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1、结构设计原理试题-钢结构、组合结构 钢结构、组合结构 一、 单选题（40题，每题2分） 1. 大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（ ）b A. 密封性好 B. 自重轻 C. 制造工业化 D. 便于拆卸 2. 钢材的设计强度是根据（ ）确定的。c A. 比例极限 B. 弹性极限 C. 屈服强度 D. 极限强度 3. 钢结构的承载能力极限状态是指（ ）c A. 结构发生剧烈振动 B. 结构的变形已不能满足使用要求 C. 结构达到最大承载力产生破坏 D. 使用已达五十年 4. 钢材的抗拉强度与屈服点之比反映的是钢材的（ ）a A. 强度储备 B. 弹塑性阶段的承载能力 C. 塑性变形能力 D.
2、 强化阶段的承载能力 5. 钢号Q345A中的345表示钢材的（ ）值。c A. fp B. fu C. fy D. fvy 6. 钢材所含化学成分中，需严格控制含量的有害元素为（ ）c A. 碳、锰 B. 钒、锰 C.硫、氮、氧 D. 铁、硅 7. 同类钢种的钢板，厚度越大，（ ）a A. 强度越低 B. 塑性越好 C. 韧性越好 D. 内部构造缺陷越少 8. 对于普通螺栓连接，限制端距的目的是为了避免（ ）d A. 螺栓杆受剪破坏 B. 螺栓杆受弯破坏 C. 板件受挤压破坏 D. 板件端部受冲剪破坏 9. 以下关于应力集中的说法正确的是（ ）b A. 降低了钢材的屈服强度 B. 产生同号应
3、力场，使塑性变形收到限制 C. 产生异号应力场，使钢材变脆 D. 可以提高构件的疲劳强度 10. 承压型高强度螺栓连接比摩擦型高强度螺栓连接（ ）b A. 承载力低，变形大 B. 承载力高，变形大 C. 承载力低，变形小 D. 承载力低，变形小 11. 为了提高轴心受压构件的整体稳定，在杆件截面面积不变的情况下，杆件截面的形式应使其面积分布（ ）b A. 尽可能集中于截面的形心处 B. 尽可能远离形心 C. 任意分布，无影响 D.尽可能集中于截面的剪切中心 12. 梁整体失稳的方式为（ ）d A. 弯曲失稳 B. 剪切失稳 C. 扭转失稳 D. 弯扭失稳 13. 对于直接承受动力荷载的结构，宜
4、采用（ ）c A. 焊接连接 B. 普通螺栓连接 C. 摩擦型高强度螺栓连接 D.承压型高强度螺栓连接 14. 焊接工字型截面梁腹板设置加劲肋的目的是提高梁的（ ）d A. 抗弯刚度 B. 抗剪强度 C. 整体稳定性 D. 局部稳定性 15. 钢结构正常使用极限状态是指( )d A已达到五十年的使用年限 C结构和构件产生疲劳裂纹 B结构达到最大承载力产生破坏 D结构变形已不能满足使用要求 16. 梯形钢屋架支座端斜杆几何长度为l，其平面内计算长度l0x为（ ）c A. 0.75l C. 0.9l B. 0.8l D. l 17. 高强度螺栓摩擦型连接与承压型连接的主要区别是（ ）d A.接触面
5、处理不同 C.预拉力不同 B.材料不同 D.承载力的计算方法不同 18. 某侧面直角角焊缝hf=4mm，由计算得到该焊缝所需计算长度30mm，考虑起落弧缺陷， 设计时该焊缝实际长度取为（ ）d A.50mm C.40mm B.42mm D.38mm 19. 轴心受压格构式构件在验算其绕虚轴的整体稳定时采用换算长细比，是因为（ ）c A.格构构件的整体稳定承载力高于同截面的实腹构件 B.缀材弯曲变形的影响 C.考虑剪切变形的影响 D.考虑单肢失稳对构件承载力的影响 20. T型接头中直角角焊缝的最小焊角尺寸hfmin=1.5t2，最大焊角尺寸hfmax=1.2t1，式 中（ ）c A.t1为腹板
