钢结构设计原理题库及答案

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fp B弹性极限fe

C屈服强度fy D极限强度fu

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 】

A5×104 B2×104

C5×105 D5×106

4．焊接部位的应力幅计算公式为 【 B

】

1

Amax0.7min Bmaxmin

C0.7maxmin Dmaxmin

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

】

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 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

2

【 B C 】

【 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 hf，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k1、k2为 【 A

】

A k10.75,k20.25 B k10.70,k20.30

C k10.65,k20.35

D k10.75,k20.35

3

12．轴心受力构件用侧焊缝连接，侧焊缝有效截面上的剪应力沿焊缝长度方向的分布是

【 A.两头大中间小

B. 两头小中间大

C.均匀分布 D.直线分布 .

13．焊接残余应力不影响钢构件的

】

A疲劳强度 B静力强度

C整体稳定 D刚度

14．将下图（a）改为（b）是为了防止螺栓连接的

】

A栓杆被剪坏 B杆与孔的挤压破坏

C被连构件端部被剪坏 D杆受弯破坏

4

A 】

B【 D 【

15．规范规定普通螺栓抗拉强度设计值只取螺栓钢材抗拉强度设计值的0.8倍，是因为

【 C 】

A偏安全考虑 B考虑实际作用时可能有偏心的影响

C撬力的不利影响 D上述A、B、C

16．受剪栓钉连接中，就栓钉杆本身而言，不存在疲劳问题的连接是

】

A普通螺栓 B铆钉连接

B承压型高强度螺栓 D 受剪摩擦型高强度螺栓

17．高强度螺栓的预拉力设计值计算公式

P0.90.90.91.2Aefu中，三个

0.9

不是•• 【A螺栓材料不均匀性的折减系数 B超张拉系数

5

【 D】

D

C附加安全系数 D考虑拧紧螺栓时扭矩产生的剪力的不利影响。

18．以被连板件间之间的静力摩擦力作为其极限值的连接是 【 C

】

A普通螺栓连接 B铆钉连接

C摩擦型高强度螺栓连接 D承压型高强度螺栓连接

19．用螺栓连接的轴心受力构件，除了要验算净截面强度外，还要进行毛截面强度验算的连接螺栓连接是 【

C 】

A普通粗制螺栓连接 B普通精制螺栓连接

C摩擦型高强度螺栓连接 D承压型高强度螺栓连接

20．提高轴心受压构件的钢号，能显著提高构件的 【 A

】

A静力强度 B整体稳定

C局部稳定 D刚度

21．钢结构规范关于轴心受压钢构件整体稳定的柱子曲线（φ-λ关系曲线）有多条的根本原因是考虑了 【 C

6

】

A材料非弹性 B构件的初弯曲

C残余应力的影响 D材料非均匀

22．工字形截面轴心受压钢构件局部稳定的验算方法是 【 B

】

A和整体稳定一样验算应力 B验算宽厚比，且认为是“细长柱”

C验算宽厚比，且认为是“粗短柱” D验算刚度

23．工字形、H形截面轴心受压构件翼缘局部稳定验算公式

b1235≤(100.1)tfy中，λ为

【 D 】

A绕x轴的长细比λx B绕y轴的长细比λy

Cmin(x,y) Dmax(x,y)

