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钢结构复习题一、 填空题l 结构有哪两种极限状态： 承载能力极限状态 ，正常使用极限状态l 工程结构必须具备哪些功能：安全性，使用性，耐久性，总称为结构的可靠性l 疲劳破坏的三个阶段：裂纹的形成，裂纹的缓慢扩展，迅速断裂l 钢材的选择： 结构的重要性，荷载的性质，连接方法，工作环境，钢材厚度l 焊缝连接形式： 对接 搭接 T形连接 角部连接l 焊缝残余应力： 纵向焊接残余应力，横向，厚度方向 。产生原因：焊接加热和冷却过程中不均匀收缩变形l 梁的刚度用梁在标准荷载作用下的挠度来衡量l 抗剪螺栓破坏形式：螺栓杆剪断，孔壁压坏，板被拉断，板端剪断，螺杆弯曲l 承受动力荷载作用的钢结构，应选用 塑性，冲击韧性好 的钢材。l 冷作硬化会改变钢材的性能，将使钢材的 屈服点 提高，塑性和韧性 降低。l 钢材五项机械性能指标是 屈服强度、抗拉强度、冷弯性、伸长率、冲击韧性。l 钢材中氧的含量过多，将使钢材出现 热脆 现象。l 钢材含硫量过多，高温下会发生 热脆 ，含磷量过多，低温下会发生 冷脆 。l 时效硬化(老化)会改变钢材的性能，将使钢材的 强度 提高， 塑性韧性 降低。l 钢材在250C度附近有 抗拉强度、硬度 提高 伸长率 降低现象，称之为蓝脆现象。l 钢材的冲击韧性值越大,表示钢材抵抗脆性断裂的能力越 强 。l 钢材牌号Q235BF,其中235表示 屈服强度 ,B表示 质量等级B级 ,F表示 沸腾钢 。l 钢材的三脆是指 热脆 、 冷脆 、 蓝脆 。l 焊接结构选用焊条的原则是,计算焊缝金属强度宜与母材强度 相适应 。l 钢材中含有C、P、N、S、O、Cu、Si、Mn、V等元素,其中 S P O N 为有害的杂质元素。l 衡量钢材塑性性能的主要指标是 伸长率 。l 结构的可靠指标越大,其失效概率越 小 。l 承重结构的钢材应具有 屈服强度、 抗拉强度 、 伸长率 和 冷弯性 、 硫磷极限含量 的合格保证,对焊接结构尚应具有 含碳量 的合格保证;对于重级工作制和起重量对于或大于50 t中级工作制焊接吊车梁类似结构的钢材,应具有 常温冲击韧性 的保证。l 冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下 塑性变形能力 和 钢材质量 的综合指标l 薄板的强度比厚板略 高 。l 采用手工电弧焊焊接Q345钢材时应采用 E50 焊条。l 焊接残余应力不影响构件的 强度。l 角焊缝的最小计算长度不得小于和焊件厚度。l 承受静力荷载的侧面角焊缝的最大计算长度是60hf。l 在螺栓连接中，最小端距是 2d0 l 在螺栓连接中，最小栓距是 3d0l 普通螺栓连接,当板叠厚度t5d时 (d螺栓直径),连接可能产生 栓杆受弯 。l 钢材的抗剪强度与屈服点的关系式是 fv=0.58fyl 单个普通螺栓承压承载力设计值，式中表示 受力方向承压构件总厚度的最小值l 普通螺栓连接靠 螺栓杆 传递剪力；摩擦型高强度螺栓连接靠 摩擦力 传递剪力。l 手工焊焊接Q235钢，一般采用 E43 型焊条。焊接结构在焊缝附近形成热影响区,该区材质 存在缺陷 。l 侧面角焊缝连接或正面角焊缝的计算长度不宜 60hf。l 承压型高强度螺栓仅用于 承受非动力荷载 结构的连接中。l 承受动力荷载的侧面角焊缝的最大计算长度是 40hf 。l 轴心受压构件的承载能力极限状态有 强度 和 稳定性 。l 格构式轴心受压构件的等稳定性的条件 绕虚轴和绕实轴的长细比相同 。l 双轴对称的工字型截面轴压构件失稳时的屈曲形式是 弯曲 屈曲。l 单轴对称截面的轴心受压构件，当构件绕对称轴失稳时发生 弯扭 屈曲。l 轴心受压构件的缺陷有 残余应力 、 初始偏心 、 初始曲率 。l 轴心受压构件的屈曲形式有 弯曲屈曲 、 扭转屈曲 、 弯扭屈曲 。l 对于缀板式格构柱，单肢不失稳的条件是 单支稳定承载力不小于整体稳定承载力 ，且不大于 容许长细比 。