結(jié)構(gòu)設(shè)計原理(鋼結(jié)構(gòu))作業(yè)

本學(xué)期的第4次作業(yè)

二、主觀題(共13道小題)

10.極限狀態(tài)法按預(yù)定功能劃分為哪幾種極限狀態(tài)？

答：極限狀態(tài)法按預(yù)定功能劃分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。

11.鋼管混凝土中，為什么混凝土的強度能提高？

答：因為在較高應(yīng)力狀態(tài)下，混凝土的泊松比大于鋼材泊松比，這樣鋼管對其內(nèi)的混凝土形成橫向

“套箍作用”。

12.為什么以鋼材的屈服強度作為靜力強度設(shè)計指標(biāo)？

答：(1)有強化階段作為安全儲備；

(2)不致產(chǎn)生工程中不允許的過大變形；

(3)實測值較為可靠；

(4)可以近似沿用虎克定律。

13.為什么伸長率試驗時要規(guī)定標(biāo)距長度？

答：因為不同標(biāo)距的試件測出的伸長率大小不同。

14.防止脆性斷裂的措施有哪些？

答：(1)采用性能較好的鋼材；

(2)減少應(yīng)力集中程度；

(3)采用較薄厚度的鋼板組成構(gòu)件。

15.什么叫鋼材的硬化？

答：鋼材因加工等原因使其強度提高，塑性降低的現(xiàn)象。

16.應(yīng)力集中如何影響鋼材的性能？

答：應(yīng)力集中會導(dǎo)致三向同號受力，與單向受力相比，三向同好受力更容易發(fā)生脆性斷裂。

17.什么叫鋼材的塑性破壞？

答：鋼材應(yīng)力達(dá)到或者超過其屈服強度，破壞前有明顯變形給以預(yù)兆，破壞不驀地。

18.影響鋼材疲勞破壞的主要因素有哪些？

答：(1)鋼材本身的質(zhì)量；

(2)應(yīng)力集中程度；

(3)應(yīng)力比；

(4)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；

(5)應(yīng)力幅。

19.鋼板厚度如何影響鋼材脆性斷裂？

答：鋼板厚度越大，因應(yīng)力集中引起(三向同號受力中)板厚方向的應(yīng)力就越大，主剪應(yīng)力就越小，正應(yīng)力

就越有可能起控制作用，所以鋼板越厚，越有可能發(fā)生度如何影響鋼脆性斷裂。

20.各級焊縫的實際強度與母材強度的相對大小關(guān)系如何？規(guī)范規(guī)定如何取值？

答：各級焊縫的抗壓強度沒有明顯差異，可抗拉、抗剪就不同了。試驗表明一、二級焊縫的實際強度高于

母材強度，規(guī)范取母材強度；三級焊縫的拉、剪強度低于母材強度，規(guī)范專門規(guī)定了其取值。

21.

某筒支梁，鋼材為Q235,跨度為承受均布靜力荷載設(shè)計值q=69kN知L,施工時因腹板長度不夠，需

要在跨度方向離左支.座3.5m處設(shè)對接焊餓，埠健質(zhì)景HI級，手工焊，焊條E43型，試騷算詼對

接焊^是杏《荷足強度要求。己知廣=185N/min2；廠=技3N/mm-

答:

(1)焊縫截面內(nèi)力計算Z

A=IA/='x69x12=414W

支座反力：22甲

剪力：F=414-69x3.5=172.5AA

M=414x3.5-Ix69婦號=1026.4用.

彎矩：2P

(2)焊縫截面特性參數(shù)計算z

I=—xSx10003+2x280x16x50S2=2.978x10%”？？慣性矩=12小

面積矩二

S=280x16x508+8x500x250=2.276x106+LOxlO6=3.276

A=280xl6x508=2276x10^mm\

⑶焊魏強度驗尊P

蟲于只要求對?虐金竟強度進(jìn)行驗算，所以，無需計算截面上下邊緣的曷大彎鑿正應(yīng).力

-J堤暹最大彎曲正應(yīng)方1翼緣與腰板史界處），有V

KS172.5xlO3x

2

3.276x105萬_=13.7N/M〈佇*5N}imn

2?978xl09x8

《討+3廿二V172.32+3x16<-\74.7N!品I/；1=1,1x185=

204jV/；2mv

爆健強度滿足票求一“

22.

