钢结构设计复习题.pdf

《钢结构设计复习题.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢结构设计复习题.pdf（23页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、 1 例 5.5.7 按构造要求计算焊脚的尺寸 要求：确定图 5。5。7 所示贴边焊的合理焊脚尺寸。答案：根据规范第 8。2。7 条第一款、第二款的规定 1）在图 5.5.7（a）中,mmmmt2.485.15.1max 取 mmhf5min mmmmt2.762.12.1min 取 mmhf7max 因是贴边焊:mmmmmmthf6282max 所以取mmhf6合理。2）在图 5。5.7（b）中 mmmmt7.4105.15.1max 取 mmhf5min mmmmt652.12.1min 取 mmhf6max 因是贴边焊且mmmmt65取mmhf5max 所以取焊脚尺寸mmhf5合理.例

2、5.5.10 角钢用角焊缝连接于钢柱上的焊缝计算 条件:如图 5.5。10 所示，角钢用角焊缝连于钢柱上。焊缝分布于角钢二侧。焊脚尺寸mmhf10，钢材为 Q345，焊条 E50 型，手工焊.要求:确定焊缝所能承受的最大静力荷载直 F.2 答案：将偏心力 F 向焊缝群形心简化,则焊缝同时承受弯矩mmFkNFMe30和剪力 VFkN，按最危险点 A 或 B 确定焊脚尺寸。因转角处有绕角焊缝 2fh,故焊缝计算长度不考虑弧坑影响，wl200mm。焊缝计算截面的几何参数:22800200107.027.02mmlhAwfw mmlhWwfw933336200107.0267.0222 应力分量：FF

3、WMwMf3214.09333310303 FFAVwVf3571.02800103 ：0，3571F 由规范表 3.4.13 查得角焊缝强度设计值严2200mmNfwf。wfVffMffFF2222)3571.0()22.13214.0()()(解得:kNF7.450。因此该连接所能承受的最大静力荷载设计值为 450.7kN.例 5。5.15】竖立钢板用角焊缝连接于钢柱上的焊缝计算(拉、剪)条件：图 5。.5.16 所示，一竖立钢板用有 钢柱上。已知焊缝承受的静态斜向力 N=280N（设 计值)，60，角焊缝的焊脚尺寸fh8mm，mmlw155，钢材为Q235B，手工焊，焊条 E43.要求：

4、验算直角角焊缝的强度 3 答案：查表得2160mmNfwt 1）解法 1 将 N 力分解力垂直于焊缝和平行于焊缝的分力，即 kNNNx5.2422328060sin kNNNy1402128060cos 23155)82155(87.02105.2422mmNlhNwexf 2390)82155(87.02101402mmNlhNweyf 焊缝同时承受f和f作用,可用规范式（7。1.33)验算 222222160156)90()22.10155()()(mmNfmmNwffff 2）解法 2 已知=60 15.120sin1131sin1122f kNflhNwffwf4.2862864511

5、6015.1)82155(87.027.02 280kN，满足要求 例 5.5。17】角钢和节点板连接计算（两边侧焊连接)条件：如图 5.5。19 所示,角钢和节点板采用两面侧焊 焊缝连接，N667kN（静载设计值）,角钢为101002L，节点板厚度为 10mm，钢材为Q235,焊条为 E43 型,手工 焊。要求：试确定所需焊缝的厚度和施焊长度 答案：角焊缝的强度设计值 4 2160mmNfwf 2min,5105.1mmhf 角钢肢尖处 mmhf89)21(10max,角钢肢背处 mmhf12102.1max,角钢肢背、肢尖都取mmhf8（角钢肢背和肢尖可采用相同的焊脚尺寸,也可使肢背的焊脚

6、尺寸比肢尖的大 2mm）。kNNkN9.4666677.011 kNNkN1.2006673.022 所需焊缝计算长度为 mmfhNlwffw261)16087.02(109.4667.02311 mmfhNlwffw112)16087.02(101.2007.02322 侧面焊缝实际施焊长度为 27716261211fwhll,取 280mm 12816112222fwhll，取 130mm 例 5.5。18 角钢和节点板连接计算（三面围焊连接）条件：图 5.5.20 所示角焊缝与连结板的三面围焊连接中，轴心力设计值N=800Kn(静力荷载），角钢为 2L1107010（长肢相连），连接板厚

