1、精品南 华 大 学 2 0 0 5 2 0 0 6 学 年 度 第 二 学 期名姓号考业专院学钢结构设计原理课程试卷( A卷)（适用专业方向：建筑工程、岩土工程、城市地下工程）题号得分一二三四五六总分一、填空（15 分）考试日期：2006 年 5 月 24日考试类别：考试考试时间：120 分钟1、保证拉弯、压弯构件的刚度是验算其 长细比。得分阅卷人2、对于焊接结构，除应限制钢材中硫、磷的极限含量外，还应限制碳的含量不超过规定值。3、理想轴心压杆的失稳状态为 屈曲。4、衡量钢材抵抗冲击荷载能力的指标称为 冲击韧性 。它的值越小，表明击断试件所耗的能量越低 ， 钢 材 的 韧 性 越 差 。5、在
2、高强度螺栓性能等级中：8.8 级高强度螺栓的含义是高强度螺栓的抗拉强度为800 N/mm2 ，屈强比为 0.8 ；10.9 级高强度螺栓的含义是高强度螺栓的抗拉强度为1000 N/mm2 ，屈强比为0.9 。6、手工角焊缝的焊脚尺寸hf（mm）不得小于 1.5 t ，t 为较厚焊件厚度（mm），但对自动焊，最小焊脚尺寸可减少 1 mm ；对T 形连接的单向角焊缝，应增加 1 mm 。7、承受动力荷载的角焊缝连接中，可采用 平坡 焊缝或 深熔 焊缝。8、一两跨连续梁，在外荷载作用下，截面上A 点应力为1 =120N/mm2，2 = -80 N/mm2 ，B 点的应力 1 = -20N/mm2 ，
3、2 = -120N/mm2，则 A 点的应力比 = -2/3 ，应力幅D s = 200 N/mm2 ；B 点的应力比= 1/6 ，应力幅D s = 100 N/mm2 。9、伸长率d 10和伸长率d 5 分别为标距长l = 10 倍试件直径 和l = 5 倍试件直径 的试件拉断后的 长度伸长值与原标距比值的百分率 。welcome10、偏心受压构件在弯矩作用平面内整体稳定的计算公式是： N +bMmxx f 式中：j Ag W(1 - 0.8 N)xx 1xNexb是弯矩等效系数， N的表达式表示欧拉临界力， 其表达式为mxexp 2 EANex = l 2x。得分阅卷人二、选择题（15 分
4、）1、验算工字形截面梁的折算应力，公式为：o 2 + 3t 2 b f ， 式 中1o、t 应为D。A、验算截面中的最大正应力和最大剪应力B、验算截面中的最大正应力和验算点的剪应力C、验算截面中的最大剪应力和验算点的正应力D、验算截面中的验算点的正应力和剪应力2、双轴对称工字形截面梁，截面形状如图所示，在弯矩和关于截面中应力的说法正确的是D。A 、弯曲正应力最大的点是 3 点B、剪应力最大的点是 2 点C、折算应力最大的点是 1 点D、折算应力最大的点是 2 点剪力共同作用下，13、工字形梁受压翼缘宽厚比限值为： bt 15，式中b1为A。235fyA、受压翼缘板外伸宽度B、受压翼缘板全部宽度
5、C、受压翼缘板全部宽度的 1/3D、受压翼缘板的有效宽度4、工字形截面梁受压翼缘，保证局部稳定的宽厚比限值，对Q235 钢为 b1 15 ，对 Q345 钢，此宽t厚比限值应A。A、比 15 更小B、仍等于 15C、比 15 更大D、可能大于 15，也可能小于 155、实腹式轴心受拉构件计算的内容有B。A、强度B、强度、刚度C、强度、刚度、局部稳定和整体稳定D、强度、局部稳定和整体稳定6、轴心受压构件的整体稳定系数j 与B等因素有关。A、构件截面类别、两端连接构造、长细比B、构件截面类别、钢号、长细比C、构件截面类别、计算中心长度系数、长细比D、构件截面类别、两个方向的长度、长细比7、钢结构实
6、腹式压弯构件的设计一般应进行的计算内容为 D。A、强度、弯矩作用平面内稳定性、局部稳定、变形B、弯矩作用平面内稳定性、局部稳定、变形、长细比C、强度、弯矩作用平面内稳定性及弯矩作用平面外的稳定性、局部稳定、变形D、强度、弯矩作用平面内稳定性及弯矩作用平面外的稳定性、局部稳定、长细比8 、 单 轴 对 称 的 实 腹 式 压 弯 构 件 整 体 稳 定 计 算 公 式N +bMmxx f 和j Ag W(1 - 0.8 N)N Ag W (1 - 1.25 N N )bMmxxx2 xex- fd中的g、W 、Wx1x2 xxx 1xNex取值为A。A、W 和W1x2 xB、W 和W为单轴对称截
7、面绕非对称轴较大和较小受压纤维的毛截面抵抗矩，g为单轴对称截面绕非对称轴较小和较大受压纤维的毛截面抵抗矩，g值亦不同；x值亦不同；1x2 xC、W 和W1x2 xD、W 和W1x2 xx为单轴对称截面绕非对称轴较大和较小受压纤维的毛截面抵抗矩，gx为单轴对称截面绕非对称轴较小和较大受压纤维的毛截面抵抗矩，gx值相同； 值相同；9、单个螺栓的承压承载力中，Ncb = d t f b ，其中 t 为D。cA、a + c + eB、b + dC、max a + c + e, b + dD、min a + c + e, b + d10、摩擦型高强度螺栓连接与承压型高强度螺栓连接的主要区别是D。 A、摩
