鋼結(jié)構(gòu)習(xí)題和答案

1、鋼結(jié)構(gòu)基本原理主編：董軍副主編：唐伯鑒主審：曹平周習(xí)題答案P90習(xí)題3.1解：t采用三級對接焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和150b型鋼，I字型鋼翼緣的對接焊縫的抗拉強度設(shè)計值ftw175MPa，腹板對接焊縫的抗剪強度設(shè)計值f：125MPa，翼緣和腹板交界處對接焊縫的抗拉強度設(shè)計值ftw185MPa。假定焊接時采用引弧板，故對接焊縫的計算長度就是原長度。查表可知，Sx1146cm3，Ix48600cm4，Wx1940cm3剪力：V130kN;彎矩：M1302260kNm。翼緣最上邊至中性軸的距離yy2250mm。最大正應(yīng)力：tM260103134MPaftw175MPa，滿足要求。Wx1940103最大剪應(yīng)力：

2、VSl130101021.9MPafvw125MPa，滿足要求。Ixtw4860010414上翼緣和腹板交界點處的正應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為:正應(yīng)力：M2601061Wx148600104123MPa2502071GO面積矩：Sxi216-768cm322剪應(yīng)力：1VS1130103768103i4.67MPaIxtw4860010414該點處的折算應(yīng)力：廠3：.說彳14.672125MPa1.1ftw1.1185203.5MPa滿足要求。由以上可知，此連接安全。P90習(xí)題3.2解：采用側(cè)面角焊縫連接。根據(jù)兩塊蓋板的截面面積之和應(yīng)大于或等于鋼板截面面積，取蓋板的寬度為350mm42020則蓋板厚：t

3、12mm,故取t12mm，則每塊蓋板的截面尺寸為：350mm12mm3502角焊縫的焊腳尺寸hf:hfmax1212mm1110mm所以，取hf10mm。查表得f200MPa。連接一側(cè)所需的焊縫總計算長度為：.上下兩蓋板共有4條側(cè)面角焊縫，每條焊縫長度為：考慮起落弧影響，每條焊接的實際長度為：lIwi2hf357210377mm，取為380mm兩塊被拼接鋼板間留出10mm可隙，所需拼接蓋板長度：檢查蓋板寬度是否符合構(gòu)造要求：蓋板厚度12mm20mm，寬度b=350mm且b350mmI420mm，滿足要求。P90習(xí)題3.3解:(1)采用側(cè)面角焊縫連接。查表得160MPa確定焊腳尺寸：hfmin1

4、5.仁1.54.7mm肢背焊腳尺寸：hfmax1.2tmin1.289.6mm肢尖焊腳尺寸：hfmax812mm76mm肢尖和肢背采用hf6mm。等肢角鋼：K10.7,K20.3肢背、肢尖焊縫受力分別為：N1K1N0.7320224kNN2K2N0.332096kN肢背、肢尖所需焊縫計算長度為：考慮Iwminmax8hf,40max86,4048mm，Iwmax60hf606360mm肢背、肢尖的實際焊縫長度為：hlw12hf16726179mm，取180mmI2lw22hf712683mm，取90mm(2)采用三面圍焊同上，肢背、肢尖焊腳尺寸依然取hf6mm,取hf36mm。求正面焊縫承載力

5、：N3helw3fffw0.76901.22160147.6kN此時，肢背、肢尖焊縫受力:N1K1N150.2kN，N2K2NN322.2kN則肢背、肢尖所需焊縫長度為:肢背、肢尖的實際焊縫長度為:l1lw1hf111.86117.8mm，取120mmI2lw2hf16.5622.5mm，考慮lwminmax8hf,40max86,4048mm，取50mm(3)采用L形焊縫此時不先選定正面角焊縫焊腳尺寸，先令N20,即：N2K2N02得：N32K2N296192kN由N3helw3fffW，得:hf3見丄0.70.7N3lw3fffW1921030.7290hf31.221608.6mm，取9

6、mm肢背承載力:N1NN3320192128kN肢背焊腳尺寸取hf19mm，貝耿旱縫長度：lw1N12heffW128103“63.5mm20.79160實際長度：hlw1hf163.5972.5mm，取75mmP90習(xí)題3.4解:該構(gòu)件受到軸心力和彎矩共同作用。偏心荷載使焊縫承受剪力：V250kN,彎矩MVe2500.250kNm假定剪力僅由牛腿腹板焊縫承受，假設(shè)焊腳尺寸為：hf10mm，hfmin15、tmax1.5-206.7mm，hfmax1.2喘1.21518mmhfminhfhfmax，滿足要求。則he0.7hf7mm豎向角焊縫有效截面面積：Aw2helw20.73042cm2對水

7、平角焊縫取面積矩，求焊縫有效截面的形心位置（距離翼緣和腹板交界線處）翼緣焊縫最外邊緣的截面模量：Ww1Ix6590.2519.73cm3y112.68翼緣和腹板連接處的截面模量：Ww2Ix6590.23660.34cmy29.98腹板焊縫最底邊緣的截面模量：Ww3Ix6590.23329.18cmy320.02M50106196.2MPawfTf1.22160195.2MPa，滿足要求Wwi519.731050106329.18103151.89MPaff,1.22160195.2MPa，滿足要求275.721.2259.5285.9MPaffw160MPa，滿足要求由以上可知，該角焊縫滿足要

