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文档简介
1、钢结构原理第三章作业(一)参考解答【练习 1】两块钢板采用对接焊缝(直缝)连接。钢板宽度250mm,厚度 t=10mm。钢材采用 235,焊条 E43 系列,手工焊,无引弧板,焊缝采用三级检验质量标准,ft 185N /mm 。试求连接所能承受的最大拉力 N ?解:无引弧板时,焊缝的计算长度l w取实际长度减去 2t ,即 250-2*10mm。N lw t t ftw (250 2 10) 10 185 425500N 425.5kN 【变化】若有引弧板,问 N ?根据公式w ft移项得:解:上题中 l w取实际长度 250,得 N 462.5kN【练习 2】 两截面为 450 14mm的钢
2、板,采用双盖板焊接连接,连接盖板宽300mm,长度 410mm(中间留空10mm),厚度 8mm。钢材 235,手工焊,焊条为 E43, f fw 160N / mm2 ,静态荷载, hf 6mm 。求最 大承载力 N ?解:端焊缝所能承担的内力为:N30.7hf lw3 f ffw 2 0.7 6 300 1.22 160 491904N侧焊缝所能承担的内力为:N10.7hf l w1 f fw 4 0.7 6 (200 6) 160 521472N最大承载力 N 491904 521472 1013376N 1013.4kN 【变化】若取消端焊缝,问 N ?解:上题中令 N3 0,lw1
3、200 2 6,得 N N1 505.344kN【练习 3】钢材为 235,手工焊,焊条为 E43, ffw 160N / mm2 ,静态荷载。双角钢 2L125x8 采用三面 围焊和节点板连接, hf 6mm ,肢尖和肢背实际焊缝长度均为 250mm。等边角钢的内力分配系数 k1 0.7 , k2 0.3 。求最大承载力 N ?解:端焊缝所能承担的内力为:N30.7hf lw3 f ffw 2 0.7 6 125 1.22 160 204960N肢背焊缝所能承担的内力为:N10.7hflw1 ffw 2 0.7 6 (250 6) 160 327936N根据 N1 k1N N23得: N 1
4、 (N1 N3 )1 (327936 204960 ) 614880 N 614.88kNK1 2 0.7 2变化】若取消端焊缝,问 N ?解:上题中令 N3 0, lw1 250 2 6,得 N 456.96kN【练习 4】钢材为 235,手工焊,焊条为 E43, f fw 160N / mm2 ,静态荷载。 已知 F 120kN ,求焊脚尺寸 hf ?(焊缝有绕角, 焊缝长度可以不减去 2hf ) 解:设焊脚尺寸为 hf ,焊缝有效厚度为 he 0.7hf 将偏心力移到焊缝形心处,等效为剪力VF 及弯矩 M=Fe在剪力作用下:3V V 120 103342.9 2f (N / mm )fh
5、elw 2 0.7hf 250hf在弯矩作用下:M M 120 103 150 1234 2 f (N / mm )Wf 2 10.7hf 2502hf6ff 2 2 W代入基本公式 ( f )2 ( f )2 ffW 得:f f f( 1234 ) 2 (342.9)2 1068 1601.22hfh fhf可以解得: hf 6.68mm,取 hf 7mm 。 hf min 1.5 14 5.6mm hf hf max 1.2 12 14.4mm ,可以。 【变化】上题条件如改为已知 hf 8mm ,试求该连接能承受的最大荷载 N?【练习 5】钢材为 235,手工焊,焊条为 E43, f f