24．采用格构式轴心受压构件，可以显著提高 【 B

】

A构件的强度 B构件绕虚轴的刚度

7

C构件绕实轴的刚度 D构件的局部稳定

25．宽大截面轴心受压钢构件腹板局部稳定的处理方法：当构件的强度、整体稳定、刚度

绰绰有余时，应采用 【 C

】

A增加腹板厚度以满足宽厚比要求 B设置纵向加劲肋

C任凭腹板局部失稳 D设置纵向加劲肋、横向加劲肋和短加劲肋

26．焊接组合梁翼缘的局部稳定保证通常是 【 A

】

A验算宽厚比（增加翼缘厚度） B设置横向加劲肋

C设置纵向加劲肋 D设置短加劲肋

27．焊接组合梁翼缘和腹板（工字形截面）的连接焊缝承受的是 【 D

】

A弯矩作用 B弯矩和剪力共同作用

C拉力作用 ` D剪力作用

8

28．直接承受动力荷载的端焊缝强度提高系数为 【 A

】

Aβf=1.0 Bβf=1.22

Cβf=1.05 Dβf=1.15

29. 吊车钢梁在设计荷载作用下应按哪个应力阶段设计计算 【 A

】

A弹性阶段 B弹塑性阶段

C全塑性阶段 D强化阶段

30. 工字形组合截面吊车钢梁在进行抗弯强度计算时，截面塑性部分发展系数取值为 【 A 】

Aγx=γy =1.0 Bγx=1.05, γy=1.2

Cγx=1.15, γy=1.2 Dγx=1.05, γy=1.15

31.下列截面中，抗扭刚度最大的截面形式是 【

D 】

A工字形截面 BT形截面

9

CH形截面 D箱形截面

32．（静力荷载作用下）工字形截面梁的截面部分塑性发展系数为 【 B

】

A rx=1.0,ry=1.0 B rx=1.05,ry=1.2

C rx=1.2,ry=1.05 D rx=1.05,ry=1.05

33．格构式构件应该用在当用实腹式时 【 A

】

A强度有余但刚度不足的情况 B强度不足但刚度有余的情况

C强度不足刚度也不足的情况 D强度有余刚度也有余的情况

34．轴心受压钢构件（如工字形截面）翼缘和腹板的宽厚比验算时，公式中的长细比取截面两主轴方向较大者是因为 【

D 】

A这样更为安全 ` B这样更为经济

C这样更容易通过 D材料力学公式中总体稳定由较大长细比方向控制

35．在其它条件相同情况下，简支钢梁在下列哪种受力情况下对应的临界弯矩值最低

10

【 C 】

A全跨匀布荷载 B跨中一集中荷载

C纯弯曲 D任意荷载

36．某轴心受压钢构件绕x轴和绕y轴属于同一条的柱子曲线（即ф-λ关系曲线或表格），则，两轴等稳定的条件是 .【 A

】

xyA. B.

lxly

C.

ixiy D.

