鋼結(jié)構(gòu)設計原理(專升本)地質(zhì)大學期末開卷考試題庫及答案一、選擇題1.鋼材的韌性是反映的（）的指標。A.耐腐性及可焊性B.強度及塑性C.塑性及可焊性D.抗沖擊荷載能力答案：D。鋼材的韌性是指鋼材在沖擊荷載作用下吸收能量和抵抗斷裂的能力，所以它反映的是抗沖擊荷載能力的指標。2.鋼材的三項主要力學性能為（）。A.抗拉強度、屈服強度、伸長率B.抗拉強度、屈服強度、冷彎C.抗拉強度、伸長率、冷彎D.屈服強度、伸長率、冷彎答案：A?？估瓘姸取⑶姸群蜕扉L率是鋼材三項主要的力學性能指標。抗拉強度是鋼材所能承受的最大拉應力；屈服強度是鋼材開始產(chǎn)生明顯塑性變形時的應力；伸長率反映鋼材的塑性變形能力。3.有二個材料分別為Q235和Q345鋼的構(gòu)件需焊接，采用手工電弧焊，焊條應選用（）型。A.E43B.E50C.E55D.T50答案：A。當不同強度的鋼材焊接時，應選用與低強度鋼材相適應的焊條。Q235鋼屬于低強度鋼，手工電弧焊時應選用E43型焊條。4.鋼材經(jīng)歷了應變硬化（應變強化）之后（）。A.強度提高B.塑性提高C.冷彎性能提高D.可焊性提高答案：A。鋼材應變硬化后，其屈服強度和抗拉強度提高，但塑性和韌性降低，冷彎性能也會變差，可焊性與應變硬化無關(guān)，所以答案是強度提高。5.產(chǎn)生焊接殘余應力的主要因素之一是（）。A.鋼材的塑性太低B.鋼材的彈性模量太高C.焊接時熱量分布不均D.焊縫的厚度太小答案：C。焊接過程中，由于熱量分布不均勻，使焊件各部分的熱脹冷縮程度不同，從而產(chǎn)生焊接殘余應力。鋼材的塑性、彈性模量以及焊縫厚度不是產(chǎn)生焊接殘余應力的主要因素。6.摩擦型高強度螺栓連接與承壓型高強度螺栓連接（）。A.沒有本質(zhì)差別B.施工方法不同C.承載力計算方法不同D.材料不同答案：C。摩擦型高強度螺栓連接是依靠板件間的摩擦力來傳遞荷載，其承載力取決于摩擦力；承壓型高強度螺栓連接在摩擦力被克服后，主要依靠螺栓桿的抗剪和孔壁的承壓來傳遞荷載，二者承載力計算方法不同。施工方法基本相同，材料也相同。7.在彈性階段，側(cè)面角焊縫上應力沿長度方向的分布為（）。A.均勻分布B.一端大一端小C.兩端大而中間小D.兩端小而中間大答案：C。在彈性階段，側(cè)面角焊縫上應力沿長度方向的分布是兩端大而中間小。這是因為焊縫兩端的約束作用較小，變形較大，應力集中現(xiàn)象較為明顯。8.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)φ與（）等因素有關(guān)。A.構(gòu)件截面類別、兩端連接構(gòu)造、長細比B.構(gòu)件截面類別、鋼號、長細比C.構(gòu)件截面類別、計算長度系數(shù)、長細比D.構(gòu)件截面類別、兩個方向的長度、長細比答案：B。軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)φ與構(gòu)件截面類別、鋼號、長細比等因素有關(guān)。構(gòu)件截面類別反映了截面的形狀和尺寸對穩(wěn)定性的影響；鋼號不同，鋼材的力學性能不同，也會影響穩(wěn)定系數(shù)；長細比是影響軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的重要因素。9.為了提高梁的整體穩(wěn)定性，（）是最經(jīng)濟有效的辦法。A.增大截面B.增加側(cè)向支撐點，減小l1C.設置橫向加勁肋D.改變荷載作用的位置答案：B。增加側(cè)向支撐點，減小受壓翼緣的自由長度l1可以有效地提高梁的整體穩(wěn)定性，而且這種方法相對增大截面等方式更為經(jīng)濟有效。設置橫向加勁肋主要是提高梁的局部穩(wěn)定性；改變荷載作用位置對梁的整體穩(wěn)定性影響較小。10.雙肢格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件，實軸為x-x軸，虛軸為y-y軸，確定肢件間距的根據(jù)是（）。A.λx=λyB.λx=√λ0yC.λ0y=λxD.強度條件答案：C。