钢结构设计试题
试卷一
一、填空题（每空2分，共计20分）
1、门式刚架轻型房屋屋面坡度宜取（1/20~1/8 ），在雨水较多的地区取其中的较大值。
2、在设置柱间支撑的开间，应同时设置（屋盖横向支撑），以构成几何不变体系。
3、当端部支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置（刚性）系杆。
4、冷弯薄壁构件设计时，为了节省钢材，允许板件（），并利用其（）强度进行设计。
5、当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘两侧布置（）
6、螺栓排列应符合构造要求，通常螺栓端距不应小于（）倍螺栓孔径，两排螺栓之间的最小距离为（）倍螺栓直径。
7、垂直于屋面坡度放置的檩条，按（）构件设计计算。
8、屋架节点板上，腹杆与弦杆以及腹杆与腹杆之间的间隙应不小于（）。
二、选择题（每题2分，共计20分）
1、梯形钢屋架受压杆件．其合理截面形式，应使所选截面尽量满足（）的要求。
(A) 等稳定(B) 等刚度(C) 等强度(D) 计算长度相等
2、普通钢屋架的受压杆件中，两个侧向固定点之间（）。
(A) 垫板数不宜少于两个(B) 垫板数不宜少于一个
(C) 垫板数不宜多于两个(D) 可不设垫板
3、梯形钢屋架节点板的厚度，是根据（）来选定的。
(A) 支座竖杆中的内力(B) 下弦杆中的最大内力
(C) 上弦杆中的最大内力(D) 腹杆中的最大内力
4、槽钢檩条的每一端一般用下列哪一项连于预先焊在屋架上弦的短角钢（檩托）上（）。
(A) 一个普通螺栓(B) 两个普通螺栓(C) 安装焊缝(D) 一个高强螺栓
5、如轻型钢屋架上弦杆的节间距为L，其平面外计算长度应取( )。
(A) L (B) 0.8L (C) 0.9L (D) 侧向支撑点间距
6、屋架下弦纵向水平支撑一般布置在屋架的（）。
(A) 端竖杆处(B) 下弦中间(C) 下弦端节间(D) 斜腹杆处
7、屋盖中设置的刚性系杆（）。
(A) 可以受压(B) 只能受拉(C) 可以受弯(D) 可以受压和受弯
8、某房屋屋架间距为6m，屋架跨度为24m，柱顶高度24m。房屋内
无托架，业务较大振动设备，且房屋计算中未考虑工作空间时，可在屋盖支撑中部设置（）。
(A) 上弦横向支撑(B) 下弦横向支撑(C) 纵向支撑(D) 垂直支撑
9、梯形屋架的端斜杆和受较大节间荷载作用的屋架上弦杆的合理截面形式是两个（）。
(A) 等肢角钢相连(B) 不等肢角钢相连
(C) 不等肢角钢长肢相连(D) 等肢角钢十字相连
10、屋架设计中，积灰荷载应与（）同时考虑。
(A)屋面活荷载(B)雪荷载
(C)屋面活荷载和雪荷载两者中的较大值(D)屋面活荷载和雪荷载
三、问答题（共计20分）
1、试述屋面支撑的种类及作用。（8分）
2、试述空间杆系有限元法的基本假定。（6分）
3、举出两种常见的网架结构的基本形式，并简述其特点。（6分）
四、作图题（10分）
1、完成下列主次梁铰接和刚接连接
答案
一、填空题（每空2分，共计20分）
1、1／20—1／8
2、屋盖横向支撑
3、刚性
4、受压屈曲，屈曲后强度
5、隅撑
6、2， 3
7、双向受弯
8、20mm
二、选择题（每题2分，共计20分）
1、A
2、A
3、D
4、B
5、D
6、C
7、A
8、C
9、C
10、C
三、问答题（共计20分）
1、试述屋面支撑的种类及作用。（8分）
答：种类：上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、竖向支撑、系杆
作用：1、保证屋盖结构的几何稳定性
2、保证屋盖结构的空间刚度和整体性
3、为受压弦杆提供侧向支撑点
4、承受和传递纵向水平力
5、保证结构在安装和架设过程中的稳定性
2、试述空间杆系有限元法的基本假定。（6分）
答：(1)网架的节点为空间铰接节点，杆件只承受轴力；
(2)结构材料为完全弹性，在荷载作用下网架变形很小，符合小
变形理论。
3、举出两种常见的网架结构的基本形式，并简述其特点。（6分） 答：平面桁架系网架：此类网架上下弦杆长度相等，上下弦杆与腹杆位于同一垂直平面内。一般情况下竖杆受压，斜杆受拉。斜腹杆与弦杆夹角宜在40°－60°之间。
四角锥体系网架：四角锥体系网架是由若干倒置的四角锥按一定规律组成。网架上下弦平面均为方形网格，下弦节点均在上弦网格形心的投影线上，与上弦网格四个节点用斜腹杆相连。通过改变上下弦的位置、方向，并适当地抽去一些弦杆和腹杆，可得到各种形式的四角锥网架。
四、作图题（10分）
1、完成下列梁柱铰接和刚接连接
梁柱铰接：
梁柱刚接：
试卷二
一、填空题（每空2分，共计20分）
1、拉条的作用是（）。
2、实腹式檩条可通过檩托与刚架斜梁连接，设置檩托的目的是（）。
3、屋架的中央竖杆常和垂直支撑相连，一般做成十字形截面，这时它的计算长度是（）。
4、设计吊车梁时，对于构造细部应尽可能选用疲劳强度高的连接型式，例如吊车梁腹板与上翼缘的连接应采用（）焊缝。
5、钢屋架中的杆件一般是由双角钢组成，为使两个角钢组成的杆件起整体作用，应设置（）。
6、屋盖支撑可以分为（）、（）、（）、（）、（）五类。
二、选择题（共20分）
1、门式刚架轻型房屋屋面坡度宜取（），在雨水较多的地区取其中的较大值。
(A) 1／20—1／8 (B) 1／30—1／8 (C) 1／20—1／5 (D) 1／30—1／5
2、在设置柱间支撑的开间，应同时设置（），以构成几何不变体系。
(A) 屋盖纵向支撑(B) 屋盖横向支撑(C) 刚性系杆
(D) 柔性系杆
3、当端部支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置（）系杆。
(A) 刚性和柔性(B) 刚性或柔性(C) 刚性(D) 柔性
4、螺栓排列应符合构造要求，通常螺栓端距不应小于（）倍螺栓孔径，两排螺栓之间的最小距离为（）倍螺栓直径。
(A) 2 (B) 3 (C) 4 (D) 5
5、梯形屋架下弦杆常用截面形式是两个（）。
(A)不等边角钢短边相连，短边尖向下(B)不等边角钢短边相连，短边尖向上
(C)不等边角钢长边相连，长边尖向下(D)等边角钢相连
6、屋架节点板上，腹杆与弦杆以及腹杆与腹杆之间的间隙应不小于（）。
(A)10mm (B)20mm (C)30mm (D)40mm
7、屋架上弦杆为压杆，其承载能力由（D ）控制；下弦杆为拉杆，其截面尺寸由（ C ）确定。
(A)强度(B)刚度(C)整体稳定(D)局部稳定
8、根据吊车梁所受荷载作用，对于吊车额定起重量Q≤30t，跨度l ≤6m，工作级别为Al~A5的吊车梁，宜采用（）的办法，用来承受吊车的横向水平力。
(A) 加强上翼缘(B) 加强下翼缘(C) 设制动梁(D) 设制动桁架
三、简答题（共20分）
1、简述轻型门式钢架结构中支撑和刚性系杆的布置原则（8分）
2、为何冷弯薄壁构件在其强度和稳定性计算公式中截面特性以有效截面为准（6分）
3、简述D值法的计算步骤（6分）
五、作图题
1、（10分）完成下列铰接柱脚的立面图和平面图
答案
1、防止檩条侧向变形和扭转并且提供x轴方向的中间支点
2、为了阻止檩条端部截面的扭转，以增强其整体稳定性
3、0.9L
4、焊透的K形
5、垫板
6、上弦横向水平支撑，下弦横向水平支撑，下弦纵向水平支撑，垂直支撑，系杆
二、选择题（共20分） 1、A 2、B 3、C 4、A，B 5、B 6、B 7、C，A 8、A
三、简答题（共20分）
1、简述轻型门式钢架结构中支撑和刚性系杆的布置原则（8分）答：上弦横向水平支撑的间距不宜超过60m。当房屋纵向长度较大时，应在房屋长度中间再加设置横向水平支撑。布置在房屋两端或在温度缝区段的两端的第一柱间或第二柱间。
下弦横向水平支撑的布置。以下几种情况下都需设置下弦横向水平支撑：屋架跨度不小于18m时；屋架跨度小于18m，但屋架下弦设有悬挂吊车时；厂房内设有吨位较大的桥式吊车或其它振动设备时；山墙抗风柱支撑与屋架下弦时。下弦横向水平支撑应与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。
