2023年西南交大钢结构A离线作业

2023—2023年第1学期

离线作业

科目:__________钢结构A_________

姓名：_______________XX_________

学号：______________XX___________

专业：土木工程（工民建）

西南交通大学远程与继续教育学院

直属学习中心

钢结构A1次作业（主观题）

四、主观题（共33道小题）

32.说明压弯构件整体稳定计算中pmax是什么系数，它的物理意义是什么？

答：压弯构件整体稳定计算中（3max是计算弯矩作用平面内稳定期的等效弯矩系数，它的物理意义是把

各种荷载作用的弯矩分布形式转化为均匀受弯来对待。

33.偏心受压柱的刚接柱脚传递哪些内力？

答：偏心受压柱的刚接柱脚传递轴力和弯矩

34.写出工字型截面压弯构件腹板高厚比应满足的公式

压弯构件腹板的宽厚比限值如下：。

当°工。0工1.树…

包<(16%+0.54+25)F

当1.6</<2.06^.

bW(48%+0.5A-26.2)伊

答:

35.写出实腹式压弯构件弯矩作用平面外的稳定计算公式

实腹式压弯构件弯矩作用平面外的稳定计算公式为:

检脸图示压弯构件的强度。受力：轴心力N=210kN,集中力F=3L2kN（以上均为静载设计值），材

4

料Q235AF,f=215Nmm〃构件为双角钢21140x90x8长边相连，截面积A=2xl8=36cm-,Ix=731cm,

ZoT5m,截面无削弱，不考虑自重，肢意％=13,联七4=1一20。〃

解：（1）.计算内力"

蜘次控制截面…

,F131.2x3”一

N=210kN,M———=-------=23.4kA'»r•ma

44

(2)一计算截面几何特征。

T731,

肢背：=—=---=162.44cm'。

M4.5

肢尖：%,=主=~31~=76.95cm3,

y214-4.5

(3).强度险算P

…匕NM210X10323.4x10£

肢背：%=—+-----=---------+--------------------

2sr

A/xXi36x101.05x162.44x10

=58.33+137.19=195.5ZV.min''<f=215Armin，

210xIO、_23.4xIO」

肢尖:%

36x10:1.2x76.95x10s

=|58.33-253.41|=195.08"/mm2<f=215"/丽J

强度满足要求。。

<4）.刚度蛤算

zCTJX=也=—=84.51<[2卜

皿z；35.5L」

刚度〉两足要求°J

答：

37.和其他材料的结构相比，钢结构有何特点？

答：1.材料强度高、重量轻

2.钢材材质均匀、可靠性高

3.钢材的塑性和韧性好

4.工业化限度高

5.钢材具有可焊接性

6.密封性好

7.耐热性较好、耐火性差

8.耐锈蚀性差

38.什么叫钢梁丧失整体稳定？

答：当弯矩增大使受压翼缘的最大弯曲压应力达成某一数值时，钢梁会在偶尔的很小的横向干扰力下忽

然向刚度较小的侧向发生弯曲,同时随着发生扭转；这时即使除去横向干扰力，侧向弯扭变形也不再消失，

如弯矩再稍增大，则弯扭变形随即迅速增大，从而使钢梁失去承载能力。这种因弯矩超过临界线值而使钢

梁从稳定平衡状态转变为不稳定平衡状态并发生侧向弯曲扭转的现象称为钢梁丧失整体稳定。

39.在钢梁设计中为什么只考虑截面部分发展塑性

答:在计算梁的抗弯强度时，不考虑截面塑性发展是浪费钢材的。但若按截面形成塑性较来设计则也许使梁

的挠度过大，受压翼缘过早失去局部稳定。因此，钢结构设计规范规定，在一定条件下有限地运用钢材的塑

性性能。

40.规范对焊接组合梁腹板加劲肋的布置有哪些规定？

答：

（1）当历履W80厚77时，对有局部压应力（。,力0）的梁，应按构造配置横向加劲肋；但对

无局部压应力（5=0）的梁，可不配置加劲肋。"

