1、钢结构设计原理一、 填空题1. 钢结构计算的两种极限状态是承载能力极限状态和 正常使用极限状态。2. 钢结构具有轻质高强、材质均匀，韧性和塑性良好、装配程度高施工周期短、密闭性好、耐热不耐火、易锈蚀。等特点。3. 钢材的破坏形式有塑性破坏和脆性破坏。4. 影响钢材性能的主要因素有化学成分、钢材缺陷、冶炼，浇注，轧制、钢材硬化、温度、应力集中、残余应力、重复荷载作用。5. 影响钢材疲劳的主要因素有应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）、应力循环次数。6. 建筑钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。7. 钢结构的连接方法有焊接连接、铆钉连接、螺栓连接
2、。8. 角焊缝的计算长度不得小于8hf，也不得小于40mm。侧面角焊缝承受静载时，其计算长度不宜大于60 hf。9.普通螺栓抗剪连接中，其破坏有五种可能的形式，即螺栓剪坏、孔壁挤压坏、构件被拉断、端部钢板被剪坏、螺栓弯曲破坏。10. 高强度螺栓预拉力设计值与螺栓材质、螺栓有效面积有关。11. 轴心压杆可能的屈曲形式有弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲。12. 轴心受压构件的稳定系数与残余应力、初弯曲和初偏心、长细比有关。13. 提高钢梁整体稳定性的有效途径是加强受压翼缘、增加侧向支承点。14. 影响钢梁整体稳定的主要因素有荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、侧向支承点的位置和距离、梁。15.焊接
3、组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用限制宽厚比的方法来保证，而腹板的局部稳定则常采用设置加劲肋的方法来解决。二、 计算题1. 试验算如图所示牛腿与柱连接的对接焊缝的强度。荷载设计值F=220kN。钢材Q235，焊条E43,手工焊，无引弧板，焊缝质量三级。有关强度设计值=215 N/mm2，=185 N/mm2 。（假定剪力全部由腹板上的焊缝承受）2. 试计算如图所示钢板与柱翼缘的连接角焊缝的强度。已知N=390kN（设计值），与焊缝之间的夹角。钢材Q235，焊条E43,手工焊。有关强度设计值=160 N/mm2 。3. 设计双角钢拉杆与节点板之间的连接角焊缝计算长度L1=?,L2=?已知：采用三面
4、围焊：hf=6mm,fwf=160N/mm2,N=529kN(静载设计值)4.设计矩形拼接板与板件用三面围焊连接的平接接头。轴心拉力N1250kN，（静载设计值），钢材Q235，焊条E43,手工焊。有关强度设计值=215 N/mm2， fwf=160N/mm2。图示尺寸单位mm.(焊缝LW2实际长度取cm整数)5. 设计矩形拼接板与板件用普通螺栓连接的平接接头。（如图所示，单位mm）。已知轴心拉力设计值N=600KN,有关强度设计值：bv=130N/mm2, bc=305 N/mm2,=215 N/mm2。粗制螺栓d=20mm,孔径d0=21.5mm。6.图示一用M20普通螺栓的钢板拼接接头，
5、钢材为Q235，215 N/mm2。试计算接头所能承受的最大轴心力设计值。螺栓M20,孔径21.5mm, bv=130N/mm2, bc=305 N/mm2。7.若上题的拼接接头改用10.9级M20磨擦型高强度螺栓，接触面处理采用钢丝刷清除浮锈。接头所能承受的最大轴心力设计值能增大多少？已知高强度螺栓预拉力设计值P155kN,接触面抗滑移系数。8. 计算图示连接的承载力设计值N。螺栓M20，孔21.5mm,材料Q235A已知：215N/mm2, bv=130 N/mm2, bc=305 N/mm2 。9.试计算下图所示连接中C级螺栓的强度。已知荷载设计值F=60KN,螺栓M20,孔径21.5m