7、度为 12mm，刚才 Q235，焊条 E43 型，手工焊。5 要求:试确定所需焊脚尺寸和焊缝长度。答案：设角钢肢背、肢尖及端部焊脚尺寸相同,取 mmmmmmtmmhf98)21(10)21(8;mmthf12102.12.1min；mmthf2.5125.15.1max 由规范表3。4.13 查的角焊缝强度设计值wfh160Nm。端缝能承受的内里为：kNfbhNwfff24016022.111087.027.023 肢背和肢尖分担的内力为：kNNNKN400224080065.02311 kNNNKN160224080035.02322 肢背和肢尖焊缝需要的实际长度为：mmhfhNlfwff2

8、31816087.02104007.02311 取 235mm mmhfhNlfwff97816087.02101607.02322 取 100mm 例 5.5.24 两钢板拼接的螺栓连接 6 条件：两截面为40014的钢板，采用双盖板和 C 级普通螺栓连接，螺栓M20，刚才 Q235，承受轴心拉力设计值 N=940Kn.要求:试设计此链接。答案：1）确定连接盖板截面。采用双盖板拼接，截面尺寸选4007，于连接钢板截面面积相等，刚才也采用 Q235.2）确定螺栓数目和螺栓排列布置。由规范表 3.4。14 查得：2140mmNfbv，2305mmNfbc。单个螺栓受剪承载力设计值：NfdnNbv

9、vbv140879644202422 单个螺栓承压承载力设计值:NtfdNbcbc854003051420 则连接一侧所需螺栓数目为：0.1185400109403minbNNn个,取 n=12 个.采用图 5。5.26 所示的并列布置。连接盖板尺寸采用 2 块4904007，其螺栓的中距、边距和端距均满足规范表 8.3.4 的构造要求。3）验算连件的净截面强度。由规范表 3。4。11 查得2215mmNf。连接钢板在截面受力最大的 N，连接盖板则是截面33受力最大也是 N，但是因两者刚才、截面均相同，故只验算连接钢板。设螺栓孔径mmd5.210。7 201439614)5.214400()(

10、mmtdnbAn 2232158.213439610940mmNfmmNANn 满足.例 5.5。27梁柱相连的螺栓连接 条件：图 5.5。29 所示梁用普通 C 级螺栓与柱的翼缘相连。此连接承受剪力设计值 V=260kN，弯矩设计值 M38kNm，梁端竖板下设上支托。钢材 Q235，螺栓直径 20mm 螺纹处的有效面积245.2cmAe,焊条采用 E43 系列，手工焊。要求：按可拆卸的和永久性的两种情况分别设计此连接。答案:1。假定结构为可拆卸的,且支托只在安装时起作用，此时螺栓需同时承受拉力和剪力.设螺栓群绕最下一排螺栓旋转,采用 10 个螺栓分两列均匀排开，如图5.5。29(a）,其内力

11、分布如图 5。5。29(c)所示。最上排螺栓承受的拉力最大，按下列公式计算:kNymMNiYM67.31)3224168(23210382222221 每个螺栓承受的剪力为：kNnVNV2610260 查规范表 3。4.1-4，Q235 级钢普通 C 级螺栓 2140mmNfbv，2170mmNfbt，2305mmNfbc 单个螺栓的承载力为:kNNfdnNbvvbv98.434398014042014.31422 8 kNNtfdNbcbc1221220003052020 kNNfANbtebt65.41416501701045.22 按规范公式（7。2.1-8)和(7。2.19）的要求：1

12、96.0)65.4167.31()98.4326()()(2222btMbvVNNNN kNNkNNbcV12226,满足要求.2。假定结构为永久性的，剪力V 由支托承受，弯矩 N 由螺栓承受。取螺栓实木为 8 个，均匀排成两列如 图 5.5。2(d）所示，其内力分布如图 5.5.29（e）。最上一排单个螺栓承受拉力为:kNNkNymMNbtiyM65.4171.40)302010(2301038222221 支托和柱翼缘的连接用侧面角焊缝，查表得2160mmNfwf，考虑 V 力对焊缝的偏心影响25.1，取mmhf10，mmhmmlfVhfwwff101.9)102180(1607.0210

