钢结构模拟试题参

（一）填空题：

1、钢材重量 轻 而强度 高，塑性和韧性 好 ，钢结构的耐热性 好 但防火性 差 。

2、对于一般钢排架和框架结构，由于很难区分产生最大效应的可变荷载，荷载组合系数ψ取   0.85  。

3、衡量钢材塑性性能的主要指标是   伸长率   ；

4、冷作硬化提高了钢材的屈服强度；降低了钢材的　塑性　和　韧性　；

5、钢材发生疲劳破坏的先决条件是 形成裂缝 ；

6、焊接结构在 低 温下容易发生脆断；

7、焊接16Mn钢时，应采用Ｅ50××焊条；

8、工程中采用的10.9级螺栓属于  高 强度螺栓，等级代号中的“10”表示 螺栓材料的最低抗拉强度fu=1000N/mm2，“.9”表示 螺栓材料屈强比为0.9 ；

9、轴压构件腹板局部稳定的保证条件是h0／tw不大于某一限值，此限值和钢材的　屈服强度　有关，与压杆的　最大长细比　有关；

10、在钢梁抗弯强度计算中规定了截面塑性发展系数的限值，而不是完全按塑性铰来设计，这既能充分利用材料的强度性能，又能避免梁的　变形　过大而影响梁的正常使用；

11、梁的腹板的主要作用是抗　剪　；

12、当梁的整体稳定系数φb大于　0.6　时，需用φ'b代替φb，它表明钢梁已经进入　弹塑性　阶段；

13、弯矩绕虚轴作用的格构式压弯构件，其弯矩作用平面外的__整体稳定__可不必验算，但必须计算单肢的稳定性；

14、钢屋盖系统中，　柔性　系杆只能承受拉力，不能承受压力。

15、组合梁是指钢梁和所支承的钢筋混凝土板组成的一个整体而共同 抗弯 的构件。

（二）判断题：（请在题号前的括号内作记号，正确的记“√”，错误的记“×”）

（√）1、钢构件的疲劳破坏，实质上是构件上或构件连接处的微观裂纹与缺陷在连续重复荷载的作用下不断扩展直至断裂破坏的过程。

（√）２、按正常使用极限状态计算时，受弯构件要挠度，受拉、受压构件要长细比；

（√）3、侧面角焊缝主要承受剪应力；

（√）4、当焊缝质量为三级时，对接焊缝的抗拉强度通常只能达到焊件母材抗拉强度的0.85倍；

（×）5、对于轴心受压构件，承载能力极限状态只包括强度计算；

（√）6、材料的屈服点变化对压杆的弹性屈曲承载力影响不大；

（×）7、保证梁的整体稳定的主要措施是在梁的腹板上设置横向加劲肋和纵向加劲肋；

（√）8、实腹式轴心受压柱的组成板件的局部稳定必须得到保证，它也属于承载力极限状态的一部分；

（√）9、轴心受压柱的柱脚一般由靴梁、底板和锚拴等组成；

（√）10、对于直接承受动力荷载的梁，不能考虑截面的塑性发展，按弹性设计；

（×）11、对于任何实腹式构件来说，只要组成板件的局部稳定得到满足，就不会出现整体失稳；

（√）12、对于偏心在实轴上的格构式偏心受压构件，不必验算其弯矩作用平面外的整体稳定，但应验算单肢的稳定性；

（√）13、对于无檩屋盖体系可不设钢屋架上弦的横向水平支撑；

（√）14、在设计钢结构时，必须全面考虑制造、运输和安装等条件；

（√）15、钢管混凝土是指在钢管中浇灌混凝土的构件。

（三）、简答题：

1、简述钢结构的特点及其应用范围。

（钢结构的特点和8个方面的合理应用范围参见教材P2—5）

2、角焊缝构造中对最大焊脚尺寸和最小焊脚尺寸有哪些？

（详见教材P45--46）

3、简述焊接残余应力和残余变形产生的原因。

（产生纵向焊接残余应力和变形的三个原因详见教材P54。产生横向残余应力的主要原因见教材P55）

4、高强螺栓连接有哪两种类型？各自传力的机理有何不同？

（详见教材P32）

5、钢结构制造有哪些工序？

（钢结构制造的各工序参见教材P259--263）

6、简述冷弯薄壁型钢结构的特点。

（详见教材P2--265）

（四）、计算题：

