鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理考試復(fù)習(xí)題及參考答案

--.z..z.中南大學(xué)"鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)原理"一、 填空題鋼構(gòu)造計(jì)算的兩種極限狀態(tài)是和。、和 等特點(diǎn)。鋼材的破壞形式有和。影響鋼材性能的主要因素有、、、和。影響鋼材疲勞的主要因素有、建筑鋼材的主要機(jī)械性能指標(biāo)是和。鋼構(gòu)造的連接方法有、和。于。普通螺栓抗剪連接中，其破壞有五種可能的形式，即、和。高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力設(shè)計(jì)值與和有關(guān)。軸心壓桿可能的屈曲形式有軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù) 與、和有關(guān)。提高鋼梁整體穩(wěn)定性的有效途徑是、 和。影響鋼梁整體穩(wěn)定的主要因素有和。方法來解決。二、 問答題螺栓的排列有哪些構(gòu)造要求.8.810.9三、 計(jì)算題試驗(yàn)算如以下圖牛腿與柱連接的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度。荷載設(shè)計(jì)值F=220kN鋼材Q235，焊條E43,手工焊，無引弧板，焊縫質(zhì)量三級(jí)。有關(guān)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fw=215N/mm2，fw=185N/mm2 〔假定剪力全部由腹板上的焊縫c t承受〕與焊縫之間的夾角60。鋼材Q235，焊條E43,手工焊。有關(guān)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f w=160N/mm2。f設(shè)計(jì)雙角鋼拉桿與節(jié)點(diǎn)板之間的連接角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度L=",L="1 2：采用三面圍焊：h=6mm,fw=160N/mm2,N=529kN(靜載設(shè)計(jì)值)f fN＝1250kN，〔靜載設(shè)計(jì)值，鋼材Q235，焊條E43,手工焊。有關(guān)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值? N/mm2，fwf=160N/mm2。圖示尺寸單位mm.(焊縫LW2實(shí)際長(zhǎng)度取cm整數(shù))設(shè)計(jì)矩形拼接板與板件用普通螺栓連接的平接接頭?！踩缫韵聢D，單位mmN=600KN,有關(guān)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：?b=130N/mm2,?vb=305N/mm2,?=215N/mm2。粗制螺栓d=20mm,孔徑d=21.5mm。c 0圖示一用M20普通螺栓的鋼板拼接接頭，鋼材為Q235，?＝215N/mm2試計(jì)算接頭所能承受的最大軸心力設(shè)計(jì)值。螺栓M20,孔徑21.5mm,b=130N/mm2,?b=305N/mm2。v c假設(shè)上題的拼接接頭改用10.9級(jí)M20預(yù)拉力設(shè)計(jì)值P＝155kN,接觸面抗滑移系數(shù)0.3。N。螺栓M20，孔21.5mm,材料：?＝215N/mm2,?b=130N/mm2,?b=305N/mm2。v c試計(jì)算以下圖所示連接中CF=60KN,螺栓孔徑21.5mm,?bv=130N/mm2,?bc=305N/mm2.兩端鉸接軸心受壓柱，高9.6m,鋼材為Q235，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值?=215N/mm2，采用圖示截面，尺寸單位mm,計(jì)算可承受外荷載設(shè)計(jì)值N=.注：①不計(jì)自重②穩(wěn)定系數(shù)：7273747576777879800.7390.7320.7260.7200.7140.7070.7010.6940.6882I32a300cmmm注：一個(gè)I32a的截面面積 A=67cm2慣性矩 I=11080cm4yI=460cm4*1如以下圖為二簡(jiǎn)支梁截面，其截面面積大小一樣，跨度均為 12m，跨間無側(cè)向支承點(diǎn)，均布荷載大小亦一樣，均作用在梁的上翼緣，鋼材為Q235，試比梁的穩(wěn)定系數(shù)，說明何者的穩(wěn)定性更好.bP：①鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f＝215N/mm2②I50a的I＝46470cm4，W＝1860cm3，I＝1120cm4，W＝142cm3* * y y③整體穩(wěn)定系數(shù)：b集中荷載作用于上翼緣 0.5均布荷載作用于上翼緣 0.44I45a,其截面特性為：A=102cm2 I*=32240cm4 w*=1430cm3I=855cm4 w=114cm3y y材料為Q235,強(qiáng)度設(shè)計(jì)值?=215N/mm2，梁兩端不能扭轉(zhuǎn)，跨中無側(cè)向支撐點(diǎn)，撓度不起控制作用，截面無削弱。整體穩(wěn)定系數(shù) =0.44.b如以下圖的拉彎構(gòu)件，間接承受動(dòng)力荷載。橫向均布荷載的設(shè)計(jì)值為8kN/m。截面為I22a，無削弱。試確定桿能承受的最大軸心拉力設(shè)計(jì)值。：A42cm2,W 309cm3i 8.99cm,?=215N/mm2 。x x用軋制工字鋼〔材料Q235〕作成的10m650kN,在腹板平面承受均布荷載設(shè)計(jì)值q＝6.24kN/m在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定有無保證.為保證彎矩作用平面外的穩(wěn)定需設(shè)置幾個(gè)側(cè)向中間支承點(diǎn) .：A76.3cm2,W 875cm3,i 14.4cm,i ,?=215x x yN/mm2 。"鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)原理"復(fù)習(xí)題參考答案一、填空題承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)好、耐熱不耐火、易銹蝕。塑性破壞、脆性破壞化學(xué)成分、鋼材缺陷、冶煉，澆注，軋制、鋼材硬化、溫度、應(yīng)力集中、剩余應(yīng)力、重復(fù)荷載作用5．應(yīng)力集中、應(yīng)力幅〔對(duì)焊接構(gòu)造〕或應(yīng)力比〔對(duì)非焊接構(gòu)造屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、沖擊韌性、冷彎性能焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接8．8hf