6、w 160N / mm2 ,静态荷载。 已知 hf 8mm ,求连接能承受的最大荷载 N ? (焊缝无绕角)350解:偏心距 e 100 75mm2弯距:M 75NNhelw2 0.7 8 (350 2 8) 3740.875NWf1 2 2776.52 0.7 8 (350 2 8)2 2776.5 6M N N ff f f 3740.8 2776.5 可以解得: N 311082N 311.08kN 【变化】焊缝有绕角,焊缝长度可以不减去f f fw 1.22 160 195.22hf ,求 N ?钢结构原理作业答案( 2)1 试计算图示连接中 C 级螺栓的强度。荷载设计值 F 45 k
7、N ,螺栓 M20,钢材 Q235。( fvb 130 N/mm 2, f cb 305 N/mm2)解:b 2 b2Nvbnvd2 fvb120213040.82kN44Ncb d tfcb20 20305122kNNv40.82kN将F分解为NF0.836kN V F 0.627kNTN150 V(130 100) 7.56kN m2N1TxTy17.56 106 75N1TyNN1xxi2yi2Tx1xi2yi2369kN44 502 4 752 17.4kN7.56 106 504 502 4 752 11.6kNN1VyV 276.75kN44N1(N1Tx N1Nx )2 (N1T
8、y N1Vy)2(17.4 9)2 (11.6 6.75)2 32.15kN N v所以强度满足要求2 两钢板截面为 18400 ,两面用盖板连接,钢材 Q235 ,承受轴心力设计值 N=1181kN ,采用 M22 普通 C级螺栓连接, d0 = 23.5mm ,按图示连接。试验算节点是否安全解:(1) 螺栓强度验算单个螺栓抗剪承载力设计值单个螺栓承压承载力设计值故取 。每侧 12 个螺栓,承载力为2)验算被连接钢板的净截面强度23、钢板截面为 310mm 14mm,盖板截面为 310mm 10mm,钢材为 Q235, f 215N / mm2 , C 级螺栓 M20,孔径 21.5mm,
9、fvb 140N /mm2, fcb 305N/mm2,求该连接的最大承载力 N ?解:一个螺栓的抗剪承载力设计值:22NVb nV d fvb 2 3.14 20 140 10 3 87.96kN44 一个螺栓的承压承载力设计值:Ncb d t fcb 20 14 305 10 3 85.4kN( 因为 t 14mm 2t1 2 10 20mm, 故公式中取 t 14) 最大承载力N nNmbin8 85.4 683.2kN净截面强度验算:3N 683.2 103An (310 4 21.5) 143683.2 10331362217.9N / mm2 f2215N /mm2不满足要求。最大
10、承载力由净截面强度控制:N An f 3136 215 10 3 674.24kN24、钢材为 Q235, f 215N / mm2 ( t 16)。C 级螺栓 M 22,有效直径为 de 19.65mm ,孔径d0 24mm , f vb 140N /mm2,fcb 305N/mm2,ftb 170N / mm2 ,求该连接的最大承载力 F ?解:斜拉力 F 的两个分力为: V N F sin 45 o , 每个螺栓同时承受的剪力和拉力为:F sin 45o2Nv NtFv t 4 8螺栓同时承受剪力和拉力,应根据相关公式验算:(Nv)2 (Nl )2 1及 Nv Ncb(Nvb ) (Nl
11、b) 1及 Nv Nc一个螺栓的抗剪承载力设计值:22bd 2 b 3.14 2223NVb nVfvb 1 140 10 3 53.2kN44一个螺栓的承压承载力设计值:Ncb d t fcb 22 16 305 10 3 107.36kN一个螺栓的抗拉承载力设计值:bNt3.14 19.6524170 10 351.6kN代入公式得:Nv 2N l 2(NNvvb)2 (NNlbl )2( 2F )2 ( 2F )28 53.2 8 51.6可以解得: F 209.5kN再验算:Nv 2 209.5 37.03kN N cb 107.36kN ,可以。8钢结构原理作业答案( 3)1、钢板截
