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：1.B 2.C 3.C 4.A 5.D 6.A 7.B 8.A 9.B 10.B二、填空题：1.螺栓群形心轴 设计 角钢 沸腾钢 5.冲击韧性A值或冲击韧性值或A值KV KV15/fy6.H 15/fy三、简述题：X－轴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N fA

[]2.（1）强度验算整体稳定验算b

n （2）刚度验算 maxN Amin235fy235235fy235fy

1(100.1t

)max

0(250.5tw

)max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。选择屈服点作为结构钢材设计强度标准值是因为：避免发生破坏；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，且抗拉强度与屈服点之比0.2%所对应的应力作为屈服点。四、计算题：1.解：（1）查表可知：v0.45 P=125KN Nb0.910.4512550.625KNvl 150mm＜15d1

1522330mm 1.01

NFx

30 3KN VFy

60sin3030KNT75Fx

180Fy

9.297106N.mmN 30 3

V 30NN 7.5 1x n 4

NV 7.5KN1y n 4x2i

yi

45024752

32500mm29.29710675 9.29710650NT 2.145104N NT 1.43104N1x螺栓所受合力螺栓所受合力7.5 31032.14510427.51031.431042

32500

1y 32500N 140.76KN＜N

b50.625KNvk2.解：（1）荷载计算标准值：q 300034500322500Nmkd设计值：q 300031.2450031.429700Nmd1 1M内力计算：查表：

max

q8

l229700628

133.65KNA=67.05cm2 Ix=11076cm4 Wx=692.2cm3 rx=1.05 F=215N/mm2 验算：M 133.65106x 强度：①抗弯强度：rW 1.05692.2103183.89N215Nmm2x 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：5ql4 52250065ql4 5225006410210816.64mm l 6000 ＜ 84 EI 384 2061031107610 250 2503

24mm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：（1）截面几何特性：A183603002012480mm2

1.83108W 1.68106mm31x 10921.83108W 6.75105mm3 i2x 271

4.52107124801.83104.52107124801.8310812480y荷载计算：NF900KN M 9001031501.35108N.mm1M 9001031009107N.mm2

800065.9l 8mox

x 121.4 0.65

9107

0.883查b类

0.775x

mx 1.35108r 1.05 rx

1.2b 300181

按塑性设计（ t 220 ）22.0610512480N 53.06105NEx对受压侧：

1.165.92rW 0.8NNrW 0.8NN)mx xAx 1x Ex 900103 0.7751248093.178.2

0.8831.3510891051.051.681060.8 )53.06105171.3N205Nmm2对受拉侧：NANA MrW 1.25NN1)mx xx2 2x Ex910512480 0.8831.35910512480

91051.26.751051.25 )53.0610572.1186.7711.67Nm＜f205Nm23l 8m oy y

800060.18

132.9查b类

y

0.650.35tx

91071.35108

0.883f235y 1f235yb y10.0022132.90.708N M tx xA Wy b 1x 9105 10.8831.351080.37412480 0.7081.68106192.82100.23293.05Nmm2＞f205Nmm2作业二一、单项选择题：1.C 2.A 3.B 4.A 5.D 6.B 7.A 8.D 9.B 10.C二、填空题：承载能力极限状态正常使用极限状态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塑性破坏脆性破坏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）应力循环次数屈服点抗拉强度伸长率冲击韧性冷弯性能焊接连接铆钉连接螺栓连接 8.8hf

40mm60hf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螺栓材质螺栓有效面积 轴三、简述题：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。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。4四、计算题：（）确定对接焊缝计算截面的几何特性计算中和轴的位置（对水平焊缝的形心位置取矩）(301)115.5y 0.59.9cm ya (301(201

319.9焊缝计算截面的几何特性1I 1(301)3(3016.12(2019.424790cm4w 12全部焊缝计算截面的抵抗矩I 4790 I 4790Wa w 484cm3 Wb w 227cm3w y 9.9a

w y 21.1b腹板焊缝计算截面的面积（2）验算焊缝强度

Aw(301)129cm2wM 22020104 90.9N/mm2

w185N/mm2(满足）1）a2）b

a Ww

484103 fM 22020104 193.8N/mm2

fw

185N/mm2(满足）b Ww

227103 fF 220103 75.9N/mm2折算应力

Awwd2

291022232193.82375.92

234.2N/mm21.1

w236.5N/mm2cNb n fb 2 202130 103 81.7kN解： v v 4 v 4 Nb d tfb 2018305 10ccc

109 .8kNNb 81.7KNminn

7.3KN[Nb]

min

81.7

取8个排列中距

64.5 2d 43.00 取80 端距 0 取501.5d 32.25边距 0 取40净截面验算

II An

(160221.5)182106mm25N

600103

285MPanA 2106 >215MPan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12mm厚钢板，被连接板应采用25mm钢板。l25038010 690mm拼接板长

A2(20500)500824000mm21I x 12

8500322050026021435106mm4IxA1435IxA143510624000i 245mm 39.2x x ix1

245I 2 205003416.7106mm4y 12IyAi IyAy

132mm 416.7106416.710624000y

132

72.7 0.7390.7(0.7390.732)0.734y 1NAf0.734240002153787440N3787.44kN作业三一、填空题：抗拉强度fu伸长率δ10或δ5屈服点fy180ºak0.8硫(S)和(O)(P)和(N) 3.fv=0.58fy 屈服强度半镇定沸腾钢5.弯曲弯扭扭转弯曲 通过分肢腹板的主轴通过分肢缀件的主轴7.低 8.8hf和40mm2d0 不影响降低降低降低10.材料强度和螺栓的有效截面面积 孔壁承压和栓杆抗剪摩擦力二、简述题：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。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。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（对非焊接结构）以及应力循环次数。6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，对静力强度无影响；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焊顺序。2用自动焊或半自动焊，手工焊时避免仰焊。三、计算题：（）确定对接焊缝计算截面的几何特性计算中和轴的位置（对水平焊缝的形心位置取矩）(30115.5y 0.59.9cm ya (301(201

319.9焊缝计算截面的几何特性1I 1(301)3(3016.12(2019.424790cm4w 12全部焊缝计算截面的抵抗矩I 4790 I 4790Waw 484cm3 Wbw 227cm3w y 9.9a

w y 21.1b腹板焊缝计算截面的面积（2）验算焊缝强度

Aw(301)129cm2wM 22020104 90.9N/mm2

fw

185N/mm2(满足）1）a2）b

a Ww

484103 fM 22020104 193.8N/mm2

fw

185N/mm2(满足）b Ww

227103 f