钢结构答案.docx

钢结构答案.docx

《钢结构答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢结构答案.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

钢结构答案

第三章钢结构的连接

3.1试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3.80）。

钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊，轴心力N=1000KN（设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。

解：

（1）三面围焊    

确定焊脚尺寸：

，

，

内力分配：

焊缝长度计算：

，

则实际焊缝长度为

，取310mm。

，

则实际焊缝长度为

，取120mm。

（2）两面侧焊

确定焊脚尺寸：

同上，取

，  

内力分配：

， 

焊缝长度计算：

，

则实际焊缝长度为:

，取390mm。

，

则实际焊缝长度为:

，取260mm。

3.2试求图3.81所示连接的最大设计荷载。

钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊，角焊缝焊脚尺寸

，

。

焊脚尺寸：

焊缝截面的形心：

则

（1）内力分析：

V=F，   

（2）焊缝截面参数计算：

（3）应力计算

T引起的应力：

V引起的应力：

（4）

3.3试设计如图3.82所示牛腿与柱的连接角焊缝①、②、③。

钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊。

（1）内力分析：

V=F=98KN，   

（2）焊缝截面参数计算：

取

焊缝截面的形心：

 （3）应力计算

M引起的应力：

V引起的应力：

（4）

3.4习题3.3的连接中，如将焊缝②及焊缝③改为对接焊缝（按三级质量标准检验），试求该连接的最大荷载。

（1）内力分析：

V=F，   

（2）焊缝截面参数计算：

（3）应力计算

M引起的应力：

V引起的应力：

（4）

3.5焊接工字形梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝（图3.83），拼接处作用有弯矩

，剪力V=374KN，钢材为Q235B钢，焊条用E43型，半自动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。

（1）内力分析：

V=374KN，  

（2）焊缝截面参数计算：

（3）应力计算

腹板和翼缘交接处：

折算应力：

                                                  不满足

3.6试设计图3.81的粗制螺栓连接，F=100KN（设计值），

。

（1）内力分析：

V=100KN， 

，

（2）参数计算：

单个螺栓抗剪承载力（M22）

，

（3）内力计算

T引起的应力：

V引起的应力：

（4）

3.7试设计如图3.84所示：

构件钢材为Q235B，螺栓为粗制螺栓。

①角钢与连接板的螺栓连接；

②竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。

。

③竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。

，

。

①角钢与连接板的螺栓连接；

单个螺栓抗剪承载力（M20）

螺栓个数 

个，取5个螺栓，按规范规定间距排列（图省略）。

②竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。

。

内力分析

，由支托承担。

单个螺栓抗拉承载力（M20，

）

螺栓个数

个，取6个螺栓，排2排，按规范规定间距排列（图省略）。

③竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。

，

。

，

，由支托承担。

3.8按摩擦型连接高强度螺栓设计习题3.7中所要求的连接（取消承托板），且分别考虑：

①

；②

，

。

螺栓强度级别及接触面处理方式自选。

Q235钢，喷砂处理，M20，8.8级，P=125KN，

µ=0.45，

①

， 

一个螺栓承担的拉力

②

，

， 

， 

一个螺栓的最大拉力

第四章轴心受力构件

4.1验算由2∟

组成的水平放置的轴心拉杆的强度和长细比。

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的孔眼（图4.37），钢材为Q235钢。

如截面尺寸不够，应改用什么角钢？

注：

计算时忽略连接偏心和杆件自重的影响。

解：

（1）强度   查表得∟

的面积A=6.14cm2，

，

，N=270KN

，强度不满足，

所需净截面面积为

，

所需截面积为

，

选

，面积A=7.29cm2

（2）长细比

4.2一块-

的钢板用两块拼接板-

进行拼接。

螺栓孔径为22mm，排列如图4.38所示。

钢板轴心受拉，N=1350KN（设计值）。

钢材为Q235钢，解答下列问题;