（2）当6&>80辟77时，应按计算配署横向加劲肋。其中，当如上>。0片豆7；（受压雪

缘扭转受到约束，如连有刚性铺板、制动板或焊有钢轨时）或历好150户近（受压翼缘扭转

未受到约束时）或按计算需要时，应在弯曲应力鼓入区搔的受压区增加配置纵向加劲肋。局部压应

力很大的梁，必要时尚宜在受压区配置短加劲肋。。

任何情况下如&均不应超过250必"。,

,（3）梁的支座处和上雪缘受有较大固定集中荷载处宜设鼓承加劲肋。，

41.梁的设计内容有哪些？

答：钢梁设计内容重要涉及强度、刚度、整体稳定和局部稳定四个方面。

钢结构A2次作业（主观题）

四、主观题（共10道小题）

32.影响梁弯扭屈曲临界弯矩的因素有哪些？

答:影响梁整体稳定的重要因素有：

（一）梁的截面形状和尺寸，即梁的侧向抗弯刚度Ely、抗扭刚度Git越大，临界弯矩Mer越大；A（二）荷

载的种类和荷载作用位置。荷载产生的弯矩图越饱满（接近纯弯曲时的弯矩图），临界弯矩Mer越小，纯

弯曲时的Mer越最小；荷载作用于下翼缘比作用于上翼缘梁的临界弯矩Mcr大；M三）梁受压翼缘的自由

长度11越大，临界弯矩Mcr越小。

33.某工作平台梁的次梁两端简支于主梁上，计算跨度6m,承受均布静力荷载标准值40kN/m,设计值51k

N/m（以上均涉及梁自重），其钢材为Q235-A.F,f=215N/mm2,fv=125N/mm2,梁截面初选I4

0a（Ix=21720cm4,Wx=1090cm3,lx/Sx=34.1cm,腹板厚tw=10.5mm）,实验算其强度和刚度。

=1/250）

解：（1）内力计算，

22

融鸾柜设计值=197=1X51X6=229.5^V-WP

8o

支座剪力设计值V=-ql=1x51x6=153^^

22

（2）强度蛤算*

验算抗弯强度：，

s

229.5x10=20Q.52N/mm2<f=215N!mm2满足要求“

1.05xl090xl03

蛤算抗剪强度："

匕3

3s153xl022

=42.73N/mm<fx=125N!mm满足要求P

xtv341x10.5

（3）刚度险算。

全部荷载标准值在裂期它生的最大弯矩：。

A八=Lq/=AX40X62=180收加

xg€g

由刚度计算公式得："

5x40x6000*-=15.09mm<[vy]=—=^22=24mm+,

4

384£ZX384x206000x21720x10250250

酒足要求。~

答：

34.为什么轴心受压构件强度问题按净截面计算,稳定问题按毛截面计算？

答：（1）强度问题研究构件一个最不利点的应力或一个最不利截面的内力极限值,它与材料的强度极限

（或钢材的屈服强度）、截面大小有关。稳定问题研究构件（或结构）受荷变形后平衡状态的属性及相应的

临界荷载，它与构件（或结构）的变形有关，即与构件（或结构）的整体刚度有关。所以，强度问题均按净截

面计算,稳定问题均按毛截面计算（由于构件局部削弱对其变形或整体刚度影响不大）。

35.影响实际轴心受压构件稳定承载力的因素有哪些？

答：实际轴心受压构件的稳定承载力除了上述截面残余应力、构件初弯曲有影响外，构件的初偏心、

构件端部的约束条件等都有影响。

36.设计轴心受压构件时应满足哪些方面规定。

答:强度、刚度、整体稳定和局部稳定

37.简述焊接格构式柱头组成及其传力过程和传力方式

答：格构式柱柱头的传力过程和方式如下：

N法面—＞垫板堵差三＞顶板延至三度憬绫四加劲肋」＜口柱端缀板」柱身

38.简述轴心受压柱较接柱脚的组成及其传力方式。

答：轴心受压柱较接柱脚的组成和传力过程如下:

靴梁色、底板上t基础,

39.格构式轴心受压构件的设计应考虑哪几个方面的规定

答：强度、刚度、整体稳定、分肢稳定、缀材和连接设计。

4

0

一焊接双轴对称工字形截面轴心受压构件，截面尺寸如图所示，荷载设计值N=1900kN（含柱身及构

造自重），计算长度叽=6m,%=3m,钢材为Q345钢（f=310Nmm-）,截面无削弱，要求进行各项

验算。提示：翼绿为焰切边，对x、y轴均为b类截面。（[X]=150,&=345NmmD。，

（宽厚比限值:置缘54（10+0一以）

，类截面轴心受压构件的稳定系数“

/蕉”12233/4P5a728口9o

4g0.899小0.895口0.89W0.887口0.882-0.87“0.87"0.870-0.865口0.863

5g0.85g0.85240.847口0.842"0.838-0.833-0.828^0.823/0.81“0.813〃

60^0.80740.802。0.797^0.79S0.7820.780小0.7730.769/0.763Q0.757P

7g0.75W0.745-0.7330.732-0.72。0.720-0.714430.70770.7020.694c

答:

解：由题意知lox=6m,loy=3m,f=31ONmm?”