下弦纵向水平支撑的布置。当房屋内设有中级工作制吊车或吨位较大的中、轻级工作制吊车时；房屋内设有大型振动设备时；屋架下弦设有纵向或横向吊轨时；房屋较大、跨度较大、空间刚度要求较高时。下弦纵向水平支撑应设置在屋架下弦端节间内，与下弦横向水平支撑组成封闭的支撑体系。
垂直支撑布置。对于梯形物价和平行弦屋架，当屋架跨度不大于30m时，应在屋架跨中和两端的竖杆平面内各布置一道竖向支撑；当屋架跨度大于30m时，在无天窗的情况下，应在屋架跨度l/3处竖杆平面内和屋架两端各布置一道竖向支撑，在有天窗时，竖向支撑可布置在天窗架下的屋架竖杆平面内。三角形屋架当跨度不大于18m时，应在屋架中间布置一道竖向支撑，当跨度大于18m时，应按具体情况布置两道竖向支撑。刚性系杆布置。在屋架支座节点处和上弦屋脊节点处应设置通长的刚性系杆；当屋架横向支撑设在厂房两端或温度缝区段的第二开间时，则在支承节点与第一榀屋架之间应设置刚性系杆。其余可采用柔性或刚性系杆。
2、为何冷弯薄壁构件在其强度和稳定性计算公式中截面特性以有效截面为准（6分）答：因为冷弯薄壁构件允许办件受压屈曲并利用其屈曲后强度。因此，在其强度和稳定性计算公式中截面特性一般以有效截面为准。
3、简述D值法的计算步骤（6分）答：(1)计算各柱侧移刚度D值
(2)计算各柱剪力
(3)计算各柱反弯点高度比 (4)计算各柱端弯矩
试卷三一、填空题（每空2分，共计20分）
1、钢屋架中的杆件一般是由双角钢组成，为使两个角钢组成的杆件起整体作用，应设置（）。
2、屋架上弦杆为压杆，其承载能力由（）控制；下弦杆为拉
杆，其截面尺寸由（）确定。
3、梯形钢屋架，除端腹杆以外的一般腹杆，在屋架平面内的计算长
度Lox=（）L，在屋架平面外的计算长度Loy=（）L，其中L为杆件的几何长度。
4、吊车梁承受桥式吊车产生的三个方向荷载作用，即（），
（）和（）。
5、能承受压力的系杆是（）系杆，只能承受拉力而不能承受
压力的系杆是（）系杆。
二、选择题（共20分）
1、十字交叉形柱间支撑，采用单角钢且两杆在交叉点不中断，支撑两端节点中心间距（交叉点不作为节点）为L.,按拉杆设计时，支撑平面外的计算长度应为下列何项所示？（）
(A) 0.5L (B) 0.7L (C) 0.9L (D) 1.0L
2、梯形屋架的端斜杆和受较大节间荷载作用的屋架上弦杆的合理截面形式是两个（）。
(A) 等肢角钢相连(B) 不等肢角钢相连
(C) 不等肢角钢长肢相连(D) 等肢角钢十字相连
3、屋架上弦横向水平支撑之间的距离不宜大于（）。
(A)120m (B) 80m （C）60m (D) 40m
4、门式刚架的柱脚，当有桥式吊车或刚架侧向刚度过弱时，则应采用（）柱脚
(A) 铰接(B) 刚接(C) 刚接或铰接
5、当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的标准值(按水平投影面积计算)应取（）；对受荷水平投影面积超过60m2的刚架结构，计算时采用的竖向均布活荷载标准值可取（）。(A) 0．5kN／m2(B) 0．4kN／m2(C) 0．3kN／m2(D) 0．2kN ／m2
6、当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘两侧布置（）
(A) 拉杆(B) 系杆(C) 檩托(D) 隅撑
7、当檩条跨度大于4m时，应在檩条间（）位置设置拉条。当檩条跨度大6m时，应在檩条跨度（）分点位置各设置一道拉条。(A) 五分点(B) 四分点(C) 三分点(D) 二分点
8、实腹式檩条可通过（）与刚架斜梁连接。
(A) 拉杆(B) 系杆(C) 檩托(D) 隅撑
三、简答题（共20分）
1、试述上弦横向水平支撑的作用及布置要求。（6分）
2、简述轻型门式钢架结构中屋面檩条的布置原则（8分）
3、举出两种常见的网壳结构的基本形式，并简述其特点（6分）
五、作图题
1、完成下图中的上弦拼接节点（10分）
答案
一、填空题（每空2分，共计20分） 1、垫板 2、稳定，强度 3、0.8， 1.0
4、吊车的竖向荷载P，横向水平荷载T，纵向水平荷载TL
5、刚性，柔性
二、选择题（共20分） 1、D 2、C 3、C 4、B 5、A，C 6、D 7、D,C 8、C
三、简答题（共20分）
1、试述上弦横向水平支撑的作用及布置要求。（6分）答：作用：承受山墙传来的风荷载等。布置要求：上弦横向水平支撑的间距不宜超过60m。当房屋纵向长度较大时，应在房屋长度中间再加设置横向水平支撑。
2、简述轻型门式钢架结构中屋面檩条中的拉条布置原则（8分）答：当檩条跨度大于4m 时，应在檩条跨中位置设置拉条。当檩条跨度大于6m时，应在檩条跨度三分点处各设置一道拉条。
3、举出两种常见的网壳结构的基本形式，并简述其特点（6分）答：答：肋环形球面网壳：每个节点只汇交四根杆件，节点构造简单。整体刚度差。适合于中、小跨度。
施威德勒型球面网壳：在肋环形基础上加斜杆而组成。它大大提高了网壳的刚度，提高了抵抗非对称荷载的能力。它适合于大、中跨度。
、计算题
1、图示梯形屋架由Q235钢材制作。已知斜腹杆AB所受拉力为150kN，几何长度L=3400mm，杆件采用2 L 50 X 5角钢，其截面面积A=9.6cm2，绕x，y轴的回转半径分别为ix=1.53cm，iy=2.38cm，设计强度f=215N/mm2，[λ]=350，试确定在此条件下AB杆是否能够满足要求。（15分）
解：强度要求：σ＝156.3N/mm2 强度、刚度都满足要求 试卷四 一、填空题（每空2分，共计20分） 1、根据吊车梁所受荷载作用，对于吊车额定起重量Q≤30t，跨度l ≤6m，工作级别为Al～A5的吊车梁，可采用（）的办法，用来承受吊车的横向水平力。当吊车额定起重量和吊车梁跨度再大时，常在吊车梁的上翼缘平面内设置（）或（），用以承受横向水平荷载。 2、设计吊车梁时，对于构造细部应尽可能选用疲劳强度高的连接型 式，例如吊车梁腹板与上翼缘的连接应采用（）焊缝。 3、屋架上弦横向水平支撑之间的距离不宜大于（）。 4、桁架弦杆在桁架平面外的计算长度应取（）之间的 距离。 5、能承受压力的系杆是（）系杆，只能承受拉力而不能承受 压力的系杆是（）系杆。 6、普通钢屋架的受压杆件中，两个侧向固定点之间的垫板数不宜少 于（）个。 7、在设置柱间支撑的开间，应同时设置（），以构成几何不变体系。 二、选择题（共20分） 1、当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的标准值(按水平投影面积计算)应取（）；对受荷水平投影面积超过60m2的刚架结构，计算时采用的竖向均布活荷载标准值可取（）。 (A) 0．5kN／m2(B) 0．4kN／m2(C) 0．3kN／m2(D) 0．2kN ／m2 2、梯形钢屋架受压杆件．其合理截面形式，应使所选截面尽量满足（）的要求。 (A) 等稳定(B) 等刚度(C) 等强度(D) 计算长度相等 3、梯形钢屋架节点板的厚度，是根据（）来选定的。 (A) 支座竖杆中的内力(B) 下弦杆中的最大内力 (C) 上弦杆中的最大内力(D) 腹杆中的最大内力 4、槽钢檩条的每一端一般用下列哪一项连于预先焊在屋架上弦的短角钢上（）。 (A) 一个普通螺栓(B) 两个普通螺栓(C) 安装焊缝(D) 一个高强螺栓 5、屋架下弦纵向水平支撑一般布置在屋架的（）。 (A) 端竖杆处(B) 下弦中间(C) 下弦端节间(D) 斜腹杆处 6、当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘两侧布置（） (A) 拉杆(B) 系杆(C) 檩托(D) 隅撑 7、实腹式檩条可通过（）与刚架斜梁连接。 (A) 拉杆(B) 系杆(C) 檩托(D) 隅撑 8、梯形屋架下弦杆常用截面形式是两个（）。 (A)不等边角钢短边相连，短边尖向下(B)不等边角钢短边相连，短边尖向上 (C)不等边角钢长边相连，长边尖向下(D)等边角钢相连 9、屋架设计中，积灰荷载应与（）同时考虑。 (A)屋面活荷载(B)雪荷载 (C)屋面活荷载和雪荷载两者中的较大值(D)屋面活荷载和雪荷载 三、简答题（共20分） 1、为什么上弦杆采用不等边角钢短肢相并的T型截面 为什么支座斜腹杆采用不等边角钢长肢相并的T型截面。（6分） 2、简述单层门式刚架结构和钢筋混凝土结构相比具有的特点（8分） 3、举出两种常见的网壳结构的基本形式，并简述其特点（6分） 五、作图题 1、完成下图中的下弦拼接节点（10分） 答案 一、填空题（每空2分，共计20分） 1、加强上翼缘，制动梁,制动桁架 2、焊透的K形 3、60m 4、杆件侧向支撑点 5、刚性，柔性 6、2 7、屋盖横向支撑二、选择题（共20分） 1、A、C 2、A 3、D 4、B 5、C 6、A 7、C 8、 B 9、C 三、简答题（共20分） 1、为什么上弦杆采用不等边角钢短肢相并的T型截面 为什么支座斜腹杆采用不等边角钢长肢相并的T型截面。（6分）答：为了使两个主轴的回转半径与杆件在屋架平面内和平面外的计算长度相配合，而使两个方向的长细比接近，以达到用料经济、连接方便，且具有较大的承载能力和抗弯刚度。 2、简述单层门式刚架结构和钢筋混凝土结构相比具有的特点（8分）答：(1)质量轻 (2)工业化程度高，施工周期短 (3)综合经济效益高 (4)柱网布置比较灵活 3、举出两种常见的网壳结构的基本形式，并简述其特点（6分）答：肋环形球面网壳：每个节点只汇交四根杆件，节点构造简单。整体刚度差。适合于中、小跨度。 施威德勒型球面网壳：在肋环形基础上加斜杆而组成。它大大提高了网壳的刚度，提高了抵抗非对称荷载的能力。它适合于大、中跨度。四、计算题 1、（15分）一实腹式轴心受压柱，承受轴压力3500kN（设计值），计算长度lox=10m，loy=5m，截面为焊接组合工字形，尺寸如图所示，翼缘为剪切边，钢材为Q235，容许长细比［λ］＝150。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=2x104mm2，Ix=7.595x108mm4，Iy=2.134x108mm4，ix=194.87mm,iy=103.3mm λ x =51.32<[λ]=150,λ y =48.4<[λ]=150 对x轴为b类截面，对y轴为c类截面，查表：φx＝0.85>φ y =0.785 N/(φyA)=222.9N/mm2>f=215N/mm2,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/t=9.75<(10+0.1λ ) y f235=15.13 b.腹板 h0/tw=40<(25+0.5λ) y f235=50.66 所以局部稳定均满足 2、如图所示的摩擦型高强度螺栓连接中，被连接板件钢材为Q235，螺栓8.8级，直径为20mm，接触面采用喷砂处理，试验算此连接是否安全，荷载值均为设计值。P=110kN,μ=0.45。（15分） 解：忽略F作用对螺栓群的偏心，则有作用于一个螺栓的最大拉力： Nt1=60.4kN<0.8P=88kN 最上排的最不利螺栓抗剪承载力设计值：沿受力方向的连接长度l1=70cm>15d0=15x2.15=32.3cm，故需将螺栓的承载力设计值乘以下列折减系数，即：β＝ 0.88，Nbv1=12.3kN 故按受力最不利螺栓承载力计算时不满足强度要求，现在按整个连接的承载力计算。 Nt2=48.5kN，Nt3=36.6kN，Nt4=24.7kN，Nt5=12.8kN，Nt6=0.9kN (Nt1+ Nt2+ Nt3+ Nt4+ Nt5+ Nt6)x2=367.8kN kN VkNN n ib vi 4604.4631 所以按整个连接承载力计算，则强度能满足。五、作图题 桥梁工程一 一、单项选择题(只有一个选项正确，共10道小题) 1.桥梁按体系划分可分为梁桥、拱桥、悬索桥、组合体系桥。 2.桥梁的建筑高度是指桥面与桥跨结构最低边缘的高差。 3.公路桥梁总长是指桥梁两个桥台侧墙尾端间的距离。 4.下列桥梁中不属于组合体系桥梁的结合梁桥。 5.以公路40m简支梁桥为例，①标准跨径、②计算跨径、③梁长这三个数据间数值对比关系正确的是①>③>②。 6.以铁路48m简支梁桥为例，①标准跨径、②计算跨径、③梁长这三个数据间数值对比关系正确的是①＝②<③。 7.桥梁设计中除了需要的相关力学、数学等基础知识外，设计必须依据的资料是设计技术规范。 8.我国桥梁设计程序可分为前期工作及设计阶段，设计阶段按“三阶段设计”进行，即初步设计、技术设计与施工设计。 9.下列哪一个选项不属于桥梁总体规划设计的基本内容桥型选定。 二．判断题(判断正误，共6道小题) 10.常规桥梁在进行孔跨布置工作中不需要重点考虑的因素为桥址处气候条件。 11.斜腿刚构桥是梁式桥的一种形式。（×） 12.悬索桥是跨越能力最大的桥型。（√） 13.桥梁设计初步阶段包括完成施工详图、施工组织设计和施工预算。（×） 14.桥位的选择是在服从路线总方向的前提下进行的。（×） 15.一般来说，桥的跨径越大，总造价越高，施工却越容易。（×） 16.公路桥梁的总长一般是根据水文计算来确定的。（√） 三、主观题(共3道小题) 18.请给出按结构体系划分的桥梁结构形式分类情况，并回答各类桥梁的主要受力特征。 参考答案： 桥梁按结构体系可以分为：梁桥、拱桥、悬索桥、组合体系桥梁。 梁桥是主要以主梁受弯来承受荷载；拱桥主要是以拱圈受压来承受荷载；悬索 1.刚结构的特点：材料的强度高，塑性和韧性好；材质均匀，和力学计算的假定比较符合；钢结构制造简便，施工周期短；钢结构的质量轻；钢材耐腐蚀性差；钢材耐热但不耐火（钢结构对缺陷较为敏感；钢结构的变形有时会控制设计；钢结构对生态环境的影响小） 2. 钢结构应用范围：（技术角度）大跨度结构；重型厂房结构；受动力荷载影响的结构；可拆卸的结构；高耸结构和高层建筑；容器和其他构筑物；轻型钢结构 3.钢结构的极限状态：承载能力极限状态，正常使用极限状态 4.压应力是使构件失稳的原因 5.超静定梁或跨框架可以允出现许在受力最大的截面全面塑性，形成所谓塑性铰 6.索和拱配合使用，常称为杂交结构 7. 钢材的基本的性能：①较高的强度：屈服点fy抗拉强度fu 级较高②足够的变形能力：塑性和韧性性能好③良好的加工性能：具有良好的可焊性 8. 钢材三个重要的力学性能指标（1）屈服点（2）抗拉强度（3）伸长率 9.冷弯性能是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标 10.与抵抗冲击作用有关的钢材的性能是韧性 11.碳含量在0.12%~0.20%范围内的碳素钢，可焊性最好（钢：C<2%；铸铁：C>2%） 12.反映钢材质量的主要力学指标是屈服强度、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能 13.有益元素：Mn、Si；有害元素：S、P、O、P 14.250?C附近有兰脆现象，260~320?C时有徐变现象 15.钢材的主要破坏形式：塑性破坏（延性破坏）脆性破坏（脆性断裂）损伤累积破坏疲劳破坏 16.A级钢不提供冲击韧性保证，B、C、D、E分别提供20?/0?、-20?、-40?的冲击韧性 17.选材考虑因素：荷载性质、应力状态、连接方法、工作环境、供货价格 18.热轧H型钢：宽翼缘H型钢（HW）、中翼缘H型钢（HM）窄翼缘H型钢（HN） 19.钢梁：型钢梁、组合梁 20.荷载较大高度受限的梁，可考虑采用双腹板的箱型梁，有较大的抗扭刚度 21.承载能力极限状态计算内容：截面强度、构件的整体稳定、局部稳定 22.吊车梁应力循环次数n>50000时要进行疲劳验算 23.单跨简支梁中截面出现塑性铰，即发生强度破坏；超静定梁出现塑性铰后，仍能继续承载 24.单轴对称截面有实腹式和格构式 25.塑形设计只用于不直接承受动力荷载的固端梁和连续梁 26.计算拉弯（压弯）时3种强度计算准则：边缘纤维屈服准则、全截面屈服准则、部分发展塑性准则 27.横梁对柱的约束作用取决于横梁的线刚度I0/L和柱的线刚度I/H的比值K0,即K0=I0H/IL 28.