2012钢结构设计原理试卷

西南交通大学2012－2013学年第(一)学期考试试卷

班 级 学 号 姓 名

课程代码 0171060 课程名称 钢结构设计原理 考试时间 120分钟

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阅卷老师

一、单项选择题（本大题共20小题，每小题1分，共20分。在每小题的四个备选答案中，选出一个正确的答案，并将其号码填在题干的括号内。）

1.下述构件哪一种超过承载能力极限状态（C ） A.构件在荷载作用下产生较大变形而影响作用 B.构件在动力荷载作用下产生较大的振动 C.构件因过度的塑性变形而不适于继续承载 D.构件出现影响耐久性能的局部损坏

2.钢结构设计中作为材料静力强度设计指标的是（D ）

A.比例极限 B.上屈服点 C.抗拉强度 D.下屈服点 3.设计中应尽量避免截面突变目的是为了减少（B ）

A.偏析 B.应力集中 C.裂纹和起层 D.非金属杂质

4.当钢板厚度较大时，为防止钢材在焊接或在厚度方向承受拉力而发生分层撕裂，钢材应满足的性能指标是（ A ）

A.Z向收缩率 B.冷弯性能 C.冲击韧性 D.伸长率 5.冷作硬化对钢材力学性能的影响为（ A ）

A.强度提高、塑性降低 B.强度、塑性都提高 C.强度、塑性都降低 D.强度降低、塑性提高 6.焊条代号E4311中的43表示（B ）

A.熔敷金属屈服强度为43kgf/mm2 B.熔敷金属抗拉强度为43kgf/mm2 C.熔敷金属抗剪强度为43kgf/mm2 D.熔敷金属屈服强度为43N/mm2

7.在角焊逢连接中有两种形式的焊缝，即正面角焊缝与侧面角焊缝，下列哪一项的描述是正确的（B ）。 A.两种焊缝内应力状态相同

B.正面角焊缝强度大于侧面角焊缝，但侧面角焊缝的塑性能力较好 C.正面角焊缝应力状态复杂，故强度小于侧面角焊缝

正面角焊缝强度小于侧面角焊缝，但正面角焊缝的塑性能力较好8.摩擦型高强度螺栓承受剪力的设计准则是指 C ）

栓杆不被剪断 B.板件不发生承压破坏 外剪力不超过摩擦力 D.栓杆不发生受弯破坏

9.施焊方便，焊缝质量最易保证的是（C ）

A.横焊 B.立焊 C.平焊 D.仰焊 10.焊缝连接中最危险的缺陷是（ A ）

A.裂纹 B.气孔 C.夹渣 D.咬肉 11.构造上对螺栓连接端距限制是为了避免普通受剪螺栓发生（ C ） A.螺栓杆被剪断 B.板件被挤压破坏 C.构件被冲剪破坏 D.栓杆受弯破坏 12.以下措施不能够减少焊接应力和焊接变形的是（ B ） ．．A.焊缝布置对称 B.采用较大的焊脚尺寸 D.焊前预热 E.焊后回火

13.一个8.8级的M24高强度螺栓，其设计预拉力为180kN ，则该高强度螺栓的抗拉承载力为（ B ） 。 A.108kN B.144 kN C.162 kN D.180 kN 14.缀板柱中，缀板与柱肢的连接焊缝应按下列内力计算（ A） A.剪力和弯矩 B.剪力、弯矩和轴力 C.剪力和轴力 D.弯矩和轴力 15.轴心受压格构式缀条柱的缀条设计是按（ B ） A.轴心受拉构件 B.轴心受压构件 C.拉弯构件 D.压弯构件 16.实腹式轴心受压杆，其腹板上加纵向加劲肋目的是（D ） A.提高强度承载力 B.提高刚度

