钢结构基本原理课后习题答案(第二版)Word格式.doc

钢结构基本原理课后习题答案(第二版)Word格式.doc

《钢结构基本原理课后习题答案(第二版)Word格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢结构基本原理课后习题答案(第二版)Word格式.doc（52页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

（5）应力腐蚀破坏

应力腐蚀破坏，也叫延迟断裂，在腐蚀性介质中，裂纹尖端应力低于正常脆性断裂应力临界值的情况下所造成的破坏。

（6）疲劳寿命

指结构或构件中在一定恢复荷载作用下所能承受的应力循环次数。

2.6一两跨连续梁，在外荷载作用下，截面上A点正应力为，，B点的正应力，，求梁A点与B点的应力比和应力幅是多少？

应力比：

应力幅：

应力幅：

2.7指出下列符号意义：

（1）Q235AF

（2）Q345D （3）Q390E （4）Q235D

（1）Q235AF：

屈服强度、质量等级A（无冲击功要求）的沸腾钢（碳素结构钢）

（2）Q345D：

屈服强度、质量等级D（要求提供-200C时纵向冲击功）的特殊镇静钢（低合金钢）

（3）Q390E：

屈服强度、质量等级E（要求提供-400C时纵向冲击功）的特殊镇静钢（低合金钢）

（4）Q235D：

屈服强度、质量等级D（要求提供-200C时纵向冲击功）的特殊镇静钢（碳素结构钢）

2.8根据钢材下选择原则，请选择下列结构中的钢材牌号：

（1）在北方严寒地区建造厂房露天仓库使用非焊接吊车梁，承受起重量Q>

500KN的中级工作制吊车，应选用何种规格钢材品种？

（2）一厂房采用焊接钢结构，室内温度为-100C，问选用何种钢材？

（1）要求钢材具有良好的低温冲击韧性性能、能在低温条件下承受动力荷载作用，可选Q235D、Q345D等；

（2）要求满足低温可焊性条件，可选用Q235BZ等。

2.9钢材有哪几项主要机械指标？

各项指标可用来衡量钢材哪些方面的性能？

主要机械性能指标：

屈服强度、极限强度以及伸长率或，其中，屈服强度、极限强度是强度指标，而伸长率或是塑性指标。

2.10影响钢材发生冷脆的化学元素是哪些？

使钢材发生热脆的化学元素是哪些？

影响钢材发生冷脆的化学元素主要有氮和磷，而使钢材发生热脆的化学元素主要是氧和硫。

第三章

3.1试设计图所示的用双层盖板和角焊缝的对接连接。

采用Q235钢，手工焊，焊条为E4311，轴心拉力N＝1400KN（静载，设计值）。

主板-20×

420。

解盖板横截面按等强度原则确定，即盖板横截面积不应小于被连接板件的横截面积．因此盖板钢材选Q235钢，横截面为-12×

400，总面积A1为

A1＝2×

12×

400＝9600mm2＞A＝420×

20＝8400mm2

直角角焊缝的强度设计值＝160N／mm2（查自附表1.3）

角焊缝的焊脚尺寸：

较薄主体金属板的厚度t＝12mm，因此，=t-2=12-2=10mm；

较厚主体金属板的厚度t＝20mm，因此，＝1.5＝1.5＝6.7mm7mm，所以，取角焊缝的焊脚尺寸＝10mm，满足：

≥≥

a）采用侧面角焊缝时因为b＝400mm＞200mm（t＝12mm）因此加直径d＝15mm的焊钉4个，由于焊钉施焊质量不易保证，仅考虑它起构造作用。

侧面角焊缝的计算长度为

＝N／（4）＝1.4×

106／（4×

0.7×

10×

160）＝312.5mm

满足=8=8×

10＝80mm＜＜60＝60×

10＝600mm条件。

侧面角焊缝的实际长度为

＝+2＝312.5＋20＝332.5mm,取340mm

如果被连板件间留出缝隙10mm，则盖板长度为

=2+10=2×

340+10=690mm

b）采用三面围焊时正面角焊缝承担的力为

＝B×

2＝0.7×

400×

1.22×

160×

2＝1.093×

106N

＝（-）／（4）＝（1.4×

