哈工大2009 年 春 季学期
钢结构基本原理及设计
试 题
一、 填空题：(每空1分，共22分)
1、 《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ －2002）推荐使用 碳当量(或C E ) 来衡量
低合金钢的焊接性能。
2、 硫、磷、氮、氧和氢均为有害元素，其中 磷 和 氮 易引起钢材的
低温冷脆
。
3、 影响结构疲劳寿命的最主要因素是构造状态、 循环荷载 和 循环次数 。
4、 钢材的机械性能指标为屈服强度、抗拉强度、伸长率、 冷弯性能 、
Z 向收缩率 和 冲击韧性 。
5、 主要焊接结构不能采用Q235 A 级钢，因含碳量不作交货条件，无法保证含
碳量。
6、 将一块Q235B 级钢板与Q345B 级钢板通过焊接进行连接时，宜选择 E43
型焊条。
7、 ?钢结构设计规范?（GB50017－2003）规定：质量属于三级的焊缝，焊缝的
抗拉设计强度等于母材抗拉设计强度的 0.85 倍。
8、 单轴对称的T 形截面轴心受压构件，绕对称轴失稳时易发生 弯扭 失稳，
绕非对称轴时易发生 弯曲 失稳。
9、 轴心受压构件失稳时可能绕两主轴屈曲，设计时应遵循 等稳定 原则，如进
行梯形钢屋架设计时屋架端斜杆应采用 不等边角钢长肢相连 的截面型式。 10、在轴心受压构件中，确定箱形截面板件满足局部稳定的宽（高）厚比限值的
原则是构件应力达到屈服前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不 低于屈服应力，或不先于屈服） ，确定工字形截面确定板件宽（高）厚比限 值的原则是 构件整体屈曲前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不 低于整体屈曲临界应力或等稳定或不先于整体失稳） 。
11、荷载作用点的位置对梁的整体稳定有影响，相对于荷载作用于工字形截面简
支梁受拉翼缘，当荷载作用于梁的受压翼缘时，其梁的整体稳定性将降低。
12、某梯形钢屋架，下弦支座处应设置刚性系杆，该系杆需要按受压杆设计。
13、某工字形组合截面简支梁，若腹板的高厚比为100，应设置横向加劲肋，
若腹板高厚比为210，应设置纵向加劲肋。
二、单项选择题(每题2分，共14分)
1、最易产生脆性破坏的应力状态是B 。
(A) 单向压应力状态
(B) 三向拉应力状态
(C) 单向拉应力状态
(D) 二向拉一向压的应力状态
2、采用摩擦型高强螺栓连接的两块
所受的力为 B 。
(A) N
(B) 0.875N
(C) 0.75N
(D) 0.5N
3、如图所示，两块钢板焊接，根据手工焊构造要求，焊角高度h f应满足 A 要求。
(A) 6≤h f≤8~9mm
(B) 6≤h f≤12mm
(C) 5≤h f≤8~9mm
(D) 6≤h f≤10mm
4、受弯构件考虑屈曲后强度时，下列说法正确的为 B 。 (A) 腹板抗弯承载力提高
(B) 腹板抗剪承载力提高 (C) 腹板抗弯、抗剪承载力均提高
(D) 腹板抗弯承载力提高，抗剪承载力降低
5、单向受弯构件的抗弯强度/()x x nx M W f σγ=≤ 其中 1.0x γ=时,为使翼缘不先失去
局部稳定, 翼缘外伸部分的最大宽厚比b`/t 为 C 。
(A)
(B)
(C)
(D) 6、弯矩矢量作用在工字形偏压柱的弱轴平面内，屈曲时会发生 A 屈曲。
(A) 平面内 (B) 平面外 (C) 不一定
(D) 可能平面内，也可能平面外
7、在钢屋架支座节点的设计中，支座底板的厚度由 D 决定。
(A) 抗剪和抗弯共同工作 (B) 抗压工作 (C) 抗剪工作 (D) 抗弯工作
三、简答题：（共22分)
1、普通螺栓受剪连接的主要破坏形式包括哪几种，并说明防止该种破坏的相应计算方法或构造措施。（8分）
栓杆被剪断（1分）?抗剪承载力验算2
4
b
b v
v
v d N n f π=（1分）
板件被挤压破坏（1分）?承压承载力验算b
b c c N d t f =?∑（1分）
板件被拉断破坏（1分）（栓孔削弱截面）?危险截面验算 n N A f σ=≤（1分） 板件被冲剪破坏（端矩太小造成）（1分）?构造防范 l 1(端距)≥2d 0（1分） 不写计算公式也可以给分
2、请说明图中所示格构式柱头的主要组成零件及荷载传递路径和方式。（9分）
由垫板、顶板、柱端加劲肋、两块柱端
缀板组成。（2分）
（7分）
垫板顶 面承压
柱端缀板
垫板底 面承压
顶板
加劲肋顶面承压 或水平角焊缝①
柱端加劲肋
N
垫板
柱身
竖向角 焊缝② 竖向角
焊缝③
3、如图所示为单向压弯的格构式柱，分肢1对y 轴惯性矩为I 1，分肢2对y 轴惯性矩为I 2，轴力N 作用在虚轴（x 轴）上，由轴力产生的弯矩My 作用在构件的主轴平面内，请说明分配到分肢1和分肢2上轴力和弯矩的分配原则及分肢1所受轴力和弯矩的大小。（5分）
轴心压力N 的分配:
与分肢轴线至虚轴的距离成反比（1分） 弯矩M y 的分配:
与分肢对实轴的惯性矩成正比，（1分） 与分肢至虚轴的距离成反比（1分） 轴心力： 12N a y N =（1分）
弯 矩：
11
11212
y y
y I M M y y I I =
+（1分）
1 × 轴力作用点
四、计算题：（共42分）
1、 如图所示钢板与工字形柱采用双面角焊缝T 形连接，h f ＝10mm ；钢板长400mm ，钢材Q235B ，焊条为E43系列，2/160mm N f w f =；钢板承受一个竖向集中荷载F 的作用（静力荷载），荷载作用点至工字形柱翼缘外表面的距离为150mm 。试确定该T 形连接所能承担的最大竖向荷载F 。（9分）
V=F （1分）
M=150F （1分） L w =400-2h f =380mm
