金属结构习题.docx

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金属结构习题

金属结构习题

例2-1　钢材的主要力学性能是什么？

答：

钢材的主要力学性能是强度、弹性、塑性、韧性和脆性。

例2-2　选择使用钢材时应考虑的因素是什么？

答：

是所设计的结构性质（重要性），载荷特点，工作环境，钢材性能，钢材价格以及市场供应情况。

例3-1已知一台冶金起重机的桥架质量，小车质量，起重量，跨度，大车轴距，车轮组

两轮距离（图3-1），试求偏斜侧向力，重力

加速度。

解因为大车距为，则有效轴距为：

----图3-8（b）

当小车位于跨中时，每个大车车轮轮压为：

——公式3-31

由于

则---旧图3-6，图3-9

此时

当小车位于跨端极限位置时，每个大车车轮轮压：

此时

例3-2一台门式起重机的箱型主梁长45，高1.8，两梁相距2.2，置于高13的支腿上，工作地点在上海宝山钢铁公司后方货场，试确定工作和非工作状态下的风载荷大小。

解

（1）工作状态风载荷

因为所以风力系数表3-11或旧表3-6

风压高度系数，

当时，箱型梁挡风折减系数旧表3-10

工作风压表3-9

迎风面积

风载荷

（2）非工作状态风载荷

，表3-11

非工作风压表3-13

风载荷

例4-1机械结构设计方法是什么？

　答：

设计金属结构时，首先应根据使用要求和技术、经济条件参照类似结构拟定整体结构方案，然后按其所承受的载荷对结构进行内力分析，求出各构（杆）件的内力，再进行构（杆）件和连接的设计，最后按制造工艺要求绘制施工图，结构设计的载荷与机器工作情况和计算方法的选取有关，目前在金属结构设计中广泛应用的是许用应力法。

例4-2保证金属结构安全工作的条件是什么？

答：

条件是金属结构必须同时满足强度、刚度和稳定性要求。

例4-3起重机结构的工作级别是怎样划分的？

——表4-3

答：

起重机结构的工作级别是根据起重机结构利用等级和应力状态划分为8级：

~

。

利用等级按起重机结构在设计寿命期内总的应力循环次数来划分，次数越高，利用等级越高。

应力状态是表明结构中应力的变化程度，它与两个因素有关，即与所起升的载荷产生的应力与额定载荷产生的应力之比（）和各个应力出现的次数与总的应力循环次数之比（）有关。

例4-4载荷组合和安全系数有何关系？

——表4-11

答：

金属结构静强度计算的安全系数与使用的载荷组合有关，主要是考虑各种载荷出现的机率差异和计算准确程度，与载荷组合A、B、C相应的钢材静强度（）的安全系数分别取为1.48、1.34和1.22，由此决定钢材的基本许用应力值。

例4-5金属结构静强度计算的依据是什么？

为什么？

答：

是以钢材在弹性范围工作为依据，即结构的应力不能超过钢材的屈服点。

因为金属结构直接承受动载作用，载荷变化范围大，结构经常受到冲击和振动，若考虑钢材的塑性工作，容易引起塑性变形而不能满足结构安全工作的条件。

例4-6影响金属结构疲劳强度的因素是什么？

答：

是工作级别（应力谱和应力循环次数）、结构材料种类、接头连接型式（应力集中

系数）、结构件的最大应力以及应力循环特性。

例4—7试求偏心压杆的跨中总挠度，符号参见图4—1．

例4—8

例4—9解：

首先求基本挠度

由偏心力偶产生

由均布载荷产生

由跨中集中力产生

则总的挠度

因为，所以总挠度为：

例5—1贴角焊缝的计算假定是什么?

为什么？

答：

贴角焊缝的计算假定是贴角焊缝沿其分角线（即450方向）破坏，而且按强度较小的剪切破坏来计算，计算中不论连接受弯、受拉压，还是受剪，均按受剪对待。

因为贴角焊缝受力复杂，焊缝中有正应力，也有剪应力存在，并且分布不均匀，其破坏形式可能是多种多样的。

而上述假定的破坏形式出现的可能性最大，按此方法计算偏于安全的。

例5—2计算桥架箱型主、端粱的焊接连接，考虑到力的偏心作用，梁传递的最大支承力，主梁的变化支反力，，工作级别8，材料为16Mn，焊条E4301，许用应力=260MPa，=150MPa，=0.8/，连接构造如图5-1所示，试决定连接板的尺寸与焊缝尺寸。

解1.进行静强度计算

设焊缝厚度=6mm，=0.8/MPa=147MPa，则焊缝长度，==mm=241mm，实际取=300mm。

式5-5

焊缝静强度==MPa=113.4MPa<式5-5

2.进行疲劳强度计算

因为循环特性（支反力对连接均有偏心作用，故用1.2考虑其力矩作用）按应力集中系数K0查处=84MPa，h=500MPa，则表4-15

MPa=182.4Mpa表4-13

所以MPa=129Mpa表4-14

MPa=113.1MPa<式5-5

考虑到端梁翼缘板的外伸尺寸，连接板宽取为，高取为=300mm，厚度取为=6mm，焊接在主梁腹板两侧，并与端梁连为一体。

连接板的静强度MPa=79.2MPa<=150，从以上计算可知，连接是合适的。

由表表4-11知=150==260MPa/1.732

例5-3试决定图5-2所示承轨梁端部的起重机阻进装置（挡块）连接的最大承载能力。

10个连接铆钉的直径mm，孔径=21.5mm，材料为ML3，许用力按教材表5-4查取。

解由表5-7查得：

=0.9=0.9175MPa=157.5MPa

=0.56=0.56175MPa=98MPa

=2=2175MPa=350MPa

则一个铆钉的承载能力：

===57180N----------式5-22

===35579N----------式5-25

==1221.5350N=90300N——----------式5-23

以下分别计算连接的承载能力：

按剪切计算：

所以=1057180N=571.8Kn

按承压计算：

所以=1090300=903Kn

按拉脱计算：

M平衡：

----------式5-28

所以

因为所以=4.535.579Kn=160kN

可以看出，铆钉头拉脱是最不利的，该阻进装置的最大承载能力=160kN

例5-4有一突缘法兰连接，传扭矩为，8个M20的螺栓均布在直径为D的圆周上，如图5-3所示。

若采用

（1）精制螺栓连接；

（2）高强度螺栓连接。

试比较哪一种连接方法传递的扭矩大。

已知精制螺栓的材料为Q235，=1400MPa，高强度螺栓的材料为45钢，M20的螺栓预拉力=118kN，连接处构件的摩擦系数=0.3。

解

（1）精制螺栓连接

最大受剪螺栓的剪力

=--------式5-28

，设=400mm

=400

查国标GB27-88，M20精制螺栓杆的直径=21mm，

Nmm=7.7585107Nmm。

（2）高强度螺栓连接

高强度螺栓的最大承载能力：

kN=24.78kN--------式5-30旧式5-26

法兰所能传递的扭矩为：

=3.9648。

显然，

说明精制螺栓传递的扭矩大。