6、厚度，t2为翼缘厚度 B.t1为翼缘厚度，t2为腹板厚度 C.t1为较薄焊件的厚度，t2为较厚焊件的厚度 D.t1为较厚焊件的厚度，t2为较薄焊件的厚度 21. 实腹梁的腹板中某点作用有面内正应力?和剪应力?，设计时应该满足（ ）c A2?2?f C2?3?2?f B3?2?2?f D3?2?3?2?f 22. 可提高钢材的强度和抗锈蚀能力，但也会严重降低钢材的塑性、韧性和可焊性，特别是在温度较低时促使钢材变脆的是（ ）b A碳 C硫 B磷 D锰 23. 如图所示，连接两工字钢的对接焊缝中，所受正应力最大的点是（ ）a Aa点 Cc点 Bb点 Dd点 24. 普通螺栓受剪连接中，为防止板件被挤
7、压破坏，应满足（ ）c A板件总厚度?t?5d B螺栓端距a1?2d0 C螺栓所受剪力NV?d?tfcb(?t为同一受力方向承压构件的较小厚度之和) D螺栓所受剪力NV?nV?d24bfV 25. 高强螺栓承压型连接的极限状态为（ ）d A板件接触面刚好产生滑移 B螺栓杆被剪坏 C板件孔壁发生承压破坏 D螺栓杆被剪坏和板件孔壁发生承压破坏两种形式中的最先发生者 26. 某工字形截面钢梁在某固定集中荷载作用下局部压应力很大，无法满足局压验算要求时，可采用的最经济、有效的措施是（ ）d A增加梁腹板厚度 C增设纵向加劲肋 B增加梁翼缘板厚度 D增设支承加劲肋 27. 如图，两钢板用直角角焊缝连接，
8、手工焊，合适的焊角尺寸hf=（ ）c A.12mm C.8mm B.10mm D.5mm 28. 螺栓排列时，要求螺栓端距2d0（d0为螺栓孔径），目的是为了防止发生（ ）c A.螺栓受剪破坏 C. 板件被冲剪破坏 B.板件被拉断破坏 D.板件被挤压破坏 29. 图示高强螺栓群摩擦型连接受弯后的旋转中心为（ ）a A. a点 B. b点 C. c点 D. d点 30. 某截面无削弱的热轧型钢实腹式轴心受压柱，设计时应计算（ ）c A.整体稳定、局部稳定 C.整体稳定、长细比 B.强度、整体稳定、长细比 D.强度、局部稳定、长细比 31. 某简支梁，荷载向下作用于梁的受拉下翼缘，欲提高此梁整体稳
9、定承载力的最有效途径 是（ ）c A.改变荷载作用位置 C.减小梁受压翼缘的侧向计算长度 B.增大受拉翼缘宽度 D.减少受压翼缘宽度 32. 钢材中碳的含量应适中，其含量过高会( )c A.降低钢材的强度 C.降低钢材的可焊性 B.提高钢材的伸长率 D. 提高钢材的冲击韧性 33. 在以下各级别钢材中，屈服强度最低的是( )a A.Q235 C.Q390 B.Q345 D.Q420 34. 10.9级螺栓，其表示符号中的“.9”表示( )d A.螺栓材料的屈服点约为900Nmm2 B.螺栓材料的极限抗拉强度约为900Nmm2 C.螺杆上螺纹长度和螺杆全长的比值为0.9 D.螺栓材料的屈服点和最