13、26025.17.023。例 5.5.33】角钢和节点板的搭接连接(用螺栓连接 条件：有一角钢和节点板搭接的螺栓连接，钢材为 Q235BF 钢。承受的轴心拉力设计值计值5109.3N(静载)。采用 C 级螺栓，用60902L的角钢组成 T形截面（见图 5.5。33），截面积22120mmA。要求:确定螺栓数量和布置 9 答案：1.栓直径确定 根据在角钢上设置螺栓的构造要求，在角钢60902L上的栓孔最大开孔直径为 23。5mm,线距 e=50mm。据此选用 M20 螺栓，孔径为mmd5.210.由螺栓的最大、最小容许距离queding 螺栓边距和中距.顺内力方向边l，mmtdl4848,86m

14、in68,5.214min8,4min0max，mmdl435.21220min，故取端距为45mm 中距(螺距）l，mmtdl7272,172min612,5.218min12,8min0max，mmdl5.645.21330min故取端距为65mm 螺栓数目确定：一个 C 级螺栓受剪承载力设计值bN为 kNNfdnNbvvbv92.878792014042014.32422 kNNtfdNbcbc61610003051020 NNNNcvbvb61000,min 所需螺栓数目 n 为 4.661000)5.211503901.1(109.35bNNn个 取 7 个 螺栓布置如图 5.5。3

15、3 所示。mmdmml5.3225.21151539065601 故螺栓的承载力设计值应乘以折减系数为 7.0979.05.211503901.11501.101dl 得所需螺栓数为 6.661000)5.211503901.1(109.35bNNn个 所以取 7 个螺栓满足螺栓抗剪要求。10 3.构建净截面强度验算 mmtdnAAn1862265.211212001 2252155.2091862109.3mmNfmmNAnn 所以该连接按 M20，mmd5.210，7 个螺栓如图布置满足要求。例 5.5。37】钢板连接的承载力计算（用螺栓连接）!条件:图示 5。5.35 的两块钢板2501

16、42被两块盖板62025082用 M20 的 C级螺栓拼接，螺栓孔径 d0d22mm。螺栓排列如图 5.5.35。钢材为FBQ235。要求：试确定此拼接所能承受的最大轴心拉力设计值 N(静载）.答案：1 螺栓的排列距离校核 C 级螺栓的 M20，应取栓空mmd220.螺栓中心间距、中心至构件边缘距离均符合螺栓排列距离的最大、最小要求。2。螺栓能承受的最大轴心拉力设计值 一个螺栓抗剪承载力设计值bN为 NfdnNbvvbv8769514042014.32422 11 NtfdNbcbc854003051420 mmdmml33022151521001。是短拼头，螺栓承载力不折减。所以：NNNNc

17、vbvb85400,min 所以螺栓能承受的最大拉力设计值1N为 NnNNb7686008540091 3。构件能承受的最大轴心拉力设计 值 由图 5.5.35（b）主板轴力图得主板 1-1 正交或折线截面是危险截面.主板 11 正交 净截面积1.1A 2011.12884142214250mmtdnAA 主板 11 折线净截面积2.1A为 2222.133491422314)50270752(mmA 由图 5。5.35（b）盖板轴力得盖板 33截面是危险截面.盖板33净截面积3AWEI 203329441622316250mmtdnAA 所以232.11.12884,minmmAAAAn 故

18、NfANn62006021528842 所以,该连接所能承受的最大拉力设计值N(静载）为 NNNNN521102.6620060,min 由上计算表明,该连接多能承受的最大拉力设计值 N 是由主板净截面强度条件控制。例 5.5.38 钢板连接的承载力计算(用高强度螺栓摩擦型连接）条件:同例 5.5。37,但改用 8。8 级 M20 高强度螺栓摩擦型连接，接触面采用喷砂后生赤锈处理。要求：试确定此拼接所呢个承受的最大拉力值 N。答案：1.螺栓距离校核 取mmd220，符合摩擦型栓孔比栓杆大 1.52。0mm 的要求。螺栓中心间距，中心至构建边缘距离同例 5。5.37 一样,符合要求。12 2.螺

