2021年大學鋼結構基本原理及設計試題（含答案）

XXX大學2021年春季學期

班號

鋼結構基本原理及設計試題

姓名

題號一二三四五六七八九十總分

分數

一、填空題：（每空1分，共22分）

注1、《建筑鋼結構焊接技術規(guī)程》（JGJ-2002）推薦使用來衡量低合金

意鋼的焊接性能。

行

2、硫、磷、氮、氧和氫均為有害元素，其中和易引起鋼材的

為

S低溫冷脆。

規(guī)

裕3、影響結構疲勞壽命的最主要因素是構造狀態(tài)、和。

范

4、鋼材的機械性能指標為屈服強度、抗拉強度、伸長率、、和

遵5、主要焊接結構不能采用Q235—級鋼，因含碳量不作交貨條件，無法保證含

守碳量。

考6、將一塊Q235B級鋼板與Q345B級鋼板通過焊接進行連接時，宜選擇

場型焊條。

紀7、?鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）規(guī)定：質量屬于三級的焊縫，焊縫的

抗拉設計強度等于母材抗拉設計強度的倍。

8、單軸對稱的T形截面軸心受壓構件，繞對稱軸失穩(wěn)時易發(fā)生_______失穩(wěn)，

主管繞非對稱軸時易發(fā)生_______失穩(wěn)。

領

導

審

核9、軸心受壓構件失穩(wěn)時可能繞兩主軸屈曲，設計時應遵循原則，如進

簽

字行梯形鋼屋架設計時屋架端斜桿應采用的截面型式。

10、在軸心受壓構件中，確定箱形截面板件滿足局部穩(wěn)定的寬（高）厚比限值的

原則是,確定工字形截面確定板件寬（高）厚比限值

的原則是。

11、荷載作用點的位置對梁的整體穩(wěn)定有影響，相對于荷載作用于工字形截面簡

支梁受拉翼緣，當荷載作用于梁的受壓翼緣時，其梁的整體穩(wěn)定性將。

第1頁（共16頁）

12、某梯形鋼屋架，下弦支座處應設置_____系桿，該系桿需要按桿設計。

13、某工字形組合截面簡支梁，若腹板的高厚比為100,應設置________加勁肋，

若腹板高厚比為210,應設置_______加勁肋。

二、單項選擇題(每題2分，共14分)

1、最易產生脆性破壞的應力狀態(tài)是

(A)單向壓應力狀態(tài)

(B)三向拉應力狀態(tài)

(C)單向拉應力狀態(tài)

(D)二向拉一向壓的應力狀態(tài)

2、采用摩擦型高強螺栓連接的兩塊鋼板，如圖所示，1-1危險截面所受的力

為。

(A)N

++++++++

(B)0.875N

++++++++g--一

(C)0.75N++++++++i--\

N++++++++N

(D)0.5NI'

3、如圖所示，兩塊鋼板焊接，根據手工焊構造要求，焊角高度hl應滿足一要求。

(A)6WhfW8?9mm

(B)6WhfWl2mm

(C)5WhW8?9mm

(D)6WhfW10mm

4、受彎構件考慮屈曲后強度時，下列說法正確的為o

(A)腹板抗彎承載力提高

(B)腹板抗剪承載力提高

(C)腹板抗彎、抗剪承載力均提高

(D)腹板抗彎承載力提高，抗剪承載力降低

5、單向受彎構件的抗彎強度。=用,./(八叱1,)其中八=1.0時，為使翼緣不先失去

局部穩(wěn)定，翼緣外伸部分的最大寬厚比b'/t為o

(A)97235/4

(B)137235/4

(C)157235/4

(D)405/235//、,

6、彎矩矢量作用在工字形偏壓柱的弱軸平面內，屈曲時會發(fā)生______屈曲。

(A)平面內

(B)平面外

(C)不一定

(D)可能平面內，也可能平面外

7、在鋼屋架支座節(jié)點的設計中，支座底板的厚度由決定。

(A)抗剪和抗彎共同工作

(B)抗壓工作

(C)抗剪工作

(D)抗彎工作

三、簡答題：(共22分)

