水工钢结构平时作业

《水工钢结构》平时作业要求
平时作业（一）
注：本次作业对应于文字教材 1 至 2 章，应按相应教学进度完成。

问答题：
1. 试述钢结构工程的特点。

2. 结合所在地区使用钢结构的情况，你认为应该怎样合理选择钢结构？
3. 试述钢结构在水工结构中的合理应用范围。

4. 水工钢结构的发展主要有哪些方面？
5. 钢材的塑性破坏和脆性破坏各有何特点？如何防止脆性破坏？
6. 简述建筑钢材单项拉伸应力——应变曲线各阶段的特征。

7. 建筑钢材的主要机械性能指标有哪些？各反映材料的什么性质？
8. 应力场对钢材的破坏形式有何影响？为什么？
9. 什么叫钢材的疲劳？它属于什么性质的破坏？其主要影响因素和防止措施有哪些？
10. 影响钢材性能的因素有哪些？各有何影响？
11. 简述钢材的牌号表示方法。

12. 选择建筑钢材时主要考虑哪些因素的影响？
13. 钢结构按概率极限状态设计法与容许应力设计法有何不同？
14. 分项系数G，Q , R分别代表什么？应如何取值？
15. 什么是极限状态？承载能力极限状态和正常使用极限状态有什么区别？
16. 说明常幅和变幅疲劳验算公式的意义。

平时作业（二）
注：本次作业对应于文字教材 3 至 4 章，应按相应教学进度完成。

一、问答题
1. 常用的连接有哪几类？各类的特点是什么？
2. 角焊缝的尺寸在构造上有哪些要求？为什么？
3. 扭矩作用下焊缝强度计算的基本假定是什么？如何求得焊缝最大应力？
4. 焊接残余应力与残余变形的成因是什么？焊接残余应力对构件的影响是什么？如何减少焊接残余应力和焊接残余变形？
5. 普通螺栓与高强度螺栓在受力特性方面有什么区别？单个螺栓的抗剪承载力设计值是如何确定的？
6. 螺栓群在扭矩作用下，在弹性受力阶段受力最大的螺栓其内力值是在什么假定下求得的？
7. 为什么要控制高强度螺栓的预拉力？
8. 常用的钢梁形式有哪几种？工字梁和槽钢梁的受力性能有什么特点？
9. 梁的强度计算包括哪几项内容？画出弹性阶段以及截面部分发展塑性时，截面弯曲正应力的分布。

10. 什么条件下简支钢梁可按部分截面发展塑性计算抗弯强度？
11. 写出弯曲正应力、剪应力以及折算应力的计算公式。

12. 组合梁在什么情况下需进行折算应力计算？计算公式中的符号分别代表什么意义？
13. 钢梁丧失整体稳定性的原因是什么？整体稳定临界应力与哪些因素有关？如何提高和保证梁的整体稳定性？提高梁的整体稳定性最有效的方法是什么？
14. 钢梁的整体稳定如何验算？公式中b代表什么意义？ b > 0.6时为什么要用b 代替？
15. 什么是梁的局部失稳？梁的整体失稳和局部失稳在概念上有何不同？
16. 组合梁的截面高度由哪些条件确定？是否都必须满足？当h e < h mi n时，梁高如何确定？
17. 选择组合梁腹板的高度和厚度时应考虑哪些要求？腹板选择太厚或太薄会发生什么问题？
18. 选择组合梁的翼缘尺寸时应考虑哪些要求？什么是主要的？在确定翼缘截面积公式中，右端两项各自表示什么意义？翼缘选择太窄太厚，或太宽太薄，各会发生什么问题？
19. 组合梁为什么要沿跨度改变截面？改变方式和应用情况如何？梁高改变的位置和端部梁高如何确定？若剪切强度不足，在构造上应如何处理？
20. 组合梁的翼缘焊缝承受什么力的作用？这种力是怎样产生的？焊缝长度有无限制？
21. 组合梁的翼缘不满足局部稳定要求时，应如何处理？
22. 画出腹板三种局部失稳现象的草图并分析其原因，说明保证腹板在纯剪、弯曲及局
部压应力作用下局部稳定的原则和措施，以及设置横向、纵向加劲肋的梁腹板高厚比的界限。

23. 试从薄板失稳时的屈曲形状和临界应力公式两方面来阐明横向加劲肋和纵向加劲肋的作用。

24. 组合梁腹板横向加劲肋和纵向加劲肋设置时，应注意哪些问题？纵向加劲肋沿纵向为何不设在中和轴附近？
25. 简述横向加劲肋的间距和加劲肋尺寸的构造要求。

26. 支承加劲肋的作用、传力途径和受力情况如何？在验算其稳定性和承压强度时所取的面积有何区别？
27. 梁的支座有哪几种形式？如何进行计算？
二、计算题
1. 验算图3.46所示牛腿与柱连接的对接焊缝的强度。