19、栓能承受的最大轴心拉力设计值1N 在抗剪连接中,每个高强度摩擦型螺栓的承载力设计值为 NuPnNfbv9112501012545.029.09.03 所以1N为 1N=NnNbv651020.81011.99 3.构件能承受的最大轴心拉力设计值2N 根据摩擦型螺栓轴力图 5.5。36 和fANnnn)5.01(1 由图 5。5。35（b)主板轴力图得主板 1-1 正交或折线截面是危险截面。得主板1-1 正交净截面1.1A对应的1.2N为 fANnnn)5.01(1 得215)925.01(1.11.2AN NN6975681.2 主板 11 折线净截面2.1A对应的2.2N为 2153349)

20、935.01(2.2N NN8640422.2 盖板 33 净截面3.3A,对应的1.3N为 2152944)935.01(1.3N NN7608421.3 主板毛截面 A，对应的1.4N为 NAfN752500215142501.4 752500,760842,864042,697568min2N=697568N 所以，该连接所能承受的最大拉应力设计值 N 为 kNNNNNN25211097.6102.6697568,min 13 由上计算表明，该连接多能承受的最大拉力设计值 N 是由主板净截面强度条件控制。例 5。2。3 焊接工形等截面简支梁的强度、刚度验算 条件:某焊接工字形等截面简支楼

21、盖梁，截面尺寸如图 5.2.3 示，无削弱。在跨度中点和两端都没有侧向支承,材料为 Q235 钢.集中荷载标准值kNPk330，为间接动力荷载,其中可变荷载效应占一半，多用正在梁的顶面，其沿梁跨度方向的支承为 130mm。要求:验算该梁的强度和刚度 答案：Q235 钢强度设计值 22180,310mmNfmmNfv 楼盖主梁的挠度容许值 mmlv3040010124003 1.截面几何特性计算 面积 21462.1208.01004.130cmA 中和轴位置（图 5.2.3（b）:cmy1.4524.1146)22.14.1100(2.120)24.1100(8.01001 cmyhy5.57

22、1.456.10212 度强轴 x 轴的惯性矩 42332230342)22.15.57(2.120)2.15.57()4.11.45(8.031)24.11.45(4.130cmIx 14 式中略去不及翼缘板对自身形心轴的惯性矩。对受压纤维的截面模量 31151071.45230342cmyIWxx 对受拉纤维的截面模量 32240065.57230342cmyIWxx 受压翼缘板对 x 轴的面积矩 311865)24.11.45(4.130cmSx 受拉翼缘板对 x 轴的面积矩 321366)22.15.57(2.120cmSx x 轴以上（或以下）截面对 x 轴的面积矩 32262921

23、)4.11.45(8.01865cmSx 2.梁的内力计算（1）荷载计算 梁自重标准值 mkNAgk35.110807.97850101462.12.134 式中 1.2 为考虑腹板加劲肋等附加构造用钢材使梁自重增大的系数，37850mkg为钢材质量密度，9.807为重力加速度取值。梁自重设计值 mkNggk62.135.12.12.1 集中荷载设计值 kNPPk4293303.1)5.04.15.02.1(2）梁的内力计算（5.2。4）跨中截面弯矩设计值 mkNglPlMx16.13166.2912871262.1811242941814122 支座截面剪力设计值 kNglPV22.2241

24、262.121429212121max 15 跨度中点截面处剪力设计值 kNPV5.2144292121 3.截面强度计算（1）抗弯强度验算跨中截面受拉边缘纤维因截面无削弱，xnxWW2，翼缘厚 t=14mm，受压翼缘自由外伸宽度mmb146)8300(21，134.1014146tb，查规范4。1.1条，取截面塑性发展系数05.1x。%9.03103109.312,3109.31210400605.11016.13162236mmNfmmNWMnxxx基本满足要求。（2）梁支座截面处的抗剪强度 22433maxmax1800.328102303421026291022.224mmNfmmNt