超出正常使用极限状态：影响正常使用或外观的变形、影响正常使用或耐久性能的局部破坏、影响正常使用或耐久性能的震动、影响正常使用或耐久性能的其他特定状态 29.连接的要求：足够的强度、刚度和延性 30.连接方法：焊接、铆接和普通螺栓连接、高强度螺栓连接 31. 常用焊接方法：电弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等 32. 焊缝连接的优缺点：优点：省工省材、任何形状的构件均可直接连接、密封性好，刚度大缺点：材质劣化、残余应力、残余变形、一裂即坏、低温冷脆 33. 焊缝等级分三级：三级焊缝：外观检查；二级焊缝：在外观检查的基础上再做无损检验，；一级焊缝：在外观检查的基础上用超声波检验每条焊缝全部长度，以便揭示焊缝内部缺陷 34. 焊缝型式：对接焊缝和角焊缝 35. 施焊分类（位置）：俯焊（最好）、立焊、横焊和仰焊（最差） 36.角焊缝的焊脚尺寸h f应不小于1.5t^0.5,t为较厚焊件的厚度（mm）；hf应不大于较薄焊件厚度的1.2倍 37. 残余应力对结构性能的影响：对结构静力强度的影响、对结构刚度的影响、对压杆稳定的影响4、对低温冷脆的影响、对疲劳强度的影响 38.高强度螺栓连接的性能等级：10.9级、8.8级 时，按式（3.3.7）计算正面角焊缝承担的内力'w f f e w N f h l β =∑。 图3.3.11受轴心力的盖板连接 式中 w l ∑为连接一侧正面角焊缝计算长度的总和；再由力（N-N’）计算侧面角焊缝的强度： ' w f f e w N N f h l τ - =≤ ∑（3.9） 式中 w l ∑——连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和。 2、承受斜向轴心力的角焊缝 图3.3.12所示受斜向轴心力的角焊缝连接，有两种计算方法。 图3.3.12斜向轴心力作用 （1）分力法 将N分解为垂直于焊缝长度的分力N X=N·sinθ，和沿焊缝长度的分力N y=N·cosθ，则： .sin.cos , f f e w e w N N h l h l θθ στ == ∑∑（3.3.9）代入公式（3.3.6）中进行计算： 2 2 f w f f f f σ τ β ?? +≤ ? ? ?? （2）合力法 不将N力分解，按下列方法导出的计算式直接进行计算： 将公式（3.3.9）的f σ和f τ代入公式（3.3.6）中： w f f ≤ w f f =≤ 令f θβ= w f f e w N f h l θβ≤∑ （3.3.10） 式中θ——作用力（或焊缝应力）与焊缝长度方向的夹角； f θβ——斜焊缝强度增大系数（或有效截面增大系数），其值介于1.0~1.22之间。 3、承受轴力的角钢端部连接 在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝一般采用两面侧焊，也可采用三面围焊，特殊情况也允许采用L 形围焊（图3.3.13）。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。 对于三面围焊（图3.3.13b ）可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸h f3，求出正面角焊缝所分担的轴心力N 3。当腹杆为双角钢组成的T 形截面，且肢宽为b 时， 3320.7w f f f N h b f β=? （3.3.11） 由平衡条件（ 0M =∑）可得： 3 311()22 N N N b e N K N b -= -=- （3.3.12） 3 32222 N N Ne N K N b =-=- （3.3.13） 式中 N 1、N 2——支钢肢背和肢尖上的侧面角焊缝所分担的轴力； e ——角钢的形心距； K 1、K 2——角钢肢背和肢尖焊缝的内力分配系数，可按表 3.3.1查用；也可近似取 1221,33 K K ==。 钢结构桥梁整体设计技术 钢结构具有轻质、高强，抗拉、抗压性能强等优势，因而在我国桥梁建设中应用十分广泛，钢结构桥梁整体性能的好坏，与其整体设计密切相关。文章阐述了钢结构桥梁整体设计相关理念，基于关键技术，探讨了桥梁整体设计优化策略。 引言 中国钢结构桥梁的发展，近年来取得了骄人的成绩，南京三桥、苏通大桥、昂船洲大桥的建造，表明在大跨径桥梁上钢结构的优势越来越明显。桥梁是为满足交通功能的建筑物，现代桥梁钢结构由结构钢加上单元经焊（栓）连接组成为复杂的受力系统，有明确的承载安全和服役耐久性要求。 一、钢结构桥梁整体设计理念概述 钢结构的特点是质量轻，强度高，并且具备其抗压以及抗拉等相关优点，对于混凝土结构而言，其外观更为直观，强度等级更高。在我国，钢结构桥梁应用十分广泛。因为作为钢结构的施工而言，其施工周期短。钢结构桥梁主要应用在：①城市立交桥段，尤其是交通要道处，如果采用混凝土桥，必然增加施工周期，对于现场交通不能较好地维护。②大跨径海、江、河桥梁（长江大桥、杭州湾大桥等），因为大跨径的要求下，只能考虑钢结构，因为如果采用混凝土结构，根本满足不了大跨径要求。 1.1钢结构整体设计目标我国桥梁钢结构的设计使用年限为100年，与国际标准（BS5400，EUROCODE）基本一致。完整性设计的目标是确保结构在使用年限内的可靠与安全。桥梁钢结构的完整性设计由荷载、材料性能、结构细节构造、制造工艺、安装方法、使用环境及维护方式等多种因素所确定。设计除对结构、构件连接及构造细节按常规考虑强度、刚度要求外，尚需对损伤与损伤容限、断裂与抗断裂作出评定。 1.2钢结构损伤及损伤容限钢结构从材料加工过程到服役期不可避免的会在内部和表面形成和发生微小缺陷，在一定外部因素（荷载、温度、腐蚀等）作用下，这些缺陷不断扩展与合并形成宏观裂纹，导致材料和结构力学性能劣化。对桥梁钢结构而言，完整性和损伤是相对应的，损伤程度将会对结构的完整性带来影响，损伤极限则是结构的失效。而损伤容限是指钢结构在规定的使用周期内抵抗由缺陷、裂纹或其他损伤而导致破坏的能力。损伤容限概念的使用是承认钢结构在使用前存在有初始缺陷，但可通过结构完整性设计方法评判带缺陷或损伤的钢结构在服役期限内的安全性。 国内桥梁钢结构因损伤导致局部破坏的实例近几年时有发生，结构损伤构成了对桥梁安全与耐久最大的威胁。在引起设计者对焊接结构损伤、损伤扩展以及结构系统失效过程关注的同时，也引发了人们对如何保证桥梁钢结构系统整体完整性的思考。 二、桥梁钢结构整体设计策略 2.1横向抗倾覆稳定设计钢结构的桥梁普遍比较轻而且强度 钢结构设计原理重点 1、什么是柱子曲线？现行规范采用几条？为什么采用此数目？（1）根据设计中经常采用的住的不同截面形式并考虑初弯矩和残余应力影响的稳定系数9 -正则化-广义长细比曲线 （2）4条 （3）初弯矩和残余应力不同 2、轴心构件的屈曲形式，什么截面发生此种屈曲？ 弯曲屈曲单轴对称截面绕非对称轴失稳扭转屈曲双轴对称屈曲（十字形）弯扭屈曲单轴对称截面绕对称轴失稳 3、影响轴压构件初始缺陷的因素有哪些？残余应力、初弯曲、初弯矩、初偏心 4、构件翼缘腹板局部稳定各简化为什么条件上的板？其计算原则是什么？ （1）构件翼缘-三边简支，腹板-四边简支（2）局部不失于整体失稳5、格构式受压构件需要对那些进行验算？（1）构件在弯矩作用平面内失稳（2）构件在弯矩作用平面外失稳（3）单肢验算（4）缀材验算 6、格构式受压构件对虚轴为何采用换算长细比？它的缀件有什么作用？计算模型？ （1）两分肢向缀材抗剪强度比实腹式构件弱得多，绕虚轴稳定承载力有所降低，故采用加大的长细比（2）缀材承受剪力，而且能接受分肢计算长度（3）缀条为腹板，缀板为梁 7、轴压设计原则（1）等稳定性：使构件两个主轴方向的稳定承载力相同，以达到经济的效果，长细比应尽量接近，入x=入y（等稳定性原则）。（2）宽肢薄壁（3）连接方便，便于施工（4）制造省工 8.轴心受压正常使用极限状态如何保证？控制长细比 9.梁强度需验算哪些方面？弯曲正应力，剪应力，局部压应力，折算 应力。 10.抗弯强度验算塑性发展系数的要求？