已知外力F=180kN，钢材为Q235-A.F，焊缝尺寸如图3.46 （b）所示，手工焊，焊条为E43型，无引弧板、采用三级质量检验（假定剪力仅由腹板上的焊缝平均承受）。

2. 现将图
3.35的钢板拼接，改用Q345钢M22摩擦型高强度螺栓（孔径24mm,拼接板与主钢板接触面喷砂处理，使设计此连接。

r OO' OO牛！
1
r
；
._ L L理=|
—-令-■— r !
1
—
毎令；］令O
sn 1 划｝ 1 w 1 粗 1
訪
d>
3. 如图3.41所示，当角钢轴心拉力为N=400kN时，试设计端板与柱的普通螺栓连接,
钢材均为Q235,设螺栓总数为10，间距为10mm N通过螺栓群中心。

4. 试验算图4.39所示双轴对称工字形截面简支梁的整体稳定性。

已知梁跨度7.2m，在梁跨中央作用一集中荷载，其设计值为600kN,跨中无侧向支承，钢材为Q235钢。

-100X16
L-l 2(X)X 10
I -300X
承，集中荷载作用在上翼缘，腹板选用-800 X 8,翼缘选用-280 X 12, l x 144900 cm4,
I y4390cm4。

6. 一平台梁格布置如图4.40所示，铺板为预制钢筋混凝土板。

设平台永久荷载标准值
（包括铺板自重）为6kN m2,活荷载标准为18kN m2，钢材为Q235钢，用E43型焊条, 试计算：
5.计算焊接工字形等截面简支梁的整体稳定系数b。

已知：双轴对称，跨中无侧向支
開3上】抗拉和抗购it栓理接
（1） 若铺板与次梁焊接，次梁的整体稳定现有保证时，选择次梁的截面（采用轧制工 字型钢）；又若次梁的整体稳定不能保证时，重新选择其截面，并比较之。

（2） 选择中间主梁截面（焊接工字形组合梁） ，包括梁截面沿长度的改变，计算翼缘焊 缝，并进行加劲肋的设计。

7. 一工字形截面组合梁，其尺寸和受力如图 4.41所示。

已知其腹板的高厚比 h 0 t w > 170 235f y ，为保证腹板的局部稳定，试在支座处及梁段内布置加劲肋。

图 4.41
8.
图4.42为承受均布荷载的简支梁。

梁截面几何尺寸及荷载大小如图所示，
钢材为Q235
钢，若梁支承加劲肋端面承压强度满足要求，是验算其稳定性是否满足要求。

9.
图4.43为加强受压翼缘的梁截面，跨度 6m 跨中无侧向支承，试计算梁的整体稳定 系数。

I II 1 1 1 1 X 1
-AMJX 12
g
二二一亠=
00 4.42
I q q M 附 kN in
图,43
10. 根据本部分第5题所选定的主次梁截面，设计次梁与主梁的连接（采用平接），并按
1：10比例尺绘制构造连接图。

平时作业（三）
注：本次作业对应于文字教材5至6章，应按相应教学进度完成。

一、问答题
1. 轴心受拉构件和轴心受压构件满足承载能力极限状态的要求有何区别？
2. 轴心受压构件整体失稳时有哪几种屈曲形式？双轴对称截面的屈曲形式是怎样的？
3. 理想轴心压杆与实际压杆有何区别？
4. 轴心受压构件的整体失稳承载力和哪些因素有关？其中哪些因素被称为初始缺陷？
5. 提高轴心压杆的抗压强度能否提高其稳定承载能力？为什么？
6. 初弯曲、初偏心和残余应力对轴心受压构件承载力的主要影响有哪些？为什么残余应力在截面两个主轴方向对承载能力的影响不同？
7. 轴心受压构件的稳定系数为什么要按截面形式和对应轴分成四类？同一截面关于
两个主轴的截面类别是否一定相同？为什么？
8. 影响轴心受压构件稳定承载力的因素有哪些？提高稳定承载力的措施有哪些？
9. 实腹式轴心受压构件的局部稳定验算公式中，长轴比为什么取两方向长细比的较大
值？
10. 型钢制作的轴心受压构件是否要进行局部稳定验算？
11. 试写出实腹式轴心受压构件整体稳定验算公式，并说明公式中符号的意义。

12. 格构式轴心受压构件对虚轴的整体稳定验算为什么要用换算长细比％，缀条式和
缀板式双肢柱的换算长细比计算公式有何不同？分肢的稳定怎样保证？
13. 轴心受力构件为什么要进行刚度计算？计算公式是怎样的？
14. 轴心受压构件满足整体稳定要求时，是否还需进行强度计算？为什么？
15. 写出格构式轴心受压构件整体稳定计算的主要步骤和公式。