12、面为310mm 20mm,盖板截面为 310mm 12mm,钢材为 Q235, f 215N /mm2( t 16),2f 205 N /mm2(t 16 )。 8.8级高强度螺栓摩擦型连接 M 20,孔径 22mm,接触面喷砂 , 0.45 ,预拉力 P 125kN 。 求该连接的最大承载力 N ?解:一个高强度螺栓的抗剪承载力设计值:NVb 0.9nf P 0.9 2 0.45 125 101.25kN 最大承载力N nNVb 8 101.25 810kN净截面强度验算:(1 0.5n1 )nNAn3810 103(1 0.5 4)8 (310 4 22) 202136.8N /mm22f
13、 205N /mm2 毛 截 面2f 205 N /mm2强度验算:3130.6N /mm2 f 205N /mm2N 810 103A 310 202 拉力 F 与 4 个螺栓轴线的夹角为 450 ,柱翼缘厚度为 24mm,连接钢板厚度 16mm。钢材为 Q235, f 215N / mm2 ( t 16),t 16 )。 8.8级高强度螺栓摩擦型连接 M 20,孔径 22mm,接触面喷砂 , 0.45,预拉力 P 125kN 。求该连接的最大承载力 F ?解: 斜拉力 F的两个分力为: V N F sin 45o , 每个螺栓同时承受的剪力和拉力为:F sin 45 o2 FN v Nt
14、Fv t 4 8 螺栓同时承受的剪力和拉力,用规范相关公式求解:Nv Nt 1N vb N tb 1一个高强度螺栓的抗剪承载力设计值:Nvb 0.9nf P 0.9 1 0.45 12550.625kN一个高强度螺栓的抗拉承载力设计值:Ntb 0.8P 0.8 125 100kN代入规范公式:NNvvbNNttb1即 2F8 50.6252F8 100可以解得: N 190.13kN3、试验算右下图所示摩擦型高强度螺栓连接的强度 是否满足设计要求。 已知:被连接构件钢材为 Q235BF ,8.8级M20 的高强度螺栓 ,高强度螺栓的设 计预拉力 P =110kN,接触面喷砂后涂无机富锌漆, 抗
15、 滑移系数 为 0.35,荷载 F = 250kN ,螺栓边距 50mm ,中距 70mm。解:(3).(2).(1).(2).(2)4、梁的连接构造如图所示。连接承受的弯矩 强度螺栓 10.9 级, M20 ,接触面喷砂处理,M =1000kN m ,剪力 V =100kN 。钢材 Q235 ,摩擦型高。试验算梁节点高强度螺栓连接的强度。提示:梁腹板分担的弯矩按计算,剪力全部由腹板承受。4 解: ( 1) 连接一侧最不利情况下的受力 M 由翼缘和腹板按刚度分配 梁截面对于水平对称轴的惯性矩腹板对于水平对称轴的惯性矩腹板分担的弯矩:翼缘分担的弯矩:翼缘分担的弯矩由螺栓群受轴向力来承担:腹板螺栓
16、群除分担部分弯矩外,还承受全部剪力,而该剪力对腹板连接螺栓群又有偏心,将剪力移到螺栓群形心,受力为:2) 确定单个摩擦型高强度螺栓的承载力设计值翼缘螺栓:按图中尺寸沿受力方向的连接长度故需将螺栓的承载力设计值乘以下列折减系数,即:腹板螺栓:因上、下排螺栓“ 1”的合力方向大致是水平的,沿受力方向的连接长度 ,故不需乘折减系数 。3) 螺栓强度验算a. 翼缘板拼接螺栓:螺栓孔径 d0 取 21.5mm,翼缘板的净截面面积为:翼缘板能承受的轴向力:毛截面:净截面:摩擦型高强度螺栓能承受的轴向力:上述三项最小值为 N=1473kN 翼缘螺栓群受到的力 788.5kN,故翼缘板拼接螺栓满足强 度要求。
17、M =220.5kN mb. 腹板拼接螺栓: 腹板承受的内力 V=100kN每个螺栓所承受的垂直剪力为:在弯矩的作用下,受力最大的螺栓承受的水平剪力为:(因 y13x1 ,故略去)所以腹板拼接螺栓群满足强度要求。钢结构原理作业( 4)答案1、如图所 示,一梁柱刚接节 点,钢材均为 Q235, 梁截面尺寸如图 所示。其翼 缘经 焊透 的对 接焊 缝与 柱相 连( 焊接时未 用引弧板 ),腹 板通 过 10.9 及摩 擦型 高 强螺 栓 M20 和角 钢连 接于 柱.计算 时可假定 翼缘焊缝 与 腹板 螺栓 孔在 同一 截面 , 该截面弯矩与剪力设计值分别为 100kN m 和 42kN。焊缝抗拉
