云南农业大学钢结构复习题

云南农业大学钢结构设计原理复习题

1. 钢结构的主要有点有哪些？ 2. 钢结构的主要缺点有哪些？

3. 极限状态法按满足预定功能要求不同划分为哪两种极限状态法？ 4. 什么是承载能力极限状态？ 5. 什么是正常适用极限状态？

6. 承载能力极限状态计算用荷载、材料强度什么值？ 7. 正常使用极限状态计算用荷载、材料强度什么值？ 8. 何谓荷载、材料强度标准值？ 9. 何谓荷载、材料强度设计值？

10. 荷载、材料强度设计值与相应标准值之间的关系？ 11. 钢结构设计时应满足哪些基本要求？

12. 钢管混凝土柱为什么钢管对核心混凝土的横向变形有约束作用，从而提高核心混凝土的

抗压强度？

13. 结构钢材对钢材性能有哪些方面的要求？ 14. 为什么钢材以屈服强度作为强度设计指标？

15. 没有明显屈服点的钢材以什么作为强度设计指标？ 16. 什么是钢材的伸长率？ 17. 什么是断面收缩率？ 18. 什么是冲击韧性？ 19. 什么叫层状撕裂？

20. 化学元素碳对钢材哪些性能有哪些影响？ 21. 有益合金元素有哪些？

22. 有害元素有哪些？如何有害？

23. 什么叫钢材的硬化？硬化后钢材在强度、变形方面有何改变？ 24. 温度如何影响钢材的强度？ 25. 什么叫应力集中？

26. 为什么说厚钢板比薄钢板更有可能发生脆性破坏？

27. 钢材的剪切屈服强度与拉压屈服强度之间的关系是什么？ 28. 钢材有哪几种破坏形式？

29. 什么叫塑性破坏？其破坏特征是什么？ 30. 什么叫脆性断裂？其破坏特征是什么？ 31. 影响脆性断裂的主要因素有哪些？ 32. 如何防止脆性断裂的发生？

33. 什么叫疲劳破坏？影响疲劳破坏的主要因素有哪些？ 34. 疲劳验算方法是极限状态法吗？为什么？

35. 直接承受重复荷载作用的钢结构，当应力循环次数达到多少时，应进行疲劳计算？ 36. 结构钢对钢材的基本要求有哪些？

37. 焊缝质量控制分为几级？各级焊缝质量控制的抗拉、抗压、抗剪强度如何？规范又是如

何规定的？

38. 常用焊缝代号如何标注？

39. 什么叫钢材的屈强比？它主要反应什么问题？ 40. 什么叫对接焊缝？为什么对接焊缝又叫坡口焊缝？

41. 对接焊缝一个弧坑按多长计算？

42. 采用引弧板的对接焊缝，在计算有效长度时还扣除弧坑吗？ 43. 对接焊缝的计算方法如何？

44. 对接焊缝在什么情况下可以不进行强度计算？ 45. 部分焊透的对接焊缝应如何计算？

46. 侧面角焊缝为什么要规定最小长度？其值为多少？ 47. 侧面角焊缝为什么要规定最大长度？其值为多少？ 48. 角焊缝每一个弧坑按多少计算？

49. 端焊缝与侧面角焊缝相比，在强度和塑性变形能力方面有什么不同？ 50. 端焊缝、侧焊缝有效截面上受什么应力作用？规范按受什么应力考虑？ 51. 各种情况下角钢角焊缝内力分配系数如何取值？

52. 轴心力（或称剪力）在侧焊缝有效截面上产生的剪应力沿焊缝长度方向如何分布？ 53. 什么叫焊接残余应力？ 54. 焊接残余应力分为哪几种？

55. 焊接残余应力对构件性能有何影响？ 56. 减少焊接残余应力的措施有哪些？

57. 栓钉排列方式有哪几种？各有何优缺点？

58. 栓钉间距为什么要规定最大值和最小值（出于哪几方面的考虑）？ 59. 什么叫受剪栓钉连接？

60. 单个受剪栓钉承载力设计值如何计算（考虑哪些方面）？ 61. 轴心受力构件的受剪栓钉连接中，各栓钉受力（沿受力方向）如何分布？规范如何考虑？ 62. 受剪栓钉连接中，何谓单剪？何谓双剪？