10、低抗拉强度的比值为0.9 35. 钢材中磷的含量过高时会使钢材( )a A.冷脆 C.强度降低 B.热脆 D.伸长率提高 36. 对接焊缝采用引弧板的目的是( )a A.消除焊缝端部的焊接缺陷 C.增加焊缝的变形能力 B.提高焊缝的设计强度 D.降低焊接的施工难度 37. 轴心受拉构件采用全焊透对接焊缝拼接，当焊缝质量等级为何级时，必须进行焊缝强度验算?( )c A.一级 C.三级 B.二级 D.一级和二级 38. 钢材的伸长率用来反映材料的( )c A承载能力 C塑性变形能力 B弹性变形能力 D抗冲击荷载能力 39. 梁的整体失稳属于第一类稳定问题，其失稳形式为( )c A弯曲失稳 C弯扭失
11、稳 B扭转失稳 D局部失稳 40. 梁上作用较大固定集中荷载时，其作用点处应( )b A设置纵向加劲肋 C减少腹板厚度 B设置支承加劲肋 D增加翼缘的厚度 二、 填空题（20题，每题1分） 1. 反映钢材受拉时所能承受的极限拉应力的指标称为_。抗拉强度 2. 对于轴心受压构件而言，杆件的初弯曲越大，稳定承载力越_。低 3. 承受向下均布荷载作用的某根两端简支钢梁，与荷载作用于梁的上翼缘相比，荷载作用 于梁的下翼缘时会_梁的整体稳定性。提高 4. 钢材的设计强度是根据材料的_确定的。屈服强度 5. 轴心受压构件的整体失稳形式可分为弯曲屈曲、扭转屈曲和_三种。弯扭屈曲 6. 钢梁的强度计算，应包括
12、弯曲正应力、剪应力、_和折算应力四方面内容。局部压 应力 7. 在钢结构施工及验收规范中，焊缝按质量检验标准分为_级。三 8. 采用M20的高强螺栓承压型连接，螺栓端距为30mm，从构造角度分析此连接可能发生 _破坏。端部钢板剪切 9. 当构件表面不平整时，在截面形状或连续性改变处，在某些点形成了应力高峰，而在其 它一些点应力则降低，这种现象叫_。应力集中 10. 随着时间的增长，钢材强度提高，塑性和韧性下降的现象称为_。时效硬化 11. “8.8级”高强螺栓的表示方法中的小数点及后面的数字，即“0.8”表示螺栓材料的 _。屈强比 12. 为提高钢梁的整体稳定性，侧向支撑点应设在钢梁的_翼缘。
13、受压 13. 钢材在连续的循环荷载作用下，当循环次数达到某一定值时，钢材会发生突然断裂破坏 的现象，称为钢材的_。疲劳破坏 14. 轴心受力构件的刚度计算通常用_来衡量。长细比 15. 某些抗扭刚度较差的轴心受压构件（如十字形截面），容易发生_失稳。扭转 16. 梯形钢屋架中除了端斜杆之外的其它腹杆，在平面内的计算长度为构件的几何长度(节点中心间距)为l 。0.8l 17. 压弯构件当荷载增大到某一数值时，挠度迅速增大而破坏，若挠曲线始终在弯矩作用平 面内，称其为_失稳。平面内 18. 某Q235钢制作的梁，其腹板高厚比为h0tw=140。为不使腹板发生局部失稳，应设置 _加劲肋。竖向/横向
14、19. _ 指承受集中荷载或者支座反力的竖向加劲肋，并且应在腹板两侧成对 设置，其宽度宜与梁的翼缘板平齐。 支撑加劲肋 20. 高强螺栓连接同时承受拉力和剪力作用时，如果拉力越大，则连接所能承受的剪力 _。越小 三、 名词解释（10题，每题3分） 1. 钢材的屈强比钢材屈服强度与极限抗拉强度之比，称为屈强比。 2. 钢材的可焊性指一定的工艺和结构条件下，钢材经过焊接后能够获得良好的焊接接头 性能。即焊缝金属盒近缝区的钢材均不产生裂纹，焊接构件在施焊后的力学性能应不低于母材的力学性能。 3. 钢板梁的整体失稳钢板梁在最大刚度平面内承受弯矩，当弯矩增大到某一数值时，梁 会在偶然的侧向干扰力作用下，
