钢结构设计原理作业参考答案

《钢结构设计原理》作业参考答案

作业一

一、单项选择题：

l.B2.C3.C4.A5.1）6.A7.B8.A9.B10.B

二、填空题：

1.螺栓群形心轴2.设计3.角钢4.沸腾钢5.冲击韧性AKV值或冲击韧性值或AKV值

6.H7.翼缘8.低或小9.15jl5/fy1（）.X一轴

三、简述题：

L钢材在循环应力多次反复作用下，裂纹生成、扩展以至断裂破坏的现象称为钢材的疲劳。

影响疲劳破坏的主要因素：

（1）应力集中（2）应力幅（3）应力循环次数

2.(1)强度验算（2）刚度验算4ax<W

整体稳定验算EV

235^<(250.52

”(10+0”皿入学+max

fy

(4)局部稳定验算hr榨

3,结构或构件的承载能力极限状态包括静力强度、动力强度和稳定等的计算〉达到这种极限状态时，结

构或构件达到了最大承载力而发生破坏，或达到了不适于继续承受荷载的巨大变形。结构或构件的正

常使用极限状态是对应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值。达此极限状态时，结构

或构件虽仍保持承裁力，但在正常荷载和作用下产生的变形已不能使结构或构件满足正常使用的要求,

包括静力荷载作用下产生的巨大变形和动力荷载作用下产生的剧烈振动等。

4.选择屈服点作为结构钢材设计强度标准值是因为：

（1）它是钢材开始塑性工作的特征点，钢材屈服后，塑性变形很大，极易为人们察觉，可及时处理，

避免发生破坏；

（2）从屈服到钢材破坏，整个塑性工作区域比弹性工作区域约大200倍，目.抗拉强度与屈服点之比

（强屈比）较大,是钢结构的极大后备强度，使钢材不会发生真正的塑性破坏，十分安全可靠。

对无明显屈服点的钢材，以卸我后试件的残余应变为0.2%所对应的应力作为屈服点。

四、计算题：

1.解：（1）查表可知:

〃=0.45N：=0.9x1x0.45x125=50.625KN

P=125KN

1=15。恤<15-15x22=33%•.•/?=1.0

受力分析：N=R=60cos300=3()^KN

V=Fv=60sin30°=30KN

T=75F+180F=9.297x106N.mm

xy

求各种力单独作下危险螺栓所受的力

:」=30V3=7.5QKN

N1=-=—=7.5KN

n4n4

十=4x502十4x752=32500〃〃〃

(4)危险螺栓所受合力

N、=7(7.5A/3X103+2.145xl04)2+(7.5X1034-1.43X104)2

=40.76KN<此=50.625KN

标准值.%=3000x3+4500x3=22500N/m

2.解：（1）荷载计算

设计值.七二3000x3x1.2+4500x3x1.4=29700N/in

%axJ。/

=-x29700x62

内力计算:O8=133.65KN.〃?

(3)查表：

A=67.05cm2Ix=11076cm4Wx=692.2cm3rx=1.05F=215N/mm2E=2.06X105N/mm

(4)验算：

133.65x1()6

①抗弯强度：々也1.05x692.2x1()3=183.89乂/"7〃/(尸=215N/"〃r

强度:

②抗剪强度：对于轧制工字钢，可不验算。

③腹板局部压应力：对均布荷载情况不需验算，支座处设有支承加劲肋也不需验算。

④折算应力：对型钢梁不需验算。

刚度:

5qj4522500X64X10-2X108/60000

vv=---x-----=----x---------：-------------=16.64〃〃〃<----=-----=24〃z〃z

384EI384206x103x11076x10250250

整体稳定：由于有平板密铺在梁受压翼缘上并与其牢固连接，故不需验算。

局部稳定：对型钢梁不需验算。

3.解：⑴截面儿何特性:

卬二183x1()=168x1()6〃皿3

>4=18x360+300x20=12480〃?"/,v109

L83X6二⑵，加

巾1.83x10*s553

Wlr=---------=6.75x10/?z/?z

2r27112480

452迎。二6。』8〃〃〃

12480

（2）荷载计算:

