焊接简支工字梁截面尺寸的计算机优化设计方法

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简支双轴对称焊接工字型钢梁的设计

Ａ算出后，在满足翼缘宽厚比的前提下，定出
（ｍ３ｃ）
（）１
｜
式中，为截面塑性发展系数，选择截面时取ｒ＝ｒｘｘ
ｂｔ这样，・。选定的截面尺寸全部出来了。算出截面的
惯性矩Ｉ（ｍ４抵抗矩Ｗｃ）ｘｃ）及（ｍ３。当 ≥ ，，及
［ｅｏｄｌｅｔｎＫｙｗｒｓｓｃｏｍｏｎｆｉｅｉ；ｅｔｎｍｏｎｆｉｍｅｔｏｎｒａｓｉｍｅｔｏｔｃｏ
ｒｓｓｉｉ；ｐｉｍｅｔｏｅｏｏｃｈｉｈ；ｔｅｇｈｒｇｄｔ；ｅｉｔｔｏｔｖｙｍｕｓｃｉｎ；ｃｎｍｉｅｇｔｓｒｎｔ；ｉｉｉｙ
：
钢结构设计手册给出的公式是Ａ一Ｆ
ｈ０
Ｏ
，
笔者以为，当梁高尾数为５及ｌ０的整数时，０Ｏ在翼缘面积Ａ及翼缘截面尺寸ｂｔ・未确定之前，。无法确定的，根据以往的设计经验，ｈ以代ｈ，用。并考虑
一
个验数．Ａ１一］经系１￣ｔ１。１－［，．Ｗ
ｌｃｌｐｒｎｅｃｏａ；ｅｍａｎｅ
表中，Ｐ为集中荷载标准值，；ｑ为均布线荷载
ｒｌ１
简支双轴对称焊接工字型钢梁（以下简称为钢
标准值，／ｚｋｍ；为钢梁跨度，；ＩＮｍ『为允许挠度的
ＬＪ
梁）在受弯构件中是一种常用的梁，它受力明确，构
倒数。
造简单，连接方便，在两层以上钢框架结构中，了除

工字形组合钢梁截面优化设计

矩随长度而变化，为节省钢材，提高结构的经济性，梁的截面常随
Ｍｅ＝ｎ一，（ｅ一）一Ｆ（ｅ一２１）一・一
Ｆ（ｅ一ａｚ）＝揣
＋
㈥
弯矩而变化。当荷载和跨度都较大时，常采用三块钢板焊成的组２截面优化设计合截面。当简支梁的跨度不小于１２ｎｌ时，常采用变截面钢梁。改变钢梁翼缘宽度的截面优化设计包括选择最有利变截面对于变截面的位置，在均布荷载作用下，简支梁变截面的最有利位置和确定变截面处的翼缘宽度ｂ。６根据截面改变处的弯矩位置在距离支座ｆ／６处 … 。而组合钢梁在集中荷载作用下的变截确定，并保证梁的整体稳定性。面位置常根据其在均布荷载作用下的情况取值，未有明确的规为了减少应力集中，变截面处的拼接应做成如图３所示的平
定。因此，研究组合钢梁在集中荷载作用下的变截面位置对主次
梁结构中主梁的设计具有重要意义。
缓过渡（静荷载作用下斜度不大于１：２．５，动荷载作用下斜度不大
于１：４）。
１集中荷载作用下组合梁的弯矩１．１梁的最大弯矩
１．２变截面处梁的弯矩
．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．，．．．．．．．．．．．．
（），当ｅ（一）达到最大时， △ 也达到最大，因此令：

使用MATLAB与ANSYS的工字型截面优化设计

水工结构优化设计作业姓名：学号：指导老师：年级：2014/6/15水工结构优化设计 2014重庆交通大学·河海学院主讲教师：李怡个人作业1某钢结构引桥主梁的计算图示可采用下图左中的简支梁。

其断面如下图右所示对称工字型组合截面，腹板与翼板件间用焊缝连接。

该梁承受均布荷载10kN/m. 图中L = 24m, t = 30mm, δ=16mm. 假设断面尺寸沿L不变。

1.这种设计在实际工程实践中通常考虑哪些约束条件？（5分）2.以最小化梁总重量为目标，对b和h进行优化设计。

主要考虑两个约束条件：跨中最大弯曲应力不大于钢材屈服强度（钢材屈服强度自定）；跨中最大挠度不大于L/200。

请采用任意数学优化方法求解，并提供计算过程。

（可借助通用编程语言，如MatLab, C, C++, VB, FORTRAN等。

如采用编程语言，请提供具体语句。

）（10分）3.用任意通用优化软件（如MatLab 优化工具箱、LINGO、Excel Solver等）求解2.中的优化设计问题。

要求提供程序语句和运算结果。

（5分）4.用ANSYS 优化工具求解2.中的优化设计问题。

（5分）ANSYS的优化工具可参考：●《ANSYS 11.0 结构与热力学有限元分析—实例指导教程》（王建江等编著，机械工业出版社，2008）●《基于有限元法的结构优化设计—原理与工程应用》（梁醒培、王辉著，清华大学出版社，2010）可合理采用各种假设，并请明确说明。