18、、抗压和抗弯强度 设计值均为 215kN/mm 2,抗剪强度设计值为 125kN/mm 2,螺栓预应力为 155kN , 抗滑 移系 数为 0.45 。(1)试验算翼缘焊缝的连接是否满足强度要求解:(1) 翼缘 焊缝 及腹 板螺 栓受 力:腹板分担的弯矩按MwMI计算,剪力全部由腹板承担梁截面惯性矩: 梁腹板惯性矩:I=21609cmI w =3544cm梁腹板连接处弯矩为: M w =16.4kN梁翼缘连接处弯矩为: M 1 =83.6kN m2)验算翼缘焊缝强度翼缘分担的弯矩由上下两条焊缝受拉或受压来承担 一侧 翼缘 焊缝 所承 受的 轴力 为: N=215.5 kN22 =94.52N/
19、mm 2 f=215N/mm 2翼缘焊缝强度满足要求。该高强螺栓的抗滑移系数3)验算腹板高强螺栓强度10.9 级 ,M20 高 强螺 栓 ,预应力 P=155kN , =0.45a. 高强螺栓 受力 V=42kN , M=16.4kN mb. 验算高强 螺栓的强 度扭矩产生 的螺栓中 的最大 水平 剪力 值为 : N x=54667N剪力产生 的每个螺 栓的剪 力为 : N y =10.5kN因此一个 螺栓承受 的最大 剪力 为 55.7kN 一个高强螺栓的抗剪承受力:Nvb =0.9n f P=62.775kN 此处角钢 为单面连 接,承 受能 力 需乘系 数 0.85, 所 以此 处每 个
20、高 强 螺栓 实际 承载 力为 62.776x0.85=53.4kN ,略 小于 单 个螺 栓所 受到 的 最大剪力,不安全。2、如图所示的摩擦型高强度螺栓连接中,被 连接板件钢材为 Q235 ,螺栓 8.8 级, 直径为 20mm ,接 触 面采用喷砂处理,试 验算此连接是否安全,荷 载值均为设计10P=110kN, =0.45解:栓用略 F 作 用对 螺 的偏心,则有 作 一个螺栓的最大拉力:N t 1=60.4kN15d 0=15x2.15=32.3cm ,故需 将 螺栓 的承 载力 设 计值 乘以 下列 折减 系数 ,即 : 0.88 , Nbv1 =12.3kNN v1 28.9kN
21、故按受力最不利螺栓承载力计算时不满足强度要求,现在按整个连接的承载力 计算。N t 2=48.5kN , N t3=36.6kN , Nt4=24.7kN , N t 5=12.8kN , N t 6=0.9kN(N t1+ N t2+ N t3+ N t4+ N t5+ N t 6)x2=367.8kNnNvbi 463.4kN V 460kNi1 所以按整个连接承载力计算,则强度能满足。钢结构原理第四章作业答案 (五)1、验算由 2L75 5(面积为 7.41 2cm2)组成的水平放置的轴心拉杆。轴心拉力的设计值为270kN ,只承受静力作用,计算长度为 3m。杆端有一排直径为 20mm
22、的螺栓孔, 图示 。钢材为 Q235 钢。计算时忽略连 接偏心和杆件自重的影响。 250。 ix2.32cm,iy3.29cm,单肢最小回转半径 i 1 1.50cm111解: Q235钢, f =215N/mm2(1) 净截面强度计算:(2)1、图所示为一轴心受压实腹构件,轴力设 计值 N=2000kN, 钢材为 Q345B, f = 315 N 22/mm2, fy=345N/mm 2,截面无削弱, Ix = 1.1345108mm4, Iy =3.126 107mm4, A =8000mm 2, 试验算该构件的整体稳定性和局 部稳定性是否满足要求。2解据上述计算该拉杆强度、刚度均满足要求