陈绍蕃、顾强钢结构设计原 理第二版p79 页，对直接承受动力荷载的梁，不考虑塑性发展，11?梁翼缘局部设计稳定的保证措施：限制宽厚比a弹性设计v根号 下235/fy; b塑性设计v 9倍的；c部分塑性v 13倍的。 12.梁腹板加劲肋作用 横向:承受剪力&局部压应力纵向:承受弯矩。 短加劲肋:承受局部压应力。 13.支撑加劲肋作用及如何计算? 承受集中力和支座反力 14.影响梁整体稳定性的因素有哪些？ a抗弯刚度，抗扭刚度，翘曲刚度，提高M cr,稳定性增加，b受压区侧向支撑长度增加，临界弯矩M cr增加，C荷载性质（纯弯曲时最低，其次是均布荷载，再次是集中力） d 荷载作用位置，作用于翼缘M cr 降低，作用于下翼缘M cr增加f支座多余约束条件越强；M cr增加e 加强受压翼缘比加强受拉翼缘有效，M ”增加。 15.何时无需进行梁整体稳定？ a有铺板密铺在梁受压翼缘上并与其牢固连接，能阻止受压翼缘侧向位 钢结构设计题库 一、选择题 1、在钢材所含化学元素中，均为有害杂质的一组是（C ）A 碳磷硅 B 硫磷锰 C 硫氧氮 D 碳锰矾 2、钢材的性能因温度而变化，在负温范围内钢材的塑性和韧性（B ）A 不变 B 降低 C 升高 D 稍有提高，但变化不大 3、长细比较小的十字形轴压构件易发生屈曲形式是（B ） A 弯曲 B 扭曲 C 弯扭屈曲 D 斜平面屈曲 4、摩擦型高强度螺栓抗剪能力是依靠（C ） A 栓杆的预应力 B 栓杆的抗剪能力 C 被连接板件间的摩擦力 D 栓杆被连接板件间的挤压力 5、体现钢材塑性性能的指标是（C ）A 屈服点 B 强屈比 C 延伸率 D 抗拉强度 6、下列有关残余应力对压杆稳定承载力的影响，描述正确的是（A ）A 残余应力使柱子提前进入了塑性状态，降低了轴压柱的稳定承载力B 残余应力对强轴和弱轴的影响程度一样 C 翼缘两端为残余拉应力时压杆稳定承载力小于翼缘两端为残余压应力的情况 D 残余应力的分布形式对压杆的稳定承载力无影响7、下列梁不必验算整体稳定的是（D ）A 焊接工字形截面 B 箱形截面梁 C 型钢梁 D 有刚性铺板的梁 8、轴心受压柱的柱脚，底板厚度的计算依据是底板的（C ） A 抗压工作 B 抗拉工作 C 抗弯工作 D 抗剪工作 9、同类钢种的钢板，厚度越大（A ）A 强度越低 B 塑性越好 C 韧性越好 D 内部构造缺陷越少 10、验算组合梁刚度时，荷载通常取（A ）A 标准值 B 设计值 C 组合值 D 最大值 11、在动荷载作用下，侧面角焊缝的计算长度不宜大于（B ） A 60f h B40f h C80f h D120f h 12、计算格构式压弯构件的缀材时，剪力应取（C ） 桥梁钢结构的完整性设计分析 摘要：随着我国经济的不断发展，推动着不同行业的进步，也包括了桥梁工程。桥梁工程的不断建设也在促进我国交通行业的不断发展，桥梁工程的建设质量与 人们的安全息息相关，在我国现阶段的桥梁建设工程中，桥架主体主要是钢结构。因此在桥梁工程的设计过程中要保证钢结构的完整程度。本文讨论并分析了现阶 段桥梁钢结构中存在的问题以及桥梁钢结构的完整性设计概念，并简单概述了对 于桥梁钢结构的完整性设计策略，对相关设计工作人员提供参考信息。 关键词：桥梁工程，钢结构，完整性设计策略 随着我国经济的不断发展，交通行业的发展也在不断进步，人们的生活水平 也随之提升。近些年来，随着私家车数量的增加，汽车的运输量也越来越大，这 就给我国桥梁建设工程提出了更高的要求，在要求桥梁设计安全性的同时也要重 点关注桥梁的抗压耐久性，桥梁结构设计的质量与居民的生活息息相关，也一定 程度影响着社会经济的发展。因此，在桥梁工程建设过程中，要重点关注钢结构 完整性的设计。 一．桥梁钢结构完整性设计理念的阐述 现阶段，我国桥梁工程的建设不仅能促进我国交通行业的发展，给人们提供 出行便利，另一方面也能促进社会经济的发展。桥梁钢结构是由每个小的钢结构 焊接在一起，构成最直接的受力系统，最终提升桥梁的耐久性与安全性。桥梁的 质量受钢结构设计的影响，能保障桥梁的使用安全。在桥梁建设的过程中，要保 证桥梁钢结构设计的完整性，依据相关标准设置参数，从而保证桥梁的工程质量，最终提升桥梁的稳定程度与安全系数。桥梁在建设完毕以后，内部的钢结构在与 最初的设计方案相比时难免会出现误差，这些问题就会造成桥梁在投入运行以后 出现安全问题，并且随着时间的积累，桥梁材料的使用性能会减小，桥梁就会出 现坍塌或裂缝，这就严重威胁了桥梁的安全使用。因此，在桥梁钢结构设计过程中，要保证桥梁结构的完整性以及稳定性。 二．公桥梁钢结构中存在的不足 2.1设计不规范 项目在建设的过程中，后续的一些工作都必须按照设计方案进行。近些年来，尽管我国的桥梁设计水平在不断发展，但是发展速度缓慢，在设计方案的过程中，若是设计不符合要求，接下来的工作难免会受到影响，还有可能对桥梁的使用有 一定程度的威胁，限制我国桥梁行业的发展。在目前对于桥梁钢结构的设计过程中，对于钢结构一些参数的设置不合理，许多情况下都是为了保证基本的安全而 单纯增加强度，认为只有增加了强度才会安全，但是事实上钢材结构的利用率会 降低，这就无法避免材料的浪费，同时也没有考虑到设计参数过程中造成突发状 况的各种因素，以上这些问题都存在于钢结构的设计过程中。 2.2焊接结构设计不合理 在桥梁钢结构的建设过程中，最常用的技术就是焊接，相关工作人员在在进 行焊接时，没有考虑受力的要求，无法合理地设计焊脚和焊缝，在对焊接的方式 进行设计时没有对焊接过程中可能出现的损伤进行计算，若是焊接接缝处的尺寸 太大，就会造成焊接过程中材料温度过高，这样就会对构件造成影响，使得弯曲 变形。这些情况会对桥梁钢结构的稳定性产生不好的影响，在焊接接头处，焊接 次数过多会导致结晶，增加了母材的强度，这样就会影响到桥梁钢结构的稳定性 桥涵施工安全培训考试题 班组：姓名：分数： 一、单项选择题（每题2分，共计10分） 1、墩身施工前，应搭设脚手架平台，脚手架应经过设计检算设计步距不应大于（），立杆横距不应大于（）。 A、1.9m 1.4m B、2.0m 1.5m C、2.1m 1.6m D、2.2m 1.7m 2、脚手架支搭时，架子工登高到（）以上时，应穿防滑鞋和佩挂好安全带。 A、距地面1m以上 B、距地面2m以上 C、距地面3m以上 D、距地面4m以上 3、支搭脚手架时操作人员必须严格执行脚手架操作规程，保证架子的搭设质量，凡铺设脚手板的作业层架子外侧必须设两道护栏和一道挡脚板，护栏高度为（）和（）。 A、1.2m 0.7m B、1.1m 0.6m C、1.3m 0.8m D、1.4m 0.9m 4、拆除脚手架时，拆架子人员一般为（）人一组，协同作业，互相关照、相互监督，禁严不按程序或原则任意拆除。 A、1～2 B、2～3 C、3～4 D、4～5 5、当同一施工地点有两台以上塔吊时，应保持两机间任何接近部位(包括吊重物)距离不小于（）。 A、1m B、2m C、3m D、4m 6、塔吊在作业中风力突然增大达到（）级时，必须立即停止作业，并紧固上、下塔身各连接螺栓。 A、3 B、4 C、5 D、6 7、框架涵、箱型桥侧模拆除时混凝土的强度应能保证其表面棱角不受损伤。在不掺入任何物质（如减水剂，缓凝剂等等）的情况下，一般（）小时后可拆除。 A、12小时 B、24小时 C、48小时 D、60小时 8、用机械吊运模板时，应先检查机械设备和绳索的安全性和可靠性，起吊后下面不得站人或通行。模板下放，距地面( )时，作业人员方可靠近操作。 A、0.5m B、1m C、1.5m D、2m 9、高墩爬模施工时，爬架爬升前，混凝土强度必须达到（）以上。爬模组装前，对各个部件进行检查，按顺序编号，并搭设操作平台。 A、5MPa B、10MPa C、15MPa D、20MPa 10、当采用超顶法放张时各台千斤顶必须配接单独油路，同步顶开千斤顶，顶开的最大间隙不得大于（），以能松开自锁螺母或插垫为度。 A、1mm B、2mm C、3mm D、4mm 二、多项选择题（每题2分，共计20分） 1、脚手架工程多发事故的主要类型都有哪些（）。 A、脚手架违规搭设、拆除引发坍塌。 B、人员从脚手架上高处坠落。 C、落物伤人。 