钢结构设计原理考试复习题及参考答案

一、 问答题

1. 钢结构具有哪些特点？

2. 钢结构的合理应用范围是什么？

3. 钢结构对材料性能有哪些要求？

4. 钢材的主要机械性能指标是什么？各由什么试验得到？

5. 影响钢材性能的主要因素是什么？

6. 什么是钢材的疲劳？影响钢材疲劳的主要因素有哪些？

7. 选用钢材通常应考虑哪些因素？

8. 钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？

9. 焊缝可能存在的缺陷有哪些？

10. 焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要求？

11. 对接焊缝的构造要求有哪些？

12. 角焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要构造要求？

13. 焊接残余应力和焊接残余变形是如何产生的？焊接残余应力和焊接残余变形对结构性能有何影

响？减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有哪些？

14. 普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？

15. 螺栓的排列有哪些构造要求？

16. 普通螺栓抗剪连接中，有可能出现哪几种破坏形式？具体设计时，哪些破坏形式是通过计算来防

止的？哪些是通过构造措施来防止的？如何防止？

17. 高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？

18. 轴心压杆有哪些屈曲形式？

19. 在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑哪些初始缺陷的影响？

20. 在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，对虚轴为什么要采用换算长细比？

21. 什么叫钢梁丧失整体稳定？影响钢梁整体稳定的主要因素是什么？提高钢梁整体稳定的有效措

施是什么？

22. 什么叫钢梁丧失局部稳定？怎样验算组合钢梁翼缘和腹板的局部稳定？

23. 压弯构件的整体稳定计算与轴心受压构件有何不同？

24. 压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？

二、问答题

4． 钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。其中屈服点、抗拉强度和伸长率由一次静力单向均匀拉伸试验得到；冷弯性能是由冷弯试验显示出来；冲击韧性是由冲击试验使试件断裂来测定。

5． 影响钢材性能的主要因素有：○1化学成分○2钢材缺陷○3冶炼，浇注，轧制○4钢材硬化○5温度○6应力集中○7残余应力○8重复荷载作用

6． 钢材在连续反复荷载作用下，当应力还低于钢材的抗拉强度，甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏，这种现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏。影响钢材疲劳的主要因素是应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）以及应力循环次数。

7． 选用钢材通常考虑的因素有：○1结构的重要性○2荷载特征○3连接方法○4结构的工

作环境温度○5结构的受力性质

8． 钢结构常用的连接方法有：焊接连接、铆钉连接和螺栓连接三种。

焊接的优点：1不需打孔，省工省时；2任何形状的构件可直接连接，连接构造方便；○○

3气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性能较好。 ○

焊接的缺点: ○1焊缝附近有热影响区，材质变脆；2焊接的残余应力使结构易发生脆○

性破坏，残余变形使结构形状、尺寸发生变化；○3焊接裂缝一经发生，便容易扩展。

铆钉连接的优点:塑性、韧性较好，传力可靠，连接质量易于检查。

铆钉连接的缺点:因在构件上需打孔，削弱构件截面；且铆接工艺复杂，技术要求高。 螺栓连接的优点：具备铆钉连接塑性、韧性好，传力可靠的优点，又兼备安装拆卸方便，可以多次重复使用的优点，且连接变形小。

9． 焊缝可能存在的缺陷有裂纹、气孔、夹碴、烧穿、咬边、未焊透、弧坑和焊瘤。

11. 对接焊缝的构造要求有：

1一般的对接焊多采用焊透缝，只有当板件较厚，内力较小，且受静载作用时，可采用未○

焊透的对接缝。

2为保证对接焊缝的质量，可按焊件厚度不同，将焊口边缘加工成不同形式的坡口。 ○

3起落弧处易有焊接缺陷，所以要用引弧板。但采用引弧板施工复杂，因此除承受动力荷○

载外，一般不用引弧板，而是计算时为对接焊缝将焊缝长度减2t（t为较小焊件厚度）。 4对于变厚度（或变宽度）板的对接，在板的一面（一侧）或两面（两侧）切成坡度不大○

于1:2.5的斜面，避免应力集中。○5当钢板在纵横两方向进行对接焊时，焊缝可采用十字形或T形交叉对接，当用T形交叉时，交叉点的间距不得小于200mm。

12. 角焊缝的计算假定是：1破坏沿有效载面；○2破坏面上应力均匀分布。

14． 普通螺栓连接中的抗剪螺栓连接是依靠螺栓抗剪和孔壁承压来传递外力。当受剪螺栓连接在达到极限承载力时，可能出现五种破坏形式，即螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏。 ○

高强螺栓连接中的抗剪螺栓连接时，通过拧紧螺帽使螺杆产生预拉力，同时也使被连接件接触面相互压紧而产生相应的摩擦力，依靠摩擦力来传递外力。它是以摩擦力刚被克服，构件开始产生滑移做为承载能力的极限状态。

15. 螺栓排列的构造要求：

17． 级别代号中，小数点前的数字是螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度，小数点后数字是材料的屈强比（fy/fu ）。

8.8级为：fu≥800N/mm²，fy/fu=0.8

10.9级为：fu ≥ 1000N/mm²，fy/fu=0.9

18. 受轴心压力作用的直杆或柱，当压力达到临界值时，会发生有直线平衡状态转变为弯曲平衡状态变形分枝现象，这种现象称为压杆屈曲或整体稳定，发生变形分枝的失稳问题称为第一类稳定问题。由于压杆截面形式和杆端支承条件不同，在轴心压力作用下可能发生的屈曲变形有三种形式，即弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲。

19. 在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑残余应力的影响、初弯曲和初偏心的影响、杆端约束的影响。

20. 格构式轴心受压构件一旦绕虚轴失稳，截面上的横向剪力必须通过缀材来传递。但因缀材本身比较柔细，传递剪力时所产生的变形较大，从而使构件产生较大的附加变形，并降低稳定临界力。所以在计算整体稳定时，对虚轴要采用换算长细比（通过加大长细比的方法来考虑缀材变形对降低稳定临界力的影响）。

21. 钢梁在弯矩较小时，梁的侧向保持平直而无侧向变形；即使受到偶然的侧向干扰力，其侧向变形也只是在一定的限度内，并随着干扰力的除去而消失。但当弯矩增加使受压翼缘的弯曲压应力达到某一数值时，钢梁在偶然的侧向干扰力作用下会突然离开最大刚度平面向侧向弯曲，并同时伴随着扭转。这时即使除去侧向干扰力，侧向弯扭变形也不再消失，如弯矩再稍许增大，则侧向弯扭变形迅速增大，产生弯扭屈曲，梁失去继续承受荷载的能力，这种现象称为钢梁丧失整体稳定。

影响钢梁整体稳定的主要因素有：荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、侧向支承点的位置和距离、梁端支承条件。

提高钢梁整体稳定性的有效措施是加强受压翼缘、增加侧向支承点。

22． 在钢梁中，当腹板或翼缘的高厚比或宽厚比过大时，就有可能在梁发生强度破坏或丧失整体稳定之前，组成梁的腹板或翼缘出现偏离其原来平面位置的波状屈曲，这种现象称为钢梁的局部失稳。

组合钢梁翼缘局部稳定性的计算：

梁受压翼缘自由外伸宽度b1与其厚度t之比的限值：b1235 15 tfy

b0235 40箱形截面受压翼缘板在两腹板之间的宽度b0与其厚度t之比的限值： tfy

组合钢梁腹板局部稳定的计算

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