钢结构习题-第3-6章.doc

第三章 钢结构的连接3.1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3.80）。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊，轴心力N=1000KN（设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。解：（1）三面围焊 确定焊脚尺寸：， ， 内力分配：焊缝长度计算：，则实际焊缝长度为 ，取310mm。，则实际焊缝长度为 ，取120mm。（2）两面侧焊确定焊脚尺寸：同上，取， 内力分配：， 焊缝长度计算：，则实际焊缝长度为:，取390mm。，则实际焊缝长度为:，取260mm。3.2 试求图3.81所示连接的最大设计荷载。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊，角焊缝焊脚尺寸，。 焊脚尺寸：焊缝截面的形心：则（1）内力分析：V=F， （2）焊缝截面参数计算：（3）应力计算T引起的应力：V引起的应力：（4）3.3 试设计如图3.82所示牛腿与柱的连接角焊缝、。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊。（1）内力分析：V=F=98KN， （2）焊缝截面参数计算：取焊缝截面的形心：（3）应力计算M引起的应力：V引起的应力：（4）3.4 习题3.3的连接中，如将焊缝及焊缝改为对接焊缝（按三级质量标准检验），试求该连接的最大荷载。（1）内力分析：V=F， （2）焊缝截面参数计算：（3）应力计算M引起的应力：V引起的应力：（4）3.5 焊接工字形梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝（图3.83），拼接处作用有弯矩，剪力V=374KN，钢材为Q235B钢，焊条用E43型，半自动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。（1）内力分析：V=374KN， （2）焊缝截面参数计算： （3）应力计算腹板和翼缘交接处：折算应力： 不满足3.6 试设计图3.81的粗制螺栓连接，F=100KN(设计值)，。（1）内力分析：V=100KN， ，（2）参数计算：单个螺栓抗剪承载力（M22），（3）内力计算T引起的应力：V引起的应力：（4）3.7 试设计如图3.84所示：构件钢材为Q235B，螺栓为粗制螺栓。角钢与连接板的螺栓连接；竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。，。角钢与连接板的螺栓连接；单个螺栓抗剪承载力（M20）螺栓个数 个，取5个螺栓，按规范规定间距排列（图省略）。竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。内力分析 ，由支托承担。单个螺栓抗拉承载力（M20，）螺栓个数 个，取6个螺栓，排2排，按规范规定间距排列（图省略）。竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。，。，由支托承担。3.8 按摩擦型连接高强度螺栓设计习题3.7中所要求的连接（取消承托板），且分别考虑：；，。螺栓强度级别及接触面处理方式自选。Q235钢，喷砂处理，M20，8.8级，P=125KN，=0.45， 一个螺栓承担的拉力， ， 一个螺栓的最大拉力第四章 轴心受力构件4.1 验算由2组成的水平放置的轴心拉杆的强度和长细比。轴心拉力的设计值为270KN，只承受静力作用，计算长度为3m。杆端有一排直径为20mm的孔眼（图4.37），钢材为Q235钢。如截面尺寸不够，应改用什么角钢？注：计算时忽略连接偏心和杆件自重的影响。解：（1）强度 查表得 的面积A=6.14cm2 ， ， N=270KN，强度不满足，所需净截面面积为，所需截面积为，选，面积A=7.29cm2（2）长细比4.2 一块-的钢板用两块拼接板-进行拼接。