钢结构设计原理题及答案

一、填空题（每空1分，共10分）

1、钢材的冲击韧性越小,钢材抵抗脆性断裂的能力( 越弱 )。

2、承受静力荷载的侧面角焊缝的最大计算长度是( 60h f )。

3、焊接结构选用焊条的原则是,计算焊缝金属强度宜与母材强度( 相等 )。

4、钢材牌号Q235－BF,其中235表示( 屈服点数值 ),B 表示( 质量等级 ),F 表示( 沸腾钢 )。

5、工字形轴压构件翼缘局部稳定保证条件是根据( 等稳定原则 )导出的。

6、按正常使用极限状态计算时,受弯构件要限制( 挠度 ),拉、压构件要限制( 长细比 )。

7、压弯构件在弯矩作用平面外的失稳变形形式是( 弯扭屈曲 )。 二、选择题 （每题1分，共10分） 1、钢结构的主要缺点是（ C ）。

A 结构的重量大

B 造价高

C 易腐蚀、不耐火

D 施工困难多 2、钢材中硫的含量超过规定标准（ D ）。

A 将提高钢材的伸长率

B 将提高钢材的抗拉强度

C 将使钢材在低温工作时变脆

D 将使钢材在高温工作时变脆 3、角焊缝的最小焊脚尺寸表示式中t t h f ,5.1 （ B ）。 A 较薄板厚度 B 较厚板厚度 C 任意板厚 4、下面的（ B ）情况应将其设计强度进行折减。

A 动力荷载作用的构件

B 单角钢单面按轴压计算稳定的构件

C 有应力集中影响的构件

D 残余应力较大的构件

5、验算工字形组合截面轴心受压构件翼缘和腹板的局部稳定时，计算公式中的长细比为（ C ）。 A 绕强轴的长细比 B 绕弱轴的长细比 C 两方向长细比的较大值 D 两方向长细比的较小值

6、格构柱设置横隔的目的是( D )。

A 保证柱截面几何形状不变

B 提高柱抗扭刚度

C 传递必要的剪力

D 上述三种都是

7、7、计算长度一定的轴心压杆回转半径增大，其稳定承载力（ A ）。 A 提高 B 降低 C 不变 D 不能确定

8、支承加劲肋进行稳定计算时，计算面积应包括加劲肋两端一定范围内的腹板面积，该范围是（ A ）。 A 15y w

f t 235 B 13y w f t 235

C 13235y w f t

D 15235

y w f t 9、计算梁的抗弯强度M W f x

x n x

x

/()(.)

γγ

≤?10,与此相应的翼缘外伸肢宽厚比不应超过( B )。 y

y

y

y

f D

f C f B f A /235)5.025(/235)1.010(/23513/23515++λ

10、钢结构压弯构件的设计一般应进行哪几项内容的计算? ( D )。 A 强度、弯矩作用平面内的整体稳定性、局部稳定、变形 B 弯矩作用平面内的整体稳定性、局部稳定、变形、长细比 C 强度、弯矩作用平面内及平面外的整体稳定性、局部稳定、变形 D 强度、弯矩作用平面内及平面外的整体稳定性、局部稳定、长细比 三、简答题（25分）

1、简述普通受剪螺栓连接的破坏形式有哪些种类？如何避免？（6分）

（1）螺栓杆被剪断；（2）挤压破坏；（3）板件被拉断；（4）板件端部剪切破坏；（5）栓杆受弯破坏

（1）通过计算保证螺栓抗剪（2）通过计算保证螺栓抗挤压（3）通过计算保证板件有足够的拉压强度（属于构件的强度计算）（4）螺栓端距≥ ——避免钢板被拉豁

2、螺栓在构件上的排列有几种形式？应满足什么要求？最小的栓距和端距分别是多少？（6分）

螺栓在构件上的排列有两种形式：并列和错列。 应满足三方面要求：①受力要求②施工要求③构造要求 最小的栓距为03d ，最小的端距为02d

3、为保证梁腹板的局部稳定，应按哪些规定配置加劲肋？（6分）

①当

y

w

f t h 235

80

≤时，应按构造配置横向加劲肋； ②当y w y f t h f 235

170

23580

0≤<时，应按计算配置横向加劲肋； ③

y

w

f t h 235

170

>，应配置横向加劲肋和纵向加劲肋； ④梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处设支承加劲肋

4、图示实腹式轴压柱截面，柱长细比5855＝，＝λλY x ,钢材Q345，试判断该柱腹板的局部稳定有无保证？如无保证应采取何种措施（至少回答出二种方法）？（7分）

