2012钢结构试题卷B标答

1华中科技大学土木工程与力学学院10级《钢结构设计原理》考试B卷（标答）2012～2013学年度第一学期成绩学号专业班级姓名1、大跨度钢结构为什么通常采用钢结构？（5分）【答】结构跨度越大，结构自重在全部荷载中所占比重也越大，减轻结构自重可获得明显的经济效果。钢材强度高，在同样受力的情况下，钢结构构件较小而承载力大，可达到其他建筑材料难以达到的跨越能力，特别适用于建造大跨度结构。2、设计时在确定钢材的牌号、质量等级及指标保证项目时，应考虑哪些因素？（5分）【答】（1）结构的类型及重要性；（2）荷载类型和性质（3）连接方法；（4）工作环境温度；（5）钢材厚度3、承压型高强度螺栓在螺栓抗剪连接时是靠杆身承压和承剪来传递内力的，试述当其达到承载能力极限状态时，它们的可能破坏形式有哪些?怎样防止这些可能破坏形式的发生?（9分）【答】破坏形式：（1）栓杆被剪断，（2）板件被挤压破坏，（3）构件净截面被拉断破坏，（4）杆件端部被冲剪（拉豁）破坏，（5）栓杆弯曲破坏防止措施：（1）栓杆被剪断，（2）板件被挤压破坏，（3）构件净截面被拉断破坏是通过计算来防止。（4）杆件端部被冲剪（拉豁）破坏，（5）栓杆弯曲破坏是通过构造措施来防止。4、焊接残余应力对结构有哪些方面的影响？（5分）【答】（1）对结构静力强度无影响；（2）降低结构的刚度（3）降低结构的稳定承载力；（4）降低结构的疲劳强度（5）加剧结构的低温冷脆现象25、已知缀条式格构式轴压构件所受的轴压力为N，其实轴（y-y）的计算长度为l0y其虚轴（x-x)的计算长度为l0x，试简述其截面的设计部步骤。（10分）【答】（1）对实轴，假定长细比y，查得y，计算所需的面积fNAy和回转半径yyyli，根据A、y选择型钢。（2）根据实际选用的型钢截面参数验算实轴的整体稳定性。（3）根据等稳定性要求，虚轴（x-x)的x0等于实际的y，确定截面宽度（分支间距）。（4）根据实际分肢间距计算x0，验算虚轴的整体稳定性（5）缀材设计验算；（6）分肢稳定构造验算6、工字形截面钢梁在弯矩Mx的作用下，为什么会发生整体失稳现象？影响钢梁整体稳定性的因素有哪些？（10分）【答】失稳现象：在Mx的作用下，工字形截面钢梁划分为T形受压区和T形受拉区，随着Mx增加，T形受压区刚度下降会发生屈曲，而T形受拉区绕x轴不屈，从而限制T形受压区绕x轴屈曲，故T形受压区只能是出平面侧向屈曲（即对y轴弯曲），又由于T形受拉区对其侧向屈曲也有一定的牵制，故出平面弯曲就同时发生截面的扭转，发生弯扭屈曲即整体失稳现象。影响因素：（1）荷载作用点的位置（2）受压翼缘侧向支承点的间距（3）梁的截面尺寸和形状（4）梁所受荷载类型或弯矩图形状（5）支座约束条件7、梁的支承加劲肋通常设置在什么位置？其应作哪些计算？（6分）【答】梁的支承加劲肋设置位置：（1）上翼缘有固定集中荷载的位置（2）下翼缘有固定集中荷载的位置；（3）支座支承加劲肋的计算：（1）端面承压验算（2）在腹板平面外整体稳定计算（3）支承加劲肋与腹板的角焊缝计算。32401=240kN2=320kN8901208108、计算图示双面侧面角焊缝连接中的hf。已知连接承受动力荷载，钢材为Q235B，焊条为E43。水平力F1=240kN，竖直力F2=320kN。若焊缝高度hf=8mm，试问其是否满足强度和构造要求？（12分）已知：2wfN/mm160f。解：焊缝所受的弯矩：0903201202402211eFeFM若焊缝高度hf=8mm，则lw=240-2×8=224mm，1f图1题8图23wf1fN/mm9622487.02102407.02lhF23wf2fN/mm12822487.02103207.02lhF22222f2ffN/mm160N/mm15912896f焊缝强度满足要求。mm6.982.1min2.1maxfth4.7mm105.1max5.1minfth∴9.6mmmaxmm8mm7.4minfffhhh满足构造要求。450505050O435=150kN606020209、验算如图所示普通螺栓连接是否安全？普通C级螺栓M22，螺栓有效面积Ae=303mm2，钢材为Q235B。（12分）已知：2bvN/mm130f，2btN/mm170f，2bcN/mm305f解：单个螺栓受剪承载力：bb22vvv/413013.1422/449390N=49.39kNNfnd单个螺栓承压承载力：bbcc3051022134200N=134.2kNNftd单个螺栓抗拉承载力：bbtet17030351510N=51.51kNNAf图2题9图螺栓所受的最大剪力：v44150/430kN554PN螺栓所受的最大拉力：t33150/422.5kN554PN拉-剪共同作用时：2222vtbbvt3022.50.75143.3951.51NNNN且bvc30kN134kNNN此普通螺栓连接安全。