2023年钢结构设计原理复习题及参考答案

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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纳的办法来保证，而腹板的局部稳定则常采

用的办法来解决。

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.钢结构的衔接办法有、和。

10.影响钢材疲劳的主要因素有、和。

11.从外形看，纯弯曲的弯矩图为，均布荷载的弯矩图为，跨中心一

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有、、、

和。

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.建造钢材有哪些主要机械性能指标？分离由什么实验确定？

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？各有哪些详细检验要求？

9.一般螺栓衔接和摩擦型高强度螺栓衔接，在抗剪衔接中，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，对虚轴为什么要采纳换算长细比？

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.在抗剪衔接中，一般螺栓衔接和摩擦型高强度螺栓衔接的传力方式和破坏形式有何不同？

14.钢结构有哪些衔接办法？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办法有哪些？

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.螺栓的罗列有哪些构造要求？

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牢靠侧向支撑。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，截面塑性进展系数γｘ=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。试对此梁举行强度验算并指明计算位置。

（恒载分项系数γG=1.2，活载分项系数γQ=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Iy=11080cm4，Ix1=460cm4

3.试计算下图所示衔接中C级螺栓的强度。已知荷载设计值F=45kN，螺栓M20，孔径21.5mm，b

f=130N/mm2，

vb

f=305N/mm2。

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。实验算拼接焊缝强度。

提醒：剪力V可假定所有由腹板担当，弯矩按刚度比分配，即MI

IMw

w。

5.实验算如图所示牛腿与柱衔接的对接焊缝的强度。荷载设计值F=220kN。钢材Q235，焊条E43，手工焊，无引弧板，焊缝质量三级。有关强度设计值wcf=215N/mm2

，wtf=185N/mm2

。（假定剪力所有由腹板上的焊缝承受）

6.图示一柱间支撑与柱的衔接节点，支撑杆承受轴心拉力设计值N=300kN，用2L80×6角钢做成，钢材均为Q235钢，焊条为E43型，手工焊。已知wff=160N/mm2

。①支撑与节点板采纳两侧角焊缝相连（绕角焊），焊脚尺寸见图，试确定焊缝长度。②节点板与端板用两条角焊缝相连，实验算该衔接焊缝强度。

7.设计如图所示矩形拼接板与板件用一般螺栓衔接的平接接头，图中长度单位为mm。已知轴心拉力设计值N=450kN，有关强度设计值bvf=130N/mm2

,bcf=305N/mm2

，?=215N/mm2

。粗制螺栓d=20mm，孔径d0=21.5mm。

8.图示一用M20一般螺栓的钢板拼接接头，钢材为Q235，?＝215N/mm2

。试计算接头所能承受的最大轴心力设计值Nmax。螺栓M20，孔径21.5mm，bvf=130N/mm2

，bcf=305N/mm2。

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＝2.69cm，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。实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

，截面向x轴和y轴均为b类截面。

验算公式：整体稳定：fA

N≤?

局部稳定：翼缘的宽厚比：yftb235)1.010(1λ+≤；腹板的高厚比：y

wfth235)5.025(0λ+≤

b类截面轴心受压构件的稳定系数

11.如图所示为二简支梁截面，其截面面积大小相同，跨度均为12m，跨间无侧向支承点，均布荷载大

小亦相同，均作用在梁的上翼缘，钢材为Q235，试比较梁的稳定系数b?，说明何者的稳定性更好。

参考答案

一、填空题：

1.承载能力极限状态，正常使用极限状态

2.加强受压翼缘，削减侧向支承点间的距离（或增强侧向支承点）

3.螺栓材质，螺栓有效面积

4.塑性破坏，脆性破坏

5.限制宽厚比，设置加劲肋

6.性能等级，螺栓直径

7.8hf，40mm，60hf

8.钢号，截面类型，长细比

9.焊接衔接，铆钉衔接，螺栓衔接

10.应力集中，应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构），应力循环次数

11.矩形，抛物线，三角形

12.弯曲屈曲，扭转屈曲，弯扭屈曲

13.技术先进，经济合理，平安适用，确保质量

14.一般缝，平坡缝，深熔缝，凹面缝

15.热轧型钢，冷弯薄壁型钢，实腹式组合截面，格构式组合截面

16.荷载类型，荷载作用点位置，梁的截面形式，侧向支承点的位置和距离，梁端支承条件

二、问答题：

1.高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？

答：级别中，小数点前的数字是螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度，小数点后数字是材料的屈强比（fy/fu）。8.8级为：fu≥800N/mm2，fy/fu=0.8；10.9级为：fu≥1000N/mm2，fy/fu=0.9。

2.焊缝可能存在哪些缺陷？

答：焊缝可能存在的缺陷有裂纹、气孔、夹碴、烧穿、咬边、未焊透、弧坑和焊瘤。

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。

答：钢梁侧向抗弯刚度和扭转刚度不足时产生侧向弯曲和截面扭转；主要因素：梁侧向抗弯刚度，自由扭转刚度，荷载种类和作用位置以及梁受压翼缘的自由长度。

4.建造钢材有哪些主要机械性能指标？分离由什么实验确定？

答：建造钢材的主要机械性能指标有：①屈服点fy，通过一次静力单向拉伸实验确定；②抗拉强度fu，通过一次静力单向拉伸实验确定；③伸长率δ5(δ10)，通过一次静力单向拉伸实验确定；④180o冷弯性能，通过冷弯实验确定；⑤冲击韧性，通过冲击实验确定。

5.什么是钢材的疲劳？

答：钢材在延续反复荷载作用下，当应力还低于钢材的抗拉强度，甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏，这种现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏。

6.选用钢材通常应考虑哪些因素？

答：选用钢材通常考虑的因素有：①结构的重要性；②荷载特征；③衔接办法；④结构的工作环境温度；⑤结构的受力性质。

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？

答：在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑残余应力的影响、初弯曲和初偏心的影响、杆端约束的影响。

8.焊缝的质量级别有几级？各有哪些详细检验要求？

答：焊缝质量分为三个等级。三级质量检查只对所有焊缝举行外观缺陷及几何尺寸检查，其外观可见缺陷及几何尺寸偏差必需符合三级合格标准要求；二级质量检查除对外观举行检查并达到二级质量合格标准外，还需用超声