钢结构设计原理作业参考答案及考试范围

P1073.3试设计如图所示双角钢和节点板间的角焊缝连接。钢材Q235-B，焊条E43型，手工焊，轴心拉力设计值N=500kN（静力荷载）。①采用侧焊缝；②采用三面围焊。解：角焊缝的强度设计值2160/wffNmm，焊缝内力分配系数为120.70,0.30KK。焊角尺寸：maxminminmax(1~2)8(1~2)7~61.51.5104.74ffhtmmmmmmhtmm取6fhmm①采用两边侧焊缝（转角处做绕角焊）：110.7500350NKNkN，220.3500150NKNkN肢背计算长度：31135010260.420.720.76160wwffNlmmhf，取1270wlmm；肢尖计算长度：31215010111.6120.720.76160wwffNlmmhf，取2120wlmm；②采用三面围焊缝：正面角焊缝的长度等于相连角钢肢的宽度，即390wlbmm。3320.720.76901.22160147.57wfwffNhlfkN1132231147.570.750035073.79276.21221147.570.350015073.7976.2122NKNNkNNKNNkN311276.21106205.516211.5120.720.76160wfwffNlhmmhf，取1220wlmm；32276.2110656.70662.7020.720.76160wfwffNlhmmhf，取270wlmm。P1073.4有一托角钢，两边用角焊缝与柱相连，如图所示，钢材为Q345-A，焊条E50型，手工焊，试确定焊缝厚度（焊缝有绕角，焊缝长度可不减2hf）。已知：外力设计值N=400kN。解：角焊缝的强度设计值2200/wffNmm，20emm，400NkN,4000.028MNekNm。弯矩产生的正应力：332226681010600/22200feweeMNmmhlhh竖向力产生的剪应力：32400101000/22200feweeNNmmhlhh应满足:2222260010001241868.851.22fwffeeefhhh5.57ehmm7.950.7efhhmmminmax1.51.5186.36fhtmm综上所述取8fhmm。P1073.6如图所示梁与柱的连接中，钢材为Q235-B，弯矩设计值M=100kN.m，剪力设计值V=600kN，试完成下列设计和验算：（1）剪力V由支托焊缝承受，焊条E43型，手工焊，求焊缝A的高度hf；（2）弯矩M由普通螺栓承受，螺栓直径24mm，验算螺栓是否满足要求。解：（1）角焊缝的设计值2160/wffNmm，如图可知支托板采用三面围焊且有围角焊，焊缝计算长度可不减2fh。正面角焊缝承担：11.221603000.740992wffewffNfhlhh；侧面角焊缝承担：3216001040992wffewNNNhfhl33600104099216022500.7600106.1996992fffhhhmm取7fhmm（2）普通C级螺栓抗拉强度设计值2170/btfNmm，由题意知螺栓群受力为纯弯，因此中和轴位于最下排螺栓中心连线上，受拉最大的最外排螺栓所受拉力应为：331021122222410410010600106102(100200300500600)2(1492536)106104015010iNMyykN受拉最大的最外排螺栓所受拉应力为：32212244401088.46/170/3.1424bttNNmmfNmmd满足。P1073.8如图所示螺栓连接采用Q235-B级钢。C级螺栓直径d=20mm，求此连接最大能承受的Fmax值。解：由附表1.4查得：22140/,305/bbvcfNmmfNmm。因10604240151520300lmmdmm，不用考虑承载力折减系数。单个螺栓受剪承载力设计值：223.1420214087.9244bbvvvdNnfkN(双剪)单个螺栓承压承载力设计值：2020305122bbccNdtfkN则：min87.92bbvNNkN（由螺栓受剪承载力决定）此连接能承受的最大值：maxmin1387.921142.96bFnNkNP1725.3如习题5.3图所示，某焊接工字形等截面简支梁，跨度10m，在跨中作用一静力集中荷载，该荷载由两部分组成，一部分为恒载，标准值为200kN；另一部分为活载，标准值为300kN。荷载沿梁的跨度方向支撑长度为150mm。该梁在支座处设有支撑加劲肋。若该梁采用Q235B级钢制作，试验算该梁的强度、刚度是否满足要求。