钢机构设计原理夏志斌课后习题答案.docx
- 文档编号:8960802
- 上传时间:2023-02-02
- 格式:DOCX
- 页数:29
- 大小:422.83KB
钢机构设计原理夏志斌课后习题答案.docx
《钢机构设计原理夏志斌课后习题答案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《钢机构设计原理夏志斌课后习题答案.docx(29页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
钢机构设计原理夏志斌课后习题答案
钢结构原理与设计部分答案参考答案
1〜3省略没有计算
4.1解:
焊缝质量为三级,用引弧板施焊。
查表得E43焊条的ftW185N/mm2,
Q235钢的f215N/mm2。
故取t12mm。
4.2解:
焊缝质量为二级,ftW215N/mm2未用引弧板施焊
ftW-N-,NftWlwt1.36Nk
lWt
4.4解:
1)焊脚尺寸hf
背部尺寸hf11.5「max1.5.104.74mm
hf11.2tmin1.289.6mm
趾部尺寸hf21.5tmax1.5.104.74mm
hf2tmin1~281~26~7mm
为方便备料,取hf1hf2hf6mm,满足上述要求。
2)轴心力N的设计值
按角钢背与趾部侧面角焊缝内力分配系数可知:
等边角钢内力分配系
数
对角钢趾部取力矩平衡得:
MbNe2
3)焊缝长度。
当构件截面为一只角钢时,考虑角钢与节点板单面连接所引起的偏心
影响,ftW应乘以折减系数0.85。
角钢趾:
lw1
N174.52103
1w130mm8hf48mm
0.7hf0.85fW0.760.85160
取l1140mm
(1302hf142mm,取10mm的整数倍)
角钢背:
IW2
取l2320mm(3042hf316mm,取10mm的整数)
4.5解:
腹板受到轴心拉力Nk作用
焊脚尺寸hf
不可行;
取hf
可行,
取hf
7mm时,lw381,6mm,lw60hf420mm
l381.62hf395.6mm,取l400mm9mm时,lw296.8mm,lw60hf540mm
可行,l296.82hf314.8mm,取|320mm
故最小的焊脚尺寸可取7mm,钢板搭接长度为400mm最大的焊脚尺寸可取9mm,钢板搭接长度为320mm
4.7解:
(1)直接计算法
解得:
hf7.85mm
米用hf
c1.5jtmax1.5v'186.36mm—
8mm-max,可
tmin1~28~9mm
(2)试算法
取hf8mm
2
f2
—f
f
1862
\1.22
37.22156.9N/mm2
W160N/mm2,可
故hf8mm
4.8解:
取焊脚尺寸hf6mm
he
0.7hf4.2mm
(1)几何关系
水平焊缝计算长度
lWh
lh
hf
70
664mm
全部焊缝计算长度
lW
2lWh
300
264
428mm
全部焊缝有效截面
helW
形心位置x竺如■
AW
ewh
lWh22h
「he42.8
6.4
6.42
0.96cm
略去he3项
焊缝有效截面对形心O的极惯性矩
(2)强度验算
剪力和扭矩共同作用下的强度条件
t235.3112.72
f.1.22
2
97.42
2
155.6N/mm
W160N/mm2
5.1解:
NgNgk
qNqk贝心N1.210%
5601.490%560772.8kN
查表,得:
钢板螺栓孔壁承压承载力设计值:
b2
c405N/mm
螺栓的强度设计值为:
b2
fv190N/mm
取Nbmin{Nvb,Ncb}119.32(kN)
需要的螺栓数目n其竺86.48最少采用n7
Nb119.32
试取螺栓距P3d。
61.5mm65mm
端距a2do41mm45mm
边距c1.5do30.75mm35mm
因为板宽b250mm,若边距为35mm则不满足间距不大于12t120mm要
求,故最外排每列螺栓应设3个,取螺栓横向间距为90mm,端距为
45mm,螺栓数增加为8个。
