《钢结构设计原理》/试题库(含答案)要点.docx
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1、钢结构设计原理试题库一、 填空题1 .钢结构计算的两种极限状态是和l60Nmm2o图示尺寸单位mm.(焊缝Lwz实际长度取Cm整数)65 .设计矩形拼接板与板件用一般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:=130Nmm2,bc=305Nmm2,=215Nmm2o粗制螺栓d=20mm,孔径do=21.5mmo6 .图示一用M20一般螺栓的钢板拼接接头,钢材为Q235,/=215Nmm)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,v=13ONmm305Nm(7 .若上题的拼接接头改用10.9级M20磨擦型高强度螺栓,接
2、触面处理采纳钢丝刷清除浮锈。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P=155kN,接触面抗滑移系数z=0.3o8 .计算图示连接的承载力设计值N。螺栓M20,孔21.5mm,材料Q235A己知:/=2l5Nmm2,bv=l30Nmm2,fbc=305Nmm2。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21.5mm,/=130N/mm:=305Nun.10.两端较接轴心受压柱,高9.6111,钢材为、235,强度设计值/=215N/mrnl采纳图示截面,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7273
3、747576777879800.7390.7320.7260.7200.7140.7070.7010.6940.68811.已知一两端钱支轴心受压缀板式格构柱,长10.Om,截面由2132a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132a的截面面积A=67cm2惯性矩L=IlO80cmIx=460cm,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例,,说明何者的稳定性更好?13 .一简支梁的计算简图如下,截面采纳一般工字钢150a,材
4、料为Q235,除两端支承处能阻挡梁端截面的扭转外,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=25Nw(2)I50aWIx=46470cm,Wx=1860cmfIy=1120cmfWy=142cm整体稳定系数:b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的最大均布荷载设计值(含自重),已知梁截面为热轧一般工字钢 145a,其截面特性为:A=102cmI=32240cm1wx=1430cm,Iv=855cm, wy=114cmj 材料为Q235,强度设计值/=215 Nmm2,梁两端不能扭转,跨中无侧向支撑点,挠
5、度不起限 制作用,截面无减弱。整体稳定系数9b=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8kNm截面为122a,无减弱。试确定杆能承受的最大轴心拉力设计值。已知:A=42cm2,Wv=309cm3,ix=8.99cw,/=215N/mmjq-8kNmIIIlllIlwIiIlIlllIllllIlIllWInn16 .用轧制工字钢I36a(材料Q235)作成的Iom长两端较接柱,轴心压力的设计值为650kN,在腹板平面承受均布荷载设计值q=624kNm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:A
6、=76.3cm2,Wx875c3,ix=14.4cn,i=2.69C机,/=215NZmm2。q=6.24kNm、,136a钢结构设计原理复习题参考答案一、填空题1 .承载实力极限状态、正常运用极限状态2 .轻质高强、材质匀称,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。3 .塑性破坏、脆性破坏4 .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 .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 .屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能7 .焊接连接、钾钉连接、螺栓连接8 .8hf、4060h/9
