--.z..z.中南大學"鋼構造設計原理"一、 填空題鋼構造計算的兩種極限狀態是和。、和 等特點。鋼材的破壞形式有和。影響鋼材性能的主要因素有、、、和。影響鋼材疲勞的主要因素有、建筑鋼材的主要機械性能指標是和。鋼構造的連接方法有、和。于。普通螺栓抗剪連接中，其破壞有五種可能的形式，即、和。高強度螺栓預拉力設計值與和有關。軸心壓桿可能的屈曲形式有軸心受壓構件的穩定系數 與、和有關。提高鋼梁整體穩定性的有效途徑是、 和。影響鋼梁整體穩定的主要因素有和。方法來解決。二、 問答題螺栓的排列有哪些構造要求.8.810.9三、 計算題試驗算如以下圖牛腿與柱連接的對接焊縫的強度。荷載設計值F=220kN鋼材Q235，焊條E43,手工焊，無引弧板，焊縫質量三級。有關強度設計值fw=215N/mm2，fw=185N/mm2 〔假定剪力全部由腹板上的焊縫c t承受〕與焊縫之間的夾角60。鋼材Q235，焊條E43,手工焊。有關強度設計值f w=160N/mm2。f設計雙角鋼拉桿與節點板之間的連接角焊縫計算長度L=",L="1 2：采用三面圍焊：h=6mm,fw=160N/mm2,N=529kN(靜載設計值)f fN＝1250kN，〔靜載設計值，鋼材Q235，焊條E43,手工焊。有關強度設計值? N/mm2，fwf=160N/mm2。圖示尺寸單位mm.(焊縫LW2實際長度取cm整數)設計矩形拼接板與板件用普通螺栓連接的平接接頭。〔如以下圖，單位mmN=600KN,有關強度設計值：?b=130N/mm2,?vb=305N/mm2,?=215N/mm2。粗制螺栓d=20mm,孔徑d=21.5mm。c 0圖示一用M20普通螺栓的鋼板拼接接頭，鋼材為Q235，?＝215N/mm2試計算接頭所能承受的最大軸心力設計值。螺栓M20,孔徑21.5mm,b=130N/mm2,?b=305N/mm2。v c假設上題的拼接接頭改用10.9級M20預拉力設計值P＝155kN,接觸面抗滑移系數0.3。N。螺栓M20，孔21.5mm,材料：?＝215N/mm2,?b=130N/mm2,?b=305N/mm2。v c試計算以下圖所示連接中CF=60KN,螺栓孔徑21.5mm,?bv=130N/mm2,?bc=305N/mm2.兩端鉸接軸心受壓柱，高9.6m,鋼材為Q235，強度設計值?=215N/mm2，采用圖示截面，尺寸單位mm,計算可承受外荷載設計值N=.注：①不計自重②穩定系數：7273747576777879800.7390.7320.7260.7200.7140.7070.7010.6940.6882I32a300cmmm注：一個I32a的截面面積 A=67cm2慣性矩 I=11080cm4yI=460cm4*1如以下圖為二簡支梁截面，其截面面積大小一樣，跨度均為 12m，跨間無側向支承點，均布荷載大小亦一樣，均作用在梁的上翼緣，鋼材為Q235，試比梁的穩定系數，說明何者的穩定性更好.bP：①鋼材強度設計值f＝215N/mm2②I50a的I＝46470cm4，W＝1860cm3，I＝1120cm4，W＝142cm3* * y y③整體穩定系數：b集中荷載作用于上翼緣 0.5均布荷載作用于上翼緣 0.44I45a,其截面特性為：A=102cm2 I*=32240cm4 w*=1430cm3I=855cm4 w=114cm3y y材料為Q235,強度設計值?=215N/mm2，梁兩端不能扭轉，跨中無側向支撐點，撓度不起控制作用，截面無削弱。整體穩定系數 =0.44.b如以下圖的拉彎構件，間接承受動力荷載。橫向均布荷載的設計值為8kN/m。截面為I22a，無削弱。試確定桿能承受的最大軸心拉力設計值。：A42cm2,W 309cm3i 8.99cm,?=215N/mm2 。x x用軋制工字鋼〔材料Q235〕作成的10m650kN,在腹板平面承受均布荷載設計值q＝6.24kN/m在彎矩作用平面內的穩定有無保證.為保證彎矩作用平面外的穩定需設置幾個側向中間支承點 .：A76.3cm2,W 875cm3,i 14.4cm,i ,?=215x x yN/mm2 。"鋼構造設計原理"復習題參考答案一、填空題承載能力極限狀態、正常使用極限狀態好、耐熱不耐火、易銹蝕。塑性破壞、脆性破壞化學成分、鋼材缺陷、冶煉，澆注，軋制、鋼材硬化、溫度、應力集中、剩余應力、重復荷載作用5．應力集中、應力幅〔對焊接構造〕或應力比〔對非焊接構造屈服點、抗拉強度、伸長率、沖擊韌性、冷彎性能焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接8．8hf