第17周周1课上提交。

占总成绩25%。

答： 1.(1) 满足强度条件 ①满足抗弯强度《规范》规定，仅在弯矩x M 作用下，梁的抗弯强度按下式计算xx nxM f W γ≤ 式中 x M ——绕x 轴的弯矩；nx W ——对x 轴的界面模量；x γ——截面塑性发展系数，对工字形截面取 1.05x γ=，承受动力荷载时取1.0x γ=。

f ——钢材的抗弯强度设计值。

②满足抗剪强度对于工字形截面，其最大剪应力在腹板中性轴处，梁的抗剪强度需满足下式：v wVSf It τ=≤ 式中 V ——梁的剪力设计值； I ——毛截面惯性矩；S ——计算剪力处以上（或以下）部分对中性轴的面积矩； w t ——计算剪应力处的截面宽度； v f ——钢材的抗剪强度设计值。

双轴对称截面工字钢的截面尺寸优化设计(B5)

双轴对称截面工字型梁的截面尺寸优化设计研究报告一、设计问题背景工字钢是一种比较常见的工程结构钢材，在各种工程领域都得到广泛的应用。

目前大多数工字钢都已实现截面尺寸型号的标准化，但在实际工程应用中，标准型号的型材并不能保证最优化的使用，即在保证满足使用性能的条件下，尽可能的节约钢铁材料的使用，避免不必要的浪费。

所以这里提出针对实际工程应用，对工字钢截面尺寸进行优化设计，目标是以最节省的材料的方案来满足使用要求。

下面对一种实际的工程问题做出介绍。

如图1所示，已知载荷P=80KN ，l=2000mm,设计强度215f MPa =,屈服强度235y f MPa =，抗剪强度125v f MPa =，无截面削弱。

试设计该双轴对称工字型粱的截面。

图1 双轴对称截面及其受力示意图对工字梁进行受力分析，弯矩图如下：图2 工字梁弯矩图通过弯矩图可以得知，最大弯矩发生在工字梁的中间位置，大小为7410x M N mm =⨯针对实际工程应用情况，提出如下一些使用性能要求：（1）强度要求 max xx nxM f W σγ=≤ max 4v X VSf I x τ=≤ 2213a a f στβ+≤（2）刚度要求 max400x l y I ∆=≤ （3）局部稳定 12235yx x f ≤ 3423580yx x f ≤（4）工程要求 44x mm ≥1,23,0x x x >式中x M ——绕x 轴的最大弯矩； nx W ——对x 轴的净截面抵抗矩；x γ——截面塑性变形发展系数，此处取1.05；V ——截面最大剪力； S ——截面最大静矩；x I ——横截面对x 轴的毛截面惯性矩；a σ、a τ——a 点处正应力和剪应力； 1β——强度设计值增大系数，此处取1.1；v f f 、——钢材的抗弯曲强度设计值和抗剪强度设计值； y f ——钢材的屈服强度；∆——常数，此处取348PI E∆=二、设计问题优化模型在满足以上使用要求的前提下，本次优化设计的主要目的是使材料的使用达到最省，由于工字梁长度已经确定，所以务必使截面面积达到最小。

工字型钢梁优化设计

工字型钢梁截面的优化设计本文采用准则优化法，工字型钢梁的设计规范，分三种常用材料（Q235、16Mn 、和15MnV 钢），确定翼板宽厚比b/t ，分强度控制、挠度控制和整体稳定控制，较好地确定工字形梁翼板宽度与腹板高度的比值b/h 0，使设计更加经济合理。

1 翼板宽厚比、腹板高厚比的确定焊接工字型钢梁设计，必须满足强度、挠度、整体稳定和局部稳定的要求。

《钢结构设计规范》（GBJ17-88）规定：不允许板屈曲先于构件整体屈曲。

对于局部稳定是用限制板件的宽厚比来保证的。

1.1 翼板宽厚比 b/t=α 1为利用梁截面的部分塑性性能，实际设计中，常限制翼板宽厚比为()y w f t t b /235132/≤- （1）忽略腹板厚度的影响，对不同钢材有：Q235钢为α1≤26；16Mn 钢α1≤21.46；15MnV 钢为α1≤20.18。

在保证板件局部稳定的前提下，为提高构件的强度和整体稳定性，板件宜宽而薄。

考虑计算后翼板尺寸实际取值的微调，16Mn 和15MnV 钢宽厚比取值差别不大，故梁翼板宽厚比可取值为：Q235钢取b/t=α1=25；16Mn 和15MnV 钢取b/t=α1=20。

1.2 腹板高厚比 h 0/t w =α 2梁腹板的经济设计是高而薄，以设置加劲肋保证其局部稳定性，但过份高而薄的腹板需设置纵向加劲肋，从经济和工艺角度考虑并不合算。

故只考虑设置横向加劲肋，“规范”规定此时的高厚比为：y w y f t h f /235170//235800≤≤ （2）即Q235钢为80≤α2≤170；16Mn 钢为66≤α2≤140.3；15MnV 钢为62.1≤α2≤132。

与梁翼板宽厚比取值同样考虑，腹板高厚比取值为：Q235钢h 0/t w =α2=150；16Mn 钢和15MnV 钢h 0/t w =α2=130，且均应满足t w ≥6mm 。