63. 为什么单个普通抗拉螺栓承载力设计值计算时，螺栓的抗拉强度设计值取值低于螺栓材

料抗拉强度设计值（0.8倍）？

64. 受拉兼受剪螺栓连接的承载能力相关曲线是什么曲线（直线、抛物线、圆曲线）？ 65. 高强度螺栓预拉力如何控制？ 66. 什么叫摩擦型高强度螺栓？ 67. 什么叫承压型高强度螺栓？ 68. 各种受剪栓钉连接中，因栓钉孔削弱对构件强度承载力削弱最小的是（普通螺栓、铆钉、

承压型高强度螺栓、摩擦型高强度螺栓）？

69. 摩擦型抗拉高强度螺栓单栓承载力设计值如何计算？ 70. 弯矩作用下的普通受拉连接“中性轴”位置？

71. 弯矩作用下的摩擦型受拉高强度螺栓连接“中性轴”位置？

72. 对受剪摩擦型高强度螺栓连接的轴心受力构件的静力强度验算，在验算了有栓孔削弱的

截面后，为什么还要进行毛截面强度验算？

73. 按欧拉公式计算轴心受压构件的整体稳定时，稳定系数ф与长细比λ一一对应吗？ 74. 按钢结构规范计算轴心受压构件的整体稳定时，稳定系数ф与长细比λ一一对应吗？为

什么？

75. 钢结构关于柱子曲线（ф-λ关系曲线）有多条的原因是什么？（此题是73题的另一种

表达方式）

76. 提高轴心受压钢构件稳定承载力的措施有哪些？ 77. 残余应力为什么会降低轴心受压钢构件的稳定性？

78. 提高钢材强度等级能有效提高轴心受压钢构件的稳定性吗？为什么？ 79. 确定宽厚比限制值的原则？

80. 工字形截面轴心受压钢构件翼缘、腹板局部稳定验算式？ 81. 箱形截面轴心受压钢构件翼缘、腹板局部稳定验算式？

82. 在工字形截面轴心受压构件宽厚比验算式中，长细比λ如何取值（λx、λy、两个方向

的大者、两个方向的小者）？为什么？

83. （轴心受压钢构件）宽大截面腹板局部稳定的处理方法有哪几种？ 84. 格构式轴心受压构件的适用场合？

85. 格构式轴心受压构件如何做到沿两主轴方向等稳定性？ 86. 双肢格构式柱的设计步骤？

87. 采用粗大的缀材能有效提高格构式轴心受压构件绕虚轴的稳定承载力吗？为什么？ 88. 格构式轴心受压构件为什么要设置横膈？如何设置？ 89. 典型柱头、柱脚由哪几部分组成？传力方式如何？

90. 轴心受拉构件的刚度不影响其承载力，为什么要验算刚度？ 91. 为什么轴心受力构件强度验算用净截面，刚度验算用毛截面？ 92. 为什么轴心受力构件强度验算用净截面，整体稳定验算用毛截面？ 93. 什么叫轴心受压构件等稳定设计？ 94. 双肢格构式柱如何确定分肢间距？

95. 采用格构式轴心受压构件（与实腹式轴心受压构件相比），显著提高的是（强度、整体

稳定、局部稳定、刚度）？

96. 格构式轴心受压构件分肢稳定如何保证？

97. 轴心受压构件的剪力是如何产生的？沿长方向如何分布？ 98. 型钢梁的适用场合？ 99. 组合梁的适用场合？

100. 薄壁型钢梁的适用场合？

101. 钢梁从荷载开始作用到最后破坏，要经历哪几个应力阶段？各应力阶段是什么情况下计

算的依据？

102. 钢梁的强度计算包括哪几方面的计算？ 103. 截面塑性发展系数取值？

104. 影响钢梁整体稳定的主要因素有哪些？ 105. 什么叫间隔加劲肋？间隔加劲肋有哪几种？ 106. 什么叫支承加劲肋？它要进行哪几方面的验算？ 107. 间隔加劲肋应如何设置？

108. 竖向（横向）加劲肋的截面尺寸应满足什么构造要求？ 109. 为什么竖向（横向）加劲肋在翼缘与腹板交界处要切去一个三角形？该三角形的尺寸要

求如何？

110. 钢梁改变截面的方式有哪几种？ 111. 各种情况的对接焊缝连接计算。 112. 各种情况的角焊缝连接计算。 113. 各种情况的栓钉连接计算。 114. 轴心受力构件的各项计算。 115. 钢梁的强度和刚度计算。

