鋼結(jié)構(gòu)基本原理課后習(xí)題答案第二版

1、第二章2.1 如圖2-34所示鋼材在單向拉伸狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變曲線，請(qǐng)寫出彈性階段和非彈性階段的關(guān)系式。圖2-34 圖（a）理想彈性塑性（b）理想彈性強(qiáng)化解：（1）彈性階段： 非彈性階段：（應(yīng)力不隨應(yīng)變的增大而變化）（2）彈性階段： 非彈性階段：2.2如圖2-35所示的鋼材在單向拉伸狀態(tài)下的曲線，試驗(yàn)時(shí)分別在A、B、C卸載至零，則在三種情況下，卸載前應(yīng)變、卸載后殘余應(yīng)變及可恢復(fù)的彈性應(yīng)變各是多少？ 圖2-35理想化的圖解：（1）A點(diǎn)： 卸載前應(yīng)變：卸載后殘余應(yīng)變：可恢復(fù)彈性應(yīng)變：（2）B點(diǎn)：卸載前應(yīng)變：卸載后殘余應(yīng)變：可恢復(fù)彈性應(yīng)變：（3）C點(diǎn)： 卸載前應(yīng)變：卸載后殘余應(yīng)變：可恢復(fù)彈性應(yīng)變：2.

2、3試述鋼材在單軸反復(fù)應(yīng)力作用下，鋼材的曲線、鋼材疲勞強(qiáng)度與反復(fù)應(yīng)力大小和作用時(shí)間之間的關(guān)系。答：鋼材曲線與反復(fù)應(yīng)力大小和作用時(shí)間關(guān)系：當(dāng)構(gòu)件反復(fù)力時(shí)，即材料處于彈性階段時(shí)，反復(fù)應(yīng)力作用下鋼材材性無變化，不存在殘余變形，鋼材曲線基本無變化；當(dāng)時(shí)，即材料處于彈塑性階段，反復(fù)應(yīng)力會(huì)引起殘余變形，但若加載卸載連續(xù)進(jìn)行，鋼材曲線也基本無變化；若加載卸載具有一定時(shí)間間隔，會(huì)使鋼材屈服點(diǎn)、極限強(qiáng)度提高，而塑性韌性降低（時(shí)效現(xiàn)象）。鋼材曲線會(huì)相對(duì)更高而更短。另外，載一定作用力下，作用時(shí)間越快，鋼材強(qiáng)度會(huì)提高、而變形能力減弱，鋼材曲線也會(huì)更高而更短。鋼材疲勞強(qiáng)度與反復(fù)力大小和作用時(shí)間關(guān)系：反復(fù)應(yīng)力大小對(duì)鋼材疲勞

3、強(qiáng)度的影響以應(yīng)力比或應(yīng)力幅（焊接結(jié)構(gòu)）來量度。一般來說，應(yīng)力比或應(yīng)力幅越大，疲勞強(qiáng)度越低；而作用時(shí)間越長（指次數(shù)多），疲勞強(qiáng)度也越低。2.4試述導(dǎo)致鋼材發(fā)生脆性破壞的各種原因。答：（1）鋼材的化學(xué)成分，如碳、硫、磷等有害元素成分過多；（2）鋼材生成過程中造成的缺陷，如夾層、偏析等；（3）鋼材在加工、使用過程中的各種影響，如時(shí)效、冷作硬化以及焊接應(yīng)力等影響；（4）鋼材工作溫度影響，可能會(huì)引起藍(lán)脆或冷脆；（5）不合理的結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)影響，如應(yīng)力集中等；（6）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受力性質(zhì)，如雙向或三向同號(hào)應(yīng)力場；（7）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所受荷載性質(zhì)，如受反復(fù)動(dòng)力荷載作用。2.5 解釋下列名詞：（1）延性破壞延性破壞，也

4、叫塑性破壞，破壞前有明顯變形，并有較長持續(xù)時(shí)間，應(yīng)力超過屈服點(diǎn)fy、并達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度fu的破壞。（2）損傷累積破壞指隨時(shí)間增長，由荷載與溫度變化，化學(xué)和環(huán)境作用以及災(zāi)害因素等使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生損傷并不斷積累而導(dǎo)致的破壞。（3）脆性破壞脆性破壞，也叫脆性斷裂，指破壞前無明顯變形、無預(yù)兆，而平均應(yīng)力較?。ㄒ话阈∮谇c(diǎn)fy）的破壞。（4）疲勞破壞指鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，應(yīng)力水平低于極限強(qiáng)度，甚至低于屈服點(diǎn)的突然破壞。（5）應(yīng)力腐蝕破壞應(yīng)力腐蝕破壞，也叫延遲斷裂，在腐蝕性介質(zhì)中，裂紋尖端應(yīng)力低于正常脆性斷裂應(yīng)力臨界值的情況下所造成的破壞。（6）疲勞壽命指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中在一定恢復(fù)荷載作用下所能承受的