16. 实腹式拉弯、压弯构件的强度计算公式是什么？格构式压弯构件的强度计算又有何不同？它们是依据怎样的工作状态制定的？
17. 计算式复式压弯构件在弯矩作用平面内稳定和平面外稳定的公式中的弯矩取值是否一样？若平面外设有侧向支承，取值是否又一样？
18. 说明实腹式压弯构件弯矩作用平面内稳定验算公式
mx M
x A x W1x1 0.8N N EX 中x , A, mx, N Ex ,W1x 的意乂。

19. 实腹式压弯构件中，翼缘板宽厚比的限值如何？
20. 在压弯构件整体稳定计算公式中，为什么要引入mx和tx?在哪些情况下它们的值
较大？又在哪些情况下它们的值较小？
21. 对实腹式单轴对称截面的压弯构件，当弯矩作用在对称轴平面内且使较大翼缘受压时，其整体稳定性如何验算？
22. 试比较工字形、箱形截面的压弯构件与轴心受压构件腹板高厚比限值计算公式各有哪些不同？
23. 试述腹板应力分布系数0的物理意义。

24. 工字形截面压弯构件中，翼缘板宽厚比的限值如何？
25. 格构式压弯构件当弯矩绕虚轴作用时，为什么不需要计算构件在弯矩作用平面外的稳定性？
26. 轴心受压构件、拉弯和压弯构件、钢梁的刚度应如何计算？
27. 在进行实腹式压弯构件弯矩作用平面外稳定计算时，若近似公式求出的b> 0.6 , 是否应换算成b后再代入稳定计算公式？为什么？
28. 梁与柱的铰接和刚接以及柱脚的铰接和刚接各适用于哪些情况？它们的基本构造形式有哪些特点？
29. 压弯构件的刚接柱脚传递哪些内力？
二、计算题
1. 一水平放置两端铰接的Q235钢做成的轴心受拉构件，长9m,截面为2/ 100X 8组成
的肢尖向下的T形截面。

试计算其所能承受的拉力设计值。

2. 试验算图5.25所示焊接工字形截面柱(翼缘为焰切边) 。

轴心受压设计值N=4500kN 柱的计算长度l°x l°y=6m钢材为Q235钢，截面无削弱。

“ 500x20
450x12
圈5,25
3. 图5.26 (a), ( b)所示两种截面(翼缘为焰切边)的截面面积相等，钢材为Q235钢, 柱高
9m两端铰接，截面无削弱。

试分别计算这两种截面所能承受的最大轴心压力设计值，并加以比较。

.500x20 400x25
SOOxg _ 40Qx10
la ） （b>
图呈26
4. 设计某工作台轴心受压柱的截面尺寸。

朱采用焊接工字形截面。

翼缘为轧制边，柱高
7.5m ，两端铰接，承受轴心受压设计值 N=3000kN 钢材为Q345钢，截面无削弱。

5. 设计条件同上题，但在绕弱轴方向柱中点处设置一侧向支撑点。

试设计其截面尺寸。

6. 试设计一双肢格构柱的截面，分肢采用槽钢，柱高
7.5m ，下端固定，上端铰接，承 受轴心受压设计值 N=1600kN 钢材为Q235钢，截面无削弱。

（1）缀板柱；（2）缀条柱。

7. 同上题条件，分肢采用 H 型钢，缀材采用角钢。

8. 一轴心受压缀条格构柱，柱高
6m 两端铰接，截面如图 5.27所示，已知截面面积 A=91.2 m 2，两个斜缀条面积 A i 6.97cm 2，截面对虚轴的惯性矩 I x 13617cm 4，钢材 为Q235钢，f 215N mm 2，试计算虚轴稳定承载力。

10. 某两端铰接的拉弯构件， 采用I22a 工字钢，Q235钢，承受轴心拉力设计值 N=450kN 构件长6m 试问绕强轴能承受多大的横向均布荷载？绕弱轴又能承受多少？
11. 图6.19所示为一两端铰支焊接工字形截面压弯构件，翼缘为焰切边，杆长
9.
试验算图6.18所示压弯构件的强度。

钢材为 Q235钢。

250x i2
i~— t Jk
—
12
9m ＞截 09 5.27
V=| (XK) kN
面面积为A=84.8 m 2， I x 32997cm 4，钢材为Q235钢，作用在杆上的轴向压力设计值 N=800kM 试由弯矩作用平面内的稳定性确定该杆所承受的最大弯矩 M
图 6.19
12.
图6.20所示为某压弯构件的截面， 荷载使较大翼缘
受压， 试计算下列各式中的抵抗
矩W x 。