取螺栓纵向间距为65mm,边距为35mm。
第二列布置2个螺栓,符合不大于24t240mm的构造要求。
已知,在最外侧螺栓处的截面,钢板受力最大,截面上有3个螺栓孔,
其净面积为最小,即:
净截面平均拉应力为:
—772.810205N/mm2f205N/mm2,
An13770
(An1为20mm钢板面积,f应该按照20mm钢板取)可
下面再验算拼接板四角处有无块状拉剪破坏的危险。
则每一块板呗抗
剪破坏所需之力为
33
N1(452652.520.5)1012510(350.520.5)1021510207.9(kN)
拼缝一侧上、下两块拼接板同时有4角拉剪破坏时所需轴向力为
因而此处不会发生块状拉剪破坏。
5.4解:
设螺栓单列为n个。
(1)单个螺栓受剪承载力设计值:
螺栓杆被剪断承载力:
N:
讥―d2fj1-22219072.2kN
44
螺栓孔承压破坏承载力:
N:
dtfcb2216405142.56kN
单个螺栓受剪承载力:
N;inminN:
Nb72.2kN
(2)求每列螺栓的个数n的值。
取ntNmin
由修正公式(5.10):
取n=6
(3)强度验算:
螺栓除受扭转作用外,还受到竖向的剪力。
由偏心剪力作用下强度条件:
■N;i2N:
NP2.47.93221.9122.67265.46Nmin72.2kN,可
5.5解:
设螺栓单列为n个。
N1.4Nk560kN
(1)单个螺栓受剪承载力设计值:
螺栓杆被剪断承载力:
疋d2f:
131422214053.2kN
44
螺栓孔承压破坏承载力:
Ncbdtfcb2216305107.36kN
单个螺栓受剪承载力:
NminminN;,Nb53.2kN
1.4
kN
(2)单个螺栓受拉承载力NtbAeftb303.417051.6kN(由附表
得直径22mm的螺栓有效截面积303.4mm2)
(3)单个螺栓受剪力和拉力的设计值:
N:
NtN迢2
2nn
(4)因为螺栓同时受剪和受拉,需满足:
\22
-蔦1解得:
n5.34取n6
NvNt
5.8解:
查表得:
螺栓抗剪强度fvb250N/mm2
一个高强度螺栓的设计预拉力值P150kN
钢板螺栓孔壁承压承载力设计值fcb470N/mm:
抗滑移系数0.45
取Nbmin{Nvb,Ncb}121.5(kN)
需除2)
修正nI(叮)6.93花壽641取n7
验算强度:
强度:
■‘TP2TP2「22b
..(NxmaxNx)(NymaxNy),78.46(29.838.86)104.26(kN)肌121.5(kN)
可,每侧所需螺栓数目为7个。
5.9解:
预拉力值:
P190kN
螺栓杆被剪断承载力:
N:
0.9nfP0.910.4519076.95kN
单个螺栓受拉承载力:
Nb0.8P0.8190152kN
单个螺栓受剪力和拉力的设计值:
NjNtN^kN
2nn
因为螺栓同时受剪和受拉,需满足:
N:
Nt
NbNtb
解得:
n3.9取n4
0.576cm2
稳定性符合要求,
摩擦型连接无需验算孔壁承压强度
6.2解:
由结点b的力的平衡可得:
Ab杆受压力Fi12.37KNCb杆受拉力F212.37KN
需要的构件截面面积:
AnA—12.371000102f215
其中Ab杆为压杆,Cb为拉杆。
Cb杆需要的截面回转半径为
由截面面积和回转半径可选用截面如下:
选用2455
供给A24.292cm28.584cm20.576cm2
A,ix,iy均满足要求,无需验算。
Ab杆需要的截面回转半径为:
可选2704
供给A25.57cm211.14cm20.576cm2
对X轴:
lox-2100194.62
ix2.18
此截面为B类截面,查表知0.195
N12.37100022
56.67N/mmf215N/mm,A0.19511.14100
可。
(同理,可得对Y轴:
仏32100135.12
ix3.14
此截面为B类截面,查表知0.365
12.371000
0.36511.14100
6.5解:
以实轴为X轴,虚轴为丫轴,则有:
此工字钢截面对x轴屈曲为B类截面,对y轴屈曲为C类截面。
查表
知:
解得:
NK1699.3KN
6.6解:
此工字钢对x轴屈曲为b类截面,对丫轴屈曲为c类截面
(1)试取xy60
查附表1.20可知:
需要翼缘板宽度:
b上27.78cm
0.24
需要腹板宽度:
h丄31.01cm
0.43
3
需要截面面积:
A—214410102140.65cm2
minf0.709215
试选截面:
216280Af89.6cm2
(2)试取Xy50
查表知:
X0.856y0.775
twA2bt9mm,取tw10mmhw
(3)40略
经比较,方案二较为合理,采用第二个方案
截面尺寸:
214340
查表知:
x0.874,y0.788
(4)验算整体稳定:
(5)验算局部稳定:
(6)强度不需验算
6.7解:
2
l0xl0y7m,f215N/mm
(2)对截面实轴的稳定性选用分肢的截面
假设x60,贝y0.807
需要分肢截面面积:
A
N
402010322
10115.8cm
2f
20.807215
需要回转半径:
ix虫
700
11.67cm
x
60
根据A,ix选择150a:
A119.304cm2,ix19.7cm11.67cm说明所选过
大。
假设x40,x0.899
选用工字钢145a:
A102.446cm2ix17.7cmi12.89cmtw1.15cm
I1855cm4此处A略小于需要的,ix略大于需要的,工字钢I45a可能是合适的截面。
(3)由等稳定原则确定两工字钢中心线距b
对x轴和y轴屈曲时均为b类截面,等稳定原则要求
取1min40,0.5x19.77
所以1f篦S
解出:
b40.43cm取整数b41cm
(4)截面验算:
1)长细比1a19.72i1
2)构件的稳定验算
由x39.55得到0.901
在允许范围之内,可以
3)分肢验算:
40
119.72,可
0.5max39.14,39.5519.77
(5)缀板连接及验算
1)确定缀板尺寸
分肢轴线距b°410mm
缀板高度db2〜1b0273.3~410mm
3
采用db400mm(尽量取大的,使角焊缝不容易达到强度设计值)
缀板厚度tbb08.2~10.25mm
5040
采用tb10mm
缀板中心距a1ad0570400970mm
缀板长度bbb0150230320mm
其中150mm为工字钢的翼缘长度.
采用缀板的尺寸为:
10320400
2)缀板内力几角焊缝连接计算:
柱中剪力:
VAf■'fy2102.4461°221551.83kN
85N23585
每个缀板平面分担的剪力:
VV25.9kN
2
缀板的内力:
T如25.997061.3kN
b0410
其中18mm为工字钢45a的翼缘平均厚度.
取hf8mm
角焊缝长度:
lwdb400mm
f2/2
f2I8416222L
f取1.22..-f827.3774.21N/mm160N/mm,可
f■.ff.1.2
3)缀板刚度验算:
两缀板惯性距lb2tdb2丄140310666.7cm41212
及线刚度丄l066^260.16cm3
bo41
分肢工字钢I1855cm4
线刚度118558.81cm3
a197
线刚度比lb112601629.56,可。
bo/a18.81
6.8解:
(1)由等稳定原则确定工字钢轴线间距b
米用1505查表A4.8cm2imin0.98cm
解出:
b44.16cm取b45cm
(2)截面验算40
由x39.55得x0.901
在允许范围之内,可
(3)验算局部稳定
为保证斜缀条与分肢轴线夹角为45左右,采用a
a
i1
40
2.89
13.840.7max0y,
0.739.5527.69
400mm
可
(4)缀条稳定验算
两工字钢腹板内侧间距bbtw45011.5438.5mm
缀条长度ldb:
a2..438.524002593.5mm
缀条内力Nd
V2
sin
V2
b°ld
51.832
438.5593.5
35.08kN
查表得d0.862
单面连接等边角钢强度设计值折减系数