C.提高整体稳定性 D.提高腹板局部稳定性 17.钢梁失稳破坏实质上是（D ）

A.弯曲破坏 B.剪切破坏 C.弯曲和剪切破坏 D.弯曲和扭转破坏 18.钢梁设计中按正常使用极限状态进行验算的是（ B ）

A强度 B.刚度 C.整体稳定 D.局部稳定 19.热轧型钢构件一般不需要进行（ C ） A.强度验算

B.整体稳定验算 D.刚度验算

C.局部稳定验算

20.梁支座处或上翼缘受有较大固定集中荷载的地方，应设（ D ） A.横向加劲肋 B.纵向加劲肋

C.短加劲肋 D.支承加劲肋二、多项选择题（本大题共5小题，每小题2分，共10分。在每小题的五个备选答案中，选出二至五个正确的答案，并将其号码分别填在题干的括号内。多选、少选、错选均无分。）

1.影响焊接结构钢材疲劳强度的主要因素有（ ACD ）

A.构造状况 B.最大主应力值 C.作用的应力幅 D.循环次数 E.材料的静力强度

2.受剪普通螺栓连接在以下的破坏形态中，必须经过计算来防止的有（ ABC ）

A.螺栓杆被剪断 B.板件被挤压破坏 C.构件被拉断破坏 D.构件被冲剪破坏 E.栓杆受弯破坏

3.关于焊接残余应力对结构性能的影响，以下说法正确的是（ ABDE ）

A.对在常温下工作并具有一定塑性的钢村，焊接残余应力对结构静力承载力无影响 B.降低结构的刚度

C.对结构的疲劳强度无明显的不利影响 D.增加了厚钢板在低温下的脆断倾向 E.降低受压构件的稳定承载力

4.以下关于实腹式轴心受压柱铰接柱脚的说法中，正确的有（BCD ）

A.底板的尺寸与柱脚底板钢材的抗压强度有关 B.底板的尺寸与基础混凝土的抗压强度有关 C.底板的厚度由其抗弯强度决定

D.设置靴梁的目的是为了加强底板的刚度，保证基础反力较为均匀地作用于底板 E.设置锚栓是为了抵抗弯矩和剪力 5.提高钢梁整体稳定的有效措施有（ ABC ）

A.加大梁的侧向抗弯刚度和抗扭刚度 B.加强受压翼缘截面 C.增加受压翼缘的侧向支承点

D.把荷载作用位置从下翼缘改到上翼缘 E.增大梁受压翼缘的侧向自由长度l1

三、判断改错题（本大题共5小题，每小题2分，共10分。判断正误，将正确的划上“√”，错误的划“×”，并改正错误。）

1.我国现行钢结构设计规范进行疲劳设计时采用的是荷载的标准值。（√ ）

2.处于复合应力状态下的钢材，同号应力场会降低钢材的塑性，从而导致脆性破坏。（√ ） 3.对实腹式轴心受压构件，强度和稳定验算均按毛截面计算。（× ） 改为“强度验算按净截面，稳定验算按毛截面。”

4.对格构式轴心受压构件，验算绕虚轴整体稳定时采用换算长细比的目的是为了考虑的不利影响。（× ） 改为“剪切变形。

5.有刚性铺板连牢于受压翼缘的热轧型钢梁，不必计算整体稳定和。（× ）改为“不必计算整体稳定” 四、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分。） 1.和其他材料的结构相比，钢结构有何特点？ 答： 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)

材料强度高、重量轻； 钢材材质均匀、可靠性高； 钢材的塑性和韧性好； 工业化程度高； 钢材具有可焊接性； 密封性好；

耐热性较好、耐火性差； 耐锈蚀性差。

（以上答出任意六条即可，六条以下少一条扣1分）

2.简述钢材塑性破坏和脆性破坏的概念及特征。

答：塑性变形很大、经历时间又较长的破坏叫塑性破坏，也称延性破坏。（1分）塑性破坏的特征是构件应力超过屈服点，并达到抗拉极限强度后，构件产生明显的变形并断裂。（1分）它是钢材晶粒中对角面上的剪应力值超过抵抗能力而引起晶粒相对滑移的结果。断口与作用力方向常成450，断口呈纤维状，色泽灰暗而不反光，有时还能看到滑移的痕迹。（1分）钢材几乎不出现塑性变形的突然破坏叫脆性断裂。（1分）脆性破坏在破坏前无明显变形，平均应力小, 按材料力学计算的名义应力往往比屈服点低很多。（1分）脆性断裂没有任何预兆，破坏断口平直和呈有光泽的晶粒状。（1分） 3.简述焊接连接有何优缺点。

