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2025年大学水利水电工程（水工钢结构）试题及答案

（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：本大题共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. 水工钢结构中，钢材的伸长率是衡量钢材的（ ）指标。
A. 强度
B. 塑性
C. 韧性
D. 可焊性
2. 以下哪种连接方式不属于水工钢结构的常见连接方式（ ）。
A. 焊接连接
B. 铆钉连接
C. 螺栓连接
D. 绑扎连接
3. 对于受弯的水工钢结构构件，其强度计算主要考虑（ ）。
A. 正应力
B. 剪应力
C. 局部压应力
D. 以上都是
4. 水工钢结构中，梁的整体稳定系数与（ ）等因素有关。
A. 梁的截面形状
B. 梁的侧向支撑情况
C. 梁的跨度
D. 以上都是
5. 当钢材表面温度超过（ ）时，钢材的强度和弹性模量会显著降低。
A. 100℃
B. 150℃
C. 200℃
D. 250℃
6. 水工钢结构中，受压构件的长细比不宜过大，主要是为了保证构件的（ ）。
A. 强度
B. 刚度
C. 稳定性
D. 抗疲劳性能
7. 以下哪种钢材不适用于水工钢结构（ ）。
A. Q235
B. Q345
C. 16Mn
D. HRB400
8. 对于水工钢结构的疲劳计算，主要考虑（ ）。
A. 应力幅
B. 平均应力
C. 应力循环次数
D. 以上都是
9. 水工钢结构中，桁架结构的杆件主要承受（ ）。
A. 拉力
B. 压力
C. 弯矩
D. 剪力
10. 钢材的冲击韧性指标是通过（ ）试验测定的。
A. 拉伸试验
B. 弯曲试验
C. 冲击试验
D. 硬度试验

第II卷（非选择题 共70分）

二．填空题（每题3分，共15分）
1. 水工钢结构设计时，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式等选用合适的钢材，对于承受动力荷载的结构，宜选用（ ）好的钢材。
2. 焊接残余应力对水工钢结构的（ ）和（ ）有不利影响。
3. 水工钢结构中，梁的腹板加劲肋的作用是提高腹板的（ ）和（ ）。
4. 受压构件的计算长度与构件两端的约束条件有关，两端铰接的受压构件计算长度系数为（ ）。
5. 水工钢结构的防腐措施主要有（ ）、（ ）、（ ）等。

三．简答题（每题10分，共20分）
1. 简述水工钢结构中钢材选用的原则。
2. 说明水工钢结构中焊接连接的优缺点。

四．案例分析题（共15分）
某水利枢纽工程中的水闸，其工作桥为钢结构。工作桥跨度为10m，采用简支梁结构，梁高1.2m，腹板厚度10mm，翼缘板厚度16mm，钢材采用Q345。该地区常年水位变化较大，工作桥承受较大的动荷载作用。在一次检查中发现梁腹板出现了局部失稳现象。
问题：
1. 分析梁腹板出现局部失稳的原因。（5分）
2. 提出防止梁腹板局部失稳的措施。（5分）
3. 对于该工作桥钢结构，在设计和施工中还应考虑哪些因素以提高其安全性和可靠性？（5分）

五．计算题（共20分）
某水工钢结构桁架，下弦杆为轴心受拉构件，截面为2[16a，钢材为Q345，桁架承受的拉力设计值N = 300kN。已知[16a的截面面积A = 2×21.95cm² = 43.9cm²，钢材的抗拉强度设计值f = 300N/mm²。
问题：
1. 计算该下弦杆的应力，并判断是否满足强度要求。（10分）
2. 若该下弦杆的计算长度l0 = 4m，计算其长细比，并判断是否满足刚度要求。（已知Q345钢的容许长细比[λ] = 350）（10分）

答案：
一、1. B 2. D 3. D 4. D 5. B 6. C 7. D 8. D 9. A 10. C
二、1. 冲击韧性 2. 强度、刚度 3. 局部稳定性、抗剪能力 4. 1.0 5. 表面涂层、阴极保护、采用耐蚀钢材
三、1. 钢材选用原则：根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方式、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑。应保证钢材具有足够的强度、塑性、韧性、可焊性和耐腐蚀性等性能。 2. 优点：构造简单，不削弱构件截面，节约钢材，加工方便，易于采用自动化操作，连接的密封性好，结构刚度大。缺点：焊接残余应力和残余变形对结构有不利影响，焊接结构的低温冷脆问题比较突出，对材质要求高，焊接过程中可能产生焊接缺陷。
四、1. 梁腹板出现局部失稳的原因：梁腹板较薄，在较大的剪应力和局部压应力作用下，腹板可能会发生局部屈曲。 2. 防止梁腹板局部失稳的措施：设置加劲肋，如横向加劲肋、纵向加劲肋和短加劲肋等，以提高腹板的局部稳定性。 3. 还应考虑：结构的疲劳设计，考虑水位变化对结构的腐蚀影响及防护措施，合理设置支撑以提高结构的整体稳定性等。
五、1. 应力σ = N/A = 300×10³/(43.9×10²) = 68.3N/mm²＜f = 300N/mm²，满足强度要求。 2. 长细比λ = l0/i，i为回转半径，对于2[16a，i = 4.96cm，λ = 4000/49.6 = 80.6＜[λ] = 350，满足刚度要求。