钢结构试题.doc

第三章1. 图示为双面角焊缝连接，作用在竖直钢板的斜向拉力设计值（静载），焊脚尺寸，材料为Q235-BF和E43型焊条，手工焊接，试验算该焊缝。解：（1）确定材料强度设计值：由附表查得 （2）焊缝尺寸的构造要求焊脚尺寸：焊缝计算长度：（3）焊缝应力：满足要求2. 图所示角钢与柱用角焊缝连接，焊脚尺寸，钢材为Q345，焊条E50手工焊。试计算焊缝所能承受的最大静载设计值F。解：（1）确定材料强度设计值：由附表查得（2）计算焊缝截面的几何特性（因考虑焊角处有绕角焊，故计算长度不考虑起落弧的影响）（3）求焊缝应力（4）求F该焊缝所能承受的最大静力荷载设计值为449KN。3 图为三块钢板焊接的工字型截面的对接焊缝。已知：翼缘板为-12100，腹板为：-10200板，钢材为Q345，手工焊接，焊条为E50型。加引弧板，焊缝质量等级二级，作用在焊缝上的弯矩，剪力，轴力，试验算该焊缝。解：（1）确定材料强度设计值：由附表查得，（2）计算焊缝截面的几何特性（3）验算A点的应力（4）验算B点的应力（5）验算C点的应力因此，该连接满足传力要求。4 如图所示，为牛腿与柱连接，高强度螺栓为10.9级，螺栓为M22，构件接触面用喷砂处理，结构材料为Q345钢，外力设计值为，支托起安装作用。试验算此连接。解：牛腿与柱连接的螺栓为拉剪螺栓，将力向螺栓的形心简化后，可与和共同作用等效。竖向剪力V由该肢上螺栓平均承担。弯矩则产生水平拉力，最上面一排螺栓最大。因此，须按最上一排螺栓承受的拉力和剪力验算其是否满足强度条件。即当采用高强度螺栓摩擦型连接时，应使螺栓承受的竖向剪力小于或等于单个螺栓在剪力和拉力共同作用下的抗剪承载力设计值。当采用高强度螺栓承压型连接时，则应进行两方面的验算：满足拉剪螺栓强度条件的相关公式；单个高强度螺栓所承受的剪力应小于或等于除以1.2的承压承载力设计值。（1）摩擦型连接（接触面不被拉开）一个高强度螺栓的承载力设计值受剪承载力：受拉承载力：连接中螺栓的受力情况最大剪力：最大拉力：所以，受力最大的螺栓的承载力：因此高强度螺栓连接满足强度要求。（2）承压型连接（接触面上端允许拉开）可以减少螺栓数量，采用8个螺栓，间距100mm，上端距60mm，下端距80mm一个高强度螺栓的承载力设计值受压承载力：受拉、受剪承载力设计值同摩擦型。连接中螺栓的受力情况最大剪力：最大拉力：所以，受力最大的螺栓的承载力：因此高强度螺栓连接满足强度要求。5 图为角钢和节点板的螺栓连接，钢材为Q235-BF钢，角钢为21008，螺栓为M20，承受轴心拉力设计值（静载）。试设计此连接。（1） 采用普通C级螺栓（2） 采用8.8级高强度摩擦型螺栓，接触面采用喷生赤锈处理；（3） 采用8.8级高强度承压型螺栓，螺栓的剪切面不在螺纹处解：先按螺栓排列要求定出螺栓的边距和中距，然后按一个螺栓承载力设计值计算螺栓数目，并对螺栓进行布置，最后验算构件截面强度。计算中注意三者的区别。（1）采用普通C级螺栓时： 确定材料强度设计值：由附表查得， 确定孔径、端距和中距孔径：端距：取端距为50mm中距：取端距为70mm螺栓数目及布置所需螺栓数目为：个，取7个。所以取7个满足螺栓抗剪要求。构件截面强度验算此连接满足要求。（2）采用8.8级高强度摩擦型螺栓时： 确定材料强度设计值：由附表查得 确定孔径、端距和中距同普通螺栓相同。螺栓数目及布置所需螺栓数目为：个，取4个。螺栓布置如图，但在节点左端去掉3个螺栓。连接长度：构件截面强度验算净截面强度验算： 毛截面强度验算：此连接满足要求。（3）采用8.8级高强度承压型螺栓时： 确定材料强度设计值：由附表查得， 确定孔径、端距和中距同普通螺栓相同。螺栓数目及布置所需螺栓数目为：个，取5个。