1.3 截面翼宽腹高比 b/ h 0=α 3截面的翼宽腹高比（简称宽高比）极为重要，对梁的安全性和经济性都有较大的影响，可根据不同的控制条件来选取其比值。

大连理工大学2014年硕士研究生入学考试材料力学829试题与答案

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11.如图所示一悬臂梁 AB，抗弯刚度 EI，抗弯截面系数为 W，长为 L，在 B 端有一刚度系数为 C 的弹簧，重物 Q 从高度为 h 处自由落体，冲击 B 处，试求动荷载系数 K d 和梁内的最大动弯曲正应力。
解：参考教材第二册 P149 6-3 公式设 B 点支座反力为 P，如图所示由能量守恒定律 V
参考教材第二册p14963公式设b点支座反力为p如图所示由能量守恒定律????????aeidxxlqpv022得q引起梁在b点的挠度??eipqaqv33????p引起梁在b点的挠度??eiqpapv33????在b点处梁的挠度和弹簧的变形量相等得cppvqv??????eicaqap32433??动荷系数为stdhk????211梁中最大弯矩为33max2323cleiqclqeim???最大动应力为wmkddmax??12
解：设 BD 杆轴力为 FN ,如图所示。 BD 杆的竖向变形为 BD
FN l BD 4 FN EABD EABD
可采用图乘法算出在 q 作用下 BD 杆变形为 Bq 在 FN 作用下 BD 杆的变形为 BFN
1 1 52 11 1375q 5 q EI 3 2 4 24 EI

r 3 2 4 2 178 MPa
因此结构安全。 3.已知一单元的应力状态如图所示，试求出单元的主应力及最大切应力。
解：由已知条件画出应力圆如上
1 50 MPa
2 10 MPa
3 -50MPa
max 50 MPa
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4.一梁截面为工字钢，截面尺寸如图所示，其尺寸如图（1）所示，钢的屈服应力为 180MPa，弹性模量为 200GPa，木材的屈服应力为 10MPa，弹性模量为 10GPa，现将截面改成钢和木材的组合截面，尺寸如图（2）所示，试求出截面能承受的弯矩的增大了多少（图中单位为 mm）。

陈绍蕃-钢结构第四章答案

第四章4. 1有哪些因素影响轴心受压杆件的稳定系数？答：①残余应力对稳定系数的影响；②构件的除弯曲对轴心受压构件稳定性的影响； ③构件初偏心对轴心轴心受压构件稳定性的影响； ④杆端约束对轴心受压构件稳定性的影响；4.3影响梁整体稳定性的因素有哪些？提高梁稳定性的措施有哪些？答：主要影响因素：①梁的侧向抗弯刚度y EI 、抗扭刚度t GI 和抗翘曲刚度w EI 愈大，梁越稳定； ②梁的跨度l 愈小，梁的整体稳定越好；③对工字形截面，当荷载作用在上翼缘是易失稳，作用在下翼缘是不易失稳； ④梁支撑对位移约束程度越大，越不易失稳；采取措施：①增大梁的侧向抗弯刚度，抗扭刚度和抗翘曲刚度； ②增加梁的侧向支撑点，以减小跨度；③放宽梁的受压上翼缘，或者使上翼缘与其他构件相互连接。

4.6简述压弯构件中等效弯矩系数mx β的意义。

答：在平面内稳定的计算中，等效弯矩系数mx β可以把各种荷载作用的弯矩分布形式转换为均匀守弯来看待。

4.10验算图示焊接工字形截面轴心受压构件的稳定性。

钢材为Q235钢，翼缘为火焰切割边，沿两个主轴平面的支撑条件及截面尺寸如图所示。

已知构件承受的轴心压力为N =1500kN 。

解：由支承条件可知0x 12m l =，0y 4m l =23364x 1150012850025012225012476.610mm 12122I +⎛⎫=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯=⨯ ⎪⎝⎭3364y 5001821225031.310mm 1212I =⨯+⨯⨯⨯=⨯2225012500810000mm A =⨯⨯+⨯=x 21.8cm i ===，y 5.6cm i ===0x x x 12005521.8l i λ===，0y y y 40071.45.6l i λ===，翼缘为火焰切割边的焊接工字钢对两个主轴均为b 类截面，故按y λ查表得=0.747ϕ整体稳定验算：3150010200.8MPa 215MPa 0.74710000N f A ϕ⨯==<=⨯，稳定性满足要求。