稳定验算:
7.1解:
查表得槽钢36a:
Wx660cm3Wymin63.5cm3Wymax186cm3
(1)抗弯强度
初判断点1为最先达到强度最大值的点,Wy1Wy4Wymin
(2)剪切强度
查表得:
槽钢36a:
Ix11900cm4Iy455cm4Sx389.9cm3tw9mm
(3)挠度由两个方向合成
总挠度vv;v:
40.42mm
7.3解:
l6mI56a
查表1.10可以得到
(1)Q235,上翼缘承受满跨均布荷载,跨度中间无侧向支承点
丄36.113需要验算整体稳定性b0.590.6b
(2)Q345钢,丄36.110.5需要验算整体稳定性,
b
235
b0.590.40.6
345
(3)Q345钢,集中荷载作用于跨中的下翼缘,跨中有一侧向支
承点,则自由长度l13m
235
b2.2对于Q345钢b2.2一1.50.6
345
(4)Q345,钢集中荷载作用于跨中的下翼缘,无侧向支承点
b1.2对于Q345钢b1.2空0.8170.6
345
7.5解:
规范规定轧制普通槽钢简支梁的整体稳定性系数
按照公式(7.32)整体稳定性要求验算此槽钢梁的整体稳定性
不满足整体稳定要求
采取措施:
在跨中加侧向支承
,可
7.7
解:
(1)荷载和内力
荷载标准值qk
qGk
qQka3
63.6
32.4kN/m
何载设计值q
1.2qGk
1.3qQka
1.23
1.363.641.04kN/m
最大弯距标准值
Mxk
1.21qj
88
32.4
82259.2kNm
最大弯距设计值
Mx
1.21
qI
88
41.04
82328.32kNm
(2)
试选截面
最大弯矩设计值1.02Mxk。
次梁上铺设钢筋混凝土预制楼板,楼板与次梁的上翼缘牢固相连,故对次梁不必计算整体稳定性。
由抗弯强度确定需要的截面模量为
由均布荷载下简支梁的挠度条件确定所需要的惯性矩
按需要的Wx和lx查附表2.4,得最轻的热轧普通工字钢为145b
Wx1500cm3lx33800cm4tw13.5mmt18mm16mm取
f205N/mm2
自重:
g187.485kg/m9.81N/kg0.858kN/m
(3)截面验算
弯距设计值Mx珈32
1.20.85882336.56kNm
266.06kNm
弯矩标准值Mxk259-210.85882
丄41.041.20.8588168.28kN
2
抗弯强度:
Mx336.6106
xWk1.051500103
2
213.7N/mmi
2
205N/mm
5%以内,符合要求。
可。
7.9解:
楼盖自重标准值qGk3.0kN/m2
可变荷载标准值qQk6.0kN/m2
荷载和内力:
荷载标准值qkqGkqQka363.632.4kN/m
荷载设计值
次梁梁端剪力设计值V[q1.2gil-41.041.20.8588168.28kN
22
(1)截面尺寸的选定
1)腹板截面
主梁受到次梁传递过来的的荷载为集中力P
弯矩Mx1.02Pa1.02336.563.61235.85kNm
1.02为主梁自重引起的弯矩增大系数
假设翼缘板厚t16mm,则取f215N/mm2
截面塑性发展系数x1.05
梁的经济高度he73W30735474.423093.37cm
由附表1.7得L吐十,n400
hminL108072.92cm,梁最大高度没有要求。
14.8114.81
采用腹板高度hw950mm考虑翼缘厚度后梁高h满足hhmin
腹板厚度:
1.tw2Jhw8.81mm
7
2.tw70.003hw9.85mm
宜取为2mm的整数倍,故取tw10mm
腹板截面:
10950
2)翼缘截面
由(7.57)式得单个翼缘所需截面
l1a360016时,可不计算梁的整体稳定性。
bbb
b2623526时,翼缘不会局部失稳。
t■,fy
b宜在1〜丄内
h
62.5
b
260
280
300
320
t
16.07
14.93
13.93
13.06
t取16
16
14
14
A
41.6
44.8
42
44.8
l1
b
13.8
11.25
