2025年大学大三（结构力学）钢结构设计试题及解析.doc

2025年大学大三（结构力学）钢结构设计试题及解析

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
答题要求：本卷共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1. 钢结构设计中，钢材的强度设计值与以下哪个因素无关？
A. 钢材的屈服强度
B. 钢材的质量等级
C. 构件的截面形式
D. 钢材的厚度

2. 对于轴心受压构件，当采用Q345钢时，其抗压强度设计值f的取值主要依据：
A. 钢材的屈服强度标准值
B. 钢材的抗拉强度标准值
C. 钢材的屈服强度设计值
D. 钢材的抗拉强度设计值

3. 工字形截面梁受压翼缘宽厚比限值的确定，主要是为了保证梁的：
A. 强度
B. 整体稳定
C. 局部稳定
D. 刚度

4. 计算梁的抗弯强度时，采用的截面模量是：
A. 净截面模量
B. 毛截面模量
C. 有效截面模量
D. 换算截面模量

5. 钢结构中，对于直接承受动力荷载的结构，下列哪种连接方式不宜采用？
A. 对接焊缝
B. 角焊缝
C. 普通螺栓连接
D. 高强螺栓摩擦型连接

6. 当梁的腹板高度hw≥450mm时，需配置纵向构造钢筋，其间距不宜大于：
A. 100mm
B. 150mm
C. 200mm
D. 300mm

7. 钢结构屋架中，受压腹杆的容许长细比通常取：
A. 150
B. 200
C. 250
D. 300

8. 对于格构式轴心受压构件，绕虚轴的整体稳定计算采用换算长细比，是考虑了：
A. 格构柱剪切变形的影响
B. 格构柱弯曲变形的影响
C. 缀材剪切变形的影响
D. 缀材弯曲变形的影响

9. 焊接组合梁腹板中，布置横向加劲肋的目的是：
A. 提高梁的抗弯强度
B. 提高梁的抗剪强度
C. 防止腹板发生局部失稳
D. 防止腹板发生整体失稳

10. 钢结构设计中，钢材的疲劳强度主要取决于：
A. 应力循环次数
B. 应力大小
C. 应力比
D. 以上都是

第II卷（非选择题 共70分）

二、填空题（共10分）
答题要求：本大题共5小题，每空2分。请将答案填写在题中的横线上。

1. 钢结构设计时，钢材的强度指标包括______和______。
2. 梁的整体稳定系数φb与梁的______、______、______等因素有关。
3. 轴心受压构件的整体稳定计算公式为______。
4. 焊接连接的形式按焊缝的形状可分为______、______和______。
5. 钢材的塑性指标通常用______和______表示。

三、简答题（共20分）
答题要求：本大题共4小题，每小题5分。简要回答问题。

1. 简述钢结构的特点。
2. 简述确定钢材容许应力的原则。
3. 简述梁整体稳定的概念及影响梁整体稳定的主要因素。
4. 简述高强螺栓连接的工作原理及特点。

四、计算题（共25分）
答题要求：本大题共2小题，第1小题10分，第2小题15分。解答应写出文字说明、证明过程和演算步骤。

1. 某轴心受压柱，采用焊接工字形截面，翼缘为-350×20，腹板为-300×10，钢材为Q345钢，柱的计算长度l0x = 6m，l0y = 3m。试计算该柱的整体稳定承载力（不考虑截面塑性发展）。

2. 一简支焊接工字形截面梁，跨度l = 6m，承受均布荷载设计值q = 30kN/m，钢材为Q345钢，梁的截面尺寸为：翼缘-×12，腹板-××10。试验算梁的抗弯强度（考虑截面塑性发展）和抗剪强度。

五、案例分析题（共15分）
答题要求：本大题共1小题。阅读下面的案例，回答问题。

某工业厂房采用钢结构框架结构，跨度为24m，柱距为6m。在施工过程中，发现部分钢柱的垂直度偏差较大，影响了结构的整体稳定性。经分析，主要原因是在钢柱安装过程中，测量控制不准确，基础施工时预留的地脚螺栓位置偏差较大，导致钢柱安装时无法准确就位。

问题：
1. 针对上述问题，提出具体的解决措施（10分）。
2. 简述钢结构施工过程中质量控制的要点（5分）。

答案：
一、选择题
1. C
2. C
3. C
4. B
5. C
6. C
7. B
8. C
9. C
10. D

二、填空题
1. 屈服强度、抗拉强度
2. 截面形状、侧向支承条件、荷载类型
3. N/φA≤f
4. 对接焊缝、角焊缝、塞焊缝
5. 伸长率、断面收缩率

三、简答题
1. 强度高、质量轻、塑性和韧性好、材质均匀、制作简便、施工周期短、密封性好、耐腐蚀性差、耐火性差。
2. 以钢材的屈服强度为基础，考虑材料的安全系数、荷载的不确定性、结构的重要性等因素。
3. 梁在荷载作用下，除了发生弯曲变形外，还可能发生侧向弯曲和扭转，当侧向抗弯刚度和抗扭刚度不足时，梁会发生整体失稳。主要因素有梁的侧向支承条件、梁的截面形状、荷载类型和作用位置等。
4. 工作原理：通过拧紧螺母，使螺栓杆产生预拉力，连接板件间产生摩擦力来传递内力。特点：强度高、连接紧密、耐疲劳性能好、施工简便、可拆卸。

四、计算题
1. （1）计算截面几何参数
A = 2×350×20 + 300×10 = 17000mm²
Ix = 2×350×2³/12 + 300×10³/12 = 1.02×10⁸mm⁴
iy = √(300×10³/12 + 2×350×20×185²/17000) = 185mm
λx = l0x/ix = 6000/185 = 32.4
λy = l0y/iy = 3000/185 = 16.2
（2）查Q345钢的稳定系数表，得φx = 0.92，φy = 0.98
（3）计算稳定承载力
N = φA f = 0.92×17000×305 = 4.8×10⁶N = 4800kN

2. （1）计算截面几何参数
A = 2×12×100 + 10×800 = 10400mm²
Ix = 2×12×100³/12 + 10×800³/12 = 4.27×10⁸mm⁴
Wx = 4.27×10⁸/400 = 1.07×10⁶mm³
tw = 10mm，hw = 800mm，V = ql/2 = 30×6/2 = 90kN
（2）抗弯强度验算
Mx = ql²/8 = 30×6²/8 = 135kN·m
γxWx = 1.05×1.07×10⁶ = 1.12×10⁶mm³
σ = Mx/γxWx = 135×10⁶/1.12×10⁶ = 120.5MPa＜f = 305MPa，满足要求。
（3）抗剪强度验算
τ = V/Aw = 90×10³/(800×10) = 11.25MPa＜fv = 180MPa，满足要求。

五、案例分析题
1. 解决措施：
- 重新测量钢柱位置，对偏差较大的钢柱进行调整，可采用千斤顶顶升等方法。
- 对基础地脚螺栓进行修复，可采用扩大基础或重新埋设螺栓等方法。
- 加强测量控制，在钢柱安装过程中，增加测量次数，及时调整钢柱垂直度。
- 对已安装的钢柱进行检查验收，确保符合设计要求。
2. 质量控制要点：
- 钢材质量控制，检查钢材的质量证明文件，进行抽样检验。
- 制作过程控制，控制焊接质量、加工精度等。
-安装过程控制，保证钢构件的安装位置准确、垂直度和平整度符合要求。
- 连接质量控制，确保高强螺栓连接、焊接连接等质量可靠。
- 防腐防火施工控制，保证防腐防火涂层的质量和厚度。