鋼結構設計原理習題集及答案

1、鋼結構設計原理習題集及答案 (2011-09-28 10:53:54)標簽： a格 極限狀態(tài) 焊縫 構件 承載力 教育分類： 試卷題庫鋼結構設計原理習題集及答案第一章 緒論練習題一、簡答題1簡述鋼結構的特點和應用范圍。答：特點：（1）承載能力大；（2）穩(wěn)妥可靠；（3）便于工業(yè)化生產，施工周期短；（4）密閉性好；耐熱但不耐火；（5）耐腐蝕性差；（6）容易產生噪音應用范圍：（1）承受荷載很大或跨度大，高度大的結構；（2）承受動力荷載作用或經常移動的結構；（3）經常拆裝的拼裝式結構；（4）對密閉性要求高的結構；（5）高溫車間或需承受一定高溫的結構；（6）輕型結構2試舉例說明鋼結構的主要發(fā)展趨勢。答：

2、（1）高性能鋼材的研制；（2）設計方法和計算理論的改進；（3）結構形式的革新第二章 鋼結構的材料練習題一、單項選擇題1、在構件發(fā)生斷裂破壞前，有明顯先兆的情況是_ B_的典型特征。(A) 脆性破壞 (B)塑性破壞 (C) 強度破壞 (D) 失穩(wěn)破壞 2、鋼材的設計強度是根據_ C_確定的。(A) 比例極限 (B)彈性極限 (C) 屈服點 (D) 極限強度 3、結構工程中使用鋼材的塑性指標，目前最主要用_ D_表示。(A) 流幅 (B)沖擊韌性 (C) 可焊性 (D) 伸長率 4、鋼材經歷了應變硬化（應變強化）之后_ A_。(A) 強度提高 (B)塑性提高 (C) 冷彎性能提高 (D) 可焊性提

3、高 5、下列因素中_ A_與鋼構件發(fā)生脆性破壞無直接關系。(A) 鋼材屈服點的大小 (B) 鋼材含碳量 (C) 負溫環(huán)境 (D) 應力集中 6、當溫度從常溫下降為低溫時，鋼材的塑性和沖擊韌性_ B_。(A) 升高 (B) 下降 (C) 不變 (D) 升高不多 7、鋼材的力學性能指標，最基本、最主要的是_ C _時的力學性能指標。(A) 承受剪切 (B) 承受彎曲 (C) 單向拉伸 (D) 兩向和三向受力 參考答案1.B 2.C 3.D 4.A 5.A 6.B 7.C二、名詞解釋1應力集中和殘余應力答：（1）應力集中：實際結構中不可避免的存在孔洞、槽口、截面突然改變以及鋼材內部缺陷等，此時截面中

4、的應力分布不再保持均勻，不僅在孔口邊緣處會產生沿力作用方向的應力高峰，而且會在孔口附近產生垂直于力的作用方向的橫向應力，甚至會產生三向拉應力；（2）殘余應力：在澆注、軋制和焊接加工過程中，因不同部位鋼材的冷卻速度不同，或因不均勻加熱和冷卻而產生。2冷加工硬化和時效硬化答：（1）在冷加工（或一次加載）使鋼材產生較大的塑性變形的情況下，卸荷后再重新加載，鋼材的屈服點提高，塑性和韌性降低的現象稱為冷作硬化；在高溫時溶于鐵中的少量氮和碳，隨著時間的增長逐漸由固溶體中析出，生成氮化物和碳化物，散存在鐵素體晶粒的滑動界面上，對晶粒的塑性滑移起到遏制作用，從而使鋼材的強度提高，塑性和韌性下降。這種現象稱為時