简支焊接工字型钢吊车梁设计输出文2

简支工字型钢吊车梁设计输出文件| 输入数据文件:Temp| 输出结果文件:Temp.out| 设计依据:建筑结构荷载规范GB50009-2001| 钢结构设计规范GB50017-2003| 设计时间: 2011年11月25日----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| 吊车数据：(除注明外，重量单位为t；长度单位为m)|---------------------------------------------------------------------------||序号起重量工作级别一侧轮数Pmax Pmin 小车重吊车宽度轨道高度|---------------------------------------------------------------------------|| 1 50 A4,A5软钩 2 41.30 8.95 16.30 6.330 0.100| 卡轨力系数α: 0.00| 轮距: 4.800----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| 输入数据说明：| Lo: 吊车梁跨度| Lo2: 相邻吊车梁跨度| SDCH: 吊车台数| DCH1: 第一台的序号| DCH2: 第二台的序号(只有一台时=0)| KIND: 吊车梁的类型,/1无制动结构/2制动桁架/3制动板/| IG1: 钢材钢号,/3.Q235/16.Q345/| IZXJM:自选截面/1.程序自动选择截面/0.验算截面/| BETA: 考虑自重等因素的荷载增大系数β|| H: 吊车梁总高| DB: 腹板的厚度| | B: 上翼缘的宽度| TT: 上翼缘的厚度| B1: 下翼缘的宽度| T1: 下翼缘的厚度| D1: 连接吊车轨道的螺栓孔直径| D2: 连接制动板的螺栓孔直径| E1: 连接轨道的螺栓孔到吊车梁中心的距离| E2: 连接制动板的螺栓孔到制动板边缘的距离-----------------------------------------------------------------------------===== 输入数据=====Lo Lo2 SDCH DCH1 DCH2 KIND IG1 IZXJM BETA 6.000 6.000 1 1 0 1 16 0 0.00H DB B TT B1 T1 D1 D2 E1 E20.900 0.0200 0.540 0.026 0.340 0.026 0.030 0.000 0.080 0.000-----------------------------------------------------------------------------===== 计算结果=====-----------------------------------------------------------------------------|| ===== 梁绝对最大竖向、水平弯矩(标准值)计算=====|| BWH: 最大弯矩对应梁上的轮子序号(从左到右)| EWH: 最大弯矩对应梁上有几个轮| CSS: 最大弯矩对应轮相对梁中点的距离,(轮在中点左为正)| MP: 吊车最大轮压(标准值)产生的最大竖向弯矩| MT: 吊车横向水平荷载(标准值)产生的最大水平弯矩| P(J): 吊车最大轮压(kN),按每台吊车一侧的轮数排列| T(J): 吊车横向水平荷载(kN),按每台吊车一侧的轮数排列| CC(J):吊车轮距,按每台吊车一侧的轮数排列-----------------------------------------------------------------------------BWH EWH CSS MP MT1 1 0.000 607.544 24.383P(J) 405.029 405.029T(J) 16.255 16.255CC(J) 4.800-----------------------------------------------------------------------------|| ===== 梁绝对最大竖向、水平弯矩(设计值)计算=====|| MPP: 绝对最大竖向弯矩| MTT: 绝对最大水平弯矩(由横向水平制动力产生)| Madd: 考虑其他荷载作用时绝对最大竖向弯矩设计值增大| MTadd: 考虑其他荷载作用时绝对最大水平弯矩设计值增大-----------------------------------------------------------------------------MPP MTT Madd MTadd910.951 34.136 0.000 0.000-----------------------------------------------------------------------------|| ===== 梁绝对最大剪力(设计值)计算=====|| Qmaxk: 绝对最大剪力(标准值)| Qmax: 绝对最大剪力(设计值)| MM: 计算最大剪力对应的轮子序号（从左往右）| Qadd: 考虑其他荷载作用时绝对最大剪力设计值增大-----------------------------------------------------------------------------QMAXk QMAX MM Qadd486.035 728.761 1 0.000-----------------------------------------------------------------------------|| ===== 吊车梁、制动梁的净截面截面特性计算=====|| YCJ: 吊车梁重心位置(相对于下翼缘下表面m)| JXJ: 吊车梁对于x 轴的惯性矩(m^4)| WXJ: 吊车梁对于x 轴的抵抗矩(m^3)| JYJ: 制动梁对于y 轴的惯性矩(m^4)| WYJ: 制动梁对于y 轴的抵抗矩(m^3)-----------------------------------------------------------------------------YCJ JXJ WXJ JYJ WYJ0.491554E+00 0.502169E-02 0.122946E-01 0.331071E-03 0.122619E-02-----------------------------------------------------------------------------|| ===== 吊车梁上翼缘宽厚比计算=====|| Bf/Tf: 吊车梁上翼缘自由外伸宽度与其厚度的比值-----------------------------------------------------------------------------Bf/Tf = 10.000 <= [Bf/Tf] = 12.380-----------------------------------------------------------------------------|| ===== 梁截面应力、局部挤压应力计算=====|| CM: 上翼缘最大应力CS 上翼缘最小应力| DM: 下翼缘最大应力| TU: 平板支座时的剪应力| TU1: 突缘支座时的剪应力| JBJYYL: 吊车最大轮压作用下的局部挤压应力| CMZj: 吊车横向荷载作用下的制动梁(或桁架)边梁的应力-----------------------------------------------------------------------------CM CS DM TU TU1 JBJYYL CMZJ101.932 22.09 89.169 46.318 51.563 78.341 0.000CM = 101.932 <= [CM] = 295.000CS = 22.09 <= [CS] = 295.000DM = 89.169 <= [DM] = 295.000TU = 46.318 <= [TU] = 170.000TU1 = 51.563 <= [TU1] = 170.000JBJYYL = 78.341 <= [CJ] = 295.000CMZJ = 0.000 <= [CMZJ] = 295.000-----------------------------------------------------------------------------|| ===== 无制动结构的吊车梁整体稳定计算=====|| Wx: 吊车梁对于x 轴的毛截面抵抗矩(m^3)| Wy: 制动梁对于y 轴的毛截面抵抗矩(m^3)| Faib: 整体稳定系数| ZTWDYL: 整体稳定应力|-----------------------------------------------------------------------------Wx Wy Faib ZTWDYL0.133756E-01 0.126360E-02 0.970 97.207ZTWDYL = 97.207 <= [ZTWDYL] = 295.000-----------------------------------------------------------------------------|| ===== 中级工作制吊车梁疲劳应力计算=====| 注:1.吊车荷载按起重量最大的一台吊车确定，采用标准值| 2.采用循环次数为2000000次的容许应力幅(N/mm^2)| 3.欠载效应的等效系数取a=0.5|| MPL: 用于疲劳计算的绝对最大竖向弯矩| VPL: 用于疲劳计算的绝对最大竖向剪力| SIGMA: 上翼缘与腹板连接处腹板的疲劳应力(连接类别=2)| TAO:1 上翼缘板对接焊缝的疲劳应力(连接类别=3)| SIGMA:0 下翼缘与腹板连接处腹板的疲劳应力(正应力)(连接类别=4)| TAO:0 下翼缘与腹板连接处角焊缝的疲劳应力(剪应力)(连接类别=8)| SIGMA:5 下翼缘往上50mm处腹板的疲劳应力(连接类别=4) |-----------------------------------------------------------------------------MPL VPL607.544 486.035SIGMA SIGMA:0 TAO:0 TAO:0SIGMA:5042.417 55.602 36.058 79.8449.823a*SIGMA = 21.208 <= [SIGMA] = 144a*SIGMA:0 = 27.801 <= [SIGMA:0] = 103a*Tao:0 = 18.029 <= [TAO:0] = 59a*Tao:1 = 39.90 <= [TAO:1] = 118a*SIGMA:5 = 24.912 <= [SIGMA:0] = 103-----------------------------------------------------------------------------|| ===== 梁竖向挠度计算=====| 注:吊车荷载按起重量最大的一台吊车确定，采用标准值|| MPN: 最大一台吊车竖向荷载标准值作用下的最大弯矩| MKadd: 考虑其他荷载作用时绝对最大竖向弯矩标准值增大| L/f: 吊车梁跨度与竖向挠度之比----------------------------------------------------------------------------- MPN MKadd L/F619.695 0.000 2912.066L/F = 2912.066 >= [L/F] = 1000.000-----------------------------------------------------------------------------|| ===== 梁截面加劲肋计算=====| 梁腹板高厚比h0/tw= 42.400| 计算不需要配加劲肋,只需按构造设置|A1: 横向加劲肋的最大容许间距|BP,TP: 横向加劲肋的宽度,厚度-----------------------------------------------------------------------------A1 BP TP1.690 0.090 0.006-----------------------------------------------------------------------------|| ===== 突缘式支座端板和角焊缝计算=====|| SB: 支座端板的宽度| ST: 支座端板的厚度| HF1: 吊车梁下翼缘与腹板的角焊缝厚度| HF2: 支座端板与吊车梁腹板的角焊缝厚度-----------------------------------------------------------------------------SB ST HF1 HF20.360 0.016 0.008 0.014-----------------------------------------------------------------------------|| ===== 平板式支座加劲肋和角焊缝计算=====|| PSB: 平板式支座加劲肋的宽度| PST: 平板式支座加劲肋的厚度| HF3: 支座加劲肋与吊车梁腹板的角焊缝厚度----------------------------------------------------------------------------- PSB PST HF30.160 0.014 0.014-----------------------------------------------------------------------------|| ===== 吊车梁总重量和刷油面积计算=====|| WW: 吊车梁总重量(包括加劲肋,端板等)(t)| BPF: 刷油面积(m^2)----------------------------------------------------------------------------- WW BPF1.980 34.300-----------------------------------------------------------------------------|| ===== 吊车轮压传至柱牛腿的反力计算=====| (结果为标准值,单位kN,用于计算排架)|| RMAX: 吊车最大轮压传至柱牛腿的反力| RMIN: 吊车最小轮压传至柱牛腿的反力| TMAX: 吊车横向荷载传至两侧柱上的总水平力| WT: 最大的一台吊车桥架重量| Wt=吊车总重-额定起重量(硬钩吊车-0.7*额定起重量)| MM1: 产生最大反力时压在支座上的轮子的序号----------------------------------------------------------------------------- RMAX RMIN TMAX WT MM1 486.035 105.327 39.012 495.253 2-----------------------------------------------------------------------------|| ===== 吊车梁与柱的连接计算=====| TQmaxK: 吊车横向荷载产生的最大水平剪力标准值| TQmax: 吊车横向荷载产生的最大水平剪力设计值| NHSBolt: 吊车梁与柱的连接需要高强度螺栓个数| (摩擦型高强度螺栓d=20 10.9级钢丝刷除绣表面处理) ----------------------------------------------------------------------------- TQmaxK TQmax NHSBolt19.506 28.674 1===== 设计满足========== 计算结束=====。

