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1、哈工大2006年春季学期钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计试试题题题号一二三四五六七八九十总分分数一、一、单向选择题单向选择题(每题每题 2 2 分，共分，共 2020 分分)1关于建筑结构钢材的优缺点，下列说法中错误的是【C】A.钢材的强度较高，结构自重轻B.钢材具有良好的冷加工和热加工性能C.钢结构的耐腐蚀性能很好，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2钢结构设计中，对下列哪一项内容需按正常使用极限状态进行验算【A】A.构件的变形B.构件的强度C.构件的疲劳强度D.构件的整体稳定3为防止厚钢板在焊接时或承受厚度方向的拉力时发生层状撕裂，必须测试钢材的【D】A
2、.抗拉强度 fuB.屈服点 fyC.冷弯 180试验D.Z 向收缩率4不同质量等级(A、B、C、D)的同一类钢材，下列哪项力学指标不同【B】A.抗拉强度 fuB.冲击韧性 AKC.伸长率D.屈服点 fy5对于普通螺栓连接，限制端距 e2d0的目的是为了避免【D】A.螺栓杆受剪破坏B.板件被拉断破坏C.板件受挤压破坏D.板件端部冲剪破坏6如图所示承受静力荷载的 T 形连接，采用双面角焊缝，按构造要求所确定的合理焊脚尺寸应为【B】A.4mmB.6mmC.8mmt=8mmD.10mmt=6mm第第 1 1 页页（共（共 8 8 页）页）草纸（草纸内不得答题）试试 题：钢结构基本原理及设计题：钢结构基
3、本原理及设计第第 2 2 页页（共（共 8 8 页）页）7初始弯曲和荷载的初始偏心对轴心受压构件整体稳定承载力的影响为【A】A.初弯曲和初偏心均会降低稳定承载力B.初弯曲和初偏心均不会影响稳定承载力C.初弯曲将会降低稳定承载力，而初偏心将不会影响稳定承载力D.初弯曲将不会影响稳定承载力，而初偏心将会降低稳定承载力8保证焊接组合工字型截面轴心受压柱翼缘板局部稳定的宽厚比限值条件，是根据矩形板单向均匀受压时下列哪种边界条件确定的【C】A.两边简支、一边自由、一边弹性嵌固B.两边简支、一边自由、一边嵌固C.三边简支、一边自由D.四边均为简支9梁腹板屈曲后强度产生的原因是【B】A.腹板屈曲后产生钢材的
4、弹塑性强化，能够继续承担更大的荷载B.腹板屈曲后产生薄膜拉力场，牵制了板变形的发展，存在继续承载的潜能C.腹板屈曲后产生复杂的应力状态，提高了钢材的屈服点D.由于横向加劲肋的存在，提高了腹板局部稳定承载力10图示的普通钢屋架角钢的四种切断形式中，绝对不允许采用的是【D】A.(a)B.(b)C.(c)(a)(b)D.(d)(c)(d)二、填空题填空题(每空每空 1 1 分，共分，共 1515 分分)1在普通碳素结构钢的化学成分中加入适量的硅、锰等合金元素，将会提高钢材的强度。2钢材经过冷加工后，其强度和硬度会有所提高，却降低了塑性和韧性，这种现象称为钢材的冷作硬化。3调质处理的低合金钢没有明显的
5、屈服点和塑性平台，这类钢材的屈服点被定义为：单向拉伸并卸载后，试件中残余应变为0.2%时所对应的应力，也称为名义屈服点。4高强度低合金钢的焊接性能是通过碳当量指标来衡量的。草草纸纸（草纸内不得答题）试试 题：钢结构基本原理及设计题：钢结构基本原理及设计5循环荷载次数一定时，影响焊接结构疲劳寿命的最主要因素是应力幅和构件或连接的构造形式。6在对焊缝进行质量验收时，对于三级焊缝，只进行外观检查即可。7对于实腹式轴心受压柱，残余应力的存在通常会降低构件的稳定承载力。8在高强度螺栓的受剪连接中，当螺栓直径和规格均相同时，摩擦型连接单个螺栓的抗剪承载力一般会低于承压型连接。9对于单轴对称的轴心受压构件，
6、绕非对称主轴屈曲时，会发生弯曲屈曲；而绕对称主轴屈曲时，由于截面重心与弯曲中心不重合，将发生弯扭屈曲现象。10当梁的整体稳定验算不能满足要求时，可以采用加强受压翼缘的办法来提高稳定承载力。11梁的整体稳定系数b大于 0.6 时，需用b代替b，它表明此时梁已经进入_弹塑性_阶段。12弯矩绕虚轴作用的双肢格构式压弯构件，采用缀条式格构柱，其分肢的稳定应按轴心受压构件进行验算。13梯形钢屋架支座底板的厚度是由底板的抗弯强度确定的。14 在钢屋架的受压杆件设计中，确定双角钢截面形式时，应采用等稳定原则。15设杆件节点间的几何长度为 l，则梯形钢屋架的支座斜杆在屋架平面内的计算长度为杆件几何长度。三、三
