(完整版)鋼結(jié)構(gòu)基本原理課后習(xí)題與答案完全版一、填空題1.鋼材的主要力學(xué)性能指標包括屈服強度、抗拉強度、伸長率、冷彎性能和沖擊韌性，其中（伸長率）是衡量鋼材塑性變形能力的重要指標。2.鋼結(jié)構(gòu)連接中，普通螺栓按加工精度分為A、B、C三級，其中（C級）螺栓僅用于承受拉力或間接承受動力荷載的次要連接。3.軸心受壓構(gòu)件的整體失穩(wěn)形式主要有彎曲失穩(wěn)、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)和（彎扭失穩(wěn)）三種，具體形式取決于構(gòu)件的截面形狀和尺寸。4.受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)φb反映了梁在（側(cè)向無支撐長度）和截面尺寸影響下的整體穩(wěn)定承載能力，當φb＞0.6時需進行修正。5.焊接殘余應(yīng)力對構(gòu)件的靜力強度（無影響），但會降低其穩(wěn)定承載力和疲勞強度。二、選擇題（每題2分）1.鋼材的屈服強度fy是指（）。A.鋼材受拉破壞時的最大應(yīng)力B.鋼材開始產(chǎn)生塑性變形的應(yīng)力C.鋼材彈性階段的最大應(yīng)力D.鋼材經(jīng)冷加工后的屈服點答案：B2.下列關(guān)于角焊縫計算的說法中，錯誤的是（）。A.側(cè)面角焊縫的計算長度不宜小于8hf和40mmB.正面角焊縫的強度設(shè)計值增大系數(shù)βf對承受靜力荷載的結(jié)構(gòu)取1.22C.角焊縫的有效厚度為0.7hf（hf為焊腳尺寸）D.當焊縫長度超過60hf時，超出部分的承載力可不計答案：D（注：規(guī)范規(guī)定側(cè)面角焊縫計算長度超過60hf時，超出部分不計，正面角焊縫無此限制）3.軸心受拉構(gòu)件的強度驗算公式為N/An≤f，其中An為（）。A.毛截面面積B.凈截面面積C.有效截面面積D.換算截面面積答案：B4.工字形截面簡支梁受均布荷載作用時，為防止整體失穩(wěn)，最有效的措施是（）。A.增加梁的截面高度B.在梁的受壓翼緣設(shè)置側(cè)向支撐點C.增大腹板厚度D.減小荷載作用點高度答案：B5.壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定驗算需考慮（）。A.強度、剛度和整體穩(wěn)定B.截面塑性發(fā)展、二階效應(yīng)和穩(wěn)定系數(shù)C.軸心壓力、彎矩和初始缺陷的綜合影響D.局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定的協(xié)同作用答案：C三、簡答題（每題8分）1.簡述鋼材的疲勞破壞特征及其影響因素。答：鋼材的疲勞破壞是在循環(huán)應(yīng)力作用下，經(jīng)過多次循環(huán)后發(fā)生的脆性斷裂，其特征為：破壞時應(yīng)力遠低于抗拉強度；斷裂前無明顯塑性變形；斷口分為裂紋源區(qū)、擴展區(qū)和瞬斷區(qū)。影響因素包括：應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（應(yīng)力幅）、應(yīng)力集中（構(gòu)造細節(jié)）、鋼材種類（韌性）、殘余應(yīng)力及環(huán)境溫度等。2.普通螺栓連接和高強度螺栓摩擦型連接在受剪時的傳力機理有何不同？答：普通螺栓受剪時，外力通過螺栓桿與孔壁的擠壓傳遞，螺栓桿受剪和孔壁承壓；高強度螺栓摩擦型連接通過螺栓預(yù)拉力使被連接件間產(chǎn)生摩擦力，外力由摩擦力抵抗，當外力超過摩擦力時，連接即達到承載力極限（此時螺栓桿與孔壁尚未接觸）。3.軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)φ與哪些因素有關(guān)？如何確定？答：穩(wěn)定系數(shù)φ與構(gòu)件的長細比λ、鋼材種類（強度等級）及截面類型（繞不同軸的屈曲類別）有關(guān)。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》（GB500172017），首先計算構(gòu)件的長細比λ（λ=l0/i，l0為計算長度，i為回轉(zhuǎn)半徑），再根據(jù)截面類型（a、b、c、d類）和鋼材牌號，查表得到對應(yīng)的φ值。4.受彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定問題是如何產(chǎn)生的？通常采用哪些措施保證局部穩(wěn)定？答：受彎構(gòu)件的腹板和翼緣在彎、剪、局部壓應(yīng)力作用下可能發(fā)生局部屈曲（失穩(wěn)），即局部穩(wěn)定問題。