2011-2012钢结构设计原理试题及答案2

院、系领导审批并签名A/B卷广州大学2010~2011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）学院土木工程系建工专业班级学号姓名_题次一二三四五六七八九十总分评卷人分数1010510104015100评分（改题需注意：每个小题处仅写扣分，即负分，如-1，不能写加分，如+1，大题（如一、二）前写得分，如20，不能写+20，小题（如1，2）前不能写得分，另外，改完后需核准每一小题扣分、每一大题得分；而且每一大题得分应与上表中的分数统计一致，最后还要把上表的总分核准，卷子改完后，需找另一人按照上述程序复核一下，分数有修改处需相应改题老师签字，否则在考卷的评估中，改卷老师就要领取相应的教学事故，会影响以后的聘任）一、选择题：（每题1分，共10分）1.承重结构用钢材应保证的基本力学性能内容应是（c）a抗拉强度、伸长率b抗拉强度、屈服强度、冷弯性能c抗拉强度、屈服强度、伸长率d屈服强度、伸长率、冷弯性能2.钢材牌号Q235、Q345、Q390是根据材料的___a__进行命名。a屈服点b设计强度c标准强度d含碳量3.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4．轴心压杆整体稳定公式NfA的意义为__d____。a截面平均应力不超过材料的强度设计值；b截面最大应力不超过材料的强度设计值；c截面平均应力不超过构件的欧拉临界应力值；d构件轴心压力设计值不超过构件稳定极限承载力设计值。5.为提高梁的整体稳定性，从用钢量的角度，经济的做法是（c）a加强两个翼缘b加强受拉翼缘c受压翼缘设侧向支承d加高腹板6.摩擦型高强度螺栓连接与承压型高强度螺栓连接的主要区别是__d____。a摩擦面处理不同b材料不同c预拉力不同d设计计算不同7．单向受弯梁整体失稳的方式是（d）。a弯曲失稳b扭转失稳c剪切失稳d弯扭失稳8.计算梁的（a）时，应该采用净截面的几何参数。a正应力b剪应力c整体稳定d局部稳定9.下列梁不必验算整体稳定的是（b）a焊接工字形截面b有刚性铺板的梁c型钢梁d箱形截面梁10.格构轴心受压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上述三种都是二、填空题：（每空1分，共10分）1．焊缝缺陷有多种，其中_裂纹_对焊缝受力的危害最大。2．硫和磷是钢材中的有害成分，它们降低钢材的强度、塑性、韧性和可焊性能。在高温时，含硫量过大能引起钢材的___热脆_；在低温时，含磷量过大引起钢材的___冷脆__。3．当构件轴心受压时，对于双轴对称截面，可能产生弯曲屈曲；对于无对称轴的截面，可能产生弯扭屈曲；对于单轴对称截面，则可能产生弯扭屈曲。4．角焊缝的最小计算长度不得小于_8hf和____40mm。5.普通螺栓是通过___栓杆抗剪和板件孔壁承压____来传力的;摩擦型高强螺栓是通过__拧紧螺栓而产生的连接件间的摩擦力____来传力的。三、判断题：（正确的填“Y”，错误的填“N”；每题1分，共5分）1.钢材的冲击韧性值越大,表示钢材抵抗脆性断裂的能力越弱。(N)2.荷载作用在上翼缘的梁较荷载作用在下翼缘的梁整体稳定承载小。(Y)3.当其他条件不变时，减少梁受压翼缘的自由长度，可提高梁的整体稳定性。(Y)4.对于摩擦型高强螺栓的抗剪连接，应进行螺栓抗剪和构件抗挤压的计算。(N)5．两根几何尺寸完全相同的压弯构件，一根端弯矩使之产生反向曲率，一根产生同向曲率，则前者的稳定性比后者的差。(Y)四、名词解释：（每题2.5分，共10分）（能够答到要点即可给分）1．疲劳破坏钢材在循环荷载作用下，经历一定时间的损伤积累，构件和连接部位出现裂纹，直到最后断裂破坏,称为疲劳破坏。2．应力集中实际上钢结构构件中存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷，此时构件中的应力分布将不再保持均匀，而是在某些区域产生局部高峰应力，在另外一些区域则应力降低，形成所谓的应力集中。3．实际轴心受压构件由于构造、施工和加载等方面的原因，可能产生一定程度的偶然初偏心。初弯曲和初偏心统称为几何缺陷。有几何缺陷的的轴心受压构件，其侧向挠度从加载开始就会不断增加，因此构件除轴心作用外，还存在因构件弯曲产生的弯矩，从而降低了构件的稳定承载力。4．梁的整体失稳梁在弯矩作用下上翼缘受压，下翼缘受拉，使梁犹如受压构件和受拉构件的组合体。对于受压的上翼缘可延刚度较小的翼缘板平面外方向屈曲，但腹板和稳定的受拉下翼缘对其提供了此方向连续的抗弯和抗剪约束，使它不可能在这个方向上发生屈曲。当外荷载产生的翼缘压力达到一定的值时，翼缘板只能绕自身的强轴发生平面内的屈曲，对整个梁来说上翼缘发生了侧向位移，同时带动相连的腹板和下翼缘发生侧向位移并伴有整个截面的扭转，这时称梁发生了整体的失稳。五、简答题：（每题2.5，共10分）1．在选用钢材时应考虑哪些因素？（每个要点0.5分）（1）结构的重要性；（2）荷载情况；（3）连接方法；（4）结构所处的温度和环境；（5）钢材厚度。2．影响梁的整体稳定的主要因素有哪些？（每个要点0.5分）（1）梁的抗弯刚度；（2）梁的抗扭刚度；（3）端部约束条件；（4）受压翼缘的自由长度；（5）截面形式。3．焊接残余应力对结构有哪些不利影响？（每个要点0.5分）（1）对静力强度无影响；（2）降低结构的刚度；（3）降低结构的稳定承载力；（4）使结构易产生低温冷脆；（5）降低结构的疲劳强度。4.格构轴心受压柱绕虚轴的稳定设计为什么要采用换算长细比？写出换算长细比的公式。