结构设计原理(钢结构)作业

1、本学期的第4 次作业二、主观题（ 共 13 道小题 ）10. 极限状态法按预定功能划分为哪几种极限状态？答：极限状态法按预定功能划分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。11. 钢管混凝土中，为什么混凝土的强度能提高？答：因为在较高应力状态下，混凝土的泊松比大于钢材泊松比，这样钢管对其内的混凝土形成横向“套箍作用”。12. 为什么以钢材的屈服强度作为静力强度设计指标？答： （ 1）有强化阶段作为安全储备；（ 2）不致产生工程中不允许的过大变形；（ 3）实测值较为可靠；（ 4）可以近似沿用虎克定律。13. 为什么伸长率试验时要规定标距长度？答：因为不同标距的试件测出的伸长率大小不同。14. 防止

2、脆性断裂的措施有哪些？答：（ 1）采用性能较好的钢材；（ 2）减少应力集中程度；（ 3）采用较薄厚度的钢板组成构件。15. 什么叫钢材的硬化？答： 钢材因加工等原因使其强度提高，塑性降低的现象。16.应力集中如何影响钢材的性能?答:17.什么叫钢材的塑性破坏?应力集中会导致三向同号受力，与单向受力相比，三向同好受力更容易发生脆性断裂。答:18.影响钢材疲劳破坏的主要因素有哪些?答:(1)钢材本身的质量;(2)应力集中程度;(3)应力比;(4)应力循环次数;(5)应力幅。19.钢板厚度如何影响钢材脆性断裂?钢材应力达到或超过其屈服强度，破坏前有明显变形给以预兆，破坏不突然。答：钢板厚度越大，因应

3、力集中引起（三向同号受力中）板厚方向的应力就越大，主剪应力就越小, 正应力就越有可能起控制作用，所以钢板越厚，越有可能发生度如何影响钢脆性断裂。20 .各级焊缝的实际强度与母材强度的相对大小关系如何？规范规定如何取值?答：各级焊缝的抗压强度没有明显差异，可抗拉、抗剪就不同了。试验表明一、二级焊缝的实际强 度高于母材强度，规范取母材强度；三级焊缝的拉、剪强度低于母材强度，规范专门规定了其取值。21 .某简支梁，钢材为Q235,跨度为/= 12 m,承受均布静力有载设计值g=69施工时氏腹板长度不够，需要在跨度方向离左支座3.5 m处设对接焊缝.焊缝辰量III级，手工焊. 焊条E43型，试哈算该对

4、接焊装是否满足招暧要求,已如夕=1&5 N mm：.尸=125 N(1)焊缝截面内力计算"答：五=1=1x69x12 = 414 吠支座反力; 22卡翦力：/ = 414-69x3.5 = 172.5雨.，Af =414*3,51x69x3.52 =1026.4fcV.加弯矩12+,<2)焊缝截面特性参数计算小I = - x8xl00(r+ 2x280x16x50 8? =2.978x10&?wm4惯性矩，12p面积矩：S =280x16x508 + 8x500x250 = 2276xl06 + 1.0xl0s=3.276xl0flWS = 280 X 16x5

5、08 = 2.276 xlO*ZMM(3)煌掠强度雅里，由于只要求对焊缝强度进行骁算，所以，无需计算栽而上下边缘的最大弯曲正应力。p焊缝最大弯曲正应力毒缘与盥板交界处)，暂av U6 4Mli 入 500172,3 1 mm2 <f - 185AT / ninr1 IJ2978 TO''*4J,</w = 125N /片而VS _ 172.5x103x3.276x1057J-2.978xlOsx8r =r-=23.7x = 16.52V/?;?jr1§3 J 76jof 十维；=4172于十3x16.52二 174,77V/mm2=1.1x185 = 20

6、4H/mmi22.下图所示为双角钢组成的T举截面釉心受拉构件与节点板采用则焊缝连接。角纲为2L110 X10,节啦板星变f =10 1皿1,纲材为QC3&E43型手工厚（ y； =160NWa只普力N660 kN, 孱缝正边尺寸 =8训（在最大最小理缝正边尺寸之间，试计算所需肢背、肢尖岸缝长度 如、4； d ，=U.典 LKJD2叶答：N、=k、N= 0.3 x 660 = 198ANC2）计算肢背、肢尖焊曼长度41 N462x10I . ="£/ + 2he 2+ 2hf F 2 x 8 = Zlmin2 f 2 4 f；/ 2x05x8x160, lv7 “、M