116. 拉、压弯构件的强度和刚度计算。

《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承载能力极限状态和正常使用极限状态。

2. 钢结构具有轻质高强、材质均匀，韧性和塑性良好、装配程度高，施工周期短、密闭性好、耐热不耐火和易锈蚀等特点。

3. 钢材的破坏形式有塑性破坏和脆性破坏。

4. 影响钢材性能的主要因素有化学成分、冶炼，浇注，轧制、钢材硬化、 温度、应力集中、残余应力、重复荷载作用和钢材缺陷。

5. 影响钢材疲劳的主要因素有应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）、应力循环次数

6. 建筑钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、和冷弯性能。 7. 钢结构的连接方法有焊接连接、铆钉连接和螺栓连接。

8. 角焊缝的计算长度不得小于8hf，也不得小于40mm。侧面角焊缝承受静载时，其计算长度不宜大于60 hf。

9.普通螺栓抗剪连接中，其破坏有五种可能的形式，即螺栓剪坏、孔壁挤压坏、构件被拉断、端部钢板被剪坏和螺栓弯曲破坏。

10. 高强度螺栓预拉力设计值与螺栓材质和螺栓有效面积有关。 11. 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。

12. 轴心受压构件的稳定系数?与残余应力、初弯曲和初偏心和长细比有关。 13. 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向支承点。

14. 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和梁端支承条件。

15.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. 钢结构具有哪些特点？

答：钢结构具有的特点：○1钢材强度高，结构重量轻○2钢材内部组织比较均匀，有良好的塑性和韧性○3钢结构装配化程度高，施工周期短○4钢材能制造密闭性要求较高的结构○5钢结构耐热，但不耐火○6钢结构易锈蚀，维护费用大。

2. 钢结构的合理应用范围是什么？

答：钢结构的合理应用范围：○1重型厂房结构○2大跨度房屋的屋盖结构○3高层及多层建筑○4轻型钢结构○5塔桅结构○6板壳结构○7桥梁结构○8移动式结构

3. 钢结构对材料性能有哪些要求？

答：钢结构对材料性能的要求：○1较高的抗拉强度fu和屈服点fy○2较好的塑性、韧性及耐疲劳性能○3良好的加工性能

4. 钢材的主要机械性能指标是什么？各由什么试验得到？

答：钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。其中屈服点、抗拉强度和伸长率由一次静力单向均匀拉伸试验得到；冷弯性能是由冷弯试验显示出来；冲击韧性是由冲击试验使试件断裂来测定。

5. 影响钢材性能的主要因素是什么？

答：影响钢材性能的主要因素有：○1化学成分○2钢材缺陷○3冶炼，浇注，轧制○4钢材硬化○5温度○6应力集中○7残余应力○8重复荷载作用

6. 什么是钢材的疲劳？影响钢材疲劳的主要因素有哪些？

答：钢材在连续反复荷载作用下，当应力还低于钢材的抗拉强度，甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏，这种现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏。影响钢材疲劳的主要因素是应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）以及应力循环次数。

7. 选用钢材通常应考虑哪些因素？

答：选用钢材通常考虑的因素有：○1结构的重要性○2荷载特征○3连接方法○4结构的工作环境温度○5结构的受力性质

8. 钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？

答：钢结构常用的连接方法有：焊接连接、铆钉连接和螺栓连接三种。 焊接的优点：○1不需打孔，省工省时；○2任何形状的构件可直接连接，连接构造方便；○3气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性能较好

9. 焊缝可能存在的缺陷有哪些？

答：焊缝可能存在的缺陷有裂纹、气孔、夹碴、烧穿、咬边、未焊透、弧坑和焊瘤。 10. 焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要求？ 答：焊缝质量分为三个等级。三级质量检查只对全部焊缝进行外观缺陷及几何尺寸检查，其外观可见缺陷及几何尺寸偏差必须符合三级合格标准要求；二级质量检查除对外观进行检查并达到二级质量合格标准外，还需用超声波或射线探伤20％焊缝，达到B级检验Ⅲ级合格要求；一级质量检查除外观进行检查并符合一级合格标准外，还需用超声波或射线对焊缝100％探伤，达到B级检验Ⅱ级合格要求；