一、计算截面几何特征P

A=2X250X12+250X8=8000mm2<-'

Qv2503

-+2x250xl2xl31;=1.13383x10%/

12

1.强度,

因截面无削弱，可不进行强度奥算。

2.刚度“

。产嗡=5。.4＜［止3

2^2=48<[A]=150^

I

3.整体稳定蛉算.

截面对x轴和y轴均为b类，，

查表得3x=0302，

N1900X103”…、r,2,2122

a=—=----------=296.13N，,mm<f=3IONmm。

qA0.802x8000

所以整体稳定满足要求。，

4.局部稳定蛉算，

71CA<

雪缘宽厚比：△=〜;；=10.08<(10+0.1x50)序=12.38“

腹板高厚比：^.=^=31.25<(25+0.5x50)^1=41.3P

故构件的强度、刚度、整体稳定和局部稳定均满足要求。~

两端皎接的轴心受压H形杆件高为10米，两组截面如下：(1)由1-500x8,2-500x20组成的H形截

面3(2)由1-400x10,2-400x25组成的H形截面。钢材为Q345钢，f=300Nmm:,f^345Nmm-,

按钢结构设计规范睑算两组截面能否承受2500kN的轴心压力设计值。钢结构设计规范有关数据表

如下：~

①脸算腹板平面内b类杆件轴心受压稳定性表。

2Gp30P4350^60^7ap8ap100^110P120^。

C'0.956^0.913+0.863-0.804.0.734,0.656+0.575<0.499*0.43b0.373。0.32Q

②蛉算翼缘平面内c类杆件轴心受压稳定性入TP表2

>>20^30^40^50^60^70a80^90^IOOPIIOP120^~

c0.939-0.862.0.785<0.70530.625+0.586-0.478*0.423,0.3750.33b0.2934

③窟(高)厘比限值”

兽缘力4(10+0.12)户2

，VA

腹板殳W(25+0一52)库,

4Vfy

®[X]=15(K'

答:

解:第一组截面：p

一、计算截面几何特征P

A=2X500X20-500X8=24000mnr^

Qx<[)()3

。一¥+2x500x20x260：=1.435xlO9mw4^

12

/、=2x*l=41666xlf，

因—,1.435x109

M=424000=244.5mm^

住二(4.1666xlO5

\A=V-24000~13L76刑刑，

二、截面蛉尊，

1.强度~

因截面无削弱，可不进行强度验算。

2.刚度♦,

A，=刊吧=40货(区1=150”

*i2445

A=75.90<[刁=150P

’i,131.76

3.整体稳定蛉算"

截面对x轴为b类，对y轴为c类，因4＞幻，故绕y螂依稳定起控制作用。

查表得R=0.522。

N_2500xlO3

=199.55N/mm2<f=310Nmm%

04=0.522x24000

所以整体稳定茜足要求。一

4扃部稳定验算J

翼螺宽厚比：色=2?0~4=1230<(10+0.1x75.9)、匡=14.52”

t20V345

腹板高厚比：｝=寿=625>(25+0.5x75.9)，亲=5195“

故构件的强度、刚度、整体稳定满足要求，但腹板的局部稳定不莉足要求。。

第二组截面：P

-、计算截面几何特征J

A=2X400X2X400X10=24000rmr^

10x4005

-2x400x25x212.5:=9.564x10'泄/"

-2、生普=2.6666x1。,加'

区—/9.564x10s

V7=V24000=199.62mm

P7=/2.6666x10,

IN=V-24000=105.4加泄”

二、截面蕤算”

1.强度。

因截面无削弱，可不进行强度验算，

2.刚度。

I,10000

7=199.6250.10<[2]»150^

4个甯=94.88<囚=皿

3.整体稳定蛉算P

截面对x轴为b类，对y轴为c类，因%>乙，故绕y麒焦稳定起控制作用

查表得。，=0399J

N_2500xlO3

=26\01Nimm-</=310Nmmz^

04~0399x24000

所以整体稳定满足要求。。

4.局部稳定蛉算，

翼绦宽厚比：6=卫==7.80<(10+0.1x94-88)J^1=16.082

鹿板高厚比：，•=卷=40>(25-0.5X94.88)点|=59.78。

故构件的强度、刚度、整体稳定和局部稳定均薪足要求。，

钢结构A3次作业(主观题)

四、主观题(共10道小题)

3

2.