7、、简答题简答题(每题每题 7 7 分，共分，共 2121 分分)1轴心受压柱典型的柱头形式如图所示。请标出图中未给出的零件名称(共有 3 处)，并写出此柱突缘板头节点的传力途径。11垫圈顶板与加劲肋焊缝 hf1构造螺栓加劲肋与柱腹板焊缝 hf2柱加劲肋突缘(N)端面垫板 端面端面承压焊缝 hf2垫板承压承压柱顶板或焊缝h(每步 1 分，共 4 分)f1柱加劲肋 柱身柱顶板11第第 3 3 页页（共（共 8 8 页）页）草草纸纸（草纸内不得答题）试试 题：钢结构基本原理及设计题：钢结构基本原理及设计2简述梁腹板设置加劲肋的原则。(不考虑梁的屈曲后强度)2351)当h0/tw80时，c 0腹板局部
8、稳定能够保证，不必配置加劲肋；对吊车梁及类似构件fy（c 0），应按构造配置横向加劲肋。(2 分)第第 4 4 页页（共（共 8 8 页）页）2)当h2350/tw80f时，应配置横向加劲肋。(2 分)y3)当h2350/tw170f（受 压 翼 缘 扭 转 受 到 约 束，如 连 有 刚 性 铺 板 或 焊 有 铁 轨 时）或yh2350/tw150f（受压翼缘扭转未受到约束时），或按计算需要时，除配置横向加劲肋外，还y应在弯矩较大的受压区配置纵向加劲肋。局部压应力很大的梁，必要时尚应在受压区配置短加劲肋。(2 分)梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋。3双轴对称工字形
9、实腹式单向压弯构件有哪几种失稳形式？并简要说明它们是如何产生的。1）失稳形式：单向压弯构件的整体失稳分为弯矩作用平面内和弯矩作用平面外两种情况（1 分），弯矩作用平面内失稳为弯曲屈曲（1 分），弯矩作用平面外失稳为弯扭屈曲（1 分）。2）产生原因：平面内失稳时：直杆在偏心压力作用下，弯矩作用平面内构件挠度随压力的增加而增大，且呈非线性地增长，这是由于二阶效应的影响。最后达到偏心压力的极值点，失去平面内稳定，不存在分枝现象。（2 分）平面外失稳时：假如构件没有足够的侧向支撑，且弯矩作用平面内稳定性较强。无初始缺陷时，压力作用下，构件只产生弯矩平面内的挠度，当压力增加到某一临界值Ncr之后，构件会
10、突然产生弯矩作用平面外的弯曲变形和整体扭转，发生了弯扭失稳，是一种分枝失稳。有初始缺陷压弯构件在弯矩作用平面外失稳为极值失稳，无分枝现象。（2 分）草草纸纸（草纸内不得答题）试试 题：钢结构基本原理及设计题：钢结构基本原理及设计四、四、计算题计算题(共共 4444 分分)1如图所示钢板与工字形柱采用双面角焊缝 T 形连接，hf8mm，其它尺寸已在图中给出，钢板承受一个斜向拉力 F500KN 的作用（静力荷载），钢材 Q235B，焊条 E43 系列，fw160N/mm2f。试验算此连接能够满足强度要求。（10 分）工字形柱800205002354F解：力系分解：水平轴心力：N Fsin50035
11、300KN(1 分)剪力：V Fcos50045 400KN(1 分)弯矩：M Fesin5003550 15000KN mm(1 分)角焊缝有效截面的几何特征：面积：A0.7hflw 20.78(200228)4300.8mm2(1 分)惯性矩：I 21120.78(200228)35.2848107mm4(1 分)抵抗矩：W I5.2848107(2008)192 2.7525105mm3(1 分)在水平轴心力作用下：NNfA3000004300.8 69.75N/mm2(1 分)在弯矩作用下：MM15000fW10002.752510554.50N/mm2(1 分)在剪力作用下：VV40
12、0000fA4300.893.00N/mm2(1 分)所以：22NMff50fV269.7554.f1.2293.002137.9N/mm2 fwf160第第 5 5 页页（共（共 8 8 页）页）草草纸纸（草纸内不得答题）试试 题：钢结构基本原理及设计题：钢结构基本原理及设计2如图所示两个工字形梁通过端板使用高强螺栓连接，计算高强螺栓连接的强度能否满足要求。采用 10.9 级高强螺栓承压型连接，螺栓直径20mm，有效面积 Ae=2.45cm2，fvb 310N/mm2，ftb 500N/mm2；端板采用 Q235B 级钢，厚度均为 22mm，fbc2 470N/mm。已知内力设计值 V300