11. 对接焊缝的构造要求有哪些？

答：对接焊缝的构造要求有：

1一般的对接焊多采用焊透缝，只有当板件较厚，内力较小，且受静载作用时，可采用未焊○

透的对接缝。

2为保证对接焊缝的质量，可按焊件厚度不同，将焊口边缘加工成不同形式的坡口。 ○

3起落弧处易有焊接缺陷，所以要用引弧板。但采用引弧板施工复杂，因此除承受动力荷载○

外，一般不用引弧板，而是计算时为对接焊缝将焊缝长度减2t（t为较小焊件厚度）。 4对于变厚度（或变宽度）板的对接，在板的一面（一侧）或两面（两侧）切成坡度不大○

于1:2.5的斜面，避免应力集中。○5当钢板在纵横两方向进行对接焊时，焊缝可采用十字形或T形交叉对接，当用T形交叉时，交叉点的间距不得小于200mm。

12. 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。

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？

答：钢材在施焊过程中会在焊缝及附近区域内形成不均匀的温度场，在高温区产生拉应力，低温区产生相应的压应力。在无外界约束的情况下，焊件内的拉应力和压应力自相平衡。这种应力称焊接残余应力。随焊接残余应力的产生，同时也会出现不同方向的不均匀收缩变形，称为焊接残余变形。

焊接残余应力的影响：1对塑性较好的材料，对静力强度无影响；2降低构件的刚度；○○3降低构件的稳定承载力；○4降低结构的疲劳强度；○5在低温条件下承载，加速构件的○

脆性破坏。

焊接残余变形的影响：变形若超出了施工验收规范所容许的范围，将会影响结构的安装、正常使用和安全承载；所以，对过大的残余变形必须加以矫正。

减少焊接残余应力和变形的方法：

1合理设计:选择适当的焊脚尺寸、焊缝布置应尽可能对称、进行合理的焊接工艺设计，选择合理的施焊顺序。

2正确施工：在制造工艺上，采用反变形和局部加热法；按焊接工艺严格施焊，避免随意性；尽量采用自动焊或半自动焊，手工焊时避免仰焊。

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？

答：普通螺栓连接中的抗剪螺栓连接是依靠螺栓抗剪和孔壁承压来传递外力。当受剪螺栓连接在达到极限承载力时，可能出现五种破坏形式，即螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏。 高强螺栓连接中的抗剪螺栓连接时，通过拧紧螺帽使螺杆产生预拉力，同时也使被连接件接触面相互压紧而产生相应的摩擦力，依靠摩擦力来传递外力。它是以摩擦力刚被克服，构件开始产生滑移做为承载能力的极限状态。

15. 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，≥2do；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。

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？

答：普通螺栓抗剪连接中的五种破坏形式：螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏。以上五种可能破坏形式的前三种，可通过相应的强度计算来防止，后两种可采取相应的构件措施来保证。一般当构件上螺孔的端距大于2d0时，可以避免端部冲剪破坏；当螺栓夹紧长度不超过其直径的五倍，则可防止螺杆产生过大的弯曲变形。

17. 高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？

答：级别代号中，小数点前的数字是螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度，小数点后数字是材料的屈强比（fy/fu ）。 8.8级为：fu≥800N/mm2，fy/fu=0.8 10.9级为：fu ≥ 1000N/mm2，fy/fu=0.9

18. 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。

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？

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。

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？

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）

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？

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

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？

答：在钢梁中，当腹板或翼缘的高厚比或宽厚比过大时，就有可能在梁发生强度破坏或丧失整体稳定之前，组成梁的腹板或翼缘出现偏离其原来平面位置的波状屈曲，这种现象称为钢梁的局部失稳。

23. 压弯构件的整体稳定计算与轴心受压构件有何不同？

答：可见，压弯构件的整体稳定计算比轴心受压构件要复杂。轴心受压构件在确定整体稳定承载能力时，虽然也考虑了初弯曲、初偏心等初始缺陷的影响，将其做为压弯构件，但主要还是承受轴心压力，弯矩的作用带有一定的偶然性。对压弯构件而言，弯矩却是和轴心压力一样，同属于主要荷载。弯矩的作用不仅降低了构件的承载能力，同时使构件一经荷载作用，立即产生挠曲，但其在失稳前只保持这种弯曲平衡状态，不存在达临界力时才突然由直变弯的平衡分枝现象，故压弯构件在弯矩作用平面内的稳定性属于第二类稳定问题，其极限承载力应按最大强度理论进行分析。