8、求。P90第3.6題解:由附表5查得：fvb140N/mm2,fcb305N/mm2(1)螺栓強度驗算一個螺栓的抗剪承載力設(shè)計值為：Nbdrbnvfv4c3.142-244-140310126.6kN一個螺栓的承壓承載力設(shè)計值為：Nbdtfcb2420305103146.4kN一個螺栓的抗剪承載力控制值為：NvminNMmin126.6kN,146.4kN126.6kN而又15d0382.5mml1260mm，故螺栓的承載力不折減。每側(cè)有12個螺栓，一個螺栓所受的剪力為：NvN1350112.5kNminnH126.6kN，滿足要求n12(2)構(gòu)件凈截面強度驗算1-1截面：An1An.dot4

9、0232.55264.7cm2An2t2e4n21.e；efn2d0折線2-2截面：2244J828252.5581cm2凈截面強度：1N1350102208.6Nmm2，與強度設(shè)計值A(chǔ)minmin入，64.710f205N/mm2相接近，可認(rèn)為強度滿足要求。An3t2e4Je：3ei5d0折線3-3截面：、82823852.5561.13cm222422NN13501031350103凈截面強度：2n122184Nmm2fAn361.1310205Nmm2滿足要求P91第3.7題解:牛腿腹板厚14mm角鋼厚20mm(1)驗算角鋼與牛腿連接處的螺栓強度，此處的螺栓受剪扭作用一個螺栓的承壓承載力

10、設(shè)計值為:tfcb2414385103129.4kN一個螺栓的抗剪承載力設(shè)計值為：Nbnvdfvb23.1424140103126.6kN44在扭矩作用下：y252152500cm2Ymax12014515050010252.2kN，NyF120n430kN126.6kN，滿足要求因此，.N：2Ny2.52.2230260.2kNminN：,N；(2)驗算角鋼與柱翼緣連接處的螺栓強度，此處的螺栓受剪彎作用一個螺栓的抗拉承載力設(shè)計值為：NtbAftb352.517010360kN3VF120kN，MFe1202001024kNm在彎矩作用下，受力最大的為螺栓群最上端的兩個螺栓，中和軸位于最下一排

11、螺栓處。Nv兒瑤15kNNcb184冊，滿足要求。2NvNbv2NtNtb226鳥257O.491，滿足要求。P91第3.8題解:一個螺栓的抗拉承載力設(shè)計值為:bNtAftb244.81701041.6kN2(1)判定此連接為小偏心或大偏心受拉2222myi225151000cm，ymax15cmNmin10kN0,屬于小偏心受拉。Nmax40kNNtb41.6kN，滿足要求。(2)驗算是否屬于大偏心受拉因Nmin22kN0,屬于大偏心受拉，中和軸處于最下排螺栓處。NmaxNey1223101001530b40.7kNNt41.6kNmyi2800，滿足要求P91第3.9題解：(1)采用高強度

12、螺栓摩擦型連接所需螺栓個數(shù)：nNbZ208，即至少需要21個螺栓。本題才用12個高強度摩擦型螺栓遠(yuǎn)不能滿足承載力要求。(2)采用高強度螺栓承壓型連接所需螺栓個數(shù)：n,1黑13“，即至少需要14個螺栓。min本題才用12個高強度承壓型螺栓不能滿足承載力要求。P91第3.10題解：螺栓布置如下圖，螺栓間距均在容許距離范圍內(nèi)。(1)螺栓強度驗算受扭矩、剪力作用，共有兩塊板上的螺栓承擔(dān)每一塊板所受剪力為V110050kN，扭矩為TVe50315kNm一個高強度摩擦型螺栓的抗剪承載力：N：0.9nfP0.910.510045kN在剪力作用時，每個螺栓所受的剪力為：N；yV506.25kNn8在扭矩作用時

13、，最外排的螺栓受剪力最大：受力最大螺栓所受的剪力合力為：.N；x2N：yN2、21.526.2511.3227.8kNN：45kN，滿足要求（2）連接板強度驗算計算1-1凈截面，M16螺栓的孔徑取為d。18mm3,1.030In21.012224In180931.83.510.51809cm,Wnn120.6cmymax15截面最外邊緣正應(yīng)力：3124.4Nmmf310Nmm，滿足要求。Wn120.6103截面形心處的剪應(yīng)力：VS5010387.610322424.2Nmmfv180Nmm，滿Int18091010足要求。綜合上述，螺栓受力及凈截面強度均滿足要求，設(shè)計滿足要求P91第3.11題