、40mm 60hf螺栓剪壞、孔壁擠壓壞、構(gòu)件被拉斷、端部鋼板被剪壞、螺栓彎曲破壞螺栓材質(zhì)、螺栓有效面積彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲、彎扭屈曲剩余應(yīng)力、初彎曲和初偏心、長(zhǎng)細(xì)比加強(qiáng)受壓翼緣、增加側(cè)向支承點(diǎn)端支承條件二、問答題12鋼材內(nèi)部組織比較均勻，有良好的塑性和韌性345鋼構(gòu)造耐熱，但不耐火6鋼構(gòu)造易銹蝕，維護(hù)費(fèi)用大。鋼構(gòu)造的合理應(yīng)用范圍：1重型廠房構(gòu)造2大跨度房屋的屋蓋構(gòu)造34輕型鋼構(gòu)造5塔桅構(gòu)造6板殼構(gòu)造7橋梁構(gòu)造8移動(dòng)式構(gòu)造1較高的抗拉強(qiáng)度fu

f2較好的塑性、y3良好的加工性能鋼材的主要機(jī)械性能指標(biāo)是屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、沖擊韌性、冷彎性能是由冷彎試驗(yàn)顯示出來；沖擊韌性是由沖擊試驗(yàn)使試件斷裂來測(cè)定。1化學(xué)成分2鋼材缺陷345溫度6應(yīng)力集中7剩余應(yīng)力8重復(fù)荷載作用鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，當(dāng)應(yīng)力還低于鋼材的抗拉強(qiáng)度，甚至還低于及應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。選用鋼材通?？紤]的因素有：1構(gòu)造的重要性2荷載特征3連接方法4構(gòu)5構(gòu)造的受力性質(zhì)鋼構(gòu)造常用的連接方法有：焊接連接、鉚釘連接和螺栓連接三種。123氣密性、水密性好，構(gòu)造剛度較大，整體性能較好。焊接的缺點(diǎn):12焊接的剩余應(yīng)力使構(gòu)造易發(fā)生脆性破壞，剩余變形使構(gòu)造形狀、尺寸發(fā)生變化；3便容易擴(kuò)展。鉚釘連接的優(yōu)點(diǎn):塑性、韌性較好，傳力可靠，連接質(zhì)量易于檢查。鉚釘連接的缺點(diǎn):因在構(gòu)件上需打孔，削弱構(gòu)件截面；且鉚接工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高。螺栓連接的優(yōu)點(diǎn)：具備鉚釘連接塑性、韌性好，傳力可靠的優(yōu)點(diǎn)，又兼?zhèn)浒惭b拆卸方便，可以屢次重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，且連接變形小。焊瘤。-20％B100％探傷，到達(dá)B"GB50205-2001〕對(duì)接焊縫的構(gòu)造要求有：1可采用未焊透的對(duì)接縫。2口。3受動(dòng)力荷載外，一般不用引弧板，而是計(jì)算時(shí)為對(duì)接焊縫將焊縫長(zhǎng)度減t為較小焊件厚度4對(duì)于變厚度〔或變寬度〕板的對(duì)接，在板的一面〔一側(cè)〕或兩面〔兩側(cè)〕切成坡度不大于1:2.55當(dāng)鋼板在縱橫兩方向進(jìn)展對(duì)接焊時(shí)，焊縫可采用十字形或T形穿插對(duì)接，當(dāng)用T形穿插時(shí)，穿插點(diǎn)的間距不得。