下圖所示為戲角鑰組成的T形截面申由心受拉構(gòu)件與節(jié)點板采用假IJ焊縫連接：角鋼為2L1I。

X10,節(jié)點板厚度r=10linn,鋼材為Q23&E43型手工焊（后160MPi篇靜力N=660kN,焊縫

正邊尺寸4=8皿（在最大最小焊縫正邊尺寸Z間九試計算所需肢背、肢尖焊縫長度

N噬2=0.7x660=462徹答：

M*0.3x660=19淞

■工#

(2)計算肢背*肢尖焊縫長度/

/、=-￡'+2h.N+---------=----4&M：----+2x8=274mm

山2審$油方［2x0.7x8x160

1N198x10

心2AH+2"~2hjf+2@=2x0.7x8x160+—127mm

取Lw；=28。rmn13Omni:#

焊縫長度滿足最大最小長度要求，驗算從略：■

本學(xué)期的第5次作業(yè)

一、主觀題（共22道小題）

1.焊縫質(zhì)量控制分為哪幾級？

答：一、二及三級焊縫質(zhì)量控制。

2.對接焊縫不需要進(jìn)行強度計算的情況有哪些？

答：（1）同時滿足：①保證焊縫質(zhì)量（焊縫為一、二級）；②采用引弧板（保證焊縫的有效截面）。

（2）采用斜焊縫，且焊縫的長度方向與受力方向的夾角的正切小于等于1.5。

3.為什么要規(guī)定角焊縫焊腳尺寸最大值和最小值？

答：焊腳尺寸過小，施焊時冷卻速度過快而產(chǎn)生淬硬組織；焊腳尺寸過，會使母材形成“過燒”現(xiàn)象。

4.為什么要規(guī)定側(cè)面角焊縫的最大長度和最小長度？其值為多少？

答：（1）側(cè)焊縫長度過小，焊件局部加熱嚴(yán)重，且起落弧應(yīng)力集中相互影響。所以，規(guī)范規(guī)定側(cè)焊縫長度不

小于8h,和40mm。（2）側(cè)面角焊縫的長度過長，焊縫有效截面上剪應(yīng)力沿其長度方向的應(yīng)力分布嚴(yán)重不均

勻，規(guī)范規(guī)定，側(cè)焊縫長度不超過60h“如超過，超過部份不計算其承載力。

5.焊接殘存應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能有何影響？

答：焊接殘存應(yīng)力對鋼構(gòu)件的靜力強度無影響；焊接殘存應(yīng)力對鋼結(jié)構(gòu)的疲勞、剛度、穩(wěn)定等其他方面都不

利。

6.為什么磨擦型高強度螺栓連接時因螺栓孔對強度承載力的削弱比其他栓釘連接時??？

答：因為栓孔圓心截面已通過磨擦力將部份力傳遞走了。

7.提高軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的措施有哪些？

答：（1）采用寬展的截面以增加慣性矩；（2）增加約束以減少計算長度。

8.為什么軸心受壓構(gòu)件的柱子曲線有多條？

答：因為考慮了殘存應(yīng)力的影響。

9.提高鋼材強度等級是否能明顯提高軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性？為什么？

答：不能明顯提高。簡單從整體穩(wěn)定計算公式來看，似乎整體穩(wěn)定與鋼材強度設(shè)計值f成正比，但穩(wěn)定系數(shù)巾

卻隨鋼材強度等級的提高而降低。

10.寬厚比限制值的確定原則是什么？

答：（1）等穩(wěn)定原則（對“細(xì)長柱”，局部穩(wěn)定臨界應(yīng)力不低于整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力）；

