钢结构设计原理 习题答案 刘晓.docx

第2章习题参考答案一.填空题1 .提高，下降，下降2 .伸长率，断面收缩率，伸长率，5,IOd,伸长值和原标距比值，5>Siqo3 .提高，下降，下降，下降，下降4 .屈服强度，235Nmm2,质量等级为A级，脱氧方法为沸腾钢5 .塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈性，脆，热脆性，塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性，脆，冷脆性二.选择题1. D2.3.D4.B5.A三.简答题1冷弯性能是指钢材在冷加工（常温下加工）过程中产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力（敏感性）。属于钢材的一种工艺性能，可通过冷弯试验来说明。冷弯试验可以揭示钢材塑性的好坏，检验钢材的冷加工性能和钢材的冶金、轧制质量等。2疲劳强度是指在疲劳应力作用下，经无数次循环，材料或构件不发生疲劳破坏的最大,应力（或应力幅）值。疲劳强度可通过疲劳试验测定：选择应力循环特征，然后取不同的应力水平（最大应力值或应力幅），在每一应力水平下分别进行疲劳试验。试验结果可得出每一应力水平下的疲劳寿命值，采用基函数进行曲线拟合，得出疲劳S-N曲线，常取夕/V曲线中一定概率下疲劳强度的下限作为设计SHV曲线。曲线上的渐近线所对应的应力水平即为材料的疲劳极限。3钢材的冲击韧性是钢材在一定温度下在塑性变形和断裂的过程中吸收能量的能力，也是表示钢材抵抗冲击荷载的能力，它是强度与塑性的综合表现。钢材的冲击韧性值是指钢材在受到冲击荷载发生一定塑性变形后断裂过程中吸收能量的多少。钢材的冲击韧性可由冲击试验得到,韧性指标等于冲断试件所耗的功(Jcm2)o温度对冲击韧性有很大的影响。4(1)强度：结构用钢的主要强度指标有屈服点工和抗拉强度(2)塑性：塑性好坏可用拉伸断裂时的最大相对塑性变形伸长率和断面收缩率仍表示；(3)冲击韧性：刻画材料韧性的是冲击韧性指标(Jcm2)o5影响钢结构疲劳强度的因素很多，归纳起来，主要有构件的构造细节(包括形状、尺寸及表面状况、冶金缺陷等，它们和应力集中程度有关)、应力种类(循环特征)及其幅值、应力循环次数、残余应力、工作环境及材料种类等。应力集中程度愈高，疲劳强度就愈低。6在应力集中处应力线发生弯曲、变密，出现高峰应力区并常使构件处于同号的双向或三向应力场的复杂应力状态，在应力集中处塑性变形受到约束，使结构发生脆性断裂或产生疲劳裂纹。因此，可以说应力集中是影响钢材性能的重要因素。第3章习题答案一、简答题1.简述钢结构连接方式及其特点.答：钢结构按连接方式，分焊接、钾接和栓接（普通螺栓连接、高强螺栓连接）焊接优点是构造简单、不削弱构件截面，节约钢材，施工方便，易采用自动化操作，连接密闭性好、刚度大。缺点是焊接残余应力和残余变形对结构有不利影响，焊接结构低温冷脆问题突出。不宜用于直接承受动力荷载的结构构件。锚栓连接塑性和韧性较好,传力可靠，易于检查质量，可用于直接承受动力的结构，缺点是构造复杂，用钢量大。普通螺栓连接优点施工方便，拆装方便，缺点是用钢量大。2 .简述焊缝质量缺陷内容及焊缝质量分级规定.答：焊缝可能存在裂纹、气孔、烧穿、未焊透缺陷，还可能出现夹渣、焊瘤、咬边等缺陷。焊缝质量检查标准分为三级，第三级为普通外观检查，对于重要结构或要求焊缝金属强度的对接焊缝，必须进行二级或一级质量检查。标准规定：（1）承受动力荷载且需进行疲劳验算的构件焊缝质量要求：作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T形对接焊缝与角焊缝组合焊缝，受拉时应为一级，受压时不低于二级；作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝不应低于二级。