角焊縫的計(jì)算假定是：1破壞沿有效載面；2破壞面上應(yīng)力均勻分布。鋼材在施焊過程中會(huì)在焊縫及附近區(qū)域內(nèi)形成不均勻的溫度場(chǎng)稱為焊接剩余變形。12降低構(gòu)件的剛度；345破壞。. z.--.z..z.裝、正常使用和平安承載；所以，對(duì)過大的剩余變形必須加以矯正。減少焊接剩余應(yīng)力和變形的方法：12格施焊，防止隨意性；盡量采用自動(dòng)焊或半自動(dòng)焊，手工焊時(shí)防止仰焊。連接在到達(dá)極限承載力時(shí)，可能出現(xiàn)五種破壞形式，即螺栓被剪斷、孔壁被擠壓壞、構(gòu)件被拉斷、構(gòu)件端部被剪壞和螺栓彎曲破壞。構(gòu)件開場(chǎng)產(chǎn)生滑移做為承載能力的極限狀態(tài)。螺栓排列的構(gòu)造要求：12d23普通螺栓抗剪連接中的五種破壞形式：螺栓被剪斷、孔壁被擠壓壞、構(gòu)件被拉斷、構(gòu)時(shí)，可以防8.8級(jí)為：fu≥800N/mmx，fy/fu=0.810.9fu受軸心壓力作用的直桿或柱，當(dāng)壓力到達(dá)臨界值時(shí)，會(huì)發(fā)生有直線平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢冃斡腥N形式，即彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲。端約束的影響。鋼梁在彎矩較小時(shí)，梁的側(cè)向保持平直而無側(cè)向變形；即使受到偶然的側(cè)向干擾力，*一數(shù)值時(shí)，鋼梁在偶然的側(cè)向干擾力作用下會(huì)突然離開最大剛度平面向種現(xiàn)象稱為鋼梁?jiǎn)适дw穩(wěn)定。承點(diǎn)的位置和距離、梁端支承條件。提高鋼梁整體穩(wěn)定性的有效措施是加強(qiáng)受壓翼緣、增加側(cè)向支承點(diǎn)。235f235fy梁受壓翼緣自由外伸寬度b1

與其厚度t之比的限值：b235fy1235fy1

15箱形截面受壓翼緣板在兩腹板之間的寬度b0組合鋼梁腹板局部穩(wěn)定的計(jì)算1僅用橫向加勁肋加強(qiáng)的腹板：

與其厚度t之比的限值：b0t0((crc)2()2c,cr cr

402同時(shí)用橫向加勁肋和縱向加勁肋加強(qiáng)的腹板：受壓翼緣與縱向加勁肋之間的區(qū)格〔區(qū)格I

c

)21(2(2cr2c2)2()2c,cr2 cr2

cr1

c,cr1

(cr1(13同時(shí)用橫向加勁肋、縱向加勁肋和短加勁肋加強(qiáng)的腹板：受壓翼緣與縱向加勁肋之間的區(qū)格〔區(qū)格I

c

)21(2(2cr2c2)2()2c,cr2 cr2

cr1

c,cr1

(cr1(1軸心受壓構(gòu)件中整體穩(wěn)定性涉及構(gòu)件的幾何形狀和尺寸〔長(zhǎng)度和截面幾何特征定系數(shù)Nf。在計(jì)算時(shí)，根據(jù)截面形式、屈曲方向〔對(duì)應(yīng)軸〕和A加工條件，即可根據(jù)正確地查取值計(jì)算。但當(dāng)構(gòu)件在垂直于彎矩作用平面內(nèi)的剛度缺乏時(shí)面內(nèi)失穩(wěn)計(jì)算中，引入等效彎矩系數(shù) ，截面考慮塑性開展，對(duì)于實(shí)腹式壓彎構(gòu)件計(jì)算mx公式為 N