螺栓孔径为22mm，排列如图4.38所示。钢板轴心受拉，N=1350KN（设计值）。钢材为Q235钢，解答下列问题;（1）钢板1-1截面的强度够否？（2）是否需要验算2-2截面的强度？假定N力在13个螺栓中平均分配，2-2截面应如何验算？（3）拼接板的强度够否？ 解：（1）钢板1-1截面强度验算：， N=1350KN，强度满足。（2）钢板2-2截面强度验算：（a），种情况，（a）是最危险的。， N=1350KN，但不超过5%，强度满足。对应图（d）的验算：，强度满足。（3）拼接板的强度够否？因为拼接板厚度，所以不必验算拼接板。4.3 验算图4.39所示用摩擦型高强度螺栓连接的钢板净截面强度。螺栓直径20mm，孔径22mm，钢材为Q235AF，承受轴心拉力N=600KN（设计值）。解：（1）净截面验算：，强度满足。（2）全截面验算，强度满足。4.4 一水平放置两端铰接的Q345钢做成的轴心受拉构件，长9m，截面由2组成的肢尖向下的T形截面，问是否能承受设计值为870KN的轴心力？解：（1）强度验算查表得 的面积A=13.94cm2 ，但不超过5%，强度满足。（2）刚度验算4.5 某车间工作平台柱高2.6m，按两端铰接的轴心受压柱考虑。如果柱采用I16（16号热轧工字钢），试经过计算解答：（1）钢材采用Q235钢时，设计承载力为多少？（2）改用Q345钢时，设计承载力是否显著提高？（3）如果轴心压力为330KN（设计值），I16能否满足要求？如不满足，从构造上采取什么措施就能满足要求？解：（1）钢材采用Q235钢时，设计承载力为多少？查表得I16的面积A=26.1cm2 ，a类截面，查表得，b类截面，查表得。（2）改用Q345钢时，设计承载力是否显著提高？，a类截面，按查表得，b类截面，按查表得，承载力无太明显的提高。（3）如果轴心压力为330KN（设计值），I16能否满足要求？如不满足，从构造上采取什么措施就能满足要求？8距uuuuuuuuuuuujuu因为，所以整体稳定不满足。在侧向加一支撑，重新计算。，b类截面，查表得，整体稳定满足。4.6 设某工业平台柱承受轴心压力5000KN（设计值），柱高8m，两端铰接。要求设计一H型钢或焊接工字形截面柱。解：H型钢柱（1）初选截面设（b类）则， 选，其面积，（2）验算，b类截面，查表得，b类截面，查表得，整体稳定满足。焊接工字形（1）初选截面根据H型钢截面，初选焊接工字形截面，如图所示。（2）计算参数，（2）整体稳定验算，b类截面，查表得，b类截面，查表得，整体稳定满足。（3）局部稳定验算，局部稳定满足。4.7 图4.40（a）、（b）所示两种截面（焰切边缘）的截面积相等，钢材均为Q235钢。当用作长度为10m的两端铰接轴心受压柱时，是否能安全承受设计荷载3200KN。解：计算（a）图截面（1）计算参数：，（2）整体稳定验算，b类截面，查表得，b类截面，查表得，整体稳定满足。（3）局部稳定验算，局部稳定满足。计算（b）图截面（1）计算参数：，（2）整体稳定验算，b类截面，查表得，b类截面，查表得，整体稳定不满足。（3）局部稳定验算，局部稳定满足。4.8 设计由两槽钢组成的缀板柱，柱长7.5m，两端铰接，设计轴心压力为1500KN，钢材为Q235B，截面无削弱。解： （1）初选截面：设（b类）则， 选232a，其面积，（2）验算实轴的整体稳定，b类截面，查表得，绕实轴的整体稳定满足。（3）确定柱宽 设， 取b=330mm，如下图所示。（4）验算虚轴的整体稳定，截面对虚轴的参数：130， ， ，绕虚轴的整体稳定满足。（5）缀板的设计选用缀板尺寸为-，则，取，分支线刚度缀板线刚度则横向剪力取焊脚尺寸，采用绕角焊，则焊缝计算长度为验算焊缝：，第五章5.1 一平台的梁格布置如图5.53所示，铺板为预制钢筋混凝土板，焊于次梁上。设平台恒荷载的标准值（不包括梁自重）为2.0。试选择次梁截面，钢材为Q345钢。解：1、普通工字形钢3、验算：1）强度 2）挠度 重选I50a 3）整稳：不必计算。4）局稳：因为是型钢，不必验算。5.3解：图5.54（a）所示的简支梁，其截面为不对称工字形图5.54（b），材料为Q235B钢；梁的中点和梁端均有侧向支承；在集中荷载（未包括梁自重）F=160(设计值)的作用下，梁能否保证其整体稳定性？