钢结构疲劳问题1、疲劳现象
fatigue
在连续反复（循环）
荷载作用下，当应力
低于抗拉强度甚至低
于屈服强度便发生突
然脆性断裂。这种现
象称钢材疲劳破坏。
钢结构疲劳问题
钢材的疲劳过程
可分为裂纹的形成、裂纹缓慢扩展和最后迅速断裂三个阶段。
疲劳强度与反复荷载引起的应力种类（拉应力、压应力、剪应力和复杂应力等）、应力循环形式、应力循环次数、应力集中程度和残余应力等有关。
钢结构疲劳问题
产生疲劳的原因
连续反复荷载
材料局部缺陷（工艺微裂纹、焊缝夹渣）
钢结构疲劳问题
疲劳破坏机理
1）形成微裂纹
材料已有微裂纹或加载使杂质附近发生应力集中，造成新的微裂纹。
疲劳破坏由裂缝发展所致。因此，无拉应力，则无疲劳破坏；无拉应力，不验算疲劳。
裂缝反复扩张、闭合，使疲劳断口上有半椭园光滑区，其余部分粗糙；
钢结构疲劳问题
疲劳强度与应力循环次数（疲劳寿命）的关系
为保证疲劳寿命，在设计基准期内应力循环次数n应大于规定的疲劳极限，如国际焊接学会（IIW）和国际标准化组织（ISO）建议n=5×106次为疲劳极限。
根据调查，我国钢结构规范以n=105作为承受动力荷载重复作用的钢结构构件（如吊车梁，吊车桁架和工作平台梁等）及其连接所具有的最小疲劳极限。因此，当设计要求的应力循环次数n≥105时，应进行疲劳检算。
钢结构疲劳问题
对钢结构进行疲劳计算时
有如下规定
l承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化循环次数n>=105次时，应进行疲劳计算；
l应力循环中不出现拉应力的部位，可不计算疲劳；l计算疲劳时，应采用荷载的标准值；
l对于直接承受动力荷载的结构，计算疲劳时，动力荷载标准值不应乘以动力系数；
l计算吊车梁或吊车桁架及其制动结构的疲劳时，吊车荷载应按作用在跨间内起重量最大的一台吊车确定。
页脚内容1 《钢结构设计原理》 三. 连接 3.8 试设计如图所示的对接连接（直缝或斜缝）。轴力拉力设计值N=1500kN ，钢材Q345-A ，焊条E50型，手工焊，焊缝质量三级。 解： 三级焊缝 查附表1.3：2w t N/mm 265=f ，2w v N/mm 180=f 不采用引弧板：m m 4801025002w =?-=-=t b l 3 2w 2t w 150010312.5N/mm 265N/mm 48010 N f l t σ?===>=?，不可。 改用斜对接焊缝： 方法一：按规范取θ=56°，斜缝长度： m m 58320)829.0/500(20)56sin /500(2)sin /(w =-=-?=-='t b l θ 32w 2t w sin 1500100.829213N/mm 265N/mm 58310 N f l t θσ??===<='? 32w 2w cos 1500100.559144N/mm 180N/mm 58310 v N f l t θτ??==≈<='? 设计满足要求。 方法二：以θ作为未知数求解所需的最小斜缝长度。此时设置引弧板求解方便些。 3.9 条件同习题3.8，受静力荷载，试设计加盖板的对接连接。
页脚内容 2 解：依题意设计加盖板的对接连接，采用角焊缝连接。 查附表1.3：2w f N/m m 200=f 试选盖板钢材Q345-A ，E50型焊条，手工焊。设盖板宽b =460mm ，为保证盖板与连接件等强，两块盖板截面面积之和应不小于构件截面面积。所需盖板厚度： 1250010 5.4mm 22460 A t b ?≥==?，取t 2=6mm 由于被连接板件较薄t =10mm ，仅用两侧缝连接，盖板宽b 不宜大于190，要保证与母材等强，则盖板厚则不小于14mm 。所以此盖板连接不宜仅用两侧缝连接，先采用三面围焊。 1) 确定焊脚尺寸 最大焊脚尺寸：t h t ==m ax m m 6f ，mm 最小焊脚尺寸：7.4105.15.1min f =?==t h mm 取焊脚尺寸h f =6mm 2）焊接设计： 正面角焊缝承担的轴心拉力设计值： N 94281620022.146067.027.02w f f f 3=?????=?=f b h N β 侧面角焊缝承担的轴心拉力设计值： N 557184942816101500331=-?=-=N N N 所需每条侧面角焊缝的实际长度（受力的一侧有4条侧缝）： mm 172620067.045571847.04f w f f 1f w =+???=+?=+=h f h N h l l 取侧面焊缝实际长度175mm L=175×2+10(盖板距离)=360mm 。
**
《钢结构设计原理》
三. 连接
3.8 试设计如图所示的对接连接（直缝或斜缝）。轴力拉力设计值 N=1500kN，钢材
Q345-A，焊条 E50 型，手工焊，焊缝质量三级。 N
N
500
解：
10
三级焊缝
查附表 1.3：
f tw
265 N/mm 2 ，
f
w v
180 N/mm 2
不采用引弧板： lw b 2t 500 2 10 480 mm
N lwt
1500103 480 10
312.5N/mm2
ftw
265N/mm2 ，不可。
改用斜对接焊缝：
方法一：按规范取θ=56°，斜缝长度：
lw (b / sin ) 2t (500 / sin 56) 20 (500 / 0.829 ) 20 583mm
N sin lw t
1500103 0.829 58310
213N/mm2
ftw
265N/mm2
N cos lw t
1500103 0.559 58310
