哈工大06試題公開課教案課件

哈工大2006年春季學(xué)期

鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計試題

題號一二三四五六七八九十總分

分?jǐn)?shù)

一、單向選擇題(每題2分，共20分)

1．關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)鋼材的優(yōu)缺點，下列說法中錯誤的是【C】

A.鋼材的強度較高，結(jié)構(gòu)自重輕草紙

B.鋼材具有良好的冷加工和熱加工性能

C.鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性能很好，適合在各種惡劣環(huán)境中使用

D.鋼結(jié)構(gòu)的耐熱性很好，但耐火性能很差

（草紙內(nèi)不得答題）

2．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對下列哪一項內(nèi)容需按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗算【A】

A.構(gòu)件的變形B.構(gòu)件的強度

C.構(gòu)件的疲勞強度D.構(gòu)件的整體穩(wěn)定

3．為防止厚鋼板在焊接時或承受厚度方向的拉力時發(fā)生層狀撕裂，必須測試鋼材的

【D】

抗拉強度屈服點

A.fuB.fy

C.冷彎180°試驗D.Z向收縮率

4．不同質(zhì)量等級(A、B、C、D)的同一類鋼材，下列哪項力學(xué)指標(biāo)不同【B】

抗拉強度沖擊韌性

A.fuB.AK

伸長率δ屈服點

C.D.fy

．對于普通螺栓連接，限制端距≥的目的是為了避免【】

5e2d0D

A.螺栓桿受剪破壞B.板件被拉斷破壞

板件受擠壓破壞板件端部沖剪破壞

C.D.

6．如圖所示承受靜力荷載的T形連接，采用雙面角焊縫，按構(gòu)造要求所確定的合理焊腳

尺寸應(yīng)為【B】

A.4mm

B.6mm

C.8mmt=8mm

D.10mm

t=6mm

第1頁（共8頁）

試題：鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計

第2頁（共8頁）

7．初始彎曲和荷載的初始偏心對軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定承載力的影響為【A】

A.初彎曲和初偏心均會降低穩(wěn)定承載力

B.初彎曲和初偏心均不會影響穩(wěn)定承載力

C.初彎曲將會降低穩(wěn)定承載力，而初偏心將不會影響穩(wěn)定承載力

D.初彎曲將不會影響穩(wěn)定承載力，而初偏心將會降低穩(wěn)定承載力

8．保證焊接組合工字型截面軸心受壓柱翼緣板局部穩(wěn)定的寬厚比限值條件，是根據(jù)矩形

板單向均勻受壓時下列哪種邊界條件確定的【C】

A.兩邊簡支、一邊自由、一邊彈性嵌固

B.兩邊簡支、一邊自由、一邊嵌固

C.三邊簡支、一邊自由

D.四邊均為簡支

9．梁腹板屈曲后強度產(chǎn)生的原因是【B】

A.腹板屈曲后產(chǎn)生鋼材的彈塑性強化，能夠繼續(xù)承擔(dān)更大的荷載草紙

B.腹板屈曲后產(chǎn)生薄膜拉力場，牽制了板變形的發(fā)展，存在繼續(xù)承載的潛能

C.腹板屈曲后產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，提高了鋼材的屈服點

D.由于橫向加勁肋的存在，提高了腹板局部穩(wěn)定承載力（草紙內(nèi)不得答題）

10．圖示的普通鋼屋架角鋼的四種切斷形式中，絕對不允許采用的是【D】

A.(a)

B.(b)

(a)(b)

C.(c)

D.(d)

(c)(d)

二、填空題(每空1分，共15分)

1．在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分中加入適量的硅、錳等合金元素，將會提高

鋼材的強度。

2．鋼材經(jīng)過冷加工后，其強度和硬度會有所提高，卻降低了塑性和韌性，這種現(xiàn)象稱為

鋼材的冷作硬化。

3．調(diào)質(zhì)處理的低合金鋼沒有明顯的屈服點和塑性平臺，這類鋼材的屈服點被定義為：單

向拉伸并卸載后，試件中殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時所對應(yīng)的應(yīng)力，也稱為名義屈

服點。

4．高強度低合金鋼的焊接性能是通過碳當(dāng)量指標(biāo)來衡量的。

試題：鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計

5．循環(huán)荷載次數(shù)一定時，影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命的最主要因素是應(yīng)力幅和構(gòu)件或

連接的構(gòu)造形式。

6．在對焊縫進(jìn)行質(zhì)量驗收時，對于三級焊縫，只進(jìn)行外觀檢查即可。

7．對于實腹式軸心受壓柱，殘余應(yīng)力的存在通常會降低構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。