2、脚手架拆除时一定要按照（）的顺序拆除。 A、先上后下 B、先左后右 C、先外后里 D、先架面材料后构架材料 E、先辅件后结构件 F、先结构件后连墙件 3、下列选项哪些是拆除脚手架时应注意的问题（）。 A、拆架子时要设架子拆除禁区，设专人监护，上方作业时禁止现场人员进入禁区。 B、拆除架子可以上下同时作业，任意拆除。 C、拆架子人员作业时必须戴挂好安全带，戴好安全帽，穿好胶底鞋。 D、避免单人进行拆除作业，因单人作业极易因把持杆件不稳、失衡而出现事故。 钢结构的特点： 1.钢材强度高、塑性和韧性好 2.钢结构的重量轻 3.材质均匀，和力学计算的假定比较符合 4.钢结构制作简便，施工工期短 5.钢结构密闭性好 6.钢结构耐腐蚀性差 7.钢材耐热但不耐火 8.钢结构可能发生脆性断裂 钢结构的破坏形式 钢材有两种性质完全不同的破坏形式，即塑性破坏和脆性破坏。钢结构所用材料虽然有较高的塑性和韧性，但一般也存在发生塑性破坏的可能，在一定条件下，也具有脆性破坏的可能。 塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉强度fu 后才发生。破坏前构件产生较大的塑性变形，断裂后的断口呈纤维状，色泽发暗。在塑性破坏前，构件发生较大的塑性变形，且变形持续的时间较长，容易及时被发现而采取补救措施，不致引起严重后果。另外，塑性变形后出现内里重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高了结构的承载能力。 构件应力超过屈服点，并且达到抗拉极限强度后，构件产生明显的变形并断裂。常温及静态荷载作用下，一般为塑性破坏。破坏时构件有明显的颈缩现象。常为杯形，呈纤维状，色泽发暗。在破坏前有很明显的变形，并有较长的变形持续时间，便于发现和补救。 脆性破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢材的屈服点fy ，断裂从应力集中处开始。冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂缝，常是断裂的发源地。破坏前没有任 何预兆，破坏时突然发生的，断口平直并呈有光泽的晶粒状。由于脆性破坏前没有明显的预兆，无法及时察觉和采取补救措施，而且个别构件的断裂常会引起整体结构塌毁，后果严重，损失较大，因此，在设计，施工和使用过程中，应特别注意防止钢结构的脆性破坏。 在破坏前无明显变形，平均应力也小（一般都小于屈服点），没有任何预兆。局部高峰值应力可能使材料局部拉断形成裂纹；冲击振动荷载；低温状态等可导致脆性破坏。平直和呈有光泽的晶粒。突然发生的，危险性大，应尽量避免。 低碳钢的应力应变曲线： 1.弹性阶段：OA 段：纯弹性阶段εσE = A 点对应应力：p σ（比例极限） AB 段：有一定的塑性变形，但整个OB 段卸载时0=ε B 点对应应力：e σ（弹性极限） 2.屈服阶段：应力与应变不在呈正比关系，应变增加很快，应力应变曲线呈锯齿波动，出现应力不增加而应变仍在继续发展。其最高点和最低点分别称为上屈服点和下屈服点；下屈服点稳定，设计中以下屈服点为依据。 3.强化阶段：随荷载的增大，应力缓慢增大，但应变增加较快。当超过屈服台阶，材料出现应变硬化，曲线上升，至曲线最高处，这点应力fu 称为抗拉强度或极限强度。 4.颈缩阶段：截面出现了横向收缩，截面面积开始显著缩小，塑像变形迅速增大，应力不断降低，变形却延续发展，直至F 点试件断裂。 疲劳破坏：钢材的疲劳断裂是微观裂纹在连续反复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。 钢材的疲劳强度取决于构造状况（应力集中程度和残余应力）、作用的应力幅、反复荷载的虚幻次数，而和钢材的静力强度无明显关系。 钢结构的连接方法：焊接连接：不削弱构件截面，构造简单，节约钢材，焊缝处薄。弱铆钉连接：塑性和韧性极好，质量容易检查和保证，费材又费工。螺栓连接：操作简单便于拆卸。 焊接连接的优点：1.焊件间可以直接相连，构造简单，制作加工方便2.不削弱截面，节省材料3.连接的密闭性好，结构的刚度大4.可实现自动化操作，提高焊接结构的质量。 缺点：1.焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变脆2.焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低3.焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，容易扩展至整个截面，低温冷脆问题也比较突出。 焊接连接通常采用的方法为电弧焊（包括手工电弧焊）自动（半自动）埋弧焊和气体保护焊。 侧面角焊缝主要承受剪力，塑性较好，应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，呈两端打而中间小的状态。焊缝越长，应力分布不均匀性越显著，但临界塑性工作阶段时，产生应力重分布，可使应力分布的不均与现象渐趋缓和。 焊脚不能过小：否则焊接时产生的热量较小，而焊件厚度较大，致使施焊是冷却速度过快，产生淬硬组织，导致母材开裂。 焊脚不能过大：1.较薄焊件容易烧穿或过烧2.冷却时的收缩变形加大，增大焊接应力，焊件容易出现翘曲变形 计算长度不能过小：1.焊件的局部加热严重，焊缝起灭狐所引起的缺陷相距较近，及可能的其他缺陷使焊缝不够可 钢结构设计练习题及答案 1～5题条件：为增加使用面积，在现有一个单层单跨建筑内加建一个全钢结构夹层，该夹层与原建筑结构脱开，可不考虑抗震设防。新加夹层结构选用钢材为Q235B ，焊接使用 E43型焊条。楼板为SP10D 板型，面层做法20mm 厚，SP 板板端预埋件与次梁焊接。荷载标准值：永久荷载为2.5kN/m 2（包括SP10D 板自重、板缝灌缝及楼面面层做法），可变荷载为4.0 kN/m 2。夹层平台结构如图所示。 立柱：H228x220x8x14 焊接H 型钢 A=77.6×102mm 2 I x =7585.9×104mm 4,i x =98.9mm I y =2485.4×104mm 4,i y =56.6mm 主梁：H900x300x8x16 焊接H 型钢 I x =231147.6×104mm 4W nx =5136.6×103mm 3 A=165.44×102mm 2主梁自重标准值g=1.56kN/m a) 柱网平面布置立柱 次梁 主梁 1 2 H900x300x8x16 H300x150x4.5x6 次梁：H300x150x4.5x6 焊接H 型钢 I x =4785.96×104mm 4W nx =319.06×103mm 3 A=30.96×102mm 2次梁自重标准值0.243kN/m M16高强度螺栓加劲肋 -868x90x63030 40 6 n 个 b) 主次梁连接 1. 在竖向荷载作用下，次梁承受的线荷载设计值为m kN 8.25（不包括次梁自重）。试问， 强度计算时，次梁的弯曲应力值？（20分） 解：考虑次梁自重后的均布荷载设计值： 25.8+1.2×0.243=26.09kN ／m 次梁跨中弯矩设计值： M =04.665.409.268 1 8122=??=ql kN ·m 根据《钢结构设计规范》GB 50017-2003第4.1.1条； 4.1.1在主平面内受弯的实腹构件(考虑腹板屈曲后强度者参见本规范第4.4.1条)，其 抗弯强度应按下列规定计算： ny y y nx x x W M W M γγ+ ≤f (4.1.1) 式中 M x 、M y —同一截面处绕x 轴和y 轴的弯矩(对工字形截面：x 轴为强轴，y 轴 为弱轴)： W nx 、W ny —对x 轴和y 轴的净截面模量；γx 、γy —截面塑性发展系数；对工字形截面， γx =1.05，γy =1.20：对箱形截面，γx =γy =1.05；对其他截面．可按表5.2.1采用； f —钢材的抗弯强度设计值。 