保證措施包括：（1）限制板件的寬厚比（如翼緣寬厚比b/t≤(10+0.1λ)√(235/fy)）；（2）設(shè)置加勁肋（橫向加勁肋、縱向加勁肋、短加勁肋）以減小板件的計算寬度；（3）采用有效截面法（考慮局部屈曲后的強度）。四、計算題（共50分）1.（10分）某Q235B鋼材的拉伸試驗中，試件標距L0=100mm，拉斷后標距L1=125mm，頸縮處最小截面面積A1=400mm2（原截面面積A0=500mm2）。計算該鋼材的伸長率δ5和斷面收縮率ψ。解：伸長率δ5=（L1L0）/L0×100%=（125100）/100×100%=25%斷面收縮率ψ=（A0A1）/A0×100%=（500400）/500×100%=20%2.（15分）如圖所示（注：假設(shè)為雙蓋板對接連接，鋼板寬b=240mm，厚t=10mm，蓋板厚t1=8mm，鋼材Q235B，f=215N/mm2，fvb=140N/mm2，fcb=305N/mm2），采用C級普通螺栓連接，螺栓直徑d=20mm，孔徑d0=21.5mm，螺栓排列為兩排并列，端距e1=50mm，中距s=70mm。計算該連接的最大承載力設(shè)計值N。解：（1）螺栓受剪承載力：每個螺栓受雙剪，nV=2Nvb=nV×(πd2/4)×fvb=2×(π×202/4)×140≈2×314×140=87920N（2）螺栓承壓承載力：鋼板厚度t=10mm（取較薄件）Ncb=d×t×fcb=20×10×305=61000N單個螺栓承載力取較小值61000N（3）鋼板凈截面強度驗算：鋼板有兩排螺栓，最不利截面為第二排螺栓處（假設(shè)沿截面11破壞）：An=b×t2×d0×t=240×102×21.5×10=2400430=1970mm2N≤An×f=1970×215≈423550N（4）蓋板凈截面強度驗算：雙蓋板總厚度2t1=16mm＞t=10mm，故鋼板先于蓋板破壞，只需驗算鋼板。（5）螺栓總數(shù)n=4（兩排×2列），總螺栓承載力N1=n×Ncb=4×61000=244000N比較N1=244kN與鋼板凈截面承載力423.55kN，取較小值，故連接最大承載力N=244kN。3.（15分）某軸心受壓柱，采用焊接工字形截面（翼緣b×t=250mm×12mm，腹板h0×tw=400mm×8mm），計算長度l0x=6m（繞強軸x軸），l0y=3m（繞弱軸y軸），鋼材Q355B（fy=355N/mm2，f=310N/mm2）。計算該柱的整體穩(wěn)定承載力設(shè)計值N。解：（1）計算截面幾何特性：截面面積A=2×250×12+400×8=6000+3200=9200mm2繞x軸慣性矩Ix=2×[250×123/12+250×12×(206)2]+8×4003/12=2×[36000+250×12×42436]+8×64000000/12≈2×[36000+127308000]+42666667≈2×127344000+42666667≈297354667mm?回轉(zhuǎn)半徑ix=√(Ix/A)=√(297354667/9200)≈√32321≈179.8mm繞y軸慣性矩Iy=2×(12×2503/12)+400×8×(0)2=2×(12×15625000/12)=31250000mm?回轉(zhuǎn)半徑iy=√(Iy/A)=√(31250000/9200)≈√3397≈58.3mm（2）長細比計算：λx=l0x/ix=6000/179.8≈33.4λy=l0y/iy=3000/58.3≈51.5（取較大值λ=51.5）（3）確定穩(wěn)定系數(shù)φ：工字形截面繞弱軸y軸屈曲，截面類型為b類（翼緣為焰切邊），Q355鋼對應(yīng)λ=51.5，查表（GB500172017附錄D）得φ≈0.87（插值計算：λ=50時φ=0.88，λ=55時φ=0.85，故λ=51.5時φ≈0.87）（4）整體穩(wěn)定承載力N=φ×A×f=0.87×9200×310≈0.87×2852000≈2481240N≈2481kN4.（10分）某簡支梁跨度l=6m，采用熱軋H型鋼HN500×200×10×16（截面參數(shù)：A=11920mm2，Wx=2150×103mm3，Sx=1240×103mm3，tw=10mm），承受均布荷載設(shè)計值q=40kN/m（含自重），鋼材Q235B（f=215N/mm2，fv=125N/mm2）。驗算梁的抗彎強度和抗剪強度。解：（1）跨中最大彎矩Mmax=ql2/8=40×62/8=40×36/8=180kN·m=180×10?N·mm（2）抗彎強度驗算：γx=1.05（H型鋼繞強軸）σ=Mmax/(γxWx)=180×10?/(1.05×2150×103)≈180×10?/2257500≈