8．在高強度螺栓的受剪連接中，當(dāng)螺栓直徑和規(guī)格均相同時，摩擦型連接單個螺栓的抗

剪承載力一般會低于承壓型連接。

9．對于單軸對稱的軸心受壓構(gòu)件，繞非對稱主軸屈曲時，會發(fā)生彎曲屈曲；而繞對稱主

軸屈曲時，由于截面重心與彎曲中心不重合，將發(fā)生彎扭屈曲現(xiàn)象。草紙

10．當(dāng)梁的整體穩(wěn)定驗算不能滿足要求時，可以采用加強受壓翼緣的辦法來

提高穩(wěn)定承載力。

（草紙內(nèi)不得答題）

．梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φ大于時，需用φ′代替φ，它表明此時梁已經(jīng)進(jìn)入

11b0.6bb____

_____彈塑性__階段。

12．彎矩繞虛軸作用的雙肢格構(gòu)式壓彎構(gòu)件，采用綴條式格構(gòu)柱，其分肢的穩(wěn)定應(yīng)按

軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行驗算。

13．梯形鋼屋架支座底板的厚度是由底板的抗彎強度確定的。

14．在鋼屋架的受壓桿件設(shè)計中，確定雙角鋼截面形式時，應(yīng)采用等穩(wěn)定原則。

15．設(shè)桿件節(jié)點間的幾何長度為l，則梯形鋼屋架的支座斜桿在屋架平面內(nèi)的計算長度為

桿件幾何長度。

三、簡答題(每題7分，共21分)

1．軸心受壓柱典型的柱頭形式如圖所示。請標(biāo)出

圖中未給出的零件名稱(共有3處)，并寫出此柱突緣板

頭節(jié)點的傳力途徑。

11

墊圈頂板與加勁肋焊縫

hf1

構(gòu)造螺栓

加勁肋與柱腹板焊縫hf2

柱加勁肋

端面端面端面承壓焊縫h

突緣(N)墊板柱頂板柱加勁肋f2柱身墊板

承壓承壓或焊縫h

(每步1分，共4分)f1

柱頂板

1－1

第3頁（共8頁）

試題：鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計

2．簡述梁腹板設(shè)置加勁肋的原則。(不考慮梁的屈曲后強度)

235

1)當(dāng)h/t80時，0腹板局部穩(wěn)定能夠保證，不必配置加勁肋；對吊車梁及類似構(gòu)件

0wfc

y

（0），應(yīng)按構(gòu)造配置橫向加勁肋。(2分)

c第4頁（共8頁）

235

2)當(dāng)h/t80時，應(yīng)配置橫向加勁肋。(2分)

0wf

y

235

3)當(dāng)h/t170（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束，如連有剛性鋪板或焊有鐵軌時）或

0wf

y

235

h/t150（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束時），或按計算需要時，除配置橫向加勁肋外，還

0wf

y

應(yīng)在彎矩較大的受壓區(qū)配置縱向加勁肋。局部壓應(yīng)力很大的梁，必要時尚應(yīng)在受壓區(qū)配置短加勁

肋。(2分)

梁的支座處和上翼緣受有較大固定集中荷載處，宜設(shè)置支承加勁肋。

3．雙軸對稱工字形實腹式單向壓彎構(gòu)件有哪幾種失穩(wěn)形式？并簡要說明它們是如何產(chǎn)生

的。

1）失穩(wěn)形式：單向壓彎構(gòu)件的整體失穩(wěn)分為彎矩作用平面內(nèi)和彎矩作用平面外兩種情況（1分），彎矩草紙

作用平面內(nèi)失穩(wěn)為彎曲屈曲（1分），彎矩作用平面外失穩(wěn)為彎扭屈曲（1分）。

2）產(chǎn)生原因：

平面內(nèi)失穩(wěn)時：直桿在偏心壓力作用下，彎矩作用平面內(nèi)構(gòu)件撓度隨壓力的增加而增大，且呈非線性（草紙內(nèi)不得答題）

地增長，這是由于二階效應(yīng)的影響。最后達(dá)到偏心壓力的極值點，失去平面內(nèi)穩(wěn)定，不存在分枝現(xiàn)象。

（2分）

平面外失穩(wěn)時：假如構(gòu)件沒有足夠的側(cè)向支撐，且彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定性較強。無初始缺陷時，壓力

