钢结构原理

1《钢结构设计原理》第三阶段离线作业一、填空题：1.轴心压杆可能的屈曲形式有弯曲屈曲、扭转屈曲、和弯扭屈曲。2.轴心受压构件的稳定系数与残余应力、初弯曲和初偏心、长细比有关。3.提高钢梁整体稳定性的有效途径是加强受压翼缘、和增加侧支承点。4.影响钢梁整体稳定的主要因素有荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、侧支承点的位置和距离和梁端支承条件。5.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用限制宽厚比的方法来保证，而腹板的局部稳定则常采用设置加劲肋的方法来解决。二、问答题：1.轴心压杆有哪些屈曲形式？答：受轴心压力作用的直杆或柱，当压力达到临界值时，会发生有直线平衡状态转变为弯曲平衡状态变形分枝现象，这种现象称为压杆屈曲或整体稳定，发生变形分枝的失稳问题称为第一类稳定问题。由于压杆截面形式和杆端支承条件不同，在轴心压力作用下可能发生的屈曲变形有三种形式，即弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲。2.在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑哪些初始缺陷的影响？答：在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑残余应力的影响、初弯曲和初偏心的影响、杆端约束的影响。3.在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，对虚轴为什么要采用换算长细比？答：格构式轴心受压构件一旦绕虚轴失稳，截面上的横向剪力必须通过缀材来传递。但因缀材本身比较柔细，传递剪力时所产生的变形较大，从而使构件产生较大的附加变形，并降低稳定临界力。所以在计算整体稳定时，对虚轴要采用换算长细比（通过加大长细比的方法来考虑缀材变形对降低稳定临界力的影响）。24.什么叫钢梁丧失整体稳定？影响钢梁整体稳定的主要因素是什么？提高钢梁整体稳定的有效措施是什么？答：钢梁在弯矩较小时，梁的侧向保持平直而无侧向变形；即使受到偶然的侧向干扰力，其侧向变形也只是在一定的限度内，并随着干扰力的除去而消失。但当弯矩增加使受压翼缘的弯曲压应力达到某一数值时，钢梁在偶然的侧向干扰力作用下会突然离开最大刚度平面向侧向弯曲，并同时伴随着扭转。这时即使除去侧向干扰力，侧向弯扭变形也不再消失，如弯矩再稍许增大，则侧向弯扭变形迅速增大，产生弯扭屈曲，梁失去继续承受荷载的能力，这种现象称为钢梁丧失整体稳定。影响钢梁整体稳定的主要因素有：荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、侧向支承点的位置和距离、梁端支承条件。5.什么叫钢梁丧失局部稳定？怎样验算组合钢梁翼缘和腹板的局部稳定？6.压弯构件的整体稳定计算与轴心受压构件有何不同？3答：格构式轴心受压构件一旦绕虚轴失稳，截面上的横向剪力必须通过缀材来传递。但因缀材本身比较柔细，传递剪力时所产生的变形较大，从而使构件产生较大的附加变形，并降低稳定临界力。所以在计算整体稳定时，对虚轴要采用换算长细比（通过加大长细比的方法来考虑缀材变形对降低稳定临界力的影响）。7.压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？答：局部稳定性属于平板稳定问题，应使用薄板稳定理论，通过限制翼缘和腹板的宽厚比所保证的。确定限值的原则：组成构件的板件的局部失稳应不先于构件的整体稳定失稳，或者两者等稳。轴心受压构件中，板件处于均匀受压状态；压弯构件中，板件处于多种应力状态下，其影响因素有板件的形状和尺寸、支承情况和应力状况（弯曲正应力、剪应力、局部压应力等的单独作用和各种应力的联合作用），弹性或弹塑性性能，同时还有在腹板屈曲后强度的利用问题。三、计算题：1.工字形焊接组合截面简支梁，其上密铺刚性板可以阻止弯曲平面外变形。梁上均布荷载（包括梁自重）4/qkNm，跨中已有一集中荷载090FkN，现需在距右端4m处设一集中荷载1F。问根据边缘屈服准则，1F最大可达多少。设各集中荷载的作用位置距梁顶面为120mm，分布长度为120mm。钢材设计强度取为2300/dfNmm。另在所有的已知荷载和所有未知荷载中，都已包含有关荷载的分项系数。q6000F0400020001FADBCyyxx-800x8-250x12-250x12简支梁受力示意图解：4562.一双轴对称工字形截面构件，两端简支，除两端外无侧向支撑，跨中作用一集中荷载480FkN，如以保证构件的整体稳定为控制条件，构件的最大长度l的上限为多少。设钢材的屈服点为2235/yfNmm（计算本题时不考虑各种分项系数）。7-400x20-400x20-1200x12xxyy2F2L/L/图简支梁受力示意图83.两端铰接轴心受压柱，高9.6m,钢材为Q235，强度设计值ƒ=215N/mm2，采用图示截面，尺寸单位mm,计算可承受外荷载设计值N=？注：①不计自重②稳定系数：7273747576777879800.7390.7320.7260.7200.7140.7070.7010.6940.688解：94.已知一两端铰支轴心受压缀板式格构柱，长10.0m，截面由2I32a组成，两肢件之间的距离300cm,如图所示，尺寸单位mm。试求该柱最大长细比。注：一个I32a的截面面积A=67cm2惯性矩Iy=11080cm4IX1=460cm4解：105.如图所示为二简支梁截面，其截面面积大小相同，跨度均为12m，跨间无侧向支承点，均布荷载大小亦相同，均作用在梁的上翼缘，钢材为Q235，试比较梁的稳定系数b，说明何者的稳定性更好？11解：6.一简支梁的计算简图如下，截面采用普通工字钢I50a，材料为Q235，除两端支承处能阻止梁端截面的扭转外，跨中无任何侧向支承点，试按整体稳定确定荷载P的大小（设计值，不计自重）已知：①钢材强度设计值f＝215N/mm2②I50a的Ix＝46470cm4，Wx＝1860cm3，Iy＝1120cm4，Wy＝142cm3③整体稳定系数：b集中荷载作用于上翼缘0.5均布荷载作用于上翼缘0.4412解：7.求图示钢梁所能承受的最大均布荷载设计值（含自重），已知梁截面为热轧普通工字钢I45a,其截面特性为：A=102cm2IX=32240cm4wx=1430cm3Iy=855cm4wy=114cm3材料为Q235,强度设计值ƒ=215N/mm2，梁两端不能扭转，跨中无侧向支撑点，挠度不起控制作用，截面无削弱。整体稳定系数b=0.44.解：138.如图所示的拉弯构件，间接承受动力荷载。横向均布荷载的设计值为8kN/m。截面为I22a，无削弱。试确定杆能承受的最大轴心拉力设计值。已知：cmicmWcmAxx99.8,309,4232,ƒ=215N/mm2。解：9.用轧制工字钢I36a（材料Q235）作成的10m长两端铰接柱，轴心压力的设计值为650kN,在腹板平面承受均布荷载设计值q＝6.24kN/m。试计算此压弯柱在弯矩作用平面内的稳定有无保证？为保证弯矩作用平面外的稳定需设置几个侧向中间支承点？已知：cmicmicmWcmAyxx69.2,4.14,875,3.7632,ƒ=215N/mm2。14解：