工字梁焊接课程设计

工字梁焊接课程设计一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。

知识目标要求学生掌握工字梁的基本结构、焊接原理和工艺流程。

技能目标要求学生能够熟练使用焊接设备，进行工字梁的焊接操作。

情感态度价值观目标要求学生培养对焊接技术的兴趣和热情，树立安全意识和质量意识。

通过本课程的学习，学生将能够了解和掌握工字梁焊接的基本知识和技能，提高实际操作能力，培养对焊接技术的兴趣和热情，同时增强安全意识和质量意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括工字梁的基本结构、焊接原理、焊接工艺流程和焊接设备的使用。

首先，将介绍工字梁的基本结构，包括梁的形状、尺寸和材料等。

然后，讲解焊接原理，包括焊接的定义、分类和特点等。

接着，介绍焊接工艺流程，包括焊接前的准备、焊接过程和焊接后的处理等。

最后，讲解焊接设备的使用，包括焊接设备的种类、功能和操作方法等。

三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，将采用多种教学方法进行教学。

首先，将采用讲授法，向学生讲解工字梁焊接的基本知识和原理。

其次，将采用讨论法，引导学生进行思考和讨论，提高学生的理解和分析能力。

同时，将采用案例分析法，通过分析实际案例，让学生了解焊接工艺的应用和注意事项。

最后，将采用实验法，让学生亲自动手进行焊接操作，提高学生的实际操作能力。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，将选择和准备适当的教学资源。

教材方面，将选用权威的焊接技术教材，为学生提供系统的理论知识。

参考书方面，将推荐学生阅读相关的焊接技术书籍，扩展学生的知识面。

多媒体资料方面，将准备相关的焊接技术视频和图片，直观地展示焊接过程和设备操作。

实验设备方面，将准备齐全的焊接设备和相关工具，保证学生能够顺利进行焊接实验。

五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业和考试等。

平时表现评估学生的课堂参与度和纪律性，占课程总评的30%。

作业评估学生的理论知识掌握程度，占课程总评的30%。

焊接工字钢梁截面的优化设计(可编辑)