N=F=900KN=900X103X150=1.35X108N.imn

37

M2=900X10X100=9X10Njnm

（3）弯矩作用平面内整体稳定验算

儿=幽二65.9

&=8m“121.4

9X1()7

夕=0.65+().35--------=().883

查b类6=0575L35xlO8

&=1.05；2=1-2

,•牛舒…二.按塑性设计

）

42、2.06x10'x12480

=53.06xlO5^

NZ1.1X65.92

N।鼠M、

对受压侧：皿().8N/NZ)

900xlO3().883x1.35x10s

=------------+------------------------------；---

0.775x12480,__,._9xl()5

1.05x1.A6Q8x1i0n6/(11-0.8x----------)

53.06xl()5

=93.1+78.2

=171.3N/〃?m2＜尸=205N/mm2

对受拉侧：

N

An%(lT-25N/NL)

=9xl()50.883x1.35x1()8

124801.2x6.75xl()5(l-1.25x9x1°5)

八(、/1八5

=|72.1-186.77|

-114.672()5Njmm1

（4）欢矩作用平面外的整体稳定验算

8000

8m=132.9

loy=%-60.18

9xl07

=0.65+0.35x

9=0.374=().883

查b类V1.35xl08

fy

口二1一0.00224、,

235

=1-0.0022x132.9=0.708

%A9Mx

9xl05,0.883x1.35x1()8

-().374x124800.708xl.68xl06

=192.82+100.23

=293.05N/mm2>f=2O5N/mm2

作业二

一、单项选择题：

l.C2.A3.B4.A5.D6.B7.A8.D9.B10.C

二、填空题：

1.承载能力极限状态正常使用极限状态

2,轻质高强材质均匀韧性和塑性良好装配程度高施工周期短密闭性好耐热不耐火易锈蚀

3.塑性破坏脆性破坏

4.化学成分钢材缺陷冶炼浇注轧制钢材硬化温度应力集中残余应力重复荷载作用

5.应力集中应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）应力循环次数

6.屈服点抗拉强度伸长率冲击韧性冷弯性能

7.焊接连接抑钉连接螺栓连接8.8hf40/必60h,

9.螺栓剪坏孔壁挤压坏构件被拉断端部钢板被剪坏螺栓弯曲破坏

10.螺栓材质螺栓有效面积11.X一轴

三、简述题：

L钢结构具有的特点：

①钢材强度高，结构重量轻；②钢材内部组织比较均匀，有良好的塑性和韧性;

③钢结构装配化程度高，施工周期短；④钢材能制造密闭性要求较高的结构；

⑤钢结构耐热，但不耐火；⑥钢结构易锈蚀，维护费用大。

2.钢结构的合理应用范围：

①重型厂房结构；②大跨度房屋的屋盖结构；③高层及多层建筑；④轻型钢结构；⑤塔桅结构;

⑥板壳结构；⑦桥梁结构；⑧移动式结构。

四、计算题：

1.解：（1）确定对接焊缝计算截面的几何特性

1）计算中和轴的位置（对水平焊缝的形心位置取矩）

(30-1)x1x15.5

+0.5=9.9。〃y=31-9.9=21.\cin

儿(30-l)xl+(20-l)xlh

2）焊缝计算截面的几何特性

全部焊缝计算截面的惯性矩

—xlx(30-l)3+(30-l)xlx6.12+(20-l)xlx9.42=4790C/H4

12

全部焊缝计算截面的抵抗矩

/.47903

W1IZW.=—M=----=484c”?署227加

K99

A：二(30—l)xl=29c〃J

腹板焊缝计算截面的面积

（2）验算焊缝强度

M_220x20xlQ4

=90.9N/mm2</；=185N/〃〃/(满足)

~W^~484xlO3

I)a点

2)b点

M220x20x10"

=\93.SN/mnr=185也〃?”/（满足）

W：一227xlO3

220x10-

=75.9N/mm2

-29x102

折算成力7cr2+3r2=V193.82+3x75.92=234.2/V/mm2=236.5/V/〃〃〃？

板；］=〃f：=2x—x202x13()xIO-=81.7kN

2.解：44

［N：］=d£if：=20x18x305x10-3=109.8kN

板”［访=81-7KN

N600

-7.3KN

81.7

取8个

排列中距孙=64.5取go端距2do=43.0取50

边距1.5d°=32.25取40

净截面验算/一/4=(160—2x21.5)x18=2106〃?"/

N600x10,―小

cr=——=-------=285MP。

A”2106>215MPa

说明净截面强度不够，接头不能承受600kN的拉力，经验算，盖板应采用12nlm厚钢板，被连

接板应采用25mm钢板。

拼接板长/=2x(2x50+3x80)+10=690mm

3,解:

A=2(20x500)+500x8=24000/n???2

/=J-x8x5003+2x20x500x2602=1435xl06^/n

£12

.XU=245〃〃〃A-=-=-=39,2

24000ir245

I=2x—x20x500'=416.7xnun4

'12

4⑹和0—32〃〃〃九=区=幽=72.7

24000'/„132

&i(p=0.739--(0.739-0.732)=0.734

N<(p-A-f=0.734x24000x215=3787440N=3787.44W

作业三

一、填空题：

L抗拉强度fu伸长率610或65屈服点fy180。冷弯性能和冲击韧性ak0.8

2.硫⑸和氧(0)磷(P)和氮(N)3.fv=0.58fy4.屈服强度半镇定沸腾钢

5.弯曲弯扭扭转弯曲6.通过分肢腹板的主轴通过分肢缀件的主轴

7,低8.8hf和40mm2d09.不影响降低降低降低

10.材料强度和螺检的有效截面面积11.孔壁承压和栓杆抗剪摩擦力

二、简述题：

1.钢结构具有的特点：

①钢材强度高，结构重量轻：②钢材内部组织比较均匀，有良好的塑性和韧性：

③钢结构装配化程度高，施工冏期知；④钢材能制造密闭性要求较高的结构；

⑤钢结构耐热，但不耐火；⑥钢结构易锈蚀，维护费用大。

2.钢结构的合理应用范围：

①重型厂房结构；②大跨度房屋的屋盖结构；③高层及多层建筑；④轻型钢结构；⑤塔桅结构；

⑥板壳结构：⑦桥梁结构：⑧移动式结构。

3.钢材在连续反复荷载作用F,当应力还低于钢材的抗拉强度，甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏,

这种现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏。影响钢材疲劳的主要因素是应力集中、应力幅(对焊接结构)

或应力比(对扑焊接结构)以及应力循环次数。

4.钢材在施焊过程中会在焊缝及附近区域内形成不均匀的温度场，在高温区产生拉应力，低温区产生相

应的压应力。在无外界约束佗情况下，焊件内的拉应力和压应力自相平衡。这种应力称焊接残余应力。

随焊接残余应力的产生，同时也会出现不同方向的不均匀收缩变形，称为焊接残余变形。

焊接残余应力的影响：

①对塑性较好的材料，对静方剂度无影响：②降低构件的刚度；③降低构件的稳定承载力；

④降低结构的疲劳强度；⑤在低温条件下承载，加速构件的脆性破坏。

焊接残余变形的影响：变形若超出了施工验收规范所容许的范围，将会影响结构的安装、正常使

用和安全承载；所以，对过大的残余变形必须加以矫正。

减少焊接残余应力和变形的方法：

①合理设计:选择适当的焊脚尺寸、焊缝布置应尽可能对称、进行合理的焊接工艺设计，选择合理的施

焊顺序。

②正确施工：在制造工艺上，采用反变形和局部加热法；按焊接工艺严格施焊，避免随意性：尽量采

用自动焊或半自动焊，手工焊时避免仰焊。

三、计算题：

L解:（1）确定对接焊缝计算截面的几何特性

1）计算中和轴的位置（对水平焊缝的形心位置取矩）

(30-1)x1x15.5

+0.5=9.9cmy-31-9.9=21.Icn?

”=(30-I)xl+(20-l)xlh

2）焊缝计算截面的几何特性

全部焊缝计算截面的惯性矩

2

」xlx(30-1)3+(30-1)x1x6.『+(20-1)X1X9.4=4790C〃J

12

全部焊缝计算截面的抵抗矩

W"fw4790/iy.3几4790___3

=——=----=484c"?Wt.=—=-----=221cm

ya9.9421.1

腹板焊缝计算截面的面积力：=（3°T）x1=29cm

（2）验算焊缝强度

M_22Qx20xlQ4

=90.9N/mm2=185N满足)

W^~484xl03

1)a点

2)b点

M_220x20xl04

=1