钢结构基本原理试题参考答案08

1、钢结构基本原理试题（A）参考答案（08级） 一、简答题： 40% （每题 10 分） 1 钢结构对钢材性能有哪些要求？在南方地区和寒冷地区建造厂房对钢材性能的要求有 何不同？ 答：钢结构对钢材的性能有如下要求： （1）较高的强度，即抗拉强度f u和屈报点f y都较高； （2）足够的变形能力，即塑性和韧性都较好； （ 3）良好的加工性能，即适合冷、热加工，同时具有可焊性。 也就是钢材要有较好的：强度、塑性、韧性和冷弯性能。 在寒冷地区， 要求所用钢材具有较好的抗低温冷脆能力， 这是与南方地区用钢要 求不同之处。 2 什么是钢材的疲劳？影响疲劳强度的因素有哪些？提高钢材的强度等级可否提高疲劳 强度

2、？为什么？ 答：钢材在循环荷载作用下， 当荷载循环次数达到某一定值时， 钢材发生破坏的 现象，称为钢材的疲劳破坏。 疲劳强度与构造状况 （包括应力集中程度和残余应 力）、作用的应力幅及循环次数等有关。提高钢材的强度等级并不能提高其疲劳 强度，因疲劳破坏时，应力值都小于材料的屈服应力。 3 高强度螺栓摩擦型连接与承压型连接的受力特点有何不同？如何确定它们单个受拉和 受剪的承载力设计值？ 答：高强度螺栓摩擦型连接与承压型连接的抗剪传力是规定不同： 摩擦型是以摩 擦力传递荷载， 而承压型的传力以普通螺栓相同， 以栓杆抗剪和杆壁承压传递荷 载。单个高强度螺栓，不论摩擦型还是承压型，其抗拉承载力相同，以

3、预拉力的 0.8 倍来确定；摩擦型螺栓抗剪承载力是以极限摩擦阻力来确定，承压型抗剪承 载力是以栓杆被剪断或杆壁被压坏来确定。 4 格构式压弯构件，当绕虚轴弯曲时，如何保证其弯矩作用平面外的稳定？ 答：格构式压弯构件， 当绕虚轴弯曲时， 其弯矩作用平面外的稳定由组成构件的 两个分肢的轴压稳定来保证。 .、计算题：60% 1 如图所示的连接节点，斜杆由两等边角钢组成，承受的静力轴向拉力设计值N=400KN， 斜杆通过T形连接板与柱相连接，钢材为Q235B，手工焊，焊条为E43型；柱与连接 板采用普通螺栓连接，螺栓的性能等级为4.6级M22。 要求：（1）计算斜杆与节点板连接所需的焊缝长度；（2）验

4、算连接板与柱连接的螺栓 群是否满足要求。（20分） 端板厚18mm 0 T 0 0 5 连接板厚14mm 2L100X10 14 20 18 -J N=400kN 解：（1）焊缝计算, 肢背侧焊缝长度 在角钢端部按绕角施焊考虑, KjN 1 w1 0.7X6X2X160 + 6=040003 +6=214.3mm，取 220mm 0.76咒2咒160 肢尖侧焊缝长度 lw2 = K2N 0.7X6X2X160 3 0 3X 400X 103 + 6 = 0.3 400 lu +6= 95.3mm，取 100mm 0.7咒6咒2咒160 螺栓计算，螺栓群受力有 J400 = 320kN, V =

5、 r 400 = 240kN J32 +42J32 +42 计算单个螺栓的抗拉和抗剪承载力 Nb nv 2 =22 沖0 =52.22kN Nb 2 59.65 70 =51.66kN 单个螺栓受力 Nt =320/8 =40kN,Nv =240/8 = 30kN 螺栓强度验算 丿In；丿彳儀51.66丿 2 h4= 0.964 c 1，强度满足! 2.一简支梁受力及支承如图所示，荷载标准值P =180KN,分项系数1.4,不计自重，Q235 钢, fy =235N/mm2，要求：（20 分） (1) 验算钢梁的强度。 如不需验算该梁的整体稳定，问需设几道侧向支承? =1 H 解：（1）验算梁