7、 » 198xlOJ 0 I. =-SZ + 2h/ >4- 2hf =+ 2x8 = 127m 用口 2 * f 2kJ； 2x0.7x8x160取 lwi=280miiLU2=l 30mm = # 焊缝长叟满足最大最小长度要求，验算从略,口本学期的第5 次作业一、主观题（ 共 22 道小题 ）1. 焊缝质量控制分为哪几级？答： 一、二及三级焊缝质量控制。2. 对接焊缝不需要进行强度计算的情况有哪些？答： （ 1） 同时满足：保证焊缝质量（焊缝为一、二级） ； 采用引弧板（保证焊缝的有效截面）（ 2）采用斜焊缝，且焊缝的长度方向与受力方向的夹角的正切小于等于1.5 。3. 为

8、什么要规定角焊缝焊脚尺寸最大值和最小值？答： 焊脚尺寸过小，施焊时冷却速度过快而产生淬硬组织；焊脚尺寸过，会使母材形成“过烧”现象。4. 为什么要规定侧面角焊缝的最大长度和最小长度？其值为多少？答： （ 1）侧焊缝长度过小，焊件局部加热严重，且起落弧应力集中相互影响。所以，规范规定侧焊缝长度不小于8hf和40mm （2）侧面角焊缝的长度过长，焊缝有效截面上剪应力沿其长度方向的应力分布严重不均匀，规范规定，侧焊缝长度不超过60hf,如超过，超过部分不计算其承载力c5. 焊接残余应力对结构性能有何影响？答： 焊接残余应力对钢构件的静力强度无影响；焊接残余应力对钢结构的疲劳、刚度、稳定等其他方面都不

9、利。6. 为什么摩擦型高强度螺栓连接时因螺栓孔对强度承载力的削弱比其他栓钉连接时小？答： 因为栓孔圆心截面已通过摩擦力将部分力传递走了。7. 提高轴心受压构件整体稳定性的措施有哪些？答：（1）采用宽展的截面以增加惯性矩；（2）增加约束以减少计算长度。8. 为什么轴心受压构件的柱子曲线有多条？答：因为考虑了残余应力的影响。9. 提高钢材强度等级是否能明显提高轴心受压构件的整体稳定性？为什么？答：不能明显提高。简单从整体稳定计算公式来看，似乎整体稳定与钢材强度设计值f成正比，但稳定系数巾却随钢材强度等级的提高而降低。10. 宽厚比限制值的确定原则是什么？答：（1）等稳定原则（对“细长柱”，局部稳定

10、临界应力不低于整体稳定临界应力）；（2）局部稳定临界应力足够大（对“粗短柱”，局部稳定临界应力不低于 0.95倍钢材屈服强度。11. 宽大截面腹板局部稳定有哪几种处理方法？答：（1）增加腹板厚度使其满足宽厚比的限制要求;（2）设置纵向加劲肋；12.答:双肢轴心受压构件设计时，如何确定分肢之间的距离?（3）任其局部失稳。根据需虚轴与绕实轴等稳定原则确一定分肢之间的距离丁.一.一'.因为稳定系数是按弹住计算的，当%时,说明钢梁在弹塑性阶段整体关稳所以要用总13 .- -答：14 .在钢梁局部稳定中，为什么翼缘是限制宽厚比，而腹板通常是设置加劲肋？答：翼缘主要抵抗弯矩产生的应力， 从提高抗弯

11、来看，愿意增加翼缘厚度使其满足宽厚比限制要求；对腹板，它主要抵抗剪力产生的剪应力，它一般不起控制作用，另一方面， 腹板高度对抗弯至为重 要，换句话说，腹板高而薄，以增加板厚来保证其局部稳定不经济，通常是设置加劲肋min1510)= 2800加加0.7x10x(220各内力产生的应力计篁<1<50下图所示一牛腿钢板两边丹南焊健与纲柱连接，其尺寸如图所示,钢材为Q235,手工焊(4)计算该连接就承受的最大静力荷载i殳计值皿 由角焊缝基本计算公式，有/解之得JIW16札7器力魄16O7MP故计算该连接能承受的最大静力荷载设计值N=16瓦TkN内力计算一界雏所受内力有N、M=N-100H*

12、(2)焊缝有效截面参麴计算口mm.试计簟该连接能承受E43焊条(£ =160MPa)，焊脚尺寸飞 的最大静力荷载设计值？卞100Ar93.3x10'16.一连接构造图如下图所示。两块4板用三级对接焊缝：已知£=185N/nim，£ = 125 N/mmD与立柱焊接，2板与力板用8个直径为d=22 mm预拉力产=190 kN的摩擦型 高强度螺栓避接二构件材料为Q235。试讦算焊缝连接所能承受荷载设计HF二：提示.由于 只要求计算津缝连接的承戴力设计值，螺栓连接的情况不管）”（D对接焊维所受内力，翦力I=F?弯矩出=25。尸a抗弯强度确定山Z=2x -xIOk