15、突然发生较大的侧向弯曲和扭转，这种现象称为梁的整体失稳。 4. 钢材拉伸的伸长率试件拉断后标距长度的伸长量与原来标距的比值。 5. 应力集中在荷载作用下，钢结构构件截面突变的某些部位将产生局部峰值应力，其余 部位的应力较低且分布不均匀，这种现象成为应力集中。 6. 角焊缝两焊件形成一定角度相交面上的焊缝。 7. 摩擦型高强度螺栓螺栓连接依靠高强度螺栓的紧固，在被连接件间产生摩擦阻力传递 剪力，在受剪设计时以剪力达到摩擦力为承载能力的极限状态。 8. 承压型高强度螺栓连接依靠螺栓杆抗剪和螺杆与孔壁承压来传递剪力，受剪时，允许 板件间发生相对滑移，外力可以继续增加，以螺栓受剪或孔壁承压破坏为极限状
16、态。 9. 钢板梁由三块钢板焊接或通过角钢和高强度螺栓连接而成的工字型截面梁。 10. 钢-混凝土组合梁指钢梁和所支承的钢筋混凝土板组合成一个整体而共同抗弯的构 件。 四、 简答题（10题，每题5分） 1. 钢结构与其它材料的结构相比较，具有哪些优点？ 答： (1) 材质均匀，可靠性高； (2) 强度高，质量轻； (3) 塑性和韧性好； (4) 制造与安装方便； (5) 具有可焊性好和密封性； (6) 耐热性较好。 2. 由低碳钢拉伸试验得到的应力-应变曲线，钢材的受力可分为哪五个阶段？ 答： (1) 弹性阶段：卸除荷载后试件的变形能完全恢复，没有残余变形的阶段。 (2) 弹塑性阶段：钢材的变
17、形分为弹性和塑性变形两部分，其中塑性变形在卸除荷载后不 能恢复。 (3) 屈服阶段：钢材应力达到屈服强度后，应变急剧增长，而应力却在很小的范围内波动， 变形模量近似为零。 (4) 强化阶段：钢材经过屈服阶段以后，其内部组织因受力得到了调整，又部分恢复了承 受增长荷载的能力。 (5) 颈缩阶段：钢材应力达到极限强度后，在试件承载力最弱截面处，横截面局部明显变 细出现颈缩现象。 3. 钢材受力破坏有哪两种形式？其各自特征是什么？ 答： (1) 钢材破坏形式有：塑性破坏和脆性破坏。 (2) 塑性破坏主要特征是破坏前构件产生明显的塑性变形，破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗； 脆性破坏主要特征是破坏前没有
18、任何预兆，破坏后断口平直，呈现出有光泽的晶粒状。 4. 钢材的选用应考虑哪些因素？ 答： (1) 结构的重要性 结构及其构件按照破坏可能产生后果的严重性可以分为：重要的、一 般的和次要的；设计时应根据不同情况，有区别的选用钢材，对重要的结构选用质量好的钢材。 (2) 荷载性质 对直接承受动力荷载的钢结构构件应选择质量好的钢材。 (3) 连接方法 焊接结构的材质要求高于同等情况下的非焊接结构。 (4) 工作环境 钢材的塑性和韧性随温度的降低而降低，尤其是在冷脆临界温度以下韧性 急剧降低，容易发生脆性断裂。 (5) 钢材的厚度 厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。 5. 受剪普通螺栓连接有哪五种
19、破坏形式？ 答： (1) 当螺栓直径较小而板件相对较厚时，可能发生螺栓剪断破坏； (2) 当螺栓直径较大而板件相对较薄时，可能发生孔壁挤压破坏； (3) 当板件因螺栓孔削弱太多，可能沿开孔截面发生钢板拉断破坏； (4) 当沿受力方向的端距过小时可能发生端部钢板剪切破坏； (5) 当螺栓过长时可能发生螺栓受弯破坏。 6. 高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接的传力机理各是什么？各有何特点？ 答： 摩擦型高强度螺栓连接依靠高强度螺栓的紧固，在被连接件间产生摩擦阻力传递剪力，在受剪设计时候以剪力达到摩擦力为承载能力的极限状态。 承压型高强度螺栓连接依靠螺栓杆抗剪和螺杆与孔壁承压来传递剪力，受剪时，允许板
