鋼結構試題答案

1、鋼結構設計原理習題集及答案 第一章 緒論 練習題 一、簡答題 1簡述鋼結構的特點和應用范圍。答：特點：(1 )承載能力大； (2 )穩(wěn)妥可靠； ( 3)便于工業(yè)化生產(chǎn)，施工周 期短；(4 )密閉性好；耐熱但不耐火； (5 )耐腐蝕性差； (6)容易產(chǎn)生噪音 應用范圍：( 1 )承受荷載很大或跨度大，高度大 的結構；( 2 )承受動力荷載作 用或經(jīng)常移動的結構； (3)經(jīng)常拆裝的拼裝式結構； (4 )對密閉性要求高的結 構；(5 )高溫車間或需承受一定高溫的結構； ( 6 )輕型結構 2試舉例說明鋼結構的主要發(fā)展趨勢。答：(1)高性能鋼材的研制； (2 )設計方法和 計算理論的改進； (3 )結

2、構形式的革新 第二章 鋼結構的材料 練習題 一、單項選擇題 1 、在構件發(fā)生斷裂破壞前，有明顯先兆的情況是_ B_ 的典 型特征。 (A) 脆性破壞 (B) 塑性破壞 (C) 強度破壞 (D) 失穩(wěn)破壞 2 、鋼材的設計強度 是根據(jù) _ C_ 確定的。 (A) 比例極限 (B) 彈性極限 (C) 屈服點 (D) 極限強度 3 、結構 工程中使用鋼材的塑性指標，目前最主要用 _ D_ 表示。 (A) 流幅 (B) 沖擊韌性 (C) 可 焊性 (D) 伸長率 4 、鋼材經(jīng)歷了應變硬化(應變強化)之后?_ A_ 。 (A) 強度提高 (B) 塑性提高 (C) 冷彎性能提高 (D) 可焊性提高 5 、

3、下列因素中 _ A_ 與鋼構件發(fā)生脆 性破壞無直接關系。 (A) 鋼材屈服點的大小 (B) 鋼材含碳量 (C) 負溫環(huán)境 (D) 應力集 中 6 、當溫度從常溫下降為低溫時，鋼材的塑性和沖擊韌性_ B_ 。 (A) 升高 (B) 下降 (C) 不變 (D) 升高不多 7 、鋼材的力學性能指標，最基本、最主要的是_ C _ 時的力學 性能指標。 (A) 承受剪切 (B) 承受彎曲 (C) 單向拉伸 (D) 兩向和三向受力 二、名詞解釋 1應力集中和殘余應力答：(1 )應力集中：實際結構中不可避免的存在 孔洞、槽口、截面突然改變以 及鋼材內(nèi)部缺陷等，此時截面中的應力分布不再保持均勻， 不僅在孔口邊

4、緣處會 產(chǎn)生沿力作用方向的應力高峰， 而且會在孔口附近產(chǎn)生垂直于力的 作用方向的橫 向應力，甚至會產(chǎn)生三向拉應力；( 2 )殘余應力：在澆注、軋制和焊接 加工過程中，因不同部位鋼材的冷卻速度 不同，或因不均勻加熱和冷卻而產(chǎn)生。 2 冷 加工硬化和時效硬化 答：(1 )在冷加工(或一次加載)使鋼材產(chǎn)生較大的塑性變形的情 況下，卸荷后再重新加載，鋼材的屈服點提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為冷作硬化；在 高 溫時溶于鐵中的少量氮和碳，隨著時間的增長逐漸由固溶體中析出，生成氮化物 和碳 化物，散存在鐵素體晶粒的滑動界面上，對晶粒的塑性滑移起到遏制作用， 從而使鋼材的 強度提高， 塑性和韌性下降。 這種現(xiàn)

5、象稱為時效硬化 (也稱 .老化) ； (2 )鋼材的性 能受溫度的影響十分明顯，在150 C以內(nèi)，鋼材的強度、彈性模量和塑性均與常溫相近， 變化不大。但在 250 C左右，抗拉強度有局部性提高，伸長率和斷面收縮率均降至最低， 出現(xiàn)了所謂的藍脆現(xiàn)象(鋼材表面氧化膜呈藍 色)； 三、分析簡答題 1 鋼結構材料的破壞形式有哪幾種？破壞特點？ 答：鋼材的破壞分塑 性破壞和脆性破壞兩種： (1 )塑性破壞：塑性變形很大，經(jīng)歷時間又較長的破壞稱塑性 破壞。斷裂時斷口與作用力方向呈45，且呈纖 維狀，色澤發(fā)暗； (2)脆性破壞：幾乎 不出現(xiàn)塑性變形的突然破壞稱脆性破壞。 斷裂時斷口平齊，呈有光澤的晶粒狀。脆