13、KN，M90KN m。（10 分）t=22mmVM解：最上排螺栓为受力最大螺栓，所受拉力和剪力分别为：拉力：N My1y2901000170t103.4KNi22(9021702)剪力：NVvn3008 37.5KNNbnbvvAefv1245310 75950N 75.95KNNbbt Aeft 245500 122500N 122.5KNNbc dt fbc 2022470 206800N 206.8KN2222所以Nv Nt Nb37.5 103.4 vNbt75.95122.50.981满足要求Nv 37.5KN Nbc/1.2 206.8/1.2 172.3KN满足要求35 130
14、350808108(1 分)(1 分)(2 分)(2 分)(2 分)(1 分)(1 分)第第 6 6 页页（共（共 8 8 页）页）草草纸纸（草纸内不得答题）试试 题：钢结构基本原理及设计题：钢结构基本原理及设计3已知 6m 跨简支梁采用双轴对称截面，梁的上翼缘承受如图所示均布荷载作用，试通过梁的强度和整体稳定计算，来确定此梁所能承受的荷载设计值 q。(可忽略自重)(10 分)（提示：钢材Q235B 级，f 215N/mm2，fv125N/mm2，x1.05。截面特性：A 7056mm2，Ix 2.0723108mm4，Wx1.036106mm3，Iy1.6107mm4，2tl1t14320
15、Ah235y 1531Sx 5.71610 mm，bb2 0.690.13，bbyWx4.4hfyb1h1.070.282yb）qbt=12mmt=6mmxx0046000t=12mmy200解：梁端最大剪力V 12ql，跨中最大弯矩：M 18ql2(1 分)VS8xqlSx2Ixtwfv22.072310I f6125maxv q1590.63KN/m(2 分)xtw2IxtwlSx60005.71610M8xWxf81.051.036106215ql2max f q2l26000251.97KN/m(2 分)xWx8xWxl1t1b600012 0.9b 0.690.13 0.690.13
16、0.9 0.8071h200400iIyA1.6107y7056 47.6y l1/iy 6000/47.6 1264320 Ahbb212yt1235yWx4.4hbfy(2 分)0.80743201262705640021.036106112612 02354.4400 0.7892351.070.2820.282b1.07 0.712(1 分)b0.789M8bWxf80.712Wql2 f q1.03610621532235.24KN/m(2 分)bx8bWxl6000所以q minq1,q2,q3 35.24KN/m第第 7 7 页页（共（共 8 8 页）页）草草纸纸（草纸内不得答题
17、）试试 题：钢结构基本原理及设计题：钢结构基本原理及设计4 某工作平台的轴心受压柱，承受的轴心压力设计值 N2800KN（包括柱身等构造自重），计算长度 l0 x=l0y=7.2m。钢材采用 Q235B，柱截面无削弱。设计成如图所示的两热轧普通工字钢组成的双肢缀条柱，试验算此格构柱的整体刚度、整体稳定与分肢稳定。（14 分）（已知：2I36a 的截面面积 A=276.44=152.88cm2，iy=14.38cm；分肢对自身 1-1 轴的惯性矩 I1=554.9cm4，回转半径 i1=2.69cm；单根缀条角钢 L454 的截面面积 At=3.49cm2；所有钢材均选用 Q235B 钢，f=2
18、15N/mm2。）303540450.9360.9180.8990.878L454x105055606545230.8560.8330.8070.780yy7075808502I36a0.7510.7200.6880.6553x16832068320解：1）绕实轴的刚度和整体稳定的验算：l0yyi72014.3850.1150刚度满足。查表得到：y 0.856(2 分)yN2800103 214.0N/mm2 f 215N/mm2满足要求。(2 分)yA0.856152882）绕虚轴的刚度和整体稳定验算：绕虚轴惯性矩：IAx 2I12(320/2)2 2544.976.44(32/2)2 40