（每个要点0.5分）1)格构式轴心受压柱当绕虚轴失稳时，剪力主要由缀材分担，2)柱的剪切变形较大，剪力造成的附加挠曲影响不能忽略，故对虚轴的失稳计算，3)常以加大长细比的办法来考虑剪切变形的影响，加大后的长细比称为换算长细比。4)双肢缀条式柱的换算长细比的计算公式：12027AAxx5)双肢缀板式柱的换算长细比的计算公式：2120xx六、计算题：（任选4题，每题10分，共40分）1、图示角焊缝连接，承受外力kNN500的静载，mmhf8，2/160mmNfwf，没有采用引弧板，验算该连接的承载力。解：400,300xyNkNNkN（2分）……………………………………(1分)2365.90)82410(87.0210400mmNlhNwexf…………………(3分)2398.67)82410(87.0210300mmNlhNweyf…………………(3分)wfffffmmN222227.10098.67)22.165.90()(…………………(2分)图示角焊缝连接承载力满足《钢结构设计规范》（GB50017-2003）要求。(结论1分)2、验算图示普通螺栓连接时的强度，已知螺栓直径mmd20，C级螺栓，螺栓和构件材料为Q235，外力设计值kNF100，2140mmNfbv，2170mmNfbt，2305mmNfbc，245.2cmAe。解：kNfANbtebt65.411017045.22………………..…………………(1分)kNfdnNbvvbv44101404214.314122………..…………………(1分)kNftdNbcbc12210305221………..…………………(1分)受力最大的１号螺栓所受的剪力和拉力分别是：kNnNNv5.128100………..…………………(1分)kNymMyNit78.26)100200300(230025010022221..…………………(2分)1703.0)65.4178.26()445.12()()(2222bttbvvNNNN……….…………………(2分)kNNkNNbcv1225.12……………………..……..…………………(1分)该图示摩擦型高强螺栓群连接节点的强度满足《钢结构设计规范》（GB50017-2003）要求。(结论1分)3.试验算图示摩擦型高强螺栓群连接节点的强度（不需验算连接板的强度）是否满足《钢结构设计规范》（GB50017-2003）要求。图中荷载为静力荷载设计值，高强螺栓采用10.9级M20（孔0d=21.5mm），被连接板件钢材Q235-A•F，板件摩擦面间作喷砂处理。解kNV100………..…………………(1分)mmkNM15000150100………..…………………(1分)kNPkNyMyNit1248.0125.28)4021202(2120150002221..…………(2分)kNNPnNtfbV5.48)125.2825.1155(45.019.0)25.1(9.0..…(3分)bVVNkNVN5.1281008..………………(2分)图示摩擦型高强螺栓群连接节点的强度符合《钢结构设计规范》（GB50017-2003）要求。(结论1分)4.某实腹式实际轴心受压柱截面如图所示，承受轴向压力设计值为3500kN，该柱计算长度10000oxlmm，5000oylmm，截面为焊接组合工字型截面，翼缘边为剪切边，钢材采用Q235钢，试验算该实腹式轴心受压柱的整体稳定与局部稳定是否满足《钢结构设计规范》（GB50017-2003）要求。解：（１）验算整体稳定性2410210400220400mmA..……………………………………(0.5分)mmIX832310595.7400101212)2102040020400121(…(0.5分)483310134.210400121240020121mmIY..…………………(0.5分)mmAIiXx87.19410210595.748…………..…………………(0.5分)mmAIiyy30.10310210134.248..…………………….………(0.5分)15032.51xoxilx..…………………………………………………(0.5分)15040.48iylyoy..…………………………………………………(0.5分)对x轴b类截面，对y轴为c类截面(0.5分)，查表：785.0850.0yx(计算整体稳定系数各0.5分，共1分)22/215/9.222mmNfmmNANY，(1分)但作用效应与构件抗力相差为%5%67.32152159.222(1分)如果承受静力荷载，材料为镇静钢，则在允许范围内。..…………………………………………………………………….…(1分)（２）验算局部稳定a.翼缘13.1532.511.010235)1.010(75.9yftb..……………(1分)b.腹板66.5032.515.025235)5.025(40ywofth..……………(1分)所以局部稳定均满足《钢结构设计规范》（GB50017-2003）要求。5.如图示某简支梁，不计自重，Q235钢，密铺板牢固连接于上翼缘，均布荷载设计值为50kN/m。问该梁的抗弯强度及刚度是否满足《钢结构设计规范》（GB50017-2003）要求。解：1.正应力强度验算梁的跨中最大弯矩为：22/8506/8225MqlkNm………..…………………(1分)234215125.50.850/1227841xIcm………..…………………(1分)32/1071xxWIhcm……..…………………(1分)33322max2251010/1.05107110200.08/215/xxMNmmNmmW(2分)（写出公式1分，计算1分）所以正应力强度满足《钢结构设计规范》（GB50017-2003）要求。(结论1分)2.刚度验算44545/3845(50/1.3)6000/(3842.061