l 缀条式格构柱的缀条设计时按 轴心受力 构件计算。l 对于缀条式格构柱，单肢不失稳的条件是 单支稳定承载力不小于整体稳定承载力 。l 为做到轴心受压构件对两主轴的等稳定，应使 两主轴方向长细比相同 。l 轴压柱的柱脚中锚栓直径应 根据构造 确定。l 在轴心压力一定的前提下,轴压柱脚底板的面积是由 基础砼的局压强度 决定的。l 工字形轴压构件翼缘局部稳定保证条件是根据 三边简支一边自由的均匀受压板 导出l 为保证组合梁腹板的局部稳定性,当满足时,应 设置横向加劲肋 。l 焊接工字形梁腹板高厚比时，为保证腹板不发生局部失稳，应设置 横向加劲肋 和 纵向加劲肋。l 梁的最小高度是由 强度 控制的。l 组合梁的局稳公式是按 限制受压翼缘板的宽厚比和腹板的高厚比 原则确定。l 支承加劲肋应验算的内容是 在腹板平面外的稳定性 、 承压强度计算 、 与腹板的连接焊缝计算 。l 钢梁在集中荷载作用下，若局部承压强度不满足应采取的措施是 设置支撑加劲肋 。l 按正常使用极限状态计算时,受弯构件要限制 挠度 ，拉、压构件要限制 长细比 。l 荷载作用在上翼缘的梁较荷载作用在下翼缘的梁整体稳定承载力 高 。l 承受静力荷载或间接承受动力荷载的工形截面压弯构件，其强度计算公式中，塑性发展系数x取_1.05 。l 工字形受弯构件翼缘板的局部稳定保证条件是根据_单向均匀受压板的临界力_导出的。l 组合梁腹板与翼缘间的连接焊缝受_剪_；当该焊缝为角焊缝时,最大计算长度 60hf 。l 轴心受力构件的截面形式有：热轧型刚截面 ，冷弯薄壁型刚截面 ，组合截面二、选择题1钢材的性能因温度而变化，在负温范围内钢材的塑性和韧性（ B ）A不变 B降低 C升高 D稍有提高，但变化不大2体现钢材塑性性能的指标是（ C ）A屈服点 B强屈比 C延伸率 D抗拉强度3在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是（ B ）的典型特征A脆性破坏 B塑性破坏 C强度破坏 D失稳破坏4构件发生脆性破坏时，其特点是（ D ）。A变形大 B破坏持续时间长 C有裂缝出现 D塑性变形小或无变形5钢材中磷含量超过限制时，钢材可能会出现（ A ）。A冷脆 B热脆 C蓝脆 D徐变6在钢结构设计中，认为钢材屈服点是构件可以达到的（ A ）。A最大应力 B设计应力 C疲劳应力 D稳定临界应力7钢结构用钢的含碳量一般不大于（ C ）。A 0.6% B 0.25% C 0.22% D 0.2%8钢结构具有良好的抗震性能是因为（ C ）。A钢材的强度高 B钢结构的质量轻 C钢材良好的吸能能力和延性 D钢结构的材质均匀9钢材的设计强度是根据（ C ）确定的。 A比例极限 B 弹性极限 C 屈服强度 D 极限强度 10.有二个材料分别为3号钢和16Mn钢的构件需焊接，采用手工电弧焊，焊条应选用（ A ）型。 A E43 B E50 C E55 D T50 11. 下列因素中，（ A ）与钢构件发生脆性破坏无直接关系。 A目钢材屈服点的大小 B 钢材含碳量 C 负温环境 D 应力集中 12反应钢材的最大抗拉能力的是（ D ）。 A 比例极限 B 弹性极限 C 屈服强度 D 极限强度 13钢材的冷弯试验是判别钢材（ C ）的指标。A强度 B塑性 C塑性及冶金质量 D 韧性及可焊性14钢材经历了应变硬化应变强化之后（ A ）。 A 强度提高 B塑性提高 C 冷弯性能提高 D 可焊性提高 15.结构工程中使用钢材的塑性指标，目前最主要用（ D ）表示。 A流幅 B冲击韧性 C可焊性 D伸长率 16.下列情况属于正常使用极限验算的是（ B ）A受压构件的稳定计算 B梁的挠度验算 C受弯构件的弯曲强度验算 D螺栓连接的强度验算17.产生焊接残余应力的主要因素之一是（ C ）A. 钢材的塑性太低 B. 钢材的弹性模量太大C. 焊接时热量分布不均匀 D. 