106-1.093×

106）/（4×

160）＝69mm

=80mm＝8＝8×

10＝80mm，取==80mm

由于此时的侧面角焊缝只有一端受起落弧影响，故侧面角焊缝的实际长度为

＝＋=80＋10＝90mm，取90mm，则盖板长度为

＝2+10＝2×

90十10＝190mm

3.2如图为双角钢和节点板的角焊缝连接。

Q235钢，焊条E4311。

手工焊，轴心拉力N＝700KN（静载，设计值）。

试：

1）采用两面侧焊缝设计.（要求分别按肢背和肢尖采用相同焊脚尺寸和不同焊缝尺寸设计）；

2）采用三面围焊设计。

解角焊缝强度设计值＝160／mm2,t1=10mm,t2=12mm

（肢背）；

和＝10-

＝mm（肢尖）。

因此，在两面侧焊肢背和肢尖采用相同焊脚尺寸时，取＝＝＝8mm；

在两面侧焊肢背和肢尖采用不同焊脚尺寸时，取=＝10mm,=＝8mm；

在三面围焊时，取＝＝＝＝6mm。

均满足≤＜条件。

1）采用两面侧焊，并在角钢端部连续地绕角加焊2

a）肢背和肢尖采用相同焊脚尺寸时:

＝0.65×

7×

105／2＝2.275×

105N

＝0.35×

105／2＝1.225×

需要的侧面焊缝计算长度为

＝2.275×

105／（0.7×

8×

160）＝254mm

＝1.225×

160）＝137mm

则均满足要求

肢背上的焊缝实际长度和肢尖上的焊缝实际长度为

＝+=254＋8＝262mm，取270mm

＝+=137＋8＝145mm，取150mm

b）肢背和肢尖采用不同焊脚尺寸时:

105N＝1.225×

160）＝203mm

＝+=203＋8＝211mm，取220mm

2）采用三面围焊

正面角焊缝承担的力为，

＝2×

0.7b＝2×

100×

160＝2.186×

肢背和肢尖上的力为

105-2.186×

105／2＝3.457×

105／2＝1.357×

所需侧面焊缝计算长度为

＝3.457×

105／（2×

160）＝193mm

＝1.357×

160）＝76mm

则均满足要求。

＝+＝193＋8＝201mm，取210mm

＝＋＝76＋8＝84mm，取90mm

3.3节点构造如图所示。

悬臂承托与柱翼缘采用角焊缝连接，Q235钢，手工焊，焊条E43型，焊脚尺寸hf＝8mm。

试求角焊缝能承受的最大静态和动态荷载N。

解a）几何特性

确定焊缝重心的坐标为

=0.7×

8（2003/12+2×

72×

1002）=1.18×

107mm4

8[200×

152+2×

723/12+2×

（72/2-15）2]=9.56×

105mm4

=+=1.18×

107+9.56×

105=1.27×

107mm4

b）内力计算

T＝Ne＝N（a＋l1-）＝N（80＋150-15）＝215N

V＝N

c）焊缝验算

＝215N×

100／（1.27×

107）＝1.69×

10-3N

（72-15）／（1.27×

107）＝9.65×

10-4N

＝N／[0.7×

8（200+72×

2）]＝5.19×

代入下式,，

当承受静载时，解得N=76.84KN

当承受动载时，解得N=71.14KN

3.4试设计图所示牛腿中的角焊缝。

Q235钢，焊条E43型，手工焊，承受静力荷载N＝100KN（设计值）。

解角焊缝的强度设计值＝160N／mm2

取焊脚尺寸＝8mm。

满足＝1.5＝1.5＝5.2mm＜＜＝1.2t＝1.2×

12=14.4mm条件。

每条焊缝的计算长度均大于8而小于60。

a）内力

＝1.0×

105×

150＝1.5×

107Nmm

＝1×

b）焊缝的截面几何特性

确定焊缝形心坐标为：

焊缝有效截面对x轴的惯性矩为

＝0.7×

8[150×

67.52＋（150-12）×

（67.5-12）2+2×

2003/12＋2×

200×

（100+12-67.5）2]