IxIy

37．钢材蓝脆现象发生的温度大约是 【 B

】

A 2000C B 2500C

C3000C D 3500C

38．钢构件的受剪连接中栓钉类型不同，孔洞对构件强度削弱的程度不同。孔洞对构件强度削弱最小的是 【

B 】

A.普通螺栓连接

B.摩擦型高强度螺栓连接

11

C.承压型高强度螺栓连接 D.铆顶连接

39．轴心受压钢构件总体稳定验算时，容许应力折减系数φ所对应的长细比λ是绕

【 D 】

A两主轴方向长细比中的较大者 B两主轴方向长细比中的较小者

C绕弱轴方向的长细比 D两主轴方向长细比中，所对应的φ较小者

40．型钢构件不需要进行 【 C

】

A强度验算

B总体稳定验算

C局部稳定验算 D刚度验算

41．下列哪种情况属于正常使用极限状态 【 A

】

A梁在动载作用下的振动 B动载作用下的疲劳

C板件的宽厚比验算 D钢梁腹板加劲肋的设置与计算

42．除了保证钢梁腹板局部稳定外，还要承受作用位置固定的集中荷载的加劲肋是 【 D 】

12

A竖向（横向）加劲肋 B水平（纵向）加劲肋

C短加劲肋 D支承加劲肋

43．相同钢号情况下，钢板越厚， 【 A

】

A强度越高、塑性越好 B强度越高、塑性越差

C强度越低、塑性越好 D强度越低、塑性越差

44．焊接组合梁在弯矩作用下，翼缘和腹板（工字形截面）的连接焊缝有效截面上承受的是

【 C

】

A拉应力 B压应力

C剪应力 ` D拉、压、剪应力都有

45．受剪栓钉连接中，被连板件

】

不•容许相对滑动的连接是 【 C

A普通螺栓连接 B铆钉连接

13

C摩擦型高强度螺栓连接 D承压型高强度螺栓连接

46．角焊缝每个弧坑考虑的长度为 【 B

】

A被焊板件厚度t B焊缝正边尺寸（焊脚尺寸）

hf

C2倍被焊板件厚度2t D2倍焊缝正边尺寸2

hf

47．强度计算时，

】

不•考虑截面部分塑性发展的构件是 【 A

A轴心受力构件 B受弯构件

C拉弯构件 D压弯构件

48．钢梁当确定的b>0.6时，说明梁在 【

B 】

A弹性阶段失稳 B弹塑性阶段失稳

C全塑性阶段失稳 D不会失稳

49．当缀条柱单肢的长细比不满足不需进行稳定计算的规定时，需进行单肢的稳定性计算。这时，单肢稳定计算应按 【

14

A 】

A轴心受拉验算 B轴心受压验算

C压弯构件验算 D拉弯构件验算

50．梁截面改变的方法

】

没•有 【 D

A改变翼缘宽度 B改变翼缘厚度

C改变梁的高度 D改变腹板厚度

1．钢结构的疲劳计算方法为容许应力法。 √

2．影响钢结构（一般）脆性断裂的主要因素有：钢材本身的质量、应力集中程度、低温和应力比。 ×;无应力比（也可以换成钢板厚度）

3．对焊透的对接焊缝，当满足下列条件之一者，强度已满足，无需进行强度验算：

① 焊缝质量得以保证（即一、二级焊缝）;

② 焊缝有效截面不低于焊件有效截面（即采用引弧板）。×;…同时满足时…

4．试验表明：端焊缝的强度和塑性高于侧焊缝。 ×;…塑性低于侧焊缝

15

5．轴心受压钢构件柱子曲线（φ-λ关系曲线）有多条的原因是因为考虑了回转半径的不同。×;…残余应力的影响

6．当摩擦型高强度螺栓的拉力Nt=0.8P时，构件间的有效夹紧力为零。所以，同时受剪和受拉的摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值为Nvb=0.9nfμ(P-0.8Nt)。 ×;…Nvb=0.9nfμ(P-1.25Nt)

