、剪應力、局部壓應力等的單獨作用和各種應力的聯(lián)合作用），彈性或彈塑性性能，同時還有在腹板屈曲后強度的利用問題

26、。三、計算題：1 解：一、確定對接焊縫計算截面的幾何特性 1.計算中和軸的位置（對水平焊縫的形心位置取矩） 全部焊縫計算截面的慣性矩 全部焊縫計算截面的抵抗矩 腹板焊縫計算截面的面積 二、驗算焊縫強度 折算應力 2.解： 3.解： 4解： 端縫： 側向： 蓋板全長 5解：a)b) 取8個c) 排列中距取80端距取50邊距取40d) 凈截面驗算 >215MPa說明凈截面強度不夠，接頭不能承受600kN的拉力,經(jīng)驗算，蓋板應采用12mm厚鋼板，被連接板應采用25mm鋼板。e) 拼接板長6解：一、 螺栓所能承受的最大軸心力設計值單個螺栓受剪承載力設計值 單個螺栓承壓承載力設計值 連接螺栓所能承受的最大軸心力設計值 二、 構件所能承受的最大軸心力設計值 I-I截面凈截面面積為 II-II截面凈截面面積為 III-III截面凈截面面積為 三個截面的承載設計值分別為II截面：IIII截面：IIIIII截面：因前面