1、普通螺栓受剪連接的主要破壞形式包括哪幾種，并說明防止該種破壞的相應計

算方法或構造措施。（8分）

2、請說明圖中所示格構式柱頭的主要組成零件及荷載傳遞路徑和方式。（9分）

3、如圖所示為單向壓彎的格構式柱，分肢1對y軸慣性矩為h，分肢2對y軸慣性

矩為L,軸力N作用在虛軸（x軸）上，由軸力產生的彎矩My作用在構件的主

軸平面內，請說明分配到分肢1和分肢2上軸力和彎矩的分配原則及分肢1所受

軸力和彎矩的大小。（5分）

四、計算題：（共42分）

1、如圖所示鋼板與工字形柱采用雙面角焊縫T形連接，%=10mm；鋼板長400mm,

鋼材Q235B,焊條為E43系列，f；=T60N/mtv2；鋼板承受一個豎向集中荷載F的

作用（靜力荷載），荷載作用點至工字形柱翼緣外表面的距離為150mm。試確定該T

形連接所能承擔的最大豎向荷載F。（9分）

f

0

0

C

f

o

o

z

f

2、驗算如圖所示的螺栓連接的強度。4個C級螺栓M20,所用鋼材為Q235-B。

2b222

已知對于C-M20:Ae=244.8mm;f,=170N/mm;=140N/mm;=305N/mm（8分）

3、如圖所示一雙肢槽鋼格構式軸心受壓綴板柱，軸心壓力設計值N=1450kN（包括柱

身等構造自重），所有鋼材均選用Q345,戶310N/mm2,計算長度Z0x=6000mm,

/oy=3000mm,柱截面無削弱。

己知：2[18b的截面面積A=2X29.3=5860mm2,iy=68.4mm；滿足同一截面綴板線剛

度大于較大柱肢線剛度6倍的要求；分肢對自身1-1軸的慣性矩L=1110000mm4,回

轉半徑ii=19.5mm；h=320mm,b=180mm,c=283.2mm；其他相關參數見圖。

驗算該柱的整體穩(wěn)定（包括分肢穩(wěn)定）是否滿足要求（可不進行綴材驗算）。（12分）

303540455055606570758085

(p0.9360.9180.8990.8780.8560.8330.8070.7800.7510.7200.6880.655

4、已知一焊接工字形截面簡支梁，計算跨度為6m,在跨中位置作用一靜力集中

荷載F,荷載作用處未設置加勁肋，但設有一塊墊板，該墊板在沿梁跨度方向

支承長度為160mm。鋼材為Q235B,鋼材的強度設計值^215N/mm2,

/，=125N/mm2,yx=1.05,g=1.0。在梁跨中截面處上、下翼緣各開有2個直徑

4

為20mm的孔。毛截面慣性矩Ix=211026cm,截面對中和軸的最大面積矩

S=2918cm3,上翼緣對中和軸的面積矩Si=1958cm3。式求該簡支梁由截面強度

控制所能承受的最大集中荷載F（13分）。

1I

I

參考答案

一、填空題：（每空1分，共22分）

1、《建筑鋼結構焊接技術規(guī)程》（JGJ-2002）推薦使用碳當量（或CE）來衡量

低合金鋼的焊接性能。

2、硫、磷、氮、氧和氫均為有害元素，其中磷和氮易引起鋼材的

低溫冷脆。

3、影響結構疲勞壽命的最主要因素是構造狀態(tài)、循環(huán)荷載和循環(huán)次數。

4、鋼材的機械性能指標為屈服強度、抗拉強度、伸長率、冷彎性能、Z向收縮

率和沖擊韌性。

5、主要焊接結構不能采用Q235A級鋼，因含碳量不作交貨條件，無法保證含

碳量。

6、將一塊Q235B級鋼板與Q345B級鋼板通過焊接進行連接時，宜選擇E43

型焊條。

7、《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）規(guī)定：質量屬于三級的焊縫，焊縫的

抗拉設計強度等于母材抗拉設計強度的0.85倍。

8、單軸對稱的T形截面軸心受壓構件，繞對稱軸失穩(wěn)時易發(fā)生一彎扭失穩(wěn),

繞非對稱軸時易發(fā)生彎曲失穩(wěn)。

9、軸心受壓構件失穩(wěn)時可能繞兩主軸屈曲，設計時應遵循等穩(wěn)定原則,如進

