鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理習(xí)題答案

第2章習(xí)題參考答案

一.填空題

1.提高，下降，下降

2.伸長率，斷面收縮率，伸長率，5^,104,伸長值和原標(biāo)距比

值，久＞時(shí)。

3.提高，下降，下降，下降，下降

4.屈服強(qiáng)度，235N/mm2,質(zhì)量等級(jí)為A級(jí)，脫氧方法為沸騰鋼

5.塑性、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度和抗銹性，脆，熱脆性，塑性、沖

擊韌性、冷彎性能和可焊性，脆，冷脆性

二.選擇題

1.D2.A3.D4.B5.A

三.簡(jiǎn)答題

1冷彎性能是指鋼材在冷加工（常溫下加工）過程中產(chǎn)生塑性變

形時(shí)，對(duì)產(chǎn)生裂縫的抵抗能力（敏感性）。屬于鋼材的一種工藝性能，

可通過冷彎試驗(yàn)來說明。

冷彎試驗(yàn)可以揭示鋼材塑性的好壞，檢驗(yàn)鋼材的冷加工性能和鋼

材的冶金、軋制質(zhì)量等。

2疲勞強(qiáng)度是指在疲勞應(yīng)力作用下，經(jīng)無數(shù)次循環(huán)，材料或構(gòu)件

不發(fā)生疲勞破壞的最大，應(yīng)力（或應(yīng)力幅）值。

疲勞強(qiáng)度可通過疲勞試驗(yàn)測(cè)定：選擇應(yīng)力循環(huán)特征，然后取不同

的應(yīng)力水平（最大應(yīng)力值或應(yīng)力幅），在每一應(yīng)力水平下分別進(jìn)行疲

勞試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果可得出每一應(yīng)力水平下的疲勞壽命值，采用基函數(shù)

進(jìn)行曲線擬合，得出疲勞小人「曲線，常取曲線中一定概率下疲勞

強(qiáng)度的下限作為設(shè)計(jì)曲線。曲線上的漸近線所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力水平即

為材料的疲勞極限。

3鋼材的沖擊韌性是鋼材在一定溫度下在塑性變形和斷裂的過程

中吸收能量的能力，也是表示鋼材抵抗沖擊荷載的能力，它是強(qiáng)度與

塑性的綜合表現(xiàn)。

鋼材的沖擊韌性值是指鋼材在受到?jīng)_擊荷載發(fā)生一定塑性變形

后斷裂過程中吸收能量的多少。鋼材的沖擊韌性可由沖擊試驗(yàn)得到,

韌性指標(biāo)等于沖斷試件所耗的功（J/cn?）。溫度對(duì)沖擊韌性有很大的

影響。

4（1）強(qiáng)度：結(jié)構(gòu)用鋼的主要強(qiáng)度指標(biāo)有屈服點(diǎn)E和抗拉強(qiáng)度

（2）塑性：塑性好壞可用拉伸斷裂時(shí)的最大相對(duì)塑性變形伸

長率8和斷面收縮率敢表示；

2

（3）沖擊韌性：刻畫材料韌性的是沖擊韌性指標(biāo)（J/cm）o

5影響鋼結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的因素很多，歸納起來，主要有構(gòu)件的構(gòu)

造細(xì)節(jié)（包括形狀、尺寸及表面狀況、冶金缺陷等，它們和應(yīng)力集

中程度有關(guān)）、應(yīng)力種類（循環(huán)特征）及其幅值、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、殘

余應(yīng)力、工作環(huán)境及材料種類等。應(yīng)力集中程度愈高，疲勞強(qiáng)度就愈

低。

6在應(yīng)力集中處應(yīng)力線發(fā)生彎曲、變密，出現(xiàn)高峰應(yīng)力區(qū)并常使

構(gòu)件處于同號(hào)的雙向或三向應(yīng)力場(chǎng)的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，在應(yīng)力集中處塑

性變形受到約束，使結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性斷裂或產(chǎn)生疲勞裂紋。因此，可以

說應(yīng)力集中是影響鋼材性能的重要因素。

第3章習(xí)題答案

一、簡(jiǎn)答題

1.簡(jiǎn)述鋼結(jié)構(gòu)連接方式及其特點(diǎn).