Mmx x

f平面外失穩(wěn)計(jì)算同樣引入等效彎矩系數(shù) ，A x

Wx

0.8N/N ) txEX計(jì)算公式為

N txMxf。A Wy b 1x24.局部穩(wěn)定性屬于平板穩(wěn)定問題，應(yīng)應(yīng)用薄板穩(wěn)定理論，通過限制翼緣和腹板的寬厚比壓應(yīng)力等的單獨(dú)作用和各種應(yīng)力的聯(lián)合作用24.三、計(jì)算題：1．解：一、確定對(duì)接焊縫計(jì)算截面的幾何特性計(jì)算中和軸的位置〔對(duì)水平焊縫的形心位置取矩〕焊縫計(jì)算截面的幾何特性全部焊縫計(jì)算截面的抵抗矩腹板焊縫計(jì)算截面的面積 Aw(30129cm2w二、驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度1.a點(diǎn)2.b點(diǎn)折算應(yīng)力2.解：解：解：端縫：N1

2bhe

fw232061.22160103524.7kNf側(cè)向：N NN 1250524.7725.3kN2 1蓋板全長(zhǎng) L2L 228157cmw2解：n

N[Nb

min

60081.7

73KN 取8個(gè)

3d 64.502d 43.001.5d 32.250

取80取50取40凈截面驗(yàn)算NAn

6001032106

285MPa>215MPa600kN12mm厚鋼板，被連接板應(yīng)采用25mm鋼板。6．解：一、 螺栓所能承受的最大軸心力設(shè)計(jì)單個(gè)螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)值Nbnv

d2fb4 v

2

224

130110

81.6kN(Nb )min單個(gè)螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)值 Nbd t

b21.4305185.4kNc c 10連接螺栓所能承受的最大軸心力設(shè)計(jì)值 NnNb 981.6734.4kNmin二、 構(gòu)件所能承受的最大軸心力設(shè)計(jì)值I-I截面凈截面面積為 AI(bn

)t(2512.15)1.432cm2n 1 04.524.527.52AIIn

[2e1

(n1

nd1

[25(3

32.15]1.429.46cm2a2e2III-III截面凈截面面積為 AIIIa2e2n三個(gè)截面的承載設(shè)計(jì)值分別為

III

d)t(2522.15)1.428.98cm20I－I截面：NAIf32102215688000N688kNnII－II截面：NAIIf29.46102215633400N633.4kNnIII－III截面：因前面I－I截面已有n1

個(gè)螺栓傳走了〔n/n〕N的力，故有1n 1)NAIIfnn n構(gòu)件所能承受的最大軸心力設(shè)計(jì)值按II－II截面N633.4kN三、 連接蓋板所能承受的軸心力設(shè)計(jì)值〔按V-V截面確定〕通過比較可見，接頭所能承受的最大軸心力設(shè)計(jì)值應(yīng)按構(gòu)件II－II載能力取值，即N 633.4kN。再者，假設(shè)連接蓋板不取2塊8mm厚鋼板而max去2塊7mm，即與構(gòu)件等厚，則會(huì)因開孔最多其承載力最小。7．解：一、摩擦型高強(qiáng)度螺栓所能承受的最大軸心力設(shè)計(jì)值單個(gè)螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)值 Nv

0.9nf

P20.315583.7kN連接一側(cè)螺栓所能承受的最大軸心力設(shè)計(jì)值 NnNb 983.7753.3kNmin二、 構(gòu)件所能承受的最大軸心力設(shè)計(jì)值NAf25014215752500N752.5kNI－I截面凈截面面積為AI(bnd)t(2512.15)1.432cm2

1,n9n 1 0 11根據(jù) 0.5n)Nf1n A1n即 A1f 32102215

N kNN n110.5n1n

1 10.59

728.5II-II截面凈截面面積為III-III截面凈截面面積為 AIII(bn

III

d)t(2522.15)1.428.98cm20因前面I－I截面已有n1

個(gè)螺栓傳走了〔n/n〕N的力，故有11n 0.5nIII) N f1n n AIIIn構(gòu)件所能承受的最大軸心力設(shè)計(jì)值按II－II截面N728.5kN三、 連接蓋板所能承受的軸心力設(shè)計(jì)值〔按V-V截面確定〕通過比較可見，接頭所能承受的最大軸心力設(shè)計(jì)值為N 728.5kN。與上max題比較增大N728.5633.495.1kN。解：?jiǎn)蝹€(gè)螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)值

Nbn

d2

f 22bf 22

130181.7kNv v 4 v 4 10單個(gè)螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)值 Nbdt

b21.0305161kNc c 10連接螺栓所能承受的最大軸心力設(shè)計(jì)值 NnNb 461244kNmin節(jié)點(diǎn)板凈截面抗拉承載力：N10(400421.5)215675kN故連接的承載力為N244kN解：?jiǎn)蝹€(gè)螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)值

Nbn

d2

f 22bf 22