（1）钢板1-1截面的强度够否？

（2）是否需要验算2-2截面的强度？

假定N力在13个螺栓中平均分配，2-2截面应如何验算？

（3）拼接板的强度够否？

解：

（1）钢板1-1截面强度验算：

，N=1350KN

，强度满足。

（2）钢板2-2截面强度验算：

（a），种情况，（a）是最危险的。

，N=1350KN

，但不超过5%，强度满足。

对应图（d）的验算：

，

，强度满足。

（3）拼接板的强度够否？

因为拼接板厚度

，所以不必验算拼接板。

4.3验算图4.39所示用摩擦型高强度螺栓连接的钢板净截面强度。

螺栓直径20mm，孔径22mm，钢材为Q235AF，承受轴心拉力N=600KN（设计值）。

解：

（1）净截面验算：

，

，强度满足。

（2）全截面验算

，强度满足。

4.4一水平放置两端铰接的Q345钢做成的轴心受拉构件，长9m，截面由2∟

组成的肢尖向下的T形截面，问是否能承受设计值为870KN的轴心力？

解：

（1）强度验算

查表得∟

的面积A=13.94cm2，

，

，但不超过5%，强度满足。

（2）刚度验算

4.5某车间工作平台柱高2.6m，按两端铰接的轴心受压柱考虑。

如果柱采用I16（16号热轧工字钢），试经过计算解答：

（1）钢材采用Q235钢时，设计承载力为多少？

（2）改用Q345钢时，设计承载力是否显著提高？

（3）如果轴心压力为330KN（设计值），I16能否满足要求？

如不满足，从构造上采取什么措施就能满足要求？

解：

（1）钢材采用Q235钢时，设计承载力为多少？

查表得I16的面积A=26.1cm2，

，

，a类截面，查表得

，b类截面，查表得

。

（2）改用Q345钢时，设计承载力是否显著提高？

，a类截面，按

查表得

，b类截面，按

查表得

，承载力无太明显的提高。

（3）如果轴心压力为330KN（设计值），I16能否满足要求？

如不满足，从构造上采取什么措施就能满足要求？

8距uuuuuuuuuuuujuu因为

，所以整体稳定不满足。

在侧向加一支撑，重新计算。

，b类截面，查表得

，整体稳定满足。

4.6设某工业平台柱承受轴心压力5000KN（设计值），柱高8m，两端铰接。

要求设计一H型钢或焊接工字形截面柱。

解：

H型钢柱

（1）初选截面

设

（b类）

则

，

，

选

，其面积

，

，

（2）验算

，b类截面，查表得

，b类截面，查表得

，整体稳定满足。

焊接工字形

（1）初选截面

根据H型钢截面，初选焊接工字形截面，如图所示。

（2）计算参数

，

，

（2）整体稳定验算

，b类截面，查表得

，b类截面，查表得

，整体稳定满足。

（3）局部稳定验算

，局部稳定满足。

4.7图4.40（a）、（b）所示两种截面（焰切边缘）的截面积相等，钢材均为Q235钢。

当用作长度为10m的两端铰接轴心受压柱时，是否能安全承受设计荷载3200KN。

解：

计算（a）图截面

（1）计算参数：

，

（2）整体稳定验算

，b类截面，查表得

，b类截面，查表得

，整体稳定满足。

（3）局部稳定验算

，局部稳定满足。

计算（b）图截面

（1）计算参数：

，

（2）整体稳定验算

，b类截面，查表得

，b类截面，查表得

，整体稳定不满足。

（3）局部稳定验算

，局部稳定满足。

4.8设计由两槽钢组成的缀板柱，柱长7.5m，两端铰接，设计轴心压力为1500KN，钢材为Q235B，截面无削弱。

解：

（1）初选截面：

设

（b类）

则

，

选2［32a，，其面积

，

（2）验算实轴的整体稳定

，b类截面，查表得

，绕实轴的整体稳定满足。

（3）确定柱宽

设

，

取b=330mm，如下图所示。

（4）验算虚轴的整体稳定

，

，

截面对虚轴的参数：

130

，

，

，绕虚轴的整体稳定满足。

（5）缀板的设计

选用缀板尺寸为-

，则

，取

，

分支线刚度

缀板线刚度

则

横向剪力

取焊脚尺寸

，采用绕角焊，则焊缝计算长度为

验算焊缝：

，

第五章

5.1一平台的梁格布置如图5.53所示，铺板为预制钢筋混凝土板，焊于次梁上。

设平台恒荷载的标准值（不包括梁自重）为2.0

。

试选择次梁截面，钢材为Q345钢。

解：

1、普通工字形钢

3、验算：

1）强度

2）挠度 

重选I50a   

3）整稳：

不必计算。

4）局稳：

因为是型钢，不必验算。

 5.3解：

图5.54（a）所示的简支梁，其截面为不对称工字形[图5.54（b）]，材料为Q235B钢；梁的中点和梁端均有侧向支承；在集中荷载（未包括梁自重）F=160

