（第二学期）钢结构设计原理阶段性作业11

中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院

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钢结构设计原理 课程作业1（共 4 次作业） 学习层次：专升本 涉及章节：第1章 ——第3章

一、填空题

1、控制焊接连接或焊接构件疲劳性能的主要应力变量是 ；而在非焊接结构中控制疲劳性能的主要应力变量是 。

2、承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化的循环次数n 时，应进行疲劳验算。

3、在疲劳设计时，经过统计分折，把各种构件和连接分为 类，相同应力循环次数下，类别越高，容许应力幅越 。

4、当对接焊缝无法采用引弧板施焊时，每条焊缝轴线的长度计算时应减去 。 5、高强螺栓根据螺栓受力性能分为 和 两种。

6、单个螺栓承受剪力时，螺栓承载力应取 和 的较小值。

二、简答题

1、钢结构有哪些优缺点？

2、钢结构设计时选择钢材要考虑哪些因素？ 3、试述纵向焊接应力分布形式及原因。 4、焊接残余应力对结构有什么影响？

三、计算题

1、计算图示轴心拉杆的双盖板连接能安全承受的最大轴心拉力的设计值。拉杆钢材Q235钢(f=215N/mm)，采用高强度螺栓摩擦型连接，高强度螺栓为8.8级M20（孔径d0=21.5mm），连接处接触面采用喷砂处理，μ=0.45，P=125kN。

2

中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院 50808010505080805010010050816850NN （ 单位：mm） 2、如下图连接，尺寸为mm，受静载拉力P?130kN，hf?10mm，钢材为Q235BF，E43焊条，手工焊无引弧板，ff?160N/mm。试验算焊缝强度。

A10w2P10110P10

3.一块－400×20的钢板用两块拼接板－400×12进行拼接。螺栓孔径22mm，排列如下图。钢板轴心受拉，N＝1350KN（设计值）。钢材为Q235钢，请问：

(1) 钢板1－1截面的强度够否？

(2) 是否还需要验算2－2截面的强度？假定N力在13个螺栓中平均分配，2－2截面

应如何验算？

(3) 拼接板的强度是否需要验算？

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参考答案

一、

1、应力幅；计算应力幅； 2、?5?10

43、8；低； 4、2t

5、承压型；摩擦型 6、抗剪承载力；承压承载力 二、 1、优点：

（1）钢材强度高，韧性、塑性好（2）质量轻，强重比大，可降低基础造价，方便施工吊装，

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对抗震有利（3）材质均匀，符合力学假定，计算结果比较可靠，安全可靠度高（4）制造简单，工厂化生产，工业化程度高，施工速度快，施工周期短（5）钢结构密闭性好（6）钢材为可持续发展的材料。 缺点有：

（1）钢材耐热但不耐火

（2）钢材易锈蚀，耐腐蚀性能差，维护费用高 度；

（3）钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂。 （4）钢材价格相对较贵 2、选择钢材时要考虑的因素有：

结构的重要性、荷载情况、连接方法、结构所处的温度和环境、钢材厚度。（展开分析） 3、施焊时，焊缝附近温度最高。在焊缝区以外，温度则急剧下降。焊缝区受热而纵向膨胀，但这种膨胀因变形的平截面规律而受到其相邻较低温度区的约束，使焊缝区产生纵向压应力。由于钢材在600oC以上时呈塑性状态，因而高温区的这种压应力使焊缝区的钢材产生塑性压缩变形，这种塑性变形当温度下降、压应力消失时不能恢复的。在焊后的冷却过程中，如假设焊缝区金属能自由变形，冷却后钢材因已有塑性变形而不能恢复其原来的长度。事实上由于焊缝区与其邻近的钢材是连续的，焊缝区因冷却而产生的收缩变形又因平截面变形的平截面规律受到附近低温区钢材的约束，使焊缝区产生拉应力，为残余焊接应力。因残余应力是构件未受荷载作用而早已残留在构件截面内的应力，因而截面上的残余应力必需自相平衡，所以焊缝截面两边区域为压应力。 图示如下：中间为拉应力，两边为压应力 4、焊接残余应力对结构性能的影响有：焊接应力不影响结构的静力强度；构件上的焊接残余应力会降低结构的刚度；增加钢材在低温下的脆断的倾向；能降低构件的疲劳强度。 三、 1、螺栓能承担的剪力： 中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院

N1?n0.9nf?P?9?0.9?2?0.45?125?911.25kN

外面第一排螺栓处板件能承担的拉力：

N2?N?0.5N?3?0.833N?An1f?(300?3?21.5)?16?215?810.12kN?N?972.53kN9构件的毛截面能承担的拉力：

N3?Af?300?16?215?1032kN

故接头能承受的最大拉力为911.25kN。

2、解：焊缝计算长度：lw?110?2hf?110?20?90mm

P130?103轴心力产生正应力：?N???103.17N/mm2

2helw2?0.7?10?906Pe6?130?103?102弯矩产生的正应力：?M? ??68.78N/mm222helw2?0.7?10?90所以：A点正应力 ?f??N??M?103.17?68.78?171.95N/mm 又因为 ?f?171.95N/mm??fff3. 解：钢材为Q235，f =215N/mm2

(1) 1－1截面钢板的

2w2?1.22?160?195.2N/mm2 满足要求

所以1－1截面钢板强度足够。

(2) 需要验算2－2截面强度，因为2－2的An小于1－1。 假定N在13个螺栓中平均分配，则2－2截面传递的拉力N’为：

2－2截面的

，足够。

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(3) 两块拼接板厚度之和大于原钢板厚，所以钢板抗拉强度足够，拼接板就无需验算。

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