钢结构设计原理复习题及参考答案

《钢结构设计原理》课程复习资料一、填空题：1.钢结构计算的两种极限状态是和。

2.钢结构具有、、、、和等特点。

3.钢材的破坏形式有和。

4.影响钢材性能的主要因素有、、、、、、和。

5.影响钢材疲劳的主要因素有、、、6.建筑钢材的主要机械性能指标是、、、和。

7.钢结构的连接方法有、和。

8.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。

9.普通螺栓抗剪连接中，其破坏有五种可能的形式，即、、、、和。

10.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。

11.轴心压杆可能的屈曲形式有、、和。

12.轴心受压构件的稳定系数 与、和有关。

13.提高钢梁整体稳定性的有效途径是、和。

14.影响钢梁整体稳定的主要因素有、、、和。

15.受弯构件的强度设计准则有__________准则、__________准则和__________准则。

除塑性弯矩或极限弯矩的计算外，普通钢结构设计中一般采用准则。

16.用结构钢材制成的拉伸试件进行拉伸试验时，得到的平均应力 - 应变关系曲线 ( σ - ε关系曲线 )可分为 _______、_______、________、_______ 和颈缩阶段。

17.实腹式拉弯构件的截面出现 _______ 是构件承载能力的极限状态。

但对格构式拉弯构件或冷弯薄壁型钢截面拉弯杆，常把 _______ 视为构件的极限状态。

这些都属于强度的破坏形式，对于轴心拉力很小而弯矩很大的拉弯杆也可能存在和梁类似的弯扭失稳的破坏形式。

18.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用的方法来保证，而腹板的局部稳定则常采用的方法来解决。

二、问答题：1.钢结构具有哪些特点？2.钢结构的合理应用范围是什么？3.钢结构对材料性能有哪些要求？4.钢材的主要机械性能指标是什么？各由什么试验得到？5.影响钢材性能的主要因素是什么？6.什么是钢材的疲劳？影响钢材疲劳的主要因素有哪些？7.选用钢材通常应考虑哪些因素？8.钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？9.焊缝可能存在的缺陷有哪些？10.焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要求？11.对接焊缝的构造要求有哪些？12.角焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要构造要求？13.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方法有哪些？14.普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？15.螺栓的排列有哪些构造要求？ 16.普通螺栓抗剪连接中，有可能出现哪几种破坏形式？具体设计时，哪些破坏形式是通过计算来防止的？哪些是通过构造措施来防止的？如何防止？ 17.高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？ 18.轴心压杆有哪些屈曲形式？19.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？20.在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，对虚轴为什么要采用换算长细比？21.什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？22.增强梁腹板局部稳定的加劲肋主要哪几种？其作用分别为？23.什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？ 24.压弯构件的整体稳定计算与轴心受压构件有何不同？ 25.压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？三、计算题：1.试验算如图所示牛腿与柱连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w c f =215 N/mm 2，w t f =185 N/mm 2。

（假定剪力全部由腹板上的焊缝承受）2.如图所示，钢牛腿与钢柱采用对接焊缝进行连接。

已知钢牛腿的截面尺寸为：翼缘板宽b=250mm ，厚度为t=14mm ；腹板高度h0=300mm ，厚度为tw=12mm 。

作用于牛腿上的偏心荷载设计值为250KN(静力荷载)，偏心距为e=170mm 。

钢材为Q235，采用手工焊，焊条为E43型，采用引弧板，焊缝质量等级为二级，试对此连接进行验算。

(已知fwv=125N/mm2，fwt=fwc=215N/mm2)注意：为降低计算量，这里已给出构件截面的部分几何特性参数：对接焊缝截面形心轴距翼缘外边缘距离为y0=86.6mm ，y1=y0=86.6mm, y2=227.4mm, Ix=7074cm4, Aw=36cm2。

3.试计算如图所示钢板与柱翼缘的连接角焊缝的强度。

已知N=390kN （设计值），与焊缝之间的夹角︒=60θ。

钢材Q235，焊条E43,手工焊。

有关强度设计值w f f =160 N/mm 2。

4.设计双角钢拉杆与节点板之间的连接角焊缝计算长度L 1=？,L 2=？。

已知：采用三面围焊：h f =6mm,f w f =160N/mm 2,N=529kN(静载设计值)5.设计矩形拼接板与板件用三面围焊连接的平接接头。

轴心拉力N ＝1250kN ，（静载设计值），钢材Q235，焊条E43,手工焊。

有关强度设计值ƒ=215 N/mm 2，f w f =160N/mm 2。

图示尺寸单位mm 。

(焊缝L W2实际长度取cm 整数)10.试计算下图所示连接中C 级螺栓的强度。

已知荷载设计值F=60KN,螺栓M20,孔径21.5mm,ƒbv =130N/mm 2, ƒb c =305 N/mm 2。

11.两端铰接轴心受压柱，高9.6m,钢材为Q235，强度设计值ƒ=215 N/mm 2，采用图示截面，尺寸单位mm,计算可承受外荷载设计值N=？注：①不计自重；②稳定系数ϕ：12.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=67cm 2惯性矩 I y =11080cm 4I X1=460cm 413.有一实腹式双轴对称焊接工字形截面轴心受压柱，Q235钢材，翼缘为焰切边，对x,y 轴均属于b 类截面。

