钢结构设计原理一一、填空题（每空1分，共24分）1.钢材的破坏可区分为塑性破坏和脆性破坏两种方式。
2.钢承重结构的设计应考虑两种极限状态，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。
3.我国的《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中规定在设计文件（图纸）中对焊接结构应注明所要求的焊缝形式和焊缝质量等级。
4.钢结构连接用的螺栓连接有普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。
5.在板梁中承受较大的固定集中荷载N处，常需要设置支承加劲肋，支撑加劲肋设计计算时主要包含三个方面的内容：.计算支承加劲肋在板梁腹板平面外的稳定性、计算支承加劲肋端部承压应力和计算支承加劲肋与腹板的角焊缝。
6. 按承载能力极限状态计算轴心受力构件时，需要对轴心受压构件计算截面强度、整体稳定性和组成构件局部稳定性三项，对轴心受拉构件计算强度一项。
，其物理意义是将其他压7. 压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算引入了等效弯矩系数m弯构件等效于承受纯弯曲的压弯构件。
8.我国的《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中规定对实腹式压弯构件的平面内稳定计算采用实用的相关公式，对格构式压弯构件绕虚轴弯曲时的稳定验算采用边缘纤维屈服准则。
9.轴心受压柱脚，按其与基础的连接方式不同，可分为铰接和刚性连接两种，前者主要承受轴心压力，后者主要用于承受压力和弯矩。
10.屋架支撑系统包含四类，即横向支撑、纵向支撑、垂直支撑和系杆。
二、选择题（每题2分，共26分）1.对有孔眼等削弱的轴心拉杆承载力，我国《钢结构设计规范》（GB50017-2003）取用的准则是：净载面中B 。
A)最大应力达到钢材屈服点；B)平均应力达到钢材屈服点；C)最大应力达到钢材极限强度；D) 平均应力达到钢材极限强度。
2.焊接工字型板梁焊于腹板上的加劲肋的作用是 C 。
A）增强梁的强度；B）提高梁的刚度；C ） 提高腹板的局部稳定性；D ） 提高腹板抗疲劳的强度。
3.钢屋架杆件内力计算假定钢屋架节点是 A 。
A ） 节点为铰接；B ） 节点为刚接；C ） 节点上的所连接的杆件连续；D ） 节点半铰接半刚性连接。
4.钢材的疲劳破坏是 B 。
A ） 恒荷载作用的下塑性破坏；B ） 连续重复荷载作用下的突然脆性破坏。
C ） 活荷载作用下的塑性破坏；D ） 连续重复荷载作用下的塑性破坏。
5.单向受弯梁失去整体稳定时是 C 的失稳。
A ） 弯曲；B ） 扭转；C ） 弯扭；D ） 双向弯曲。
6. 格构式压弯构件缀件的设计剪力取 B 。
A ）构件实际剪力值；B ）构件实际剪力设计值和23585Yf Af V =二者中的较大值；C ）由公式23585Yf Af V =计算；D ）由dz dMV =计算值。
7. 在弹性阶段，侧面角焊缝应力沿长度方向的分布为 C 。
A ）均分分布；B ）一端大，一端小；C ）两端大中间小；D ）两端小中间大。
8. 等截面框架柱的平面内计算长度系数与 D 无关。
A ）框架柱的支承条件；B ）柱上端梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值；C ）柱下端梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值；D ）所采用的钢号。
9. a 类截面的轴心压杆稳定系数ϕ值最高是由于 A 。
A ）残余应力的影响最小；B ）截面的刚度最大；C ）初弯曲的影响最小；D ）截面是轧制截面。
10. 保证受弯构件工形截面翼缘局部稳定的方法是 D 。
A ）设置纵向加劲肋；B ）设置横向加劲肋；C ）采用有效宽度；D ）限制其宽厚比。
11. 工字型截面压弯构件腹板局部稳定验算中λ值是 A 。
A ）构件在弯矩作用平面内的长细比，取值介于30和100之间；B ）构件在弯矩作用平面外的长细比，取值介于30和100之间；C ）构件两个方向长细比的较大值，取值介于30和100之间；D ）构件两个方向长细比的较小值，取值介于30和100之间。
12. 以下图示各简支梁，除截面放置和荷载作用位置不同外，其他条件均相同，则以 D 的整体稳定性最好。
13. 一宽度为b 、厚度为t 的钢板上有一直径为d 0的螺栓孔，则对钢板强度验算时，其净截面积为 C 。
A ）t d t b A n ⨯-⨯=2；B ）t d t b A n ⨯-⨯=420π；C ）t d t b A n ⨯-⨯=0；D ）t d t b A n ⨯-⨯=0π。
三、问答题（每题8分，共24分）1. 钢材有哪几项主要机械性能指标？它们的物理意义是什么？2. 在进行梁的整体稳定验算时，为什么当得出的6.0φb ϕ时，应将b ϕ用相应的'b ϕ代替？ 3.实腹式单向压弯构件需要作哪些验算，计算公式如何？1.答：钢材的主要机械性能指标有：⑴屈服强度y f ，是表示钢材强度的一个重要指标，在弹性设计时，常以纤维应力到达屈服点作为强度计算时的限值；⑵抗拉强度u f ，时钢材强度的另一个指标，是应力－应变曲线上的最高点应力，由试件拉伸时的最大荷载除以试件未变形前的截面积而得；⑶伸长率δ，是表示钢材塑性性能的一个指标，用以表示钢材断裂前发生塑性变形的能力，δ越大，塑性性能越好；⑷冷弯性能，反映钢材的弯曲变形性能和抗分层性能的指标，综合评估钢材质量优劣，它不仅要求钢材由必要的塑性，同时还要求钢材中没有或极少由冶炼过程中产生的缺陷；⑸冲击韧性，是反映钢材抵抗脆性破坏能力的指标，对于直接承受动力荷载的钢结构，其钢材需作冲击韧性试验。