焊缝的厚度太小18实腹式偏心受压构件强度计算公式中，为（ C ）A. 受压较大纤维的毛截面抵抗矩 B. 受压较小纤维的毛截面抵抗矩C. 受压较大纤维的净截面抵抗矩 D. 受压较小纤维的净截面抵抗矩19板件的宽厚比加大,其临界应力( B ).A 提高 B 降低 C 不变 D 关系不定20.摩擦型高强度螺栓抗剪能力是依靠（ C ）A栓杆的预拉力 B栓杆的抗剪能力 C被连接板件间的摩擦力 D栓杆被连接板件间的挤压力21在动荷载作用下，侧面角焊缝的计算长度不宜大于（ A ）A 60 B40 C80 D12022在钢结构连接中，常取焊条型号与焊件强度相适应，对Q345钢构件，焊条宜采用（ B ）。A E43型 B E50型 C E55型 D 前三种均可23某角焊缝T形连接的两块钢板厚度分别为8mm和10mm，合适的焊角尺寸为（ B ）。A 4mm B 6 mm C 10mm D 12mm24下列螺栓破坏属于构造破坏的是（ C ）。A钢板被拉坏 B钢板被剪坏 C螺栓被剪坏 D螺栓被拉坏25在承担静力荷载时，正面角焊缝强度比侧面角焊缝强度（ A ）。A 高 B 低 C 相等 D 无法判断26对于对接焊缝，当焊缝与作用力间的夹角满足（ B ）时，该对接焊缝的可不进行验算。A 1 B 1.5 C 2 D 0.527.某承受轴向力的侧面角焊缝的焊缝长度为300mm，焊脚尺寸为6mm，该焊缝能承受的最大动荷载为（C ）A100.8KN B. 161.2KN C. 201.6KN D. 245.9KN28轴压柱在两个主轴方向等稳定的条件是（ C ）。A杆长相等 B计算长度相等 C长细比相等 D截面几何尺寸相等29实腹式组合工字形截面柱翼缘的宽厚比限值是（ A ）。A B C D 30. 实腹式轴心受拉构件计算的内容有（ D ）。 A强度 B强度和整体稳定性 C强度、局部稳定和整体稳定 D强度、刚度（长细比） 31长细比较小的十字形轴压构件易发生屈曲形式是（ C ）A弯曲 B扭曲 C弯扭屈曲 D斜平面屈曲32单轴对称的轴心受压拄，绕对称轴发生屈曲的形式是（ D ）A弯曲屈曲 B扭转屈曲 C弯扭屈曲 D三种屈曲均可能34计算长度一定的轴心压杆回转半径增大，其稳定承载力（ A ）。 A提高 B降低 C不变 D不能确定35下列梁不必验算整体稳定的是（ D ）A焊接工字形截面 B箱形截面梁 C型钢梁 D有刚性铺板的梁36验算组合梁刚度时，荷载通常取（ A ）A标准值 B设计值 C组合值 D最大值37梁腹板的高厚比时，应设置（ A ）A横向加劲肋 B纵向加劲肋 C纵横向加劲肋 D短加劲肋38实腹式组合工字形截面柱腹板的宽厚比限值是（ B ）。A B C D 39梁的纵向加劲肋应布置在（ C ）。A 靠近上翼缘 B 靠近下翼缘 C 靠近受压翼缘 D 靠近受拉翼缘 40. 梁的最小高度是由（ A ）控制的。 A强度 B建筑要求 C刚度 D整体稳定 41.当梁整体稳定系数时，用 代替，主要是因为（ ）。 A梁的局部稳定有影响 B 梁已进入弹塑性阶段C梁发生了弯扭变形 D 梁的强度降低了43. 两端铰接、单轴对称的T形截面压弯构件，弯矩作用在截面对称轴平面并使翼缘受压。可用 （ ）等公式进行计算。 I、 II、 III、 IV、 A I、II、III B II、III、IV C I、II、IV D I、III、IV 44压弯构件在弯矩作用平面外，发生屈曲的形式是（ C ）。A 弯曲屈曲 B 扭转屈曲 C 弯扭屈曲 D 三种屈曲均可能二、 简答题 简述哪些因素对钢材性能有影响？化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；反复荷载作用。l 钢结构用钢材机械性能指标有哪些？承重结构的钢材至少应保证哪些指标满足要求？钢材机械性能指标有：抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯性能、冲击韧性；承重结构的钢材应保证下列三项指标合格：抗拉强度、伸长率、屈服点 钢材两种破坏现象和后果是什么？