5、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。2.6 一兩跨連續(xù)梁，在外荷載作用下，截面上A點(diǎn)正應(yīng)力為，B點(diǎn)的正應(yīng)力，求梁A點(diǎn)與B點(diǎn)的應(yīng)力比和應(yīng)力幅是多少？解：（1）A點(diǎn)：應(yīng)力比： 應(yīng)力幅：（2）B點(diǎn)：應(yīng)力比： 應(yīng)力幅：2.7指出下列符號(hào)意義：(1)Q235AF(2)Q345D(3)Q390E(4)Q235D答：（1）Q235AF：屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級(jí)A（無沖擊功要求）的沸騰鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼）（2）Q345D：屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級(jí)D（要求提供-200C時(shí)縱向沖擊功）的特殊鎮(zhèn)靜鋼（低合金鋼）（3）Q390E：屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級(jí)E（要求提供-400C時(shí)縱向沖擊功）的特殊鎮(zhèn)靜鋼（低合金鋼）（4）Q235D：屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級(jí)D（要求提供

6、-200C時(shí)縱向沖擊功）的特殊鎮(zhèn)靜鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼）2.8根據(jù)鋼材下選擇原則，請(qǐng)選擇下列結(jié)構(gòu)中的鋼材牌號(hào)：（1）在北方嚴(yán)寒地區(qū)建造廠房露天倉庫使用非焊接吊車梁，承受起重量Q500KN的中級(jí)工作制吊車，應(yīng)選用何種規(guī)格鋼材品種？（2）一廠房采用焊接鋼結(jié)構(gòu)，室內(nèi)溫度為-100C，問選用何種鋼材？答：（1）要求鋼材具有良好的低溫沖擊韌性性能、能在低溫條件下承受動(dòng)力荷載作用，可選Q235D、Q345D等；（2）要求滿足低溫可焊性條件，可選用Q235BZ等。2.9鋼材有哪幾項(xiàng)主要機(jī)械指標(biāo)？各項(xiàng)指標(biāo)可用來衡量鋼材哪些方面的性能？答：主要機(jī)械性能指標(biāo)：屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度以及伸長率或，其中，屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度是強(qiáng)

7、度指標(biāo)，而伸長率或是塑性指標(biāo)。2.10影響鋼材發(fā)生冷脆的化學(xué)元素是哪些？使鋼材發(fā)生熱脆的化學(xué)元素是哪些？答：影響鋼材發(fā)生冷脆的化學(xué)元素主要有氮和磷，而使鋼材發(fā)生熱脆的化學(xué)元素主要是氧和硫。 第三章3.1 試設(shè)計(jì)圖所示的用雙層蓋板和角焊縫的對(duì)接連接。采用Q235鋼，手工焊，焊條為E4311，軸心拉力N1400KN(靜載，設(shè)計(jì)值)。主板-20420。解 蓋板橫截面按等強(qiáng)度原則確定，即蓋板橫截面積不應(yīng)小于被連接板件的橫截面積因此蓋板鋼材選Q235鋼，橫截面為-12400，總面積A1為A12124009600mm2A420208400mm2直角角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值160Nmm2(查自附表1.3)角焊縫的

8、焊腳尺寸：較薄主體金屬板的厚度t12mm，因此，= t-2= 12-2=10mm；較厚主體金屬板的厚度t20mm，因此，1.51.56.7mm7mm，所以，取角焊縫的焊腳尺寸10mm，滿足： a)采用側(cè)面角焊縫時(shí) 因?yàn)閎400mm200mm(t12mm)因此加直徑d15mm的焊釘4個(gè)，由于焊釘施焊質(zhì)量不易保證，僅考慮它起構(gòu)造作用。側(cè)面角焊縫的計(jì)算長度為N(4)1.4106(40.710160)312.5mm滿足= 8= 810 80mm606010600mm條件。側(cè)面角焊縫的實(shí)際長度為+ 2312.520332.5mm,取340mm如果被連板件間留出縫隙10mm，則蓋板長度為 = 2+10 =

9、 2340+10 = 690mmb)采用三面圍焊時(shí) 正面角焊縫承擔(dān)的力為B20.7104001.2216021.093106N側(cè)面角焊縫的計(jì)算長度為(-)(4)(1.4106-1.093106)/(40.710160)69mm=80mm 881080mm，取=80mm由于此時(shí)的側(cè)面角焊縫只有一端受起落弧影響，故側(cè)面角焊縫的實(shí)際長度為 = 8010 90mm，取90mm，則蓋板長度為2+10290十10190mm3.2 如圖為雙角鋼和節(jié)點(diǎn)板的角焊縫連接。Q235鋼，焊條E4311。手工焊，軸心拉力N700KN(靜載，設(shè)計(jì)值)。試：1)采用兩面?zhèn)群缚p設(shè)計(jì).(要求分別按肢背和肢尖采用相同焊腳尺寸和不

