2钢结构设计原理考试复习题及答案

中南大学现代远程教育课程考试复习题及参考答案《钢结构设计原理》一、问答题1.钢结构具有哪些特点？2.钢结构的合理应用范围是什么？3.钢结构对材料性能有哪些要求？4.钢材的主要机械性能指标是什么？各由什么试验得到？5.影响钢材性能的主要因素是什么？6.什么是钢材的疲劳？影响钢材疲劳的主要因素有哪些？7.选用钢材通常应考虑哪些因素？8.钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？9.焊缝可能存在的缺陷有哪些？10.焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要求？11.对接焊缝的构造要求有哪些？12.角焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要构造要求？13.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？14.普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？15.螺栓的排列有哪些构造要求？16.普通螺栓抗剪连接中，有可能出现哪几种破坏形式？具体设计时，哪些破坏形式是通过计算来防止的？哪些是通过构造措施来防止的？如何防止？17.高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？18.轴心压杆有哪些屈曲形式？19.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？20.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？21.什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？22.什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？23.压弯构件的整体稳定计算与轴心受压构件有何不同？24.压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？二、计算题1.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）解：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）cmycmyba1.219.9319.95.01)120(1)130(5.151)130(2.焊缝计算截面的几何特性全部焊缝计算截面的惯性矩422347904.91)120(1.61)130()130(1121cmIw全部焊缝计算截面的抵抗矩2271.2147904849.9479033cmyIWcmyIWbwbwawaw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）(/185/9.901048410202202234mmNfmmNWMwfawa2.b点2232234b/9.75102910220(/185/8.193102271020220mmNAFmmNfmmNWM满足）折算应力222222/5.2361.1/2.2349.7538.1933mmNfmmNwc2.试计算如图所示钢板与柱翼缘的连接角焊缝的强度。已知N=390kN（设计值），与焊缝之间的夹角60。钢材Q235，焊条E43,手工焊。有关强度设计值wff=160N/mm2。kNNNx7.33760sin390sinkNNNy19560cos390cos23/7.158)10200(87.02107.3372mmNlhNwexf23/6.91)10200(87.02101952mmNlhNweyf满足）(1601596.91)22.17.158()(2222MPafMPawffff3.设计双角钢拉杆与节点板之间的连接角焊缝计算长度L1=?,L2=?已知：采用三面围焊：hf=6mm,fwf=160N/mm2,N=529kN(静载设计值)解：kNfLhNwffwf2.1311016022.116067.07.0333kNNNKN7.3042/2.1315297.02311kNNNKN1.932/2.1315293.02322mmfhNlwff22716067.02107.3047.02311mmfhNlwff6916067.02101.937.023224.设计矩形拼接板与板件用三面围焊连接的平接接头。轴心拉力N＝1250kN，（静载设计值），钢材Q235，焊条E43,手工焊。有关强度设计值ƒ=215N/mm2，fwf=160N/mm2。图示尺寸单位mm.(焊缝LW2实际长度取cm整数)端缝：kNfhbNwffe7.5241016022.167.03202231侧向：kNNNN3.7257.524125012cmmmfhNLwffw28275516067.04103.72557.04322盖板全长cmcmLLw5712821225.设计矩形拼接板与板件用普通螺栓连接的平接接头。（如图所示，单位mm）。已知轴心拉力设计值N=600KN,有关强度设计值：ƒbv=130N/mm2,ƒbc=305N/mm2,ƒ=215N/mm2。粗制螺栓d=20mm,孔径d0=21.5mm。a)kNfdnNbvvbv7.811013020424322kNftdNbcbc8.1091030518203KNNb7.81minb)KNNNnb3.77.81600][min取8个c)排列中距5.6430d取80端距0.4320d取50边距25.325.10d取40d)净截面验算2210618)5.212160(mmAIInMPaANn2852106106003215MPa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。e)拼接板长mml6901080350226.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。螺栓M20,孔径21.5mm,ƒbv=130N/mm2,ƒbc=305N/mm2。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)(6.811011304224min22bbvvbvNkNfdnN单个螺栓承压承载力设计值kNftdNbcbc4.851013054.12连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值kNnNNb4.7346.819min二、构件所能承受的最大轴心力设计值IIIIIIIIVVIIIIIIVVI-I截面净截面面积为201324.1)15.2125()(cmtdnbAInII-II截面净截面面积为22201221146.294.1]15.235.75.4)13(52[])1(2[cmtdneaneAIInIII-III截面净截面面积为2098.284.1)15.2225()(cmtdnbAIIIIIIn三个截面的承载设计值分别为I－I截面：kNNfANIn68868800021510322II－II截面：kNNfANIIn4.6336334002151046.292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(1kNNnnfANIIn701701000)9/11(2151098.28)1(21构件所能承受的最大轴心力设计值按II－II截面kNN4.633三、连接盖板所能承受的轴心力设计值（按V-V截面确定）kNNfANcmtdnbAvnVvn1.6386381002151068.2968.298.02)15.2325()(220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。再者，若连接盖板不取2块8mm厚钢板而去2块7mm，即与构件等厚，则会因开孔最多其承载力最小。四、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)(6.811011304224min22bbvvbvNkNfdnN单个螺栓承压承载力设计值kNftdNbcbc4.851013054.12连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值kNnNNb4.7346.819min五、构件所能承受的最大轴心力设计值IIIIIIIIVVIIIIIIVVI-I截面净截面面积为201324.1)15.2125()(cmtdnbAInII-II截面净截面面积为22201221146.294.1]15.235.75.4)13(52[])1(2[cmtdneaneAIInIII-III截面净截面面积为2098.284.1)15.2225()(cmtdnbAIIIIIIn三个截面的承载设计值分别为I－I截面：kNNfANIn68868800021510322II－II截面：kNNfANIIn4.6336334002151046.292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(1kNNnnfANIIn701701000)9/11(2151098.28)1(21构件所能承受的最大轴心力设计值按II－II截面kNN4.633六、连接盖板所能承受的轴心力设计值（按V-V截面确定）kNNfANcmtdnbAvnVvn1.6386381002151068.2968.298.02)15.2325()(220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。再者，若连接盖板不取2块8mm厚钢板而去2块7mm，即与构件等厚，则会因开孔最多其承载力最小。7.若上题的拼接接头改用10.9级M20磨擦型高强度螺栓，接触面处理采用钢丝刷清除浮锈。接头所能承受的最大轴心力设计值能增大多少？已知高强度螺栓预拉力设计值P＝155kN,接触面抗滑移系数3.0。8.计算图示连接的承载力设计值N。螺栓M20，孔21.5mm,材料Q235A已知：ƒ＝215N/mm2,ƒbv=130N/mm2,ƒbc=305N/mm2。单个螺栓受剪承载力设计值kNfdnNbvvbv7.81101130422422单个螺栓承压承载力设计值kNftdNbcbc611013050.12连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值kNnNNb244614min节点板净截面抗拉承载力：kNN675215)5.214400(10故连接的承载力为kNN2449.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=60KN,螺栓M20,孔径21.5mm,ƒbv=130N/mm2,ƒbc=305N/mm2.单个螺栓受剪承载力设计值kNfdnNbvvbv8.40101130421422单个螺栓承压承载力设计值kNftdNbcbc1221013050.22故应按kNNNbvb8.40min进行验算偏心力F的水平及竖直分力和对螺栓群转动中心的距离分别为：cmkNVNTcmekNVcmekNNexeyyx100818365.7485.7,36605318,486054扭矩T作用下螺栓“1”承受的剪力在x，y两方向的分力：kNyxTxNkNyxTyNi