bt
22.86
3)
综上采用翼缘截面:
216280
所以,梁截面为
:
110
2
95095cm
(2)强度、整体稳定、折算应力
梁自重g01.2184.61047.859.811.706kN/m
1)抗弯强度
2)抗剪强度
3)同位连接不需验算腹板计算高度边缘的局部承压强度
4)整体稳定性:
上a360012.816,可不验算。
bb280
5)折算应力
次梁作用点处的主梁截面,该截面处的弯矩和剪力分别为
验算该截面腹板顶端0点处的折算应力
6)挠度验算
综上可知所选板梁截面合适。
(3)翼缘截面改变及改变后折算应力验算
1)试改变截面
在x才1帥处改变翼缘宽度,此时弯矩设计值
用此改变截面方法。
2)取改变后翼缘宽b1-160mm得实际改变点位置&
6
改变后截面110950
改变截面后板梁截面积
216160
Af1161.62951146.2cm2
改变截面段内梁自重g011.2146.21047.859.811.35kN/m
改变截面后截面能抵抗的弯矩
又因M11ggLx1g°x2Px,将M1值代入
22
解得x2.55m
构造要求由b过渡到bi需做成不大于1:
2.5的斜坡,故
3)截面改变后折算应力截面改变处的腹板顶端的正应力考虑截面改变引起的自重改变对截面改变处剪力的影响截面改变处腹板和翼缘连接处的折算应力
(4)挠度验算由前面可知,未改变截面时相对挠度为
截面改变引起的挠度增大系数
(7.61)
截面改变后相对挠度
L
(5)翼缘焊缝的计算
因在第(6)步中将设置横向加劲肋以传递集中力P,故在
1.4hflx
式中取F为零,则(7.61)式简化为丄VS1f;
梁端截面:
截面改变引起自重变化使梁端剪力Vmax变小,偏于安全考虑,仍
取Vmax345.77kN,Sx11216cm3,I対190902.81cm4
翼缘改变处截面:
V1342.33kN,Sx3291.965cm3,lx280493.98cm4
构造要求:
最后取hf6mm
(6)中间加劲肋的布置以及截面尺寸的选定
1)加劲肋布置
按照构造要求设置加劲肋
间距要求475mm0.5h0a'2h01900mm
考虑到集中力作用点位置,取a'1800mm
2)局部稳定验算
受压翼缘未受扭转约束
区格1
区格1和区格2交界处左边的剪力
由局部稳定验算条件(7.81)
2222
0.2251,可
__77.0936.27
crcrc,cr215116.74
区格2
a2a'3600mm处弯矩
112
M2qg°La-g0aPa
11.7063.62336.563.6
2
区格2和区格3交界处(集中力
P作用点)左边的剪力
crcr
2
00.6281,可
22
c156.9235.99
c,cr215116.74
区格3
区格2和区格
3交界处(集中力P作用点)右边的剪力
2
000.921可
209.16
215
crcrc,cr
3)加劲肋的尺寸选定
由(7.88)式
考虑加劲肋与改变后的截面翼缘平齐,取
ts
75mm
6mm
(7)端部支承加劲肋(突缘式)计算
1)支承加劲肋截面尺寸
由附表1.1得G325N/mm2
Acebsts
为保证梁在支座处有较强刚度,取支承加劲肋厚度与翼缘板厚度
相同ts16mm,加劲肋端面刨平顶紧,突缘伸出板梁下翼缘底面
长度取20mm,满足20mm2ts
故支承加劲肋截面取16160
2)支承加劲肋在腹板平面外的稳定
C类截面,查表得0.929
3)与腹板的角焊缝连接
横向加劲肋与腹板的角焊缝连接
hs15tw1.5.104.74mm,取hS5mm
由附表1.2得ffw160N/mm2
按照构造要求hsmin1.5.ts1.5166mm
最后取hs6mm
8.1解:
2
136a:
h360mmb136mmtw10mmt15.8mmA76.48cm
Wx875cm3lx15800cm4ix14.4cmIy552cm4iy2.69cm
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机构 设计 原理 夏志斌 课后 习题 答案