5、效硬化（也稱老化）；（2）鋼材的性能受溫度的影響十分明顯，在150以內，鋼材的強度、彈性模量和塑性均與常溫相近，變化不大。但在250左右，抗拉強度有局部性提高，伸長率和斷面收縮率均降至最低，出現了所謂的藍脆現象（鋼材表面氧化膜呈藍色）；三、分析簡答題1鋼結構材料的破壞形式有哪幾種？破壞特點？答：鋼材的破壞分塑性破壞和脆性破壞兩種：（1）塑性破壞：塑性變形很大，經歷時間又較長的破壞稱塑性破壞。斷裂時斷口與作用力方向呈45，且呈纖維狀，色澤發(fā)暗；（2）脆性破壞：幾乎不出現塑性變形的突然破壞稱脆性破壞。斷裂時斷口平齊，呈有光澤的晶粒狀。脆性破壞危險性大，必須加以重視。2簡述影響鋼材脆性斷裂的主要因素

6、？如何避免不出現脆性斷裂？答：導致脆性破壞的因素：化學成分；冶金缺陷（偏析、非金屬夾雜、裂紋、起層）；溫度（熱脆、低溫冷脆）；冷作硬化和時效硬化 ；應力集中；同號三向主應力狀態(tài)。為了防止脆性破壞的發(fā)生，應在鋼結構的設計、制造和使用過程中注意以下各點：(1)合理設計；(2)正確制造；(3)合理使用。3什么是疲勞破壞？簡述疲勞破壞的發(fā)展過程。影響疲勞破壞的主要因素？答：鋼材在多次循環(huán)反復荷載作用下，即使應力低于屈服點fy也可能發(fā)生破壞的現象稱疲勞破壞。疲勞破壞具有突然性，破壞前沒有明顯的宏觀塑性變形，屬于脆性斷裂。但與一般脆斷的瞬間斷裂不同，疲勞是在名義應力低于屈服點的低應力循環(huán)下，經歷了長期的累

7、積損傷過程后才突然發(fā)生的。其破壞過程一般經歷三個階段，即裂紋的萌生、裂紋的緩慢擴展和最后迅速斷裂，因此疲勞破壞是有壽命的破壞，是延時斷裂。疲勞對缺陷（包括缺口、裂紋及組織缺陷等）十分敏感。第三章 鋼結構的設計方法練習題一、填空題1鋼結構的設計方法大體經歷了三個階段： 、 和 ，目前鋼規(guī)主要采用 。容許應力設計法、半概率半極限狀態(tài)設計法和概率極限狀態(tài)設計法， 概率極限狀態(tài)設計法。2結構的 、 、 統(tǒng)稱結構的可靠性，可靠性用 來衡量。安全性、適用性、耐久性，可靠度二、分析簡答題1什么是結構的可靠度？可靠指標的含義？如何確定結構的可靠指標？答：所謂可靠度，就是結構在規(guī)定時間內，在規(guī)定的條件下，完成預

8、定功能的概率。對于一個結構而言，比較可行的方法是，以可靠指標的計算來代替可靠度的計算?？煽恐笜藌/z，與失效概率Pf有確定的一一對應關系，增大，Pf減小。2什么是結構的極限狀態(tài)？結構的極限狀態(tài)分為幾類，其含義各是什么？答：整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求，稱此特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。我國鋼結構設計規(guī)范規(guī)定，承重結構應按下列二類極限狀態(tài)進行設計：(1)承載能力極限狀態(tài)包括：構件和連接的強度破壞、疲勞破壞和因過度變形而不適于繼續(xù)承載，結構和構件喪失穩(wěn)定，結構轉變?yōu)闄C動體系和結構傾覆；(2)正常使用極限狀態(tài)包括：影響結構、構件和非結構構件正常使用或耐久性能的

9、局部損壞（包括組合結構中混凝土裂縫）。3標準荷載、設計荷載有何區(qū)別？如何應用？答：各種荷載的標準值是指建筑結構在正常情況下比較有可能出現的最大荷載值。當結構構件承受多種荷載時，設計必須考慮若干種荷載共同作用所引起的荷載效應組合，對正常使用極限狀態(tài)，應根據不同的設計要求，分別采用荷載的短期效應組合和長期效應組合進行設計。第四章 鋼結構的連接練習題一、選擇題1T形連接中直角角焊縫的最小焊腳尺寸 ，最小焊腳尺寸 ，式中 。At1為腹板厚度，t2為翼緣厚度；Bt1為翼緣厚度，t2為腹板厚度；Ct1為被連接件較小的厚度，t2為被連接件較大的厚度；Dt1為被連接件較大的厚度，t2為被連接件較小的厚度。2單