144N/mm2
fvw
180N/mm2
设计满足要求。
方法二：以θ作为未知数求解所需的最小斜缝长度。此时设置引弧板求解方便些。
3.9 条件同习题 3.8，受静力荷载，试设计加盖板的对接连接。 解：依题意设计加盖板的对接连接，采用角焊缝连接。
**
查附表
1.3：
f
w f
200 N/mm 2
试选盖板钢材 Q345-A，E50 型焊条，手工焊。设盖板宽 b=460mm，为保证盖板
与连接件等强，两块盖板截面面积之和应不小于构件截面面积。所需盖板厚度：
t2
A1 2b
500 10 2 460
5.4mm
，取
t2=6mm
由于被连接板件较薄 t=10mm，仅用两侧缝连接，盖板宽 b 不宜大于 190，要保证
与母材等强，则盖板厚则不小于 14mm。所以此盖板连接不宜仅用两侧缝连接，先采
用三面围焊。
1) 确定焊脚尺寸
最大焊脚尺寸： t 6mm，hf max t mm 最小焊脚尺寸： hf min 1.5 t 1.5 10 4.7 mm 取焊脚尺寸 hf=6mm
2）焊接设计：
正面角焊缝承担的轴心拉力设计值：
N3 2 0.7hf bf ffw 2 0.7 6 460 1.22 200 942816 N
侧面角焊缝承担的轴心拉力设计值：
N1 N N3 1500 10 3 942816 557184 N
所需每条侧面角焊缝的实际长度（受力的一侧有 4 条侧缝）：
l lw
hf
N1 4 0.7hf
f
w f
hf
557184 4 0.7 6 200
6 172 mm
取侧面焊缝实际长度 175mm，则所需盖板长度：
175 10 175
L=175×2+10(盖板距离)=360mm。
N
N
∴此加盖板的对接连接，盖板尺寸取-360×460×6mm，
6 6 500 10
2011年课程考试复习题及参考答案 钢结构设计原理 一、填空题： 1.钢结构计算的两种极限状态是和。 2.提高钢梁整体稳定性的有效途径是和。 3.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。 4.钢材的破坏形式有和。 5.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用的方法来保证，而腹板的局部稳定则 常采用的方法来解决。 6.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。 7.角焊缝的计算长度不得小于 40 ，也不得小于 8hf ；侧面角焊缝承受静载时，其 计算长度不宜大于 60hf 。 8.轴心受压构件的稳定系数φ与、和有关。 9.钢结构的连接方法有、和。 10.影响钢材疲劳的主要因素有、和。 11.从形状看，纯弯曲的弯矩图为，均布荷载的弯矩图为，跨中 央一个集中荷载的弯矩图为。 12.轴心压杆可能的屈曲形式有、和。 13.钢结构设计的基本原则是、、 和。 14.按焊缝和截面形式不同，直角焊缝可分为、、 和等。 15.对于轴心受力构件，型钢截面可分为和；组合截面可分为 和。 16.影响钢梁整体稳定的主要因素有、、、 和。 1.承载能力极限状态，正常使用极限状态 2.加强受压翼缘，减少侧向支承点间的距离（或增加侧向支承点） 3.螺栓材质，螺栓有效面积 4.塑性破坏，脆性破坏 5.限制宽厚比，设置加劲肋 6.性能等级，螺栓直径
7.8h f，40mm，60 h f 8.钢号，截面类型，长细比 9.焊接连接，铆钉连接，螺栓连接 10.应力集中，应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构），应力循环次数 11.矩形，抛物线，三角形 12.弯曲屈曲，扭转屈曲，弯扭屈曲 13.技术先进，经济合理，安全适用，确保质量 14.普通缝，平坡缝，深熔缝，凹面缝 15.热轧型钢，冷弯薄壁型钢，实腹式组合截面，格构式组合截面 16.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 二、问答题： 1.高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？ 2.焊缝可能存在哪些缺陷？ 3.简述钢梁在最大刚度平面受荷载作用而丧失整体稳定的现象及影响钢梁整体稳定的主要因素。 4.建筑钢材有哪些主要机械性能指标？分别由什么试验确定？ 5.什么是钢材的疲劳？ 6.选用钢材通常应考虑哪些因素？ 7.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？ 8.焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要求？ 9.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？ 10.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？ 11.轴心压杆有哪些屈曲形式？ 12.压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？ 13.在抗剪连接中，普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接的传力方式和破坏形式有何不同？ 14.钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？ 15.对接焊缝的构造有哪些要求？ 16.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？ 17.什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？ 18.角焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要构造要求？ 19.螺栓的排列有哪些构造要求？ 20.什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？