10、同焊縫尺寸設(shè)計(jì))； 2)采用三面圍焊設(shè)計(jì)。解 角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值160mm2,t1=10mm,t2=12mm(肢背)；和10-mm(肢尖)。因此，在兩面?zhèn)群钢澈椭獠捎孟嗤改_尺寸時(shí)，取8mm；在兩面?zhèn)群钢澈椭獠捎貌煌改_尺寸時(shí)，取=10mm, =8mm；在三面圍焊時(shí)，取 6 mm。均滿足條件。1)采用兩面?zhèn)群?，并在角鋼端部連續(xù)地繞角加焊2a)肢背和肢尖采用相同焊腳尺寸時(shí):0.65710522.275105N0.35710521.225105N需要的側(cè)面焊縫計(jì)算長度為2.275105(0.78160)254mm1.225105(0.78160)137mm則 均滿足要求肢背上的焊縫實(shí)際長度和

11、肢尖上的焊縫實(shí)際長度為+=2548262 mm，取270 mm+=1378145 mm，取150 mmb)肢背和肢尖采用不同焊腳尺寸時(shí):2.275105N 1.225105N需要的側(cè)面焊縫計(jì)算長度為2.275105(0.710160)203mm1.225105(0.78160)137mm則 均滿足要求肢背上的焊縫實(shí)際長度和肢尖上的焊縫實(shí)際長度為+=2038211 mm，取220 mm+=1378145 mm，取150 mm2)采用三面圍焊正面角焊縫承擔(dān)的力為， 20.7b20.781001.221602.186105N肢背和肢尖上的力為0.657105-2.18610523.457105N0.

12、357105-2.18610521.357105N所需側(cè)面焊縫計(jì)算長度為3.457105(20.78160)193mm1.357105(20.78160)76mm則 均滿足要求。肢背上的焊縫實(shí)際長度和肢尖上的焊縫實(shí)際長度為+1938201mm，取210mm 76884mm，取90mm3.3 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖所示。懸臂承托與柱翼緣采用角焊縫連接，Q235鋼，手工焊，焊條E43型，焊腳尺寸hf8mm。試求角焊縫能承受的最大靜態(tài)和動(dòng)態(tài)荷載N。解 a)幾何特性 確定焊縫重心的坐標(biāo)為=0.78(2003/12+2721002)=1.18107mm4 =0.78200152 +2723/12+272(72/2

13、-15)2=9.56105mm4=+=1.18107+9.56105=1.27107mm4b)內(nèi)力計(jì)算TNeN(al1-)N(80150-15)215NVNc)焊縫驗(yàn)算215N100(1.27107)1.6910-3N215N(72-15)(1.27107)9.6510-4NN0.78(200+722)5.1910-4N代入下式,，當(dāng)承受靜載時(shí)，解得N=76.84KN當(dāng)承受動(dòng)載時(shí)，解得N=71.14KN 3.4 試設(shè)計(jì)圖所示牛腿中的角焊縫。Q235鋼，焊條E43型，手工焊，承受靜力荷載N100KN(設(shè)計(jì)值)。解 角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值160Nmm2取焊腳尺寸8mm。滿足1.51.55.2mm1.2

14、t1.212=14.4mm條件。每條焊縫的計(jì)算長度均大于8而小于60。a)內(nèi)力1.01051501.5107Nmm1105Nb)焊縫的截面幾何特性確定焊縫形心坐標(biāo)為：焊縫有效截面對(duì)x軸的慣性矩為0.7815067.52(150-12)（67.5-12）2+22003/122200（100+12-67.5）2 =1.81107mm4 67.51.81107/67.5=2.68105mm3腹板右下角焊縫有效截面抵抗矩為（212-67.5）1.81107144.51.25105mm3c)驗(yàn)算在彎矩作用下的角焊縫按 3.11(c)式驗(yàn)算 1.81107(2.68105)55.9Nmm2160Nmm2牛

15、腿腹板右下角焊縫既有較大的彎曲正應(yīng)力，又受剪應(yīng)力，屬平面受力，按 3.11(d)式驗(yàn)算該點(diǎn)的強(qiáng)度。其中 1.81107(1.25105)120Nmm21105(20.78200)44.6Nmm2代入 3.11(d)式，得160Nmm2 可靠3.5 條件同習(xí)題3.1，試設(shè)計(jì)用對(duì)接焊縫的對(duì)接連接。焊縫質(zhì)量級(jí)。解 構(gòu)件厚度t20mm，因直邊焊不易焊透，可采用有斜坡口的單邊V或V形焊縫(1)當(dāng)不采用引弧板時(shí)： 所以當(dāng)不采用引弧板時(shí)，對(duì)接正焊縫不能滿足要求，可以改用對(duì)接斜焊縫。斜焊縫與作用力的夾角為滿足tan1.5，強(qiáng)度可不計(jì)算。 (2)當(dāng)采用引弧板時(shí)： 所以當(dāng)采用引弧板時(shí)，對(duì)接正焊縫能滿足要求。3.6