解：标准荷载：200300500kqkN设计荷载：1.22001.4300660qkN梁跨中设计荷载最大弯矩：max46601041650k/mMPLN荷梁自重：g0.30.020.0081.27.859.8(0.0120.0096)76.930.021676.931.66/AkNm0（2bt+th）=(2)自重设计荷载：1.21.661.992/qkNm梁跨中自重设计荷载最大弯矩：22max81.99210824.9k/mMqLN自梁跨中最大弯矩：maxmaxmax165024.91674.9k/mMMMN荷自对x轴惯性矩：23220x0410.812012()2302(1202)122122115200446520561720thIbthtcm对x轴截面模量：356172029060212022xxIWcmh1、正应力验算：622max31674.910176.06/205/1.05906010xnxMNmmfNmmW（2016tmm，2205/fNmm）满足。2、剪应力验算：6601.99210339.962222yPgLVkN00064111111()12008120030020(120020)242242144000036600005.110xShthbthtmm3622max6339.96105.11038.6/125/5617.2108yxvxVSNmmfNmmIt（816tmm，2125/vfNmm）满足。3、局部压应力验算：梁在支座处设有支撑加劲肋，不用验算支座处局压。52150520250ZyRlahhmm1.0321.066010330215/8250cZFfNmmtl（816tmm，2215/fNmm）不满足。4、对梁腹板计算高度边缘处折算应力验算：621161674.910600178.90/5617.210xnMyNmmI631300206103.6610Smm362116330103.661026.9/5617.2108xVSNmmIt2330/cNmm222222213178.90330178.90330326.932005.21108900590372170.8384039.04289.891.1215236.5/ZccfNmm不满足。5、刚度验算：2max(200300)1011.6610125020.751270.7548kMkNm2266561270.7510101010.982510102.06105617.210400kxMllmmmmEI满足。P1725.4如习题5.3中梁仅在支座处设有侧向支撑，该梁整体稳定能否满足要求。若不能，采用何种措施？解：3364y203002290101212bhImm6901064.5521600yyIimmA110000154.9264.55yyli11100.020.5380.31.24ltbh由附表3.1查得：0.730.180.827b1222243202351()4.44320216124154.9222350.8271()00.441.15010.5060.6154.9290604.4124235ybbbyxytAhWhf62max31674.910184.870.506205103.73/906010bxMfNmmW不满足。如在跨中设一侧向支撑点，则15000lmm。'1500077.4664.55yyli,'1.75b（见附表3.1）'1''2'22243202351()4.4432021612477.4622351.751()03.721.0413.870.677.4690604.4124235ybbbyxytAhWhf对'b进行修正：'''0.2820.2821.071.070.9973.87bb6'''2max31674.910184.870.997205204.39/906010bxMfNmmW此时满足稳定性要求。P2186.3试设计一工作平台柱。柱的轴心压力设计值为4500kN（包括自重），柱高6m，两端铰接，采用焊接工字形截面（翼缘为轧制边）或H型钢，截面无削弱，钢材为Q235。解：x轴为强轴，y轴为弱轴。00600,300.xylcmlcm（x向中间加支撑）。1、轧制H型钢截面：（1）初选截面：初选60，因0.8,bh属b类截面，查表得0.807。截面信息如下：322450010259.340.80721510reqNAcmf6001060300560oxxreqoyyreqlicmlicm选24004082121,251.5,16.8,9.73,xyHWAcmicmicm22116,205tmmmmfNmm。（2）截面验算：无孔洞削弱，可不必验算强度，热轧型钢局部稳定也不需验算。①刚度验算：y60035.71[]150,16.830030.83[]150,9.73oxxxoyylili满足;满足。②整体稳定：x，y两方向均为b类，由较大值35.71x，0.91532450010195.55205/,0.915251.55NfNmmA满足。2、焊接工字钢截面：（1）参照H型钢截面：翼缘：240024，腹板：1-40012参数如下：22402.4401.2240Acm3234112402.4402.4(1.220)21.24012129.21686292.48640092701.70xIcm334112402.41.240256005.7625605.761212yIcm92701.7019.6524025605.7610.33240xxreqyyreqIicmAIicmA（2）刚度和整体稳定性验算：无孔洞削弱，可不必验算强