哈工大2008 年 春 季学期钢结构基本原理及设计试 题一、 填空题：(每空1分，共20分)1、 计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载的 设计值；计算疲劳时，应采用荷载的 标准 值。
2、 钢材Q235B 中，235代表 屈服点 ，按脱氧方法该钢材属于 镇静 钢。
3、 对于普通碳素钢，随含碳量的增加，钢材的屈服点和抗拉强度 增高 ，塑性和韧性 下降 ，焊接性能 变差 。
4、当采用三级质量受拉斜对接焊缝连接的板件，承受轴心力作用，当焊缝轴 线与轴心力方向间夹角满足tan 1.5θ≤，焊缝强度可不计算 。
5、钢材的选用应根据结构的重要性 荷载特征、连接方法、工作环境、应力状态、钢材厚度 等因素综合考虑，选用合适的钢材。
6、钢材受三向同号拉应力作用，数值接近，即使单项应力值很大时，也不易进入 塑性 状态，发生的破坏为 脆性 破坏。
7、某梯形钢屋架，屋脊处应设 刚性 性系杆，该系杆按 受压 杆设计。
8、 轴心受压柱的柱脚底板厚度是按底板的 受弯 受力工作确定的。
9、 如下图突缘式支座加劲肋，应按承受支座反力的轴心受压构件计算梁平面外（绕Z 轴）稳定，钢材Q235钢，此受压构件截面面积值为 2960mm 2 ， 其长细比为 21.0710、 格构式轴心受压构件绕虚轴的稳定计算采用换算长细比是考虑剪切变形 的影响。
11、实腹式单向偏心受压构件的整体稳定，分为弯矩 作用平面内 的稳定和 弯矩 作用平面外 的稳定。
二、 单项选择题(每题2分，共16分)1、对于Q235钢板，其厚度越大 D 。
1110A. 塑性越好B. 韧性越好C. 内部缺陷越少D. 强度越低2、如图采用C 级普通螺栓连接，最危险螺栓为 A 。
A. 1 B. 3 C. 2或4 D. 53、工字形截面轴心受压构件,翼缘外伸部分的宽厚比'/(100.1b t λ≤+ 式中的 λ是 C 。
A.构件绕强方向的长细比B.构件两个方向的长细比平均值C.构件两个方向的长细比较大值D.构件两个方向的长细比较小值4、单向受弯构件的抗弯强度/()x x nx M W f σγ=≤ 其中 1.05x γ=时,为使翼缘不先 失去局部稳定, 翼缘外伸部分的宽厚比b`/t 为 B。
A .B.C. D. 5、已知焊接工字形截面简支梁，承受均布荷载作用,钢材Q235，fy =235N/mm 2，并在支座设置支承加劲肋，梁腹板高度900mm ，厚度12mm ，要求考虑腹 板稳定性， 则 D 。
A 布置纵向和横向加劲肋 B 按计算布置横向加劲肋 C 按构造要求布置加劲肋 D 不用布置加劲肋N情况是 C 。
A 跨中集中荷载作用B 跨间三分点各有一个集中荷载作用C 梁两端有使其产生同向曲率、数值相等的端弯矩作用D 全跨均布荷载作用7、弯矩绕虚轴作用的双肢缀条式压弯构件，应进行 D 和缀条计算。
A 强度、弯矩作用平面内稳定、弯矩作用平面外稳定、刚度 B 弯矩作用平面内稳定、分肢稳定C 弯矩作用平面内稳定、弯矩作用平面外稳定、刚度D 强度、弯矩作用平面内稳定、分肢稳定、刚度8、已知双轴对称工字钢截面轴心受压柱，轴心压力小，根据刚度控制截面面积A[]22150,8000,4500,2,0.5ox oy x y l mm l mm I A I A λ=====截面面积A 为B A 1422.2mm 2 B 1800mm 2 C 2000mm 2 D 2500mm 2三、简答题：（共21分)1、焊接残余应力产生的原因和对结构工作性能的影响？（8分)焊缝出现不均匀温度场。
焊缝附近温度最高，可高达1600度以上。
在焊缝区以外，温度则急剧下降。
焊缝区受热而纵向膨胀，但这种膨胀因变形的平截面规律(变形前的平截面，变形后仍保持平面)而受到其相邻较低温度区的约束，由于钢材在600℃以上时呈塑性状态(称为热塑状态)，因而高温区的这种压应力使焊缝区的钢材产生塑性压缩变形对结构的静力强度没影响，降低结构的刚度，影响压杆的稳定性，对低温冷脆有影响，对疲劳强度不利。
2、简述影响梁整体稳定的因素（8分)梁的侧向抗弯刚度EIy 、抗扭刚度GIt ，和抗翘曲刚度EIw 愈大，则临界弯矩愈大。
梁两端支承条件、构件侧向支承点间距、受压翼缘宽度、荷载的种类和作用位置。
3、为什么在截面为单轴对称的实腹式轴心受压构件，绕对称轴的稳定计算 采用换算长细比？（5分)对于单轴对称截面，构件除绕非对称轴发生弯曲屈曲外，还可能发生绕对称轴弯扭屈曲，轴力由于截面的转动产生作用于形心处非对称轴方向的剪力，剪力不通过剪心，产生扭矩，弯扭屈曲比绕对称轴的弯曲屈曲的临界应力要低，因此绕对称轴的稳定应采用考虑扭转效应的换算长细比计算。
四、计算题：（共43分）1、 图示连接，受静载F =120kN(设计值)，角焊缝焊脚尺寸h f =8mm,钢材Q235B ，手工焊,焊条E43型，f f w=160N/mm 2。