16、 試設(shè)計(jì)如圖3.71所示a)角鋼與連接板的螺栓連接；b)豎向連接板與柱的翼緣板的螺栓連接。Q235鋼，螺栓為C級(jí)螺栓，采用承托板。解 查附表, C級(jí)螺栓的140Nmm2，Q235鋼的305Nmm2，215Nmm2 。確定螺栓直徑根據(jù)附表在1008上的釘孔最大直徑為24mm，線距e55mm。據(jù)此選用M20，孔徑21mm,端距為50mm222142mm并8t8864mm(符合要求)；栓距為70mm332163mm并12t12896mm(符合要求)。b)一個(gè)C級(jí)螺栓承載力設(shè)計(jì)值為21403.1420248.792104N20144058.54104N所以承載力8.54104Nc)確定螺栓數(shù)目4702

17、60mm151521315mm ，1.04.0105(8.54104)4.7，取5個(gè)。d)構(gòu)件凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算-nt312722182791mm4.01052791143.3Nmm2215Nmm2,符合要求。豎向連接板同翼緣的連接 選用螺栓M20，布置螺栓時(shí)使拉桿的軸線通過螺栓群的形心，由于采用承托板，可不考慮剪力的作用，只考慮拉力的作用。承擔(dān)內(nèi)力計(jì)算將力F向螺栓群形心O簡化，得：=4.01050.707283 kN單個(gè)螺栓最大拉力計(jì)算：確定螺栓數(shù)目： 個(gè)， 取n=6個(gè)3.7 按摩擦型高強(qiáng)度螺栓設(shè)計(jì)習(xí)題3.6中所要求的連接(取消承托板)。高強(qiáng)度螺栓10.9級(jí)，M20，接觸面為噴砂后生赤銹。解 a

18、)角鋼與節(jié)點(diǎn)板的連接設(shè)計(jì)Q235鋼噴砂后生赤銹處理時(shí)=0.45.10.9級(jí)M20螺栓預(yù)拉力P=155KN，M20孔徑為22mm單個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值0.920.451.55105 1.256105N確定螺栓數(shù)目個(gè)，取4個(gè)。對(duì)21008的連接角鋼，采用單列布置，取線距e155mm，取端距為50mm，栓距為70mm，滿足表3.4的要求。沿受力方向的搭接長度370210mm15d01522330mm，不考慮折減。截面強(qiáng)度驗(yàn)算(10.514)4.0105(31272228)126.1 N/mm2215 Nmm2 合格b)豎向連接板同翼緣的連接 承擔(dān)內(nèi)力計(jì)算將力F向螺栓群形心O簡化，得=4.01050

19、.707283 kN4.01050.707283 kN單個(gè)螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)值為：式中Nt為每個(gè)高強(qiáng)度螺栓承受的剪力，,n為所需螺栓的個(gè)數(shù)。確定螺栓的個(gè)數(shù)：解得n=6.7 取8個(gè)， 分兩列，每列4個(gè)3.8 按承壓型高強(qiáng)度螺栓設(shè)計(jì)習(xí)題3.6中所要求的連接(取消承托板)。高強(qiáng)度螺栓10.9級(jí)，M20，接觸面為噴砂后生赤銹，剪切面不在螺紋處。解 a)角鋼與節(jié)點(diǎn)板的連接設(shè)計(jì)承載力設(shè)計(jì)值2014470132 kN=2310314=195 kN所以132 kN確定螺栓數(shù)目4001323.03，取4個(gè)沿受力方向的搭接長度370210mm15d01521.5322.5mm截面強(qiáng)度驗(yàn)算4.0105(312721

20、.582)143.7Nmm2215Nmm2可靠b)豎向連接板同翼緣的連接 內(nèi)力計(jì)算283 kN， 283 kN 確定螺栓數(shù)目 驗(yàn)算：因70mm15322.5mm，所以螺栓的承載力設(shè)計(jì)強(qiáng)度無需折減。0.9417.07104N 1.29.741041.28.11104 N 可靠3.9 已知A3F鋼板截面用對(duì)接直焊縫拼接，采用手工焊焊條E43型，用引弧板，按級(jí)焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)，試求焊縫所能承受的最大軸心拉力設(shè)計(jì)值。解：查附表1.2得：則鋼板的最大承載力為：3.10 焊接工字形截面梁，設(shè)一道拼接的對(duì)接焊縫，拼接處作用荷載設(shè)計(jì)值：彎矩，剪力，鋼材為Q235B，焊條為E43型，半自動(dòng)焊，級(jí)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)算該焊