10、個普通螺栓的抗剪承載力由 確定。A單個螺栓的抗剪承載力設計值；B單個螺栓的承壓承載力設計值；C單個螺栓的抗剪和承壓承載力設計值中的較小值；D單個螺栓的抗剪和承壓承載力設計值中的較大值。3如圖所示，一截面尺寸1008的板件與厚度為10mm的節(jié)點板僅用側焊縫連接（承受靜載），根據焊縫長度的構造要求，側焊縫長度 最有可能取 。A40mm； B80mm；C120mm； D400mm 4當沿受力方向的連接長度 （孔徑）時，螺栓的抗剪和承壓設計承載力均應降低，以防止 。A中部螺栓提前破壞； B端部螺栓提前破壞；C螺栓受彎破壞； D螺栓連接的變形過大。5圖示高強度螺栓群受彎后的旋轉中心為 。Aa點； Bb點

11、； Cc點； Dd點 參考答案：1C； 2C； 3C； 4B； 5B二、填空題1焊縫類型分為 和 ，施焊方法根據焊工與焊縫的相對位置分為 、 、 、 ，其中以 施工位置最好。對接焊縫和角焊縫。俯焊、立焊、橫焊、仰焊，俯焊2規(guī)范規(guī)定在靜力荷載下，側焊縫的計算長度不宜大于 ；動力荷載時，不宜大于 。60 ；403焊接殘余應力將 構件的強度， 構件的剛度， 構件的穩(wěn)定承載力。不影響，降低，降低三、簡答題1 如何區(qū)分腳焊縫是受彎還是受扭。答：當計算受偏心力作用的角焊縫的強度時，須分清角焊縫是受彎還是受扭，然后才能正確應用角焊縫的基本計算公式進行計算。判別方法：若偏心力在焊縫群平面內，則該連接中的角焊縫

12、受扭；若偏心力在焊縫群平面外，則受彎。也可以這樣區(qū)分，若焊縫群中任意一點應力的方向均垂直于焊縫的長度方向，則該連接中的角焊縫受彎，不然則為受扭。（圖1受彎，圖2受扭） 2焊腳尺寸是否選用大的比小的好？答：焊腳尺寸太大時，較薄的焊件容易燒穿；焊縫冷卻收縮將產生較大的焊接變形；熱影響區(qū)擴大容易產生脆裂。焊腳尺寸太小，焊接時產生的熱量較小，焊縫冷卻快，容易產生裂紋；同時也不易焊透。角焊縫在手工電弧焊時，一般情況焊腳尺寸在68mm以下時能一次焊成，超過時則需要多層焊，故相對而言增加了焊接時間，使焊接速度降低，成本增高。焊縫施焊后冷卻收縮引起的殘余應力隨焊縫增大而加大，故焊腳尺寸亦不宜過大。綜上所述，無

13、論是從焊條等焊接材料的消耗和焊接速度、焊接殘余應力，或是從焊縫的相對強度，角焊縫都以選用小焊腳尺寸為宜。因此，當焊件的焊接長度較富余，在滿足最大焊縫長度的要求下，采用小而長比大而短的焊縫好。3在受剪連接開孔對構件截面的削弱影響時，為什么摩擦型高強度螺栓的較普通螺栓的??？答：摩擦型高強度螺栓的受剪連接傳力特點不同于普通螺栓。后者是靠螺栓自身受剪和孔壁承壓傳力，而前者則是靠被連接板疊間的摩擦力傳力。一般可認為摩擦力均勻分布于螺栓孔四周，故孔前傳力約為0.5。因此，構件開孔截面的凈截面強度的計算公式為： 式中 N軸心拉力或軸心壓力 An構件的凈截面面積 n在節(jié)點或拼接處，構件一端連接的高強度螺栓數目