答：鋼結(jié)構(gòu)按連接方式，分焊接、鉀接和栓接（普通螺栓連接、高強(qiáng)

螺栓連接）焊接優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、不削弱構(gòu)件截面，節(jié)約鋼材，施工

方便，易采用自動(dòng)化操作，連接密閉性好、剛度大。缺點(diǎn)是焊接殘余

應(yīng)力和殘余變形對(duì)結(jié)構(gòu)有不利影響，焊接結(jié)構(gòu)低溫冷脆問題突出。不

宜用于直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。錨栓連接塑性和韌性較好,

傳力可靠，易于檢查質(zhì)量，可用于直接承受動(dòng)力的結(jié)構(gòu)，缺點(diǎn)是構(gòu)造

復(fù)雜，用鋼量大。普通螺栓連接優(yōu)點(diǎn)施工方便，拆裝方便，缺點(diǎn)是用

鋼量大。

2.簡(jiǎn)述焊縫質(zhì)量缺陷內(nèi)容及焊縫質(zhì)量分級(jí)規(guī)定.

答：焊縫可能存在裂紋、氣孔、燒穿、未焊透缺陷，還可能出現(xiàn)夾渣、

焊瘤、咬邊等缺陷。焊縫質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)分為三級(jí)，第三級(jí)為普通外觀

檢查，對(duì)于重要結(jié)構(gòu)或要求焊縫金屬強(qiáng)度的對(duì)接焊縫，必須進(jìn)行二級(jí)

或一級(jí)質(zhì)量檢查。

《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：

（1）承受動(dòng)力荷載且需進(jìn)行疲勞驗(yàn)算的構(gòu)件焊縫質(zhì)量要求：

①作用力垂直于焊縫長度方向的橫向?qū)雍缚p或T形對(duì)接

焊縫與角焊縫組合焊縫，受拉時(shí)應(yīng)為一級(jí)，受壓時(shí)不低于二級(jí)；

②作用力平行于焊縫長度方向的縱向?qū)雍缚p不應(yīng)低于二

級(jí)。

（2）不需要疲勞驗(yàn)算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強(qiáng)的對(duì)接焊

縫受拉時(shí)不應(yīng)低于二級(jí)，受壓時(shí)不宜低于二級(jí)。

（3）工作環(huán)境溫度等于或低于-20℃的地區(qū)，構(gòu)件對(duì)接焊縫質(zhì)

量不得低于二級(jí)。

3.簡(jiǎn)述焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定、低溫冷脆、疲勞

性能的影響.

答：（1）在靜力荷載作用下，焊接殘余應(yīng)力不會(huì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

（2）焊接殘余應(yīng)力會(huì)降低結(jié)構(gòu)剛度

（3）焊接殘余應(yīng)力使壓桿撓曲剛度變小，降低其穩(wěn)定承載能

力

（4）焊接殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度有不利影響。

（5）焊接殘余應(yīng)力會(huì)阻礙塑性變形，在低溫下使裂紋容易發(fā)展,

加速構(gòu)件脆性破壞。

4.簡(jiǎn)述普通螺栓、高強(qiáng)螺栓摩擦連接、高強(qiáng)螺栓承壓型連接的區(qū)

別.

答：高強(qiáng)螺栓摩擦型連接單純依靠被連接構(gòu)件間摩擦阻力傳遞

剪力，以剪力等于滑移力為承載能力極限狀態(tài)。

高強(qiáng)螺栓承壓型連接傳力特征是剪力超過摩擦力時(shí)，構(gòu)件問

發(fā)生相互滑移，螺栓桿身與孔壁接觸，開始受剪并和孔壁承

壓，以螺栓或鋼板破壞為承載能力極限狀態(tài)。

普通螺栓受力原理與高強(qiáng)螺栓承壓型連接相似，但普通螺栓鋼

材強(qiáng)度低于高強(qiáng)度螺栓。

5.簡(jiǎn)述螺栓連接破壞的主要幾種形式.