作用下，構(gòu)件只產(chǎn)生彎矩平面內(nèi)的撓度，當(dāng)壓力增加到某一臨界值Ncr之后，構(gòu)件會突然產(chǎn)生彎矩作用

平面外的彎曲變形和整體扭轉(zhuǎn)，發(fā)生了彎扭失穩(wěn)，是一種分枝失穩(wěn)。有初始缺陷壓彎構(gòu)件在彎矩作用

平面外失穩(wěn)為極值失穩(wěn)，無分枝現(xiàn)象。（2分）

試題：鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計

四、計算題(共44分)

．如圖所示鋼板與工字形柱采用雙面角焊縫形連接，＝，其它尺寸已在圖中給

1Thf8mm

出，鋼板承受一個斜向拉力F＝500KN的作用（靜力荷載），鋼材Q235B，焊條E43系列，

fw160N/mm2。試驗算此連接能夠滿足強度要求。（10分）

f

工字形柱

8

0

2

50

0

2

3

54

F

解：力系分解：

3

水平軸心力：NFsin500300KN(1分)

5

4

剪力：VFcos500400KN(1分)第頁（共頁）

558

3

彎矩：MFesin5005015000KNmm(1分)

5

角焊縫有效截面的幾何特征：

面積：A0.7hl20.78(200228)4300.8mm2(1分)

fw

1

慣性矩：I20.78(200228)35.2848107mm4(1分)

12

I5.2848107

抵抗矩：W2.7525105mm3(1分)

(2008)192

N300000

在水平軸心力作用下：N69.75N/mm2(1分)

fA4300.8

M150001000

在彎矩作用下：M54.50N/mm2(1分)

fW2.7525105

V400000

在剪力作用下：V93.00N/mm2(1分)

fA4300.8草紙

所以：

NM269.7554.502

ffV293.002137.9N/mm2fw160

f1.22f（草紙內(nèi)不得答題）

f

試題：鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計

2．如圖所示兩個工字形梁通過端板使用高強螺栓連接，計算高強螺栓連接的強度能否滿

足要求。采用級高強螺栓承壓型連接，螺栓直徑，有效面積2，

10.920mmAe=2.45cm

fb310N/mm2，fb500N/mm2；端板采用Q235B級鋼，厚度均為22mm，

vt

fb470N/mm2。已知內(nèi)力設(shè)計值V＝300KN，M＝90KNm。（10分）

c

t=22mm3513035

80

V

M

80

1第6頁（共8頁）

80

解：最上排螺栓為受力最大螺栓，所受拉力和剪力分別為：

My901000170

拉力：N1103.4KN(1分)

ty222(9021702)

i

V300

剪力：N37.5KN(1分)

vn8

NbnAfb124531075950N75.95KN(2分)

vvev

NbAfb245500122500N122.5KN(2分)

tet

Nbdtfb2022470206800N206.8KN(2分)

cc

22草紙

NN37.52103.42

所以vt0.981滿足要求(1分)

NbNb75.95122.5

vt

N37.5KNNb/1.2206.8/1.2172.3KN滿足要求(1分)

vc（草紙內(nèi)不得答題）

試題：鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計

3．已知6m跨簡支梁采用雙軸對稱截面，梁的上翼緣承受如圖所示均布荷載作用，試通

過梁的強度和整體穩(wěn)定計算，來確定此梁所能承受的荷載設(shè)計值q。(可忽略自重)(10分)

（提示：鋼材Q235B級，f215N/mm2，f125N/mm2，1.05。截面特性：

vx

A7056mm2，I2.0723108mm4，W1.036106mm3，I1.6107mm4，

xxy

4320Aht2235lt

53，y1，，11，

S5.71610mm10.690.13

xbb2W4.4hbfbbh

yxy1

0.282y

'1.07）q

bt=6mm

bt=12mm

xx0

40

t=12mm

6000

y

200

11

解：梁端最大剪力Vql，跨中最大彎矩：Mql2(1分)

28

VSqlS2Itf22.07231086125

xxfqxwv90.63KN/m(2分)

maxIt2Itv1lS60005.716105第7頁（共8頁）

xwxwx

Mql28Wf81.051.036106215

fqxx51.97KN/m(2分)

maxW8W2l260002

xxxx

lt600012

110.90.690.130.690.130.90.807

bh200400b

1

I1.6107

iy47.6l/i6000/47.6126

yA7056y1y

4320Aht2235

1y1

bb2W4.4hbf

yxy

(2分)

43207056400126122235

0.807100.789

12621.0361064.4400235

0.2820.282

'1.071.070.712(1分)

b0.789

b草紙

Mql28'Wf80.7121.036106215

fqbx35.24KN/m(2分)