行梯形鋼屋架設計時屋架端斜桿應采用不等邊角鋼長肢相連的截面型式。

10、在軸心受壓構件中，確定箱形截面板件滿足局部穩(wěn)定的寬（高）厚比限值的

原則是構件應力達到屈服前其板件不發(fā)生局部屈曲（或局部屈曲臨界應力不

低于屈服應力，或不先于屈服），確定工字形截面確定板件寬（高）厚比限

值的原則是構件整體屈曲前其板件不發(fā)生局部屈曲（或局部屈曲臨界應力不

低于整體屈曲臨界應力或等穩(wěn)定或不先于整體失穩(wěn)）。

11、荷載作用點的位置對梁的整體穩(wěn)定有影響，相對于荷載作用于工字形截面簡

支梁受拉翼緣，當荷載作用于梁的受壓翼緣時，其梁的整體穩(wěn)定性將降低。

12、某梯形鋼屋架，下弦支座處應設置剛性系桿，該系桿需要按受壓桿設計。

13、某工字形組合截面簡支梁，若腹板的高厚比為100,應設置一橫向加勁肋,

若腹板高厚比為210,應設置縱向加勁肋。

二、單項選擇題(每題2分，共14分)

1、最易產生脆性破壞的應力狀態(tài)是旦。

(A)單向壓應力狀態(tài)

(B)三向拉應力狀態(tài)

(C)單向拉應力狀態(tài)

(D)二向拉一向壓的應力狀態(tài)

2、采用摩擦型高強螺栓連接的兩塊

鋼板，如圖所示，1一1危險截面|II

所受的力為B。1-------------n--------------

++++D++++-o

(A)N_++++++++++++++++2

(B)0.875N[++++++++||++++++++

N++++U+++++—N

(C)0.75N-------------u--------------

I1

(D)0.5N

3、如圖所示，兩塊鋼板焊接，根據手工焊構造要求，焊角高度h「應滿足,要求。

(A)6WhfW8?9mm

(B)6WhfWl2mm

(C)5WhW8?9mm

(D)6WhfW10mm

hf

4、受彎構件考慮屈曲后強度時，下列說法正確的為皿。

(A)腹板抗彎承載力提高

(B)腹板抗剪承載力提高

(C)腹板抗彎、抗剪承載力均提高

(D)腹板抗彎承載力提高，抗剪承載力降低

5、單向受彎構件的抗彎強度b=8叱,)</其中心=1.0時，為使翼緣不先失去

局部穩(wěn)定，翼緣外伸部分的最大寬厚比b'/t為c。

(A)9/35%

(B)I37235/X

(C)157235/4

(D)407235/4

6、彎矩矢量作用在工字形偏壓柱的弱軸平面內，屈曲時會發(fā)生A屈曲。

(A)平面內

(B)平面外

(C)不一定

(D)可能平面內，也可能平面外

7、在鋼屋架支座節(jié)點的設計中，支座底板的厚度由旦決定。

(A)抗剪和抗彎共同工作

(B)抗壓工作

(C)抗剪工作

(D)抗彎工作

三、簡答題：(共22分)

1、普通螺栓受剪連接的主要破壞形式包括哪幾種，并說明防止該種破壞的相應計

算方法或構造措施。（8分）

7rd2

栓桿被剪斷（1分）O抗剪承載力驗算（1分）

板件被擠壓破壞（1分）=承壓承載力驗算乂〃=42?..力"（1分）

板件被拉斷破壞（1分）（栓孔削弱截面）0危險截面驗算cr=N/An<f（1分）

板件被沖剪破壞（端矩太小造成）（1分）=構造防范/,（端距），2d。（1分）

不寫計算公式也可以給分

2、請說明圖中所示格構式柱頭的主要組成零件及荷載傳遞路徑和方式。（9分）

由墊板、頂板、柱端加勁肋、兩塊柱端

綴板組成。（2分）

墊板頂1墊板底

墊板>頂板

面承壓面承壓

加勁肋頂面承壓

柱端加勁肋

或水平角焊縫①

舞柱端綴板船柱身

（7分）

3、如圖所示為單向壓彎的格構式柱，分肢1對y軸慣性矩為L，分肢2對y軸慣性

矩為L,軸力N作用在虛軸（x軸）上，由軸力產生的彎矩My作用在構件的主

軸平面內，請說明分配到分肢1和分肢2上軸力和彎矩的分配原則及分肢1所受

軸力和彎矩的大小。（5分）

X軸力作用點

2.