13、JSO5 -91.45xl0&mm412解:£7,L工铲I和WlgJ?L45x10b斫以185x1,45x10i250x190= 556xl03 N = 356kN-ion = 2xlGxl?0x-361x10"2好一 361xl(rr W125lb = ?1.45xl0sx20所以FW125x91.45x10x20361X1O3= 633xl03 N=6J3kN最后得焊维连接的承载力设计值为F=356kX。21.验算下图所示角焊缝连接的强度“已知:静力荷载作用力设计值F=500kN©100皿hFlOrnrr,钢材为Q235.焊条为E43型./=160N/

14、"济广二， 某轴心受压柱，某计内丸g20Q0kN> h=6m（强轴）.N二3m （弱轴），钢材。345某知0H/皿n） 采用两块翼名彖板2C250X 12和一块腹板口25。/1。焊成工字形截面，截面无削弱.试验算 其强度和刚度（，口50）。J解:水平轴心力 H*eoe45:：353. 55kM看矩Mn1日二353. 55 乂 CL 1=35. 36kW.（2）各内力在焊缝截面最不利处产生应力计算.353.55X1O342x0.7x10x(400-2x10)353.55xlOJ不=66.46AfPa 脑5320o? = " = 66,46azp mA期_ CT，=郎*3

15、5.36X1O61 , 2x-x0,7xl0x(400-2xl0)35.36x10°=04.954"%336933（3）焊缝强度验算66.46 + 104.95+ 66.46, =15 工超的aM £x(25x 27.43 - 24.2 X253) = 11345。/=x (1,2x 253 x2 + 25 x O.83) =3126cm*?12=11.91ml /8011.91（2）强度验算因截面无削弱，所IX_ JV _ 2000 x 10 _ 2S0N/mm2 < f -（强度安全）A 80 x 100（3）刚度验算一Z = max（%4）= 50.4

16、 £同=150 （刚度通过）一一连接构造图如下图所示。两块幺板用三级对接焊与立柱焊接，E板与月板用8个直径 为d=2Z mm预拉力尸=190 kN的摩擦型高强度螺栓连接，庠擦系数为必=0.充，构件材料 为Q235,试计算螺栓连接所能承受荷载设计值氏（提示：由于只要求计算螺栓连接的承载 力设计值，焊缝连接的情况不管，扭矩作用F，最不利螺栓的受力计算公式为：, r*I 1 j（2）最不利一个螺栓所受剪力计栗解:汽工上工。,125。+v*) = 8x35:+4x(50:+130:) = E7 4001睥=士3+J；）吧"=。到5孔 87 400= 呼,二35x】55F =。qg

17、甲1- 2(彳+窘)S7 400网”=和星尸十。嵋十闻.尸=0296 9F ,（3）单个摩擦型高强度螺栓抗剪承载力设计值.阴=。外“ =0©=2,035父190 = 119-7由口根据X： "浮尸403二kN 已知一工于型钢梁132a（他二692皿,L/a二27.5加，腹板厚7 5rnm3承受静力何载】眼大弯矩 lL；130kN*m,最大剪力 V4=89kN. Q235 钢材（f=215Waj fv=125MPa）o 要求进行抗弯和抗 剪强度验算. 4（1）抗弯强度验'算*解:M 130x10IV 692 y 10= l$7S6N/flt#F M/ = 215_V/

18、用血(抗变强度满足).（2）抗剪强度验算VS89x10-bl b(J/S) 9.5x27.5x10=34.07 V? XHM"，,=1253，加刑*抗剪强度满足）已知某楼盖次粱140a（Q235B）,跨中承受集中静力荷毂设计值尸=160 kN,试进行各项强 度验算“集中荷载在跨度方向的分布长度为白=90 mm,计算跨度/=6 m*梁自重67一6 kg （已知 f = 215N mm-工.=125 N 21（1）基本数据淮爸40a: f=16.5 mm,% =f+r -16.5 + 12.5 =29 tnm. la = o+ % = 90 + 5x29=235 mm氏二万-2% = 4

19、00 - 2x 29 = 342 mm: y = h 12 - % =171 mm 3宿 自重设计值B:g = 1.2 工 67.6x9.8 xlOT =0.795 kN，m/支座反力（弱力）aJ =虎=二=图+1乂0.795乂6 = *2-4 kN.g 2 222跨中弯矩一i -1 af2 =824x-x0.755x6: =243 6 kN m.-2 82 3r = lF = 80kN，（2）跨中抗娈强度验算o = 此 ="6义1° rx 200 = 213.6N mm24/ = 215 N mm2-九% 1.05x21 720xl04（3）支座抗剪强度验算82.4x10sf 34.1x10x10.5X w= 23N/mm2<A =125N/mm2d（4）局部承压强度验算1x160x10210.5x235= 64.8 N/ =215 N/mm2 （5）折算应力验算口243.6 x10s八T,2=rxl/l = 191.8N21 720 xlO4由于型钢表中没有给出近似取0=