腹板高厚比为：

该柱腹板的局部稳定无保证。

2d ()

y

w

f t h 2355.0250λ+≤57.44345

235

)

585.025(33.5863500=?+>==w t h

采取的措施：①可加大腹板厚度；

②可设置纵向加劲肋。

四、计算题（共55分）

1、验算图示承受静力荷载的连接中脚焊缝的强度。2/160mm N f w f =，其他条件如图所示。无引弧板。（12分）

360

200N=200KN

8

第1题图（设计值）

解：kN V kNm M 200402.0200==?= （2分）

()

2

2

6

2

/08.1818236087.02104067.026mm N L h M w

f f =?-?????=

??=

σ()

2

3

/91.518236087.02102007.02mm N L h V w f f =?-????=?=τ（6分）

222222/160/24.15791.51)22.1/08.181()22.1/(mm N f mm N w

f f f =<=+=

+τσ

（4分）

2、验算图示采用10.9级 M20摩擦型高强度螺栓连接的承载力。已知，构件接触面喷砂处理，钢材Q235-BF ，构件接触面抗滑移系数μ＝0.45，一个螺栓的预拉力设计值P ＝155 kN 。（13分）

1001005010050

50150

50N=100kN(设计值）

解： V=100 KN ，（1分） T=100×0.25=25KNm （1分）

KN p n N f b

v 775.6215545.019.09.0=???==μ（2分） KN y x Ty N i

i Tx 45.45100

4506100

10252262

2

11=?+???=∑+∑=

（2分） KN y x Tx N i

i Ty 73.2255000

50102562

2

11=??=∑+∑=（2分）

KN n V N F 67.166

1001===

（2分） KN

N KN N N N N b

V F Ty TX 775.6215.60)67.1673.22(45.45)()(22211211=<=++=++=（3分）

该螺栓连接的强度满足。

3、已知某轴心受压实腹柱AB ， AB 长L=5m ，中点L/2处有侧向支撑。采用三块钢板焊成的工字型柱截面，翼缘尺寸为300mm ×12mm ，腹板尺寸为200mm ×6mm 。钢材为Ｑ235 ，2/215mm N f =。求最大承载力?=N 局稳是否合格？（15分）

Q235钢b 类截面轴心受压构件稳定系数

λ 30 35 40

45 50

55

60

φ

0.936 0.918 0.899 0.878 0.856 0.833 0.807

解：截面积： 2846.0202.1302cm A =?+??=（1分）

惯性距： 43

356.849812204.29124.2230cm I x =?-?=

（1分） 43

540012

302.12cm I y =??