=1.81×

＝／67.5＝1.81×

107/67.5=2.68×

105mm3

腹板右下角焊缝有效截面抵抗矩为

＝／（212-67.5）＝1.81×

107／144.5＝1.25×

c）验算

在弯矩作用下的角焊缝按[3.11（c）]式验算

1.81×

107／（2.68×

105）＝55.9N／mm2＜＝160N／mm2

牛腿腹板右下角焊缝既有较大的弯曲正应力，又受剪应力，属平面受力，按[3.11（d）]式验算该点的强度。

其中

107／（1.25×

105）＝120N／mm2

200）＝44.6N／mm2

代入[3.11（d）]式，得

＝160N／mm2可靠

3.5条件同习题3.1，试设计用对接焊缝的对接连接。

焊缝质量Ⅲ级。

解构件厚度t＝20mm，因直边焊不易焊透，可采用有斜坡口的单边V或V形焊缝

（1）当不采用引弧板时：

所以当不采用引弧板时，对接正焊缝不能满足要求，可以改用对接斜焊缝。

斜焊缝与作用力的夹角为θ满足tanθ≤1.5，强度可不计算。

（2）当采用引弧板时：

所以当采用引弧板时，对接正焊缝能满足要求。

3.6试设计如图3.71所示a）角钢与连接板的螺栓连接；

b）竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。

Q235钢，螺栓为C级螺栓，采用承托板。

解查附表,C级螺栓的＝140N／mm2，Q235钢的＝305N／mm2，＝215N／mm2。

确定螺栓直径

根据附表在∟100×

8上的钉孔最大直径为24mm，线距e＝55mm。

据此选用M20，孔径21mm,端距为50mm＞2＝2×

21＝42mm并＜8t＝8×

8＝64mm（符合要求）；

栓距为70mm＞3＝3×

21＝63mm并＜12t＝12×

8＝96mm（符合要求）。

b）一个C级螺栓承载力设计值为

＝＝2×

140×

3.14×

202／4＝8.792×

104N

＝＝20×

14×

405＝8.54×

所以承载力＝8.54×

c）确定螺栓数目

＝4×

70＝260mm＜15＝15×

21＝315mm，＝1.0

＝4.0×

105／（8.54×

104）＝4.7，取5个。

d）构件净截面强度验算

＝-nt＝3127—2×

21×

8＝2791mm

105／2791＝143.3N／mm2＜＝215N／mm2,符合要求。

竖向连接板同翼缘的连接

选用螺栓M20，布置螺栓时使拉杆的轴线通过螺栓群的形心，由于采用承托板，可不考虑剪力的作用，只考虑拉力的作用。

承担内力计算

将力F向螺栓群形心O简化，得：

=4.0×

0.707＝283kN

单个螺栓最大拉力计算：

确定螺栓数目：

个，取n=6个

3.7按摩擦型高强度螺栓设计习题3.6中所要求的连接（取消承托板）。

高强度螺栓10.9级，M20，接触面为喷砂后生赤锈。

解a）角钢与节点板的连接设计

Q235钢喷砂后生赤锈处理时μ=0.45.