6、m, bv=130N/mm2, bc=305 N/mm2.10.两端铰接轴心受压柱，高9.6m,钢材为Q235，强度设计值=215 N/mm2，采用图示截面，尺寸单位mm,计算可承受外荷载设计值N=？ 注：不计自重 稳定系数 ：7273747576777879800.7390.7320.7260.7200.7140.7070.7010.6940.688 11.已知一两端铰支轴心受压缀板式格构柱，长10.0m，截面由2I32a组成，两肢件之间的距离300cm,如图所示，尺寸单位mm。试求该柱最大长细比。 注： 一个I32a的截面面积 A=67cm2 惯性矩 Iy=11080cm4 IX1=460
7、cm4 12.如图所示为二简支梁截面，其截面面积大小相同，跨度均为12m，跨间无侧向支承点，均布荷载大小亦相同，均作用在梁的上翼缘，钢材为Q235，试比较梁的稳定系数，说明何者的稳定性更好？13. 一简支梁的计算简图如下，截面采用普通工字钢I50a，材料为Q235，除两端支承处能阻止梁端截面的扭转外，跨中无任何侧向支承点，试按整体稳定确定荷载P的大小（设计值，不计自重）已知：钢材强度设计值f215N/mm2I50a的Ix46470cm4，Wx1860cm3， Iy1120cm4，Wy142cm3整体稳定系数：集中荷载作用于上翼缘 0.5 均布荷载作用于上翼缘 0.4414. 求图示钢梁所能承受
8、的最大均布荷载设计值（含自重），已知梁截面为热轧普通工字钢I45a,其截面特性为： A=102cm2 IX=32240cm4 wx=1430cm3 Iy=855cm4 wy=114cm3材料为Q235,强度设计值=215 N/mm2，梁两端不能扭转，跨中无侧向支撑点，挠度不起控制作用，截面无削弱。整体稳定系数b=0.44.15. 如图所示的拉弯构件，间接承受动力荷载。横向均布荷载的设计值为8kN/m。截面为I22a，无削弱。试确定杆能承受的最大轴心拉力设计值。已知：, =215 N/mm2 。16. 用轧制工字钢I36a（材料Q235）作成的10m长两端铰接柱，轴心压力的设计值为650kN,在
9、腹板平面承受均布荷载设计值q6.24kN/m。试计算此压弯柱在弯矩作用平面内的稳定有无保证？为保证弯矩作用平面外的稳定需设置几个侧向中间支承点？已知：, =215 N/mm2 。 钢结构设计原理复习题参考答案三、计算题：1 解：一、确定对接焊缝计算截面的几何特性 1.计算中和轴的位置（对水平焊缝的形心位置取矩） 2.焊缝计算截面的几何特性 全部焊缝计算截面的惯性矩 全部焊缝计算截面的抵抗矩 腹板焊缝计算截面的面积 二、验算焊缝强度1.a点 2.b点 折算应力 2.解： 3.解： 4解： 端缝： 侧向： 盖板全长 5解：a)b) 取8个c) 排列中距取80端距取50边距取40d) 净截面验算 2
10、15MPa说明净截面强度不够，接头不能承受600kN的拉力,经验算，盖板应采用12mm厚钢板，被连接板应采用25mm钢板。e) 拼接板长6解：一、 螺栓所能承受的最大轴心力设计值单个螺栓受剪承载力设计值 单个螺栓承压承载力设计值 连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值 二、 构件所能承受的最大轴心力设计值 I-I截面净截面面积为 II-II截面净截面面积为 III-III截面净截面面积为 三个截面的承载设计值分别为II截面：IIII截面：IIIIII截面：因前面II截面已有n1个螺栓传走了（n1/n）N的力，故有构件所能承受的最大轴心力设计值按IIII截面三、 连接盖板所能承受的轴心力设计值（按V