焊接工字钢梁截面的优化设计（可编辑）焊接工字钢梁截面的优化设计同济大学硕士学位论文焊接工字钢梁截面的优化设计姓名:盛尔迈申请学位级别:硕士专业:结构工程指导教师:李思明20050301摘要摘要用一般的手算法选择焊接工字钢梁的截面,往往需要多次调整尺寸后才能通过强度、稳定、刚度儿方而的验算,这种计算方法既繁琐,也不易得到最优截面。

本文从材料弹性范围内的强度、刚度、稳定性着手,提出了一种确定焊接工字钢梁合理截面尺寸和有效弯矩的方法,并通过作者编制的计算机程序给出了双轴对称及单轴对称焊接工字钢梁在不同荷载情况下的合理截面参数。

计算结果表明,该方法可以快速、经济、有效地设计焊接工字梁,充分利用材料的机械力学性能。

肘经过优化设计截面参数的双轴对称焊接工字钢简支梁在集中荷载作用下的设计承载能力与实验承载能力结果进行了比较:验证了优化截面设计的可靠性。

作者选择了牌号为的碳素结构钢,梁长为,横截面面积为的试验梁,在跨中受集中荷载作用,试验结果表明,经过计算机辅助优化设计的截面承载能力理论值与实验梁的实际承载能力较为吻合。

本文的计算机优化方法具有一定可靠性,该方法可以介绍工程技术设计人员选择使用。

关键词:焊接工字钢梁,稳定性,强度,刚度,优化,设计,计算机程序百, ,.’ ?. 、 ? , 、、 . . ? .,. .:,,,伊同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外,本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。

对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确方式标明。

本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。

签名:感尔迈”芎年月夕日第一章绪论第一章绪论.钢结构建筑应用的现状,.引言我国钢结构建筑与国外相比,起步较晚,一直到上个世纪年代才得到了快速地发展,尤其是年以来,随着钢产量突破亿吨大关和国家鼓励钢结构建筑政策的引导“?,钢结构建筑的发展更是以不可阻挡之势,席卷大江南北,呈现出一派欣欣向荣的局面。

工字钢截面优化设计中理论重量与承重能力的综合考虑

工字钢截面优化设计中理论重量与承重能力的综合考虑工字钢截面优化设计是针对工字钢的断面形状和尺寸进行合理设计和优化，以满足其在结构工程中的承载能力要求。

在进行截面优化设计时，理论重量与承重能力是两个关键考虑因素。

本文将综合考虑理论重量和承重能力，探讨工字钢截面优化设计的相关原理和方法。

一、理论重量的计算工字钢截面的理论重量是指在理想情况下，根据截面尺寸和材料的密度计算得出的重量。

具体计算方法如下：1. 确定截面尺寸：根据工程设计要求和荷载情况，确定工字钢截面的高度、宽度和腰板厚度等尺寸参数。

2. 计算截面面积：根据截面尺寸计算工字钢截面的面积，即腰板面积加上两个翼缘面积。

3. 确定材料密度：根据工字钢所采用的材料种类，确定其密度。

4. 计算理论重量：根据工字钢截面的面积和材料密度，计算出工字钢的理论重量。

二、承重能力的考虑工字钢的承重能力是指工字钢在结构工程中所能承受的荷载大小。

承重能力的计算需要综合考虑截面的几何特性和材料的力学性能。

以下是一种常用的工字钢截面承重能力计算方法：1. 弯曲承载力：根据工字钢截面的几何特性和材料的力学性能，计算得出其弯曲承载力。

工字钢的弯曲承载力与其截面形状、尺寸、材料强度等相关。

2. 压缩承载力：根据工字钢截面的几何特性和材料的力学性能，计算得出其压缩承载力。

工字钢的压缩承载力取决于截面形状和尺寸，以及材料的强度和稳定性。

3. 拉伸承载力：根据工字钢截面的几何特性和材料的力学性能，计算得出其拉伸承载力。

工字钢的拉伸承载力与材料的强度和断裂性能相关。

4. 剪切承载力：根据工字钢截面的几何特性和材料的力学性能，计算得出其剪切承载力。

工字钢的剪切承载力主要取决于腰板的剪切应力和材料的剪切强度。

三、综合考虑理论重量与承重能力在工字钢截面优化设计中，需要综合考虑理论重量和承重能力的因素。

理论重量主要关注工字钢在自身重力下的受力情况，而承重能力则关注工字钢在结构工程中所承受的实际荷载情况。

钢结构算量好帮手13：焊接工字截面特性参数计算

注意：以下各公式黑色部分为公式，不可修改，不要填入数值，否
双轴对称焊接工字形截面等截面梁截面特性计算
外包高（H）翼缘宽（b）
300 200
(mm) (mm)
说明：
腹板厚度(tw）
6
(mm)
与相同规格热扎型钢比较，热轧型钢各
翼板厚度（t）
8
(mm) 截面特性比焊接型钢
此公式中惯性矩是根据中国建筑工业出版社第
建筑结构静力计上得来，计算
结果与钢结构教科书中公式（上面）计算结果有一点误差，但误差很小，不影响使用。
IX= Y2=
C27-Y2=
理论单重（G）
38.50 (kg/m) 截面特性偏大，我想可能焊接型钢计算时
截面面积(A)
49.0 (cm2) 忽略了焊缝，不过焊接型钢截面特性设计
惯性矩(Ix)
7966.4 (cm4) 手册上就是这样计算的，热轧型钢截面特
惯性矩(Iy)
1066.7 (cm4) 性敬请查阅相关表格。
惯性半径(ix)
12.75 (cm)
惯性半径(iy)
4.67 (cm)
截面模数(Wx)
531.1 (cm3)
单轴对称焊接工字形截面等截面梁截面特性计算
外包高（H）
300
(mm) 此公式中惯性矩是根据
上翼缘宽（b1）
200
(mm) 中国建筑工业出版社第
下翼缘宽（b2）
200
(mm) 二版《建筑结构静力计
腹板厚度(tw）上翼厚度（t1）下翼厚度（t2）理论单重（G）
6
(mm) 算手册》上得来，计算
8