2013-2014年第一学期 2010级土木工程专业钢结构设计原理课程期末考试 规范答案及评分细则 一、填空题（本大题共10小题，每空1分，共20分） 1. 承载能力极限状态为结构或构件达到最大承载力或达到不适于继续承载的变形时的极限状态。 2. 钢材牌号Q235－BF,其中235表示屈服强度,B表示质量等级为B级,F表示沸腾钢。 3. 钢材五项机械性能指标是屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、冲击韧性 5. 角焊缝的厚度大而长度过小时，使焊件局部过热严重，因此侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长 度不得小于8hf和40mm。 6.当梁的整体稳定系数φb＞0.6时，材料进入弹塑性阶段，这时，梁的整体稳定系数应采用φ'b。 7. 对承受静力荷载或间接承受动力荷载的钢梁，允许考虑部分截面发展塑性变形，在计算中引入 塑性发展系数来考虑。 8.焊接梁的设计中，翼缘板的局部稳定常用限制宽厚比的办法来保证，而腹板的局部稳定则采用 配置加劲肋的办法来解决。 9.按正常使用极限状态计算时，轴心受压构件要限制构件长细比，受弯构件要限制构件挠度，拉、 压弯构件要限制构件长细比。 10.目前我国设计规范中压弯构件弯矩作用平面内整体稳定验算多采用相关公式法，利用边缘屈服 准则，建立压弯构件弯矩作用平面内稳定计算的轴力和弯矩相关公式。 二、单选题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 1. 在结构设计中，失效概率P f与可靠指标β的关系为。 A.P f越大，β越大，结构可靠性越差 B.P f越大，β越小，结构可靠性越差 C.P f越大，β越小，结构越可靠 D.P f越大，β越大，结构越可靠 2. 钢材的设计强度是根据确定的。 A. 抗拉强度 B. 抗压强度 C. 屈服强度 D. 极限强度 3. 钢材的伸长率δ用来反映材料的。 A.承载能力 B.弹性变形能力 C.塑性变形能力 D.抗冲击荷载能力 4. 钢中硫和氧的含量超过限量时，会使钢材。 A. 变软 B. 热脆 C. 冷脆 D. 变硬 5. 钢材经历了应变硬化（应变强化）之后。 A. 强度提高 B. 塑性提高 C. 冷弯性能提高 D. 可焊性提高 6．手工电弧焊使用的焊条宜使焊缝金属与主体金属的强度相匹配，Q345钢宜采用焊条。 A．E43系列B．E50系列C．E55系列D．E235系列 7．下列关于焊接应力叙述错误的是（）。 A．焊接应力增大了构件变形，降低了构件的刚度 B．焊接应力减小了构件有效截面和有效惯性矩，降低了构件稳定承载力 C．焊接应力降低了结构的静力强度，从而降低了构件的疲劳强度 D．在无外加约束情况下，焊接应力是自相平衡的力系 8. 下列螺栓破坏属于构造破坏的是。
第五章 受弯构件 1．选择题 （1）在主平面内受弯的工字形截面组合梁，在抗弯强度计算中，允许考虑截面部分发展塑性变形时，绕x 轴和y 轴的截面塑性发展系数x γ和y γ分别为 。 A. 1.05，1.05 B. 1.2，1.2 C. 1.15，1.15 D. 1.05，1.2 （2）计算梁的 时，应用净截面的几何参数。 A. 正应力 B. 剪应力 C. 整体稳定 D. 局部稳定 （3）钢结构梁的计算公式nx x x W M γσ= 中的x γ 。 A. 与材料强度有关 B. 是极限弯矩与边缘屈服弯矩之比 C. 表示截面部分进入塑性 D. 与梁所受荷载有关 （4）约束扭转使梁截面上 。 A. 只产生正应力 B. 只产生剪应力 C. 产生正应力，也产生剪应力 D. 不产生任何应力 （5）单向受弯梁失去整体稳定时是 形式的失稳。 A. 弯曲 B. 扭转 C. 弯扭 D. 双向弯曲 （6）焊接工字形截面简支梁，其他条件均相同的情况下，当 时，梁的整体稳定性最好。 A. 加强梁的受压翼缘宽度 B. 加强梁受拉翼缘宽度 C. 受压翼缘与受拉翼缘宽度相同 D. 在距支座l /6（l 为跨度）减小受压翼缘宽度 （7）焊接工字形等截面简支梁，在其他条件均相同的情况下，当 时，梁的整体稳定性最差（按各种情况下最大弯矩数值相同比较）。 A. 两端有相等弯矩作用（纯弯矩作用） B. 满跨均布荷载作用 C. 跨度中点有集中荷载作用 D. 在离支座l /4（l 为跨度）处个有相同一集中力 （8）一悬臂梁，焊接工字形截面，受向下垂直荷载作用，欲保证此梁的整体稳定，侧向支撑应加在 。