7、 .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 .螺栓材质、螺栓有效面积11 .弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲12 .残余应力、初弯曲和初偏心、长细比13 .加强受压翼缘、增加侧向支承点14 .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、梁端支承条件15 .限制宽厚比、设置加劲肋二、问答题1. 钢结构具有的特点:钢材强度高,结构重量轻钢材内部组织比较匀称,有良好的塑性和韧性钢结构装配化程度高,施工周期短钢材能制造密闭性要求较高的结构钢结构耐热,但不耐火钢结构易锈蚀,维护费用大。2. 钢结构的合理应用范围:重型厂房结构(2)大跨度房屋的屋盖结构高层及多层
8、建筑轻型钢结构塔桅结构板壳结构桥梁结构移动式结构3. 钢结构对材料性能的要求:较高的抗拉强度儿和屈服点赤较好的塑性、韧性及耐疲惫性能良好的加工性能4. 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。其中屈服点、抗拉强度和伸长率由一次静力单向匀称拉伸试验得到;冷弯性能是由冷弯试验显示出来;冲击韧性是由冲击试验使试件断裂来测定。5. 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(6)应力集中残余应力重复荷载作用6. 钢材在连续反复荷载作用下,当应力还低于钢材的抗拉强度,甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏,这种现象称为钢材的疲惫或疲惫破坏。影响钢材疲
9、惫的主要因素是应力集中、应力幅(对焊接结构)或应力比(对非焊接结构)以及应力循环次数。7. 选用钢材通常考虑的因素有:结构的重要性荷载特征连接方法结构的工作环境温度(5)结构的受力性质8. 钢结构常用的连接方法有:焊接连接、钾钉连接和螺栓连接三种。焊接的优点:不需打孔,省工省时:任何形态的构件可干脆连接,连接构造便利;气密性、水密性好,结构刚度较大,整体性能较好。焊接的缺点:焊缝旁边有热影响区,材质变脆;焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏,残余变形使结构形态、尺寸发生改变;焊接裂缝一经发生,便简单扩展。钾钉连接的优点:塑性、韧性较好,传力牢靠,连接质量易于检查。钾钉连接的缺点:因在构件上需打孔
10、,减弱构件截面;且钾接工艺困难,技术要求高。螺栓连接的优点:具备钾钉连接塑性、韧性好,传力牢靠的优点,又兼备安装拆卸便利,可以多次重复运用的优点,且连接变形小。9. 焊缝可能存在的缺陷有裂纹、气孔、夹磴、烧穿、咬边、未焊透、弧坑和焊瘤。10. 焊缝质量分为三个等级。三级质量检查只对全部焊缝进行外观缺陷及几何尺寸检查,其外观可见缺陷及几何尺寸偏差必需符合三级合格标准要求;二级质量检查除对外观进行检查并达到二级质量合格标准外,还需用超声波或射线探伤20%焊缝,达到B级检验In级合格要求:一级质量检查除外观进行检查并符合一级合格标准外,还需用超声波或射线对焊缝100%探伤,达到B级检验II级合格要求
11、;(见钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001)11.对接焊缝的构造要求有:般的对接焊多采纳焊透缝,只有当板件较厚,内力较小,且受静载作用时,可采纳未焊透的对接缝。为保证对接焊缝的质量,可按焊件厚度不同,将焊口边缘加工成不同形式的坡口。起落弧处易有焊接缺陷,所以要用引弧板。但采纳引弧板施工困难,因此除承受动力荷载外,一般不用引弧板,而是计算时为对接焊缝将焊缝长度减2,为较小焊件厚度九对于变厚度(或变宽度)板的对接,在板的一面(-WJ)或两面(两侧)切成坡度不大于1:2.5的斜面,避开应力集中。当钢板在纵横两方向进行对接焊时,焊缝可采纳十字形或T形交叉对接,当用T形交叉时,交叉点的间距
12、不得小于20曲他12 .角焊缝的计算假定是:(T)破坏沿有效载面;破坏面上应力匀称分布。表6-1角焊缝的构造要求那位项目构造要求备注焊脚尺寸上限M1.2(钢管结构除外i6时,At对板边:,,e6时,z-(l2)mmh为牧薄焊件厚度“为板边角焊缝的板件;1度/下限八/1.5石;当c4时,A=t“为较厚焊件厚度,对自动焊hf可减Imml对球面T形弹hf应加1mm.Z为炸件厚度.烟缝长度上限60Az内力沿健缝全长均匀分布者不限下限8A/和40mm杆端与节点板用两侧面角焊缝连接,如右长度S0403Yi11Tr11J飞图跑离“Z016Q12mm时/409mQ12mm时)为较薄焊件厚度搭接连接搭接最小长度