（2）不需要疲劳验算的构件中，凡要求与母材等强的对接焊缝受拉时不应低于二级，受压时不宜低于二级。（3）工作环境温度等于或低于-20的地区，构件对接焊缝质量不得低于二级。3 .简述焊接残余应力对结构刚度、强度、稳定、低温冷脆、疲劳性能的影响.答：（1）在静力荷载作用下，焊接残余应力不会影响结构强度（2）焊接残余应力会降低结构刚度（3）焊接残余应力使压杆挠曲刚度变小，降低其稳定承载能力（4）焊接残余应力对疲劳强度有不利影响。（5）焊接残余应力会阻碍塑性变形，在低温下使裂纹容易发展,加速构件脆性破坏。4 .简述普通螺栓、高强螺栓摩擦连接、高强螺栓承压型连接的区别.答：高强螺栓摩擦型连接单纯依靠被连接构件间摩擦阻力传递剪力，以剪力等于滑移力为承载能力极限状态。高强螺栓承压型连接传力特征是剪力超过摩擦力时，构件间发生相互滑移，螺栓杆身与孔壁接触，开始受剪并和孔壁承压，以螺栓或钢板破坏为承载能力极限状态。普通螺栓受力原理与高强螺栓承压型连接相似，但普通螺栓钢材强度低于高强度螺栓。5 .简述螺栓连接破坏的主要几种形式.答：螺栓连接有五种可能破坏的模式，（1）螺栓杆剪断（2）钢板被拉断（3）孔壁挤压（4）钢板剪断（5）螺栓受剪弯曲。二、计算题1 .如图3-65所示，两块拼接板以焊接方式连接钢板，采用双侧角焊缝和三面围焊,焊脚尺寸6mm,钢材为Q235,采用E43系列焊条，手工焊，试算连接分别所能承担的最大拉力？MJS310图3-65【解】采用Q235钢板，E43系列焊条，手工焊，角焊缝强度R=160N/mJ(1)双侧焊缝情况N=/立/卬£=0.7×6×4×(200-2×6)×160=505.3)IN(2)三面围焊情况正面角焊缝承担的力N二fh工1=2×1.22×0.7×6×3×160=491.9侧面角焊缝承担的力N"=4V=4x0.7x6x(200-6)x160=5215ZN焊缝能承担的总力为N=N+M=491.9+521.5=1013.4攵N2 .某钢结构牛腿与钢柱间米用10.9级高强螺栓摩擦型连接，连接构件接触面采用喷硬质英砂，如图3-64所示，竖向力设计值为户310kN,偏心距A250mm,试算高强螺栓采用何种直径规格的合适？MSK311It-中I-9P呻1-1-'Ii图3-66【解】109级高强螺栓摩擦型连接，接触面喷硬质英砂，查表3-13,摩擦系数u=0.45o单个螺栓需抵抗剪力M=31OZN1O=3KN螺栓群同时承受弯剪作用，截面承受弯矩为"二31OxO.25=77.5ZN6最外排螺栓拉力,/Jmax77.5x106×1802×2x(902+1802)=86kN高强螺栓摩擦型连接M=G9nfP=0.9×1×0.45×P=0.405PNa=O.8PN.N需满足加+茄"PN184.1kN.3.某节点板连接于工型柱的翼缘,如图3-65所示,钢材为Q345,采用4根10.9级高强螺栓承压连接，单栓有效面积4=303.4i)2,节点中心到水平拉力M和斜向拉力足作用，采用标准圆孔。盘与小夹角为30。柱翼缘及连接板厚度为16mm,若拉力设计值7½=150kN,M最大设计值是多少？MSK312图3-67【解】由标准可查得ftb=500Nmm2=310Nnn2f=590NZinm27V=n-z,=1×x22"×310=117.787V44N)=%/=22x16x590=207.68ZNTZZ2N：=上工于：=303.4x500=151.7kNt4“有X,y两个方向分力根据公式(3-74)：丛丫+92_卜50sin30°I(N+150cos30)V岗+切=V4x117.78J+4×151.7)N1469.RTV验算承压MJ50s：30=i8.75AN<条=173.WN满足要求第4章习题答案一、填空题轴心压杆格构柱进行分肢稳定计算的目的是保证分支失稳不先于构件的整体稳定失稳。