6、性破壞 危險性大，必須加以重視。2簡述影響鋼材脆性斷裂的主要因素？如何避免不出現(xiàn)脆性 斷裂？ 答：導致脆性破壞的因素：化學成分；冶金缺陷（偏析、非金屬夾雜、裂紋、起 層）；溫度（熱脆、低溫冷脆） ；冷作硬化和時效硬化 ；應力集中；同號三向 主應力狀 態(tài)。 為了防止脆性破壞的發(fā)生， 應在鋼結構的設計、 制造和使用過程中注意以下各點： （1） 合理設計； （2） 正確制造； （3） 合理使用。 3 什么是疲勞破壞？簡述疲勞破壞的發(fā)展 過程。影響疲勞破壞的主要因素？ 答：鋼材在多次循環(huán)反復荷載作用下，即使應力低于屈 服點 fy 也可能發(fā)生破壞 的現(xiàn)象稱疲勞破壞。疲勞破壞具有突然性，破壞前沒有明顯的宏

7、 觀塑性變形，屬 于脆性斷裂。但與一般脆斷的瞬間斷裂不同，疲勞是在名義應力低于屈服 點的低 應力循環(huán)下，經(jīng)歷了長期的累積損傷過程后才突然發(fā)生的。其破壞過程一般經(jīng)歷 三個階段，即裂紋的萌生、裂紋的緩慢擴展和最后迅速斷裂，因此疲勞破壞是有 壽命的破 壞，是延時斷裂。疲勞對缺陷（包括缺口、裂紋及組織缺陷等）十分敏感。 第三章 鋼結構的設計方法 練習題 一、填空題 1 鋼結構的設計方法大體經(jīng)歷了三個階段： （容許應力設計法、半 概率半極限 狀態(tài)設計法和概率極限狀態(tài)設計法） ，目前鋼規(guī)主要采用 （ 概率極限狀態(tài) 設 計法 ） 。 2結構的 （安全性、適用性、耐久性）統(tǒng)稱結構的可靠性，可靠性用 （可 靠

8、度）來衡量。 、分析簡答題 1 什么是結構的可靠度？可靠指標的含義？如何確定結構的可靠指標？ 答：所謂可靠度，就是結構在規(guī)定時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概 率。對于 一個結構而言，比較可行的方法是，以可靠指標的計算來代替可靠度的 計算?？煽恐笜?3=卩z/（T, 3與失效概率Pf有確定的一一對應關系，3增大，Pf減 小。 2什么是結構的極限狀態(tài)？結構的極限狀態(tài)分為幾類，其含義各是什么？答： 整 個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求，稱此特定 狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。 我國鋼結構設計規(guī)范規(guī)定，承重結構應按下列二類極限狀 態(tài)進行設計： （1） 承載能力極限

9、狀態(tài)包括：構件和連接的強度破壞、疲勞破壞和因過度變 形而不適 于繼續(xù)承載，結構和構件喪失穩(wěn)定，結構轉變?yōu)闄C動體系和結構傾覆；（2） 正常 使用極限狀態(tài)包括：影響結構、構件和非結構構件正常使用或耐久性能的局部損壞（包括 組合結構中混凝土裂縫） 。3 標準荷載、設計荷載有何區(qū)別？如何應用？ 答：各種荷 載的標準值是指建筑結構在正常情況下比較有可能出現(xiàn)的最大荷載值。當結構構件承受多 種荷載時，設計必須考慮若干種荷載共同作用所引起的荷 載效應組合，對正常使用極限狀 態(tài)，應根據(jù)不同的設計要求，分別采用荷載的短 期效應組合和長期效應組合進行設計。 第四章 鋼結構的連接 練習題 一、選擇題 1T 形連接中直