圏 6.20
13.
图6.21所示结构承受静力设计值 P=16kN,横梁采用
110工字钢，Q235钢。

问在横 梁侧向稳定有保证的情况下，横梁的承载力是否满足要求?
图
6.21
(1) 强度计算：N 型二 A n X W X (2)强度计算: N M X A X W X
(3) 弯矩作用平面内稳定计算:
mx M x x A
1 0.8 N N E X
(4)
14. 设计某双轴对称焊接工字形截面柱的截面尺寸，翼缘为焰切边。

柱上端作用一轴心 压力设计值N=2000kN 和水平力设计值 H=200kM 在弯矩作用平面内柱的下端固定，上端自 由。

在侧向有如图 6.22所示的支撑体系。

材料用 Q235钢。

JT
9 6.22
15. 将上题的压弯构件设计成缀条式双肢格构柱，弯矩作用在实轴平面内，分肢采用
Q235普通热轧工字钢。

16. 已知某柱的截面和缀条布置如图6.23所示，柱的计算长度l 0x 19.8m ，
算该柱是否满足要求。

17.
图6.24所示为某压弯构件的截面，构件长为
12m 两端铰支。

压力在截面的腹板平 面内的偏心距为78cm,钢材为Q235钢，翼缘为焰切边。

试计算此压弯构件所能承受的最大 压力设计值；若材料改用
Q345钢，压力设计值又为多少？翼缘与腹板是否满足局部稳定的 要求？
l 0y 6.6m ，钢材为Q235钢，最不利内力设计值为
N=1700kN M x 2000 kN • m 试验
[-250X20
圈6.24
18. 试设计本部分第2题的柱脚。

基础混凝土的强度等级为C15o
平时作业（四）
注：本次作业对应于文字教材7至8章，应按相应教学进度完成。

一、问答题
1. 钢桁架与钢梁相比，桁架具有哪些特点？为什么它适合于大跨度结构？
2. 三角形、梯形屋架各适用于哪种情况？有哪些优缺点？
3. 腹杆布置的原则是什么？
4. 桁架支撑的作用是什么？屋架支撑如何布置？
5. 在桁架平面内与平面外的杆件计算长度是如何确定的？如何取值？
6. 屋架内力计算时考虑了几种荷载组合，为什么？
7. 钢桁架杆件内力按铰接点计算带来的误差是什么？什么情况下可以忽略这一误差的影响？
8. 由双脚钢组成的杆件截面，一对等肢的、一对长肢相靠的和一对短肢相靠的各适合于什么情况？
9. 节点设计的步骤及要点是什么？
10. 试述桁架节点施工图绘制的步骤。

11. 桁架杆件与节点板之间的连接焊缝如何计算？构造上应注意些什么？
12. 平面钢闸门根据其工作性质分为哪几种类型？它们的启闭方式有何区别？
13. 平面钢闸门由哪几部分组成？门叶结构又由哪些构件和部件组成？各组成构（部）件的作用是什么？作用在闸门上的水压力是通过什么途径传至闸墩的？
14. 平面钢闸门主梁的数目和位置如何确定？试推导公式（8.1 ）和公式（8.2 ）o
15. 梁格的布置形式有几种？各适用于什么情况？
16. 梁格齐平（等高）连接和降低连接各有什么优缺点？
17. 闸门面板的厚度如何确定？其强度如何验算？
18. 如何确定不同梁格连接形式下的次梁计算简图和计算荷载？
19. 面板参加主（次）梁截面工作的有效宽度是根据什么条件确定的？
20. 平面钢闸门主梁的计算简图和荷载如何确定？有什么设计特点？
21. 闸门联结系有哪几种？各自有什么作用？如何进行布置和计算？
22. 边梁的受力情况和工作特点如何？怎样确定其截面尺寸及进行强度验算？单腹式和双腹式边梁各适用于什么情况？
23. 平面闸门行走支承有哪两大类？它们的构造形式和计算特点有何区别？
24. 平面闸门的主轨如何计算？
25. 闸门的止水有何作用？如何布置止水？试画出顶、底及侧止水的构造图。

26. 为什么要分别计算闸门的启门力和闭门力？若闭门力大于闸门自重时，采取何种措施关闭闸门？
27. 平面闸门的埋设部件有哪些？
28. 平面闸门常用的启闭机有哪几种形式？各自有何特点？如何选用启闭机？
二、计算题
1. 某桁架腹杆设计内力N=-430kN （压力），l ox l oy=25Ocm,选用2/ 100X 80X 10的
角钢与厚度为12mm勺节点板用长肢相连，用Q235钢，试验算杆件的稳定性。

2. 试设计一桁架上弦杆用不等肢双脚钢组成的截面尺寸。

已知设计内力N=-880kN，|0x=150cm |0y=3OOcm,节点板厚12mm短肢相连。

钢材为Q235。