13、5”及25mm为较薄焊件厚度13 .钢材在施焊过程中会在焊缝及旁边区域内形成不匀称的温度场,在高温区产生拉应力,低温区产生相应的压应力。在无外界约束的状况下,焊件内的拉应力和压应力自相平衡。这种应力称焊接残余应力。随焊接残余应力的产生,同时也会出现不同方向的不匀称收缩变形,称为焊接残余变形。焊接残余应力的影响:对塑性较好的材料,对静力强度无影响;降低构件的刚度;降低构件的稳定承载力;降低结构的疲惫强度;在低温条件下承载,加速构件的脆性破坏。焊接残余变形的影响:变形若超出了施工验收规范所容许的范围,将会影响结构的安装、正常运用和平安承载;所以,对过大的残余变形必需加以矫正。削减焊接残余应力和变形
14、的方法:合理设计:选择适当的焊脚尺寸、焊缝布置应尽可能对称、进行合理的焊接工艺设计,选择合理的施焊依次。正确施工:在制造工艺上,采纳反变形和局部加热法;按焊接工艺严格施焊,避开随意性;尽量采纳自动焊或半自动焊,手工焊时避开仰焊。14 .一般螺栓连接中的抗剪螺栓连接是依靠螺栓抗剪和孔壁承压来传递外力。当受剪螺栓连接在达到极限承载力时,可能出现五种破坏形式,即螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏。高强螺栓连接中的抗剪螺栓连接时,通过拧紧螺帽使螺杆产生预拉力,同时也使被连接件接触面相互压紧而产生相应的摩擦力,依靠摩擦力来传递外力。它是以摩擦力刚被克服,构件起先产生滑移做
15、为承载实力的极限状态。15 .螺栓排列的构造要求:受力要求:端距限制一一防止孔端钢板剪断,2do;螺孔中距限制一限制下限以防止孔间板裂开即保证23do,限制上限以防止板间翘曲。构造要求:防止板翘曲后浸入潮气而腐蚀,限制螺孔中距最大值。施工要求:为便于拧紧螺栓,宜留适当间距。表8.3.4螺栓或硼钉的最大、最小容许距离名称位置和方向最大容许距离(取两者的较小值)最小容许距离中心间距夕卜排(垂直内力方向或顺内力方向)84.或3%中间排垂直内力方向16或24/顺内力方向构件受压力12d0或ISt构件受拉力164。或24i沿对角线方向一中心至构件边缘距离顺内力方向4d0或8Z2d。垂直内力方向剪切边或手
16、工气割边1.5,轧制边、自动气割或锯割边高强度螺栓其他螺栓或饼钉L2d。注:1do为螺栓或钾钉的孔径,为外层较薄板件的周度。2钢板边缘与刚性构件(如角钢、槽钢等)相连的螺栓或聊钉的最大间距,可按中间排的数值采用。16 .一般螺栓抗剪连接中的五种破坏形式:螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏。以上五种可能破坏形式的前三种,可通过相应的强度计算来防止,后两种可实行相应的构件措施来保证。一般当构件上螺孔的端距大于24时,可以避开端部冲剪破坏:当螺栓夹紧长度不超过其直径的五倍,则可防止螺杆产生过大的弯曲变形。17 .级别代号中,小数点前的数字是螺栓材料经热处理后的最低抗拉
17、强度,小数点后数字是材料的屈强比(fylfu)。8.8级为:fu800Nmn2ffyfu=O.810.9级为:fu21000Nmm2,fyfu=Q.918 .受轴心压力作用的直杆或柱,当压力达到临界值时,会发生有直线平衡状态转变为弯曲平衡状态变形分枝现象,这种现象称为压杆屈曲或整体稳定,发生变形分枝的失稳问题称为第一类稳定问题。由于压杆截面形式和杆端支承条件不同,在轴心压力作用下可能发生的屈曲变形有三种形式,即弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲。19 .在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑残余应力的影响、初弯曲和初偏心的影响、杆端约束的影响。20 .格构式轴心受压构件一旦绕虚轴失稳,截面上的横向剪力必
18、需通过缀材来传递。但因缀材本身比较柔细,传递剪力时所产生的变形较大,从而使构件产生较大的附加变形,并降低稳定临界力。所以在计算整体稳定时,对虚轴要采纳换算长细比(通过加大长细比的方法来考虑缀材变形对降低稳定临界力的影响)。21 .钢梁在弯矩较小时,梁的侧向保持平直而无侧向变形;即使受到偶然的侧向干扰力,其侧向变形也只是在肯定的限度内,并随着干扰力的除去而消逝。但当弯矩增加使受压翼缘的弯曲压应力达到某一数值时,钢梁在偶然的侧向干扰力作用下会突然离开最大刚度平面对侧向弯曲,并同时伴随着扭转。这时即使除去侧向干扰力,侧向弯扭变形也不再消逝,如弯矩再稍许增大,则侧向弯扭变形快速增大,产生弯扭屈曲,梁失
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