、40mm 60hf螺栓剪壞、孔壁擠壓壞、構件被拉斷、端部鋼板被剪壞、螺栓彎曲破壞螺栓材質、螺栓有效面積彎曲屈曲、扭轉屈曲、彎扭屈曲剩余應力、初彎曲和初偏心、長細比加強受壓翼緣、增加側向支承點端支承條件二、問答題12鋼材內部組織比較均勻，有良好的塑性和韌性345鋼構造耐熱，但不耐火6鋼構造易銹蝕，維護費用大。鋼構造的合理應用范圍：1重型廠房構造2大跨度房屋的屋蓋構造34輕型鋼構造5塔桅構造6板殼構造7橋梁構造8移動式構造1較高的抗拉強度fu

f2較好的塑性、y3良好的加工性能鋼材的主要機械性能指標是屈服點、抗拉強度、伸長率、沖擊韌性、冷彎性能是由冷彎試驗顯示出來；沖擊韌性是由沖擊試驗使試件斷裂來測定。1化學成分2鋼材缺陷345溫度6應力集中7剩余應力8重復荷載作用鋼材在連續反復荷載作用下，當應力還低于鋼材的抗拉強度，甚至還低于及應力循環次數。選用鋼材通常考慮的因素有：1構造的重要性2荷載特征3連接方法4構5構造的受力性質鋼構造常用的連接方法有：焊接連接、鉚釘連接和螺栓連接三種。123氣密性、水密性好，構造剛度較大，整體性能較好。焊接的缺點:12焊接的剩余應力使構造易發生脆性破壞，剩余變形使構造形狀、尺寸發生變化；3便容易擴展。鉚釘連接的優點:塑性、韌性較好，傳力可靠，連接質量易于檢查。鉚釘連接的缺點:因在構件上需打孔，削弱構件截面；且鉚接工藝復雜，技術要求高。螺栓連接的優點：具備鉚釘連接塑性、韌性好，傳力可靠的優點，又兼備安裝拆卸方便，可以屢次重復使用的優點，且連接變形小。焊瘤。-20％B100％探傷，到達B"GB50205-2001〕對接焊縫的構造要求有：1可采用未焊透的對接縫。2口。3受動力荷載外，一般不用引弧板，而是計算時為對接焊縫將焊縫長度減t為較小焊件厚度4對于變厚度〔或變寬度〕板的對接，在板的一面〔一側〕或兩面〔兩側〕切成坡度不大于1:2.55當鋼板在縱橫兩方向進展對接焊時，焊縫可采用十字形或T形穿插對接，當用T形穿插時，穿插點的間距不得。角焊縫的計算假定是：1破壞沿有效載面；2破壞面上應力均勻分布。鋼材在施焊過程中會在焊縫及附近區域內形成不均勻的溫度場稱為焊接剩余變形。12降低構件的剛度；345破壞。. z.--.z..z.裝、正常使用和平安承載；所以，對過大的剩余變形必須加以矯正。減少焊接剩余應力和變形的方法：12格施焊，防止隨意性；盡量采用自動焊或半自動焊，手工焊時防止仰焊。連接在到達極限承載力時，可能出現五種破壞形式，即螺栓被剪斷、孔壁被擠壓壞、構件被拉斷、構件端部被剪壞和螺栓彎曲破壞。構件開場產生滑移做為承載能力的極限狀態。螺栓排列的構造要求：12d23普通螺栓抗剪連接中的五種破壞形式：螺栓被剪斷、孔壁被擠壓壞、構件被拉斷、構時，可以防8.8級為：fu≥800N/mmx，fy/fu=0.810.9fu受軸心壓力作用的直桿或柱，當壓力到達臨界值時，會發生有直線平衡狀態轉變為彎屈曲變形有三種形式，即彎曲屈曲、扭轉屈曲和彎扭屈曲。端約束的影響。鋼梁在彎矩較小時，梁的側向保持平直而無側向變形；即使受到偶然的側向干擾力，*一數值時，鋼梁在偶然的側向干擾力作用下會突然離開最大剛度平面向種現象稱為鋼梁喪失整體穩定。承點的位置和距離、梁端支承條件。提高鋼梁整體穩定性的有效措施是加強受壓翼緣、增加側向支承點。235f235fy梁受壓翼緣自由外伸寬度b1