A. 梁的上翼缘 B. 梁的下翼缘 C. 梁的中和轴部位 D. 梁的上翼缘及中和轴部位（9）为了提高梁的整体稳定性，是最经济有效的办法。 A. 增大截面 B. 增加侧向支撑点 C. 设置横向加劲肋 D. 改变翼缘的厚度 （10）对提高工字形截面的整体稳定性作用最小。 A. 增加腹板厚度 B. 约束梁端扭转 C. 设置平面外支承 D. 加宽梁翼缘 （11）防止梁腹板发生局部失稳，常采用加劲措施，这是为了。 A. 增加梁截面的惯性矩 B. 增加截面面积 C. 改变构件的应力分布状态 D. 改变边界约束板件的宽厚比 （12）梁的支承加劲肋应设置在。 A. 弯曲应力大的区段 B. 剪应力大的区段 C. 上翼缘或下翼缘有固定荷载作用的部位 D. 有吊车轮压的部位 （13）焊接工字形截面梁腹板设置加劲肋的目的是。 A. 提高梁的抗弯强度 B. 提高梁的抗剪强度 C. 提高梁的整体稳定性 D. 提高梁的局部稳定性 （14）当梁上有固定较大集中荷载作用时，其作用点处应。 A. 设置纵向加劲肋 B. 设置支承加劲肋 C. 减少腹板宽度 D. 增加翼缘的厚度 （15）焊接组合梁腹板中，布置横向加劲肋对防止引起的局部失稳最有效，布置纵向加劲肋对防止引起的局部失稳最有效。 A. 剪应力 B. 弯曲应力 C. 复合应力 D. 局部压应力 （16）钢梁腹板局部稳定采用准则，实腹式轴心受压构件局部稳定采用准则。 A. 腹板局部屈曲应力不小于构件整体屈曲应力 B. 腹板实际应力不超过腹板屈曲应力 C. 腹板实际应力不小于板的f y D. 腹板局部临界应力不小于钢材屈服应力 （17）当无集中荷载作用时，焊接工字形截面梁翼缘与腹板的焊缝主要承受。 A. 竖向剪力 B. 竖向剪力及水平剪力联合作用
天津大学试卷专用纸学院建筑工程学院专业土木工程专业班年级学号姓名共4页第1页 20xx ～20xx 学年第 x2 学期期末考试试卷《建筑钢结构设计》（A 卷共5页）4、简述吊车对厂房结构产生的三种荷载；（4分） 答：竖向荷载，由吊车体系的自重产生；横向水平制动力，由吊车小车的启动与刹车产生；纵向水平制动力，由吊车大车的启动与刹车产生。 （考试时间：年月日） 题号一二成绩核分人签字5、简述多层钢结构体系的主要类型；（ 4 分） 得分答：柱—支撑体系：框架梁柱节点均为铰接，在纵向与横向沿柱高设置竖向柱间支撑； 一、简答题（共30 分）纯框架体系：在纵横两个方向均为多层刚接框架；框架支撑体系：一个方向为柱—支撑 1、写出钢结构排架承载力极限状态设计公式 n 体系，另一个方向为纯框架体系的混合体系。0 ( G C G G kQ 1 C Q1 Q 1k i 2 ci Qi C Qi Q ik ) R 中符号（, ）的含义；（4分）6、高层钢结构体系的主要类型；（4 分） 答：0为重要性系数；G ,Qi 为永久荷载及可变荷载的分项系数；为组合系数。答：框架结构体系、框架—剪力墙结构体系、外筒式结构体系、筒中筒式结构体系、筒束式结构体系及钢—混凝土组合结构体系。 2、单层厂房钢结构屋盖支撑体系由哪些支撑构成；（4 分） 7、高层钢结构不宜采用Q390 钢的原因是什么？（ 2 分） 答：上（下）弦横向水平支撑；下弦纵向水平支撑；垂直支撑。 答： Q390钢伸长率为 18%，不符合伸长率大于 20%的规定； 8、简述采用时程分析法时地震波的选取原则；（4 分） 3、简述单层厂房横向框架的两种主要类型及其特点；（ 4 分）答：至少应采用 4条能反映当地场地特性的地震加速度波，其中宜包括一条本地区历史 答：（ 1）横梁与柱铰接，特点是对柱基沉降的适应性较强，且安装方便，计算简单，受 上发生的实测地震记录波。如当地没地震记录，可根据当地场地条件选用合适的其他地 力明确，缺点是下段柱的弯矩较大，厂房的横向刚度较差。（2）横梁与柱刚接，特点是 区的地震记录。如没有合适的地震记录，可采用根据当地地震危险性分析结果获得的人 对减少下段柱弯矩，增加厂房横向刚度有利。由于下段柱截面高度小，从而可以减少厂 工模拟地震波，但 4 条波不得全用人工模拟的地震波。地震波的持续时间不宜过短，应 房的建筑面积，却使屋架受力复杂，连接构造亦麻烦，且对柱基础的差异沉降比较敏感。 取 10-20s或更长。
《钢结构设计原理》
三. 连接
3.8 试设计如图所示的对接连接（直缝或斜缝）。轴力拉力设计值 N=1500kN，钢材
Q345-A，焊条 E50 型，手工焊，焊缝质量三级。
解： 三级焊缝
N
N
500
查附表 1.3：
f tw
?
265 N/mm 2 ，
f
w v
? 180 N/mm 2
10
不采用引弧板： lw ? b ? 2t ? 500 ? 2 ?10 ? 480 mm
?
?
N lwt
1500 ?103 ?
480 ?10
? 312.5N/mm2
?
ftw
?
265N/mm2 ，不可。
改用斜对接焊缝： 方法一：按规范取 θ=56°，斜缝长度：
lw? ? (b / sin? ) ? 2t ? (500 / sin 56?) ? 20 ? (500 / 0.829 ) ? 20 ? 583mm
?
?
N sin? lw? t
? 1500?103 ?0.829 583?10
? 213N/mm2
?
ftw
? 265N/mm2
?
?
N cos? lw? t
? 1500?103 ?0.559 583?10
? 144N/mm2
?
fvw
? 180N/mm2
设计满足要求。
方法二：以 θ 作为未知数求解所需的最小斜缝长度。此时设置引弧板求解方便些。
3.9 条件同习题 3.8，受静力荷载，试设计加盖板的对接连接。 解：依题意设计加盖板的对接连接，采用角焊缝连接。
查附表
1.3：
f
w f
?
200 N/mm
2
试选盖板钢材 Q345-A，E50 型焊条，手工焊。设盖板宽 b=460mm，为保证盖板与连
接件等强，两块盖板截面面积之和应不小于构件截面面积。所需盖板厚度：
t2
?
A1 2b
?
500 ?10 2? 460
?