验算焊缝强度（10分）、解：将力F 简化到焊缝群的形心为： V = Fcos60o = 60 kN N = Fsin60o =103.9 kNM = N ×35 = 3636.5 kNmm 在N 作用下：32e w N 103.91060.24N mm τ()20.78(17028)h Nfl ⨯===⨯⨯⨯-⨯∑在V 作用下：32e w V 601034.79N mm τ()20.78(17028)h Vfl ⨯===⨯⨯⨯-⨯∑在M 作用下：32226M63636.51082.14N mm 0.78(17028)2Mfe w h l σ⨯⨯===⨯⨯-⨯⨯ （2分）（5分）∴ 焊缝满足承载力要求2、 如图所示，两块钢板截面厚度16mm 宽度420mm ，两面用厚度10mm 盖板连接，钢材Q235B 承受轴心力作用，采用8.8级螺栓M20高强度螺栓摩擦型连接，孔径21.5mm ，接触面采用喷砂处理，f =215N/mm 2，预拉力P=125 kN ，摩擦面的抗滑移系数µ＝0.45，求此连接接头能承受的最大轴心力设计值（10分）解： 单个螺栓的抗剪承载力设计值：N v b = 0.9n f μP = 0.9×2×0.45×125＝101.25 kN盖板一侧螺栓能传递的荷载为： N 1 = 16 N v b = 1620kN 被连接板所能承担的轴力为：N 2 = A f = 16×420×215＝602000 N = 1444.8 kN连接板的横截面尺寸大于被连接板横截面，且采用相同的钢材，故不必计算连接板的承载力。
危险截面净截面面积 A n = 16×（420-4×21.5）＝5344 mm 2 在危险截面处，对于被连接板（1－0.5n 1/n ）N 3 = A n f∴ n 315344215A 1313097N 1313.1kN N 4n 10.510.5n16f ⨯====--⨯故该连接所能承受的最大轴力为：N= 1313.1 kN3、已知一焊接工字形截面梁，承受静力荷载，梁某截面弯矩设计值720KN.m ，剪力设计值500KN ，该截面集中力设计值F=200KN ，没有加劲肋，沿梁跨度方向支承长度150mm ，钢材Q235B ，钢材的强度设计值f =215N/mm 2，f v =125N/mm 2，γX =1.05， 1.0ψ=，毛截面惯性矩I x =181812cm 4，截面的最大面积矩S=2509.4cm 3，上翼缘对中和轴的面积矩S 1=1709.4cm 3，验算梁截面强度(10分)A55 80 55 55 80 55 80 80 10 80 801（3分） （3分）（3分） （1分）解：24nx x 2014(4007)4=163259.3cm I I =-⨯⨯+⨯3x nx 23943.46cm W I h ==62max372010173.88/1.053943.4610x nx M KN m f W σγ⨯===<⨯⨯ 332max4500102509.41069.01/1818121010x v x w VS KN m f I t τ⨯⨯⨯===<⨯⨯ 6211472010400176.41/163259.310nx My KN m I σ⨯⨯===⨯ 33214500101709.41047.01/1818121010x x w VS KN m I t τ⨯⨯⨯===⨯⨯ 321.02001090.9/22010c z w FKN m l t ψσ⨯⨯===⨯ZS σ=21173.14N mm f β==<1.1215=236.5<⨯4、已知如图双肢槽钢格构式轴心受压缀条柱，轴心压力设计值N=1900KN （包括柱身等构造自重），所有钢材均选用Q235B ，f =215N/mm 2，计算长度l 0x =l 0y =6000mm ，45o α=，柱截面无削弱。
（2[32b 的截面面积A=2×55.1=110.2cm2，iy=12.1cm ；分肢对自身1-1轴的惯性矩I 1=336cm4，回转半径i 1=2.47cm ，Zo=2.16cm ，b=320mm ；单根缀条角钢L45×4的-14x300-14x300 -10x800A150do=20用于连接（2分）（3分） （2分）（3分）截面面积A 1=3.49cm 2；i min =0.89cm ， V =（13分）试验算1） 柱的整体稳定与单肢稳定解： 一、1）绕实轴整体稳定的验算：0600049.6[]150121y y yl i λλ===<= 刚度满足。
查表得到：0.858y ϕ= (1分) 322190010201/215/0.85811020y N N mm f N mm A ϕ⨯==<=⨯ 满足要求。
(2分) 2）绕虚轴的刚度和整体稳定验算：绕虚轴惯性矩：224102()233655.1(16 2.16)21089022x A b I I Z cm ⎡⎤⎡⎤=+-=⨯+⨯-=⎣⎦⎢⎥⎣⎦绕虚轴回转半径：14.06x i cm === (1分)长细比：060042.714.06x x x l i λ=== (1分) 换算长细比047.4[]150x λλ===<= 刚度满足。
(1分) αbZ 0xx yy 11查表得到：0.867x ϕ= (1分)322190010198.63/215/0.868110200x N N mm f N mm A ϕ⨯==<=⨯ 满足要求。
(2分) 3）单肢的稳定验算：所以分肢稳定满足规范要求(2分)011max 1322 2.1611.20.70.749.634.72.47l i λλ-⨯===<=⨯= 二、110202152787485V N ⨯=== (1分)19.672cos 45d oVN KN == (1分)。