8、擦面处理不同B、材料不同C、预拉力不同D、设计计算不同得分阅卷人三、简答题（30 分）1. 根据你所知道的钢结构工程，试述其特点。(1) 建筑钢材强度高，塑性和韧性好； (2)钢结构的重量轻； (3)材质均匀，和力学计算的假定比较符合；(4)工业化程度高，工期短；(5)密封性好；(6)抗震性能好；(7)耐热性较好钢结构的下列缺点有时会影响钢结构的应用： (1)耐腐蚀性差(2) 耐火性差(3) 钢结构在低温条件下可能发生脆性断裂2、什么是刚材的疲劳和疲劳强度，什么情况下需要进行疲劳验算？e钢材在连续反复的动力荷载作用下，裂纹生成、扩展以致脆性断裂的现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏。疲劳破坏时，截面上
9、的应力低于钢材的抗拉强度甚至低于屈服强度，破坏前没有征兆，呈脆性断裂特征。钢材在规定的作用重复次数和作用变化幅度下所能承受的最大动态应力成为疲劳强度。实用上通常取 n=5 106 次时相应得疲劳强度作为钢材的耐久疲劳强度，或称钢材的疲劳强度极限，意即应力循环无穷多次，试件不致发生疲劳破坏的循环应力smax的极限值，记作s f 。我国钢结构设计规范GB 500172003 中就具体规定，承受直接动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接当应力变化的循环次数n 5104应进行疲劳计算。3、什么叫塑性破坏？什么叫脆性破坏？如何防治脆性破坏的发生？钢材有两种性质完全不同的破坏形式，即塑性破坏和脆性破坏。钢结
10、构所用的钢材在正常使用的条件下，虽然有较高的塑性和韧性，但在某些条件下，仍然存在发生脆性破坏的可能性。塑性破坏也称延性破坏，其特征是构件应力达到抗拉极限强度后，构件产生明显的变形并断裂。 破坏后的端口呈纤维状，色泽发暗。由于塑性破坏前总有较大的塑性变形发生，且变形持续时间较长， 容易被发现和抢修加固，因此不至于发生严重后果。脆性破坏在破坏前无明显塑性变形，或根本就没有塑性变形，而突然发生断裂。破坏后的断口平 直，呈有光泽的晶粒状。由于破坏前没有任何预兆，破坏速度又极快，无法及时察觉和采取补救措施， 具有较大的危险性，因此在钢结构的设计、施工和使用的过程中，要特别注意这种破坏的发生。4、影响钢材
11、性能的因素主要有哪些？(1) 化学成分的影响：C、S、P、V、Ti、Mn、Si、Al、O、N (2)成材过程中的影响：冶炼 浇铸（注） 轧制 热处理(3)残余应力的影响：(4) 应力集中的影响：(5) 钢材的冷作硬化和时效： (6)温度的影响：5、 说明实腹式偏心受压构件弯距作用内的稳定验算公式Nb M0.8Nj A + g W (1-mxx / N ) f 中 j、 A 、b、 Nxmx、W 的意义。Ex1xxx 1xExN 压弯构件的轴向压力设计值Mx 所计算构件段范围内的最大弯矩设计值；j 弯矩作用平面内的轴心受压构件的稳定系数；xW 弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量；1xN欧拉
12、临界力，NExEx= p 2 EA / l2 ；xg 截面塑性发展系数；xb等效弯矩系数。mx得分阅卷人四、计算题（40 分）1、已知一轴心受压实腹构件的截面如下图所示，轴心压力设精品计值（包括构件自重）N=2000KN，计算长度 1ox=6m,loy=3m,截面采用焊接组合工字形，翼缘钢板为火焰切割边，钢材为 Q345，屈服点 fy=345N/mm2,强度设计值 fd=315N/mm2,弹性模量 E=2.06105N/mm2,截面无削弱。试计算该轴心受压实腹构件的整体稳定性。（15）已知截面对 x、y 轴均为b 类截面，a=0.65，a1=0.965，a2=0.3003当sl 0.215时，
13、j =crf)y= 1 -a l 2 ；1当s1 ()(2l f 0.215时，j =cr =l 2 a2 + a3l + l 2 -a + a l + l 223- 4l 2 y解:(1)截面及构件几何性质计算成本2508截面面积:A=250*8+2(250*12)=8000惯性矩 :mm 225012f211I =(25 27.43 - 24.2 253 ) = 11345cm 4Ix12y=(1.2 253 2 + 25 0.83 ) = 3126 cm 4 12IxA回转半径: i =x= 11.91cmIyAi = 6.25cmy长细比:l60050.4l300l = ox =l=