答：螺栓連接有五種可能破壞的模式，（1）螺栓桿剪斷（2）

鋼板被拉斷（3）孔壁擠壓（4）鋼板剪斷（5）螺栓受剪彎曲。

二、計(jì)算題

1.如圖3-65所示，兩塊拼接板以焊接方式連接鋼板，采用雙側(cè)

角焊縫和三面圍焊，焊腳尺寸6mm,鋼材為Q235,采用E43系列焊條，

手工焊，試算連接分別所能承擔(dān)的最大拉力？町S310

圖3-65

【解】采用Q235鋼板，E43系列焊條，手工焊，角焊縫強(qiáng)度

//=160N/加/

(1)雙側(cè)焊縫情況

N=he￡＜次=0.7x6x4x(200-2x6)x160=505.3kN

(2)三面圍焊情況

正面角焊縫承擔(dān)的力

N=0也2%&=2x1.22x0.7x6x300x160=491.9^

側(cè)面角焊縫承擔(dān)的力

N"=he^lw2fw=4x0.7x6x(200-6)xl60=521.5)t7V

焊縫能承擔(dān)的總力為

N=N+M=491.9+521.5=1013.4ZN

2.某鋼結(jié)構(gòu)牛腿與鋼柱間米用10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓摩擦型連接，連

接構(gòu)件接觸面采用噴硬質(zhì)英砂，如圖3-64所示，豎向力設(shè)計(jì)值為

戶310kN,偏心距f250mm,試算高強(qiáng)螺栓采用何種直徑規(guī)格的合適？

MSK311

--,

I

I

圖3-66

【解】10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓摩擦型連接，接觸面噴硬質(zhì)英砂，查表3-13,

摩擦系數(shù)H=0.45o

單個(gè)螺栓需抵抗剪力

M=31()AN/10=31&N

螺栓群同時(shí)承受彎剪作用，截面承受彎矩為

A/=310x0.25=77.5kN-m

最外排螺栓拉力77.5X106X180

=86.MN

-2X2X(902+1802)

高強(qiáng)螺栓摩擦型連接

M=0.9%〃P=o.9xlx0.45xP=0.405P

M=0.8P

N.N

需滿足薩十請(qǐng),1P2184.1kN.

3.某節(jié)點(diǎn)板連接于工型柱的翼緣，如圖3-65所示,鋼材為Q345,

采用4根10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓承壓連接，單栓有效面積4=303.40而，節(jié)

點(diǎn)中心到水平拉力山和斜向拉力“作用，采用標(biāo)準(zhǔn)圓孔?！迸cM夾

角為30°柱翼緣及連接板厚度為16mm,若拉力設(shè)計(jì)值^=150kN,N

最大設(shè)計(jì)值是多少？MSK312

圖3-67

【解】由《標(biāo)準(zhǔn)》可查得

h22

ft=5(K)N/nvnf：=310N/nun?=590N/mm

N1=n、尤于；x31O=117.78攵N

vi4八4

N：=d^t-^=22x16x590=207.68ZN

N：二也尸=303.4x5(X)=151JkN

"有x,y兩個(gè)方向分力

根據(jù)公式（3-74）：

if150sin30°Y(M+150COS30°Y

+--------------<1

叱4x117.78/4x151.7

N、K469.MN

驗(yàn)算承壓

M=150S：30=18.75"喑=173W滿足要求

第4章習(xí)題答案

一、填空題

軸心壓桿格構(gòu)柱進(jìn)行分肢穩(wěn)定計(jì)算的目的是保證分支失穩(wěn)不先于構(gòu)