答：其优点是：构造简单，任何形式的构件都可直接相连；用料经济，不削弱截面（1分）；制作加工方便，既可手工施焊也可实现自动化操作（1分）；连接的密闭性好，结构刚度大，整体性较好（1分）。其缺点是：在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变脆；（1分）焊接残余应力和残余变形使构件受力时变形增加、降低了构件的稳定性（例如，使受压构件承载力降低）（1分）；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到整体，低温冷脆问题较为突出。（1分）

4.与理想轴心受压构件相比，实际轴心受压构件会受到哪些缺陷的不利影响？现行钢结构设计规范对轴心受压构件的临界力的计算是如何考虑的？

答：影响实际轴心受压构件的稳定承载力的不利因素有：截面残余应力（1分）、构件初弯曲（1分）和构件的初偏心（1分）。现行钢结构设计规范对轴心受压构件临界力的计算，考虑了杆长千分之一的初挠度（1分），并计入残余应力的影响（1分），根据最大强度理论用数值方法计算构件的稳定承载力（临界力）（1分）。 5.简述钢结构设计规范对焊接工字形截面组合梁的板件的局部稳定的规定原则。

答：1.受压翼缘梁局部稳定：通过限制板件的宽厚比来保证；（2分）2.梁腹板局部稳定：对承受静力荷载和间接承受动力荷载的组合梁，宜考虑腹板屈曲后强度，按规定计算其抗弯和抗剪承载力；（2分）而直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件或其他不考虑屈曲后强度的组合梁，则按规定配置加劲肋，并计算各板段的稳定性。（2分） 五、计算题（本大题共2小题，每小题15分，共30分。）

1.如图所示，节点板与柱通过摩擦型高强螺栓连接，已知：F=100kN，摩擦型高强螺栓采用M20，8.8级，预拉力P=125kN，=0.45。验算该连接是否满足要求。

1.将外力向螺栓群形心处简化（2）

螺栓群受剪力V=F=100kN

螺栓群受弯矩M=Fe=100×0.25=25kN.m 2.1号螺栓受力最不利，计算其内力（5）

Nv

V10012.5kN n8

Nt

My12510315037.5kN 222

myi2(2502150)

3.计算单个螺栓的受拉和受剪承载力（5）

Nvb0.9nfP0.910.4512550.625kN Ntb0.8P0.8125100kN

4.验算该连接（3）

NtNv37.512.50.6221.0 bb

10050.625NtNv

或

NV12.5kNNVb0.9nf（P1.25Nt）0.910.45（1251.2537.5）31.64kN

故该连接满足要

2.有一实腹式双轴对称焊接工字形截面轴心受压柱，Q345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，计算长度为lox=12m，loy=4m，截面无削弱，试求该柱能够承受的轴心压力设计值的大小(不考虑柱身及构造自重)。（ [λ]=150，f=310N/mm2） （宽厚比限值：翼缘

b1235h235

：腹板0(250.5)）

(100.1)

tfytwfy

b类截面的稳定系数

解：由题意知l0x=12m，l0y=4m，f=310N/mm2 一、计算截面几何特征（3） A=2×250×12+350×10=9500mm2

Ix

10350322501218122.322951667108mm4

12

122503

Iy23.125107mm4

12

ix

Ix

A

Iy

A

2.322951667108

156.37mm

9500

3.125107

57.35mm

9500

iy

刚度验算（4）

x

y

lx12000

76.74[]150 ix156.37

ly4000

69.75[]150 iy57.35

故构件的刚度满足要求。 局部稳定验算 翼缘宽厚比：

b11255235

10(100.176.7414.58（2） t12345

h0350235

35(250.576.7452.30（2） tw10345

腹板高厚比：

故构件的局部稳定满足要求。

因截面无削弱，故承载力不由强度控制而是由整体稳定控制： 截面对x轴和y轴均为b类，



fy

235

76.74

345

92.98（1） 235

查表得x0.601（3）

NAf0.60195003101769945N1769.945kN

该柱能够承受的轴心压力设计值为1769.945kN。