23、6mNz13m3myN1zx整体稳定验算: 满足要求局部稳定验算翼缘:腹板 :125 125 yy1-1满足要求3、图示普通热轧工字型钢轴心压杆,采用Q235F, f =215N/mm 2 。 问:( 1)此压杆是否满足要求? (2)此压 杆设计是否合理?为什么? ( 3)当不改变截面及两端支承 条件时,欲提高此杆承载力,比较合理的措施是什么?解: 如图 l0x=l0y=2600mm ,N=300kN ,截面无削弱,其承 载力取决于整体稳定。对 y 轴为 b 类截面,查表得:12整体稳定不符合要求。(2)此压杆设计不合理,对 x、y 轴长细比相差太大,致使对 y轴极易失稳,而对 x 轴承载力有
24、富余,不 经济。3)提高对 y 轴的稳定承载力,设侧向支承,使l0y= l/2=1300mm 则查表得:=23237cm4对于 x 轴 ,且对 x 轴为 a 类截面了, 因而对 x 轴也不会失稳。设置合理的侧 向支承,有效地提高了此压杆的承载能力。3、有一实腹式双轴对称焊接工字形截面轴心受压柱,Q235 钢材,翼缘为焰切边,对 x,y 轴均属于 b类截面。截面尺寸为:翼缘板宽 b=250mm ,厚度为 t=12mm, 腹板高度为 h0=350mm ,厚度为 tw=10mm,计算长度为 l ox=12m,l oy=4m, 承受的 轴心压力设计值为 1200KN 。试对该柱进行验算。 (f=215
25、N/mm 3 3Ix= 25 37.43-(25-1)353 12)解: (1)构件截面几何特性计算:2A=25 1.22+35 1.0=95cmx=23237 =15.64cm95Iy 3125 =5.74cmiy= A 95lox1200 =76.7ix 15.64y= loy400 =69.7i y5.74(2)强度验算:因截面无削弱,所以这里无需验算强度。(3)整体稳定性验算:截面对 x 、y 轴弯曲屈曲都属于 b 类截面,故整体稳定性由绕 x 轴屈曲控制。NyA1200 1030.709 95 1022=178.2N/mm 2f整体稳定性能够保证。(4)局部稳定性验算:翼缘 b1 1
26、20t235=10+0.1 76.7=17.67y腹板 h0tw=10(10+0.1 )12 f350 235 =35(25+0.5 )=25+0.5 76.7=63.3510 f y由 x=76.7 查表得: y=0.709局部稳定性能够保证。135、图示一钢柱,长 6 m,两端铰接,承受轴心压力设计值5000kN 。柱子截面由 40 a和钢板组成,钢材均为 Q235,每隔 15 cm用螺栓连接,螺栓孔径为 20 mm。已知 40 a的截面积 A 1=75.05 cm 整体稳定性 局部稳定 槽钢腹板、翼缘局部稳定不必验算。钢板局部稳定为: 中间部分,Ix1 =17577.9 cm悬挑部分 所
27、以,翼缘板中间部分局部稳定不能满足。14, Iy1 =592 cm 4,翼缘宽度为 100, 钢材强度设计值 f = 215N/mm 2 。螺栓连接已经验算。 要求综合考虑柱子 的强度、整体稳定 和局部稳定 ,讨论该柱是否可用?解: (1) 强度验算钢结构原理第五章作业答案 (六)1、如图所示一焊接组合截面板梁,截面尺寸为:翼缘板宽度b=340mm ,厚度为t=12mm ;腹板高度为 h0=450mm ,厚度为 tw=10mm, Q235 钢材。梁的两端简支, 跨度为 6m,跨中受一集中荷载作用,荷载标准值为:恒载40kN ,活载 70kN( 静力荷载 ) 。试对梁的抗弯强度、抗剪强度、折算应
28、力、整体稳定性和挠度进行验 算。 (f=215N/mm 2,fv=125N/mm 2, v = 1 )l 400 解:荷载设计值计算。P=1.240+1.470=146kNPL 146 6M= =219kN m44PV= =73kN2(1)构件截面几何特性计算:I y7861iy=7.88cm y=l oy6007.88=76.1(2)强度验算:抗弯强度My max =Ix219 106 23751146 1042=101.5N/mm 2f抗剪强度VSx73 103 1196 1032 max=17.1N/mm fvIx tw 51446 104 10折算应力h045021= max=101.
