钢结构样卷全部答案.doc

三、填空
1.钢材
2.脆性破坏
3.塑性破坏
4.脆性破坏
5.力学性能
6.抗拉强度
7.屈服点
8.韧性
9.冷弯性能
10.疲劳强度
11.概率极限状态
12.铆钉
13.高强度螺栓连接
14.粗制螺栓
15.角焊缝
16.斜缝
17.部分焊透
18.斜角角焊缝
19.残余变形
20.施工要求
21.受剪螺栓
22.受拉螺栓
23.钢梁
24.组合梁
25.热轧型钢梁
26.临界荷载
27.局部稳定
28.经济条件
29.建筑高度
30.拼接
31.工厂拼接
32.工地拼接
33.刚接
34.滚轴支座
35.桁架
36.高度
37.弯矩
38.轴心力
39.节点板
40.构件详图
41.结构布置图
42.结构布置图
43.构件详图
44.施工导流闸门
45.弧形闸门
46.液压式
47.螺杆式
48.卷扬式
49.水头的大小
50.闸门的尺寸

四、简答题
1. 钢材在复杂应力作用下是否仅产生脆性破坏？为什么？
答：钢材在复杂应力作用下不仅仅发生脆性破坏。因为当材料处于三向同号应力场时，它们的绝对值又相差不大时，根据第四强度理论，即使σ1、σ2、σ3的绝对值很大，甚至远远超过屈服点，材料也不易进入塑性状态。因而，材料处于同号应力场中容易产生脆性破坏。反之，当其中有异号应力，且同号的两个应力相差又较大时，即使最大的一个应力尚未达到屈服点fy时，材料就已进入塑性工作状态，这说明材料处于异号应力状态时，容易发生塑性破坏。
2. 残余应力对压杆的稳定性有何影响？
答：由于残余应力的存在，在轴心压力Ｎ的作用下，残余应力与截面上的平均应力Ｎ/Ａ叠加，将使截面的某些部位提前屈服并发展塑性变形。因此，轴心受压杆达临界状态时，截面由屈服区和弹性区两部分组成，只有弹性区才能承担继续增加的压力。这时截面的抗弯刚度降低，由理论分析知，残余应力对构件稳定的不利影响对弱轴要比对强轴严重的多。
3. 钢桁架与梁相比，桁架具有哪些优点？为什么它适合于大跨度？
答：钢桁架与梁相比是用稀疏的腹杆代替整体的腹板，并且杆件主要承受轴心力，应力沿截面分布均匀，能充分利用材料，从而能节省钢材减少自重，所以钢桁架特别适用于跨度或高度较大的结构。同时钢还可以按使用要求制成不同的外形。并且，由于腹杆钢材用量比实腹梁的腹板有所减少，采用架更显得经济合理，因钢桁架可以做成较大高度，从而具有较大的刚度。
4. 应力集中对钢材的机械性能有哪些影响？为什么？
答：应力集中会使得应力高峰区域总是存在着同号的双向或三向应力场，这是因为由高峰拉应力引起的截面横向收缩受到附近低应力区的阻碍而引起垂直于内力方向的拉应力σy，在较厚的构件里还产生σz，使钢材处于复杂受力状态，而且为同号应力场，使钢材的塑性变形受到限制，钢材有变脆的趋势。应力集中系数愈大，钢材变脆的倾向亦愈严重。尤其在低温下，应力集中的影响将会更为突出，往往引起钢材的脆性破坏。
5. 简述平面钢闸门主梁设计的特点

答：当主梁所承受的最大弯矩值不超过500kNm时，可考虑使用型钢作为主梁。若型钢强度不足，可在其上翼缘加焊扁钢予以加强。采用型钢可以简化制造，降低成本。当型钢不能满足要求时，可采用由钢板焊接而成的主梁组合梁。当跨度较大时，采用变截面组合梁较为经济合理。
6. 钢梁丧失整体稳定的原因是什么？如何提高和保证钢梁的整体稳定性？
答：由于梁被设计成高而窄且壁厚较薄的开口截面，可以获得弯矩作用平面内较大的抗弯承载能力和抗弯刚度，但抗扭和侧向抗弯能力较差。弯矩作用在其最大刚度作用平面内，当弯矩较小时，梁仅在弯矩作用平面内弯曲，虽因外界因素的影响可能产生微小的侧向弯曲和扭转，但外界影响去除后，梁仍能恢复原来的弯曲平衡状态。但当弯矩逐渐增大使梁的受压翼缘的最大弯曲应力达到某一数值时，梁在很小的侧向干扰力作用下，会突然向刚度较小的侧向弯曲，并伴随有扭转而破坏，从而梁整体失稳。要提高和保证钢梁的整体稳定性一是要能够阻止梁受压翼缘的侧向位移，例如将刚性铺板与梁的受压翼缘牢固连接。二是减少梁的受压翼缘自由长度，增加侧向支承点，增大梁受压翼缘的宽度，即适当减少的值，提高梁的整体稳定性。

7. 普通螺栓、承压型高强螺栓及铆钉都是靠杆身承压和承剪来传递内力的。试述当达到承载能力极限状态时，它们的可能破坏形式有哪些?