'W8'W3l260002

bxbx

所以qmin{q,q,q}35.24KN/m

123（草紙內(nèi)不得答題）

試題：鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計

4．某工作平臺的軸心受壓柱，承受的軸心壓力設(shè)計值N＝2800KN（包括柱身等構(gòu)造自重），

計算長度。鋼材采用，柱截面無削弱。設(shè)計成如圖所示的兩熱軋普通

l0x=l0y=7.2mQ235B

工字鋼組成的雙肢綴條柱，試驗算此格構(gòu)柱的整體剛度、整體穩(wěn)定與分肢穩(wěn)定。（14分）

（已知：的截面面積×2，；分肢對自身軸的慣性

2I36aA=276.44=152.88cmiy=14.38cm1-1

矩I=554.9cm4，回轉(zhuǎn)半徑i=2.69cm；單根綴條角鋼L45×4的截面面積A=3.49cm2；所

11t

有鋼材均選用Q235B鋼，f=215N/mm2。）

30354045

L45×4x

0.9360.9180.8990.8781

0

5055606545°32

0.8560.8330.8070.780yy

70758085

0I36a

0.7510.7200.6880.65532

x1

6832068

320

解：

1）繞實軸的剛度和整體穩(wěn)定的驗算：

l720

0y50.1[]150剛度滿足。查表得到：0.856(2分)第8頁（共8頁）

yi14.38y

y

N2800103

214.0N/mm2f215N/mm2滿足要求。(2分)

A0.85615288

y

）繞虛軸的剛度和整體穩(wěn)定驗算：

2

A

繞虛軸慣性矩：I2I(320/2)22544.976.44(32/2)240227cm4(1分)

x12

繞虛軸回轉(zhuǎn)半徑：iI/A40227/152.8816.22cm(1分)

xx

l720

長細(xì)比：0x44.4(1分)

xi16.22

x

A152.88

換算長細(xì)比22744.422750.6[]150剛度滿足。(1分)

0xxA23.49

1x

查表得到：0.854(1分)

x

N2800103

214.5N/mm2f215N/mm2滿足要求。(2分)

A0.85415288草紙

x

l32

3）分肢的穩(wěn)定驗算：0111.90.70.750.635.4，所以分肢穩(wěn)定滿足規(guī)范要

1i2.69max

1

求。(3分)（草紙內(nèi)不得答題）

試題：鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計

3．已知6m跨簡支梁采用雙軸對稱截面，梁的上翼緣承受如圖所示均布荷載作用，試通

過梁的強度和整體穩(wěn)定計算，來確定此梁所能承受的荷載設(shè)計值q。(可忽略自重)(10分)

（提示：鋼材Q235B級，f215N/mm2，f125N/mm2，1.05。截面特性：

vx

A7056mm2，I2.0723108mm4，W1.036106mm3，I1.6107mm4，

xxy

4320Aht2235lt

53，y1，，11，

S5.71610mm10.690.13

xbb2W4.4hbfbbh

yxy1

0.282y

'1.07）q

bt=6mm

bt=12mm

xx0

40

t=12mm

6000

y

200

11

解：梁端最大剪力Vql，跨中最大彎矩：Mql2(1分)

28

VSqlS2Itf22.07231086125

xxfqxwv90.63KN/m(2分)

maxIt2Itv1lS60005.716105第7頁（共8頁）

xwxwx

Mql28Wf81.051.036106215

fqxx51.97KN/m(2分)

maxW8W2l260002

xxxx

lt600012

110.90.690.130.690.130.90.807

bh200400b

1

I1.6107

iy47.6l/i6000/47.6126

yA7056y1y

4320Aht2235

1y1

bb2W4.4hbf

yxy

(2分)

43207056400126122235

0.807100.789

12621.0361064.4400235

0.2820.282

'1.071.070.712(1分)

b0.789

b草紙

Mql28'Wf80.7121.036106215

fqbx35.24KN/m(2分)

'W8'W3l260002

bxbx

所以qmin{q,q,q}35.24KN/m

123（草紙內(nèi)不得答題）

試題：鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計

4．某工作平臺的軸心受壓柱，承受的軸心壓力設(shè)計值N＝2800KN（包括柱身等構(gòu)造自重），

計算長度。鋼材采用，柱截面無削弱。設(shè)計成如圖所示的兩熱軋普通

l0x=l0y=7.2mQ235B

工字鋼組成的雙肢綴條柱，試驗算此格構(gòu)柱的整體剛度、整體穩(wěn)定與分肢穩(wěn)定。（14分）

（已知：的截面面積×2，；分肢對自身軸的慣性

2I36aA=276.44=152.88cmiy=14.38cm1-1

矩I=