1、根据图示条件，计算该节点角焊缝长度。（采用两侧面焊缝）

已知条件：               　　　　　　　　　　　　　　

N=600KN (静力荷载) ffw＝160  N/mm2  hf＝8 mm, k1＝0.7 ,k2＝0.3

〖解〗1、肢背与肢尖焊缝所受内力：

        N1=k1N=0.7×600=420（kN）

N2=k2N=0.3×600=180（kN）

2、所需有效焊缝长度：

lw1=N1/（2heffw）= 420000/（2×0.7×8×160）= 234 （mm）

lw2=N2/（2heffw）= 180000/（2×0.7×8×160）= 100 （mm）

3、角焊缝实际长度应为：

l1≥lw1+10=234+10=244 mm   取 l1= 250 mm；

l2≥lw2+10=100+10=110 mm   取 l2= 110 mm；

2、试验算下图所示搭接接头的连接强度。连接钢板为－250×12，钢材为Q235（A3），采用M20的8.8集高强度螺栓，孔经22mm。其余条件见图中所示。（钢板表面为喷砂后生赤锈， μ=0.45）

〖解〗：查表3—3，可知：  P= 110 KN

l1= 4×80=320 mm < 15do =330 mm

β = 1

    钢板表面为喷砂后生赤锈， μ=0.45

Nvb=0.9×1×0.45×110 KN =44.55 KN

N = 500 KN < n Nvb=15×44.55 = 668.25 KN

满足螺栓抗剪承载力要求。

   钢板净截面承载力验算：

σ= N’/ An =[N(1－0.5n1/n)]/ An

  = 500×103(1－0.5·3/15)/[(250－3×22)×12]=203.8 N/mm2 < f

连接钢板净截面承载力满足要求。

3、某钢屋架中一轴心受压杆，Ｎ＝1200 KN，l0x=1500mm，l0y=4500mm，采用两根Ｌ160×100×14角钢，短边相连，组成Ｔ形截面，节点板厚12mm，钢材为Ｑ235，（f=215 N/mm2）。试验算该杆是否满足强度、稳定性和刚度要求。（截面如下图所示）

〖解〗1、构件截面几何性质：

查教材附表3—3，可得

惯性半径： iy = 4.63 cm  ix = 3.03 cm 

截面面积： A = 22.8×2 = 45.6 cm2

2、刚度验算：  已知：l0x =1500mm=150cm ;  l0y = 4500 mm=450cm

        λx = lox / ix =150 / 3.03 = 49.5 < [λ]=150  满足刚度要求。

λy = loy / iy =450 / 4.63 = 97.2 < [λ]=150  满足刚度要求。

3、稳定性验算：

   本构件属于b类，按λy = 97.2 查表得 φy = 0.477

N /φy A = 1200000 /（0.477×45.6×102）= 551.7 N /mm2 > f不满足稳定性要求。

4、强度验算：

N /A = 1200000 /45.6×102  = 263 N /mm2 > f不满足强度要求。

4、某工作平台采用普遍工字钢简支梁，梁的跨度为4.0m，间距为2.5m，平台上承受均布永久荷载标准值2.0KN/m（不含梁的自重），均布可变荷载（均为静载）4.5KN/m，该梁跨中无侧向支承，容许相对挠度为1/250。若采用Ｑ235钢材，I22a普通热轧工字钢，是否能够满足强度、稳定性和刚度要求？

已知条件：1、ｆ＝215 N/mm2

          2、I22a普通热轧工字钢的有关参数：

              Wx=309.6cm3  ;  Ix=3406 cm4  ; 