5.4mm
，取
t2=6mm
由于被连接板件较薄 t=10mm，仅用两侧缝连接，盖板宽 b 不宜大于 190，要保证与母
材等强，则盖板厚则不小于 14mm。所以此盖板连接不宜仅用两侧缝连接，先采用三面
围焊。
1
2011级钢结构设计原理期末考试试卷1
2013-2014年第一学期 2010级土木工程专业钢结构设计原理课程期末考试 标准答案及评分细则 一、填空题（本大题共10小题，每空1分，共20分） 1. 承载能力极限状态为结构或构件达到最大承载力或达到不适于继续承载的变形时的极限状态。 2. 钢材牌号Q235－BF,其中235表示屈服强度,B表示质量等级为B级,F表示沸腾钢。 3. 钢材五项机械性能指标是屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、冲击韧性 5. 角焊缝的厚度大而长度过小时，使焊件局部过热 严重，因此侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于 8hf 和40mm 。 6.当梁的整体稳定系数φ ＞0.6时，材料进入弹 b 。 塑性阶段，这时，梁的整体稳定系数应采用φ' b 7. 对承受静力荷载或间接承受动力荷载的钢梁，允 许考虑部分截面发展塑性变形，在计算中引入 塑性发展系数来考虑。 8.焊接梁的设计中，翼缘板的局部稳定常用限制 宽厚比的办法来保证，而腹板的局部稳定则采用配置加劲肋的办法来解决。
9.按正常使用极限状态计算时，轴心受压构件要限 制构件长细比，受弯构件要限制构件挠度，拉、压弯构件要限制构件长细比。 10.目前我国设计规范中压弯构件弯矩作用平面内 整体稳定验算多采用相关公式法，利用边缘屈服准则，建立压弯构件弯矩作用平面内稳定计算的轴力和弯矩相关公式。 二、单选题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 1. 在结构设计中，失效概率P f与可靠指标β的关系为。 A. P f越大，β越大，结构可靠性越差 B. P f 越大，β越小，结构可靠性越差 C. P f越大，β越小，结构越可靠 D. P f 越大，β越大，结构越可靠 2. 钢材的设计强度是根据确定的。 A. 抗拉强度 B. 抗压强度 C. 屈服强度 D. 极限强度 3. 钢材的伸长率δ用来反映材料的。 A. 承载能力 B. 弹性变形能力 C. 塑性
《钢结构设计原理》作业标答 3. 连接
3.8 试设计如图所示的对接连接 （直缝或斜缝） 。 轴力拉力设计值 N=1500kN， 钢材 Q345-A， 焊条 E50 型，手工焊，焊缝质量三级。 三级焊缝 查附表 1.3： f t w ? 265N/mm2 ， f vw ? 180N/mm2 不采用引弧板： l w ? b ? 2t ? 500? 2 ?10 ? 480mm
10 500
解：
N
N
N 1500 ?103 ?? ? ? 312.5N/mm2 ? f t w ? 265N/mm2 ，不可。 lw t 480 ?10
改用斜对接焊缝： 方法一：按规范取 θ=56°，斜缝长度：
? ? (b / sin ? ) ? 2t ? (500/ sin 56?) ? 20 ? (500/ 0.829) ? 20 ? 583mm lw
??
N sin ? 1500 ?103 ? 0.829 ? ? 213N/mm2 ? f t w ? 265N/mm2 ?t lw 583 ?10 N cos ? 1500 ?103 ? 0.559 ? ? 144N/mm2 ? fvw ? 180N/mm2 ?t lw 583 ?10
??
设计满足要求。 方法二：以 θ 作为未知数求解所需的最小斜缝长度。此时设置引弧板求解方便些。
3.9
条件同习题 3.8，受静力荷载，试设计加盖板的对接连接。
解：依题意设计加盖板的对接连接，采用角焊缝连接。 查附表 1.3： f fw ? 200N/mm2 试选盖板钢材 Q345-A，E50 型焊条，手工焊。设盖板宽 b=460mm，为保证盖板与连 接件等强，两块盖板截面面积之和应不小于构件截面面积。所需盖板厚度： A 500 ?10 t2 ? 1 ? ? 5.4mm ，取 t2=6mm 2b 2 ? 460 由于被连接板件较薄 t=10mm，仅用两侧缝连接，盖板宽 b 不宜大于 190，要保证与母 材等强，则盖板厚则不小于 14mm。所以此盖板连接不宜仅用两侧缝连接，先采用三面 围焊。
1
XX 工学院 课程实训 课程名称：钢结构设计原理专业层次：土木工程（卓越）
1、设计资料 1）某厂房跨度为24m，总长90m，柱距6m，屋架下弦标高为18m。 2）屋架铰支于钢筋混凝土柱顶，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C30。 3）屋面采用1.5×6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用）。 4）该车间所属地区西安。 5）采用梯形钢屋架。 考虑静载：①预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1400N/m2 ②二毡三油防水层400N/m2 ③20mm厚水泥砂浆找平400N/m2 ④支撑重量70N/m2 考虑活载：活载700N/m2
6）钢材选用Q345钢，焊条为E50型。 2、屋架形式和几何尺寸 屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。 屋面坡度 i=1/10； 屋架计算跨度L 0＝24000－300＝23700mm ； 端部高度取H=1990mm ，中部高度取H=3190mm （为L 0/7.4）。 屋架几何尺寸如图1所示： 1拱50 图1：24米跨屋架几何尺寸