14、； n1所計算截面上高強度螺栓數目； f鋼材的抗拉或抗壓強度設計值。上式括號內數值小于1，這表明所計算截面上的軸心力N已有一定程度的減少。對比普通螺栓受剪連接構件開孔截面的凈截面強度的計算公式： 顯而易見，在受剪連接中，摩擦型高強度螺栓開孔對構件截面的削弱影響較小。第五章 軸心受力構件練習題一、選擇題1對于焊接組合工字形截面軸心受壓桿，其腹板局部穩(wěn)定的高厚比限制條件是根據邊界條件為 的矩形板單向均勻受壓確定的。A兩受荷邊簡支，另兩邊彈性嵌固； B四邊彈性嵌固；C兩邊簡支，另兩受荷邊彈性嵌固； D四邊簡支2.軸心受壓格構式構件在驗算其繞虛軸的整體穩(wěn)定時采用換算長細比，是因為 。A格構式構件的整體

15、穩(wěn)定承載力高于同截面的實腹式構件；B考慮強度降低的影響；C考慮單肢失穩(wěn)對構件承載力的影響；D考慮剪切變形的影響。3當綴條采用單角鋼時，按軸心壓桿驗算其承載能力，但必須將設計強度按規(guī)范規(guī)定乘以折減系數，原因是： A格構式柱所給的剪力值是近似的； B單角鋼綴條實際為偏心受壓構件；C綴條很重要，應提高其安全程度； D綴條破壞將影響繞虛軸的整體穩(wěn)定。參考答案：1A； 2D； 3B二、填空題1為滿足使用及安全的要求，當板中的局部穩(wěn)定滿足時，對軸心受壓構件還應進行 、 和 驗算。強度、整體穩(wěn)定和構件的長細比（剛度）2計算格構式軸心受壓柱的 時，需要先求出橫向剪力。此剪力大小與 和 有關。綴材，柱的毛截面面

16、積和鋼材的強度3當格構式軸壓綴條柱的單肢長細比 時，意味著 。單肢不會先于整體而失穩(wěn)，不必驗算單肢穩(wěn)定4驗算格構式軸心受壓桿繞虛軸的穩(wěn)定時，應用 查穩(wěn)定系數值。換算長細比三、分析簡答題1提高軸心壓桿鋼材的抗壓強度能否提高其穩(wěn)定承載力？為什么？答：提高軸心壓桿鋼材的抗壓強度不能提高其穩(wěn)定承載力，因為理想軸心壓桿在彈性階段由于E為一常量，且各類鋼材基本相同，故其臨界應力只是長細比的單一函數，與材料的抗壓強度無關。第六章 梁練習題一、選擇題1焊接工字形鋼梁受壓翼緣寬厚比限制為 ，式中b1為 。A翼緣板外伸寬度（或翼緣板寬度的一半）； B翼緣板全部寬度；C翼緣板全部寬度的1/3； D翼緣板的有效寬度2

17、焊接工字形組合截面梁，當腹板的局部穩(wěn)定驗算符合： 時， 。A不必設置加勁肋；B按構造設置橫向加勁肋；C需設置橫向加勁肋，加勁肋的間距要進行計算；D除需設置橫向加勁肋，還應設置縱向加勁肋3雙軸對稱工字形截面簡支梁，受壓翼緣側向支承點的間距和截面尺寸都不改變，受 作用的梁的臨界彎距為最低。A多數集中荷載； B均布荷載；C純彎曲； D跨中集中荷載4工字形截面簡支梁在上翼緣受集中荷載作用，鋼材為Q235，為提高其整體穩(wěn)定承載力，最合理的方法是 。A改用Q345鋼； B加高腹板；C在梁跨中下翼緣加側向支撐； D在梁跨中上翼緣加側向支撐5下列因素中， 對梁在彈性階段的整體穩(wěn)定承載力影響不大。A梁的側向抗彎