10、角角焊縫的最小焊腳尺寸 ，最小焊腳尺寸 ，式中 （ C ） 。 A t1 為腹板厚度， t2 為翼緣厚度； B t1 為翼緣厚度， t2 為腹板厚度； Ct1 為被連接件較小的厚度， t2 為被連接件較大的厚度； Dt1 為被連接件較大的 厚度， t2 為被連接件較小的厚度。2單個普通螺栓的抗剪承載力由（ C ） 確定。 A 單個螺栓的抗剪承載力設計值；B 單個螺栓的承壓承載力設計值；C 單個螺栓的 抗剪和承壓承載力設計值中的較小值；D 單個螺栓的抗剪和承壓承載力設計值中的較大 值。3 如圖所示，一截面尺寸100X 8的板件與厚度為 10mm 的節(jié)點板僅用側焊縫 連 接 （承受靜載） 根據(jù)焊縫

11、長度的構造要求， ， 側焊縫長度 最有可能取 （C） 。 A 40mm ； B 80mm ； C120mm ； D400mm 4 當沿受力方向的連接長度 （孔徑）時，螺栓的抗剪和承壓設計承載力均應降低，以防止（B ）。A中部螺栓提前 破壞；B .端部螺栓提前破壞； C .螺栓受彎破壞； D .螺栓連接的變形過大。 5 .圖 示高強度螺栓群受彎后的旋轉中心為 （B）。 A . a點；B. b點；C. c點；D . d 點 二、填空題 1焊縫類型分為 （對接焊縫和角焊縫 ）。施焊方法根據(jù)焊工與焊縫的相對位置 分 為（俯焊、立焊、橫焊、仰焊 ） ，其中以俯焊施工位置最好。 2 規(guī)范規(guī)定在靜力荷載下，

12、 側焊縫的計算長度不宜大于 60 ；動力荷載時，不 宜大于 40 。3焊接殘余應力將 （不 影響 ）構件的強度， （降低）構件的剛度， （降低）構件 的穩(wěn)定承載力。 三、簡答題 1 如何區(qū)分腳焊縫是受彎還是受扭。 答：當計算受偏心力作用的角焊縫的 強度時，須分清角焊縫是受彎還是受扭 ，然 后才能正確應用角焊縫的基本計算公式進行 計算。判別方法：若偏心力在焊縫群 平面內(nèi)，則該連接中的角焊縫受扭；若偏心力在焊縫 群平面外，則受彎。也可以 這樣區(qū)分，若焊縫群中任意一點應力的方向均垂直于焊縫的長 度方向，則該連接 中的角焊縫受彎，不然則為受扭。 （圖 1 受彎，圖 2 受扭） 2焊 腳尺寸是否選用大的

13、比小的好？ 答：焊腳尺寸太大時，較薄的焊件容易燒穿；焊縫冷卻收 縮將產(chǎn)生較大的焊接變 形；熱影響區(qū)擴大容易產(chǎn)生脆裂。焊腳尺寸太小，焊接時產(chǎn)生的熱 量較小，焊縫 冷卻快，容易產(chǎn)生裂紋；同時也不易焊透。角焊縫在手工電弧焊時，一般情 況焊腳尺寸在68mm 以下時能一次焊成，超過時則需要多層焊，故相對而言增加了 焊接時間，使焊接速度降低，成本增高。焊縫施焊后冷卻收縮引起的殘余應力隨焊縫增大 而加大，故焊腳尺寸亦不宜過大。 綜上所述，無論是從焊條等焊接材料的消耗和焊接速度、 焊接殘余應力，或是從 焊縫的相對強度，角焊縫都以選用小焊腳尺寸為宜。因此，當焊件 的焊接長度較 富余，在滿足最大焊縫長度的要求下，

14、采用小而長比大而短的焊縫好。 3在受剪連接開孔對構件截面的削弱影響時，為什么摩擦型高強度螺栓的較普通螺栓的 ?。?答：摩擦型高強度螺栓的受剪連接傳力特點不同于普通螺栓。后者是靠螺栓自身受 剪和孔壁承壓傳力，而前者則是靠被連接板疊間的摩擦力傳力。一般可認為摩擦力均勻分 布于螺栓孔四周，故孔前傳力約為 0.5 。因此，構件開孔截面的凈截 面強度的計算公式 為： N 軸心拉力或軸心壓力 An 構件的凈截面面積 n 在節(jié)點或拼接處，構件 一端連接的高強度螺栓數(shù)目；n1 所計算截面上高強度螺栓數(shù)目；f 鋼材的抗拉 或抗壓強度設計值。 上式括號內(nèi)數(shù)值小于 1 ，這表明所計算截面上的軸心力 N 已有一定 程