7．应力集中将引起三向同号受力，三向同号受力的屈服强度比单向受力高。所以，更不容易发生脆性破坏。 ×;…更有可能发生脆性破坏

8．（受剪）摩擦型高强度螺栓连接在动荷载作用下，螺栓杆可能会发生疲劳破坏。 ×;…不可能会发生疲劳破坏

9．提高钢号对提高轴心受压钢构件的稳定承载力有显著效果（与钢材设计强度成正比）。×;…无显著效果

10．任何螺栓连接的构件，由于孔洞对构件截面有削弱，所以，强度验算只需要对净截面进行。 ×;…摩擦型高强度螺栓连接除外

11．双肢格构式轴心受压构件分肢间距是通过绕虚轴与绕实轴等稳定原则确定。√

12．宽厚比验算属于正常使用极限状态。×;…承载能力极限状态

13．所有钢构件的刚度验算都是验算长细比。 ×;除钢梁外…

14．对接焊缝的强度计算方法和焊件强度计算方法是一样的。 √

16

15．栓钉杆直径越小，被连板件越厚，越有可能栓钉杆与孔壁间挤压控制受剪栓钉单个栓钉承载力。 ×;…越有可能发生螺栓杆受剪皮坏

16．钢梁从开始受荷载作用到破坏，要经历弹性阶段、弹塑性阶段、屈服阶段和强化阶段。 ×;…弹性阶段、弹塑性阶段、全塑性阶段

17．通常情况下，钢梁翼缘板和腹板的局部稳定都是通过设置加劲肋来保证。×;…钢梁翼缘板通过限制宽厚比…

18．钢梁的最小梁高由建筑高度控制（决定）。×;…由刚度条件…

19．焊接残余应力是自相平衡的。 √

20．焊接组合梁翼缘板与腹板的连接焊缝（侧焊缝）的长度不受60hf的限制。√

一、 简答题

1. 极限状态法按预定功能划分为哪几种极限状态？

答： 极限状态法按预定功能划分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。

2. 钢管混凝土中，为什么混凝土的强度能提高？

答：因为在较高应力状态下，混凝土的泊松比大于钢材泊松比，这样钢管对其内的混凝土形成横向“套箍作用”。

17

3. 为什么以钢材的屈服强度作为静力强度设计指标？

答：（1）有强化阶段作为安全储备；（2）不致产生工程中不允许的过大变形；（3）实测值较为可靠；（4）可以近似沿用虎克定律。

4．为什么伸长率试验时要规定标距长度？

答：因为不同标距的试件测出的伸长率大小不同。

5．防止脆性断裂的措施有哪些？

答：（1）采用性能较好的钢材；（2）减少应力集中程度；（3）采用较薄厚度的钢板组成构件。

6．什么叫钢材的硬化？

答：钢材因加工等原因使其强度提高，塑性降低的现象。

7. 应力集中如何影响钢材的性能？

答：应力集中会导致三向同号受力，与单向受力相比，三向同好受力更容易发生脆性断裂。

8．什么叫钢材的塑性破坏？

答：钢材应力达到或超过其屈服强度，破坏前有明显变形给以预兆，破坏不突然。

18

9．影响钢材疲劳破坏的主要因素有哪些？

答：（1）钢材本身的质量；（2）应力集中程度；（3）应力比；（4）应力循环次数；（5）应力幅。

10．钢板厚度如何影响钢材脆性断裂？

答：钢板厚度越大，因应力集中引起（三向同号受力中）板厚方向的应力就越大，主剪应力就越小，正应力就越有可能起控制作用，所以钢板越厚，越有可能发生度如何影响钢脆性断裂。

11．各级焊缝的实际强度与母材强度的相对大小关系如何？规范规定如何取值？

答：各级焊缝的抗压强度没有明显差异，可抗拉、抗剪就不同了。试验表明一、二级焊缝的实际强度高于母材强度，规范取母材强度；三级焊缝的拉、剪强度低于母材强度，规范专门规定了其取值。

12．焊缝质量控制分为哪几级？

答：一、二及三级焊缝质量控制。

13．对接焊缝不需要进行强度计算的情况有哪些？

答：（1）同时满足：①保证焊缝质量（焊缝为一、二级）；②采用引弧板（保证焊缝的有效截面）。（2）采用斜焊缝，且焊缝的长度方向与受力方向的夹角的正切小于等于1.5。

19

14．为什么要规定角焊缝焊脚尺寸最大值和最小值？

答：焊脚尺寸过小，施焊时冷却速度过快而产生淬硬组织；焊脚尺寸过，会使母材形成“过烧”现象。

15．为什么要规定侧面角焊缝的最大长度和最小长度？其值为多少？

答：（1）侧焊缝长度过小，焊件局部加热严重，且起落弧应力集中相互影响。所以，规范规定侧焊缝长度不小于8hf和40mm。（2）侧面角焊缝的长度过长，焊缝有效截面上剪应力沿其长度方向的应力分布严重不均匀，规范规定，侧焊缝长度不超过60hf，如超过，超过部分不计算其承载力。

16．焊接残余应力对结构性能有何影响？

答：焊接残余应力对钢构件的静力强度无影响；焊接残余应力对钢结构的疲劳、刚度、稳定等其他方面都不利。

17．为什么摩擦型高强度螺栓连接时因螺栓孔对强度承载力的削弱比其他栓钉连接时小？

答：因为栓孔圆心截面已通过摩擦力将部分力传递走了。

18．提高轴心受压构件整体稳定性的措施有哪些？

答：（1）采用宽展的截面以增加惯性矩；（2）增加约束以减少计算长度。

20

19．为什么轴心受压构件的柱子曲线有多条？

答：因为考虑了残余应力的影响。

20．提高钢材强度等级是否能明显提高轴心受压构件的整体稳定性？为什么？

答：不能明显提高。简单从整体稳定计算公式来看，似乎整体稳定与钢材强度设计值f成正比，但稳定系数φ却随钢材强度等级的提高而降低。

21．宽厚比限制值的确定原则是什么？

答：（1）等稳定原则（对“细长柱”，局部稳定临界应力不低于整体稳定临界应力）；（2）局部稳定临界应力足够大（对“粗短柱”， 局部稳定临界应力不低于0.95倍钢材屈服强度。

