鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理張耀春版課后習題答案

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理作業(yè)標答13連接3. 8試設(shè)計如圖所示的對接連接（直縫或斜縫）。軸力拉力設(shè)計值N =1500kN,鋼材Q345-A,焊條E50型，手工焊，焊縫質(zhì)量三級。解：三級焊縫查附表 1.3： f/ 265N/mm2,180N/mm2不米用引弧板：L b 21500210N1500 1 03 3 1 2.5N/mm2lwt 48010265N/mm2,不可。480mm改用斜對接焊縫:方法一：按規(guī)范?。ǎ┒?6。，斜縫長度:L(b/sin)2t (500/sin56)20 (500/0 829)20583mmNsin15001030. 829 213N/mm2f;265N/mm2Lt58310

2、Ncos15001030. 559 144N/mm2fvw180N/mm2Lt58310設(shè)計滿足要求。方法二：以（）作為未知數(shù)求解所需的最小斜縫長度。此時設(shè)置引弧板求解方便些。39條件同習題3&受靜力荷載，試設(shè)計加蓋板的對接連接。解：依題意設(shè)計加蓋板的對接連接，采用角焊縫連接。查附表 1.3： ff200N/mmn試選蓋板鋼材Q345-A, E50型焊條，手工焊設(shè)蓋板寬b二460mm,為保證蓋板與連接件等強，兩塊蓋板截面面積之和應(yīng)不小于構(gòu)件截面面積。所需蓋板厚度：3oo rot22b5. 4mm，取 t2=6mm2460由于被連接板件較薄t=10mm,僅用兩側(cè)縫連接，蓋板寬b不宜大于190,要

3、保證與母材等強，則蓋板厚則不小于14mm。所以此蓋板連接不宜僅用兩側(cè)縫連接，先采用三而圍焊。1）確定焊腳尺寸最大焊腳尺寸：t6mm, htmaxtmm最小焊腳尺寸：hrmin 1.5-A/t1- 54. 7mm取焊腳尺寸hf=6mm2）焊接設(shè)計：正而角焊縫承擔的軸心拉力設(shè)計值：N320. 7hrbff/20. 764601. 22200942816N側(cè)面角焊縫承擔的軸心拉力設(shè)計值：N NNs1 5 001 039 4 28 1 65 5 7 1 84N所需每條側(cè)而角焊縫的實際長度（受力的一側(cè)有Ni557184llwhihr640.7hfffw40.762004條側(cè)縫）：172m取側(cè)面焊縫實際長

4、度175mm,則所需蓋板長度：L=175X2+10 （蓋板距離）二 360mm。 此加蓋板的對接連接，蓋板尺寸取-360X 460X6mm,焊腳尺寸hf=6mm310有一支托角鋼，兩邊用角焊縫與柱相連。如圖所示，鋼材為Q345-A,焊條為E50型，手工焊，試確定焊縫厚度（焊縫有繞角，焊縫長度可以不減去計值 N=400kNo解：己知：lw 二 200mm, N二400kN,200N/mm21）內(nèi)力計算400kNL200X 125X18彎矩：旺2）焊腳尺寸設(shè)計400208000kN. mm6 8000 103600N/mm22002 he彎矩引起的焊縫應(yīng)力：22helfV10010 : LQQ)N

5、/mm“剪力產(chǎn)生的焊縫剪應(yīng)力：2h2200heheQ2If6001000ff 200N/mm:2所需焊腳尺寸：fI11. 22hehe22*6001000he5.57he5. 57mmhf7. 79mm1.22 2002000.70.7取焊腳尺寸hf=8mm焊縫構(gòu)造要求：最大焊腳尺寸：hrmax t y2)嚴12)17 16mm最小焊腳尺寸：hfmin1.5 t1.5206. 7mm取hf=8mm滿足焊縫構(gòu)造要求。3.11試設(shè)計如圖（P114習題3.11）所示牛腿與柱的角焊縫連接。鋼材Q235-B,焊條E43型，手工焊，外力設(shè)計值N=98kN,（靜力荷載），偏心eZl 120mm o （注意力