三、支撑布置 由于房屋长度有6米，故在房屋两端及中间设置上、下横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设置三道系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余三道为柔性系杆。 上弦平面支撑布置
屋架和下弦平面支撑布置
垂直支撑布置 4、设计屋架荷载 屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。由于风荷载为0.35kN/m2 小于0.49kN/m2，故不考虑风荷载的影响。沿屋面分布的永久荷载乘以1/cosα=√1+102/10=1.005换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（ P=0.12+0.011 跨度）计 w 算，跨度单位为m。 标准永久荷载： 二毡三油防水层
[试题分类]:专升本《钢结构设计原理》_08017550 [题型]:单选 [分数]:2 1.T形截面所示的拉弯构件强度计算最不利点为（）。 A.截面上边缘“1”点 B.截面下边缘“3”点 C.截面中和轴处“2”点 D.可能是“1”点，也可能是“3”点 答案:B 2.验算型钢梁正常使用极限状态的挠度时，用荷载的()。 A.组合值 B.最大值 C.标准值 D.设计值 答案:C 3.应力集中越严重钢材（）. A.弹塑性越高 B.变形越大 C.强度越低 D.变得越脆 答案:D 4.下列最适合动力荷载作用的连接是（） A.高强螺栓摩擦型连接 B.焊接结构 C.普通螺栓连接 D.高强螺栓承压型连接 答案:A
5.梁上作用较大固定集中荷载时，其作用点处应() A.设置纵向加劲肋 B.减少腹板厚度 C.设置支承加劲肋 D.增加翼缘的厚度 答案:C 6.某排架钢梁受均布荷载作用，其中永久荷载的标准值为80kN/m ，可变荷载只有1个，其标准值为40kN/m ，可变荷载的组合值系数是0.7，计算梁整体稳定时采用的荷载设计值为（） A.120kN/m B.147.2kN/m C.152kN/m D.164kN/m 答案:C 7.在焊接工字形组合梁中，翼缘与腹板连接的角焊缝计算长度不受60的限制，是因为() A.截面形式的关系 B.焊接次序的关系 C.梁设置有加劲肋的关系 D.内力沿侧面角焊缝全长分布的关系 答案:D 8.减小焊接残余变形和焊接残余应力的方法是() A.采取合理的施焊次序 B.常温放置一段时间 C.施焊前给构件相同的预变形 D.尽可能采用不对称焊缝 答案:A 9.下图所示简支梁，除截面和荷载作用位置不同外，其它条件均相同，则以哪种情况的整体稳定性最好？() A. f h
一、填空题（本大题共11小题，每空1分，共20分） 1. 结构或构件的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态，在对结构或构件进行 极限状态验算时，应采用永久荷载和可变荷载的标准值。 2.某构件当其可靠指标β减小时，相应失效概率将随之（增大、减小、不变）。 3. 时效硬化会改变钢材的性能，将使钢材的提高，、降低。 4. 某不等边角钢，长肢宽度为125mm，短肢宽度为80mm，厚度为10mm，采用符号可表示为。 5. 钢材的破坏有延性破坏和脆性破坏两种形式，出现疲劳破坏时，截面上的应力低于材料的， 其破坏形式属于破坏。 6. 普通螺栓连接受剪时，限制端距e≥2d, 是为了避免钢板端部被___________。 7．轴心受力构件的强度承载力决定于截面应力不超过，而稳定承载力则决定于截面应力不超过。 8. 双肢格构柱截面的主轴分为和两种 9.加劲肋主要包括横向加劲肋、纵向加劲肋和短加劲肋，作为腹板的支承，将腹板分成尺寸较小的 板段，以提高临界应力。对提高梁支承附近剪力较大板段的临界应力是有效的；而对提高梁跨中附近弯矩较大板段的稳定性特别有利；则常用于局部压力较大的情况。 10.双轴对称焊接组合工字形截面偏心受压柱，偏心荷载作用在腹板平面内，可能发生的失稳形式 为或 二、单选题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 1. 钢结构设计中钢材的设计强度为。 A. 强度标准值 B. 钢材屈服点 C. 强度极限值 D. 钢材的强度标准值除以材料分项系数 2. 钢结构中使用钢材的塑性指标，目前最主要用表示。 A. 流幅 B. 冲击韧性 C. 可焊性 D. 伸长率 3. 在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是的典型特征。 A. 脆性破坏 B. 塑性破坏 C. 强度破坏 D. 失稳破坏 4. 钢材的三项主要力学性能为。 A. 抗拉强度、屈服强度、伸长率 B. 抗拉强度、屈服强度、冷弯性能 C. 抗拉强度、冷弯性能、伸长率 D. 冷弯性能、屈服强度、伸长率 5. 钢中磷和氮的含量超过限量时，会使钢材。 A. 变软 B. 热脆 C. 冷脆 D. 变硬 6．钢材经过冷加工产生冷作硬化后，其基本保持不变。 A．抗拉强度B．塑性C．韧性D．弹性模量 7．产生焊接残余应力的主要原因是。 A．钢材塑性变形太大B．钢材弹性模量太高 C．焊接时热量分布不均匀D．焊缝的高度太小