20、件间发生相对滑移，然后外力可以继续增加并以螺栓受剪或孔壁承压破坏为极限状态。 7. 为了获得经济与合理的设计效果，选择实腹式轴心受压的截面时，应考虑的原则？ 答： (1) 等稳定性：构件在两个主轴方向的稳定承载力相同，以达到经济的效果。 (2) 宽肢薄壁：在满足板件宽（高）厚比限值的条件下，截面面积的分布应尽量开展， 以增加截面的惯性矩和回转半径，提高构件的整体稳定性和刚度，达到用料合理。 (3) 连接方便：一般选择开敞式截面，便于与其它构件进行连接；对封闭式的箱形和管 形截面，由于连接困难，只在特殊情况下才有。 (4) 制造省工：尽可能构造简单，加工方便，取材容易。 8. 什么是实腹式轴心受
21、压构件的局部稳定？ 答： 实腹式轴心受压构件一般由若干矩形平面板件组成，在轴心压力作用下，这些板件都承受均布压力。如果这些板件的平面尺寸很大而厚度又相对很薄，在均匀压力作用下，当压力达到某一临界值时，板件不能继续维持平面状态而发生波状屈曲，因为板件屈曲是发生在构件的局部部位，这种现象称为轴心受压构件丧失局部稳定。 9. 与钢板梁相比，钢混凝土组合梁具有那些优点？ 答： (1) 受力合理。充分发挥了钢材适用于受拉和混凝土适用于受压的材料特性。 (2) 抗弯承载力高，节省钢材、降低造价。 (3) 梁的刚度大。由于钢筋混凝土板有效地参与工作，组合梁的计算截面比钢板梁大，增 加了梁的刚度，从而减小了主
22、梁的挠度。 (4) 整体稳定性和局部稳定性好。组合梁的受压翼缘为较宽和较厚的钢筋混凝土板，增强 了梁的侧向刚度，能有效地防止梁的弯扭失稳倾向。钢梁部分大部分甚至全截面收拉，一般不会发生局部失稳。 (5) 施工方便。可以利用钢梁作为现浇混凝土板的模板支撑，以方便施工且节约费用。 (6) 组合梁在活荷载作用下比全钢梁桥的噪声小，在城市中采用组合梁桥更为合适。 10. 钢管混凝土构件具有哪些优点？ 答： (1) 承载力高。由于钢管混凝土构件具有很高的抗压、抗剪和抗扭承载力，适用于建造更 大跨度的拱结构。 (2) 塑性和韧性好。钢管混凝土耗能性能高、延性和韧性好，适用于承受动力荷载，有较 好的抗震性能
23、。 (3) 施工方便。钢管混凝土结构与钢筋混凝土结构相比，可省去模板；钢管兼有纵向钢筋 和箍筋的作用，但钢管的制作远比钢筋骨架制作省工省料；在施工阶段，钢管本身可作为施工承重骨架。 (4) 经济效益显著。与钢筋混凝土柱相比，耗钢量基本相同或略高，但节约混凝土并减轻 自重，构件横截面积减小，从而增加了建筑的有效面积和降低了基础造价。由于施工方便，缩短了施工工期，可更快地发挥投资效益。 (5) 耐腐蚀性与耐火性能比钢结构好。 五、 计算题（4题，每题10分） 1. 如图所示双槽钢和钢板的连接，槽钢壁厚为5mm，轴向拉力设计值N=400kN作用，采用 侧焊缝连接，手工焊，焊条E43。试设计此焊缝，不
