2012-2013钢结构设计原理试题及答案

-1-院、系领导审批并签名A/B卷广州大学2011~2012学年第1学期考试卷课程钢结构设计原理考试形式（开卷/闭卷，考试/考查）学院系专业班级学号姓名_题次一二三四五六七八九十总分评卷人分数1010510154010100评分一、选择题：（每题1分，共10分）1.钢材的设计强度是根据钢材的__A__确定的。A.比例极限B.弹性极限C.屈服点D.抗拉强度2.下列哪种元素含量的提高会增加钢材的强度和抗锈蚀能力，但却会严重地降低钢材的塑性、韧性和可焊性，特别是在温度较低时会促使钢材发生冷脆现象。（B）A.硫B.磷C.硅D.锰3．焊接残余应力对构件的__A___无影响。A.静力强度B.刚度C.低温冷脆D.疲劳强度4.焊接连接或焊接构件的疲劳性能与（B）有关。A.应力比minmax（max为最大应力，min为最小应力）B.应力幅maxminC.maxD.min-2-5.格构式轴心受压柱整体稳定计算时，用换算长细比0x代替x，这是考虑__D___。A.格构柱弯曲变形的影响B.格构柱剪切变形的影响C.缀材弯曲变形的影响D.缀材剪切变形的影响6.摩擦型高强度螺栓抗剪能力是依靠（C）。A.栓杆的预拉力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7.角钢和钢板间用侧焊缝搭接连接，当角钢肢背与肢尖焊缝的焊脚尺寸和焊缝的长度都相等时，（C）。A.角钢肢背的侧焊缝与角钢肢尖的侧焊缝受力相等B.角钢肢尖侧焊缝受力大于角钢肢背的侧焊缝C.角钢肢背的侧焊缝受力大于角钢肢尖的侧焊缝D.由于角钢肢背和肢尖的侧焊缝受力不相等，因而连接受有弯矩的作用8.与轴压杆稳定承载力无关的因素是（A）。A.杆端的约束状况B.残余应力C.构件的初始偏心D.钢材中有益金属元素的含量9.焊接工字形截面梁腹板设置加劲肋的目的是D。A.提高梁的抗弯强度B.提高梁的抗剪强度C.提高梁的整体稳定性D.提高梁的局部稳定性10.轴压柱脚设计中采用锚栓目的（D）。A.承受柱底的弯矩B.承受柱底的剪力C.承受柱底的轴力D.便于柱子安装定位-3-二、填空题：（每空1分，共10分）1.提高钢梁的整体稳定性最有效的办法之一就是设置侧向支承点，但侧向支承点必须设在钢梁的____受压_______翼缘。2.实际轴心受压构件临界力低于理想轴心受压构件临界力的主要原因有初弯曲、初偏心和残余应力的影响。3.缀条式格构柱的缀条设计时按轴心受力构件计算。4.为保证组合梁腹板的局部稳定性,当满足080/170wht时,应设置横向加劲肋。5.实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的失稳属于弯扭屈曲；在弯矩作用平面内的失稳属于弯曲屈曲。6.单个普通螺栓承压承载力设计值bbccNdtf，式中t表示一个受力方向承压构件总厚度的较小值。7.组合梁的局部稳定公式是按限制受压翼缘板的宽厚比和腹板的高厚比原则确定。8.实腹式压弯构件弯矩作用平面内的整体稳定计算公式采用最大强度原则确定，格构式压弯构件绕虚轴在弯矩作用平面内的整体稳定计算公式采用边缘屈服原则确定。三、判断题：（正确的填“√”，错误的填“×”；每题1分，共5分）1.为提高轴心受压构件的整体稳定，在构件截面面积不变的情况下，构件截面的形式应使其面积分布尽可能远离形心。(√)2.高强度螺栓承压型连接剪切变形大，可以用于承受动力荷载的结构中。(×)3.验算组合梁刚度时，荷载通常取标准值。(√)4.梁的最小高度是由梁的刚度控制的。(√)5．当梁整体稳定系数0.6b时，用'b代替b，主要是因为梁的局部稳定有影响。(×)四、名词解释：（每题2.5分，共10分）-4-（能够答到要点即可给分）1．