21、縫的強(qiáng)度。解：查附表1.2得：，。截面的幾何特性計(jì)算如下：慣性矩：翼緣面積矩：則翼緣頂最大正應(yīng)力為：滿足要求。腹板高度中部最大剪應(yīng)力：滿足要求。上翼緣和腹板交接處的正應(yīng)力：上翼緣和腹板交接處的剪應(yīng)力：折算應(yīng)力：滿足要求。3.11 試設(shè)計(jì)如圖所示雙角鋼和節(jié)點(diǎn)板間的角焊縫連接。鋼材Q235B，焊條E43型，手工焊，軸心拉力設(shè)計(jì)值(靜力荷載)。采用側(cè)焊縫；采用三面圍焊。解：查附表1.2得：采用兩邊側(cè)焊縫因采用等肢角鋼，則肢背和肢尖所分擔(dān)的內(nèi)力分別為： 肢背焊縫厚度取，需要：考慮焊口影響采用 ；肢尖焊縫厚度取，需要：考慮焊口影響采用。采用三面圍焊縫假設(shè)焊縫厚度一律取，每面肢背焊縫長度：，取每面肢尖焊縫

22、長度，取3.12 如圖所示焊接連接，采用三面圍焊，承受的軸心拉力設(shè)計(jì)值。鋼材為Q235B，焊條為E43型，試驗(yàn)算此連接焊縫是否滿足要求。解：查附表1.2得：正面焊縫承受的力 ： 則側(cè)面焊縫承受的力為：則滿足要求。3.13 試計(jì)算如圖所示鋼板與柱翼緣的連接角焊縫的強(qiáng)度。已知(設(shè)計(jì)值)，與焊縫之間的夾角，鋼材為A3，手工焊、焊條E43型。解：查附表1.2得：，滿足要求。3.14 試設(shè)計(jì)如圖所示牛腿與柱的連接角焊縫，。鋼材為Q235B，焊條E43型，手工焊。解：查附表1.2得： 故翼緣焊縫多承受的水平力為設(shè)號(hào)焊縫只承受剪力V，取故號(hào)焊縫的強(qiáng)度為：滿足要求。設(shè)水平力H由號(hào)焊縫和號(hào)焊縫共同承擔(dān)，設(shè)號(hào)焊縫

23、長度為150mm, 取故號(hào)焊縫的強(qiáng)度為：滿足要求。3.15 試求如圖所示連接的最大設(shè)計(jì)荷載。鋼材為Q235B，焊條E43型，手工焊，角焊縫焊腳尺寸，。 解：查附表1.2得：在偏心力F作用下，牛腿和柱搭接連接角圍焊縫承受剪力V=F和扭矩T=Fe的共同作用。 圍焊縫有效截面形心O距豎焊縫距離：兩個(gè)圍焊縫截面對(duì)形心的極慣性矩： 則圍焊縫最大應(yīng)力點(diǎn)A處各應(yīng)力分量： 則得 3.16 如圖所示兩塊鋼板截面為，鋼材A3F，承受軸心力設(shè)計(jì)值，采用M22普通螺栓拼接,I類螺孔，試設(shè)計(jì)此連接。解：查附表1.3得：螺栓， 。查附表1.1得：。每個(gè)螺栓抗剪和承壓承載力設(shè)計(jì)值分別為： 取故 取10個(gè)拼接板每側(cè)采用10個(gè)

24、螺栓，排列如圖所示。驗(yàn)算鋼板凈截面強(qiáng)度： 但應(yīng)力在5%范圍內(nèi)，認(rèn)為滿足要求。3.17 如圖所示的普通螺栓連接，材料為Q235鋼，采用螺栓直徑20mm，承受的荷載設(shè)計(jì)值。試按下列條件驗(yàn)算此連接是否安全：1)假定支托不承受剪力；2)假定支托承受剪力。 解：查附表1.3得：螺栓， ，。1）假定支托只起安裝作用，不承受剪力，螺栓同時(shí)承受拉力和剪力。設(shè)螺栓群繞最下一排螺栓旋轉(zhuǎn)。查表得M20螺栓。 每個(gè)螺栓的抗剪和承壓的承載力設(shè)計(jì)值分別為： 彎矩作用下螺栓所受的最大拉力：剪力作用下每個(gè)螺栓所受的平均剪力： 剪力和拉力共同作用下： 可靠2）假定剪力由支托承擔(dān)，螺栓只承受彎矩作用。 支托和柱翼緣的連接角焊縫計(jì)

25、算，采用，（偏于安全地略去端焊縫強(qiáng)度提高系數(shù)1.22）， 滿足要求。3.18 某雙蓋板高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接如圖所示。構(gòu)件材料為Q345鋼，螺栓采用M20，強(qiáng)度等級(jí)為8.8級(jí)，接觸面噴砂處理。試確定此連接所能承受的最大拉力N。解：查附表1.1得：查表3-9和3-10得：，一個(gè)螺栓的抗剪承載力：故凈截面驗(yàn)算： 不滿足要求。故應(yīng)按鋼板的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)。則第四章第五章5.1 影響軸心受壓穩(wěn)定極限承載力的初始缺陷有哪些?在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)如何考慮?5.2 某車間工作平臺(tái)柱高2.6m,軸心受壓,兩端鉸接.材料用I16,Q235鋼,鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值.求軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)及其穩(wěn)定臨界荷載.如改用Q345鋼,則各為多

