钢结构习题和答案

《钢结构基本原理》主编：董军副主编：唐伯鉴主审：曹平周习题答案-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------P90习题3.1解：Q采用三级对接焊接质量标准和I50b型钢，I字型钢翼缘的对接焊缝的抗拉强度设计值175wtfMPa，腹板对接焊缝的抗剪强度设计值125wvfMPa，翼缘和腹板交界处对接焊缝的抗拉强度设计值185wtfMPa。假定焊接时采用引弧板，故对接焊缝的计算长度就是原长度。查表可知，31146xScm，448600xIcm，31940xWcm剪力：130VkN；弯矩：1302260MkNm。翼缘最上边至中性轴的距离12250yymm。最大正应力：6326010134175194010wttxMMPafMPaW，满足要求。最大剪应力：3341301011461021.9125486001014wxvxwVSMPafMPaIt，满足要求。上翼缘和腹板交界点处的正应力和剪应力分别为：正应力：614126010123486001025020xMMPaW面积矩：3146221676822xScm剪应力：33114130107681014.67486001014xxwVSMPaIt该点处的折算应力：2222113123314.671251.11.1185203.5wtMPafMPa满足要求。由以上可知，此连接安全。--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------P90习题3.2解：采用侧面角焊缝连接。根据两块盖板的截面面积之和应大于或等于钢板截面面积，取盖板的宽度为350mm，则盖板厚：42020123502tmm，故取12tmm，则每块盖板的截面尺寸为：35012mmmm。角焊缝的焊脚尺寸fh：max121~211~10fhmmmm所以，取10fhmm。查表得200wffMPa。连接一侧所需的焊缝总计算长度为：Q上下两盖板共有4条侧面角焊缝，每条焊缝长度为：考虑起落弧影响，每条焊接的实际长度为：12357210377wfllhmm，取为380mm。两块被拼接钢板间留出10mm间隙，所需拼接盖板长度：检查盖板宽度是否符合构造要求：盖板厚度1220mmmm，宽度b=350mm，且350420bmmlmm，满足要求。--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------P90习题3.3解：(1)采用侧面角焊缝连接。查表得160wffMPa。确定焊脚尺寸：minmax1.51.5104.7fhtmm肢背焊脚尺寸：maxmin1.21.289.6fhtmm肢尖焊脚尺寸：max81~27~6fhmmmm肢尖和肢背采用6fhmm。等肢角钢：10.7K,20.3K肢背、肢尖焊缝受力分别为：110.7320224NKNkN，220.332096NKNkN肢背、肢尖所需焊缝计算长度为：考虑minmax8,40max86,4048wflhmm，max60606360wflhmm肢背、肢尖的实际焊缝长度为：11216726179wfllhmm，取180mm。222712683wfllhmm，取90mm。(2)采用三面围焊同上，肢背、肢尖焊脚尺寸依然取6fhmm，取36fhmm。求正面焊缝承载力：330.76901.22160147.6wewffNhlfkN此时，肢背、肢尖焊缝受力：311147.6224150.222NNKNkN，322147.69622.222NNKNkN则肢背、肢尖所需焊缝长度为：肢背、肢尖的实际焊缝长度为：11111.86117.8wfllhmm，取120mm。2216.5622.5wfllhmm，考虑minmax8,40max86,4048wflhmm，取50mm。(3)采用L形焊缝此时不先选定正面角焊缝焊脚尺寸，先令20N，即：32202NNKN得：322296192NKNkN由33wewffNhlf，得：333331192108.60.70.70.72901.22160efwwfffhNhmmlfh，取9mm。肢背承载力：13320192128NNNkN肢背焊脚尺寸取19fhmm，则焊缝长度：3111281063.5220.79160wwefNlmmhf实际长度：11163.5972.5wfllhmm，取75mm。--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------P90习题3.4解：该构件受到轴心力和弯矩共同作用。偏心荷载使焊缝承受剪力：250VkN，弯矩2500.250MVekNm假定剪力仅由牛腿腹板焊缝承受，假设焊脚尺寸为：10fhmm，minmax1.51.5206.7fhtmm，maxmin1.21.21518fhtmmminmaxfffhhh，满足要求。则0.77efhhmm竖向角焊缝有效截面面积：2220.73042wewAhlcm对水平角焊缝取面积矩，求焊缝有效截面的形心位置（距离翼缘和腹板交界线处）：翼缘焊缝最外边缘的截面模量：3116590.2519.7312.68xwIWcmy翼缘和腹板连接处的截面模量：3226590.2660.349.98xwIWcmy腹板焊缝最底边缘的截面模量：3336590.2329.1820.02xwIWcmy6131501096.21.22160195.2519.7310wffwMMPafMPaW，满足要求63335010151.891.22160195.2329.1810wffwMMPafMPaW，满足要求2222275.7259.585.91601.22wfffMPafMPa，满足要求由以上可知，该角焊缝满足要求。--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------P90第3.6题解：由附表5查得：2140/bvfNmm，2305/bcfNmm（1）螺栓强度验算一个螺栓的抗剪承载力设计值为：2233.1424214010126.644bbvvvdNnfkN一个螺栓的承压承载力设计值为：3242030510146.4bbccNdtfkN一个螺栓的抗剪承载力控制值为：min,min126.6,146.4126.6bbvvcNNNkNkNkN而又0115382.5260dmmlmm，故螺栓的承载力不折减。每侧有12个螺栓，一个螺栓所受的剪力为：1350112.5min,126.612bbvvcNNkNNNkNn，满足要求。（2）构件净截面强度验算1-1截面：211040232.55264.7nAAndtcm折线2-2截面：2224212202222122448852.5581nAteneendcm净截面强度：3212min12135010208.6min,64.710nnNNNmmAAA，与强度设计值2205/fNmm相接近，可认为强度满足要求。折线3-3截面：22341210222235224883852.5561.13nAteeeedcm净截面强度：3322223221350101350101218420561.1310nNNnNmmfNmmA，满足要求。--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------P91第3.7题解：牛腿腹板厚14mm，角钢厚20mm。（1）验算角钢与牛腿连接处的螺栓强度，此处的螺栓受剪扭作用。一个螺栓的抗剪承载力设计值为：2233.1424214010126.644bbvvvdNnfkN一个螺栓的承压承载力设计值为：3241438510129.4bbccNdtfkN在扭矩作用下：22222515500ycmmax2212014515052.250010TxTyNkNy，120304yFNkNn因此，222252.23060.2min,126.6TbbxyvcNNkNNNkN，满足要求。（2）验算角钢与柱翼缘连接处的螺栓强度，此处的螺栓受剪弯作用。一个螺栓的抗拉承载力设计值为：3352.51701060bbtetNAfkN120VFkN，31202001024MFekNm在弯矩作用下，受力最大的为螺栓群最上端的两个螺栓，中和轴位于最下一排螺栓处