=（1分） 回转半径： cm A I i x x 06.1084

56.8498===

（1分） cm A I i y y 02.884

5400

==

=

（1分） 长细比： 70.4906

.10500

==

=x ox x i l λ（1分），17.3102

.8250

==

=

y

oy y i l λ（1分）

钢结构的材料转到其它章节

1、在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是__ B___的典型特征。

(A) 脆性破坏(B)塑性破坏(C) 强度破坏(D) 失稳破坏

2、钢材的设计强度是根据_ C__确定的。

(A) 比例极限(B)弹性极限(C) 屈服点(D) 极限强度

3、结构工程中使用钢材的塑性指标，目前最主要用_ D__表示。

(A) 流幅(B)冲击韧性(C) 可焊性(D) 伸长率

4、钢材经历了应变硬化（应变强化）之后__ A___。

(A) 强度提高(B)塑性提高(C) 冷弯性能提高(D) 可焊性提高

5、下列因素中_ A__与钢构件发生脆性破坏无直接关系。

(A) 钢材屈服点的大小(B) 钢材含碳量

(C) 负温环境(D) 应力集中

6、钢材在复杂应力状态下的屈服条件是由_ D__等于单向拉伸时的屈服点决定的。

(A) 最大主拉应力σ

1(B) 最大剪应力τ

1

(C) 最大主压应力σ

3(D) 折算应力σ

eq

7、在钢结构的构件设计中，认为钢材屈服点是构件可以达到的_ A__。

(A) 最大应力(B) 设计应力

(C) 疲劳应力(D) 稳定临界应力

8、当温度从常温下降为低温时，钢材的塑性和冲击韧性_ B__。

(A) 升高(B) 下降(C) 不变(D) 升高不多

9、钢材的力学性能指标，最基本、最主要的是_ C _时的力学性能指标。

(A) 承受剪切(B) 承受弯曲

(C) 单向拉伸(D) 两向和三向受力

10、对于承受静荷常温工作环境下的钢屋架，下列说法不正确的是_ C__。

(A) 可选择Q235钢

(B) 可选择Q345钢

(C) 钢材应有冲击韧性的保证

(D) 钢材应有三项基本保证

1、在进行第二种极限状态计算时，计算用的荷载_ D__。

(A) 需要将永久荷载的标准值乘以永久荷载分项系数

(B) 需要将可变荷载的标准值乘以可变荷载分项系数

(C) 永久荷载和可变荷载都要乘以各自的荷载分项系数

(D) 永久荷载和可变荷载都用标准值，不必乘荷载分项系数

2、进行疲劳验算时，计算部分的设计应力幅应按_ A__。

(A) 标准荷载计算

(B) 设计荷载计算

(C) 考虑动力系数的标准荷载计算

(D) 考虑动力系数的设计荷载计算

3、在连续反复荷载作用下，当应力比时，称为 A 。

(A) 完全对称循环(B) 脉冲循环

(C) 不完全对称循环(D) 不对称循环

4、钢结构第一极限状态的设计表达式为：

，式中是_ C__。

(A) 结构重要性系数

(B) 荷载分项系数

(C) 可变荷载组合系数

(D) 材料的抗力分项系数

5、下列钢结构计算所取荷载设计值和标准值，哪一组为正确的？_ C__。

Ⅰ. 计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载设计值；

Ⅱ. 计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载标准值；

Ⅲ. 计算疲劳和正常使用极限状态的变形时，应采用荷载设计值；

Ⅳ. 计算疲劳和正常使用极限状态的变形时，应采用荷载标准值。

(A) Ⅰ、Ⅲ(B) Ⅱ、Ⅲ(C) Ⅰ、Ⅳ(D) Ⅱ、Ⅳ

例1：图示一围焊缝连接，已

知，，，，，，，,

，试验算该连接是否安全。

解：将F移向焊缝形心O，三面围焊缝受力：

在计算焊缝的面积和其极惯性矩时，近似取l1和l2为其计算长度，即既不考虑焊缝的实际长度稍大于l1和l2，也不扣除水平焊缝的两端缺陷10mm。

焊缝截面面积：

在N力作用下，焊缝各点受力均匀；在T作用下，水平焊缝右边两个端点产生的应力最大，但在右上端点其应力的水平分量与N力产生的同方向，因而该焊缝在外力F作用下，该点最危险。