15、度的減少。 對比普通螺栓受剪連接構件開孔截面的凈截面強度的計算公式：顯而易見， 在受剪連接中，摩擦型高強度螺栓開孔對構件截面的削弱影響較小。 第五章 軸心受力構件 練習題 一、選擇題 式中 1 對于焊接組合工字形截面軸心受壓桿，其腹板局部穩(wěn)定的高厚比限制條件是根據(jù)邊界 條件為（A ）的矩形板單向均勻受壓確定的。A .兩受荷邊簡支，另兩邊彈性嵌固； B .四邊彈性嵌固； C .兩邊簡支，另兩受荷邊彈性嵌固；D .四邊簡支2.軸心受壓格 構式構件在驗算其繞虛軸的整體穩(wěn)定時采用換算長細比，是因為（D ）。 A.格構式 構件的整體穩(wěn)定承載力高于同截面的實腹式構件；B 考慮強度降低的影響；C 考慮單 肢

16、失穩(wěn)對構件承載力的影響；D 考慮剪切變形的影響。3 當綴條采用單角鋼時，按軸 心壓桿驗算其承載能力，但必須將設計強度按規(guī) 范規(guī)定乘以折減系數(shù)，原因是： （ B ） A 格構式柱所給的剪力值是近似的；B 單角鋼綴條實際為偏心受壓 構件；C 綴條 很重要，應提高其安全程度；D 綴條破壞將影響繞虛軸的整體穩(wěn)定。 二、填空題1 為滿足使用及安全的要求，當板中的局部穩(wěn)定滿足時，對軸心受壓構件還 應進行強度、整體穩(wěn)定和構件的長細比（剛度）驗算。2 計算格構式軸心受壓柱的綴 材時，需要先求出橫向剪力。此剪力大小與 （柱 的毛截面面積和鋼材的強度）有關。 3 當格構式軸壓綴條柱的單肢長細比（不會先于整體而失穩(wěn)

17、）時，意味著（不必驗算單 肢穩(wěn)定）。4 驗算格構式軸心受壓桿繞虛軸的穩(wěn)定時，應用（換算長細比）查穩(wěn)定系數(shù) 0值。 三、分析簡答題 1 提高軸心壓桿鋼材的抗壓強度能否提高其穩(wěn)定承載力？為什么？答： 提高軸心壓桿鋼材的抗壓強度不能提高其穩(wěn)定承載力，因為理想軸心壓桿在彈性階段由于 E為一常量，且各類鋼材基本相同，故其臨界應力只是長細比入的單一函數(shù)，與材料的 抗壓強度無關。 第六章 梁 練習題一、選擇題1 焊接工字形鋼梁受壓翼緣寬厚比限制為，式中bl為（A）O A 翼緣板外伸寬度（或翼緣板寬度的一半）；B 翼緣板全部寬度；C 翼緣板全部 寬度的1/3 ； D 翼緣板的有效寬度 2 焊接工字形組合截面梁

18、，當腹板的局部穩(wěn)定驗 算符合： 時，（C） o A 不必設置加勁肋；B 按構造設置橫向加勁肋；C.需設置橫 向加勁肋，加勁肋的間距要進行計算；D 除需設置橫向加勁肋，還應設置縱向加勁肋 3 雙軸對稱工字形截面簡支梁，受壓翼緣側向支承點的間距和截面尺寸都不改變，受（ C ）作用的梁的臨界彎距為最低。A 多數(shù)集中荷載；B 均布荷載；C 純彎曲； D 跨中集中荷載 4 工字形截面簡支梁在上翼緣受集中荷載作用，鋼材為 Q235，為提 高其整體穩(wěn) 定承載力，最合理的方法是（D ） o A .改用Q345鋼；B .加高腹板； C.在梁跨中下翼緣加側向支撐；D .在梁跨中上翼緣加側向支撐5 .下列因素中，（