18、剛度； B梁所用材料的屈服點；C荷載種類； D荷載作用位置參考答案：1A； 2C； 3C； 4D； 5B二、填空題1鋼梁喪失整體穩(wěn)定性屬于 屈曲。平面外彎扭2按照截面形成塑性鉸設計的梁，雖然可以節(jié)約鋼材，但 卻比較大，有可能影響使用，因此設計規(guī)范只是有限制地使用 。變形（撓度），塑性3對組合工字形鋼梁，除了要驗算最大正應力和最大剪應力外，在同時受有較大正應力和剪應力的截面，還要在 處驗算折算應力。腹板計算高度的邊緣4為提高鋼梁的整體穩(wěn)定性，側向支撐點應設在鋼梁的 翼緣。受壓5影響梁整體穩(wěn)定臨界彎距的因素，除了梁的截面剛度和梁的側向支承點間距 之外，還有 、 和 。荷載種類、荷載作用位置和梁的支

19、承情況三、簡答題1判別梁是否需要驗算其整體穩(wěn)定，用 來衡量，其意義是什么？ 、 分別代表什么？答：當 小到一定程度可以保證阻止受壓翼緣的側向變形，從而保證不會發(fā)生整體失穩(wěn)。 表示受壓翼緣的自由長度， 表示受壓翼緣寬度。2梁翼緣和腹板常采用連續(xù)的角焊縫連接，其長度為何不受最大長度60 或40 限制？答：因為梁翼緣和腹板連續(xù)處，內力沿焊縫全長分布，所以其長度可以不受最大長度限制。第七章 拉彎和壓彎構件練習題一、選擇題1當偏心荷載作用在實軸時，格構柱的平面外穩(wěn)定是通過 來保證的。A計算柱平面外穩(wěn)定； B計算單肢穩(wěn)定；C柱本身的構造要求； D選定足夠大的單肢間距2實腹式偏心壓桿在彎距作用平面外的整體穩(wěn)

20、定計算公式 中， 應取 。A彎距作用平面內最大受壓纖維的毛截面抵抗矩；B彎距作用平面內最大受拉纖維的毛截面抵抗矩；C彎距作用平面外最大受壓纖維的毛截面抵抗矩；D彎距作用平面內最大受壓纖維的凈截面抵抗矩3計算格構式壓彎構件的綴材時，剪力應取 。A構件實際剪力設計值； B由公式 計算的剪力；CA、B兩者取大值； D由公式 計算的剪力4與基礎固接的單層無側移框架等截面柱的計算長度系數在 之間。A00.1； B1.02.0；C1.0； D2.0參考答案：1B；2A；3C；4A二、填空題1拉彎或壓彎構件強度計算公式是 ，當構件承受動荷載時， 必須取1，其原因是 。不允許截面發(fā)展塑性2壓彎構件在其彎距作用

21、平面內的失穩(wěn)形式是 屈曲，在平面外失穩(wěn)形式是 屈曲。彎曲，彎扭3壓彎構件在彎距作用平面內的整體失穩(wěn)屬于 類穩(wěn)定問題。二4偏心受壓構件計算公式中的塑性發(fā)展系數 ， 只與 有關。截面形式5彎距繞虛軸作用的格構式壓彎構件，其彎距作用平面內的整體失穩(wěn)計算宜采用 準則。邊緣屈曲三、簡析題1等效彎距系數是怎樣確定的？答：引入等效彎距系數的物理意義，是把變化的彎距化為等效的均勻彎距。等效彎距是指其在與軸心力共同作用下對構件彎距作用平面內失穩(wěn)的效應與原來非均勻分布的彎距與與軸心力共同作用下的效應相同。因此，它們應與按二階彈性分析的最大彎距進行等效。具體作法是：令等效彎距及與軸心力共同作用下二階分析所得最大彎距和原來不均勻彎距與與軸心力共同作用下的二階最大彎距相等。2對于壓彎構件，當彎距繞格構式柱的虛軸作用時，為什么不驗算彎距作用平面外的穩(wěn)定性