件的整體穩(wěn)定失穩(wěn)。

軸心穩(wěn)定系數(shù)①根據(jù)鋼號(hào)、面類型、長細(xì)比。

軸心受壓構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)有凈截面破壞和毛截面屈服。

在軸心壓力一定的前提下,軸壓柱腳底板的面積是由混凝土強(qiáng)度等

級(jí)決定的。

三、計(jì)算題

L如圖所示為一支架，其支柱的壓力設(shè)計(jì)值N=1600kN,柱兩端錢接，

鋼材為Q235,容許長細(xì)比團(tuán)=150。截面無孔眼削弱。支柱選用156a

22

(/=205N/mm),4=135cm,/v=22.0cm,zv=3.18cmo(1)驗(yàn)算此支柱的承

載力；(2)說明如果支柱失穩(wěn)會(huì)發(fā)生什么樣的失穩(wěn)形式。

(b?

解：一、柱在兩個(gè)方向的計(jì)算長度為：

/(h=600cm=300cm

(1)觥魚截面已經(jīng)給出，故不需要初選截面。

(2)截面驗(yàn)算

①因截面無孔洞削弱，可不必驗(yàn)算強(qiáng)度。

②因軋制工字鋼的翼緣和腹板均較厚，可不驗(yàn)算局部穩(wěn)定。

③進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算和剛度驗(yàn)算:

4遠(yuǎn)大于Z，故由九查附表得夕二0.591

—=I—'IO,=200.5N/2<f=205

M0.591x135xJQ2

即該柱的整體穩(wěn)定性和剛度均滿足條件

第5章習(xí)題答案

一、簡(jiǎn)答題

1.梁的強(qiáng)度計(jì)算有哪些內(nèi)容？如何計(jì)算？

答：正應(yīng)力計(jì)算a=—<f

yW

剪應(yīng)力計(jì)算V

折算應(yīng)力后Fvl.l/

局壓應(yīng)力氣羋

2.簡(jiǎn)述塑性發(fā)展系數(shù)意義是什么，其應(yīng)用條件是什么？

答：在工程設(shè)計(jì)中，為避免梁產(chǎn)生過大變形，故將梁的極限彎矩

取在彈性極限彎矩和產(chǎn)生塑性較彎矩之間，即允許截面產(chǎn)生部分塑性

發(fā)展，用塑性發(fā)展系數(shù)描述。通常不承受動(dòng)力荷載，無需考慮疲勞的

梁，以及寬厚比等級(jí)高于S3級(jí)截面可考慮塑性發(fā)展。

3.簡(jiǎn)述梁截面分類，型鋼及組合截面應(yīng)優(yōu)選哪種？說明理由

答：鋼梁按制作方法不同可分為型鋼梁和組合梁兩大類，型鋼梁又可

分為熱軋型鋼梁和冷彎薄壁型鋼梁，熱軋型鋼包括普通工字鋼、槽鋼、

H型鋼，冷彎薄壁型鋼包括冷彎薄壁槽鋼、Z型鋼。型鋼梁具有加工

方便成本低特點(diǎn)，設(shè)計(jì)中優(yōu)先采用。

4.何為梁整體穩(wěn)定性？有效提高梁整體穩(wěn)定性措施有哪些？

答:梁在彎矩作用下，在彎矩作用平面內(nèi)彎曲，當(dāng)彎矩大于某數(shù)值時(shí)，

梁將突然發(fā)生側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)，稱為喪失整體穩(wěn)定性。梁?jiǎn)适дw穩(wěn)