19、B ） 對梁在彈性階段的整體穩(wěn)定承載力影響不大。A 梁的側向抗彎剛度；B 梁所用材料的 屈服點；C 荷載種類；D 荷載作用位置 二、填空題1 .鋼梁喪失整體穩(wěn)定性屬于（平面外彎扭）屈曲。2 .按照截面形成塑性鉸設 計的梁，雖然可節(jié)約鋼材，但（變形（撓度） ）卻比較 大，有可能影響使用，因此設計規(guī) 范只是有限制地使用（塑性）3 對組合工字形鋼梁，除了要驗算最大正應力和最大剪應 力外在同時受有較大 正應力和剪應力的截面，還要在（腹板計算高度的邊緣 ）處驗算折算 應力。4 為提高鋼梁的整體穩(wěn)定性，側向支撐點應設在鋼梁的（受壓）翼緣。5 影響梁 整體穩(wěn)定臨界彎距的因素，除了梁的截面剛度和梁的向支承點間

20、距之 外，還有 （荷載種類、 荷載作用位置和梁的支承情況 ）. 三、簡答題 1 判別梁是否需要驗算其整體穩(wěn)定，用 來衡量，其意義是什么？ 、 分別 代表 什么？ 答：當 小到一定程度可以保證阻止受壓翼緣的側向變形，從而保證不會發(fā)生 整 體失穩(wěn)。 表示受壓翼緣的自由長度， 表示受壓翼緣寬度。 2 梁翼緣和腹板常采用 連續(xù)的角焊縫連接，其長度為何不受最大長度 60 或 40 限制？ 答：因為梁翼緣和腹板 連續(xù)處，內(nèi)力沿焊縫全長分布，所以其長度可以不受最大 長度限制。 第七章 拉彎和壓彎構件 練習題 一、選擇題 1 當偏心荷載作用在實軸時，格構柱的平面外穩(wěn)定是通過（ B ） 來保 證的。A .計算柱

21、平面外穩(wěn)定；B .計算單肢穩(wěn)定；C .柱本身的構造要求；D .選定 足夠大的單肢間距 2實腹式偏心壓桿在彎距作用平面外的整體穩(wěn)定計算公式 中， 應取 （A ）。 A.彎距作用平面內(nèi)最大受壓纖維的毛截面抵抗矩；B 彎距作用平面內(nèi)最大受 拉纖維的毛截面抵抗矩；C 彎距作用平面外最大受壓纖維的毛截面抵抗矩；D 彎距作 用平面內(nèi)最大受壓纖維的凈截面抵抗矩 3.計算格構式壓彎構件的綴材時，剪力應取 （ C ）。 A .構件實際剪力設計值；B.由公式 計算的剪力； C. A、B兩者取大值；D 由公式計算的剪力4 與基礎固接的單層無側移框架等截面 柱的計算長度系數(shù)在 （A ）之間。 A. 00.1 ； B

22、. 1.02.0 ； C. 1.0a； D . 2.0 a 參考答案： 1 . B ； 2 . A ； 3 . C； 4 . A 二、填空題 1 拉彎或壓彎構件強度計算公式是 ，當構件承受動荷載時， 必須取 1 ，其 原 因是 （不允許截面發(fā)展塑性 ）。2壓彎構件在其彎距作用平面內(nèi)的失穩(wěn)形式是 （彎曲 ） 屈曲，在平面外失穩(wěn)形式 是（彎扭）屈曲。 3壓彎構件在彎距作用平面內(nèi)的整體失穩(wěn)屬于 （第二） 類穩(wěn)定問題。 4偏心受壓構件計算公式中的塑性發(fā)展系數(shù) ， 只與 （截面形式） 有關。 5彎距繞虛軸作用的格構式壓彎構件，其彎距作用平面內(nèi)的整體失穩(wěn)計算宜采 用（ 邊緣屈曲）準則。 三、簡析題 1 等效彎距系數(shù)是怎樣確定的？答：引入等效彎距系數(shù)的物理意義，是把 變化的彎距化為等效的均勻彎距。等效 彎距是指其在與軸心力共同作用下對構件彎距作用 平面內(nèi)失穩(wěn)的效應與原來非 均勻分布的彎距與與軸心力共同作用下的效應相同。因此，它 們應與按二階彈性 分析的最大 彎距進行等效。具體作法是：令等效彎距及與軸心力共同作用下二階分析所得最大彎距和 原來不均勻彎距與與軸心力共同作用下的二階最大彎距相等。 2 對于壓彎構件，當彎 距繞格構式柱的虛軸作用時，為什么不驗算彎距作用平