26、少?解答:查P335附表3-6,知I16截面特性, 柱子兩端較接, 故柱子長細(xì)比為, 因?yàn)?故對(duì)于Q235鋼相對(duì)長細(xì)比為鋼柱軋制, .對(duì)y軸查P106表5-4(a)知為不b類截面。故由式5-34b得 (或計(jì)算,再由附表4-4查得)故得到穩(wěn)定臨界荷載為當(dāng)改用Q365鋼時(shí),同理可求得。由式5-34b計(jì)算得 (或由,查表得)故穩(wěn)定臨界荷載為5.3 圖5-25所示為一軸心受壓構(gòu)件,兩端鉸接,截面形式為十字形.設(shè)在彈塑性范圍內(nèi)值保持常數(shù),問在什么條件下,扭轉(zhuǎn)屈曲臨界力低于彎曲屈曲臨界力,鋼材為Q235.5.4 截面由鋼板組成的軸心受壓構(gòu)件,其局部穩(wěn)定計(jì)算公式是按什么準(zhǔn)則進(jìn)行推導(dǎo)得出的.5.5 兩端鉸接的

27、軸心受壓柱,高10m,截面為三塊鋼板焊接而成,翼緣為剪切邊,材料為Q235,強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,承受軸心壓力設(shè)計(jì)值(包括自重).如采用圖5-26所示的兩種截面,計(jì)算兩種情況下柱是否安全.圖5-26 題5.5解答:截面特性計(jì)算:對(duì)a)截面: 對(duì)b)截面: 整體穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算:鋼柱兩端鉸接,計(jì)算長度對(duì)a)截面: 對(duì)b)截面: 根據(jù)題意,查P106表5-4(a),知鋼柱對(duì)x軸為b類截面,對(duì)y軸為c類截面.對(duì)a)截面:對(duì)x軸: (或計(jì)算,再由附表4-4查得)對(duì)y軸:(或計(jì)算,再由附表4-5查得)故取該柱的整體穩(wěn)定系數(shù)為對(duì)b)截面,同理可求得,故取該柱截面整體穩(wěn)定系數(shù)為整體穩(wěn)定驗(yàn)算:對(duì)a)截面 。對(duì)b)截面 。

28、5.6 一軸心受壓實(shí)腹柱,截面見圖5-27.求軸心壓力設(shè)計(jì)值.計(jì)算長度,(軸為強(qiáng)軸).截面采用焊接組合工字形,翼緣采用I28a型鋼.鋼材為Q345,強(qiáng)度設(shè)計(jì)值.5.7 一軸心受壓綴條柱,柱肢采用工字型鋼,如圖5-28所示.求軸心壓力設(shè)計(jì)值.計(jì)算長度,(軸為虛軸),材料為Q235, .圖5-28 題5.7解答:截面及構(gòu)件幾何性質(zhì)計(jì)算截面面積:I40a單肢慣性矩: 繞虛軸慣性矩: 繞實(shí)軸慣性矩: 回轉(zhuǎn)半徑: 長細(xì)比: 綴條用L756,前后兩平面綴條總面積由P111表5-5得：構(gòu)件相對(duì)長細(xì)比,因,只需計(jì)算:查P106表5-4(a)可知應(yīng)采用b類截面：(或計(jì)算,再由附表4-4查得)故軸的壓力設(shè)計(jì)值為5

29、.8 驗(yàn)算一軸心受壓綴板柱.柱肢采用工字型鋼,如圖5-29所示.已知軸心壓力設(shè)計(jì)值(包括自重),計(jì)算長度,(軸為虛軸),材料為Q235, ,.圖5-29 題5.8解答:一、整體穩(wěn)定驗(yàn)算截面及構(gòu)件幾何性質(zhì)計(jì)算:截面面積:I40a單肢慣性矩: 繞虛軸慣性矩: 繞實(shí)軸慣性矩: 回轉(zhuǎn)半徑: 長細(xì)比: 綴板采用。計(jì)算知，由P111表5-5得(其中)構(gòu)件相對(duì)長細(xì)比: 因,只需計(jì)算: 查P106表5-4(a)可知應(yīng)采用b類截面(或計(jì)算,再由附表4-4查得)故，滿足。二、局部穩(wěn)定驗(yàn)算:1)單肢截面板件的局部穩(wěn)定單肢采用型鋼,板件不會(huì)發(fā)生局部失穩(wěn).2)受壓構(gòu)件單肢自身穩(wěn)定單肢回轉(zhuǎn)半徑 長細(xì)比滿足：,且滿足故單肢