6、N對水平焊縫也有偏心）解：查附表13： H1）初選焊腳尺寸160N/mm2最大焊腳尺寸：maxhfhfmin最小焊腳尺寸：1.21.2 12j_14.41.5t1.5mm125.2mm取h=6mm滿足焊縫構(gòu)造要求。2）焊縫截面幾何性質(zhì)焊縫截面形心距腹板下邊緣的距離yc(150 2hJ 12hr15012hf(200 2hr)200 2hf200r2hf200222Ye15012(1502hf)2hf2(2002hf) hf26A33W -i3(15012)12 20032620032(200 22150 12(15012)262 (20062139mm全部有效焊縫對中和軸的慣性矩Ne 9812

7、011760kNmm考慮彎矩由全部焊縫承擔彎矩引起翼緣邊緣處的應(yīng)力：2fl12954006fM11760 IO3139126N/mm2124.2)f M11760 103(6170N/mm彎矩引起腹板邊緣處的應(yīng)力：Tf212954006剪力甫腹板承擔，勢力在腹板焊縫中產(chǎn)生的剪應(yīng)力：V98 103f 62N/mmIhT20. f 6188Y則腹板下邊緣處弘力：22ff 1262f1.22622120N/mm2 f/ 160N/mm-所設(shè)焊腳尺寸滿足要求。所以此牛腿與柱的連接角焊縫焊腳尺寸取hf=6mm,。T4(1 H、4.21501226(612.1)2丨A 1 丨 0 T T TT NT (2

8、. 11261) 2 224.218818831224.2188(13994)212954006mm13）焊縫截而驗算M 二 lOOkN.m 剪力 V=600kN,試完成下列設(shè)計和驗算：焊1)剪力V由支托焊縫承受，條采用E43型，手工焊，求焊縫A的高度h2)彎矩M由普通螺栓承受，螺栓直徑24mm,驗算螺栓是否滿足要求。160N/mm217ON/mmn.Ae353mnT1)支托焊腳尺寸計算313如圖（P115習題3.13）所示梁與柱的連接中，鋼材為Q235-B,彎矩設(shè)計值支托采用三面圍焊，且有繞角焊縫，不計焊縫起落弧的不利影響，同時考慮剪力傳力偏心和傳力不均勻等的影響，焊縫計算通常取豎向剪力的正

9、面角焊縫能承受的力：N2heb3001.22160he58560heN側(cè)而角焊縫能承受的力：2e W25016080000eNhl取1.3 V N】2-he-o. uo所需焊腳尺寸：he5. 63mm,8. 04mm58560800000.70.7取hf=10mm2）拉力螺栓驗算：17060010N40000N N? 6001 ON單個螺栓抗拉承載力設(shè)計值：Nte彎矩作用最X 353大受力螺栓所承受的拉力：Ni My100 106 600yl2 (60025 OO2 3 0022 0021 002)解:314試驗算如圖所示拉力螺栓連接的強度力526- 51 cis螺也120,所頑詡藝蕩樓改用3

10、3.75100M20的8.8級高強度螺栓摩擦型連接（摩擦而僅用鋼絲刷清除浮銹）其承載力有何差別？1 采用普通螺栓連接140N/mm170N/mm2bJc305N/mmAe245mm1）內(nèi)力計算剪力:Nsin451500. 707 106. 07kN拉力:Ncos451500.707 106.07kN2）螺栓強度驗算單個螺栓受剪承載力:單個螺栓承壓承載力:bd2b202Nvfvl3. 1414043960N 二 43. 96kN4tdfc16 20305 97600N=97. 6kN單個螺栓受拉承載力:AefA 2451704165ON41：65kN每個螺栓承受均勻剪力丙螺栓最大剪力（拉力）2排

11、2列:Nv刎7=26T5kN拉剪共同作用時：N?22226.543.964226.50.88141.65Nv26. 5kNNc97. 6kX滿足。2 改用高強度螺栓摩擦型連接沖計值:高強螺栓預(yù)拉力P=125kX,摩擦而僅用鋼絲刷清除浮銹u=0.3聲t饑懸摩載炳設(shè)計值1 汕Rb 0. 9nf P0. 910.312533. 75kNN? N?Ntbe 0.8P0.8 125 lOOkN315 如圖所示螺栓連接采用Q235B鋼，C級螺栓直徑d二20mm,求此連接最大能承受的Fmax 值 o解：查附表13：62fvl40N/mm305N/mm0查附表11：2205N/mm假設(shè)螺栓孔直徑do=21.