广州大学2010~2011 学年第 1 学期考试卷 课程钢结构设计原理考试形式（开卷/闭卷，考试/考查）学院土木工程系建工专业班级学号姓名_ （改题需注意：每个小题处仅写扣分，即负分，如-1，不能写加分，如+1，大题（如一、二）前写得分，如20，不能写+20，小题（如1，2）前不能写得分，另外，改完后需核准每一小题扣分、每一大题得分；而且每一大题得分应与上表中的分数统计一致，最后还要把上表的总分核准，卷子改完后，需找另一人按照上述程序复核一下，分数有修改处需相应改题老师签字，否则在考卷的评估中，改卷老师就要领取相应的教学事故，会影响以后的聘任） 一、选择题：（每题1分，共10分） 1. 承重结构用钢材应保证的基本力学性能内容应是（c ） a抗拉强度、伸长率b抗拉强度、屈服强度、冷弯性能 c抗拉强度、屈服强度、伸长率d屈服强度、伸长率、冷弯性能 2. 钢材牌号Q235、Q345、Q390是根据材料的___a__进行命名。 a 屈服点 b 设计强度 c 标准强度 d 含碳量 3. 在钢材所含化学元素中，均为有害杂质的一组是__ c _。 a 碳磷硅 b 硫磷锰 c 硫氧氮 d 碳锰矾 4．轴心压杆整体稳定公式 N f A ? ≤的意义为__d____。 a 截面平均应力不超过材料的强度设计值； b 截面最大应力不超过材料的强度设计值； c 截面平均应力不超过构件的欧拉临界应力值； d 构件轴心压力设计值不超过构件稳定极限承载力设计值。 5. 为提高梁的整体稳定性，从用钢量的角度，经济的做法是（ c ） a加强两个翼缘b加强受拉翼缘 c受压翼缘设侧向支承d加高腹板 6. 摩擦型高强度螺栓连接与承压型高强度螺栓连接的主要区别是__d____。 a 摩擦面处理不同 b 材料不同
1．下列情况中，属于正常使用极限状态的情况是 【 D 】 A 强度破坏 B 丧失稳定 C 连接破坏 D 动荷载作用下过大的振动 2．钢材作为设计依据的强度指标是 【 C 】 A 比例极限f p B 弹性极限f e C 屈服强度f y D 极限强度f u 3．需要进行疲劳计算条件是：直接承受动力荷载重复作用的应力循环次数n 大于或等于 【 A 】 A5×104 B2×104 C5×105 D5×106 4．焊接部位的应力幅计算公式为 【 B 】 A max min 0.7σσσ?=- B max min σσσ?=- C max min 0.7σσσ?=- D max min σσσ?=+ 5．应力循环特征值（应力比）ρ=σmin /σmax 将影响钢材的疲劳强度。在其它条件完 全 相 同 情 况 下 ， 下 列 疲 劳 强 度 最 低 的 是 【 A 】 A 对称循环ρ=-1 B 应力循环特征值ρ=+1
C 脉冲循环ρ=0 D 以压为主的应力循环 6．与侧焊缝相比，端焊缝的 【 B 】 A 疲劳强度更高 B 静力强度更高 C 塑性更好 D 韧性更好 7．钢材的屈强比是指 【 C 】 A 比例极限与极限强度的比值 B 弹性极限与极限强度的比值 C 屈服强度与极限强度的比值 D 极限强度与比例极限的比值. 8．钢材因反复荷载作用而发生的破坏称为 【 B 】 A 塑性破坏 B 疲劳破坏 C 脆性断裂 D 反复破坏. 9．规范规定：侧焊缝的计算长度不超过60 h f ，这是因为侧焊缝过长 【 C 】 A 不经济 B 弧坑处应力集中相互影响大 C 计算结果不可靠 D 不便于施工 10．下列施焊方位中，操作最困难、焊缝质量最不容易保证的施焊方位是 【 D 】 A 平焊 B 立焊 C 横焊 D 仰焊 11．有一由两不等肢角钢短肢连接组成的T 形截面轴心受力构件，与节点板焊接连接，则肢背、肢尖内力分配系数 1 k 、 2 k 为
钢结构设计原理第五章习题参考答案 P196：5-7 解： （一）计算截面参数 222000101000240015mm A =?+??= 493 310924.312 1000390121030400mm I x ?=?-?= 483 3106.112 10100021240015mm I y ?=?+??= 3610295.4250500105.50740015mm S c ?=??+??= 3610045.35.50740015mm S b ?=??= （二）梁自重计算 单位长度梁自重标准值：m KN g k /727.15.7810220006=??=- 单位长度梁自重设计值（因题意不明，假设2.1=G γ） m KN g /07.2727.12.1=?= （三）抗弯强度验算 计算位置：危险截面：跨中截面，危险点：a 点 跨中截面弯矩： m KN M /73.10438 1307.25.24002max =?+?= 2 96max /215/47.130********.305.11073.1043mm N f m N W M nx x x ==????== γσ抗弯强度满足要求。 （四）抗剪强度验算 计算位置：危险截面：支座截面，危险点：c 点 支座截面剪力： KN V 46.4131307.22 1400max =??+= P a
296 3max /26.4510 10924.310295.41046.413mm N It VS w =?????==τ （五）局部承压强度验算 计算位置：因支座支承情况不明，故计算集中力作用截面b 点。 223 /215/320)15550(10104000.1mm N f mm N l t F z w c ==?+???== ψσ 局部承压强度满足要求。 （六）折算应力验算 计算位置：集中力作用截面b 点 集中力作用截面弯矩：m KN M .22.10272 5.207.25.24 6.4132 =?-?= b 点由弯矩产生的正应力：296 /66.12450010 924.305.11022.1027mm N W M nx x x =????==γσ 集中力作用截面剪力：KN V 29.4085.207.246.413=?-= b 点由剪力产生的剪应力：296 3/68.3110 10924.310045.31029.408mm N It VS w =?????==τ 折算应力验算： 2 12222222/5.2362151.1/71.28468.31332066.12432066.1243mm N f mm N c c =?==?+?-+=+-+βτσσσσ 折算应力满足要求。 P196习题5-8 解：（一）计算截面参数 2160008800240012mm A =?+??= 493 310924.112 80039212824400mm I x ?=?-?= 483 31028.112 880021240012mm I y ?=?+??=
