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1、中南大学现代远程教育课程考试复习题及参考答案钢结构设计原理一、 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
2、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
3、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. 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？23. 压弯构件的整体稳定计算与轴心受压构件有何不同？24. 压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？二、 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=215 N/mm2，=185 N/mm2 。（假定剪力全部由腹板上的焊缝承受）2. 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
4、角。钢材Q235，焊条E43,手工焊。有关强度设计值=160 N/mm2 。3. 设计双角钢拉杆与节点板之间的连接角焊缝计算长度L1=?,L2=?已知：采用三面围焊：hf=6mm,fwf=160N/mm2,N=529kN(静载设计值)4.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N1250kN，（静载设计值），钢材Q235，焊条E43,手工焊。有关强度设计值=215 N/mm2， fwf=160N/mm2。图示尺寸单位mm.(焊缝LW2实际长度取cm整数)5. 设计矩形拼接板与板件用普通螺栓连接的平接接头。（如图所示，单位mm）。已知轴心拉力设计值N=600KN,有关强度设计值：b
5、v=130N/mm2, bc=305 N/mm2,=215 N/mm2。粗制螺栓d=20mm,孔径d0=21.5mm。6.图示一用M20普通螺栓的钢板拼接接头，钢材为Q235，215 N/mm2。试计算接头所能承受的最大轴心力设计值。螺栓M20,孔径21.5mm, bv=130N/mm2, bc=305 N/mm2。7.若上题的拼接接头改用10.9级M20磨擦型高强度螺栓，接触面处理采用钢丝刷清除浮锈。接头所能承受的最大轴心力设计值能增大多少？已知高强度螺栓预拉力设计值P155kN,接触面抗滑移系数。8. 计算图示连接的承载力设计值N。螺栓M20，孔21.5mm,材料Q235A已知：215N/
6、mm2, bv=130 N/mm2, bc=305 N/mm2 。9.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, bv=130N/mm2, bc=305 N/mm2.10.两端铰接轴心受压柱，高9.6m,钢材为Q235，强度设计值=215 N/mm2，采用图示截面，尺寸单位mm,计算可承受外荷载设计值N=？ 注：不计自重 稳定系数 ：7273747576777879800.7390.7320.7260.7200.7140.7070.7010.6940.688 11.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
7、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=67cm2 惯性矩 Iy=11080cm4 IX1=460cm4 12.如图所示为二简支梁截面，其截面面积大小相同，跨度均为12m，跨间无侧向支承点，均布荷载大小亦相同，均作用在梁的上翼缘，钢材为Q235，试比较梁的稳定系数，说明何者的稳定性更好？13. 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：钢材强度设计值f215N/mm2I50a的Ix46470cm4
8、，Wx1860cm3， Iy1120cm4，Wy142cm3整体稳定系数：集中荷载作用于上翼缘 0.5 均布荷载作用于上翼缘 0.4414. 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=102cm2 IX=32240cm4 wx=1430cm3 Iy=855cm4 wy=114cm3材料为Q235,强度设计值=215 N/mm2，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b=0.44.15. 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
9、受的最大轴心拉力设计值。已知：, =215 N/mm2 。16. 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q6.24kN/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：, =215 N/mm2 。 钢结构设计原理复习题参考答案一、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
10、、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88hf 、40mm 60 hf9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限制宽厚比、设置加劲肋二、问答题1 钢结构具有的特点：钢材强度高，结构重量轻钢材内部组织比较均匀，有良好的塑性和韧性钢结构装配化程度高
11、，施工周期短钢材能制造密闭性要求较高的结构钢结构耐热，但不耐火钢结构易锈蚀，维护费用大。2 钢结构的合理应用范围：重型厂房结构大跨度房屋的屋盖结构高层及多层建筑轻型钢结构塔桅结构板壳结构桥梁结构移动式结构3 钢结构对材料性能的要求：较高的抗拉强度fu和屈服点fy较好的塑性、韧性及耐疲劳性能良好的加工性能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：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
12、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。影响钢材疲劳的主要因素是应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）以及应力循环次数。7 选用钢材通常考虑的因素有：结构的重要性荷载特征连接方法结构的工作环境温度结构的受力性质8 钢结构常用的连接方法有：焊接连接、铆钉连接和螺栓连接三种。焊接的优点：不需打孔，省工省时；任何形状的构件可直接连接，连接构造方便；气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性能较好。焊接的缺点: 焊缝附近有热影响区，材质变脆；焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，残余变形使结构形状
13、、尺寸发生变化；焊接裂缝一经发生，便容易扩展。铆钉连接的优点:塑性、韧性较好，传力可靠，连接质量易于检查。 铆钉连接的缺点:因在构件上需打孔，削弱构件截面；且铆接工艺复杂，技术要求高。螺栓连接的优点：具备铆钉连接塑性、韧性好，传力可靠的优点，又兼备安装拆卸方便，可以多次重复使用的优点，且连接变形小。9 焊缝可能存在的缺陷有裂纹、气孔、夹碴、烧穿、咬边、未焊透、弧坑和焊瘤。10 焊缝质量分为三个等级。三级质量检查只对全部焊缝进行外观缺陷及几何尺寸检查，其外观可见缺陷及几何尺寸偏差必须符合三级合格标准要求；二级质量检查除对外观进行检查并达到二级质量合格标准外，还需用超声波或射线探伤20焊缝，达到B
14、级检验级合格要求；一级质量检查除外观进行检查并符合一级合格标准外，还需用超声波或射线对焊缝100探伤，达到B级检验级合格要求；（见钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001）11. 对接焊缝的构造要求有：一般的对接焊多采用焊透缝，只有当板件较厚，内力较小，且受静载作用时，可采用未焊透的对接缝。为保证对接焊缝的质量，可按焊件厚度不同，将焊口边缘加工成不同形式的坡口。起落弧处易有焊接缺陷，所以要用引弧板。但采用引弧板施工复杂，因此除承受动力荷载外，一般不用引弧板，而是计算时为对接焊缝将焊缝长度减2t（t为较小焊件厚度）。对于变厚度（或变宽度）板的对接，在板的一面（一侧）或两面（两侧）切成坡度不大于1:2.5的斜面，避免应力集中。当钢板在纵横两方向进行对接焊时，焊缝可采用十字形或T形交叉对接，当用T形交叉时，交叉点的间距不得小于200mm。12. 角焊缝的计算假定是：破坏沿有效载面；破坏面上应力均匀分布。 13. 钢材在施焊过程中会在焊缝及附近区域内形成不均匀的温度场，在高温区产生拉应力，低温区产生相应的压应力。在无外界约束的情况下，焊件内的拉应力和压应力