12、5 mm604212t=20mm單個螺栓受剪承載力:nv d2f?2 3. 144202140487920287.92kN單個螺栓承壓承載力：N?tdf? 20 20 305122000N 二 122kN此螺栓連接最大能承受的軸力設(shè)計值:max nN,1387.921143kN連接板件凈截而面積Al （直線）：處t(b 3do)2O(320321.5) 5110mm2凈截面面積A2（折線）：A2 20 （2構(gòu)件截面最大能承受的軸力設(shè)計值：所以此連接最大能承受的軸力設(shè)計值404602602521.5) 6238mm2FmaxAif51102051048kNFmax=1048kNo3. 16如上題

13、中將C級螺栓改為M20的10. 9級高強度螺栓，求此連接最大能承受的Fmax值。要求按摩擦型連接和承壓型連接分別計算（鋼板表而僅用鋼絲清理浮銹）解：查表3.5.210.9級M20高強螺栓預(yù)拉力P=155kX,摩擦而僅用鋼絲刷清除浮銹2 b2査附表1.3高強度螺栓承壓型連fv 310N/mm, fc470N/mm接：1）摩擦型連接單個螺栓受剪承載力設(shè)計值：0. 9n0.9 20.315583.7kN螺栓連接最大能承受的Fmax值：卩論1383.71088kN構(gòu)件截而最大能承受的軸力設(shè)計值:FA/d 0 5m/n)1048/(10.5 3/13)1184kN此連接采用高強度螺栓摩擦型連接時最大能承

14、受的Fmax=1088kNo（受剪面不在螺紋處）：202 310194680N 二 194. 68kN4N? tdf? 2020470188000N=188kN1882444kNFmax=1048kNo2）承壓型連接單個螺栓受剪承載力設(shè)計值bd2bNvflfv23.14v4單個螺栓承壓承載力設(shè)計值：此連接螺栓所能承受的最大軸力設(shè)計值：Fmax nN? 13構(gòu)件截面最大能承受的軸力設(shè)計值：Fmax A5110 2051048kN所以此高強度螺栓承壓型連接最大能承受的軸力設(shè)計值318雙角鋼拉桿與柱的連接如圖。拉力N=550kNo鋼材為Q235B鋼，角鋼與節(jié)點板、節(jié)點板與端板采用焊縫連接焊條采用E4

15、3型焊條，端板與柱采用雙排10.9級“20高強度螺栓連接。構(gòu)件表而采用噴砂后涂無機富鋅漆處理。試求:1）角鋼與節(jié)點板連接的焊縫長度;2）節(jié)點板與端板的焊縫高度；3）驗算高強度螺栓連接（分別按摩擦型和承壓 慮）。解：1）角鋼與節(jié)點板連接的焊縫長度（兩側(cè)縫）不等邊角鋼長肢相并（P73 表 3.3.1) K12020型連接考已知hf二6mm,查附表1. 3：160N/mm1角鋼肢背所需焊縫計算長度:角鋼肢尖所需焊縫計算長度:lwlhefZ20. 76160266mmK： N0. 35550103lw2143mmhef/20. 761609A65- 550 10=81.89 2肢背焊縫長度：h2hf2