答：对于靠扦身承压和承剪来传递内力的抗剪连接，当采用普通螺拴、承压型高强度螺栓及铆订时，该连接可能存在5种破坏形式，对杆身而言，可能被剪断，被弯坏。对被连接构件，则可能被挤压破坏、端部被冲剪破坏和因净截面强度不足而破坏。
8.试述低碳钢和低合金结构从加载到破坏经历了哪几个阶段。
答：经历了四个阶段，弹性阶段，弹塑性阶段，塑性阶段，应变硬化阶段

9.试解释抗拉强度与伸长率的涵义。
答：抗拉强度是钢材的一项强度指标，它反映钢材受拉时所能承受的极限应力，同时反映了钢材内部组织的优劣，并与疲劳强度有着密切关系。
伸长率是衡量钢材在静荷载作用下塑性变形能力的指标。它等于试件拉断后原标距间的伸长度与原标距长度的比值。
10试列出影响钢材力学性能的主要因素。.
答：1.化学成分的影响；2.钢材生产过程的影响；3.钢材缺陷的影响；4.钢材的硬化；5.温度的影响
11. 钢结构具有哪些特点？
答：钢结构具有的特点：1钢材强度高，结构重量轻2钢材内部组织比较均匀，有良好的塑性和韧性3钢结构装配化程度高，施工周期短4钢材能制造密闭性要求较高的结构5钢结构耐热，但不耐火6钢结构易锈蚀，维护费用大。
12. 钢结构的合理应用范围是什么？
答：钢结构的合理应用范围：1重型厂房结构2大跨度房屋的屋盖结构3高层及多层建筑4轻型钢结构5塔桅结构6板壳结构7桥梁结构8移动式结构
13. 钢结构对材料性能有哪些要求？
答：钢结构对材料性能的要求：1较高的抗拉强度fu和屈服点fy2较好的塑性、韧性及耐疲劳性能3良好的加工性能
14. 钢材的主要机械性能指标是什么？各由什么试验得到？
答：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。
15. 什么是钢材的疲劳？影响钢材疲劳的主要因素有哪些？
答：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。
16. 选用钢材通常应考虑哪些因素？
答：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
17. 钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？
答：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
18. 焊缝可能存在的缺陷有哪些？
答：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。
19. 焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要求？
答：焊缝质量分为三个等级。三级质量检查只对全部焊缝进行外观缺陷及几何尺寸检查，其外观可见缺陷及几何尺寸偏差必须符合三级合格标准要求；二级质量检查除对外观进行检查并达到二级质量合格标准外，还需用超声波或射线探伤20％焊缝，达到B级检验Ⅲ级合格要求；一级质量检查除外观进行检查并符合一级合格标准外，还需用超声波或射线对焊缝100％探伤，达到B级检验Ⅱ级合格要求；
20. 对接焊缝的构造要求有哪些？
答：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。
21.角焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要构造要求？
答：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。
22. 螺栓的排列有哪些构造要求？
答：螺栓排列的构造要求：
1受力要求:端距限制—－防止孔端钢板剪断，≥2do；螺孔中距限制—限制下限以防止孔间板破裂即保证≥3do，限制上限以防止板间翘曲。
2构造要求:防止板翘曲后浸入潮气而腐蚀，限制螺孔中距最大值。
3施工要求:为便于拧紧螺栓，宜留适当间距。
23.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？
答：普通螺栓抗剪连接中的五种破坏形式：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。以上五种可能破坏形式的前三种，可通过相应的强度计算来防止，后两种可采取相应的构件措施来保证。一般当构件上螺孔的端距大于2d0时，可以避免端部冲剪破坏；当螺栓夹紧长度不超过其直径的五倍，则可防止螺杆产生过大的弯曲变形。
24.高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？
答：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
25.什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？
答：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。
26. 什么情况下会产生应力集中，应力集中对钢材材性能有何影响？
答：实际的钢结构构件有时存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷等。此时，构件中的应力分布将不再保持均匀，产生应力集中。在负温或动力荷载作用下，应力集中的不利影响将十分突出，往往是引起脆性破坏的根源。
27.钢屋架有哪几种支撑？分别说明各自的作用？
答：钢屋架的支撑分为：上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑和系杆等五种
（1）上弦横向水平支撑的作用是减小屋架上弦出平面的计算长度，提高上弦杆的侧向稳定性，并作为山墙抗风柱的上部支撑点，保证山墙风荷载的可靠传递。
（2）下弦横向水平支撑的作用是承受并传递风荷载和地震引起的水平力减小下弦计算长度，提高承载力。
（3）下弦纵向水平支撑的作用是与横向支撑形成封闭的支撑系统，以提高房屋的整体空间刚度。
（4）垂直支撑的作用是使相邻两屋架形成空间几何不变体系，以保证屋架在使用和安装时的整体稳定。
（5）系杆作用是保证无支撑处屋架的稳定，传递水平荷载，并减小屋架上下弦平面外的计算长度，在安装过程中起架立屋架的作用。
28. 什么是钢材的时效硬化，什么是冷作硬化？他们对钢材性能有什么影响？
答：时效硬化：是指轧制钢材放置一段时间后，其力学性能发生变化的现象。刚才经过时效硬化，其强度提高，其塑性和韧性则降低。
冷作硬化：又称钢材的应变硬化，是指根据钢材在拉伸过程中表现得力学性能，将钢材在使用前进行加载超过屈服点后再卸载，使钢材的弹性提高，塑性降低。因此钢材的冷作硬化能提高钢材的强度，但降低钢材的塑性和韧性。
29. 对接焊缝施焊时为什么要采用引弧板？
答：在对接焊缝施焊时的起弧灭弧点，常会出现未焊透和未焊满的凹陷焊口，此处极易产生应力集中裂纹，对承受动力荷载的结构尤为不利，为避免这种缺陷，施焊时可在焊缝两端设置引弧板，焊完后切除引弧板即可。当未采用引弧板时，每条焊缝的起弧和灭弧端各减去5mm作为计算长度。
30.焊脚尺寸是越大越好还是越小越好？为什么？
答：除钢管结构外，焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍，是为了避免寒风去的基本金属过热，减小焊件的焊接残余应力和残余变形。焊脚尺寸也不能过小，否则焊缝因输入能量过小，而焊件厚度较大，以致施焊时冷却速度过快，产生淬硬组织，导致母材开裂，规范规定焊脚尺寸不得小于1.5，t为较厚焊件的厚度。