24、采用引弧板。(f =85Nmm2 ) 解：角焊缝焊脚尺寸构造要求 1.52?hf?1.2t1 1.5?hf?1.2?5 取hf=6mm 采用侧面角焊缝N?4lw0.7hf?f 得到lw?N=280mm 4?0.7hf?f 按构造要求，焊缝的最小计算长度为max(8hf,40)=48mm 最大计算长度8hf=360mm 满足要求 不采用引弧板，每条实际长度为280+2 hf=292mm，取长度300mm. 2. 图示C级螺栓连接，钢材Q235B，=140Nmm2，螺栓M20，栓孔直径d0=21.5mm， ?cb=170N/mm2，?vb =80N/mm2，计算该连接所能承受的最大轴力。 解： N
25、?nv?b v?d24?2?b v?2024?80?50.24kN bbNc?d?t?c?20?14?140?47.6kN bbbNmin?minNc,Nv?47.6kN ? 连接接头一端l1?70mm?15d0，?1.0 bN1?n?Nmin?6?1.0?47.6?285.6kN 2 An?b-n1d0?t?(200-21.5?3)?141897mm N2?An?140?1879?265.58kN 该连接所能承受的最大轴力为265.58kN. 3. 如图所示翼缘与节点板之间采用粗制螺栓M20连接，螺栓有效面积Ae=244.8mm2，容许拉 应力ftb=110MPa，钢材为Q235，弯矩M=3
26、0kNm，剪力V全部由钢梁下部承托板承担，试验算此连接是否可靠。 解：剪力全部由下部承托板承担，螺栓只受弯矩作用 Ntb?ftbAe?110?106?244.8?26.93kN 普通螺栓中和轴在最外一排螺栓形心处，最上一排螺栓受力最大 ? M?y130?106?400b< NN1?20kNt22222yi2?100?200?300?400所以，此连接安全。 4. 图示两端铰接轴心压杆采用Q235B级钢，=140Nmm2，E=2.06105Nmm2，要求压杆最大稳定承载力？ ?N? ?1Am N?1Am? ?x? ?y?lox?260/6.58?40ixloy iy?260/1.89?13
27、8 ?max?y?138(绕y轴发生失稳，沿着x方向，即翼缘板平面内整体失稳) 查表?1=0.349 所以压杆最大稳定承载力N?1Am?=0.3492610140=127.5kN 5.计算跨度l=16m的简支钢板梁桥，其主梁的焊接工字形截面尺寸如下图所示，钢材采用Q235钢，主梁跨中截面计算弯矩Ml/2?1600kN?m，计算剪力Vl/2?90kN，支座处计算剪力 V0?380kN。试验算主梁弯曲正应力和剪应力，已知?w?145MPa，?85MPa。 x轴 解：截面几何特性计算： 截面中和轴距受压翼缘距离y1?h/2?643mm （1分） 对截面中和轴毛截面惯性矩 11I?12?12503?2
28、?400?183?400?18?6342?7.74?109mm4 （2分） 1212 截面中和轴以上部分对中和轴面积距 S?400?18?684?625?12?625/2?7.27?106mm3 （2分） 主梁截面弯曲正应力验算：简支梁跨中截面为验算截面，则 （2分） ?Ml/2?y1/I?1600?106?634/7.74?109?131.06MPa<?w?145MPa，满足要求。 主梁截面剪应力验算：取简支梁的支座截面为验算截面，则 ?maxV0?S380?103?7.27?106?29.74MPa （2分） Itw7.74?109?12 ?V0380?103 因?0?25.33 MPa，max?1.174?1.25，故取C=1.0 （1分） ?0h0tw1250?12 所以?max<C?=85MPa. 满足要求