10.9级M20螺栓预拉力P=155KN，M20孔径为22mm

①单个螺栓抗剪承载力设计值

0.9×

2×

0.45×

1.55×

105＝1.256×

②确定螺栓数目

个，取4个。

对2∟100×

8的连接角钢，采用单列布置，取线距e1＝55mm，取端距为50mm，栓距为70mm，满足表3.4的要求。

沿受力方向的搭接长度＝3×

70＝210mm＜15d0＝15×

22＝330mm，不考虑折减。

截面强度验算

＝（1－0.5×

1／4）×

4.0×

105／（3127－2×

22×

8）

＝126.1N/mm2＜＝215N／mm2合格

b）竖向连接板同翼缘的连接

①承担内力计算

将力F向螺栓群形心O简化，得

＝＝4.0×

单个螺栓受剪承载力设计值为：

式中Nt为每个高强度螺栓承受的剪力，,n为所需螺栓的个数。

确定螺栓的个数：

解得n=6.7取8个，分两列，每列4个

3.8按承压型高强度螺栓设计习题3.6中所要求的连接（取消承托板）。

高强度螺栓10.9级，M20，接触面为喷砂后生赤锈，剪切面不在螺纹处。

①承载力设计值

20×

470＝132kN

=2×

310×

314=195kN

所以＝132kN

＝400／132＝3.03，取4个

21.5＝322.5mm

③截面强度验算

105／（3127—21.5×

2）＝143.7N／mm2＜＝215N／mm2

可靠

b）竖向连接板同翼缘的连接

①内力计算

＝283kN，＝283kN

②确定螺栓数目

③验算：

因＝70mm＜15＝322.5mm，所以螺栓的承载力设计强度无需折减。

＝＝0.94＜1

7.07×

104N＜／1.2＝9.74×

104／1.2＝8.11×

104N可靠

3.9已知A3F钢板截面用对接直焊缝拼接，采用手工焊焊条E43型，用引弧板，按Ⅲ级焊缝质量检验，试求焊缝所能承受的最大轴心拉力设计值。

查附表1.2得：

则钢板的最大承载力为：

3.10焊接工字形截面梁，设一道拼接的对接焊缝，拼接处作用荷载设计值：

弯矩，剪力，钢材为Q235B，焊条为E43型，半自动焊，Ⅲ级检验标准，试验算该焊缝的强度。

，。

截面的几何特性计算如下：

惯性矩：

翼缘面积矩：

则翼缘顶最大正应力为：

满足要求。

腹板高度中部最大剪应力：

上翼缘和腹板交接处的正应力：

上翼缘和腹板交接处的剪应力：

折算应力：

3.11试设计如图所示双角钢和节点板间的角焊缝连接。

钢材Q235B，焊条E43型，手工焊，轴心拉力设计值（静力荷载）。

①采用侧焊缝；

②采用三面围焊。

采用两边侧焊缝

因采用等肢角钢，则肢背和肢尖所分担的内力分别为：

肢背焊缝厚度取，需要：

考虑焊口影响采用；

肢尖焊缝厚度取，需要：

考虑焊口影响采用。

采用三面围焊缝

假设焊缝厚度一律取，

，

每面肢背焊缝长度：

，取

每面肢尖焊缝长度

3.12如图所示焊接连接，采用三面围焊，承受的轴心拉力设计值。

钢材为Q235B，焊条为E43型，试验算此连接焊缝是否满足要求。

正面焊缝承受的力：

则侧面焊缝承受的力为：

则

3.13试计算如图所示钢板与柱翼缘的连接角焊缝的强度。

已知（设计值），与焊缝之间的夹角，钢材为A3，手工焊、焊条E43型。

3.14试设计如图所示牛腿与柱的连接角焊缝①，②，③。

钢材为Q235B，焊条E43型，手工焊。

故翼缘焊缝多承受的水平力为

设③号焊缝只承受剪力V，取

故③号焊缝的强度为：

设水平力H由①号焊缝和②号焊缝共同承担，

设②号焊缝长度为150mm,取

故②号焊缝的强度为：

3.15试求如图所示连接的最大设计荷载。