與其厚度t之比的限值：b235fy1235fy1

15箱形截面受壓翼緣板在兩腹板之間的寬度b0組合鋼梁腹板局部穩定的計算1僅用橫向加勁肋加強的腹板：

與其厚度t之比的限值：b0t0((crc)2()2c,cr cr

402同時用橫向加勁肋和縱向加勁肋加強的腹板：受壓翼緣與縱向加勁肋之間的區格〔區格I

c

)21(2(2cr2c2)2()2c,cr2 cr2

cr1

c,cr1

(cr1(13同時用橫向加勁肋、縱向加勁肋和短加勁肋加強的腹板：受壓翼緣與縱向加勁肋之間的區格〔區格I

c

)21(2(2cr2c2)2()2c,cr2 cr2

cr1

c,cr1

(cr1(1軸心受壓構件中整體穩定性涉及構件的幾何形狀和尺寸〔長度和截面幾何特征定系數Nf。在計算時，根據截面形式、屈曲方向〔對應軸〕和A加工條件，即可根據正確地查取值計算。但當構件在垂直于彎矩作用平面內的剛度缺乏時面內失穩計算中，引入等效彎矩系數 ，截面考慮塑性開展，對于實腹式壓彎構件計算mx公式為 N

Mmx x

f平面外失穩計算同樣引入等效彎矩系數 ，A x

Wx

0.8N/N ) txEX計算公式為

N txMxf。A Wy b 1x24.局部穩定性屬于平板穩定問題，應應用薄板穩定理論，通過限制翼緣和腹板的寬厚比壓應力等的單獨作用和各種應力的聯合作用24.三、計算題：1．解：一、確定對接焊縫計算截面的幾何特性計算中和軸的位置〔對水平焊縫的形心位置取矩〕焊縫計算截面的幾何特性全部焊縫計算截面的抵抗矩腹板焊縫計算截面的面積 Aw(30129cm2w二、驗算焊縫強度1.a點2.b點折算應力2.解：解：解：端縫：N1

2bhe

fw232061.22160103524.7kNf側向：N NN 1250524.7725.3kN2 1蓋板全長 L2L 228157cmw2解：n

N[Nb

min

60081.7

73KN 取8個

3d 64.502d 43.001.5d 32.250

取80取50取40凈截面驗算NAn

6001032106

285MPa>215MPa600kN12mm厚鋼板，被連接板應采用25mm鋼板。6．解：一、 螺栓所能承受的最大軸心力設計單個螺栓受剪承載力設計值Nbnv

d2fb4 v

2

224

130110

81.6kN(Nb )min單個螺栓承壓承載力設計值 Nbd t

b21.4305185.4kNc c 10連接螺栓所能承受的最大軸心力設計值 NnNb 981.6734.4kNmin二、 構件所能承受的最大軸心力設計值I-I截面凈截面面積為 AI(bn

)t(2512.15)1.432cm2n 1 04.524.527.52AIIn

[2e1

(n1

nd1

[25(3

32.15]1.429.46cm2a2e2III-III截面凈截面面積為 AIIIa2e2n三個截面的承載設計值分別為

III

d)t(2522.15)1.428.98cm20I－I截面：NAIf32102215688000N688kNnII－II截面：NAIIf29.46102215633400N633.4kNnIII－III截面：因前面I－I截面已有n1

個螺栓傳走了〔n/n〕N的力，故有1n 1)NAIIfnn n構件所能承受的最大軸心力設計值按II－II截面N633.4kN三、 連接蓋板所能承受的軸心力設計值〔按V-V截面確定〕通過比較可見，接頭所能承受的最大軸心力設計值應按構件II－II載能力取值，即N 633.4kN。再者，假設連接蓋板不取2塊8mm厚鋼板而max去2塊7mm，即與構件等厚，則會因開孔最多其承載力最小。7．解：一、摩擦型高強度螺栓所能承受的最大軸心力設計值單個螺栓受剪承載力設計值 Nv

0.9nf

P20.315583.7kN連接一側螺栓所能承受的最大軸心力設計值 NnNb 983.7753.3kNmin二、 構件所能承受的最大軸心力設計值NAf25014215752500N752.5kNI－I截面凈截面面積為AI(bnd)t(2512.15)1.432cm2

1,n9n 1 0 11根據 0.5n)Nf1n A1n即 A1f 32102215

N kNN n110.5n1n

1 10.59

728.5II-II截面凈截面面積為III-III截面凈截面面積為 AIII(bn

III

d)t(2522.15)1.428.98cm20因前面I－I截面已有n1

個螺栓傳走了〔n/n〕N的力，故有11n 0.5nIII) N f1n n AIIIn構件所能承受的最大軸心力設計值按II－II截面N728.5kN三、 連接蓋板所能承受的軸心力設計值〔按V-V截面確定〕通過比較可見，接頭所能承受的最大軸心力設計值為N 728.5kN。與上max題比較增大N728.5633.495.1kN。解：單個螺栓受剪承載力設計值

Nbn

d2

f 22bf 22

130181.7kNv v 4 v 4 10單個螺栓承壓承載力設計值 Nbdt

b21.0305161kNc c 10連接螺栓所能承受的最大軸心力設計值 NnNb 461244kNmin節點板凈截面抗拉承載力：N10(400421.5)215675kN故連接的承載力為N244kN解：單個螺栓受剪承載力設計值

Nbn

d2

f 22bf 22