P108 4.1解： 示意图要画 焊缝承受的剪力V=F=270kN ；弯矩M=Fe=270?300=81kN.m I x =[0.8?(38-2?0.8)3]/12+[(15-2)?1?19.52]?2=13102cm 4= 腹板A e =0.8?(38-2?0.8)=29.12 cm 2 截面最大正应力 σmax =M/W= 81?106?200/13102?104=123.65 N/mm 2≤f t w =185N/mm 2 剪力全部由腹板承担 τ=V/A w =270?103/2912≤=92.72 N/mm 2 =f v w =125N/mm 2 腹板边缘处”1”的应力 σ1=(M/W)(190/200) =123.65(190/200)=210.19 =117.47 腹板边缘处的折算应力应满足 1.1w zs t f σ= 2≤1.1f t w =203.5N/mm 2 焊缝连接部位满足要求 4.2解：(1) 角钢与节点板的连接焊缝“A ”承受轴力 N=420kN 连接为不等边角钢长肢相连 题意是两侧焊 肢背分配的力N 1=0.65 ?420=273 kN 肢背分配的力N 2=0.35 ?420=147 kN h fmin =1.5(t max )1/2=1.5(10)1/2=4.74mm h fmax =1.2(t min )=1.2(6)=7.2mm 取h f =6mm 肢背需要的焊缝长度l w1=273?103/(2?0.7?6?160)+2?6=203.12+12=215.13mm 肢尖需要的焊缝长度l w2=147?103/(2?0.7?6?160)+2?6=109.38+12=121.38mm 端部绕角焊2h f 时，应加h f （书中未加） 取肢背的焊缝长度l w1=220mm ；肢尖的焊缝长度l w2=125mm 。 l wmax =60h f =360mm ；l wmin =8h f =48mm ； 焊缝“A ”满足要求 4.3解：节点板与端板间的连接焊缝“B ”承受拉力N 对焊缝“B ”有偏心，焊缝“B ”承受拉力N=(1.5/1.8) ?420=350kN ；剪力V=(1/1.8) ?420=233.33 kN ； 弯矩M=350?50=17.5 kN.m h fmin =1.5(t max )1/2=1.5(20)1/2=6.71mm h fmax =1.2(t min )=1.2(10)=12mm 焊缝“B ”h f =7mm 焊缝“B ”A 点的力最大 焊缝“B ”承受的剪应力 τ=233.33?103/(2?0.7?7?386)=61.68 N/mm 2 焊缝“B ”承受的最大正应力
《钢结构设计原理》课程教学大纲 课程名称：钢结构设计原理 英文名称：Basis of Steel Structure 课程编号：060116 学时数：48 其中实验学时：0 课外学时：0 学分数：4.8 适用专业：土木工程专业（专业基础必修课） 一、课程的任务、目的和作用 《钢结构设计原理》为土木工程专业学生的必修课，属于专业基础课。 通过本课程的学习，应使学生较全面地掌握钢结构材料的基本性能，掌握钢结构基本构件及其连接的设计计算方法，了解基本构件的构造设计。 二、课程教学内容的基本要求、重点和难点 第1章绪论 1.1 钢结构的特点和应用 掌握钢结构的特点及应用范围。 1.2 钢结构的建造过程和内在缺陷 了解钢结构的建造过程和内在缺陷。 1.3 钢结构的组成原理 了解钢结构的组成原理。 1.4 钢结构的极限状态和极限状态法 掌握钢结构的极限状态；了解概率极限状态设计法。 1.5 钢结构的发展 了解钢结构的发展方向。 【重点】钢结构的特点和应用；钢结构的极限状态。 第2章钢结构的材料 2.1 对钢结构用材的要求 掌握对钢结构用材的要求。 2.2 钢材的主要性能及其鉴定 掌握钢材的主要性能；了解钢材性能的鉴定方法。 2.3 影响钢材性能的因素
掌握影响钢材性能的因素。 2.4 钢材的延性破坏和非延性破坏、循环加载和快速加载的效应 掌握钢材的延性破坏和非延性破坏及循环加载和快速加载的效应 2.5 建筑钢材的类别及钢材的选用 掌握钢材的正确选用方法；了解建筑用钢的类别及其表示方法。 【重点】对钢结构用材的要求；钢材的主要性能；影响钢材性能的因素以及破坏形式；钢材的正确选用方法。 【难点】影响钢材性能的因素以及破坏形式。 第3章构件的截面承载能力——强度 3.1 轴心受力构件的强度及截面选择 熟练掌握轴心受力构件的强度计算；掌握轴心受力构件的截面选择。 3.2 梁的类型和强度 熟练掌握梁的类型和其强度计算。 3.3 梁的局部压应力和组合应力 熟练掌握梁的局部压应力和组合应力计算。 3.4 按强度条件选择梁截面 掌握按强度条件选择梁截面的方法。 3.5 梁的内力重分布和塑性设计 了解梁的内力重分布和塑性设计。 3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算 熟练掌握拉弯、压弯构件的应用和强度计算。 【重点】轴心受力构件的强度计算；梁的类型和其强度计算；拉弯、压弯构件的应用和强度计算；按强度条件选择梁截面。 【难点】梁的内力重分布和塑性设计。 第4章单个构件的承载能力——稳定性 4.1 稳定问题的一般特点 了解稳定问题的一般特点及构件失稳形式。 4.2 轴心受压构件的整体稳定 熟练掌握轴心受压构件的整体稳定计算。 4.3 实腹式柱和格构式柱的截面选择计算 掌握实腹式柱和格构式柱的截面选择计算。 4.4 受弯构件的弯扭失稳 掌握受弯构件的整体稳定计算。 4.5 压弯构件的面内和面外稳定性及截面选择计算 掌握压弯构件的面内和面外稳定性计算。 4.6 板件的稳定和屈曲后强度的利用 掌握板件的稳定计算；了解板件的屈曲后强度的利用。 【重点】轴心受压构件的整体稳定计算；受弯构件的整体稳定计算；压弯构件的面内和面外稳定性计算；板件的稳定计算。 【难点】受弯构件的整体稳定计算；压弯构件的面内和面外稳定性计算；板件的稳定计算；板件的屈曲后强度的利用。 第5章整体结构中的压杆和压弯构件 5.1 桁架中压杆的计算长度 掌握桁架中压杆的计算长度的确定。