6、的强度 计算梁截面几何参数 lx = (2008163 -194X8003 )=778.3x106mm4 12 Wx旦 h = 2583106 =1.907606mm3 816 计算梁跨中弯矩设计值 1 M = PI 4 强度验算 =1 X180X1.4X6 =378kN.m 4 M c = LWx =3780 6 =198.9N/mm2 1.omo6 f =215N/mm2，强度满足! （2）支承设置 按钢规规定，工字型梁跨中有侧向支承点时, Ijd 兰 16= li 16d =16X200 = 3200mm， 取 1 3000mm V 3200mm 可在二分点处设置侧向支撑，即跨中和支座处

7、的上翼缘设置侧向支承点。 3 .试验算如图所示的焊接工字形截面柱的整体稳定性。翼缘为焰切边，轴心压力设计值 N=4000kN，柱的计算长度lox=6m , loy=3m，钢材Q235B，截面无削弱。（20分） -iZiriSO 解：计算柱的截面参数 A = 2 X 20 X 450 +12 X 480 = 23760mm2 Ix =2x20 x450 x2502 +12x480712 =1235.592x106 mm4 ly =2x20 x4503/12 =303.75x106mm4 ix = Jlx/A =1235.592咒106/23760 = 228mm, i y = Jly/A= J

8、303750000 23769 = 113mm 兀x =l0 x/ix =6000228 =26.3 爲=l0y/i y = 3000113 = 26.5 翼缘考虑为焰切边 % My =0.948 4000 03 整体稳定验算 N =4000_10=177.6 N/mm2 H - 1 、 1 -10f= -承托板 连接板厚14mm / 0 0 0 0 0 1 N=500kN 1.如图所示的连接节点，承受的静力轴向拉力设计值N=500KN，钢材为 Q235B，手工 焊，焊条为E43型；柱与连接板采用普通螺栓连接，螺栓的性能等级为4.6级M22。 假设剪力由支托承担。 要求：(1)验算端板与节点板

9、连接的焊缝；(2)验算端板与柱连接的螺栓群是否满足要求； (3)计算支托所需的焊缝长度。(20分) 解：(1 )端板与节点板焊缝受力 J32 +42 =400kN ,V = 严500 = 300kN 734 V 焊缝应力计算 400天 103 0.7h Iw 0.7x8x2x(400-16) =亦 300 X103 0.7hf5： Iw -0.7x8x2x(400-16) = 70N/mm 焊缝强度强度验算 Jbf/Pf y +(Tf 2 = J(93/1.22 f +702 =103.5N/mm2，强度满足! (2 )端板与柱螺栓只考虑承受轴力，剪力由支托承担，螺栓受力 N = J500 =

10、 400kN 73 单个螺栓抗拉承载力 Ntb= 兀 x19.652x170 = 51.66kN 螺栓抗拉强度验算 N 400b Nt = =50kN c Ntb n 8 (3)支托焊缝受力 = 51.66kN，强度满足! 啤=300kN U32 +42 支托焊缝所需长度 Iw -0.7hf nf f, + 2hf 300X103 0.仞“160 +2053.9mm，取 160mm 2 .图示简支梁，钢材 Q235B，梁上翼缘跨中作用一集中荷载P (包括自重)设计值为 250kN，梁的跨度为6m。试验算：(1)截面强度；(2)构件的刚度；(3)构件的整体稳定。 (4)构件的局部稳定。(25分)

11、 解：梁截面几何参数 2 1 1 -8x500 -10 x150 -10 x150 A = 2x10 x150 +8500 = 7000mm lx =2x10 x150 x2552 +8x5003/12 =278.41x106 Wx =2lx/h =1.07x106mm3 ly =2咒10 咒 150712 =5.625x106mm4 iX = Ji X /A = J278.41 X106/7000 = 199.4mm i y = J| y/A = J5625OO07000 = 28.3mm 兀X = lox/ix =600Q199.4 =30.1 4 mm Ay = 10y/iy =6000