222
30.70.70.7103802
3369336
3
3
f w
f w
x h L h L W mm ??==
==
1502x x x
M h M F
I W W σ=
==
（2分） 20.720.7f w f w
V F
h L h L τ=
=
????（2分）
380
389.8 w
f
w
f
w
f
f
f
F kN
≤
≤
→≤==
（3分）
2、验算如图所示的螺栓连接的强度。4个C级螺栓M20，所用钢材为Q235-B。
已知对于C-M20：2222
244.8mm; 170N/mm; 140N/mm; 305N/mm
b b b
e t v c
A f f f
====
（8分）
N＝160kN
sin41601428.3kN
v
N N
θ
==
?=
（1分）
cos4160128.3kN
t
N N
θ
==?=
（1分）
对于C-M20：
2222
244.8mm; 170N/mm; 140N/mm; 305N/mm
b b b
e t v c
A f f f
====
244.817041.6kN
b b
t e t
N A f
==?=（1分）
2
2020/414044.0kN
4
b b b
v e v v
d
N A f f
π
π
===???=（1分）
201630597.6kN
b b
c c
N d t f
==?
?=
∑ （1分）
0.941
<（2分）
28.3kN97.6kN
b
v c
N N
=<=（1分）
故C级螺栓M20螺栓满足要求。
160kN
4
6
4
6
24 16
45°
加劲肋
3、如图所示一双肢槽钢格构式轴心受压缀板柱，轴心压力设计值N=1450kN（包括柱
身等构造自重），所有钢材均选用Q345，f=310N/mm2，计算长度l0x=6000mm，l0y=3000mm，柱截面无削弱。
已知：2[18b的截面面积A=2×29.3=5860mm2，i y=68.4mm；满足同一截面缀板线刚度大于较大柱肢线刚度6倍的要求；分肢对自身1-1轴的惯性矩I1=1110000mm4，回转半径i1=19.5mm；h=320mm，b =180mm，c=283.2mm；其他相关参数见图。
验算该柱的整体稳定（包括分肢稳定）是否满足要求（可不进行缀材验算）。（12分）
（1）绕实轴（y轴）的整体稳定
300068.4
43.86
y y y
l
λ===（1分）
查表得φ =0.842
3
22
145010
293.9N mm310N mm
0.8425860
N
f
A
σ
?
?
===<=
?
（1分）
（2）绕虚轴（x轴）的整体稳定
01
1
1
430
22.05
19.5
l
i
λ===（1分）
()284
211100002930141.6 1.197210
x
I mm
=?+?=?
（1分）
142.9
x
i mm
===（1分）
6000
41.99
142.9
ox
x
x
l
i
λ===（1分）
47.43
x
λ===（2分）
查表得φ =0.820（1分）
c=283.2
h=320
18.4 18.4
x
x
y y
1
1
l
1
=
4
3
h
b
=
2
h
b
=
2
l
1
=
6
3
b
=
1
8
[]6
-200×8
2[18b
3
22145010301.8N mm 310N mm 0.8205860N f A σ??===<=?（1分）
（3）分肢稳定
1max 22.050.523.7240λλ=<=和，故满足规范要求。
（2分） 4、已知一焊接工字形截面简支梁，计算跨度为6m ，在跨中位置作用一静力集中荷载F ，荷载作用处未设置加劲肋，但设有一块垫板，该垫板在沿梁跨度方向支承长度为160mm 。钢材为Q235B ，钢材的强度设计值f =215N/mm 2，f v =125N/mm 2，γX =1.05，ψ=1.0。在梁跨中截面处上、下翼缘各开有2个直径为20mm 的孔。毛截面惯性矩I x =211026cm 4，截面对中和轴的最大面积矩S=2918cm 3，上翼缘对中和轴的面积矩S 1=1958cm 3。式求该简支梁由截面强度控制所能承受的最大集中荷载F (13分)。
42Fl M F V =
=
()2
43
201640084189719cm 218971924561cm 83.2
nx x nx nx
I I W I h =-??+?=?===（1分）
5160516240z f l a h mm =+=+?=
max 14686.44x nx x nx x nx r W f M Fl
f F kN r W r W l
σ=
=≤→≤=（2分） -16x300
-16x300
-12x800
I
I 160
do=20用于连接
x
x
max 222169.62x w v v x w x w I t f VS FS
f F kN I t I t S
τ=
=≤→≤=（2分） 3619.2kN z w c z w
l t f
F
f F l t ψσψ
=≤→≤
=（2分）
411146000400 3.163104418971910
nx nx My Fly F F I I σ-??=
===???（1分） 3
51114
195810 3.86610222110261012
x w x w VS FS F F I t I t τ-??====????（1分） 41.0 3.4721024012
c z w
F
F
F l t ψσ-?
=
=
=??（1分）
12
1 1.1215236.5/ =zs f
f N mm
σββ=≤=?=4696.6F kN →≤（2分）
{}12343min ,,,619.2F F F F F F kN ===（1分）