24. 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，应应用薄板稳定理论，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. 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fcw=215 N/mm2，ftw=185 N/mm2 。（假定剪力全部由腹板上的焊缝承受） 1． 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） ya?(30?1)?1?15.5?0.5?9.9cm yb?31?9.9?21.1cm (30?1)?1?(20?1)?1 2.焊缝计算截面的几何特性 全部焊缝计算截面的惯性矩 Iw?1?1?(30?1)3?(30?1)?1?6.12?(20?1)?1?9.42?4790cm4 12全部焊缝计算截面的抵抗矩

Wwa?Iw4790I4790b??484cm3 Ww?w??227cm3 ya9.9yb21.1w2 腹板焊缝计算截面的面积 Aw?(30?1)?1?29cm 二、验算焊缝强度

M220?20?1042w2?90.9N/mm?f?185N/mm(满足）1.a点?a?a? f3Ww484?10 2.b点

M220?20?1042w2?b?b??193.8N/mm?f?185N/mm(满足）f3Ww227?10??F220?102??75.9N/mmwAw29?1023

折算应力

?2?3?2?193.82?3?75.92?234.2N/mm2?1.1fcw?236.5N/mm2

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ffw=160 N/mm2 。 解： Nx?Nsin??390?sin60??337.7kN Ny?Ncos??390?cos60??195kN Nx337.7?103??158.7N/mm2 ?f?2helw2?0.7?8(200?10)195?103??91.6N/mm2 ?f?2helw2?0.7?8(200?10) (Ny?f2158.72)??2?()?91.62?159MPa?ffw?160MPa(满足） f?f1.223. 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：N3?0.7hf??Lw3??f?ffw?0.7?6?160?1.22?160?10?3?131.2kN N1?K1N?N3?0.7?529?131.2/2?304.7kN 2N3?0.3?529?131.2/2?93.1kN 2 N2?K2N? N1304.7?103l1???227mm w2?0.7?6?1602?0.7hfffN293.1?103l2???69mm

2?0.7hfffw2?0.7?6?160

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? =215 N/mm2， fwf=160N/mm2。图示尺寸单位mm.(焊缝LW2实际长度取cm整数)

解： 端缝：N1?2b?he??f?ffw?2?320?0.7?6?1.22?160?10?3?524.7kN 侧向：N2?N?N1?1250?524.7?725.3kN Lw2N2725.3?103??5??5?275mm?28cm 4?0.7?6?1604?0.7?hf?ffw 盖板全长 L?2Lw2?1cm?2?28?1?57cm 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：?bv=130N/mm2, ?bc=305 N/mm2,? =215 N/mm2。粗制螺栓d=20mm,孔径d0=21.5mm。 解：N?bv??n?d24vfvb?2??4?202?130?10?3?81.7kN ?N??d?tfbcbc?20?18?305?10?3?109.8kN

?N?bmin?81.7KN

a)

N600n???7.3KNb[N]min81.7中距 端距 边距

取8个

b) 排列

3d0?64.5 2d0?43.0 1.5d0?32.25

取80 取50 取40

c) 净截面验算

I?I An?(160?2?21.5)?18?2106mm2

N600?103??285MPa ??>215MPa An2106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。 d) 拼接板长 l?2??2?50?3?80??10?690mm 6.图示一用M20普通螺栓的钢板拼接接头，钢材为Q235，?＝215 N/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, ?bv=130N/mm2, ?bc=305 N/mm2。 解：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 N?nvb单个螺栓承压承载力设计值 Nc?dbv?d24f?2?bv??224?130?1b?81.6kN(Nmin) 10?t?fcb?2?1.4?305?b1?85.4kN 10连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值 N?nNmin?9?81.6?734.4kN 一、构件所能承受的最大轴心力设计值 IIIIVIIIVIIIIIIIVV I-I截面净截面面积为 An?(b?n1d0)t?(25?1?2.15)?1.4?32cm II-II截面净截面面积为 I2 AnII?[2e1?(n1?1)a2?e2?n1d0]t?[2?5?(3?1)4.52?7.52?3?2.15]?1.4?29.46cm2III-III截面净截面面积为 An?(b?nIIId0)t?(25?2?2.15)?1.4?28.98cm 三个截面的承载设计值分别为

I－I截面：N?Anf?32?10?215?688000N?688kN II－II截面：N?Anf?29.46?10?215?633400N?633.4kN 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(1?II2I2III2n1)N?AnIIf nAnIIf28.98?102?215N???701000N?701kN

n1(1?1/9)(1?)n构件所能承受的最大轴心力设计值按II－II截面N?633.4kN

二、连接盖板所能承受的轴心力设计值（按V-V截面确定）

vAn?(b?nVd0)t?(25?3?2.15)?2?0.8?29.68cm2N?Af?29.68?10?215?638100N?638.1kNvn2

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Nmax?633.4kN。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??0.3。