由N在水平焊缝右上端点产生的应力为：

由扭矩T在该点产生的应力的水平分量为：

由T在该点产生的应力的垂直分量为：

代入强度条件：

该连接安全。

例2：计算 图示角焊缝连接中的h f 。已知连接承受动荷载，钢材为Q235BF ，焊条为E43

型，

，

，图中尺寸单位为：mm 。

解：将外力F 1，F 2 移向焊缝形心O ，得

N 在焊缝中产生均匀分布的

：

V 在焊缝中产生均匀分布的

：

连接承受动力荷载，

，则

解得 h f ≥ 5.82mm

取 h f = 6mm 构造要求：

，满足要求。

例1：如图所示工字形简支主梁，Q235F钢，f =215N/mm2，f v=125N/mm2承受两个次梁传来的集中力P =250KN 作用（设

计值），次梁作为主梁的侧向支承，不计主梁自重，。

要求：

1）验算主梁的强度

2）判别梁的整体稳定性是否需要验算

解:主梁强度验算：

梁的最不利截面为第一根次梁左侧截面和第二根次梁的右侧截面，由于其对称性，此两截面受力相同。

梁的截面特性：

正应力强度：

剪应力强度：

该截面上腹板与翼缘连接处正应力、剪应力都较大，所以需验算折算应力。

此点：

所以强度满足要求。

2）梁的整体稳定性验算：

所以不必验算整体稳定性。

例2：如图所示工字形简支主梁，Q235F钢，f =215N/mm2，承受两个次梁传来的集中力P =250KN 作用（设计值），次梁作为主梁的侧向支承，不计主梁自重，荷载作用点设支承加劲肋，不考虑局部压应力的作用。

要求：验算腹板的局部稳定，计算出加劲肋间距，并示意在图中。

解：腹板高厚比：

所以，需要配置横向加劲肋。

=250KN

梁中最大剪力V

max

截面特性I

为：

x

梁段内最大剪力产生的腹板平均剪应力为：

该断面处腹板与翼缘交界处的正应力为：

查表得：

则加劲肋间距a ≤2h0=2000mm 即可。布置如如图所示

例1：一块－400×20的钢板用两块拼接板－400×12进行拼接。螺栓孔径22mm，排列如图。钢板轴心受拉，N＝1350KN （设计值）。钢材为Q235钢，请问：

(1) 钢板1－1截面的强度够否？

(2) 是否还需要验算2－2截面的强度？假定N力在13个螺栓中平均分配，2－2截面应如何验算？

(3) 拼接板的强度是否需要验算？

解：钢材为Q235，f =215N/mm2

(1) 1－1截面钢板的

所以1－1截面钢板强度足够。

(2)需要验算2－2截面强度，因为2－2的A n小于1－1。

假定N在13个螺栓中平均分配，则2－2截面传递的拉力N’为：

2－2截面的

，足够。

(3)两块拼接板厚度之和大于原钢板厚，所以钢板抗拉强度足够，拼接板就无需验算。

例2：一实腹式轴心受压柱，承受轴压力3500kN（设计值），计算长度l0x =10m，l0y =5m，截面为焊接组合工字型，尺寸如

图所示，翼缘为剪切边，钢材为Q235，容许长细比。要求：

（1）验算整体稳定性

（2）验算局部稳定性

解：

(1)验算整体稳定性：

A=400 20 2+400 10=2 104mm2

对x轴为b类截面，对y轴为c类截面，查表：

，如果承受静力荷载，材料为镇静钢，则在允许范围之内。

（2）验算局部稳定

a.翼缘

b.腹板

局部稳定均满足。

例1：验算图示端弯矩（计算值）作用情况下压弯构件的承载力是否满足要求。构件为普通热轧工字钢I10，Q235AF，

假定图示侧向支承保证不发生弯扭屈曲。I字形截面的特性：A=14.3cm3，W

x =49cm3，i

x

=4.14cm 。

解：热轧工字钢截面对x轴属于a类。因而，当时，得。

由平面内稳定计算公式：

由截面强度计算公式：

因为平面外稳定通过侧向支承得到保证，所以本题承载力由强度、平面内稳定计算均满足要求。

例2：验算图示构件的稳定性。材料为Q235F，f =215N/mm2，梁中间有一侧向支撑点。已知构件截面参数：A=21.27cm3，

I x=267cm4，i x=3.54cm ，i y=2.88cm 。

解：，属于 b 类截面，查表得：

，按 b 类截面，查表得：

查表：，，，

（1）验算弯矩作用平面内的稳定性

（2）验算弯矩作用平面外的稳定性

所以该截面在弯矩作用平面内、平面外的稳定性都能满足。