19、227cm4(1 分)绕虚轴回转半径：ixIx/A 40227/152.88 16.22cm(1 分)长细比：xl0 xi72022 44.4(1 分)x16.换算长细比2x27AA44.4227152.880 x3.4950.6150刚度满足。(1 分)1x2查表得到：x 0.854(1 分)NA28001030.85415288 214.5N/mm2 f 215N/mm2满足要求。(2 分)x3）分肢的稳定验算：l32101i11.9 0.7max 0.750.6 35.4，所以分肢稳定满足规范要12.69求。(3 分)第第 8 8 页页（共（共 8 8 页）页）草草纸纸（草纸内不得答题）
20、试试 题：钢结构基本原理及设计题：钢结构基本原理及设计3已知 6m 跨简支梁采用双轴对称截面，梁的上翼缘承受如图所示均布荷载作用，试通过梁的强度和整体稳定计算，来确定此梁所能承受的荷载设计值 q。(可忽略自重)(10 分)（提示：钢材Q235B 级，f 215N/mm2，fv125N/mm2，x1.05。截面特性：A 7056mm2，Ix 2.0723108mm4，Wx1.036106mm3，Iy1.6107mm4，2tl1t14320 Ah235y 1531Sx 5.71610 mm，bb2 0.690.13，bbyWx4.4hfyb1h1.070.282yb）qbt=12mmt=6mmxx
21、0046000t=12mmy200解：梁端最大剪力V 12ql，跨中最大弯矩：M 18ql2(1 分)VS8xqlSx2Ixtwfv22.072310I f6125maxv q1590.63KN/m(2 分)xtw2IxtwlSx60005.71610M8xWxf81.051.036106215ql2max f q2l26000251.97KN/m(2 分)xWx8xWxl1t1b600012 0.9b 0.690.13 0.690.130.9 0.8071h200400iIyA1.6107y7056 47.6y l1/iy 6000/47.6 1264320 Ahbb212yt1235yWx
22、4.4hbfy(2 分)0.80743201262705640021.036106112612 02354.4400 0.7892351.070.2820.282b1.07 0.712(1 分)b0.789M8bWxf80.712Wql2 f q1.03610621532235.24KN/m(2 分)bx8bWxl6000所以q minq1,q2,q3 35.24KN/m第第 7 7 页页（共（共 8 8 页）页）草草纸纸（草纸内不得答题）试试 题：钢结构基本原理及设计题：钢结构基本原理及设计4 某工作平台的轴心受压柱，承受的轴心压力设计值 N2800KN（包括柱身等构造自重），计算长度 l0
23、 x=l0y=7.2m。钢材采用 Q235B，柱截面无削弱。设计成如图所示的两热轧普通工字钢组成的双肢缀条柱，试验算此格构柱的整体刚度、整体稳定与分肢稳定。（14 分）（已知：2I36a 的截面面积 A=276.44=152.88cm2，iy=14.38cm；分肢对自身 1-1 轴的惯性矩 I1=554.9cm4，回转半径 i1=2.69cm；单根缀条角钢 L454 的截面面积 At=3.49cm2；所有钢材均选用 Q235B 钢，f=215N/mm2。）303540450.9360.9180.8990.878L454x105055606545230.8560.8330.8070.780yy7
24、075808502I36a0.7510.7200.6880.6553x16832068320解：1）绕实轴的刚度和整体稳定的验算：l0yyi72014.3850.1150刚度满足。查表得到：y 0.856(2 分)yN2800103 214.0N/mm2 f 215N/mm2满足要求。(2 分)yA0.856152882）绕虚轴的刚度和整体稳定验算：绕虚轴惯性矩：IAx 2I12(320/2)2 2544.976.44(32/2)2 40227cm4(1 分)绕虚轴回转半径：ixIx/A 40227/152.88 16.22cm(1 分)长细比：xl0 xi72022 44.4(1 分)x16.换算长细比2x27AA44.4227152.880 x3.4950.6150刚度满足。(1 分)1x2查表得到：x 0.854(1 分)NA28001030.85415288 214.5N/mm2 f 215N/mm2满足要求。(2 分)x3）分肢的稳定验算：l32101i11.9 0.7max 0.750.6 35.4，所以分肢稳定满足规范要12.69求。(3 分)第第 8 8 页页（共（共 8 8 页）页）草草纸纸（草纸内不得答题）