16、66肢尖焊縫長度：L xw22h1432）節(jié)點板與端板的焊縫高度hfma278mm 取 280mm預(yù)選焊腳尺寸：最大焊腳尺寸：x最小焊腳尺寸：節(jié)點板與端板焊縫計算長度：1.2t1.21416. 8mm206.7mm取 hf 二 8mm 02hf4402424mm焊縫截面所受的剪力：VNcos455502/2388.9kN焊縫截而所受的拉力I：匚 Nsin455502/2388.9kN=550kN1 12焊縫強度驗算：f所選焊腳尺寸滿足要求。1.2281.89-106N/mm- f/160N/mm93）驗算高強度螺栓連接（分別按摩擦型和承壓型連接考慮）查表3. 5. 210. 9級M20高強螺栓

17、預(yù)拉力理 u=0. 35.乩摩擦型連接P二155kN,構(gòu)件表面采用噴砂后涂無機富鋅漆處單個螺栓受剪承載力設(shè)計值：N? 0.9nfP0.91 0.35 15548.83kN單個螺栓受拉承載力設(shè)計值：N?e 0.8P0.8 155124kN388 9螺栓平均承受剪力二拉力：N（2510=38.89kN拉-剪共同作用：*N.t38.8938.891.U 1連接不滿足要求。N?49124b承壓型連接b2b2b査附表1- 3高強度螺栓承壓型連接：fv 31 ON/mmfc470N/mmft 500N/mm單個螺栓受剪承載力設(shè)計值（受剪面不在螺紋處）訳4 f? 13. 14 20231097340N 二

18、97. 34kN44188000N=188kNN? tdf? 20 20470單個螺栓承壓承載力設(shè)計值乂丫38. 89kN31432/2強度驗算鋼梁自重標準值:29600/10002 7.859. 8=2. 277kN/m鋼梁自重設(shè)計值:g 1.22. 28=2. 73kN/m由自重產(chǎn)生的彎矩：Mgil2 2. 73152=76. 85kN.m8 8bt0 W2t122 1612. 113考慮截而塑性發(fā) 展12 (2953. 12576. 853) 106121!湖滿晁395酸銀孵定驗峯算，梁高時已得到滿足。=205N/mm2f215N/mm400400hw1400腹板:170仁 121178

19、0,不利用腹板屈曲后強度。應(yīng)設(shè)置橫向加勁肋。設(shè)計略125.2某工作平臺梁兩端簡支，跨度6m,采用型號I56b的工字鋼制作，鋼材為Q345。該梁承受均布荷載，荷載為間接動力荷載， 若平臺梁的鋪板沒與鋼梁連牢，試求該梁所能 承擔的最大設(shè)計荷載。解：1）截面幾何性質(zhì)：查附表 8. 5 熱軋普通工字鋼：A=146. 58cm2, Ix=68503cm4, Wx=2446. 5cm3, Sx=1146. 6cm1,Iy=1423. 8cmI ix=21. 62cm, iy=3. 12cm 2）內(nèi)力計算f=295N/mm2假設(shè)梁上作用均布荷載q則跨中最大彎矩：Mql2 q=4. 5qkN. m883）設(shè)計

20、荷載Mx4. 5q按抗彎強度：f得:XXwXXq：W；1. 052446500295168N/mm4.5106按整體穩(wěn)矩：4. 5q1f,均布荷載作用在上翼緣，自由長度1/m二6查附bWxbWx表 3. 2b0. 59 得:qbWsf/4. 50.59244650029564N/mm24.5106按剛度：MJ24. 5q621得標準值：1510EL102.0510568503101400q102.06 1 0568 5 031 041 5131N/mm2,設(shè)計值:ql311.3170N/mm24.5 1 066 0 002所以該梁所能承受的最大荷載設(shè)計值為q=64N/mm2 （由整體穩(wěn)定控制）

21、。5.3如習題5.3圖所示，某焊接工字形等截面簡支梁，跨度10m,在跨中作用有一靜力集中荷載，該荷載有兩部分組成，一部分為恒載，標準值為200RN,另一部分為活荷載，標準值為300RN,荷載沿梁跨度方向支承長度為150mm 該梁支座處設(shè)有支承加勁肋。若該梁采用Q235B鋼制作，試驗算該梁的強度和剛度是否滿足要求。解：1）截面幾何性質(zhì)30020120021600mm2截面面積:A 2bt ht 213882對X軸截而慣性矩:ixbh312(btj h?12300TW12對x軸截而抵抗矩:h/2對x軸截而而積矩:Sxbt忙仁/43002）內(nèi)力計算T 亙載：標準值為Pl=200kN,設(shè)計值:0612