轴心稳定系数中根据钢号、面类型、长细比。轴心受压构件的承载能力极限状态有净截面破坏和毛截面屈服。在轴心压力一定的前提下,轴压柱脚底板的面积是由混凝土强度等级决定的。三、计算题1图所示为一支架，其支柱的压力设计值N=1600kN,柱两端钱接，钢材为Q235,容许长细比囚=150。截面无孔眼削弱。支柱选用156a(f=205Nmm2),A=135cm2,ix=22.0cm,=3.18cmo(1)验算此支柱的承载力；(2)说明如果支柱失稳会发生什么样的失稳形式。解：一、柱在两个方向的计算长度为：1=600cmo>=3cm(1)觥鱼截面已经给出，故不需要初选截面。(2)截面验算因截面无孔洞削弱，可不必验算强度。因轧制工字钢的翼缘和腹板均较厚，可不验算局部稳定。进行整体稳定验算和刚度验算：；=27.3=50Zkr-22.0=1=迎=94.31=150Zv3.181j%远大于九，故由九查附表得夕二0.591=16°0x17=200.5V2<f=205V2夕Ao.59i×135×o/mm/mm即该柱的整体稳定性和刚度均满足条件第5章习题答案一、简答题1 .梁的强度计算有哪些内容？如何计算？答：正应力计算=-</W剪应力计算V-折算应力<2÷3r2<1,1/局压应力,=其Ijw2 .简述塑性发展系数意义是什么，其应用条件是什么？答：在工程设计中，为避免梁产生过大变形，故将梁的极限弯矩取在弹性极限弯矩和产生塑性较弯矩之间，即允许截面产生部分塑性发展，用塑性发展系数描述。通常不承受动力荷载，无需考虑疲劳的梁，以及宽厚比等级高于S3级截面可考虑塑性发展。3 .简述梁截面分类，型钢及组合截面应优选哪种？说明理由答：钢梁按制作方法不同可分为型钢梁和组合梁两大类，型钢梁又可分为热轧型钢梁和冷弯薄壁型钢梁，热轧型钢包括普通工字钢、槽钢、H型钢，冷弯薄壁型钢包括冷弯薄壁槽钢、Z型钢。型钢梁具有加工方便成本低特点，设计中优先采用。4 .何为梁整体稳定性？有效提高梁整体稳定性措施有哪些？答:梁在弯矩作用下，在弯矩作用平面内弯曲，当弯矩大于某数值时，梁将突然发生侧向弯曲和扭转，称为丧失整体稳定性。梁丧失整体稳定主要原因是受压翼缘屈曲，因此加强梁受压翼缘、减小梁的侧向支承距离都可以有效的提高梁的整体稳定性。5 .腹板加劲肋有哪些形式？作用是什么？答：加劲肋主要可以分为横向加劲肋、纵向加劲肋和短加劲肋，主要目的是提高梁腹板局部屈曲荷载，保证梁的局部稳定。设置加劲肋后,腹板被分隔成若干区格，四面支承会延缓区格内腹板的局部屈曲。计算题1.某钢梁采用H型钢H600X200×11X17$|J,=78200×10,/k2610乂1()3廊3钢材采用0235,梁承受弯矩设计值为，M=MokNm验算该梁受弯承载力。【解】翼缘宽厚比为:200-112×17=5.6<13Nfy属于S3截面，塑性发展系数=105最大正应力o_Mr_440×1O6xWx1.05×2610×103=160.6VW<=2152.某焊接组合吊车梁，吊车为重级工作制，吊车梁轨道高度150mm,吊车最大轮压F=355kN,车轮处最大弯矩设计值M=4932kN,m,对应的剪力设计值为316kN.吊车梁用Q345钢材，惯性矩=2.433×1010mm1o试计算车轮作用处钢梁折算应力。图5-30【解】吊车为重级工作制吊车"=135/.=¢7+5v+2hR=(50+5×25+2×150)=475mmF1.35×355×103_1.2Con>7,2=72.IN/mm</=31ON/mm,1tw475×14