5.4解：设计习题5.1的中间主梁（焊接组合梁），包括选择 截 面、计算翼缘焊缝、确定腹板加劲肋的间距。钢材为Q345钢，E50型焊 条（手工焊）。解： （1）试选截面：（2）强度验算： （3）整稳验算：（4）刚度验算：（5）翼缘和腹板的连接焊缝计算：（6）主梁加劲肋设计 区格： 区格：区格：区格：横向加劲助尺寸：中部支承加劲助： 第六章6.1 有一两端铰接长度为4m的偏心受压柱子，用Q235钢的HN400200813做成，压力的设计值为490kN，两端偏心距均为20cm。试验算其承载力。解：查型钢表得：A=83.37cm2，Ix22775cm4 ，ix16.53cm，iy4.56cm，Wx=1139cm3。M= 4900.2=98kN.m强度验算：平面内整体稳定验算：mx= 1NEx/=2E Ix/(1.1l0x2)=3.1422.06105 22775104/(1.140002)=26283KNx= l0x/ix=4000/165.3=24.2，属于a类截面，查表，得x=0.974 N/(xA)+mxMx/1x W1x(1-0.8N/NEx/)=490103/(0.9748337)+1.098106/1.051139103(1-0.8490 / 26283 )=60.3+83.2=143.5 N/mm2f=215 N/mm2 平面外整体稳定验算：y= l0y/iy=4000/45.6=87.7，属于b类截面查表，得y=0.637 b=1.07-y2/44000=1.07-87.72/44000=0.8951.0 tx=1.0 N/(yA)+txMx/ (bW1x)=490103/(0.6378337)+1.098106/（0.8951139103）=92.3+96.1=188.4 N/mm2 f=215 N/mm2 该构件强度、平面内整体稳定、平面外的整体稳定均满足要求。62 如图所示悬臂柱，承受偏心距为25cm的设计压力1600kN，弯距作用平面外有支撑体系对柱上端形成支点，要求选定热轧H型钢或焊接工字形截面，材料为Q235钢（注：当选用焊接工字形截面时，可试用翼缘240020，焰切边，腹板46012）。解：选用选用焊接工字形截面时，可试用翼缘240020，焰切边，腹板46012平面内计算长度l0x14000mm，平面外计算长度l0y7000mm承受均匀弯距M=16000.25=400kN.m计算截面特性：A=400202+46012=21520mm2WxIx/(h/2)=1.019109/(500/2)=4.076106mm3ix=( Ix/A)1/2=(1.019109/21520) 1/2=217.6mmiy=( Iy/A)1/2=(2.134108/21520) 1/2=99.6mmx=lox/ ix=14000/217.6=64.3=150y=loy/ iy=7000/99.6=70.3=150 刚度满足要求强度验算：平面内整体稳定验算：mx= 1NEx/=2E Ix/(1.1l0x2)=3.1422.06105 1.019109/(1.1140002)=9599KNx= l0x/ix=14000/217.6=64.3=150属于b类截面，查表，得x=0.784 N/(xA)+mxMx/1x W1x(1-0.8N/NEx/)=1600103/(0.78421520)+1.0400106/1.054.076106(1-0.81600 / 9599)=94.8+107.8=202.6 N/mm2f=215 N/mm2 平面外整体稳定验算：y= l0y/iy=7000/99.6=70.3=150属于b类截面查表，得y=0.749 b=1.07-y2/44000=1.07-70.32/44000=0.9581.0 tx=1.0 N/(yA)+txMx/ (bW1x)=1600103/(0.74921520)+1.0400106/（0.9584.076106）=99.3+102.4=201.7 N/mm2 f=215 N/mm2 局部稳定验算：腹板：翼缘：