定主要原因是受壓翼緣屈曲，因此加強(qiáng)梁受壓翼緣、減小梁的側(cè)向支

承距離都可以有效的提高梁的整體穩(wěn)定性。

5.腹板加勁肋有哪些形式？作用是什么？

答：加勁肋主要可以分為橫向加勁肋、縱向加勁肋和短加勁肋，主要

目的是提高梁腹板局部屈曲荷載，保證梁的局部穩(wěn)定。設(shè)置加勁肋后,

腹板被分隔成若干區(qū)格，四面支承會(huì)延緩區(qū)格內(nèi)腹板的局部屈曲。

計(jì)算題

1.某鋼梁采用H型鋼H600X200X11X17制作，4=78200><10"mm\

%=2610X107!^鋼材采用Q235,梁承受彎矩設(shè)計(jì)值為，M＜=440kN?m

驗(yàn)算該梁受彎承載力。

【解】翼緣寬厚比為：—-I

*”好=瑞＞5.6小235

T

屬于S3截面，塑性發(fā)展系數(shù)九=1*

最大正應(yīng)力力區(qū)版＜片215

3

yyvxL05x2610xl0

2.某焊接組合吊車梁，吊車為重級(jí)工作制，吊車梁軌道高度

150mm,吊車最大輪壓F=355kN,車輪處最大彎矩設(shè)計(jì)值M=4932kN'

m,對(duì)應(yīng)的剪力設(shè)計(jì)值為316kN.吊車梁用Q345鋼材，慣性矩

I，2.433X10，/。試計(jì)算車輪作用處鋼梁折算應(yīng)力。

圖5-30

【解】吊車為重級(jí)工作制吊車"=135

/.=a+5hv4-2hR=(50+5x25+2x150)=475nmt

i//F1.35x355x1()3

=72.1N/mm2v/=31ON/mm2

475x14

計(jì)算點(diǎn)正應(yīng)力

M4932X106X850

=172.37V/mm2

F=2.433x10")

計(jì)算點(diǎn)剪應(yīng)力

S,=500x25x(850+12.5)=1.078x107/ww3

VS1316x103x1.078x1()7

=1ON/mm2

2.433xlOloxl4

計(jì)算點(diǎn)的折算應(yīng)力￡尸1.1

+cr；-crcr.+3r2=V172.324-1112-172.3x11l+3xl02=152.37V/mtn1

<1.1X310=341AT/W/7Z2

3.某雙軸對(duì)稱工字梁，采用Q235鋼材制作，一端固定，另端懸

臂外挑4米，構(gòu)件無側(cè)向支承點(diǎn)，一集中荷載作用在工字鋼上翼緣頂

面，試問集中荷載最大多大能保證整體穩(wěn)定？

200X10

250X6

圖5-31

【解】(1)截面屬性計(jì)算

4=200x10x2+250x6=5500mm2

337

Ix=—x200x270——x(200-6)x25O=7.54x10W

753

Wx=Ix/(h/2)=7.54X10/135=5.58xio/w?

2x—X!0X20034--X250X63=1.33X107/WW4

1212

!-=117.U1==49.2

（2）整體穩(wěn)定計(jì)算

查附表6TA=0.73+0.18^=0.86

4第5雙軸對(duì)稱截面以二°

口4320A/i.n、J35、2

例二月彳區(qū)8+z)y)

Jy

43205500x270L81.3x10935

z+0)(—)2=1.81>0.6

0.86x-----x--------rx(J14-

81.325.58xl05V4.4x270235

例"°7-『⑼

M4000F

由穩(wěn)定驗(yàn)算公式</=215

%叱0.91x5.58xlO5

427.2kN

第6章習(xí)題參考答案

一.填空題

1.1.05

2.塑性較，邊緣屈服

長細(xì)比

3.

4.截面邊緣纖維屈服

5.壓潰理論

二.選擇題

1.A2,C3.A4.D5.C

三.簡(jiǎn)答題

1同時(shí)承受軸心力和彎矩的構(gòu)件稱為偏心受力構(gòu)件。偏心受力構(gòu)

件分類：（1）根據(jù)軸心力性質(zhì)分為:偏心受拉構(gòu)件（拉彎構(gòu)件）和偏

心受壓構(gòu)件（壓彎構(gòu)件）；（2）根據(jù)偏心方向分為:單向偏心受力構(gòu)

件和雙向偏心受力構(gòu)件；（3）根據(jù)截面形式分為：實(shí)腹式截面（工

字形截面、T形截面、箱形截面）、格構(gòu)式截面和冷彎薄壁型鋼截面；

（4）根據(jù)截面對(duì)稱性分為:單軸對(duì)稱截面和雙軸對(duì)稱截面。

2《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017）中規(guī)定在以下情況中驗(yàn)算壓彎