29、5=96.4N/mmh474VSx1 1=Ixtw73 103 942 10351146 104 10=13.4N/mm 212 3 1296.42 3 13.42 =99.2N/mm 216, 故需要验算整体稳定性。b 34b b 4320 Ah1 ( yt )2 235 Wx 4.4h f y1 (76.1 1.2)2 14.4 47.44320 126.6 47.4=0.81 276.122158=1.8340.60.4646 0.1269 0.4646 0.1269b 1.1 3/2 1.1= 0.898b b3b/ 2219 1061.834 1.8341.523 =113N/mm
30、f bWx 0.898 2158 103(4)挠度验算:v Pk l2l 48EI x 48 2.06 105 51146 104(40 70) 103 6000212177vl故刚度条件能够满足。15y A 126.62、工字形组合截面钢梁,的局部稳定,请在支座 解:在如图 P 力作用下,其尺寸和受力如图所示。已知其腹板的高厚比A、 B 处及其之间梁段内布置加劲肋。梁的弯矩图在支座 A 、B 间皆为负弯矩,即工字形梁的下翼缘受压,上翼缘受拉。由于腹板的高厚比 ,因而需要设置横向加劲肋和纵向加劲肋。其横向加劲肋的间距,由于题目未给出其它条件,故可按一般构造要求取a=2h0 ; 其纵向加劲肋则应
31、设在距受压的下翼缘(1/41/5) h0 处,3、下图为一焊接工字形简支梁,跨度l = 4m。钢材 Q235F,f = 215N/mm 2,fy = 215N/mm 2。承受均布荷载设计值为 p(包括自重)。假定该梁局部稳定和强度以及刚度能满足要求,试求该梁能承受的荷载p 。题意,该梁局部稳定、强度、刚度都能满足要求,所以按整体稳定计算能够承受的最大荷载解: 根据16设 p 的单位为 kN/m要求满足 即;该梁能承受的最大均布荷载 p=81.1kN/m 。4、焊接工字形截面平台梁如图所示,计算跨度 3m,两端简支 ,跨中所受集中荷载设计值为N=250kN, 钢材为22N = 250kN1500
32、1500202020200Q235BF, f=215N/mm2,fy=235N/mm 2,采用 906 支承加劲肋 ,忽略梁自重 ,试验算梁的局部稳定性和支座处 支承加劲肋的稳定性。解:(1)局部稳定计算翼缘(或 15) 满足要求腹板 满足要求 (2)支座稳定性支座反力 N=125kN腹板受压宽度钢结构原理第 6 章作业答案(七)21、如图所示,两端铰接拉弯构件,钢材 Q235( f 215N /mm2 ),翼缘为火焰切割边,截面无削弱, 试计算该构件能承受的最大轴心拉力 N 为多少?( x 1.05 )172解:A 2 300 12 300 8 9600mm2I x 1 8 3003 2 3
33、00 12 (150 6)2 1.93 108 mm4I 6 3Wxx1.19 106 mm3maxN2N42N / 2 1061.05 1.19 106f 21512N M max N 103AnxWnx9600N 426.3kN2、图示构件由 2L200 125 12 热轧角钢长肢相连组成 ,垫板厚度 12mm, 承受荷载设计值 N =400kN, P=50kN ,钢材为 Q235BF , f=215N/mm 2,试验算构件的强度是否满足要求。2L200 125 12 的几何参数: A=75.8cm 2,Ix=3142cm 。解:3、M =75kN ?m一压弯构件的 受力支承及截面如图所示
34、(平面内为两端铰支支承)。设材料为 Q2352fy 235N / mm2 ),计算其截面强度和弯矩作用平面内的稳定性。18MA =80kN.mN=800kN60006000MB =120kN.my -300x12-376x10xxy -300x12解:截面面积 A 109.6cm2 , Ix 31536.34cm4 , Iy 5403.13cm4;3Wx 1576.81cm3 ,Wy360.2cm3 ;I x 16.96cm回转半径: ix, iy7.02cm。1)强度验算(右端截面最不利)Afy Wx fy800000 120 10610960 235 1576810 2350.635 1.
35、0强度验算合格2)平面内稳定验算:长细比:lox 70.75 ,ix按照 b 类截面查表得0.747 。mxmx0.65 0.35MM BA 0.883NEx2EA252 2.06 105 10960 4447.2kN270.752所以有:mxMxxAfyxWx fy 1 0.8 N0.416 0.318 0.734 1.0NEx平面内整体稳定验算合格4、某压弯缀条式格构构件,截面如图所示,构件平面内外计算长度lox 29.3m , loy 18.2m 。已知轴压力(含自重) N=2500kN ,问可以承受的最大偏心弯矩 M x为多少。设钢材牌号为 Q235, N 与 Mx均 2为设计值,钢材强度设计值取fd 205N /mm2。19角钢1 4511-11702.4cm4 ,iy3Wx 2984.3cm3 ,解: I63a 型钢截面几何特性:A 154.59cm2 , I x 94004cmixI x 24.66cm ,L125x10 截面特性:2A 24.37cm2A 3.32cm 。ix0 4.85cm , 组合截面几何特性:xL125x1044 ; I x 361.67cm4 , I x0 573.9cm4 iy0 2.48cm 。, I y0 149
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