25、ISVvwxx,满足要求.（3）腹板局部承压强度 由于在跨度中点固定集中荷载作用处金额支座反力作用处设置支承加劲肋,因而不被验算腹板局部承压强度。（4）折算应力 由跨度中点截面腹板计算高度下边缘处控制，该处的正应力剪应力和局部压应力c分别为：2467.321)12575(102303421016.1316mmN 24339.15810230342101366105.214mmN 0c 折算应力:212222223413101.19.3229.1537.3213mmNfmmNcc,满足要求。16 4.刚度计算(规范第 3。5。1 条）跨中最大挠度 mmlvmmlgPEIlEIlgEIlPvkkx

26、xkxk304008.25)1200035.18510330(10230342102064812000)85(483845483433343 满足要求。该梁的强度刚度均满足要求。例 5。2.6 双轴对称焊接工字形等截面简支梁的整体稳定验算（跨中有一个侧向支承点)条件：某焊接工字形等截面简支梁(图 5。2.6）,跨度 12m，自重kg2。45kNm(标准值)。梁上翼缘有 3 个集中荷载 F500kN(设计值）分别作用于跨度的四分点处,跨度中点有一个侧向支承，钢材为 Q343 钢。要求：试验算此梁的整体稳定性.答案：（1）判断是否要进行整体稳定计算 梁受压翼缘侧向自由长度1l与其宽度的比值7.16

27、36060001bl13，超过 17 规范表 4。2。1 规定的数值，故进行整体稳定计算 (2)求最大弯矩设计值 mkNM3053350065001245.22.1812max （3)梁截面几何特性 4221003047123621402.1121cmIx 42155523621212cmIx 231223622.1140cmA 313893721000304cmWx cmAIiyy06.7 8506.76001yyil（4）钢材强度设计值 翼缘钢板厚度为 20mm，查规范表 3.4。11 得2295mmNf。（5）用近似公式计算b 因9932523512023512085yyf，可以用规范（

28、B.51)式计算b 83.02354400007.12fyb 2236295265101389383.0103035mmNfmmNWMxby，满足要求。（6）用规范（B1）公式计算b 按规范表 B.1 跨度中点有一个侧向支承点的情况，但 3 个集中荷载不全位于跨中央附近，故根据注 3，应取表中项次 5,即按均布荷载作用在上翼缘上的15.1b.双轴对称截面0b 整体稳定系数为 6.057.1235)4.4(14320212ybyxybbfhtWAh 18 0.189.0282.007.1bb 2236max295247101389389.0103053mmNfmmNWMxb 整体稳定性满足要求。

29、例 5.3.9】工形截面柱的刚度、整体稳定验算 条件：两端铰接轴心压杆所受的轴向压力设计值 N=500kN，柱的高度为 6m，设在 x 平面内柱高为 4.5m 处有支撑系统以阻止柱的侧向位移，柱截面为焊接工字形翼缘为轧制边,尺寸如图 5。3.8 所示,钢材为 Q235。要求：验算整体稳定性 答桑:根据题意可知mlmlyx5.4,600。l）计算截面特征值。毛截面面积：2566.0201222cmA 截面惯性：4335255)204.212222(121cmIx 431775122212cmIy（忽略腹板）截面回转半径：cmAIixx68.9565255 cmAIiy68.9565251 2）柱

30、的长细比和刚度验算.15098.6168.96000 xxxil 15093.7163.54500yyyil 19 3)整体穗定验缉。根据截面组成条件，从规范表 5。1。-1 知，对 x 轴属 b 类，对 y 轴属c 类，查规范表 C-2，C3 得：796.0)6098.61(6065780.0807.0807.0 x 578.0)7593.79(7580780.0610.0610.0y 2232155.1545600578.010500mmNfmmNANy 满足要求.例 5。3。11 工形截面柱的局部稳定验算 条件：焊接组合工字形截面轴心受压柱，柱截面尺寸和轴心压力与例5。3.10相同。要求

31、：验算实腹桂腹板和翼缘的局部稳定.答案：腹板高度mmh2500，厚度mmtw8；长细比4.50,翼缘外仲宽度mmb.125，厚度mmt12.腹板局部稳定按规范公式（5。4。2-1）:43.41345235)4.501.025(235)5.025(25.3182500ywfth 翼缘局部稳定性按规范公式（5.4.1-1）4.12345235)4.501.010(235)5.010(42.1012125yfth 腹板和翼缘的局部稳定均能得到保证。例 5.3.14】支架的杆件截面设计 条件：如图 5.3.12（a)所示为一管道支架，其支柱的设计压力为 N16o0kN（设计值）,柱两端铰接,钢材为 Q