14、解：螺栓群承受剪力為V,彎矩MVe0.2V(1) 采用高強度螺栓摩擦型連接一個高強度摩擦型螺栓的抗拉承載力：N；0.8P0.8125100kN一個高強度摩擦型螺栓的抗剪承載力：N；0.9nfP0.910.4512550.6kN彎矩作用下，受拉力最大螺栓所承擔(dān)的拉力為：每個螺栓承受的剪力：NvVkN10受力最大螺栓強度計算：塵企以0.2857V1NNtb50.6100所以V208.3kN，取設(shè)計值V200kN(2) 采用高強度螺栓承壓型連接一個高強度承壓型螺栓的承載力：在彎矩作用下，受拉力最大螺栓所承擔(dān)的拉力為：每個螺栓承受的剪力：NvVkN10受力最大螺栓強度計算：所以V314.1kN，取設(shè)計

15、值V300kNP129習(xí)題4.1解：設(shè)該拉桿所用鋼材為Q235,f215Nmm22cm查表:A2X13.944=27.888cm2AA-2X8X21.5=27.888-3.44=24.4481、強度校核NAn348N/mm2215N/mm2結(jié)論：該拉桿強度不滿足要求2、剛度校核：ix27.6mm取iy39.5mmixlox9000匚27.6326.1350mm故剛度滿足要求P129習(xí)題4.2解：1、截面計算:2A10X250X2+6X200=6200mm1IxX6X2203+10X244X(105)2X2=5.9126X10?mm41211lyX10X2503+X200X63=2.604X10

16、?mm41212查表：對X軸，對y軸均屬于b類截面。11001030.6756200=262.8N.mm2215Nmm2結(jié)論：不滿足整體穩(wěn)定性要求。局部穩(wěn)定校核:翼緣:腹板：2晉33.3(25+0.5)65.97故：滿足局部穩(wěn)定要求P130習(xí)題4.3解：1、強度驗算:f215Nmm2A16X2X500+450X16X2=30400mm2N=6000103An30400=197.37Nmm2215Nmm2結(jié)論：強度滿足要求2、整體穩(wěn)定校核：結(jié)論：滿足整體穩(wěn)定要求3、局部穩(wěn)定驗算：結(jié)論：滿足局部穩(wěn)定性要求。P130習(xí)題4.4解：對（a）A5022+0.850=240cm2整體穩(wěn)定驗算：由60.7,

17、按C類截面查表得0.704對（b）由75.9，按C類截面查表得：0.604,NA5160kN在相等面積的材料下，對于工字型鋼，腹板和翼緣寬度適當(dāng)減小，反而能增大其軸心抗壓承載力。P189習(xí)題5.1解：1、截面特性：A30014+122008100=14600mm2形心軸位置（對上翼緣中心線取面積矩）：2、集中荷載：F165(1.21.4)429kN,均布荷載：g1.21.1461.375kNm3、驗算截面強度:(1) :抗彎強度:Mxmax1311.75106xw1x1.055.12106244N.mm2205Nmm2(不滿足)(2) :抗剪強度：支座處剪應(yīng)力最大(3):局部承壓強度：僅需計算

18、支座處截面的局部承壓應(yīng)力。(4):折算應(yīng)力：支座處彎矩很小，正應(yīng)力近似為零。1.1215Nmm2236.5Nmm2(滿足)4、剛度驗算:單獨由可變荷載產(chǎn)生的撓度VmaxVq丄50012000500滿足要求P189習(xí)題5.233916510121095482.31102.061024mm故Vmax12.5mmVq24mm12.5mmb可直接查表。解：因為該簡支梁為軋制普通工字型簡支梁，故梁的整體穩(wěn)定系數(shù)(1) 1.跨中無側(cè)向支撐2均布荷載作用于上翼緣3.50a，Q235.自由長度Li6m,查表得b=0.59235(2) Q345鋼，故b=350.59=0.4345(3) 集中荷載作用于跨度中點，

19、下翼緣，自由長度L,3m，Q345鋼。查表2352.2=1.50.6,故b=1.07-0.282=1.07-0=0.8821.5(4)自由長度L16m，=0.726b=2351.2=0.820.6,b=1.07-082=1.07-082345b0.82截面不對稱影響系數(shù):0.8(20.7971)0.4754320Ahb2yWx1(4.4h)2235=2.550.6需換算成驗算整體穩(wěn)定:Mx1311.751066bw1x0.965.1210267Nmm2215Nmm2（不滿足）P189習(xí)題5.4解：A400202+10560=21600mm24320Ah2yWx(4.4k)2235=3.3958

20、0.6120精度w器=.999當(dāng)為Q345鋼時，3.395簽=2.31310.6精度w0.948086=0.9998。0.948277P215習(xí)題6.1解：1、截面幾何特性，查表得：A102.446cm,m80.42kg.m,wx1430cmQ235鋼，f215Nmm2,fv125Nmm22、內(nèi)力計算所以N2177.8P215習(xí)題6.2解:1、截面幾何特性:2、剛度驗算：滿足要求。3、強度驗算：215N/mm24、面內(nèi)穩(wěn)定驗算:54.8，按b類截面查表,0.8380.8380.8335455(54.854)0.834mxMx9001036130010129xWx(1毗)0.843206001.054.02106(10.8900)212679)mx1N215Nmm2(滿足)5、面外整體穩(wěn)定性驗算:47.2，按b類截面查表,0.870.870.8655455(47.247)0.869，非箱型1.01.07-2fy440002351.021，取t