My

y

分肢2分肢1

2?yi

軸心壓力力的分配：

與分肢軸線至虛軸的距離成反比（1分）

彎矩My的分配：

與分肢對實軸的慣性矩成正比，（1分）

與分肢至虛軸的距離成反比（1分）

軸心力：N尸Nyja。分）

,,_h/yt..

Mvi-—;;-Mv

彎矩：八/月十八/為（1分）

四、計算題：（共42分）

1、如圖所示鋼板與工字形柱采用雙面角焊縫T形連接，加=10mm；鋼板長400mm,

鋼材Q235B,焊條為E43系列，f；'=160N/mm2；鋼板承受一個豎向集中荷載

F的作用（靜力荷載），荷載作用點至工字形柱翼緣外表面的距離為150mm。試

確定該T形連接所能承擔的最大豎向荷載F。（9分）

工字形柱

F

E150L

10

V=F（1分）

M=15OF（1分）

Lw=400-2ht=380mm

0.7xlQx3802

=336933〃〃?？

3

MhM150F

c=---=---=--（-2--分）

2x0.7/4xLw2x0.7〃/xLw

^1.22x336933）+（^2xO.7xlOx38O

YWMJ（2x0.7陰J

（3分）

2、驗算如圖所示的螺栓連接的強度。4個C級螺栓M20,所用鋼材為Q235-B。

已知對于C-M20:4=244.8mm2;=170N/mm2;=140N/mm2;=305N/mm2（8分）

N=160kN

Nv=sin6>.W/4=160XV2/2x1/4=28.3kN（1分）

N,=cosJ.N/4=160x75/2x1/4=283kN（1分）

對于C-M20;

222

Ae=244.8mm;于：=170N/mm;我=140N/mm;=305N/mir

N：=AJ：=244.8xl70=41.6kN（1分）

=Aef；：=x20x20/4x140=44.0kN（1分）

=20xl6x305=97.6kN（1分）

0.94<1（2分）

N,=28.3kN<N?=97.6kN（1分）

故C級螺栓M20螺栓滿足要求。

3、如圖所示一雙肢槽鋼格構式軸心受壓綴板柱，軸心壓力設計值N=1450kN（包括柱

身等構造自重），所有鋼材均選用Q345,>310N/mm2,計算長度Zox=6OOOmm,

Z（）y=3000mm,柱截面無削弱。

已知：2[18b的截面面積A=2X29.3=5860mm2,iy=68.4mm；滿足同一截面綴板線剛

度大于較大柱肢線剛度6倍的要求；分肢對自身1-1軸的慣性矩L=1110000mm4,回

轉半徑ii=19.5mm；h=320mm,b=180mm,c=283.2mm；其他相關參數見圖。

驗算該柱的整體穩(wěn)定（包括分肢穩(wěn)定）是否滿足要求（可不進行綴材驗算）。（12分）

偃303540455055606570758085

（P0.9360.9180.8990.8780.8560.8330.8070.7800.7510.7200.6880.655

（1）繞實軸（y軸）的整體穩(wěn)定

4=1。,艮=3000/68.4=43.86（1分）

查表得“=0.842

_N_1450xlQ3

=293.9N/mm2<f=310N/mm2

0.842x58600

S

H

-

（1分）-

（2）繞虛軸（x軸）的整體穩(wěn)定

4=九=當=22.05（1分）

[z,19.5

4=2x（1110000+2930x141.62）=1.1972x10%“

（1分）

.仄|1.1972xl08,.一4、

i.=.—=1---------=142o.n9mm（1分