22．宽大截面腹板局部稳定有哪几种处理方法？

答：（1）增加腹板厚度使其满足宽厚比的限制要求；（2）设置纵向加劲肋；（3）任其局部失稳。

23．双肢轴心受压构件设计时，如何确定分肢之间的距离？

答：根据绕虚轴与绕实轴等稳定原则确定分肢之间的距离。

24．钢梁整体稳定计算时，为什么在稳定系数b0.6时要用b代替b？

21

答：因为稳定系数是按弹性计算的，当b0.6时，说明钢梁在弹塑性阶段整体失稳，所以要用b代替b。

25．在钢梁局部稳定中，为什么翼缘是限制宽厚比，而腹板通常是设置加劲肋？

答：翼缘主要抵抗弯矩产生的应力，从提高抗弯来看，愿意增加翼缘厚度使其满足宽厚比限制要求；对腹板，它主要抵抗剪力产生的剪应力，它一般不起控制作用，另一方面，腹板高度对抗弯至为重要，换句话说，腹板高而薄，以增加板厚来保证其局部稳定不经济，通常是设置加劲肋。

六、计算题

1．某简支梁，钢材为Q235，跨度为l＝12m，承受均布静力荷载设计值q＝69kN/m，施工时因腹板长度不够，需要在跨度方向离左支座3.5m处设对接焊缝，焊缝质量Ⅲ级，手工焊，焊条E43型，试验算该对接焊缝是否满足强度要求。已知125N/mm2。

ftw＝185N/mm2，fvw＝

解：（1）焊缝截面内力计算

支座反力：

22

R11ql6912414kN22

剪力：

V414693.5172.5kN

弯矩：

1M4143.5693.521026.4kN.m2

（2）焊缝截面特性参数计算

惯性矩：

181000322801650822.978109mm412

Ix面积矩：

S2801650885002502.2761061.01063.276106mm3

S1280165082.276106mm3

（3）焊缝强度验算

由于只要求对焊缝强度进行验算，所以，无需计算截面上下边缘的最大弯曲正应力。

23

焊缝最大弯曲正应力（翼缘与腹板交界处），有

M1026.41062w21y500172.3N/mmf185N/mmtIx2.978109 VS172.51033.27610623.7N/mm2fvw125N/mm29Iwt2.978108

S12.27623.716.5N/mm2S3.276

112312172.32316.52174.7N/mm21.1ftw1.1185204N/mm2

焊缝强度满足要求。

2．下图所示为双角钢组成的T形截面轴心受拉构件与节点板采用侧焊缝连接。角钢

ffw160 MPat10 mm为2L110×10，节点板厚度，钢材为Q235，E43型手工焊（）。静力N＝660kN，焊缝正边尺寸hf尖焊缝长度lw1、lw2。

8 mm（在最大最小焊缝正边尺寸之间）。试计算所需肢背、肢

图3.30 例题3.3附图

24

【解】（1）计算肢背、肢尖焊缝受力

N1k1N0.7660462kN

N2k2N0.3660198kN

（2）计算肢背、肢尖焊缝长度

N11462103lw1lw2hf2hf28274mm22heffw20.78160

lw2N21198103lw2hf2hf28127mmw22heff20.78160

取lw1=280mm,lw2=130mm。

焊缝长度满足最大最小长度要求，验算从略。

3．下图所示一牛腿钢板两边用角焊缝与钢柱连接，其尺寸如图所示。钢材为Q235，手工焊，E43焊条（

ffw160 MPa），焊脚尺寸hf＝10mm。假设e＝100mm，试计算该连

接能承受的最大静力荷载设计值？

25

解：（1）内力计算

焊缝所受内力有N、M=Ne=100N

（2）焊缝有效截面参数计算

Aw20.7hflw20.710(220210)2800mm2

112Ww20.7hflw20.710(220210)293.3103mm366

（3）各内力产生的应力计算

NNAf2800f

M100NNWw93.3103933

f

26

（4）计算该连接能承受的最大静力荷载设计值N

由角焊缝基本计算公式，有

NN1601.229332800

22解之，得N≤168.7×103N=168.7kN

故计算该连接能承受的最大静力荷载设计值N=168.7kN。

27