钢结构设计原理试卷2013

西南交通大学2013－2014学年第(一)学期考试试卷 课程代码 0171060 课程名称 钢结构设计原理 考试时间 120分钟 题号 一 二 三 四 五 总成绩 得分 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．下列情况中，属于正常使用极限状态的情况是 （D ） A 强度破坏 B 丧失稳定 C 连接破坏 D 动荷载作用下产生较大的振动 2．下列中的哪一种元素可以引起钢材热脆现象 （D ）。 A ．C B ．P C ．Mn D ．S 3. 钢结构一般不会因偶然超载或局部超载而突然断裂破坏，这是由于钢材具有（A ） A 良好的塑性 B 良好的韧性 C 均匀的内部组织 D 良好的弹性 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．应力循环特征值（应力比）ρ=σmin/σmax 将影响钢材的疲劳强度。在其它条件完全相同情况下，下列疲劳强度最低的是 （A ） A 对称循环ρ=-1 B 应力循环特征值ρ=+1 C 脉冲循环ρ=0 D 以压为主的应力循环 6.对于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 D.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 7．螺栓的性能等级为“10.9”级，描述该螺栓材料性能时，下列中的不正确的一项是(C)。 A ．螺栓材料的抗拉强度1040N/ mm2； B ．螺栓材料的屈服强度900N/mm2； C ．螺栓材料的屈服强度1040N/ mm2； D ．螺栓材料的屈强比为0.9 。 8.摩擦型高强度螺栓承受剪力的设计准则是指（C ） 班 级

学 号

姓 名

密

封

装订

线

密封

装

订

线

密封

装

订

线

B.板件不发生承压破坏

C.外剪力不超过摩擦力

D.栓杆不发生受弯破坏

9. 规范规定普通螺栓抗拉强度设计值只取螺栓钢材抗拉强度设计值的0.8倍，是因为（C）

A偏安全考虑 B考虑实际作用时可能有偏心的影响

C撬力的不利影响 D上述A、B、C

10．随着钢材中含碳量的提高，正确描述其性能变化的是下列中哪一项（A）。

A．强度提高，而塑性和韧性下降

B．强度提高，塑性和韧性也同时提高

C．强度降低，塑性和韧性也同时降低

D．强度降低，而塑性和韧性提高

11.构造上对螺栓连接端距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

C.焊前预热

D.焊后回火

13．大偏心受拉的普通螺栓连接计算时，其“中性轴”位置为（B）。

A．受拉边缘一排螺栓处 B．受压边缘一排螺栓处

C．螺栓群重心轴上 D．连接构件受压边缘处

14．以下哪一种应力状态最容易产生脆断（C）

A．单向压应力状态 B．单项拉应力状态

C.三向拉应力状态 D．三向压应力状态

15. 宽大截面轴心受压钢构件腹板局部稳定的处理方法：当构件的强度、整体稳定、刚度

绰绰有余时，应采用（C）

A增加腹板厚度以满足宽厚比要求 B设置纵向加劲肋

C任凭腹板局部失稳 D设置纵向加劲肋、横向加劲肋和短加劲肋

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. 工字形组合截面吊车钢梁在进行抗弯强度计算时，截面塑性部分发展系数取值为（A）

Aγx=γy=1.0 Bγx=1.05, γy=1.2

Cγx=1.15, γy=1.2 Dγx=1.05, γy=1.15

18．简支钢梁在不同荷载作用下最大弯矩相同，下列那种荷载作用下其整体稳定承载力最大（B）。

A．均布荷载B．集中荷载作用在梁跨中

C．集中荷载分别作用在梁跨1/3处

D．集中荷载分别作用在梁跨中及1/4处

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

C.局部稳定验算

D.刚度验算

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.最大拉应力值

C.应力幅

D.循环荷载重复次数

2.受剪普通螺栓连接在以下的破坏形态中，可以通过连接构造方式来防止的有（DE）

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. 无削弱实腹轴心压杆验算时应计算下列那几种要求（BCD）。

A. 强度

B. 刚度

C. 整体稳定

D. 局部稳定

5. 关于建筑结构钢材的特点，下列说法中正确的是(ABD)。

A. 钢材具有良好的塑性和韧性

B. 钢材具有良好的焊接性能，采用焊接结构可以使钢结构的连接大为简化

C. 钢结构的耐腐蚀性很好，适合在各种恶劣环境中使用

D. 钢结构的耐热性很好，但耐火性能很差

三、判断改错题（本大题共5小题，每小题3分，共15分。判断正误，将正确的划上“√”，错误的划“×”，并改正错误。）

1.钢结构的疲劳计算方法为容许应力法。（√）

2. 轴心受压构件的强轴方向满足整体稳定，则弱轴方向也一定满足整体稳定。（×）

改为“轴心受压构件的整体失稳先出现在弱轴方向。”