（设计值）的作用下，梁能否保证其整体稳定性？

5.4解：

设计习题5.1的中间主梁（焊接组合梁），包括选择截面、计算翼缘焊缝、确定腹板加劲肋的间距。

钢材为Q345钢，E50型焊条（手工焊）。

解：

（1）试选截面：

（2）强度验算：

（3）整稳验算：

（4）刚度验算：

（5）翼缘和腹板的连接焊缝计算：

（6）主梁加劲肋设计

Ⅲ区格：

Ⅰ区格：

Ⅱ区格：

Ⅲ区格：

横向加劲助尺寸：

中部支承加劲助：

 第六章

6.1有一两端铰接长度为4m的偏心受压柱子，用Q235钢的HN400×200×8×13做成，压力的设计值为490kN，两端偏心距均为20cm。

试验算其承载力。

解：

查型钢表得：

A=83.37cm2，Ix＝22775cm4，ix＝16.53cm，iy＝4.56cm，Wx=1139cm3。

M=490×0.2=98kN.m

强度验算：

平面内整体稳定验算：

βmx=1

NEx/=π2EIx/（1.1×l0x2）=3.142×2.06×105×22775×104/（1.1×40002）=26283KN

λx=l0x/ix=4000/165.3=24.2，属于a类截面，查表，得φx=0.974                        

N/（φxA）+βmxMx/[γ1xW1x（1-0.8N/NEx/）]

=490×103/（0.974×8337）+1.0×98×106/[1.05×1139×103×（1-0.8×490/26283）]

=60.3+83.2=143.5N/mm2

平面外整体稳定验算：

λy=l0y/iy=4000/45.6=87.7，属于b类截面查表，得φy=0.637                     

φb=1.07-λy2/44000=1.07-87.72/44000=0.895<1.0                      

βtx=1.0                   

N/（φyA）+βtxMx/（φbW1x）

=490×103/（0.637×8337）+1.0×98×106/（0.895×1139×103）

=92.3+96.1=188.4N/mm2

该构件强度、平面内整体稳定、平面外的整体稳定均满足要求。

6．2如图所示悬臂柱，承受偏心距为25cm的设计压力1600kN，弯距作用平面外有支撑体系对柱上端形成支点，要求选定热轧H型钢或焊接工字形截面，材料为Q235钢（注：

当选用焊接工字形截面时，可试用翼缘2－400×20，焰切边，腹板－460×12）。

解：

选用选用焊接工字形截面时，可试用翼缘2－400×20，焰切边，腹板－460×12

平面内计算长度l0x＝14000mm，平面外计算长度l0y＝7000mm

承受均匀弯距M=1600×0.25=400kN.m

计算截面特性：

A=400×20×2+460×12=21520mm2

Wx＝Ix/（h/2）=1.019×109/（500/2）=4.076×106mm3

ix=（Ix/A）1/2=（1.019×109/21520）1/2=217.6mm

iy=（Iy/A）1/2=（2.134×108/21520）1/2=99.6mm

λx=lox/ix=14000/217.6=64.3<[λ]=150

λy=loy/iy=7000/99.6=70.3<[λ]=150     刚度满足要求

强度验算：

平面内整体稳定验算：

βmx=1

NEx/=π2EIx/（1.1×l0x2）=3.142×2.06×105×1.019×109/（1.1×140002）=9599KN

λx=l0x/ix=14000/217.6=64.3<[λ]=150

属于b类截面，查表，得φx=0.784                       

N/（φxA）+βmxMx/[γ1xW1x（1-0.8N/NEx/）]

=1600×103/（0.784×21520）+1.0×400×106/[1.05×4.076×106×（1-0.8×1600/9599）]

=94.8+107.8=202.6N/mm2

平面外整体稳定验算：

λy=l0y/iy=7000/99.6=70.3<[λ]=150

属于b类截面查表，得φy=0.749                     

φb=1.07-λy2/44000=1.07-70.32/44000=0.958<1.0                      

βtx=1.0                   

N/（φyA）+βtxMx/（φbW1x）

=1600×103/（0.749×21520）+1.0×400×106/（0.958×4.076×106）

=99.3+102.4=201.7N/mm2

局部稳定验算：

腹板：

翼缘：