30、自身穩(wěn)定滿足要求.3)綴板的穩(wěn)定軸心受壓構(gòu)件的最大剪力: 綴板剪力: 綴板彎矩: 綴板厚度滿足: ，故只作強(qiáng)度驗(yàn)算:故由以上整體穩(wěn)定驗(yàn)算和局部穩(wěn)定驗(yàn)算可知,該綴板柱滿足要求.5.9 有一拔桿,采用Q235鋼, ,如圖5-30所示,綴條采用斜桿式體系.設(shè)考慮起吊物時(shí)的動(dòng)力作用等,應(yīng)將起重量乘以1.25,并設(shè)平面內(nèi)、外計(jì)算長度相等.問時(shí),拔桿最大起重量設(shè)計(jì)值為多少?第六章6.1 工字形焊接組合截面簡支梁，其上密鋪剛性板可以阻止彎曲平面外變形。梁上均布荷載（包括梁自重），跨中已有一集中荷載，現(xiàn)需在距右端4處設(shè)一集中荷載。問根據(jù)邊緣屈服準(zhǔn)則，最大可達(dá)多少。設(shè)各集中荷載的作用位置距梁頂面為120mm，分

31、布長度為120mm。鋼材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度取為。另在所有的已知荷載和所有未知荷載中，都已包含有關(guān)荷載的分項(xiàng)系數(shù)。圖6-34 題6.1解：（1）計(jì)算截面特性 （2）計(jì)算、兩集中力對(duì)應(yīng)截面彎矩令，則當(dāng)，使彎矩最大值出現(xiàn)在作用截面。（3）梁截面能承受的最大彎矩令得：；令得：故可假定在作用截面處達(dá)到最大彎矩。（4）a彎曲正應(yīng)力 b.剪應(yīng)力作用截面處的剪力 c.局部承壓應(yīng)力在右側(cè)支座處： 集中力作用處： d.折算應(yīng)力作用截面右側(cè)處存在很大的彎矩，剪力和局部承壓應(yīng)力，計(jì)算腹板與翼緣交界處的分享應(yīng)力與折算應(yīng)力。正應(yīng)力：剪應(yīng)力：局部承壓應(yīng)力：折算應(yīng)力： 聯(lián)立-解得：故可知，并且在作用截面處的彎矩達(dá)到最大值。6.2 同

32、上題，僅梁的截面為如圖6-35所示。6.3 一卷邊Z形冷彎薄壁型鋼，截面規(guī)格，用于屋面檁條，跨度6m。作用于其上的均布荷載垂直于地面，。設(shè)檁條在給定荷載下不會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)，按邊緣屈服準(zhǔn)則作強(qiáng)度計(jì)算。所給荷載條件中已包含分項(xiàng)系數(shù)。鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為。6.4 一雙軸對(duì)稱工字形截面構(gòu)件，一端固定，一端外挑4.0m，沿構(gòu)件長度無側(cè)向支承，懸挑端部下掛一重載。若不計(jì)構(gòu)件自重，最大值為多少。鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為。圖6-37 題6.4解：（1）截面特性計(jì)算 （2）計(jì)算彎曲整體穩(wěn)定系數(shù)按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄B公式B.1-1計(jì)算梁的整體穩(wěn)定系數(shù)查表B.4，由于荷載作用在形心處，按表格上下翼緣的平均值取值：截面為雙軸

33、對(duì)稱截面，則 ?。?）F最大值計(jì)算由，解得。6.5 一雙軸對(duì)稱工字形截面構(gòu)件，兩端簡支，除兩端外無側(cè)向支承，跨中作用一集中荷載，如以保證構(gòu)件的整體穩(wěn)定為控制條件，構(gòu)件的最大長度的上限是多少。設(shè)鋼材的屈服點(diǎn)為（計(jì)算本題時(shí)不考慮各種分項(xiàng)系數(shù)）。圖6-38 題6.5解：依題意，當(dāng)時(shí)，整體穩(wěn)定不控制設(shè)計(jì)，故長度需滿足。（1）截面特性計(jì)算 （2）整體穩(wěn)定計(jì)算按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄B公式B.5-1近似計(jì)算梁的整體穩(wěn)定系數(shù)： 又有 由整體穩(wěn)定有，即 聯(lián)立-解得： 故可取。（注：嚴(yán)格應(yīng)假定長度，再按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄B公式B.1-1計(jì)算梁的整體穩(wěn)定系數(shù)，然后驗(yàn)算式，通過不斷迭代，最終求得的長度為所求）第七章壓彎

34、構(gòu)件7.1 一壓彎構(gòu)件長15m，兩端在截面兩主軸方向均為鉸接，承受軸心壓力，中央截面有集中力。構(gòu)件三分點(diǎn)處有兩個(gè)平面外支承點(diǎn)（圖7-21）。鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為。按所給荷載，試設(shè)計(jì)截面尺寸（按工字形截面考慮）。解：選定截面如下圖示：圖1 工字形截面尺寸下面進(jìn)行截面驗(yàn)算：（1）截面特性計(jì)算 （2）截面強(qiáng)度驗(yàn)算 滿足。（3）彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定驗(yàn)算長細(xì)比 按b類構(gòu)件查附表4-4，查得。彎矩作用平面內(nèi)無端彎矩但有一個(gè)跨中集中荷載作用：， 取截面塑性發(fā)展系數(shù) ，滿足。（4）彎矩作用平面外穩(wěn)定驗(yàn)算長細(xì)比，按b類構(gòu)件查附表4-4， ，查得。彎矩作用平面外側(cè)向支撐區(qū)段，構(gòu)件段有端彎矩，也有橫向荷載作用，且端彎矩產(chǎn)