钢结构第二版课后习题答案

钢结构第二版课后习题答案【篇一：钢结构基础(第二版)课后习题第四章答案】q235钢，翼缘为火焰切割边，沿两个主轴平面的支撑条件及截面尺寸如图所示。

已知构件承受的轴心压力为n=1500kn。

l?4m解：由支承条件可知l0x?12m，0y11?500?12?64ix??8?5003??250?123?2?250?12476.6?10 mm12122?? 50031iy??8?2??12?2503?31.3?106mm412122a?2?250?12?500?8?10000mmix??21.8cmiy5.6cm，l0y400l0x120071.4?x?55?y?i5.6ix21.8y，，2翼缘为火焰切割边的焊接工字钢对两个主轴均为b类截面，故按y查表得?=0.747n1500?103200.8mpa?f?215mpa整体稳定验算：?a0.747?10000，稳定性满足要求。

4.13图示一轴心受压缀条柱，两端铰接，柱高为7m。

承受轴心力设计荷载值n=1300kn，钢材为q235。

已知截面采用2[28a，单个槽钢的几何性质：a=40cm2，iy=10.9cm，ix1=2.33cm，解：柱为两端铰接，因此柱绕x、y轴的计算长度为：l0x?l0y?7m22b26??ix?2?ix1?a??y02?218?40??2.19940.8cm422l0y700l0x70064.263.1ix???11.1cmyxiy10.9ix11.10x格构柱截面对两轴均为b类截面，按长细比较大者验算整体稳定既可。

由?0x?65.1，b类截面，查附表得??0.779，65.1n1300?103208.6mpa?f?215mpa2整体稳定验算：?a0.779?2?40?10 所以该轴心受压的格构柱整体稳定性满足要求。

4.17焊接简支工字形梁如图所示，跨度为12m，跨中6m处梁上翼缘有简支侧向支撑，材料为q345钢。

集中荷载设计值为p=330kn，间接动力荷载，验算该梁的整体稳定是否满足要求。

焊接简支工字梁截面尺寸的计算机优化设计方法

４
４
５
１２
１０
１０
１４
２０
２０
２０
２０
２０
２０
２０
…。
九．，ｍ
６
６
Ｏ．３３Ｏ．４
６Ｏ．２９
８Ｏ．２７
１０Ｏ．２７
１２Ｏ．２６
１４Ｏ．２６
１６Ｏ．２３
１６Ｏ．２０
２０Ｏ．２０
２２Ｏ．２３
２４Ｏ．２５
２４Ｏ．２１
２６Ｏ．２６
２８０．２８
万方数据Ｍ。；４８３
３５１６７９６９１１０７５１４４２０１７７０７２０６９６２３６７７２６９０５２９６７０３２６３７３５６０５４ｌ６９９４４７０６４７６５７
Ｍ…，单位：ｋＮ·ｃｍ；ｍ＝６／Ｈ（翼板宽／腹板高），集中荷载（约束反力）作用宽度取１００ｍ。
图，作者用计算机求出了焊接简支工字梁受均布荷载作用下的合理截面和最大设计弯矩，如表２所示。
焊接简支工字梁截面尺寸的计算机优化设计方法应用举例：
某一简支工字梁上翼承受均布静荷载作用，分布集度为８３ｋＮ／ｍ（不计自重），计算跨度４．５ｍ，支座的支承长度１００ｍｍ。材料为Ｑ：。。号钢，试按强度、刚度和稳定性选择工字钢的型号。
（下转第７４页）
万方数据
７４
锅炉技术
第３４卷
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＬｉｑｕｉｄＢｉｏｃｈｅｍｉｃａｌＭｅｔｈｏｄｏｆ
Ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ——ＣｕｌｔｉＶａｔｉｎｇＭｉｃｒｏｂｅａｎｄＤｅｓｕｌｆｕｒｊｚａｔｉｏｎＴｅｓｔｓ
ＺＨＡＮＧＪｕｎｏｉａ０１～，ＤｏＮＧＣｈａｎｇ—ｑｉｎ９１”，ＬＩＵＱｉ—ｗａｎ９２，