五、论述题 （本大题共1小题，每小题10分，共10分）
钢梁丧失整体稳定的原因是什么？如何提高和保证钢梁的整体稳定性？
答：由于梁被设计成高而窄且壁厚较薄的开口截面，可以获得弯矩作用平面内较大的抗弯承载能力和抗弯刚度，但抗扭和侧向抗弯能力较差。弯矩作用在其最大刚度作用平面内，当弯矩较小时，梁仅在弯矩作用平面内弯曲，虽因外界因素的影响可能产生微小的侧向弯曲和扭转，但外界影响去除后，梁仍能恢复原来的弯曲平衡状态。但当弯矩逐渐增大使梁的受压翼缘的最大弯曲应力达到某一数值时，梁在很小的侧向干扰力作用下，会突然向刚度较小的侧向弯曲，并伴随有扭转而破坏，从而梁整体失稳。要提高和保证钢梁的整体稳定性一是要能够阻止梁受压翼缘的侧向位移，例如将刚性铺板与梁的受压翼缘牢固连接。二是减少梁的受压翼缘自由长度，增加侧向支承点，增大梁受压翼缘的宽度，即适当减少的值，提高梁的整体稳定性。
3.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？
答：钢材在施焊过程中会在焊缝及附近区域内形成不均匀的温度场，在高温区产生拉应力，低温区产生相应的压应力。在无外界约束的情况下，焊件内的拉应力和压应力自相平衡。这种应力称焊接残余应力。随焊接残余应力的产生，同时也会出现不同方向的不均匀收缩变形，称为焊接残余变形。
焊接残余应力的影响：1对塑性较好的材料，对静力强度无影响；2降低构件的刚度；3降低构件的稳定承载力；4降低结构的疲劳强度；5在低温条件下承载，加速构件的脆性破坏。
焊接残余变形的影响：变形若超出了施工验收规范所容许的范围，将会影响结构的安装、正常使用和安全承载；所以，对过大的残余变形必须加以矫正。
减少焊接残余应力和变形的方法：
1合理设计:选择适当的焊脚尺寸、焊缝布置应尽可能对称、进行合理的焊接工艺设计，选择合理的施焊顺序。
2正确施工：在制造工艺上，采用反变形和局部加热法；按焊接工艺严格施焊，避免随意性；尽量采用自动焊或半自动焊，手工焊时避免仰焊。
4.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？
答：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。
5.什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？
答：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