14、ox = 48xi11.91xyi6.2550.4345p2.06105y相对长细比:因lf l ,只需计算l, l = lf y = 0.6565xxy(2) 整体稳定计算对于b 类截面sxxpE)21 ()( 2j =crfy=0.965 + 0.3l + l-2l 2 0.965 + 0.3l + l 2- 4l 2 j =1(1.5929 -0.8135) = 0.80160.8620Ncrd= j Afd= 0.8016 80 102 315 = 2020kN f N = 2000kN度的上限l 是多少。设钢材的屈服点为235 N项系数）（计算本题时不考虑各种分mm 2welcome
15、2、一双轴对称工字形截面构件，两端简支，除两端外无侧向支承，跨中作用一集中荷载 F =480 kN ,如以保证构件的整体稳定为控制条件，构件的最大长精品解: 1、截面及构件几何性质计截面面积:A=120 1.2+2(40 2)=304 cm 2welcome惯性矩 :19218560-=I(40 124338.8 1203 )768213cm 4x1212hx2截面模量:W = Ix921856021152320=12390cm3121243 312、验算截面强度11480 103x（1） 弯曲正应力： M=WF l22=Wl41152320 215 l 22200mmxx 1033 31（2
16、） 腹板与冀缘交接点折算应力：假设剪应力全由腹板承受W M x x120 2124 + 3(F2Aw)2 f 2 l 19782mmvd（3） 验算其刚度： f = F l 3 l l 25160mm48EI250（4） 由“可不进行受弯构件整体体稳定计算的条件”有： l1 b1 13235fy l 13 400 = 5200mm ，但考虑到题意以保证构件的整体稳定为控制条件，所以l f 5200mm 。综上所述， lmax= 19782mm3、试设计用拼接钢板的角焊缝对接连接（如下图示）。已知钢板宽 B=270mm，厚度 t=28 mm，拼接盖板 t=16 mm。该连接承受的静态轴心力N=1
17、400 kN （1 设计值），钢材为 Q2325-B，手工焊，焊条为 E43 型。解：确定焊脚尺寸：由于此处焊缝在板件边缘施焊，且拼接盖板厚度t = 16mm f 6mm, t p t ，则：221hf max= t - (1 2)mm = 16 - (1 2) = 15或14mmth= 1.5f min= 1.5= 7.9mm ，取 h = 10mm28f（1） 采用两面侧焊时，如上面右图示：连接一侧所需焊缝的总长度 l=N=1400 103= 1250mmwh f w e f0.7 10 160此对接连接采用了上下两块盖板，共有4 条侧焊缝，故一条侧焊缝的实际长度为：l =w lw + 2
18、h4f= 12504+ 2 10 = 333mm p 60hf= 60 10 = 600mm所需拼接盖板长度： L = 2lw+10 = 2 333 + 10 = 676mm, 取680mm拼接盖板的宽度就是两条侧面角焊缝之间的距离，应由强度条件和构造要求确定。根据强度条件，在钢材种类相同的条件下，拼接盖板的截面积应等于或大于被连接钢板的截面积。选定拼接盖板宽度 b = 240mm, 则 A = 240 2 16 = 7680mm2 f A = 270 28 = 7560mm2 满足强度要求。根据构造要求，应满足： b = 240mm p l= 315mm,且 p 16t = 16 16 =
19、256mm ，满足要w求。故选定拼接盖板尺寸为680mm 240mm 16mm 。（2） 采用三面围焊时，如上面右图示设拼接盖板的宽度和厚度与采用两面侧焊时相同，仅需求盖板长度。已知正面角焊缝的长度l = b = 240mm ，则正面角焊缝所能承受的内力：wN = 2h l be wff w = 2 0.7 10 240 1.22 160 = 655870Nt所需连接一侧侧面角焊缝的总总长度为 ： l = N - N = 1400 103 - 655870 = 664mmwh f w0.7 10 160e f连接一侧共有 4 条侧面角焊缝，则一条侧面角焊缝的长度为：l =w lw + h4f= 6644+ 10 = 176mm, 采用 180 mm 。拼接盖板的长度为： L = 2lw+10 = 2 180 + 10 = 370mm