钢材为Q235B，焊条E43型，手工焊，角焊缝焊脚尺寸，。

在偏心力F作用下，牛腿和柱搭接连接角围焊缝承受剪力V=F和扭矩T=Fe的共同作用。

围焊缝有效截面形心O距竖焊缝距离：

两个围焊缝截面对形心的极惯性矩：

围焊缝最大应力点A处各应力分量：

则得

3.16如图所示两块钢板截面为，钢材A3F，承受轴心力设计值，采用M22普通螺栓拼接,I类螺孔，试设计此连接。

查附表1.3得：

螺栓，。

查附表1.1得：

。

每个螺栓抗剪和承压承载力设计值分别为：

取

故取10个

拼接板每侧采用10个螺栓，排列如图所示。

验算钢板净截面强度：

但应力在5%范围内，认为满足要求。

3.17如图所示的普通螺栓连接，材料为Q235钢，采用螺栓直径20mm，承受的荷载设计值。

试按下列条件验算此连接是否安全：

1）假定支托不承受剪力；

2）假定支托承受剪力。

螺栓，，。

1）假定支托只起安装作用，不承受剪力，螺栓同时承受拉力和剪力。

设螺栓群绕最下一排螺栓旋转。

查表得M20螺栓。

每个螺栓的抗剪和承压的承载力设计值分别为：

弯矩作用下螺栓所受的最大拉力：

剪力作用下每个螺栓所受的平均剪力：

剪力和拉力共同作用下：

可靠

2）假定剪力由支托承担，螺栓只承受弯矩作用。

支托和柱翼缘的连接角焊缝计算，采用，（偏于安全地略去端焊缝强度提高系数1.22），

满足要求。

3.18某双盖板高强度螺栓摩擦型连接如图所示。

构件材料为Q345钢，螺栓采用M20，强度等级为8.8级，接触面喷砂处理。

试确定此连接所能承受的最大拉力N。

查表3-9和3-10得：

，，

一个螺栓的抗剪承载力：

故

净截面验算：

不满足要求。

故应按钢板的抗拉强度设计。

第四章

第五章

5.1影响轴心受压稳定极限承载力的初始缺陷有哪些?

在钢结构设计中应如何考虑?

5.2某车间工作平台柱高2.6m,轴心受压,两端铰接.材料用I16,Q235钢,钢材的强度设计值.求轴心受压稳定系数及其稳定临界荷载.

如改用Q345钢,则各为多少?

解答:

查P335附表3-6,知I16截面特性,

柱子两端较接,

故柱子长细比为,

因为,故对于Q235钢相对长细比为

钢柱轧制,.对y轴查P106表5-4（a）知为不b类截面。

故由式5-34b得

（或计算,再由附表4-4查得）

故得到稳定临界荷载为

当改用Q365钢时,同理可求得。

由式5-34b计算得（或由,查表得）

故稳定临界荷载为

5.3图5-25所示为一轴心受压构件,两端铰接,截面形式为十字形.设在弹塑性范围内值保持常数,问在什么条件下,扭转屈曲临界力低于弯曲屈曲临界力,钢材为Q235.

5.4截面由钢板组成的轴心受压构件,其局部稳定计算公式是按什么准则进行推导得出的.

5.5两端铰接的轴心受压柱,高10m,截面为三块钢板焊接而成,翼缘为剪切边,材料为Q235,强度设计值,承受轴心压力设计值（包括自重）.如采用图5-26所示的两种截面,计算两种情况下柱是否安全.

图5-26题5.5

截面特性计算:

对a）截面:

对b）截面:

整体稳定系数的计算:

钢柱两端铰接,计算长度

根据题意,查P106表5-4（a）,知钢柱对x轴为b类截面,对y轴为c类截面.

对x轴:

对y轴:

（或计算,再由附表4-5查得）

故取该柱的整体稳定系数为

对b）截面,同理可求得,,故取该柱截面整体稳定系数为

整体稳定验算:

对a）截面。

对b）截面。

5.6一轴心受压实腹柱,截面见图5-27.求轴心压力设计值.计算长度,（轴为强轴）.截面采用焊接组合工字形,翼缘采用I28a型钢.钢材为Q345,强度设计值.