35、生同向曲率，取。彎矩整體穩(wěn)定系數(shù)近似取，取截面影響系數(shù)。滿足。（5）局部穩(wěn)定a.翼緣：（考慮有限塑性發(fā)展），滿足要求。b.腹板腹板最大壓應(yīng)力：腹板最小壓應(yīng)力：系數(shù)，滿足。由以上驗(yàn)算可知，該截面能滿足要求。7.2 在上題的條件中，將橫向力改為作用在高度10m處，沿構(gòu)件軸線方向，且有750mm偏心距，圖7-22，試設(shè)計(jì)截面尺寸。7.3 一壓彎構(gòu)件的受力支承及截面如圖7-23所示（平面內(nèi)為兩端鉸支支承）。設(shè)材料為Q235（），計(jì)算其截面強(qiáng)度和彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性。解：（1）截面特性計(jì)算 （2）截面強(qiáng)度驗(yàn)算，滿足。（3）彎矩作用平面外的穩(wěn)定驗(yàn)算長細(xì)比，按b類構(gòu)件查附表4-4，查得。彎矩作用平面內(nèi)構(gòu)件

36、段有有橫向荷載作用，也有端彎矩作用且端彎矩產(chǎn)生反向曲率，?。喝〗孛嫠苄园l(fā)展系數(shù)，滿足。故可知，該截面強(qiáng)度和平面內(nèi)穩(wěn)定均得到滿足。7.4 某壓彎綴條式格構(gòu)構(gòu)件，截面如圖7-24所示，構(gòu)件平面內(nèi)外計(jì)算長度，。已知軸壓力（含自重），問可以承受的最大偏心彎矩為多少。設(shè)鋼材牌號(hào)為Q235，與均為設(shè)計(jì)值，鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取。解：（1）截面特性計(jì)算：，：，最小回轉(zhuǎn)半徑格構(gòu)截面： 由于截面無削弱，失穩(wěn)破壞一般先于強(qiáng)度破壞，故這里不考慮強(qiáng)度破壞的問題。（2）平面內(nèi)整體穩(wěn)定虛軸方向長細(xì)比換算長細(xì)比按b類構(gòu)件查附表4-4，查得，取彎矩等效系數(shù)。根據(jù)平面內(nèi)整體穩(wěn)定計(jì)算公式有： （3）單肢穩(wěn)定單肢最大壓力： 最大受壓分肢

37、彎矩平面內(nèi)長細(xì)比：最大受壓分肢彎矩平面外長細(xì)比：，按軸心受壓構(gòu)件查附表4-4得穩(wěn)定系數(shù)根據(jù)軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定計(jì)算公式： (4)綴條穩(wěn)定由綴條穩(wěn)定計(jì)算公式看出，斜綴條的受力與所求無關(guān)，這里不作考慮因此，由計(jì)算得，由計(jì)算得，取。第八章 連接的構(gòu)造與計(jì)算8.1、下圖中I32a牛腿用對(duì)接焊縫與柱連接。鋼材為Q235鋼，焊條為E43型，手工焊，用II級(jí)焊縫的檢驗(yàn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)接焊縫的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。已知：I32a的截面面積；截面模量，腹板截面面積。試求連接部位能承受的外力F的最大值（施焊時(shí)加引弧板）。圖 牛腿連接示意圖解：，(1) (或：(2) (3) 折算應(yīng)力（在頂部中點(diǎn)亦可） 得： （）

38、由T1、T2、T3中取最小值，得T426.1（KN）8.3、有一支托角鋼，兩邊用角焊縫與柱連接（如圖）。，鋼材為Q345鋼，焊條為E50型，手工焊，。試確定焊縫厚度。圖 支托連接示意圖解： ， ，取.8.5、如圖所示的牛腿用角焊縫與柱連接。鋼材為Q235鋼，焊條用E43型，手工焊，角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。，驗(yàn)算焊縫的受力。圖 牛腿角焊縫示意圖解：焊縫所受內(nèi)力為：，焊縫有效厚度：上翼緣最外側(cè)焊縫：上翼緣與腹板交界處：折算應(yīng)力：牛腿角焊縫滿足要求。8.6、計(jì)算如圖所示的工字形截面焊接梁在距支座5m拼接處的角焊縫。鋼材為Q345鋼，焊條為E50型，。問：（1）腹板拼接處是否滿足要求？ （2）確定翼緣圖 簡支梁拼接示意圖解：，設(shè)腹板受彎、剪，翼緣僅受彎。1 分配彎矩，按腹板剛度與整體剛度之比：(