11、-V截面确定） 通过比较可见，接头所能承受的最大轴心力设计值应按构件IIII截面的承载能力取值，即。再者，若连接盖板不取2块8mm厚钢板而去2块7mm，即与构件等厚，则会因开孔最多其承载力最小。7解：一、摩擦型高强度螺栓所能承受的最大轴心力设计值单个螺栓受剪承载力设计值 连接一侧螺栓所能承受的最大轴心力设计值 二、 构件所能承受的最大轴心力设计值毛截面：II截面净截面面积为 根据 即 II-II截面净截面面积为 III-III截面净截面面积为 因前面II截面已有n1个螺栓传走了（n1/n）N的力，故有构件所能承受的最大轴心力设计值按IIII截面三、 连接盖板所能承受的轴心力设计值（按V-V截面
12、确定） 通过比较可见，接头所能承受的最大轴心力设计值为。与上题比较增大8解：单个螺栓受剪承载力设计值 单个螺栓承压承载力设计值 连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值 节点板净截面抗拉承载力：故连接的承载力为9解：单个螺栓受剪承载力设计值 单个螺栓承压承载力设计值 故应按进行验算偏心力F的水平及竖直分力和对螺栓群转动中心的距离分别为：扭矩T作用下螺栓“1”承受的剪力在x，y两方向的分力：轴心力N、剪力V作用下每个螺栓承受的水平和竖直剪力：螺栓“1”承受的合力：10解：11解：12解：一、第一截面：1截面几何特征：2梁的稳定系数：二、第二截面：1截面几何特征：2梁的稳定系数：经比较可知，第一截面的稳
13、定性比第二截面的稳定性好。13.解： 14解：15.解：均布荷载作用下的最大弯矩设计值：应用拉弯构件强度计算公式 刚度验算： 16解：一、 验算在弯矩作用平面内的稳定： （按无端弯矩但有横向荷载作用时）二、 验算在弯矩作用平面外的稳定如不设支承点：现增设四个侧向支承点，并取中间段柱验算： （按所考虑构件段内有端弯矩和横向荷载同时作用时）计算结果表明，设四个侧向支承点，该柱在两个方向基本上可达到等稳定性。 哈工大2009考试题一、 填空题：(每空1分，共22分)1、 建筑钢结构焊接技术规程（JGJ2002）推荐使用 碳当量(或CE) 来衡量 低合金钢的焊接性能。2、 硫、磷、氮、氧和氢均为有害元
14、素，其中 磷 和 氮 易引起钢材的低温冷脆。3、 影响结构疲劳寿命的最主要因素是构造状态、 循环荷载 和 循环次数 。4、 钢材的机械性能指标为屈服强度、抗拉强度、伸长率、 冷弯性能 、 Z向收缩率 和 冲击韧性 。5、 主要焊接结构不能采用Q235 A 级钢，因含碳量不作交货条件，无法保证含碳量。6、 将一块Q235B级钢板与Q345B级钢板通过焊接进行连接时，宜选择 E43 型焊条。7、 钢结构设计规范（GB500172003）规定：质量属于三级的焊缝，焊缝的抗拉设计强度等于母材抗拉设计强度的 0.85 倍。8、 单轴对称的T形截面轴心受压构件，绕对称轴失稳时易发生 弯扭 失稳，绕非对称轴
15、时易发生 弯曲 失稳。9、 轴心受压构件失稳时可能绕两主轴屈曲，设计时应遵循 等稳定 原则，如进行梯形钢屋架设计时屋架端斜杆应采用 不等边角钢长肢相连 的截面型式。10、在轴心受压构件中，确定箱形截面板件满足局部稳定的宽（高）厚比限值的原则是构件应力达到屈服前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不低于屈服应力，或不先于屈服） ，确定工字形截面确定板件宽（高）厚比限值的原则是 构件整体屈曲前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不低于整体屈曲临界应力或等稳定或不先于整体失稳） 。11、 荷载作用点的位置对梁的整体稳定有影响，相对于荷载作用于工字形截面简支梁受拉翼缘，当荷载作用于梁的受压翼缘