截面尺寸为：翼缘板宽b=250mm ，厚度为t=12mm,腹板高度为h0=350mm ，厚度为tw=10mm ，计算长相同，均作用在梁的上翼缘，钢材为Q235，试比较梁的稳定系数b ϕ，说明何者的稳定性更好？15.一简支梁的计算简图如下，截面采用普通工字钢I50a ，材料为Q235，除两端支承处能阻止梁端截面的扭转外，跨中无任何侧向支承点，试按整体稳定确定荷载P 的大小（设计值，不计自重）已知：①钢材强度设计值f ＝215N/mm2②I50a 的I x ＝46470cm 4，W x ＝1860cm 3， I y ＝1120cm 4，W y ＝142cm 3③整体稳定系数：b ϕ 集中荷载作用于上翼缘 0.5 均布荷载作用于上翼缘 0.4416.图示简支梁，不计自重，Q235钢，不考虑塑性发展，密铺板牢固连接于上翼缘，均布荷载设计值为45kN/m ，荷载分项系数为1.4，f=215N/mm2。

问是否满足正应力强度及刚度要求，并判断是否需要进行梁的整体稳定验算。

已知：525 2.0610N/mm 250384[],,xl ql E EI ωω===⨯17.求图示钢梁所能承受的最大均布荷载设计值（含自重），已知梁截面为热轧普通工字钢I45a,其截面特性为： A=102cm 2 I X =32240cm 4 w x =1430cm 3 I y =855cm 4 w y =114cm 3材料为Q235,强度设计值ƒ=215N/mm 2，梁两端不能扭转，跨中无侧向支撑点，挠度不起控制作用，截面无削弱。

整体稳定系数ϕb =0.44。

18.如图所示的拉弯构件，间接承受动力荷载。

横向均布荷载的设计值为8kN/m 。

截面为I22a ，无削弱。

试确定杆能承受的最大轴心拉力设计值。

已知：cm i cm W cm A x x 99.8,309,4232===,ƒ=215N/mm 2。

19.用轧制工字钢I36a （材料Q235）作成的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：cm i cm i cm W cm A y x x 69.2,4.14,875,3.7632====, ƒ=215 N/mm 2 。

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.轻质高强、材质均匀，韧性和塑性良好、装配程度高，施工周期短、密闭性好、耐热不耐火、易锈蚀。

3.塑性破坏、脆性破坏4.化学成分、钢材缺陷、冶炼，浇注，轧制、钢材硬化、温度、应力集中、残余应力、重复荷载作用5.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6.屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能7.焊接连接、铆钉连接、螺栓连接8.8h f、40mm 60 h f9.螺栓剪坏、孔壁挤压坏、构件被拉断、端部钢板被剪坏、螺栓弯曲破坏10.螺栓材质、螺栓有效面积11.弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲12.残余应力、初弯曲和初偏心、长细比13.加强受压翼缘、增加侧向支承点14.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15.全截面塑性；有限塑性发展强度；有限塑性发展准则；边缘屈服。

16.弹性阶段弹塑性阶段塑性阶段强化阶段17.塑性铰截面边缘开始屈服18.制宽厚比、设置加劲肋二、问答题：1.钢结构具有的特点：○1钢材强度高，结构重量轻○2钢材内部组织比较均匀，有良好的塑性和韧性○3钢结构装配化程度高，施工周期短○4钢材能制造密闭性要求较高的结构○5钢结构耐热，但不耐火○6钢结构易锈蚀，维护费用大。

2.钢结构的合理应用范围：○1重型厂房结构○2大跨度房屋的屋盖结构○3高层及多层建筑○4轻型钢结构○5塔桅结构○6板壳结构○7桥梁结构○8移动式结构3.钢结构对材料性能的要求：○1较高的抗拉强度f u和屈服点f y○2较好的塑性、韧性及耐疲劳性能○3良好的加工性能4.钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。

其中屈服点、抗拉强度和伸长率由一次静力单向均匀拉伸试验得到；冷弯性能是由冷弯试验显示出来；冲击韧性是由冲击试验使试件断裂来测定。

5.影响钢材性能的主要因素有：○1化学成分○2钢材缺陷○3冶炼，浇注，轧制○4钢材硬化○5温度○6应力集中○7残余应力○8重复荷载作用6.钢材在连续反复荷载作用下，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。