当梁受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比大于13y f 235/ 而不超15 y f 235/时， 应取γx =1.0。f y 为钢材牌号所指屈服点。 对需要计算疲劳的梁,宜取γx =γy =1.0。 受压翼缘的宽厚比小于13；承受静力荷载 γx =1.05 1.19710 06.31905.11004.6636=???=nx x W M γN/mm 2 桥梁钢结构的整体设计策略 发表时间：2010-07-27T14:23:34.123Z 来源：《中小企业管理与科技》2010年4月上旬刊供稿作者：陈遥 [导读] 结构内力计算是以边孔采用单悬臂，中孔采用简支挂梁作为结构的计算模式 陈遥（桐庐县交通工程勘察设计有限公司） 摘要：钢结构具有轻质、高强，抗拉、抗压性能强等优势，因而在我国桥梁建设中应用十分广泛，钢结构桥梁整体性能的好坏，与其整体设计密切相关。文章阐述了钢结构桥梁整体设计相关理念，基于关键技术，探讨了桥梁整体设计优化策略。 关键词：桥梁钢结构整体设计 0 引言 中国钢结构桥梁的发展，近年来取得了骄人的成绩，南京三桥、苏通大桥、昂船洲大桥的建造，表明在大跨径桥梁上钢结构的优势越来越明显。桥梁是为满足交通功能的建筑物，现代桥梁钢结构由结构钢加上单元经焊(栓)连接组成为复杂的受力系统，有明确的承载安全和服役耐久性要求。 1 钢结构桥梁整体设计理念概述 钢结构的特点是质量轻，强度高，并且具备其抗压以及抗拉等相关优点，对于混凝土结构而言，其外观更为直观，强度等级更高。在我国，钢结构桥梁应用十分广泛。因为作为钢结构的施工而言，其施工周期短。钢结构桥梁主要应用在：①城市立交桥段，尤其是交通要道处，如果采用混凝土桥，必然增加施工周期，对于现场交通不能较好地维护。②大跨径海、江、河桥梁（长江大桥、杭州湾大桥等），因为大跨径的要求下，只能考虑钢结构，因为如果采用混凝土结构，根本满足不了大跨径要求。 1.1 钢结构整体设计目标我国桥梁钢结构的设计使用年限为100年，与国际标准(BS5400，EURO CODE)基本一致。完整性设计的目标是确保结构在使用年限内的可靠与安全。桥梁钢结构的完整性设计由荷载、材料性能、结构细节构造、制造工艺、安装方法、使用环境及维护方式等多种因素所确定。设计除对结构、构件连接及构造细节按常规考虑强度、刚度要求外，尚需对损伤与损伤容限、断裂与抗断裂作出评定。 1.2 钢结构损伤及损伤容限钢结构从材料加工过程到服役期不可避免的会在内部和表面形成和发生微小缺陷，在一定外部因素(荷载、温度、腐蚀等)作用下，这些缺陷不断扩展与合并形成宏观裂纹，导致材料和结构力学性能劣化。对桥梁钢结构而言，完整性和损伤是相对应的，损伤程度将会对结构的完整性带来影响，损伤极限则是结构的失效。而损伤容限是指钢结构在规定的使用周期内抵抗由缺陷、裂纹或其他损伤而导致破坏的能力。损伤容限概念的使用是承认钢结构在使用前存在有初始缺陷，但可通过结构完整性设计方法评判带缺陷或损伤的钢结构在服役期限内的安全性。 国内桥梁钢结构因损伤导致局部破坏的实例近几年时有发生，结构损伤构成了对桥梁安全与耐久最大的威胁。在引起设计者对焊接结构损伤、损伤扩展以及结构系统失效过程关注的同时，也引发了人们对如何保证桥梁钢结构系统整体完整性的思考。 2 桥梁钢结构整体设计策略 2.1横向抗倾覆稳定设计钢结构的桥梁普遍比较轻而且强度非常高，然而，在小半径以及多车道设计时，其横向抗倾覆是当前研究的热点内容。早前的桥梁施工中，由于设计原因，导致在施工过程中或者桥梁使用过程中发生桥体倾覆。因为连续钢梁的半径比较小，所以相对而言，其跨度显得较大，如果再加上桥面宽于钢梁，这一必定显得活载不是最优，弄不好横梁外侧支座受力增大，而内侧支座出现不受力，这样横梁受力极其不均匀，发生梁体的倾覆。在设计过程中，通过合理的计算，来设计横梁的偏心受力情况，这样即可满足桥梁的荷载要求，也能似的桥体均匀受力。在横梁处采取灌砂措施，并在满足规范的条件下，增加多车道时的桥梁整体稳定度。 2.2 焊接结构完整性设计要点桥焊接结构的完整性设计是保障桥梁整体稳定性的重要因素，其焊接的接头形式因受力的不同而各有差异，其接头部位的应力作用导致了母材结构以及受力性能的不同，同时，在焊接过程中不能100%消除应力，焊接应力通常导致焊接接头的变形，造成焊接接头形成大量缺陷，不能满足桥梁整体性设计要求。所以在桥梁整体设计中，必须考虑焊接接头的设计，在满足相干规范的前提下，必须做到：①因地制宜地选择形式，并通过焊接性检测要求来获取静力和疲劳等级，来决定焊缝相关形式。②在焊接设计中，必须详细设计其关键细节，达到焊接中受力均匀，尽可能降低应力。③在设计中必须考虑焊接检测相关要求，必须以无损检测等相关控制指标来检测焊缝质量。 2.3 加劲肋设置加劲肋是在支座或有集中荷载处，为保证构件局部稳定并传递集中力所设置的条状加强件。加劲肋的设计，通常很多人都认为这方面是可有可无的，实际上必须通过设计计算才能决定是否加劲肋。加劲肋与否，是有腹板的h0/δ的值来决定。如果确定需要加劲肋，则优先考虑竖向加劲肋，并且其设置距离由腹板厚度以及相关剪应力来决定。当竖向加劲肋仍然不能满足要求时，可设置水平加劲肋，水平加劲肋是竖向加劲肋的补充形式。 加劲肋的设置是因为原有构件截面的不足而用来增强抵抗弯矩和剪力的，因为设置加劲肋可以缩小原构件截面大小，从而有效的降低用钢量，压缩成本，所以在工程中，一般设置在原有构件上起到增强抵抗弯矩和剪力的作用。 2.4 钢箱梁横梁设计当桥梁主道设计过宽时，必须优化车道钢结构宽箱梁，在设计中，重点满足其竖向计算要求，对于横梁的跨径，需要从支座间双悬臂简支梁的计算中得知，在支座处可采取竖向加劲肋相关措施，当竖向加劲肋不能满足要求时，考虑横向加劲肋，其计算措施与纵向计算措施相仿。 2.5 施工人孔的设置桥梁的整体设计中，其不可忽视的一环是人孔的设置，通常情况下，人孔是为了方便施工，在桥梁箱梁顶板和腹板上开设。顶板施工人孔的具体位置可设置在1.5跨径处，而腹板的施工人孔的具体位置必须设置在应力相对薄弱的地方，比如简支梁，其腹板施工人孔可设置在跨中，而连续梁，必须精确计算剪力，选取剪力最小处。有时候人孔的设计不止一个，不能将所有人孔分布在相同断面，采取错开设置。当应力较大的地方必须加设施工人孔，必须采取加强措施。 2.6 结构内力计算结构内力计算是以边孔采用单悬臂，中孔采用简支挂梁作为结构的计算模式。将桥梁纵向划分为多个单元，并对每个单元截面进行编号，然后进行项目原始数据输入。输入的数据信息有：项目总体信息、单元特征信息、预应力钢束信息、施工阶段和使用阶段信息。按全预应力构件对全桥结构安全性进行验算，计算的内容包括预应力、收缩徐变及活载计算。桥台处滑动设支座，桥墩处设固定支座，碇梁与挂梁间存在主从约束，挂梁一端设置固定支座，另一端设滑动支座。牛腿计算是对预先设计好的牛腿尺寸和配筋分4个步骤进行验算：①牛腿的截面内力。求出截面内力后对各种危险截面进行强度校核；②竖截面验算。按偏心受压杆件验算抗弯和抗剪强度或 一、单项选择题 1 ?如果按结构基本体系分类，则斜拉桥属于（ A 、梁式桥 B 、刚架桥 2 ?下列跨径中，哪个用于桥梁结构的力学计算? A 、标准跨径 B 、净跨径 3?梁式桥的标准跨径是指（ C ）。 A 、相邻两个桥墩（台）之间的净距 C 、相邻两个桥墩中线之间的距离 4?下列哪个跨径反映了桥梁的泄洪能力？（ A 、标准跨径 B 、净跨径 C 、悬索桥 D 、组合体系桥 （ D ） C 、总跨径 D 、计算跨径 B 、相邻两个支座中心之间的距离 D 、梁的长度 C ） C 、总跨径 D 、计算跨径 5 ?桥梁两个桥台侧墙或八字墙后端点之间的距离称为（ C ）。 A 、桥梁净跨径 B 、桥梁总跨径 C 、桥梁全长 6 ?桥梁总长是指（A ） D ）。 D 、桥梁跨径 A、桥梁两桥台台背前缘间的距离 B、桥梁结构两支点间的距离 C、桥梁两个桥台侧墙尾端间的距离 D、各孔净跨径的总和 7?桥梁的建筑高度是指（A ）。 A、桥面与桥跨结构最低边缘的高差 B、桥面与墩底之间的高差 C桥面与地面线之间的高差D、桥面与基础底面之间的高差8?