16、时，其梁的整体稳定性将 降低 。12、 某梯形钢屋架，下弦支座处应设置 刚性 系杆，该系杆需要按 受压 杆设计。13、 某工字形组合截面简支梁，若腹板的高厚比为100，应设置 横向 加劲肋，若腹板高厚比为210，应设置 纵向 加劲肋。二、单项选择题(每题2分，共14分)1、 最易产生脆性破坏的应力状态是 B 。(A) 单向压应力状态(B) 三向拉应力状态(C) 单向拉应力状态(D) 二向拉一向压的应力状态NN60 100 60 100 100II 2、采用摩擦型高强螺栓连接的两块 钢板，如图所示，II危险截面所受的力为 B 。(A) N (B) 0.875N (C) 0.75N (D) 0.5
17、N 3、如图所示，两块钢板焊接，根据手工焊构造要求，焊角高度hf应满足 A 要求。(A) 6hf89mm (B) 6hf12mm (C) 5hf89mm 10mm16mmhf(D) 6hf10mm 4、受弯构件考虑屈曲后强度时，下列说法正确的为 B 。 (A) 腹板抗弯承载力提高(B) 腹板抗剪承载力提高(C) 腹板抗弯、抗剪承载力均提高(D) 腹板抗弯承载力提高，抗剪承载力降低5、单向受弯构件的抗弯强度 其中时,为使翼缘不先失去局部稳定, 翼缘外伸部分的最大宽厚比b/t为 C 。(A) (B) (C) (D) 6、弯矩矢量作用在工字形偏压柱的弱轴平面内，屈曲时会发生 A 屈曲。(A) 平面内
18、(B) 平面外 (C) 不一定 (D) 可能平面内，也可能平面外7、在钢屋架支座节点的设计中，支座底板的厚度由 D 决定。(A) 抗剪和抗弯共同工作(B) 抗压工作 (C) 抗剪工作 (D) 抗弯工作2、请说明图中所示格构式柱头的主要组成零件及荷载传递路径和方式。（9分） 由垫板、顶板、柱端加劲肋、两块柱端 缀板组成。（2分）垫板顶面承压柱端缀板垫板底面承压顶板加劲肋顶面承压或水平角焊缝柱端加劲肋N垫板柱身竖向角焊缝竖向角焊缝（7分）3、如图所示为单向压弯的格构式柱，分肢1对y轴惯性矩为I1，分肢2对y轴惯性矩为I2，轴力N作用在虚轴（x轴）上，由轴力产生的弯矩My作用在构件的主轴平面内，请说
19、明分配到分肢1和分肢2上轴力和弯矩的分配原则及分肢1所受轴力和弯矩的大小。（5分）分肢2yx Myay1y21分肢122 1 轴力作用点轴心压力N的分配:与分肢轴线至虚轴的距离成反比（1分）弯矩My的分配:与分肢对实轴的惯性矩成正比，（1分）与分肢至虚轴的距离成反比（1分）轴心力： （1分）弯 矩：（1分）四、计算题：（共42分）1、 如图所示钢板与工字形柱采用双面角焊缝T形连接，hf10mm；钢板长400mm，钢材Q235B，焊条为E43系列，；钢板承受一个竖向集中荷载F的作用（静力荷载），荷载作用点至工字形柱翼缘外表面的距离为150mm。试确定该T形连接所能承担的最大竖向荷载F。（9分）工
20、字形柱10F200200150400 380V=F（1分）M=150F（1分）Lw=400-2hf=380mm（2分）（2分）（3分）2、验算如图所示的螺栓连接的强度。4个C级螺栓M20，所用钢材为Q235-B。160kN40604060241645加劲肋已知对于C-M20：（8分）N160kN（1分）（1分）对于C-M20：（1分）（1分）（1分）（2分）（1分）故C级螺栓M20螺栓满足要求。4、已知一焊接工字形截面简支梁，计算跨度为6m，在跨中位置作用一静力集中荷载F，荷载作用处未设置加劲肋，但设有一块垫板，该垫板在沿梁跨度方向支承长度为160mm。钢材为Q235B，钢材的强度设计值f=215N/mm2，fv=125N/mm2，X=1.05，=1.0。在梁跨中截面处上、下翼缘各开有2个直径为20mm的孔。毛截面惯性矩Ix=211026cm4，截面对中和轴的最大面积矩S=2918cm3，上翼缘对中和轴的面积矩S1=1958cm3。式求该简支梁由截面强度控制所能承受的最大集中荷载F (13分)。-16x300-16x300-12x800IIF160Ado=20用于连接xx （1分）（2分）（2分）（2分）（1分）（1分）（1分）（2分）（1分）23