              每米自重：  0.33KN/m

          3、γx＝1.05

〖解〗1、荷载计算

     q = 1.2（2×2.5+0.33）+1.4×4.5×2.5 = 22.146 KN/m

2、内力计算

  Mx = ql2/8 = 22.146×42 / 8 = 44.292 kN·M

3、强度计算

Mx / γx Wx = 44.292×106/（1.05×309.6×103）= 136.3 N /mm2

<ｆ＝215 N/mm2

满足强度条件。

4、稳定性验算。对于型钢截面，只需验算其整体稳定性。

查教材附表2—6  得 φb = 0.93 >0.6

查教材附表2—5  得 φ’ b = 0.742

Mx /φ’ bWx = 44.292×106 /（0.742×309.6×103）= 192.8 N/mm2

<ｆ＝215 N/mm2

满足整体稳定性条件。

5、刚度验算

qk = 2×2.5+0.33+4.5×2.5 = 16.58 kN/M

Mxk= qkl2/8 = 16.58×42 = 33.16 kN·M

v/l= Mxk·l/10EIx=33.16×106×4000/（10×2.06×105×3406×104）

= 1/529 < [v]/l =1/250

满足刚度条件。

5、一箱形截面偏心受压柱，钢材为Q235（A3），截面尺寸如图所示，柱的计算长度为6米，柱中无横向力作用，柱承受轴向内力（设计值）N=3000KN，柱顶截面的弯矩（设计值）M2=450KN·M（绕x—x轴作用），柱底截面的弯矩M1=0。柱的上下两端均可视为无侧移的铰节点。试验算该柱的整体稳定性和各板件的局部稳定性。

〖解〗

1、截面参数：

截面面积：A=2×（14×500+10×500）=24000mm2

截面惯性矩：

Ix=2×5003×10/12 + 2×14×500×2572 + 2×143×500/12 = 1133248000mm4

Iy=2×5003×14/12 + 2×10×500×2052 + 2×103×500/12 = 712000000mm4

截面惯性半径： ix= √Ix/A =217.3 mm    iy= √    Iy/A =172.2mm

截面抗弯系数：W1x=Ix/2 = 1133248000 / 2 = 4292606 mm3

2、构件长细比、稳定系数：（b类）

λx = 6000 / 217.3 = 27.6   φx = 0.944

λy = 6000 / 172.2 = 34.8   φy = 0.919

3、截面内力：

N = 3000 kN   M2 = 450 kN·M   M1 = 0

4、强度计算：

N / A + Mx/γx W1x = 3000×103 /24000 + 450×106 /（1.05×4292606）

                = 125 +99.8 = 224.8 N/mm2 ≈ f = 215 N/mm2

满足强度条件。

5、整体稳定计算；

平面内整体稳定：

公式：N /(φx A) +βmx Mx / [γx W1x(1－0.8 N/NEX)]≤ f

 式中：βmx =0.65 

NEX = π2EA /λx2 = 3.142×206×103×24000 / 27.62 = 056×103 N

N /(φx A) +βmx Mx / [γx W1x(1－0.8 N/NEX)]

       3000000       0.65×450000000 

  = —————— + ————————————————— = 199.8 N/mm2

     0.944×24000      1.05×4292606×(1－3000000×0.8/056000)

< f = 215 N /mm2

   满足平面内稳定条件。

平面外整体稳定：

公式：N /(φyA) +βtx Mx / φb W1x≤ f

 式中：βtx =0.65  φb =1.0（箱形截面）

N /(φyA) +βtx Mx / φb W1x

     3000000    0.65×450000000 

  = ————— + ———————  = 204.2 N/mm2 < f = 215 N /mm2

    0.919×24000     1.0×4292606

满足平面外稳定条件。    

6、局部稳定计算：

W1= Ix /（ho/2）= 1133248000 / 250 = 4532992

σmax = N / A +Mx / W1

= 3000000 / 24000 + 450000000 / 4532992 =224 N /mm2

σmin = N / A －Mx / W1

        = 3000000 / 24000 － 450000000 / 4532992 =26 N /mm2

αo = （σmax－σmin）/σmax =（224－26）/ 224 = 0.88 < 1.6

腹板高厚比：

 ho / tw = 500 / 10 = 50 < 0.8(16×0.88+0.5×30+25) = 54

翼缘板：  bo / t = 400 / 14 = 29 < 40

          b1 / t = 50 / 14 = 3.6 < 15

局部稳定皆能保证。

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以上答案仅供参考。由于未能仔细检查，可能会存在错误。希望学员们在阅读时给予充分注意。并希望给予批评指正。谢谢大家。

                               辅导教师：汤  斌

2002年5月9日

参见《钢结构》自学要求