雙肢格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件設計時，為了使構(gòu)件在兩個主軸方向具有等穩(wěn)定性，應使虛軸的換算長細比λ0y等于實軸的長細比λx，即λ0y=λx，以此來確定肢件間距。二、判斷題1.鋼材的伸長率與標距長度有關(guān)，標距長則伸長率小，標距短則伸長率大。（）答案：正確。伸長率是鋼材在拉伸試驗中伸長的長度與原始標距長度的比值。標距越長，鋼材在拉伸過程中可能出現(xiàn)的不均勻變形等影響越明顯，導致伸長率相對較小；標距越短，伸長率相對較大。2.鋼材的冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形而不破裂的能力。（）答案：正確。冷彎性能是鋼材的一項重要工藝性能，它反映了鋼材在常溫下承受彎曲變形而不破裂的能力，通過冷彎試驗可以檢驗鋼材的質(zhì)量和焊接接頭的質(zhì)量。3.焊接殘余應力不影響構(gòu)件的靜力強度。（）答案：正確。焊接殘余應力是一種自相平衡的內(nèi)應力，在構(gòu)件承受靜力荷載時，只要鋼材處于彈性階段，殘余應力不會影響構(gòu)件的靜力強度。但它會影響構(gòu)件的剛度、穩(wěn)定性和疲勞性能等。4.普通螺栓和承壓型高強度螺栓受剪連接的計算方法相同。（）答案：錯誤。普通螺栓受剪連接是按螺栓桿的抗剪和孔壁的承壓來計算承載力；承壓型高強度螺栓連接雖然也是依靠螺栓桿的抗剪和孔壁的承壓，但在設計時要考慮摩擦阻力被克服后的情況，二者計算方法有所不同。5.軸心受壓構(gòu)件的長細比越大，其整體穩(wěn)定性越好。（）答案：錯誤。軸心受壓構(gòu)件的長細比越大，構(gòu)件越容易發(fā)生彎曲屈曲，整體穩(wěn)定性越差。長細比是影響軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，長細比越小，穩(wěn)定性越好。6.梁的抗剪強度不滿足設計要求時，最有效的辦法是增大腹板的厚度。（）答案：正確。梁的抗剪強度主要由腹板承擔，增大腹板的厚度可以有效提高梁的抗剪能力，是解決梁抗剪強度不滿足設計要求的最有效辦法。7.對于雙軸對稱截面梁，不會發(fā)生彎扭失穩(wěn)。（）答案：錯誤。即使是雙軸對稱截面梁，當梁的側(cè)向支承不足、受壓翼緣自由長度較大等情況下，也可能發(fā)生彎扭失穩(wěn)。彎扭失穩(wěn)是梁在荷載作用下常見的一種破壞形式。8.格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的穩(wěn)定計算采用換算長細比是考慮剪切變形的影響。（）答案：正確。格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸失穩(wěn)時，由于綴材的存在，構(gòu)件的剪切變形較大，會對構(gòu)件的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。采用換算長細比就是為了考慮這種剪切變形的影響。9.鋼材的可焊性主要取決于鋼材的化學成分。（）答案：正確。鋼材的可焊性主要與鋼材的化學成分有關(guān)，尤其是碳、硫、磷等元素的含量。碳含量過高會降低鋼材的可焊性，硫、磷等雜質(zhì)元素也會對焊接質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。10.應力集中將引起鋼材的疲勞破壞，因此在設計中應盡量避免應力集中。（）答案：正確。應力集中會使構(gòu)件在局部區(qū)域產(chǎn)生較高的應力，在反復荷載作用下，這些高應力區(qū)域容易產(chǎn)生疲勞裂紋，進而導致疲勞破壞。所以在設計中應盡量避免應力集中，如采用圓滑過渡、避免尖銳棱角等措施。三、簡答題1.簡述鋼材的主要性能指標及其意義。鋼材的主要性能指標包括力學性能指標和工藝性能指標。力學性能指標：-屈服強度：是鋼材開始產(chǎn)生明顯塑性變形時的應力，是衡量鋼材強度的重要指標之一，在結(jié)構(gòu)設計中是確定鋼材強度設計值的依據(jù)。