32、Z35，截面无孔眼削弱。要求:试设计此支柱的截面:采用普通轧制工字钢；答案：支柱在两个方向的计算长度不相等，故取如图 5.3。12（b）所示的截面朝向，将强轴顺 x 轴方向，弱轴顺y 轴方向.这样，柱在两个方向的计算长度分别为:20 cmlcmlyx300,60000(1）试选截面 假定90，对于轧制工字钢，当绕 x 轴失稳时属于 a 类截面,由规范表 c-1 查得 714.0 x绕 y 轴失稳时属于 b 类截面,由规范表 C2 查得621.0y。需要的截面面积和回转半径为：223min8.11910215621.0101600cmfNA cmlixx67.6906000 cmliyy33.3

33、903000 不可能选出同时满足yxiiA,的型号，可适当照顾到A和yi进行选择。现试选cmicmicmAaIyx18.3,0.22,135,562（2）截面验算 因截面无孔眼削弱，可不验算强度。又因轧制工字钢的翼缘和腹板均较厚，可不验算局部稳定，只需进行整体稳定和刚度验算.长细比：1503.270.226000 xxxil 1503.9418.33000 xyyil y远大于x，故由y查规范表 C-2 得591.0。2232155.20013500591.0101600mmNfmmNANy 例 5。3.17 格构柱的强度、稳定和刚度验算 条件：图 5。3.17 所示截面的轴心受压缀条柱，格构

34、式柱截面由两个普通槽钢（a32 2)组成，柱肢的中心距为260mm，缀条采用单角钢（445L）。荷载的设计值为 21 轴心压力 N=1750kN，柱的计算长度为mllyx600,钢材为 Q235，截面无削弱。要求：验算柱肢和缀条的强度、稳定和刚度 答案：1。截面特性：柱截面面积 2974048702mmA 单肢计算长度 mml52001 单肢回转半径 mmix125 mmiy251 绕虚轴惯性矩 48210707.1)137.48305(2mmIy 虚轴回转半径 mmAIiyy132974010707.18 长细比 4812560000 xxxil 4.4513260000yyyil 缀条截面

35、面积 22169898.649.32mmcmA 换算长细比 4.496989740274.45272120AAyy 2。截面验算 双槽钢格构式柱属规范表 5。1.21 中的 b 类截面，xy0，只需要计算绕虚轴的稳定性，查规范表C-2，当4.49时，859.0，于是 222152099740859.01750000mmNfmmNANy 满足整体稳定要求；因截面无削弱不需要验算净截面强度。局部稳定：因柱肢为型钢，局部稳定能够保证。4。刚度验算 1505.49max 5.缀条截面验算：应用规范式（5.1.6）22 NfAfVy41046.223523585215974023585 缀条轴力 NVN

36、t4411074.12/22/1046.2cos 缀条长度 mmlt64.3672260 缀条最小回转半径 mmi9.80 缀条长细比 18.379.8/64.3679.0/9.0010il 单角钢强度这件系数 0.65637.180.00150.60.00150.6 由查得稳定系数 909.0（b 类截面）缀条稳定验算 224104.141656.085.54349909.01074.12/mmNfmmNANt 所以缀条截面满足稳定性要求.6。缀条焊缝计算（略）。例 5.4.3 工字截面拉杆能承受的横向可在计算 条件：某轴心受拉构件的受力情况和截面尺寸见图 5.4。3，承受的静力荷载设计值为 N1000kN，钢材为 Q235A,构件截面无削弱。要求:确定能承受的最大荷载 F 答案：截面特性为 A 2241.4800.8=131.22cm 4325.14544912/808.0)4.1218021(4.1242cmIx 33.35134.41/5.145449)4.140/(cmIWxx。构件的最大弯矩为)(6mkNFMx。由规范式（5。2.1)有 23 mkNWANfMnxxnx0.512103.351305.1)102.1311000215()(3 kNMFx3.856/即横向荷载 F 的最大值为 85.3kN。