钢材有脆性破坏和塑性破坏。塑性破坏前，结构有明显的变形，并有较长的变形持续时间，可便于发现和补救。钢材的脆性破坏，由于变形小并突然破坏，危险性大。l 为什么薄钢板的强度比厚钢板的强度高(或钢材的强度按其厚度或直径分组)？钢材的轧制能使金属的晶粒弯细，并消除显微组织的缺陷，也可使浇注时形成的气孔，裂纹和疏松，在高温和压力作用下焊合。因而经过热轧后，钢材组织密实，改善了钢材的力学性能。薄板因辊轧次数多，其强度比厚板略高。l 为什么要规定角焊缝的最小计算长度和侧面角焊缝的最大计算长度？角焊缝的焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝中可能产生的其他缺陷(气孔、非金属夹杂等)，使焊缝不够可靠，规定了侧面角焊缝或正面角焊缝的最小计算长度。侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端大中间小，故规定了侧面角焊缝的最大计算长度l 对接焊缝在哪种情况下才需要进行计算？焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，故可认为受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等，但受拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感。由于一、二级检验的焊缝与母材强度相等，故只有三级检验的焊缝才需进行抗拉强度验算。l 普通受剪螺栓的破坏形式有哪些？在设计中应如何避免这些破坏（用计算方法还是构造方法）？破坏形式有：栓杆被剪断；板件被挤坏；板件被拉断；板件冲剪破坏；栓杆受弯破坏。前三种是通过计算避免破坏，最后两种通过构造方法避免破坏。l 焊接残余应力对结构有哪些影响？对结构的静力强度不影响，降低结构的刚度，增加钢材在低温下的脆断倾向。对结构的疲劳强度有明显的不利影响。l 与其他建筑材料的结构相比,钢结构有哪些特点？建筑钢材强度高，塑性、韧性好钢结构的重量轻（2）钢结构的重量轻材质均匀，与力学计算假定比较符合4）钢结构制作简便，施工工期短（5）钢结构密闭性较好（6）钢结构耐腐蚀性差（7）钢材耐热但不耐火（8）钢结构低温或其他条件下脆性断裂l 梁整体稳定的保证条件有那些？1.有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接，能阻止梁受压翼缘的侧向位移2.工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比不超过规定的数值3.箱形截面简支梁，其截面尺寸满足，且l 什么叫做组合梁丧失局部稳定？如何避免局部失稳？组合梁一般由翼缘和腹板等板件组成，如果将这些板件不适当地减薄加宽，板中压应力或剪应力达到某一数值后，腹板或受压翼缘有可能偏离其平面位置，出现波形鼓曲，这种现象称为梁局部失稳。采用限制宽厚比的办法来保证梁受压翼缘板的稳定性，采用设置加劲肋的方法来保证腹板的局部稳定性。l 钢结构的连接方法：焊接连接 (不消弱构件截面，构造简单，节约钢材，焊缝处薄弱)铆钉连接 （塑性韧性极好，质量容易检查和保证，费钢又费工）螺栓连接 （操作简单，便于拆卸）l 减少焊缝变形和焊接应力的方法：1.采取合理的焊接次序 2.施焊前给一个相反的与变形3.小尺寸焊件预热，回火 l 抗剪螺栓受力过程：当连接处于弹性阶段时，各螺栓受力不等，两端大中间小。随着外 力增加进入塑性阶段后，内力重分布使受力均匀。四、名词解释l 伸长率：试件被拉断时的绝对变形值与试件原标距之比l 应力集中系数：高峰区的最大应力与净截面的平均应力之比，系数越大越易变脆l 冷作硬化：冷加工使钢材产生很大的塑性变形，从而提高了钢的屈服点，降低了钢的塑 性和韧性的现象l 时效硬化（老化）：在高温时融化于铁中的碳和氮，逐渐析出形成自由碳化物和氮化物， 使钢材的强度提高，塑性韧性降低的现象l 应力幅准则：应力幅表示应力变化的幅度，对于焊接结构，只要应力幅相同，对构件疲 劳的实际效果就相同，与应力循环特征或平均应力无关。