-抗拉強度：是鋼材所能承受的最大拉應力，它反映了鋼材的極限承載能力，與屈服強度的比值（強屈比）可衡量鋼材的安全儲備。-伸長率：是鋼材在拉伸試驗中伸長的長度與原始標距長度的比值，反映了鋼材的塑性變形能力。伸長率越大，鋼材的塑性越好，結(jié)構(gòu)在破壞前有明顯的變形預兆，可避免突然破壞。-沖擊韌性：是鋼材在沖擊荷載作用下吸收能量和抵抗斷裂的能力，用沖擊功表示。沖擊韌性好的鋼材能承受較大的沖擊荷載，適用于承受動荷載的結(jié)構(gòu)。工藝性能指標：-冷彎性能：是鋼材在常溫下承受彎曲變形而不破裂的能力，通過冷彎試驗來檢驗。冷彎性能良好的鋼材，在加工過程中不易產(chǎn)生裂紋，能保證鋼材的質(zhì)量和焊接接頭的質(zhì)量。-可焊性：是指鋼材在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度和焊接接頭能否在使用條件下可靠運行的能力。可焊性好的鋼材，焊接時不易產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷，焊接接頭的力學性能與母材相近。2.簡述焊接殘余應力和焊接殘余變形產(chǎn)生的原因。焊接殘余應力產(chǎn)生的原因：-不均勻的加熱和冷卻：焊接過程中，焊縫及其附近區(qū)域被加熱到很高的溫度，而遠離焊縫的區(qū)域溫度較低。在加熱時，焊縫區(qū)金屬膨脹受到周圍低溫金屬的限制，產(chǎn)生壓應力；冷卻時，焊縫區(qū)金屬收縮又受到周圍金屬的約束，產(chǎn)生拉應力。由于加熱和冷卻過程中這種不均勻的熱脹冷縮，導致焊接殘余應力的產(chǎn)生。-金相組織的變化：鋼材在焊接加熱和冷卻過程中，會發(fā)生金相組織的變化，不同的金相組織具有不同的體積。這種體積變化受到周圍金屬的限制，也會產(chǎn)生焊接殘余應力。焊接殘余變形產(chǎn)生的原因：-焊縫金屬的收縮：焊接時，焊縫金屬在冷卻過程中會發(fā)生收縮，由于焊縫在構(gòu)件中的位置和分布不同，會使構(gòu)件產(chǎn)生不同形式的變形，如縱向收縮變形、橫向收縮變形等。-焊接熱影響區(qū)金屬的性能變化：焊接熱影響區(qū)的金屬由于受到高溫的作用，其力學性能會發(fā)生變化，導致該區(qū)域的變形能力與母材不同，從而引起構(gòu)件的變形。-結(jié)構(gòu)的剛性約束：構(gòu)件在焊接過程中，如果受到剛性約束，不能自由變形，當約束去除后，構(gòu)件會產(chǎn)生殘余變形。3.簡述普通螺栓受剪連接的破壞形式及防止措施。普通螺栓受剪連接的破壞形式主要有以下幾種：-螺栓桿剪斷：當荷載較大時，螺栓桿可能被剪斷。防止措施是通過計算確定合適的螺栓直徑和數(shù)量，保證螺栓桿的抗剪承載力滿足設計要求。-孔壁承壓破壞：螺栓桿承壓使孔壁周圍的鋼材產(chǎn)生過大的局部擠壓應力，導致孔壁承壓破壞。防止措施是通過計算確定螺栓的邊距和端距，保證孔壁的承壓承載力滿足設計要求。-構(gòu)件凈截面強度破壞：構(gòu)件在螺栓孔處的凈截面面積減小，當荷載作用時，凈截面處的應力可能超過鋼材的強度設計值，導致構(gòu)件凈截面強度破壞。防止措施是通過計算構(gòu)件的凈截面面積，保證凈截面的強度滿足設計要求。-端部鋼板剪斷：當螺栓孔距構(gòu)件端部較近時，可能會發(fā)生端部鋼板剪斷的破壞。防止措施是保證螺栓的端距不小于規(guī)定的最小值。-螺栓桿彎曲破壞：當螺栓桿過長且連接長度較大時，螺栓桿可能會發(fā)生彎曲破壞。防止措施是限制螺栓桿的長度，避免過長的螺栓桿。4.簡述軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算原理。軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算原理是基于構(gòu)件的臨界力理論。當軸心受壓構(gòu)件承受的壓力達到一定值時，構(gòu)件會突然發(fā)生彎曲或彎扭變形而失去穩(wěn)定性，這個壓力稱為臨界力。在實際設計中，通常采用穩(wěn)定系數(shù)φ來考慮構(gòu)件的整體穩(wěn)定性。穩(wěn)定系數(shù)φ是構(gòu)件的穩(wěn)定承載力與相同截面、相同材料的軸心受壓構(gòu)件的強度承載力的比值。