3.计算钢梁剪应力强度时，可采用全截面尺寸（即不必扣除截面削弱）。（√）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弯曲变形的不利影响。（×）

改为“剪切变形。”

5.任何螺栓连接的构件，由于孔洞对构件截面有削弱，所以强度验算只需要对净截面进行。（×）改为“高强摩擦型螺栓除外。”

四、简答题（本大题共5小题，每小题5分，共25分。）

1. 防止脆性断裂的措施有哪些？

答：防止脆性断裂的关键是在设计、制造和使用钢结构时，要注意改善构造的形式，降低应力集中程度；尽量避免和减少焊接残余应力及其它工艺引起的残余应力；选用冷脆转变温度低的钢材（即保证负温冲击韧性指标）；尽量采用薄钢板；避免突然荷载和结构的损伤等。

2.影响结构钢材力学性能的主要因素有哪些？

答：化学成分、冶金缺陷、钢材的硬化、温度影响、应力集中、热处理、重复荷载。

3.对直接受动力荷载作用的钢梁，规范规定如何在腹板设置加劲肋？

教材P190页。

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、构件初弯曲和构件的初偏心。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，并计入残余应力的影响，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）。

5.钢梁稳定承载力受多个因素影响，具体说明是哪些因素并如何影响。

答：影响钢梁稳定承载力的主要因素有：

（1）梁的截面形状和尺寸，即梁的侧向抗弯刚度EI y、抗扭刚度GI t越大，临界弯矩M cr越大；（2）荷载的种类和荷载作用位置。荷载产生的弯矩图越饱满(接近纯弯曲时的弯矩图), 临界弯矩M cr越小, 纯弯曲时的M cr越最小；荷载作用于下翼缘比作用于上翼缘梁的临界弯矩M cr大；

（3）梁受压翼缘的自由长度l1越大，临界弯矩M cr越小。

五、计算题（本大题共2小题，第1小题10分，第2小题20分，共30分。）

1.如图牛腿用8.8级M20摩擦型高强螺栓与钢柱相连，螺栓预拉力P=125kN ，接触面为喷砂后涂无机富锌漆μ=0.40，钢材为Q345,验算连接是否安全。

解：该连接为螺栓群受拉、剪共同作用

1.将外力向螺栓群形心处简化

螺栓群受剪力V=F=100kN

螺栓群受弯矩M=Fe=100×0.20=20kN.m

2.1号螺栓受力最不利，计算其内力 剪力：1001010

v V N kN n ===（1分) 拉力：kN n N N N 1510

150===（1分) 6222201014028.622(70140)M

i i My N kN y ××===×+∑（1分) =t N 28.6+15=43.6kN （1分)

3.计算单个螺栓的受拉和受剪承载力

0.90.910.4012545b v f N n P

kN µ==×××=（2分) kN P N b t 1001258.08.0=×==（2分)

4.验算该连接

43.6150.769 1.010045

t v b b t v N N N N +=+=<（2分)

或150.9 1.250.910.4125 1.2543.625.38b V V f t N kN N n P N kN µ=<=−=×××−×=（）（）

=t N 28.6+15=43.6kN<0.8P=100kN

故该连接满足要求。

2.图示焊接箱形截面轴心受压柱，柱截面无削弱，承受轴向压力设计值N=6000KN ，柱高6m ，两端铰接。钢材为Q235，f= 215N/mm 2，λ=【150】，要求： （1）验算此柱是否合格；

（2）计算此柱最大承载力设计值Nmax （不考虑柱身及构造自重）；

（3）若钢材改用Q345钢（f= 310N/mm 2），按整体稳定要求确定此柱最大承载力设计值Nmax 。

（宽厚比限值为：翼缘板

0b t ≤

，腹板0w h t ≤

（图中单位为毫米）

由于柱截面无削弱，强度无需验算。（1分) A=2×50×1.6+2×46×1.6=307.2cm 2（1分) Ix=1/12(50×49.23−46.8×463=116621cm 4（1分) Iy=1/12(49.2×503−46×46.83=119571cm 4 （1分)

19.48cm （1分)

19.73cm （1分)

λx=l 0/ix=600/19.48=30.8（1分) λy=l 0/iy=600/19.73=30.4（1分)

λmax=30.8<[λ]=150，刚度合格。（1分)

翼缘板

046829.254016b t ==≤=（2分)

腹板

046028.84016w h t ==≤=

，（2分)局部稳定合格。

max(,30.8x y λλ= 0.933ϕ=（1分)

2260001000209.34/215/0.933307.2100

N N mm f N mm A σϕ×=

==<=××（2分) 整体稳定合格。 最大承载力设计值

23max 0.933307.210215106162N Af KN ϕ−==××××=（1分) 改为Q345钢材，f=310N/mm 2

max(,30.837.3x y λλ=

= 0.909ϕ=（2分) 23max 0.909307.210310108657N Af KN ϕ−==××××=（1分)