（2）局部穩(wěn)定臨界應(yīng)力足夠大（對“粗短柱”，局部穩(wěn)定臨界應(yīng)力不低于0.95倍鋼材屈服強度。

11.寬大截面腹板局部穩(wěn)定有哪幾種處理方法？

答：（1）增加腹板厚度使其滿足寬厚比的限制要求；

（2）設(shè)置縱向加勁肋；

（3）任其局部失穩(wěn)。

12.雙肢軸心受壓構(gòu)件設(shè)計時，如何確定分肢之間的距離？

答：根據(jù)繞虛軸與繞實軸等穩(wěn)定原則確定分肢之間的距離。

鋼梁整體穩(wěn)定計算時」為什么在穩(wěn)定系淀輕＞。一6時要用％代替以？

13.因為穩(wěn)定系數(shù)是按彈性計算的，當(dāng)牡＞0.6時，說明鋼梁在彈塑性階段整體失穩(wěn)，所以

要用底答：代替％Z一

14.在鋼梁局部穩(wěn)定中，為什么翼緣是限制寬厚比，而腹板通常是設(shè)置加勁肋？

答：翼緣主要反抗彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力，從提高抗彎來看，愿意增加翼緣厚度使其滿足寬厚比限制要求；對腹板，

它主要反抗剪力產(chǎn)生的剪應(yīng)力，它普通不起控制作用，另一方面，腹板高度對抗彎至為重要，換句話說，腹板

高而薄，以增加板厚來保證其局部穩(wěn)定不經(jīng)濟(jì)，通常是設(shè)置加勁肋。

下圖所示一牛腿鋼板兩邊耳角焊健與鋼柱連接，其尺寸如圖所示：鋼材為Q23S；手工焊，E43焊條

(拌=16QMPa)，焊腳尺寸假設(shè)八=100mm,試計算該連接能承受

<1)-內(nèi)力計算-

耀楚所受內(nèi)力有N、M=N己=10。帥

(2)焊繾有效截面替數(shù)計算e

瓦=2局.7%辱2x0.7xl0x(；220-2Ai0)=2800A2

解：

W=2x-x0.7/aJ-=2x-'x0.7xl0x(220-2x10/=9S.3xlO5F?3i46f6

O各內(nèi)力產(chǎn)生的應(yīng)方計算z

NN

T.=---=------

M1O0NN

ZFI；933.10J933

”)計算該連接能承受的最大靜力荷載設(shè)計值N中由龜焊筑基本計算贊式;有

[1122x933)U800J

解之上、得ifAies.yx，i,0八=168.優(yōu)叫

故計算諉連接能承受的最大靜力荷載設(shè)計值11=150.7kN,甲

一連接構(gòu)造圖如下圖所示：兩塊且板用三級對接焊縫（已知廣=185卬'皿小，￡=

16.乓二、三多孔三--L?.三,"、W二二=：:1冷=.三一,=：的己（三SM

高強度螺栓連接，構(gòu)件材料為Q23艮試汁算焊連接所能承受荷載設(shè)計ftFc（提示：由于只要求計

算焊縫連接的承載力設(shè)計值，螺栓連接的情況不管）小

⑴對接厚縫所受內(nèi)力4照力/=及售矩」U2丸風(fēng)（習(xí)

抗彎強度確定死

Z=2x—xWxlSC)5=91.如蝦mm,

12

解：

A=-V=~XI知Wig54/"

91.45x10s

而zZ竺竺也=拓心條=3勇E

所以250x19

(3)抗軻強度確定F+」0

IM}r,

5=2虹。xL90x-^=361xl0=MI皿

V536ixi(rr

125p

Z/>9L45xl0X20

所以m竺竺竺3=測小似=切成361x10」

原后得焊^連接的承載力設(shè)計值為F=35&eA4

17.

驗算下圖所示角焊縫連接的歿度，己知：靜力荷載作用力設(shè)計值F=500kN,EOOmm.h二10皿

鋼材為Q2珞焊條為E13型，/7=160N/胸護(hù)…

豎向軸心力V=Fsin45'=353.55kNp

解：水平軸心力H=Fcos45'=353.55kN彎矩M=He=353.55Ao.1=35.36kN.HP

（2）各內(nèi)力在炸縫截面最不制處產(chǎn)生應(yīng)力計算4

V353.55X1CP353.55x10,

4.2xO.7xWx(400-2x10)5320

b?=旦=66.46A/P心

35.36x1(?35.36X106

=104.處縱%

336933

2x-x0.7xl(}x(4QO-2xlO):

信）焊繾強度驗算P

妓*二TM打

安全…

某軸心受壓柱，設(shè)計內(nèi)力N二攻）CJOkN"；1『Biu（強軸）3R二3m（弱軸），鋼材Q345

（f=310N/mm2）采用兩塊翼緣板20250X12和一塊腹板口250X10焊成工字形截面，截面無削

18.