對于軸心受壓構(gòu)件，其整體穩(wěn)定計算公式為：N/φA≤f，其中N為構(gòu)件所承受的軸心壓力設計值，A為構(gòu)件的毛截面面積，f為鋼材的強度設計值。穩(wěn)定系數(shù)φ與構(gòu)件的長細比、截面類別、鋼號等因素有關(guān)。長細比是影響軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的重要因素，長細比越大，構(gòu)件越容易失穩(wěn)，穩(wěn)定系數(shù)φ越小。通過確定構(gòu)件的長細比和截面類別等參數(shù)，查穩(wěn)定系數(shù)表得到相應的穩(wěn)定系數(shù)φ，再進行整體穩(wěn)定計算，以保證構(gòu)件在荷載作用下具有足夠的整體穩(wěn)定性。5.簡述梁的整體穩(wěn)定概念及影響梁整體穩(wěn)定性的主要因素。梁的整體穩(wěn)定概念：梁在荷載作用下，當荷載達到一定值時，梁可能會在平面外發(fā)生側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)，從而喪失承載能力，這種現(xiàn)象稱為梁的整體失穩(wěn)。影響梁整體穩(wěn)定性的主要因素有：-梁的截面形式：截面的形狀和尺寸對梁的整體穩(wěn)定性有重要影響。一般來說，增大梁的受壓翼緣寬度、減小受壓翼緣厚度可以提高梁的整體穩(wěn)定性。-梁的跨度：梁的跨度越大，梁在平面外的變形能力越強，越容易發(fā)生整體失穩(wěn)。-荷載作用位置：荷載作用在梁的受壓翼緣時，梁更容易發(fā)生整體失穩(wěn)；荷載作用在梁的受拉翼緣時，梁的整體穩(wěn)定性相對較好。-側(cè)向支撐情況：增加梁的側(cè)向支撐點，減小受壓翼緣的自由長度，可以有效地提高梁的整體穩(wěn)定性。-鋼材的強度：鋼材的強度越高，梁的承載能力越大，但對梁的整體穩(wěn)定性影響較小。四、計算題1.已知一軸心受壓構(gòu)件，采用Q235鋼，截面為焊接工字形，翼緣為焰切邊，尺寸為b=200mm，t=12mm，h=400mm，tw=8mm，構(gòu)件計算長度l0x=l0y=6m。試計算該構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載力。（鋼材強度設計值f=215N/mm2，截面特性：A=10720mm2，ix=163.8mm，iy=52.4mm）解：（1）計算長細比-繞x軸長細比：λx=l0x/ix=6000/163.8≈36.6-繞y軸長細比：λy=l0y/iy=6000/52.4≈114.5取較大長細比λ=λy=114.5（2）確定截面類別對于焊接工字形截面，翼緣為焰切邊，繞y軸失穩(wěn)時，截面類別為b類。（3）查穩(wěn)定系數(shù)表根據(jù)λ=114.5和截面類別b類，查穩(wěn)定系數(shù)表得φ=0.496（4）計算整體穩(wěn)定承載力根據(jù)公式N=φAfN=0.496×10720×215N=0.496×2304800N≈1143181N=1143.18kN所以該構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載力約為1143.18kN。2.某雙角鋼組成的軸心受壓構(gòu)件，采用2L100×8，長細比λ=80，鋼材為Q235鋼。試計算該構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)φ，并計算其穩(wěn)定承載力。（鋼材強度設計值f=215N/mm2，2L100×8的截面積A=31.27cm2=3127mm2）解：（1）確定截面類別雙角鋼組成的軸心受壓構(gòu)件，一般為b類截面。（2）查穩(wěn)定系數(shù)表根據(jù)長細比λ=80和截面類別b類，查穩(wěn)定系數(shù)表得φ=0.781（3）計算穩(wěn)定承載力根據(jù)公式N=φAfN=0.781×3127×215N=0.781×672305N≈525060N=525.06kN所以該構(gòu)