22、003125617600000mm5617600000 =9060645mm31240/220(1200 20)/2Pl=1.2X200=240kN自重標準值:g=21600X7. 85X9. 8/1000=1. 662kN/m, 設(shè)計值：g=l. 2X1.662=1. 994kN/m活荷載：標準值為300kN,設(shè)計值：P2=1.4X300=420kNPl gl2(200300)10 1.662&120074 二 5100000mm102跨中最大彎矩標準值：M跨中最大彎矩設(shè)計值：M跨中最大彎矩設(shè)計值：M跨中最大剪力設(shè)計值：V1Z(0. (/ ukiNi. m10V CCA1.9941 v lb

23、 74. 93kN. iii支座最大剪力：RP glPl gl24(240420)4101.99410,二 1674. 93kN. m(240420)=330kN4(240420)4.99410=3iokN3）截面強度驗算b/t二300/20二15 26,可以考慮截面塑性發(fā)展?？箯潖姸龋焊?167久932-176N/mm2 f 205N/mm,xJx1.059060645抗剪強度：VS34010351000002 fvl25N/mm 2=39N/mm561760000081415-A35b1674. 93106 =365N/mm2f205N/mm24320216001240154.882023

24、50. 8270. 506 0.6154. 8&90606454.41240235b0.5069060645該梁的整體穩(wěn)定是不能滿足要求。改進措施：在跨中集中力作用處設(shè)一側(cè)向支承。則10y 二 5000mm1y 5000y i于 7.44,骨附表 3. 1 bl. 75V 64.57bb1by2w.4.4hV4320 2160012401.757 7“9 0 6 0 6 451 24320Ahyii聊林料旦進入彈塑性需要修正:77. 442202354. 412402353. 874 0.60. 2820. 282b1.071.070. 997b3.874M.1674. 9310622185N

25、/mmf205N/mmbwx 0.9979060645因此若在梁的跨中受壓翼緣處設(shè)置側(cè)向支承，就能滿足整體穩(wěn)定的要求。16250kN,LI11 J6軸心受力構(gòu)件6. 1試選擇習題6. 1圖所示一般桁架軸心拉桿雙角鋼截面。軸心拉力設(shè)計值為計算長度為3m,螺桿直徑為20mm,鋼材為Q235,計算時可忽略連接偏心和桿件自重的影響。5）解：f=215N/mm構(gòu)件所需凈面積：AnN 2501031163mm2f215但根據(jù)附表10. 1,當角鋼b=75mm時，允許開孔的最大直徑為21.5mm，試選用2L75*5查附表& 3等邊角鋼2L75X5： A二1482mm凈截面面積：Ar.A 2dt 14822

26、21.5 51267mm2所需凈截面面積1163mm2強度滿足要求。長細比：設(shè)兩肢相距10mm 查附表 ix=24. 3mm, iy 二 34. 3mm 0xx3000123.5350選用等邊角鋼2L75X5,強度和剛度可以滿足要求。6. 2試計算習題6. 2圖所示兩種焊接工字鋼截面（截面面積相等），軸心受壓柱所能承受的最大軸心壓力設(shè)計值和局部穩(wěn) 定，并作比較說明，柱高10m,兩端較接，翼緣為焰切邊鋼材為Q235o解：根據(jù)截面制造工藝查表6. 4丄焊接，翼緣為焰切邊，截面對心y軸均屬b類。由于構(gòu)件截面無削弱，強度不起控制作用，最大承載力由整體穩(wěn)定控制。1）截面一 f 二 205N/mmc解：計

