钢结构设计原理复习题参考答案

2011年课程考试复习题及参考答案钢结构设计原理一、填空题：1.钢结构计算的两种极限状态是和。2.提高钢梁整体稳定性的有效途径是和。3.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。4.钢材的破坏形式有和。5.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用的方法来保证，而腹板的局部稳定则常采用的方法来解决。6.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。7.角焊缝的计算长度不得小于，也不得小于；侧面角焊缝承受静载时，其计算长度不宜大于。8.轴心受压构件的稳定系数φ与、和有关。9.钢结构的连接方法有、和。10.影响钢材疲劳的主要因素有、和。11.从形状看，纯弯曲的弯矩图为，均布荷载的弯矩图为，跨中央一个集中荷载的弯矩图为。12.轴心压杆可能的屈曲形式有、和。13.钢结构设计的基本原则是、、和。14.按焊缝和截面形式不同，直角焊缝可分为、、和等。15.对于轴心受力构件，型钢截面可分为和；组合截面可分为和。16.影响钢梁整体稳定的主要因素有、、、和。二、问答题：12.压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？13.在抗剪连接中，普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接的传力方式和破坏形式有何不同？14.钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？15.对接焊缝的构造有哪些要求？16.焊接残余应力和焊接残余变形是如何产生的？焊接残余应力和焊接残余变形对结构性能有何影响？减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有哪些？17.什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？18.角焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要构造要求？19.螺栓的排列有哪些构造要求？20.什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？三、计算题：1.一简支梁跨长为5.5m，在梁上翼缘承受均布静力荷载作用，恒载标准值为10.2kN/m（不包括梁自重），活载标准值为25kN/m，假定梁的受压翼缘有可靠侧向支撑。梁的截面选用I36a轧制型钢，其几何性质为：Wx=875cm3，tw=10mm，I/S=30.7cm，自重为59.9kg/m，截面塑性发展系数x=1.05。钢材为Q235，抗弯强度设计值为215N/mm2，抗剪强度设计值为125N/mm2。试对此梁进行强度验算并指明计算位置。（恒载分项系数G=1.2，活载分项系数Q=1.4）2.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=11080cm4，Ix1=460cm43.试计算下图所示连接中C级螺栓的强度。已知荷载设计值F=45kN，螺栓M20，孔径21.5mm，bvf=130N/mm2，bcf=305N/mm2。4.图示焊接工形截面梁，在腹板上设置一条工厂对接焊缝，梁拼接处承受内力为M=2500kN·m，V=500kN，钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊，二级质量标准。试验算拼接焊缝强度。提示：剪力V可假定全部由腹板承担，弯矩按刚度比分配，即MIIMww。5.试验算如图所示牛腿与柱连接的对接焊缝的强度。荷载设计值F=220kN。钢材Q235，焊条E43，手工焊，无引弧板，焊缝质量三级。有关强度设计值wcf=215N/mm2，wtf=185N/mm2。（假定剪力全部由腹板上的焊缝承受）6.图示一柱间支撑与柱的连接节点，支撑杆承受轴心拉力设计值N=300kN，用2L80×6角钢做成，钢材均为Q235钢，焊条为E43型，手工焊。已知wff=160N/mm2。①支撑与节点板采用两侧角焊缝相连（绕角焊），焊脚尺寸见图，试确定焊缝长度。②节点板与端板用两条角焊缝相连，试验算该连接焊缝强度。7.设计如图所示矩形拼接板与板件用普通螺栓连接的平接接头，图中长度单位为mm。已知轴心拉力设计值N=450kN，有关强度设计值bvf=130N/mm2,bcf=305N/mm2，ƒ=215N/mm2。粗制螺栓d=20mm，孔径d0=21.5mm。8.图示一用M20普通螺栓的钢板拼接接头，钢材为Q235，ƒ＝215N/mm2。试计算接头所能承受的最大轴心力设计值Nmax。螺栓M20，孔径21.5mm，bvf=130N/mm2，bcf=305N/mm2。9.用轧制工字钢I36a（材料Q235）做成的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：A=76.3cm2，Wx＝875cm3，ix＝14.4cm，iy＝2.69cm，f＝215N/mm2。10.一两端铰接焊接工字形截面轴心受压柱，翼缘为火焰切割边，截面如图所示。杆长为9m，设计荷载N=1000kN，钢材为Q235钢。试验算该柱的整体稳定及板件的局部稳定性是否均满足。已知：f=215N/mm2，截面对x轴和y轴均为b类截面。