某路线上有一座5孔30米的连续梁桥，根据规模大小分类，该桥属于（ D ）。 A、特大桥 B、大桥 C、中桥 D、小桥9?根据作用的分类标准，下列哪些属于永久作用？（C ） ①土侧压力②温度作用③汽车撞击作用④混凝土徐变⑤汽车制动力 ⑥基础变位作用⑦支座摩阻力 A、①②④ B、⑤⑥⑦ C、①④⑥ D、③④⑤10?根据作用的分类标准，下列哪些属于可变作用？（B ） ①土侧压力②温度作用③汽车撞击作用④混凝土徐变⑤汽车制动力 ⑥基础变位作用⑦支座摩阻力 A、①④⑥ B、②⑤⑦ C、③⑤⑦ D、②③⑤ 填空 1.极限状态的分类：承载能力极限状态，正常使用极限状态。 2.普通碳素钢的等级：A,B,C,D 3.钢材是根据什么命名的：质量等级，脱氧方法，屈服点数值，代表屈服点的字母Q。 4.有害元素有哪些：O,S,N,P,H 5.焊缝按连接计算分哪几类：对接焊缝，角焊缝。或者承受轴心力作用时角焊缝连接计算，复杂受力时角焊缝连接计算。 6.角焊缝的分类：正面角焊缝，斜焊缝，侧面角焊缝，直角角焊缝，斜角角焊缝。 7.角钢肢背和肢尖的内力分配：等肢K1=0.7 K2=0.3不等肢（长肢水平）K1=0.75 K2=0.25不等肢（长肢垂直）K1=0.65 K2=0.35 8.螺栓的排列分类：并列，错列。 9.高强度螺栓8.8级10.9级的含义:螺栓性能等级。 10.轴心受力构件常用的截面形式：按其截面组成形式（实腹式构件，格构式构件）按常见的有（热轧型钢截面，冷弯型钢截面，轻型刚或钢板连接而成的组合截面）。 11.轴心受力构件校核的内容：刚度验算，整体稳定验算，局部稳定验算，强度验算。 12.压弯构件整体破坏形式有哪些：弯曲屈曲，弯扭屈曲，弯扭失稳。 13.节点厚度根据什么确定：梯形（最大腹杆内力），三角形（弦杆最大内力）。 14.上弦横向水平支撑间距：不大于60m。 15.拉杆压杆按什么设计：拉：强度，压：稳定性。 16.刚性杆能受什么：受拉，受压。 17.平面外的计算长度怎么取：有支撑就取支撑间距，没有就取实长。 选择 1.标准值和设计值的转换分项系数不一致 标准值X分项系数=设计值 2.低温下的钢材强度塑性会怎样？ 强度提高，塑性韧性降低 3.钢材符号含义Q235AF 代表屈服点为235的A级沸腾钢 4.塑性韧性好的钢材要用到什么结构上？ 多用于焊接结构 5.衡量冲击荷载能力的指标是什么？ 韧性（也叫冲击韧性） 6.焊脚尺寸用什么表示？ 指焊缝根角至焊缝外边的尺寸，表示为hf 7.单个普通螺栓受剪承载力的取值 140fv 8.残余应力对静力强度刚度疲劳强度的影响 9.组合梁翼缘部稳定通过什么控制？ 通过宽厚比控制 10.弹性受压杆件的界性，临界力 临界力随抗弯刚度的增加和构件长度的减小而增大 11.绕虚轴受弯时设计准则是什么？ 以截面边缘纤维屈服为设计准则 <钢结构设计原理试题库> 一、单项选择题 1、有四种厚度不等的Q345钢板，其中 厚的钢板设计强度最高。 (A)12mm (B)18mm (C)25mm (D)30mm 2、焊接残余应力不影响构件的 。 A 整体稳定性 B 静力强度 C 刚度 D 局部稳定性 3、考虑角焊缝应力分布的不均匀，侧面角焊缝的计算长度不宜大于 。 A 40hf B 60hf C 80hf D 120hf 4、确定轴心受压实腹柱腹板和翼缘宽厚比限值的原则是 。 A 等厚度原则 B 等稳定原则 C 等强度原则 D 等刚度原则 5、最大弯矩相等的情况下，下列简支梁整体稳定性最差的是 A ．两端纯弯作用 B ．满跨均布荷载作用 C ．跨中集中荷载作用 D ．跨内集中荷载作用在三分点处 6、钢材塑性破坏的特点是 。 A 变形小 B 破坏经历时间非常短 C 无变形 D 变形大 7、.梁的最小高度是由___ _____控制的. A 强度 B 建筑要求 C 刚度 D 整体稳定 8、摩擦型高强度螺栓的抗剪连接以 作为承载能力极限状态。 A 螺杆被拉断 B 螺杆被剪断 C 孔壁被压坏 D 连接板件间的摩擦力刚被克服 9、梁整体失稳的方式为 。 A 弯曲失稳 B 剪切失稳 C 扭转失稳 D 弯扭失稳 10、受弯构件的刚度要求是ν≤[ν]，计算挠度ν时，则应 。 A ．用荷载的计算值 B ．用荷载的标准值 C ．对可变荷载用计算值 D ．对永久荷载用计算值 1．钢材牌号Q235，Q345，Q390是根据材料 命名的 (A) 屈服点 (B) 设计强度 (C) 极限强度 (D) 含碳量 2．当角焊缝无法采用引弧施焊时，其计算长度等于 。 (A) 实际长度 (B) 实际长度-2t (C) 实际长度-2h f (D) 实际长度-2h e 3．普通螺栓和承压型高强螺栓受剪连接的五种可能破坏形式是：I 螺栓杆剪断；Ⅱ孔壁挤压破坏；Ⅲ钢板被拉断；Ⅳ钢板剪断；Ⅴ螺栓弯曲破坏。其中 种形式是通过计算来保证的。 （A ）Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ （B ）Ⅰ，Ⅱ，Ⅳ （C ）Ⅰ，Ⅱ，Ⅴ （D ）Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ 4．计算梁的 时，应用净截面的几何参数。 (A) 正应力 (B) 疲劳应力 (C) 整体稳定 (D) 局部稳定 5．钢结构受弯构件计算公式nX x x W M γσ=中，x γ 。 （A ）与材料强度有关 （B ）是极限弯矩与边缘屈服弯矩之比 （C ）表示截面部分进入塑性 （D ）与梁所受荷载有关 钢结构桥梁的入门级别 小跨度与大跨度钢箱梁 建国以来长江上几座里程牌式钢桥,高瞻远瞩,胸怀大志,入门开始 武汉长江大桥(128m跨度,3号钢Q240) 南京长江大桥(160m跨度,16Mnq Q345) 九江长江大桥(216m跨度,15MnVNq Q420) 芜湖长江大桥(312m跨度,14MnNbq Q345) 天兴洲长江大桥(504m跨度,14MnNbq Q345) 一、桥梁用钢牌号 1、Q235qD Q345qD Q370qD Q420QD 第一个Q为屈服拼音第一个字母,屈服之意; 数字235表示屈服强度(是一个应力数值),数字后q为桥梁第一个拼音q,表示为桥梁用结构钢;最后一个大写字母D 为钢材等级,钢材等级之分有A、B、C、D、E5个等级,A不做冲击功要求,B表示 常温20゜冲击功,C为0゜冲击功,D表示-20゜是冲击功,E为-40独冲击功要求.冲击功与钢材韧性相关, Q345qE 联合起来意为:屈服强度为345MPa应力的桥梁用钢,-40゜有冲击功要求,一般不小于47J.钢材安全系数一般取为1.7,那么Q345钢材容许应力为345/1.7=202.9MPa,规范中采用200MPa.Q345中345为屈服强度,抗拉强度更大,一般为容许应力的2.5倍,所以Q345抗拉强度为200*2.5=500MPa,规范中取值510MPa.抗剪容许应力为基本容许应力的0.6倍,局部承压为基本容许应力的 1.5倍,规范中Q345钢材抗剪容许应力120MPa,局部承压容许应力为300MPa. 二、钢结构桥梁的设计方法 公路钢结构桥梁设计规范2015没出来之前,公路钢结构桥梁仍然采用容许应力法设计:各项荷载系数为1,荷载组合下外力应力只要小于容许应力200MPa 即可.现在新出钢桥规范为了与混凝土统一采用两个极限状态设计法一致,钢结构桥梁也采用了极限状态设计法,以Q345qD钢为例说明问题的实质性: 1)容许应力法 外荷载组合系数:1x恒载+1x活载+1x其它可变活载 荷载组合下的应力小于规范中的容许应力200MPa (345/1.7=203) 2)极限状态法 外荷载组合系数:1.2x恒载+1.4x活载+1.4x其它可变活载X0.75 综合起来极限状态法相比于容许应力法荷载综合系数采用了1.35 荷载组合下的应力小于规范中的容许应力275MPa (345/1.7x1.35=274) 所以极限状态法相当于外荷载系数乘了个1.35的数值,相对于容许应力法中的容许应力相应同时乘以1.35的数值,本质一样,游戏而已.桥梁工程考试试题及答案19265
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