l 形状系数：梁的塑性弯矩与弹性弯矩的比值，只与截面的几何形状有关，与材料无关钢结构的连接 计算题参考答案1 已知A3F钢板截面用对接直焊缝拼接，采用手工焊焊条E43型，用引弧板，按级焊缝质量检验，试求焊缝所能承受的最大轴心拉力设计值。解：查附表1.2得：则钢板的最大承载力为：2焊接工字形截面梁，设一道拼接的对接焊缝，拼接处作用荷载设计值：弯矩，剪力，钢材为Q235B，焊条为E43型，半自动焊，级检验标准，试验算该焊缝的强度。解：查附表1.2得：，。截面的几何特性计算如下：惯性矩：翼缘面积矩：则翼缘顶最大正应力为：满足要求。腹板高度中部最大剪应力：满足要求。上翼缘和腹板交接处的正应力：上翼缘和腹板交接处的剪应力：折算应力：满足要求。3 试设计如图所示双角钢和节点板间的角焊缝连接。钢材Q235B，焊条E43型，手工焊，轴心拉力设计值(静力荷载)。采用侧焊缝；采用三面围焊。解：查附表1.2得： 采用两边侧焊缝因采用等肢角钢，则肢背和肢尖所分担的内力分别为： 肢背焊缝厚度取，需要：考虑焊口影响采用 ；肢尖焊缝厚度取，需要：考虑焊口影响采用。 采用三面围焊缝假设焊缝厚度一律取，每面肢背焊缝长度：，取每面肢尖焊缝长度，取4 如图所示焊接连接，采用三面围焊，承受的轴心拉力设计值。钢材为Q235B，焊条为E43型，试验算此连接焊缝是否满足要求。解：查附表1.2得：正面焊缝承受的力 ： 则侧面焊缝承受的力为：则满足要求。5 试计算如图所示钢板与柱翼缘的连接角焊缝的强度。已知(设计值)，与焊缝之间的夹角，钢材为A3，手工焊、焊条E43型。解：查附表1.2得：，满足要求。6 试设计如图所示牛腿与柱的连接角焊缝，。钢材为Q235B，焊条E43型，手工焊。解：查附表1.2得： 故翼缘焊缝多承受的水平力为设号焊缝只承受剪力V，取故号焊缝的强度为：满足要求。设水平力H由号焊缝和号焊缝共同承担，设号焊缝长度为150mm, 取故号焊缝的强度为：满足要求。7 试求如图所示连接的最大设计荷载。钢材为Q235B，焊条E43型，手工焊，角焊缝焊脚尺寸，。 解：查附表1.2得：在偏心力F作用下，牛腿和柱搭接连接角围焊缝承受剪力V=F和扭矩T=Fe的共同作用。 围焊缝有效截面形心O距竖焊缝距离：两个围焊缝截面对形心的极惯性矩： 则围焊缝最大应力点A处各应力分量： 则得 8 如图所示两块钢板截面为，钢材A3F，承受轴心力设计值，采用M22普通螺栓拼接,I类螺孔，试设计此连接。解：查附表1.3得：螺栓， 。查附表1.1得：。每个螺栓抗剪和承压承载力设计值分别为： 取故 取10个拼接板每侧采用10个螺栓，排列如图所示。验算钢板净截面强度： 但应力在5%范围内，认为满足要求。9 如图所示的普通螺栓连接，材料为Q235钢，采用螺栓直径20mm，承受的荷载设计值。试按下列条件验算此连接是否安全：1)假定支托不承受剪力；2)假定支托承受剪力。 解：查附表1.3得：螺栓， ，。1）假定支托只起安装作用，不承受剪力，螺栓同时承受拉力和剪力。设螺栓群绕最下一排螺栓旋转。查表得M20螺栓。 每个螺栓的抗剪和承压的承载力设计值分别为： 弯矩作用下螺栓所受的最大拉力：剪力作用下每个螺栓所受的平均剪力： 剪力和拉力共同作用下： 可靠2）假定剪力由支托承担，螺栓只承受弯矩作用。 支托和柱翼缘的连接角焊缝计算，采用，（偏于安全地略去端焊缝强度提高系数1.22）， 满足要求。10 某双盖板高强度螺栓摩擦型连接如图所示。构件材料为Q345钢，螺栓采用M20，强度等级为8.8级，接触面喷砂处理。试确定此连接所能承受的最大拉力N。解：查附表1.1得：查表3-9和3-10得：，一个螺栓的抗剪承载力：故净截面验算： 不满足要求。故应按钢板的抗拉强度设计。则16