解：一、摩擦型高强度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 Nv?0.9nf?P?0.9?2?0.3?155?83.7kN 连接一侧螺栓所能承受的最大轴心力设计值 N?nNmin?9?83.7?753.3kN 二、构件所能承受的最大轴心力设计值

毛截面：N?Af?250?14?215?752500N?752.5kN

I－I截面净截面面积为 An?(b?n1d0)t?(25?1?2.15)?1.4?32cm n1?1,n?9 根据 (1?0.5I2bbn1N)1?f nAn1Anf32?102?215??728500N?728.5kN 即 N?n111?0.5?1?0.59nII-II截面净截面面积为

AnII?[2e1?(n1?1)a2?e2?n1d0]t?[2?5?(3?1)4.52?7.52?3?2.15]?1.4?29.46cm229.46?102?215N???760100N?760.1kN

n111?0.5?1?0.59nIII-III截面净截面面积为 An?(b?nIIId0)t?(25?2?2.15)?1.4?28.98cm

III2AnIIf因前面I－I截面已有n1个螺栓传走了（n1/n）N的力，故有(1?n1nN?0.5III)III?f nnAn28.98?102?215N???801100N?801.1kN

n1nIII2(1??0.5)(1?1/9?0.5?)9nn构件所能承受的最大轴心力设计值按II－II截面N?728.5kN 三、连接盖板所能承受的轴心力设计值（按V-V截面确定） vAn?(b?nVd0)t?(25?3?2.15)?2?0.8?29.68cm2 nv?3,n?9AnIIIf29.68?102?215N???765700N?765.7kNnv31?0.5?1?0.59nvAnf 通过比较可见，接头所能承受的最大轴心力设计值为Nmax?728.5kN。与上题比较增大?N?728.5?633.4?95.1kN。 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：?＝215N/mm2, ?bv=130 N/mm2, ? bc=305 N/mm2 。 解：单个螺栓受剪承载力设计值 N?nv单个螺栓承压承载力设计值 Nc?dbbv?d24f?2?bv??224?130?1?81.7kN 10?t?fcb?2?1.0?305?b1?61kN 10连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值 N?nNmin?4?61?244kN 节点板净截面抗拉承载力：N?10?(400?4?21.5)?215?675kN

故连接的承载力为N?244kN

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, ?bv=130N/mm2, ?bc=305 N/mm2. 解：单个螺栓受剪承载力设计值 N?nv单个螺栓承压承载力设计值 Nc?dbbbv?d24f?1?bv??224?130?1?40.8kN 10b?t?fcb?2?2.0?305?1?122kN 10故应按Nmin?Nv?40.8kN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： 4?60?48kN,ex?18cm53V??60?36kN,ey?7.5cm

5T?Ney?Vex?48?7.5?36?18?1008kN?cmN?扭矩T作用下螺栓“1”承受的剪力在x，y两方向的分力：

N1Tx?N1TyTy11008?7.5??23.26kN2222?xi??yi4?5?4?7.5Tx11008?5???15.51kN2222?xi??yi4?5?4?7.5

轴心力N、剪力V作用下每个螺栓承受的水平和竖直剪力：

N1Nx?N48V36V??12kN N1???9kN yn4n4螺栓“1”承受的合力： 2TV2Nmax?(N1Tx?N1Nx)?(N1y?N1y) bmin ?(23.26?12)?(15.51?9)?42.94kN?N22?40.8kN(不满足）10.两端铰接轴心受压柱，高9.6m,钢材为Q235，强度设计值?=215 N/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 ?： ?72 73 74 75 76 77 78 79 80 ?0.739 0.732 0.726 0.720 0.714 0.707 0.701 0.694 0.688 A?2(20?500)?500?8?24000mm2Ix?1?8?5003?2?20?500?2602?1435?106mm4 12Ix1435?106L9600??245mm ?x???39.2A24000ix245

ix?解：I?2?1?20?5003?416.7?106mm4 y12iy?IyA?416.7?106L9600?132mm ?x???72.724000iy132?y???0.739?0.7(0.739?0.732)?0.7341N???A?f?0.734?24000?215?3787440N?3787.44kN11.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=460cm4 解：iy?IyA?11080L1000?12.86cm ?y???77.78 67iy12.86Ix?2(Ix1?A?152)?2?(460?67?152)?31070cm4