塑性破坏由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉强度后才发生，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，特征明显，并且持续时间长，塑性变形后出现内力重分布，是结构的部分应力趋于均匀，提高了构件的承载能力。2．时效硬化冶炼时留在纯铁体中少量的碳和氮的固熔体，是不稳定的，随着时间的增加，将逐渐从纯铁体中析出，形成自由的碳化物和氮化物的微粒，散布在晶粒的滑移面上，阻碍纯铁体的塑性变形，从而使钢材的强度提高，塑性和韧性下降，这种现象称为时效硬化。3.热脆现象硫与铁的化合物硫化铁散布在纯铁体晶粒间，使钢材的塑性、韧性、疲劳强度和抗锈蚀性等降低。高温（800～1000摄氏度）时，硫化铁熔化使钢材变脆，因而在进行焊接或热加工时，可能出现热裂纹，这种现象成为钢材的热脆。4．折算应力实际构件截面中一般同时作用有剪力和弯矩，有时还作用有局部集中力。若在梁的腹板计算高度边缘处同时作用有较大的正应力、切应力和局部压应力，或同时受有较大的正应力和切应力（如连续梁中部支座处或梁的翼缘截面改变处等）时，在设计时要对这些部位进行验算，并把这些应力按公式2223cc组合起来而形成的应力称为折算应力。五、简答题：（每题3分，共15分）1．摩擦型与承压型高强度螺栓的主要区别？（每个要点1分）答：摩擦型高强度螺栓连接是以板件之间出现滑动，即摩擦阻力刚被克服作为承载能力极限状态。由于承压型高强度螺栓连接受剪是以螺栓孔壁挤压破坏为极限状态，它容许构件接触面出现滑移，接触面的摩擦力只起延缓滑动的作用，因此它的抗剪承载力设计值与普通螺栓的计算方法相同。2．影响钢材机械性能的主要因素有哪些？各因素大致有哪些影响？（每个要点1分）-5-答：主要的影响因素有：（1）化学成分的影响：影响较大的几种化学成分为C、Si、Mn、S、P、O,其中碳素结构钢中则是铁以外的最主要元素，碳是形成钢材强度的主要成分，随着含碳量的提高，钢的强度逐渐增高，而塑性和韧性下降，冷弯性能、焊接性能和抗锈蚀性能等也变劣。Si、Mn为有益元素，在普通碳素钢中，它们是脱氧剂，可提高钢材强度。S、P、O为有害元素，S可能引发刚才热脆，P可能引发刚才冷脆，氧与硫类似使钢热脆。（2）钢材的硬化钢材的硬化有三种情况：时效硬化、冷作硬化（或应变硬化）和应变时效硬化，钢材的硬化使钢材的强度提高，而塑性和韧性下降。（3）应力集中的影响应力集中主要友构件的截面突变引起，严重的应力集中，能引起钢材脆性破坏，在进行钢结构设计时，应尽量使构件和连接节点的形状和构造合理，防止截面的突然改变。（4）残余应力的影响残余应力对构件的静力强度不会产生影响，但它降低构件的刚度与稳定承载力，在进行钢结构的焊接构造设计和施工时，应尽量减少焊接残余应力。3．在哪些情形下，梁不需要计算整体稳定？（每个要点1分）答：（1）有刚性铺板（各种钢结构混凝土板和钢板）密铺在梁的受压翼缘上并且与其连接牢固，并能阻止梁受压翼缘的侧向位移时;（2）H型钢或工字型截面简支梁受压翼缘的自由长度1l与其宽度1b之比不超过规范所规定的数值时;（3）箱型截面简支梁，其截面尺寸满足0/6hb,且10/95(235/)ylbf时。4.与其他建筑材料的结构相比,钢结构有哪些特点？（每个要点0.5分）答：（1）建筑钢材强度高，塑性、韧性好钢结构的重量轻；（2）钢结构的重量轻；（3）材质均匀，与力学计算假定比较符合；（4）钢结构制作简便，施工工期短；（5）钢结构密闭性较好；（6）钢结构耐腐蚀性差；（7）钢材耐热但不耐火；（8）钢结构低温或其他条件下脆性断裂。5.普通螺栓的受剪螺栓连接有哪几种破坏形式？用什么方法可以防止？（每个要点0.5分）答：（1）当螺栓直径较小，连接的板件较厚时，栓杆可能先被剪断而导致连接破坏；（2）当螺栓直径较大，连接的板件较厚时，板件较薄弱，板件可能先被挤压而导致连接破坏；（3）当板件上螺栓孔较多时，板件截面削弱过多，板件可能会被拉断而发生破坏；（4）端距太小时，端距范围内的板件可能被栓杆冲剪破坏；-6-（5）当连接的板件较厚时，螺栓过长时，栓杆可能产生过大的弯曲变形而影响连接的正常工作。