某轴心受压柱承受轴心压力设计值N=1600kN,采用双轴对称焊接工字形截面如图示，翼除为焰切

;

边，钢材为Q235AF,f=215Nmmo已知】ox=6m,h=3m,试对该拄进任蛉算。，

(1)Q235AF钢b类截面长细比与整体稳定系数表，

225^3g35一40^45一5g55。60^65。7g75。8皿一

0.953-0.93揖0.918^0.89%0.878<0.85金0.833.0.807^0.780^0.75b0.72a0.6884

二『一200X16

XX

-450X10

200X16

解：由题意知LWm，§『3m，^215Nnnr*1

-、计算截面几何特征。

A=2X200X1fr-450X10=10900nm"

I,=10口叫+2x200x16x233、=4.2338x10,泄泄、

*12

二、截面验算。

1・强度~

因截面无削弱，可不进行强度验算裂

2.刚度口

部=30.44〈囚=15。・

^^■=67.81(囚=150。

44.24

3.整体稳定蛉算。

由于黑缘处嬷，截面对x轴和y轴均为b类，按y轴查表潺％=0.763・，

1600X103

=192.4y/m?n:<f=215Nmm"

0.763x10900

4.局部稳定验算d

翼绦宽厚比：)=写2=5.94<(10)0.1x67.81八殍=16。8P

履板高厚比：｝=磬=45<(25+0.5x67.81)

=58.91。

*

片故构件的强度、刚度、整体稳定和局部稳定均满足要求。+

答：

33.简述焊接连接的优缺陷

答:其优点是:构造简朴，任何形式的构件都可直接相连；用料经济，不削弱截面；制作加工方便，既可

手工施焊也可实现自动化操作；连接的密闭性好,结构刚度大,整体性较好。其缺陷是:在焊缝附近的热影响

区内，钢材的金相组织发生改变,导致局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使构件受力时变形增长、减