ix?Ix?2A31070L1000?15.23cm ?x???65.66

2?67iy15.23i1?Ix1?AL46080?2.62cm ?1?o1??30.53 67i12.62 2?ox??265.662?30.532?72.41x??1???max??y?77.7812.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？ 解：一、第一截面： 1．截面几何特征： A?2(16?300)?1200?10?21600mm21?10?12003?2?16?300?6082?4.99?109mm4 121Iy?2??16?3003?7.2?107mm412Ix?4.99?109Wx??8.1?106mm3?8100cm3 6167.2?107iy???57.7mm?5.77cmA21600

l112000?y???208iy57.7Iy2．梁的稳定系数：?b?0.69?0.13?l1t112000?16?0.69?0.13??0.76 bh300?1232?235?yt124320Ah??b??b2?)??b??1?(4.4h?yWx????fy ?0.76? ?0.29二、第二截面：

?235432021600?1232?208?162 ?1?()?0??264.4?12322088.1?10??235A?2(20?240)?1200?10?21600mm21．截面几何特征：Ix?1?10?12003?2?20?240?6102?5.0?109mm4 121Iy?2??20?2403?4.6?107mm4125.0?109Wx??8.1?106mm3?8100cm3

6204.6?107iy???46mmA21600

l12000?y?1??261iy462．梁的稳定系数：?b?0.69?0.13?Iyl1t112000?20?0.69?0.13??0.79 bh240?1240?235?yt124320Ah??b??b2?)??b??1?(4.4h?yWx????fy ?0.79? ?0.23经比较可知，第一截面的稳定性比第二截面的稳定性好。

?235432021600?1240?261?202 ?1?()?0??264.4?12402618.1?10??23513. 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/mm2

②I50a的Ix＝46470cm4，Wx＝1860cm3， Iy＝1120cm4，Wy＝142cm3 ③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 0.44 解：Mmax?1.5P?4000?P?2000?4000P Mmaz?f ?Mmax?f??b?Wx?bWx4000P?215?0.44?1860?103?P?44kN 14. 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=102cm2 IX=32240cm4 wx=1430cm3 Iy=855cm4 wy=114cm3

材料为Q235,强度设计值?=215 N/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：Mmaz1?f ?Mmax?ql2?f??b?Wx?bWx8q?8f?bWx8?215?0.44?1430?10??13.36N/mm?13.36kN/m22l90003 15. 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：A?42cm2,Wx?309cm3,ix?8.99cm, ?=215 N/mm2 。 解：均布荷载作用下的最大弯矩设计值：Mmax应用拉弯构件强度计算公式 ql28?62???36kN?m 88N36?106NM??f? ??215?N?437000N?437kN 23An?xWn42?101.05?309?10刚度验算： ?x?lox600??66.7?[?]?350(满足） ix8.9916. 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：2A?76.3cm2,Wx?875cm3,ix?14.4cm,iy?2.69cm, ?=215 N/mm 。 解：验算在弯矩作用平面内的稳定： ?x?lox1000??69.4??x?0.842(按a类截面） ix14.4NEx?2EA?2?206?103?76.3?102???3218000N?3218kN 2?269.4x?mx?1.0 （按无端弯矩但有横向荷载作用时） ql26.24?102Mx???78kN?m 88?mxMxN??xA?xW1x(1?0.8N/NEX)650?1031?78?106?? 0.842?76.3?1021.05?875?103(1?0.8?650/3218)?202MPa?f?215MPa(满足）一、验算在弯矩作用平面外的稳定

如不设支承点：?y?loyiy?1000?372?[?]?150(刚度不满足） 2.69现增设四个侧向支承点，loy?1000/5?200cm，并取中间段柱验算：

?y?loyiy?200?74.3?[?]?150(刚度满足）??y?0.725(b类截面） 2.6974.32?b?1.07??1.07??0.94

4400044000?2y?tx?1.0 （按所考虑构件段内有端弯矩和横向荷载同时作用时）

?txMxN650?1031?78?106????212MPa?f?215MPa(满足）23?yA?bW1x0.725?76.3?100.94?875?10计算结果表明，设四个侧向支承点，该柱在两个方向基本上可达到等稳定性。

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