12、/28.3 = 212 (1)强度验算 M250X6X106 c = YxWx1.05心1.07咒106 =333.8 N/mm2 f =215N/mm2，抗弯强度不满足! 席31.3曲 Af c fv =125N/mm2，抗剪强度满足! (2 )刚度验算 PI3250咒630| v =9= 15mm = 15mm，刚度满足! 48EIx48咒 206咒 278.41 咒109 X 1.3400 (3)整体稳定验算 2一? =0.86864320200520 r 爲 Wx I4.4h丿2122 1.07X106 V 4320 Ah z -, 51 (2120、CC I = 0.387 14.5

13、20； 250咒6咒106 JM bWx 0.387咒 4 咒 1.07 咒 106 = 905.7N/mm2 f =215N/mm2，整体稳定不满足! (4)局部稳定验算 翼板 b,/t =71/10 =7.1 满足! 腹板 h0/tw =500/8 =62.5 C 80，满足! 3图示一轴心受压缀条拄，两端铰接，柱高为7m，承受轴心力设计荷载值N=1500kN （包括柱自重），钢材为 Q235。已知截面采用228a，单个槽钢的几何性质：A =40cm2; iy=10 . 9cm, ixi=2. 33cm, lxi=218cm4,y0=2. 1cm,缀条采用 L45x5，每个角钢的 截面积：

14、Al=4 . 29cm2;试验算该柱的整体稳定及单肢稳定是否满足要求？ 21 26U 解: 计算柱截面几何参数 lx =2咒(4000咒1092 + 2.18X106 )= 99.4 f =215N/mm2，整体稳定不满足! 单肢稳定验算 4 = l x1 /i 刘=218/23.3 = 9.4 14 4rr 18 20 解：（1）焊缝计算, 肢背侧焊缝长度 在角钢端部按绕角施焊考虑, KjN lw1 0.7X6X2X160 + 6 = a740010+6 =214.3mm，取 220mm 0.7x6x2x160 肢尖侧焊缝长度 lw2 = 3 0 3x 400X 10 + 6= + 6= 9

15、5.3mm，取 100mm 0.7 X6X 2X1600.7X6X2X160 K2N 螺栓计算，螺栓群受力有 J400 = 320kN, V = J400 = 240kN 计算单个螺栓的抗拉和抗剪承载力 M b Nv =nv 叱 2 fvb _ 兀 X 22140 = 52.22kN Nb e2ftb 2 兀 X19.65 X170 = 51.66kN 单个螺栓受力 Nt =320/8 =40kN,Nv =240/8 = 30kN 螺栓强度验算 In / INv b v丿 a2十 152.22 丿151.66 丿 丄2】=0.964 M80 x4062 +10 x8003/12 =1138.7

16、6天 106 Wx =2lx/h =2.764x106mm3 ly =2x12x1803/12 =11.664x106mm4 ix = Jix/A =j1138.76x106 /12320 = 304mm iy = Jl y/A = J11664000/12320 = 30.77mm 兀x =l0 x/ix =6000/304=19.74 対=l0y/iy = 600030.77 = 195 (1)强度验算 M C = =a YxWx1.05 心 2.764 咒106 250X6X106 = 129.2N/mm2 f =215N/mm2，抗弯强度满足! 丄=輕=15.6亦口2 10 x800

17、Af v fv =125N/mm2，抗剪强度满足! (2 )刚度验算 PI3250咒63012I V =9= 3.7mm = 15mm，刚度满足! 48Elx 48咒206咒1138.76咒109.3400 (3)整体稳定验算 z -丄 St1 4320 Ah 爲WxH f =0.8174警竺響帀巧 = 0.406 I4.4h 丿1952 2.764X106 V 14.恥824丿 2506咒106 JM bWx0.406咒 4 咒 2.764咒 106 =334.2N/mm2f =215N/mm2，整体稳定不满足! (4)局部稳定验算 翼板 b,/t =85/12 =7.1 V13 满足! 腹板rn/tw =800/10=80，满足！因有集中荷载，可在此设置一道支承加劲肋! 3图示一轴心受压缀条拄，两端铰接，柱高为7m，承受轴心力设计荷载值 （包括柱自重），钢材为 Q235。已知截面采用228a，单个槽钢的几何性质：