螺栓布置如图，但在节点左端去掉2个螺栓。连接长度：构件截面强度验算与普通螺栓相同，即：此连接满足要求。第四章1 已知钢屋架的端斜杆，截面为双角钢21258010，长肢相连，如图所示，承受的轴心拉力设计值，两主轴方向计算长度分别为，试验算此截面的整体稳定性。钢材为Q235。解：本题为双角钢轴压构件整体稳定验算，由于截面为单轴对称的构件，因此，绕非对称轴x轴的长细比用计算，但绕对称轴y轴应取计及扭转效应的换算长细比代替。（1）计算用数据由附表可得：，（2）计算长细比绕y轴的长细比采用换算长细比代替，（3）验算整体稳定性对x、y轴均属于b类截面，且，由附表得：满足整体稳定性要求。2 图所示，两端铰接柱高6m，承受的轴心压力设计值为N=1200KN，材料采用Q235钢，截面无孔洞削弱，焊接工字形截面，翼缘为火焰切割边。试设计此柱。解：轴心受压构件的截面设计，首先要假设合适的长细比，按整体稳定条件来初选截面。对于本题构件计算长度相对较大，而承受的轴心压力值相对较小，在这种情况下，假定长细比宜大些能求出比较合适的截面。由假设长细比初选出截面尺寸，需逐步试算，逐步进行修正，而获得满意的截面尺寸（所用面积最小而承载力能力较大）。（1）计算用数据由附表可查得 （适用于），由表4-2查得（2）确定截面几何特性假定，焊接工字钢属于b类截面，查稳定系数表可得：， （3）确定截面尺寸由表4-8（截面近似关系表）可以得到：，则截面尺寸为：，由b、h、A的要求选用截面尺寸，取，则平均厚度：为了使腹板厚度不致过大，翼缘板厚度宜厚一些，取，（4）截面验算：焊接工字型截面几何特性：，刚度验算：满足刚度要求。整体稳定性验算：满足整体稳定性要求。（5）局部稳定验算翼缘宽厚比：腹板高厚比：满足局部稳定要求。第五章1 如图所示的简支梁。其截面为不对称工字形，材料为Q235钢，钢梁的中点和两端均有侧向支承，在集中荷载（包括梁自重）F=155KN（设计值）的作用下，梁能否保证整体稳定性？抗弯强度是否满足？解：根据已知条件，梁的中点和两端均有侧向支承，故受压翼缘的自由长度（水平面）为，而竖向平面跨度为12m。验算整体稳定性应取梁的最大弯矩，且按梁的受压翼缘计算。抗弯强度验算应按下翼缘受拉纤维，因为上翼缘加宽的单轴对称截面的中和轴上移，故下翼缘边缘纤维的拉应力大于上翼缘边缘纤维的压应力。（1）确定材料强度设计值：由附表查得 （1分）（2）计算内力 （3）计算几何特性中和轴对上翼缘边缘的距离：（4）计算梁整体稳定系数由附表查得（按跨度中点有一个侧向支承点、集中荷载作用在上翼缘）加强受压翼缘，则 受压翼缘最外面纤维确定的毛截面模量：（5）整体稳定性计算 满足要求（6）抗弯强度计算中和轴到下翼缘边缘的距离：受拉翼缘最外面纤维确定的毛截面模量： 不满足要求。2 如图所示，一工作平台梁，平台无动力荷载，永久荷载标准值为2.5KN/m2，可变荷载标准值为6kN/m2，钢材为Q235，平台板刚性连接于次梁上，试选择中间次梁的型号。解：工作平台的次梁可假定为两端铰接于主梁的简支梁。设计时，首先根据荷载计算弯矩，再由弯矩根据强度或整体稳定性计算公式计算需要的截面模量，然后查型钢表选择合适的型钢规格，最后将自重计入（即将荷载产生的弯矩与自重产生的弯矩叠加），验算梁的强度或整体稳定性以及刚度。（1）计算用数据由附表可查得 ，（2）截面选择荷载标准值：荷载设计值：最大弯矩设计值：型钢所需截面抵抗矩：选用36a，腹板厚，自重（3）截面验算a. 抗弯强度验算b. 抗剪强度验算c整体稳定性验算由于平台板刚性连接于次梁上，所以可不验算。d刚度验算均能满足，所选截面合适。第六章1 图为直接承受动力荷载的拉弯构件，荷载设计值（含构件自重），拉力设计值，钢材为Q235钢，2100807