構(gòu)件或拉彎構(gòu)件的強(qiáng)度時(shí)取截面塑性發(fā)展系數(shù)九二1：

（1）對(duì)需計(jì)算疲勞的構(gòu)件，規(guī)范限制其在彈性階段工作，不考

慮塑性變形在截面上的發(fā)展，規(guī)定取九二1；

（2）對(duì)繞虛軸彎曲的格構(gòu)式偏心受力構(gòu)件，因僅考慮邊緣纖維

屈服設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，故取n=E

（3）當(dāng)壓彎構(gòu)件的自由外伸寬度與其厚度之比大于137（235/4）

而小于15J（235/4）時(shí)，規(guī)范確定按彈性設(shè)計(jì)（塑性設(shè)計(jì)時(shí)，受壓

翼緣寬厚比不應(yīng)大于13J（235/￡））,故取九二1。

3單向壓彎構(gòu)件如在側(cè)向有足夠的支承能防止其發(fā)生彎矩作用

平面外的位移時(shí)，則構(gòu)件受力后只在彎矩作用平面內(nèi)發(fā)生彎曲變形,

一開始構(gòu)件的側(cè)向彎曲變形隨著荷載增加而增加，處于穩(wěn)定的曲線平

衡狀態(tài)；隨著荷載的繼續(xù)增加或超越某一極限值時(shí)，構(gòu)件側(cè)向變形不

斷加大，處于不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，此時(shí)構(gòu)件失去彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定

性，即是彎矩平面內(nèi)失穩(wěn)。因構(gòu)件從一開始受力就處于彎曲平衡狀態(tài),

直至失去穩(wěn)定性，其只有一種曲線平衡狀態(tài)，故此為第二類穩(wěn)定問題。

當(dāng)構(gòu)件沒有足夠的側(cè)向支承，且彎矩作用在實(shí)腹式截面壓彎構(gòu)件

的弱軸平面內(nèi)時(shí).，構(gòu)件的側(cè)向抗彎剛度是繞弱軸的抗彎剛度，使得構(gòu)

件的抗扭能力較差，在開始受力時(shí)，構(gòu)件沒有出現(xiàn)平面外的位移和扭

轉(zhuǎn)變形；當(dāng)荷載達(dá)到某一極限值時(shí)，構(gòu)件會(huì)突然出現(xiàn)平面外位移并伴

隨扭轉(zhuǎn)變形，構(gòu)件處于平面外彎扭變形的曲線平衡狀態(tài)，若荷載繼續(xù)

增大，這種平衡狀態(tài)不能維持，構(gòu)件發(fā)生側(cè)扭屈曲件在極限荷載處存

在兩種變形形式的平衡狀態(tài)，故此為第一類穩(wěn)定問題。

4設(shè)計(jì)偏心受力構(gòu)件時(shí)，應(yīng)同時(shí)滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使

用極限狀態(tài)的要求。承載能力極限狀態(tài)包括強(qiáng)度和穩(wěn)定性兩個(gè)方面,

對(duì)于拉彎構(gòu)件通常只有強(qiáng)度問題；而對(duì)于壓彎構(gòu)件應(yīng)同時(shí)滿足強(qiáng)度和

穩(wěn)定承載力的要求。實(shí)腹式壓彎構(gòu)件除了要驗(yàn)算彎矩作用平面內(nèi)和平

面外的整體穩(wěn)定外，還要保證其組成板件的局部穩(wěn)定性；格構(gòu)式壓彎

構(gòu)件要驗(yàn)算彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定和分肢穩(wěn)定。正常使用極限狀

態(tài)是指構(gòu)件的剛度方面的要求，可通過構(gòu)件的長細(xì)比不超過容許長細(xì)

比來保證。

拉彎構(gòu)件需要計(jì)算其強(qiáng)度和剛度；壓彎構(gòu)件則需要計(jì)算強(qiáng)度、