2. 答：在进行梁的整体稳定验算时，按照临界公式和规范提供的公式计算的b ϕ值都是在钢梁处于弹性工作阶段的前提下，而实际工程中，特别是中等跨度的梁失去整体稳定性时，梁截面中应力有的早已超过比例极限或达到屈服点，则梁处于弹塑性工作状态，其临界应力显著降低，仍按弹性状态的b ϕ对梁整体稳定性进行计算，结果不安全；再者临界公式未考虑残余应力、初始变形、初偏心等缺陷对梁整体稳定性的不利影响，因此综合考虑得当得出的6.0φb ϕ时，应将b ϕ用相应的'b ϕ代替。
3．实腹式压弯构件需要作哪些验算，计算公式如何？答：⑴强度计算，计算公式f W M A N nxx x n ≤+γ；⑵整体稳定计算：在弯矩作用平面内的整体稳定计算，对于双轴对称截面采用公式f N N W M AN Ex x x xmx x ≤⎪⎪⎭⎫⎝⎛'-+8.011γβϕ计算，对于单轴对称截面，还需要采用公式f N NW M AN ≤'-)1.251(Ex2x x xmx γβ－计算；在弯矩作用平面外的整体稳定计算，计算公式f W M A Nxb x tx y ≤+1ϕβηϕ；⑶局部稳定性计算：对受压翼缘通过限制其宽厚比来满足要求；对于腹板通过限制其高厚比来满足要求，高厚比的限值与应力梯度、长细比、钢材屈服强度等有关；⑷刚度：通过限制其长细比来满足刚度要求。
四、计算题（10分）如图1所示牛腿板，钢材Q235－B ，焊条E4315型，手工焊，焊脚尺寸mm h f 8=。
试求所能承受的最大静力荷载设计值F 。
图1解：1.确定角焊缝计算截面的几何特性角焊缝有效截面()()44232423211445310915304.128.025.55.52125.5204.112.218.07.0109128.105.521212.218.07.099.175.5212.218.07.004.112.215.528.07.028.025.55.58.07.02cm I I I cm I cm I cmA cm x w y w x w p w y w xw f =+=+==⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+⨯⨯==⨯+⨯⨯==+⨯⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛+⨯⨯⨯⨯=(5分)2.确定焊缝所能承受的荷载设计值 对焊缝群形心的内力扭矩：T=F(20 + 6 + 0.28 - 1.04)= 25.24F 剪力：V = F角焊缝有效有效截面上A 点各应力分量为：()F FA V F F I Tr FF I Tr W fV A W P X T AW PyT A00056.01099.1700105.010********.128.05.524.2500233.010********.1024.2524242=⨯===⨯⨯-+⨯===⨯⨯⨯==σστ （3分）当承受静力荷载时，取22.1=f β根据角焊缝基本计算公式，A 点的合应力应小于或等于W f f ，即()()16000233.022.100056.000105.02222≤+⎪⎭⎫ ⎝⎛+≤+⎪⎪⎭⎫⎝⎛+F F F f Wf TA f V A T A τβσσ （2分）解得F ＝59750N ＝59.75KN五、设计题（16分）支架杆件截面设计。
条件：如图2所示为一管道支架，其支柱的设计压力为N ＝1600kN （设计值），柱两端铰接，钢材为Q235，截面无孔眼削弱。
要求：试设计此支柱的截面：采用普通轧制工x xyy图2由图2知，支柱在两个方向上的计算长度不相等，将强轴顺x 轴方向，弱轴顺y 轴方向，这样柱在两个方向的计算长度分别为：cm l x 6000=，cm l y 3000= （2分） 1） 试选截面假定λ＝90，对于轧制工字钢，当绕x 轴失稳时属于a 类截面，由《规范》表查得x φ＝0.714，绕y 轴失稳时属于b 类截面，由《规范》表查得y φ＝0.621。
（2分） 需要截面面积回转半径为：223min 8.11910215621.0101600cm f N A =⨯⨯⨯==φ （2分） cm l i x x 67.6906000===λ （2分） cm l i y y 33.3903000===λ （2分） 根据以上计算结果，选I56a 工字钢，2135cm A =，cm i x 0.22=，cm i y 18.3=。
（2分）2） 截面验算因截面无孔眼削弱，可不验算强度。
轧制工字钢的翼缘和腹板均较厚，可不验算局部稳定，只进行整体稳定和刚度验算。
长细比：150][3.9418.3300150][3.270.2260000=<====<===λλλλcm l i cm l i y yy x x x （2分）整体稳定验算：x λ远大于y λ，故由y λ查《规范》表得y φ＝0.5912223/215/5.20010135591.0101600mm N f mm N A N =<=⨯⨯⨯=φ （2分）――――――――――――――――――――――――――――――――――钢结构设计原理二一、填空题（每空1分，共30分）1. 我国的《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中规定除疲劳计算外，采用概率理论为基础的极限状态为设计方法。
3.我国的《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中规定承重结构的钢材应具有 .抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。