530004×3000=120004×3000=1200060006000600010、某车间工作平台梁格布置如图所示，平台上无动力荷载，均布活荷载标准值为9kN/m2（活载分项系数可取为1.3），恒载标准值为3kN/m2（不包括梁自重），钢材为Q235B，假定平台板为刚性，可以保证次梁的整体稳定。若次梁截面选用普通工字钢I40a，试验算该次梁的抗弯强度、抗剪强度和刚度？（12分）已知：I40a参数：Ix=21714cm4，Sx=631.2cm3，tw=11.5mm，A=86.07cm2，f=215N/mm2fv=125N/mm2，E=206×103N/mm2，γx=1.05，[υ]=l/250。解：（1）内力计算荷载标准值：333936kN/m荷载设计值：1.2331.33945.9kN/m跨中最大弯矩标准值：22366=162kN.m88qlM跨中最大弯矩设计值：2245.96=206.55kN.m88qlM图3题10图支座最大剪力：45.96=137.7kN22qlV（2）强度验算抗弯强度：3xx21714=1085.7cm/220IWh62xxx206.5510=181N/mm1.051085700MW抗剪强度：32x4xw137.710631200=34.8N/mm217141011.5VSIt次梁抗弯抗剪强度满足要求。（3）刚度验算次梁刚度满足。262x54x162106000600013mm24mm10102.06102171410250250MllEI4454x55366000600013.6mm24mm3843842.06102171410250250qllEI6yyxxACNCA56016166BN1500075007500111-1PM=Mxmax30011、某焊接工字形截面压弯构件，截面尺寸如图4所示，截面翼缘为焰切边（对x、y轴均为b类截面），钢材为Q345B钢。两端铰接，长度为15m，承受的轴心压力设计值为N=900kN，在杆的中央有一横向集中荷载设计值P=120kN，在弯矩作用平面外位于杆的二分之一点处有一个支撑点，见图4所示。假设构件的局部稳定满足要求，试验算此构件的整体稳定是否满足要求？（14分）已知：γx=1.05，f=310N/mm2，[λ]=150，βmx=1.0，βtx=0.65+0.35M2/M1，η=1.0，23N/mm10206E；2yyb1.0744000235f（14分）图4题11图b类截面轴心受压构件的稳定系数/235yf0123456789600.8070.8020.7970.7910.7860.7800.7740.7690.7630.757700.7510.7450.7390.7320.7260.7200.7140.7070.7010.694800.6880.6810.6750.6680.6610.6550.6480.6410.6350.628900.6210.6140.6080.6010.5940.5880.5810.5750.5680.5611200.4370.4320.4260.4210.4160.4110.4060.4020.3970.392解：（1）截面几何性质计算：20w2=230016+5606=12960mmAbtht33334w0x()300596(3006)560=884275200mm12121212bthbhI333340wy22163005606=72010080mm12121212httbI73xx884275200=28987416mm/2592/2IWhxx884275200=261mm12960IiA→xxx15000=57.42261li[λ]yy72010080=75mm12960IiA→yyy7500=100.6275li[λ]刚度满足（2）内力计算最大弯矩：12015=450kN.m44PlM22Ex223.14206000884275200=7256693N1.11.115000EINl（3）整体稳定验算截面对x、y轴均为b类，yx34557.42=69.58235235f→x0.754，yy345100.62=121.91235235f→y0.42722yyb100.623451.071.070.7324400023544000235f2tx100.650.350.650.350.65450MM弯矩作用平面内的整体稳定mxxxx1xE3622(10.8/)900101450100.754129601.0528987416(10.8900000/7256693)251N/mm310N/mmxMNAWNNf弯矩作用平面外的整体稳定3622txxyb1x900100.65450101297N/mm310N/mm0.427129600.73228987416MNfAW构件整体稳定满足要求。