27、算截面幾何性質(zhì)A 250020500824000mm2IX1500540349250031436000000mm1仔iy1220500350083416688000mm11436000000416688000i1244. 61mm, iy131.76mm724000150X40.88150, y75.89is244.61131.76剛度滿足要求。整體穩(wěn)定驗算已知截而翼緣為焰切邊，對X軸、y軸為b類截而Ox lOOOO20y1000075.89, 查表得:xO. 72(0. 720.714)0.890.715150240000.715205 3516127X3516kN局部穩(wěn)定驗算翼緣一2 20

28、Jk 500腹板：12.3(1062. 5(250. 5 max)y軸心受壓柱所能承受的最大軸心壓力設(shè)計值(10 0. 1(250.5N=3516kNo75. 89) Al 一 23B235口 575. 89*23517.5962. 95滿足2）截面二解：計算截而幾何性質(zhì)24002540010 24000mm-Tx1 4004503123904003957500000mm11 2254003400103266700000mm1I21-957500000266700000i：199.74mm, iy105.42mm2400024000Ox1000051000050. 07150,y94.9lx1

29、99. 74iy105.42剛度滿足要求。整體穩(wěn)定驗算已知截而翼緣為焰切邊，對y 94.9，查表得：N Ay f240000. 589x軸、y軸為b類截面，x0. 594(0. 5940. 588)0.92052897093N2897kN0.58918bi 40010235翼緣：一 7.8(10 0. ha.)(lOfyt2254001235腹板：一40 (250. 5 max J(250. 5t*10局部穩(wěn)定驗算軸心受壓柱所能承受的最大軸心壓力設(shè)計值N二2897RN從上述結(jié)果看出，兩種構(gòu)件截面面積相同，但截而一的設(shè)計使截面開展，獲得了較大的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，因此所能承受的最大軸心力設(shè)計值高于

30、截而二，體現(xiàn)了 “寬肢薄壁”的設(shè)計理念。6. .3試設(shè)計一工作平臺柱。柱的軸心壓力設(shè)計值為4500RN （包括自重），柱高6m,兩端較接，采用焊接工字形截面（翼緣為軋制邊）或H型鋼，截面無削弱，鋼材為Q235o解：1）焊接工字形截面設(shè)計初選截面：翼緣為軋制邊，對X軸屬b類，對y軸屬c類，假設(shè)入二60,查附表4.3：（1） =0.709所需截面而積為：A450010329521mm210060al,a2，則所需截面輪二 0. 43 二 0. 24Ox 6000100, iv兩主軸所需的回轉(zhuǎn)半徑為：1:60 查P410附錄5,三塊鋼板焊成的工字形截面的系數(shù)，】0y 6000i100廓尺寸為：h10

31、.43考慮焊接工藝的要求,一般A29S2117 100233mm, b417mm20.24h不宜太小， 若取b=hO=450mm板件偏厚。試選bt=550 X 20,腹板hww,則所需平均板厚:X如圖所示:t22mm3b3450截面驗算：（由于無孔洞削弱，不必驗算強度）截而幾何性質(zhì):255020 50028000mm2lxiy55054031253850031612933333mm12205503500123554655333mm124191612933333J55465533328000140. 74mm28000皿AnnnX25150,i.x240對y軸屬c類，y42 63,查表得：yi：

32、 Y240. 01mm, i：的n42. 63150剛度滿足iy 140.740.826(0. 8260. 820)0. 630. 822整體穩(wěn)定驗算:4500io3195N/mm-0. 82228000f 205N/mm2局部穩(wěn)定驗算翼緣：bl5501213.45(10luax)V 23520(100. 142. 63* 23514. 26235腹板:50041.67(250.5max235(25120. 542. 6323546. 32 滿足。235所選截而滿足要求。2）H型鋼截而設(shè)計參照焊接工字形截而尺寸，選用寬翼緣H型鋼,b/h0. &對 x、y軸屬b類,假設(shè)X =60,查附表4.2：1)=0. 807所需截而而積為:,500103f 0.80721527201mm2查 P447 附表 8. 9 選擇 HW414X405, A=296. 2cm2, lx 二 93000cm 餐