弱。民用穿其強度和剛度(廠］=150/z

解：上二：，LK—*f.S=*0c”

/=—x(25x27.41-24.2x253)=11345c/12

J=—x(1.2x2寧/\2+25*00)=312&?！?？12

些二11、

SO

三十靠25成

兒j=50品

11.91

(2)強度驗算一因截面無削弱，所以中

3

<r=二=20°°*1°=250NjwF<f=31QNJmm7強度安全孑A80x100

2=max(2z3=50.4〈⑵=150t剛度通過)P

19.

一連接構(gòu)造圖如下圖所示，兩塊/板用三級對接焊縫與立柱焊接，呂板與H板用8個直徑為、=

預(yù)拉力P=190kN的磨擦型高強度螺栓注接，磨擦系數(shù)為聲=0—35,構(gòu)件材料

為Q235〈試計算螺栓連接所能承受荷載設(shè)計值乩（提示：由于只要求計算螺栓連接的承載力設(shè)

計佰，焊縫連接的情況不管。扭矩作用下，最不利螺栓的受力計算公式為,

（2）最小利一個螺栓所受男力計算

解.：=-=M25F/

ZM+>?)=8x35:H-4X(503+BO1)=874.金口

EW=13X155聲=Q23O50

一“一云忌或者)一8M00

?…--二空竺二。碩心

->>穌+可）S74D0

皿b=[⑶了十（邳十氣滬=0-2569戶P

（3）單個磨擦型高強度螺栓抗剪承載力設(shè)計值P

Aj=0.9x2x0.35HA.7fcNA

20.

根據(jù)決加^N:,得/<403.2kN

已知一工子型鋼梁13脂(凡二翅cm：L低二腹板厚9.5mmh承受靜力何載,取大彎矩IL,=13DkN

-m,最大剪力V?=89kNoQ或5鋼材(f=215H%.￡=125MPa.)；o要求進(jìn)行抗彎和抗剪強度驗

算&小

20.(1)拍查強度驗算

a------=iS7.86jV/mm2</=215N/mm'(抗彎強度滿是)q

W692xio3

初3)抗更強度驗算?

解：

vsV

「=——=-------身叼ME強度滿足j

已知某樓蓋決梁140a(Q235B)，跨申承受集中靜力荷載設(shè)計值尸=160kN,試進(jìn)行各項強度驗算。集

中荷載在跨度方向的分布長度為￡1-90mm*計算跨度-6m!■梁§赫67.6kg;'mo/已知/=2/5

N/mm2>f=125N/mtn2)

/ALCOkN

21.

Hua:1=1it5tnm.x5men

j*=JIo'L?Him,/v—21720cm

(1)基本數(shù)據(jù)準(zhǔn)畚z

=r+F=+l>?=29mm：矽蕓十兔二第+號空二次岫

A

t=h-2hy=400—2x29=42

tnni.fj—h/2—hy=171mtn/自重設(shè)計值z

解：

￡=1.2x67.6x9.SxlQ-3=0.795kN/

支座反力(剪力)IJ

=R=￡+一京=三■一X0.795x6=52.4kXz

2222

跨申彎矩/

M=J?-.：-A2=E2.4X-：-XD.795X6J=24\6

2S28

(2)跨中抗彎強度驗算

243.6x10(

支座抗剪'強度驗算

S24X10

二125N.”坦七

山ZX34.1x10x10.5Aw

(4)局部承壓強度驗算

〃蕓…4〃臨…八出S

折蔓應(yīng)力驗算

投三/]=-■><171=191另N/也也七

￡21720x1Q4

由于型鋼去中沒有紿出S,近似取勺=￥=￡維/一爪旗=2由時冷2—4=223版坦。二則

改二關(guān)-。氏y

=J19LP+64岳191一&品4一&十3Q2乎=1733N/mm2日寸

<>q/=1.1x215=236.5N/mm2

強度滿足要求。w

22.

如［圖所示拉彎構(gòu)件，受軸心拉力設(shè)計值N=200kN,跨中作用一集中荷載設(shè)計值丑=30kN