前三种破坏需要通过强度计算来保证，后两种破坏需要采取构造措施来避免。第四种由螺栓杆端距大于等于02d来保证，第五种由螺栓杆端距大于等于05d来保证。六、计算题：（每题10分，共40分）1.计算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度（下图所示）。KNF550（设计值），偏心距mme300。钢材Q235B，焊条为E43型，手工焊。焊缝为三级检验标准，上、下翼缘加引弧板和灭弧板施焊。解：（1）焊缝的几何特性)(93.381048.19266.12382.1121423cmIW………(1分))(75.18496.2093.381043cmWW………(1分))(3.10405.92.1198.196.1263cmSW………(1分))(68.8238.196.12631cmSW………(1分)（2）焊缝的强度验算最大正应力：)/(185)/(2.891075.18493103005502233mmNfmmNWMwfW……(1分)-7-最大切应力：62245501040.2810125.13(/)125(/)38104.931210wWvWwVSNmmfNmmIt…(1分)翼缘与腹板相交处的折算应力：)/(3.824123802.8921mmN………(1分))/(07.99101293.381041068.82355024611mmNtISV………(1分))/(2041.1)/(3.19007.9933.82322222121mmNfmmNwt………(1分)故最大切应力不满足要求。………(1分)2.如图所示由2L140×90×8（长肢相连）组成的T形截面与厚度为10mm的钢板以侧面角焊缝连接。已知N=560KN（静载），采用Q235B钢E43型焊条，试验算此连接是否安全？已知：mmt10（施焊时无绕角角焊缝）；角钢肢背和肢尖焊缝的内力分配系数分别为：0.67和0.33。-tN8-2306-170140解:（1）角钢肢背承载力计算：160)28230(87.07.01wfwfflhNkNN7.191191744…………(2分)-8-角钢肢背分担荷载计算：kNN6.18767.025601；…………(2分)kNkN6.1877.191；所以肢背连接安全；…………(1分)（2）角钢肢尖承载力计算：160)26170(67.07.02wfwfflhNkNN2.106106176…………(2分)角钢肢背分担荷载计算：kNN4.9233.025602；…………(2分)kNkN4.922.106；所以肢尖连接安全；…………(1分)所以此连接是安全的。3.某轴心受压构件（下图所示，不考虑构件自身的重量），承受轴心压力（设计值）N＝1000KN，两端铰接，沿截面强轴跨中方向有一侧向支撑点，钢材为Q235B，截面无孔眼削弱。试设计该截面是否符合要求。（a）构件平面内计算简图及构件截面图（b）构件平面外计算简图解：（1）构件截面特性-9-cmicmicmIcmIcmAyxyx78.408.70160073.1208.707.113601600202.112127.113606.272.19302012108.708.06.272.1202434332…………(4分)（2）整体稳定和刚度（长细比）验算长细比：1501.9478.44501507.7073.1290000yyyxxxilil…………(2分)因此对x轴和y轴值均属b类，故由长细比的较大值查表得5934.0，22232155.2401008.705934.0101000mmNfmmNAN……(1分)整体稳定性不满足；（3）局部稳定验算翼缘外伸部分：29.202351.01033.82.110yftb……(1分)腹板局部稳定：32.752355.02