验算公式：整体稳定：fAN局部稳定：翼缘的宽厚比：yftb235)1.010(1；腹板的高厚比：ywfth235)5.025(0b类截面轴心受压构件的稳定系数fy2350123456789800.6880.6810.6750.6680.6610.6550.6480.6410.6350.628900.6210.6140.6080.6010.5940.5880.5810.5750.5680.5611000.5550.5490.5420.5360.5290.5230.5170.5110.5050.49911.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。参考答案一、填空题：1.承载能力极限状态，正常使用极限状态2.加强受压翼缘，减少侧向支承点间的距离（或增加侧向支承点）3.螺栓材质，螺栓有效面积4.塑性破坏，脆性破坏5.限制宽厚比，设置加劲肋6.性能等级，螺栓直径7.8hf，40mm，60hf8.钢号，截面类型，长细比9.焊接连接，铆钉连接，螺栓连接10.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11.矩形，抛物线，三角形12.弯曲屈曲，扭转屈曲，弯扭屈曲13.技术先进，经济合理，安全适用，确保质量14.普通缝，平坡缝，深熔缝，凹面缝15.热轧型钢，冷弯薄壁型钢，实腹式组合截面，格构式组合截面16.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，梁端支承条件二简答题17.什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。提高钢梁整体稳定性的有效措施是加强受压翼缘、增加侧向支承点。18.角焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要构造要求？答：角焊缝的计算假定是：①破坏沿有效载面；②破坏面上应力均匀分布。19.螺栓的排列有哪些构造要求？答：螺栓排列的构造要求：①受力要求:端距限制——防止孔端钢板剪断，≥2d0；螺孔中距限制——限制下限以防止孔间板破裂即保证≥3do，限制上限以防止板间翘曲。②构造要求:防止板翘曲后浸入潮气而腐蚀，限制螺孔中距最大值。③施工要求:为便于拧紧螺栓，宜留适当间距。三、计算题：1.梁上荷载设计值为：q=47.94（kN/m）跨中最大弯距为：Mmax=181.12（kN.m）支座处最大剪力为：Vmax=131.84（kN）跨中正应力为：=197.1（N/mm2）215f（N/mm2）支座处最大剪应力为：=42.9（N/mm2）125vf（N/mm2）2.78.7786.12yycmi431070cmIx66.6523.15xxcmi53.3062.211cmi41.72ox78.77maxy3.kNNkNNbcbV12284.40　kNFkNFYX2736MkNT56.7kNNkNNTYTX63.1145.1711kNNkNNVYVX75.6911kNkN84.402.3275.663.11945.1722∴安全4.查得2/215mmNfwt，2/215mmNfwc，2/125mmNfwv计算焊缝截面特征值4739360cmI4144000cmIw2120cmAw验算正应力mkNMw9.48622/215/9.202mmNmmNw，满足要求验算剪应力22/125/7.41mmNmmNw，满足要求验算折算应力2222/2362151.1/4.2153mmNmmNww满足要求5.一)确定对接焊缝计算截面的几何特性1)计算中和轴的位置（对水平焊缝的形心位置取矩）：cmycmyba1.219.92)焊缝计算截面的几何特性全部焊缝计算截面的惯性矩：44790cmIw全部焊缝计算截面的抵抗矩：22748433cmWcmWbwaw腹板焊缝计算截面的面积：2291)130(cmAww二)验算焊缝强度1)a点：满足）(/185/9.9022mmNfmmNwfa2)b点：222b/9.75(/185/8.193mmNmmNfmmNwf满足）折算应力：2222/5.2361.1/2.2343mmNfmmNwc6.(1)采用两边绕角焊，肢背、肢尖的受力为kNN2101kNN902焊脚高度为mmhf81mmhf62计算肢背、肢尖所需焊缝长度为mmLw1221mmLw722构件端部按要求做成2fh绕角焊，故不再加5mm(2)N分解为水平拉力kNN1801，竖向剪力kNV2401计算焊缝强度：2/8.32mmNN2/7.43mmNV验算合应力：2222/160/3.51mmNmmNVfN（满足）7.a)kNNbv7.81kNNbc8.109kNNb7.81minb)kNn5.5，取6个c)排列：中距5.6430d，取80；端距5.6430d，取50；边距5.6430d，取40d)净截面验算：22106mmAn215/7.2132mmNe)拼接板长：mml5308.一)螺栓所能承受的最大轴心力设计值单个螺栓受剪承载力设计值)(6.81minbbvNkNN单个螺栓承压承载力设计值kNNbc4.85连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值kNN4.734二)构件所能承受的最大轴心力设计值I-I截面净截面面积为232cmAInⅡ-Ⅱ截面净截面面积为246.29cmAIInⅢ-Ⅲ截面净截面面积为298.28cmAIIIn三个截面的承载设计值分别为Ⅰ-Ⅰ截面：kNN688Ⅱ-Ⅱ截面：kNN4.633Ⅲ-Ⅲ截面：因前面Ⅰ-Ⅰ截面已有n1个螺栓传走了（n1/n）N的力,故有fANnnIIn)1(1kNN701构件所能承受的最大轴心力设计值按Ⅱ－Ⅱ截面kNN4.633连接盖板所能承受的轴心力设计值（按V-V截面确定）kNNcmAvn1.63868.292通过比较可见，接头所能承受的最大轴心力设计值应按构件Ⅱ－Ⅱ截面的承载能力取值，即kNN4.633max。9.一)验算在弯矩作用平面内的稳定：类截面）按a(842.0xk