. 六、计算题(本大题共2小题，每小题10分，共20分)
如图所示的角钢截面为2∠100×12与厚度14mm的节点板用角焊缝相连，已知角钢承受轴心拉力460kN，钢材为Q235-B·F，焊条为E43型。试采用两侧角焊缝，设计角钢肢背和肢尖的焊缝尺寸(注意角钢有两个)。（选取角钢肢背焊角尺寸；肢尖焊角尺寸。等肢角钢的内力分配系数为：k1 = 0.7，k2 = 0.3）

解：
肢背焊缝长度为：

（4分）
取lw1 =15 cm (大于) （1分）
肢尖焊缝长度为：
（4分）
取lw2 =9 cm (大于) （1分）
2．某桁架腹杆设计内力N=-430kN(压力)，l0x=l0y=250cm，选用2∠100×80×10的角钢与厚度为12mm的节点板用长肢相连，用Q235钢，试验算杆件的稳定性。
解：查表 (相当于表上)， (考虑了节点板厚度12mm)，f=215 N/mm2
截面面积为：A=2×17.2=34.4 cm2

查表得：、
取
验算杆件的稳定性：

满足稳定性要求

3. 等截面简支焊接组合梁的整体稳定性和弯应力强度验算。已知：l=6m，Mmax=370 KN.m，材料Q235，f=215N/mm2,Ix=6604cm4,Iy=2091cm4,I1=1613cm4,I2=478cm4(I1、I2分别为受压翼缘和受拉翼缘对y轴的贯性矩)
解：l1/b1=600/24=25>13 需进行稳定计算
(1分)
所以
(1分)
(1分)
(1分)
(1分)
(1分)
(1分)
(1分)
对进行修正
(1分)
(安全)
最大弯应力：
(安全) (1分)

4. 计算焊接工字形等截面简支梁的整体稳定系数φb。已知：梁长6m，材料Q235，双轴对称，跨中无侧向支承，集中荷载作用在上翼缘，腹板选用(截面)-800×8，翼缘选用(截面)-280×12，Ix=144900cm4，Iy=4390cm4？

解：已知：梁长l1=600 cm，翼缘厚t1=1.2 cm，梁高h=80+2×1.2=82.4 cm

按集中荷载作用在上翼缘，查表

截面面积： (1分)
截面模量： (1分)
回转半径： (1分)
长细比： (1分)
双轴对称，所以
fy=235 N/mm2 (1分)
梁的整体稳定系数为：
(2分)

(2分)

因 所以要对进行修正，得：
(1分)

5. 验算图示焊接工字形等截面简支梁的整体稳定。已知：采用钢材Q345钢，梁跨度L=6m，跨中无侧向支承，集中荷载作用在上翼缘。，Ix=1564336cm4，Iy=28395cm4，fy =325N/mm2(Q345钢材厚度大于16mm时)。
解：因为故须验算梁的整体稳定性。查表：
(1分)
(1分)
(1分)
(1分)
(1分)
由题已知：、查表：、
梁的整体稳定系数为：
(2分)
因为需要修正
(1分)
验算梁的整体稳定性： (2分)
所以稳定性不符合要求

6. 有一焊接连接如图所示，钢材为Q235钢，焊条采用E43系列，角钢为
2∠100x 8，采用手工焊接，承受的静力荷载设计值N＝600kN。试计算两侧面所需角焊缝的长度。

7.

试计算焊缝强度，并指出焊缝最危险点的位置。如仅将P变为压力，最不利点位置和应力大小有无变化

(每式2分，共6分)

（每式2分，共4分）

8.如图所示连接集中荷载P=100KN的作用。被连接构件由A3钢材制成，焊条为T422型。已知焊缝厚度（焊脚尺寸）：

试验算连接焊缝的强度能否满足要求。

解：将外力P向焊缝形心简化，得：

8.

（4分 ）
（2分）
（2分）

（2分）

9.

解：
（2分）

（2分）
（1分）

（1分）

（1分）
（3分）
10.

（3分）

（2分）

（1分）

（1分）

（1分）

（1分）

（1分）