少了构件的稳定性（例如，使受压构件承载力减少）；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩

展到整体，低温冷脆问题较为突出。

34.简述受剪普通螺栓连接在外力作用下的几种也许破坏形式，在设计中如何防止。

答：抗剪螺栓连接达成极限承载力时，也许的破坏形式有：（1）栓钉杆被剪断。；（2）较薄的连接板被

挤压破坏。（3）板被拉（压）坏。（4）板件端部被剪坏（5）螺栓杆受弯破坏。

前三种破坏通过连接计算来保证；后两种型式的破坏，需要通过采用构造措施来加以避免。

35.简述焊接残余应力对结构性能有何影响

答：（1）对结构构件静力强度的影响

对在常温下工作并具有一定塑性的钢材,在静力荷载作用下,焊接残余应力是不会影响结构强度的。

（2）对结构构件刚度的影响A构件上存在焊接残余应力会减少结构的刚度。对于轴心受压构件,

焊接残余应力使其的挠曲刚度减小，从而减少了压杆的稳定承载力。£（3）对结构构件其它方面的

影响A焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响，增长了钢材在低温下的脆断倾向。

36.减少焊接应力和焊接变形的方法

答:在设计方面,在满足构造规定的前提下，要尽量减少焊缝的数量和尺寸，采用适宜的焊脚尺寸和长

度，搭接角焊缝宜采用细长焊缝，不用粗短焊缝，以避免焊接热量过于集中;焊缝尽也许对称布置，连接尽量

平滑；避免焊缝过度集中或多方向焊缝相交于一点，以免相交处形成三向受拉应力状态，使材料变脆，为防

止多方向焊缝相交,常采用使次要焊缝断开而重要焊缝连续通过的构造；搭接连接中不应只采用正面角焊缝

传力;焊缝应布置在焊工便于施焊的位置，尽量避免仰焊。

在焊接工艺方面，应采用合理的焊接顺序和方向，例如，采用对称焊、分段焊、厚度方向分层焊等；

应先焊收缩量较大的焊缝,后焊收缩量较小的焊缝,先焊错开的短缝，后焊通直的长缝，使其有较大的横向

收缩余地;先焊使用时受力较大的重要焊缝,后焊受力较小的次要焊缝，这样可使受力较大的焊缝在焊接和

冷却过程中有一定范围的伸缩余地,可减小焊接残余应力；采用反变形法，即施焊前使构件有一个与焊接残

余变形相反的预变形，以减小最终的总变形;采用预热和后热措施，即旋焊前先将构件整体或局部预热至10

o~c~3o（rc,焊后保温一段时间，以减小焊接和冷却过程中温度的不均匀限度，从而减少焊接残余应力

并减少发生裂纹的危险；采用高温回火（或称消除内应力退火）措施，在施焊后进行高温回火，即加热至6

00℃〜650~C,保持一段时间恒温后缓慢冷却，对较小焊件可进行整体高温回火，由于加热已达钢材的热塑

温度,可消除大部分残余应力，对较大焊件有时可对焊缝附近或残余应力较大部位附近进行局部高温回火，

以减小焊接残余应力;用头部带小圆弧的小锤轻击焊缝，使焊缝得到延展，也可减少焊接残余应力。

37.简述摩擦型高强度抗剪螺栓与承压型高强度抗剪螺栓的传力特性有何不同？

答:高强度螺栓按计算不同可分为两种：摩擦型和承压型，前者在受剪时只靠被连接板件间的强大摩擦

阻力传力，以摩擦阻力刚被克服作为连接承载力的极限状态；后者在受剪时，允许克服摩擦力后产生滑移，

以栓杆被剪坏或孔壁被压坏作为承载力的极限。摩擦型连接的剪切变形小，弹性性能好，施工较简朴，可拆

卸，耐疲劳,特别合用于承受动力荷载的结构。显然承压型高强度螺栓连接的承载力比摩擦型的高，可节约

螺栓，但这种连接的剪切变形比摩擦型的大，所以只合用于承受静力荷载和对结构变形不敏感的结构中，不

得用于直接承受动力荷载的结构中。

38.

蛉算图示由三块钢板焊接的工字形截面的对接焊缝。钢材为Q235,手工焊接，焊条为E43型，

瓠板，焊接质量为三级。已知作用在焊缝截面上的弯矩设计值M=150kN.m,剪力设计值V=50

（f^=lS5Nmm2,f^=125N.mm*）P

260

（所有图中未注明的尺寸单位均为mm）

解：1）计算截面几何特征“

138O3

/=j-OV+2x260x16x198?=3.81xlOsmw%

“12

8

Ww=3.81x10/206=1.849x103”加3P

63

Sw=260x16x198+190x12x190/2=1.04x10mm

S]=206x16xl98=8.24x105wm3P

3）强度验算+

M150x1(/

=81.12Ar/m?n2<=185N/'mm，

6

Wv1.849xl0

_500x103x1.04x106

=113.742V/<f；-1252V/ww

s

W3.81x10xl2

折算应力：~

2

<J,=。皿h0=81.12x^^-=74.82JV/mm，

1h0412

V-S,500xl03x824xl05〃

=-----L=---------------：----------=90.1IV/m32

3.81X108X12

仁=亚+3>=，74.822+3*90.1『=173.1<L1£"=204N/m3

答：因此，该连接满足d专力要求。，

39.

计算图示三面围焊的双角钢构件的节点角焊缝连接。已知：钢材Q235,焊条E43型，手工焊

缝强度=m%构件承受静力荷载，轴心拉力设计值N=1000kN;等肢角钢，胸

2角焊缝的内力分配系数分别为07和0.3。（已知W=8mm），

u\LUQxlQ

一,一

（图中未注明的尺寸单位均为mm）

答：

角焊缝的厚蜗寸力=8团”，角焊建的强度设计值&=160N/优优LP

取一个角钢计算，瞬拉力N=1000；2=500kN。肢葭如=0.7,0^=03.P

N3=0.1hf/3ff^£1*3=0.7x8xl.22xl60xl40=153036.8JV^

肢背:M=，N-字=0.7x500000—153036.8/2=2734813

鼓尖：N,=k,N-^-=0.3X500000-153036.8/2=73481.6.V^

2

鼓背：以Wf；,/似之由=浮萼=305mm，考虑越癖取整，实际为315mm;

认ih,ff5.6x160

NN734R16

肢尖：丁六W/；，/心之杀=偿义=82m加，考虑越弧在思整，实际为90mln。，

htlv2htff5.6x160

40.

检脸图示角焊缝连接强度。材料Q235,手工焊，焊条E43,硝瓠板，f^=160N.mm^集中大

F=200kN（静力荷载设计值），W=10mm。。

（图中未注明的尺寸单位均为mm）

①力特征。

V=F=200kN"

M=Fe=200xO.15=3OkN.m^

②几何特征”

A^=2x0,7X10x(300-10)^4060mm2*J

22

We=2x*x0.7x10x(300-10)=196233min^

③应力计算〉

r=2ooxioi=4926V/ww^

f44060

幺迎