钢结构算量好帮手13：焊接工字截面特性参数计算

注意：以下各公式黑色部分为公式，不可修改，不要填入数值，否
双轴对称焊接工字形截面等截面梁截面特性计算
外包高（H）翼缘宽（b）
300 200
(mm) (mm)
说明：
腹板厚度(tw）
6
(mm)
与相同规格热扎型钢比较，热轧型钢各
翼板厚度（t）
8
(mm) 截面特性比焊接型钢
理论单重（G）
38.50 (kg/m) 截面特性偏大，我想可能焊接型钢计算时
截面面积(A)
49.0 (cm2) 忽略了焊缝，不过焊接型钢截面特性设计
惯性矩(Ix)
7966.4 (cm4) 手册上就是这样计算的，热轧型钢截面特
惯性矩(Iy)
1066.7 (cm4) 性敬请查阅相关表格。
惯性半径(ix)
此公式中惯性矩是根据中国建筑工业出版社第
建筑结构静力计上得来，计算
结果与钢结构教科书中公式（上面）计算结果有一点误差，但误差很小，不影响使用。
IX= Y2=
C27-Y2=
12.75 (cm)
惯性半径(iy)
4.67 (cm)
截面模数(Wx)
531.1 (cm3)
单轴对称焊接工字形截面等截面梁截面特性计算
外包高（H）
300
(mm) 此公式中惯性矩是根据
上翼缘宽（b1）
200
(mm) 中国建筑工业出版社第
下翼缘宽（b2）
200
(mm) 二版《建筑结构静力计
腹板厚度(tw）上翼厚度（t1）下翼厚度（t2）理论单重（G）
6
(mm) 算手册》上得来，计算
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焊接简支工字梁截面尺寸的计算机优化设计方法

焊接简支工字梁截面尺寸的计算机优化设计方法
林贤根;盛尔迈
【期刊名称】《锅炉技术》
【年(卷),期】2003(034)006
【摘要】从材料弹性范围内的强度、刚度、稳定性着手,提出了一套确定焊接工字钢梁在二端简支、均布受力工况下的合理截面尺寸和有效弯矩的方法,并编制了计算机程序.计算结果表明,该方法可以快速、经济、有效地设计焊接工字梁,充分利用材料的机械力学性能.设计方法可供相关工程技术人员参考.
【总页数】6页(P53-57,74)
【作者】林贤根;盛尔迈
【作者单位】浙江树人大学,浙江,杭州,310015;同济大学,上海,200433
【正文语种】中文
【中图分类】TK225
【相关文献】
1.桁架结构拓扑及截面尺寸优化设计方法 [J], 周奇才;吴青龙;熊肖磊;王璐
2.配筋率及截面尺寸对简支矩形截面钢筋混凝土梁抗爆性能的影响 [J],
3.焊接顺序对工字梁焊接变形影响的数值计算 [J], 洪昌;霍玉双;孙高超;胡庆贤
4.防止工字梁结构焊接过程中焊接变形的建议 [J], 张旭阳
5.焊接型工字梁焊接及其变形的控制 [J], 刘生斗
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32m全焊上承式简支板梁桥设计

1.主梁的内力计算1.1恒载估算参照现有的设计资料，已知桥跨结构沿跨度每米的重量为m kN p /171=，桥面重为m kN p /82=，则每片主梁所受的恒载为：m kN p p p /5.12)817(21)(2121=+=+=1.2活载估算静活载k 取铁路中-活载的换算均布活载值，按影响线顶点位置及加载长度L=32查表求得。

冲击系数按下式求得：39.132402811=++=+μ 则活载强度为)/)(1(m kN μκ+。

1.3主梁内力的计算选取计算截面，将主梁分成8等分，作出每个截面上的弯矩影响线，则指定截面上的弯矩值为k p M M M +=，其中M p p M Ω=为恒载弯矩，M k k M Ω+=)1(μ为活载弯矩，在梁端剪力影响线的顶点处，=0，加载长度L=32m ，查表可得k=116.2/2=58.1（kN/m ），梁端剪力影响线的面积M Ω=32/2=16（m 2）。

恒载剪力：)(200165.12kN p Q Q p =⨯=Ω=活载剪力：)(12921639.11.58)1(kN k Q Q k =⨯⨯=Ω+=μ)(14921292200max kN Q Q Q k p =+=+=2.主梁截面的选择2.1估算梁高选择《桥规》推荐的Q235qD 钢作为钢板梁材质，其基本弯曲应力为MPa w 140][=σ。

为满足梁的刚度条件，所需的最小梁高应为：kp l f l Eh w ++⋅⋅⋅=μσ11][][245min=)(21632.495.1239.11900132000101.21402455mm =+⋅⋅⨯⋅经济梁高为：)(2755)14005.11010354(2)][(24.064.0mm M h w s =⨯⨯⨯==σα选择腹板宽度为2500mm ，则主梁高度约为2500+100=2600mm ，大于最小梁高，但小于经济梁高；腹板宽度满足最常见扎制的钢板宽度，也接近经济梁高；腹板厚度采用12mm 。

工字形构件的有效截面

工字形构件的有效截面工字形构件是现代工程中常用的一种构件，其形状如同一个“工”字，具有良好的承载能力和加工易度。

工字形构件的有效截面是指在承载过程中起主要作用的截面，也称为抗弯截面或抗剪截面。

在工程设计和使用中，了解并正确计算工字形构件的有效截面至关重要。

本文将介绍工字形构件的有效截面，并探讨其计算方法和应用。

一、工字形构件的剖面结构工字形构件的剖面结构由上盖板、下底板和中央翼缘三部分组成。

上盖板和下底板连接着中央翼缘，构成一个张力或压力载荷下的梁。

工字形构件的中央翼缘一般为等边矩形或等距梯形，翼缘与上盖板和下底板之间的距离称为截面高度h，上盖板和下底板的厚度分别为tf和tw。

由于工字形构件在受载过程中的受力形式较为复杂，因此其有效截面的计算较为繁琐。

二、工字形构件的有效截面分类根据工字形构件在受载过程中的不同受力方式，其有效截面可分为以下几种类型。

1. 抗弯截面工字形构件在纵向受力情况下，上盖板和下底板承担的主要作用是抵抗弯矩。

因此，在纵向受力情况下，工字形构件的有效截面可按照抵抗弯矩能力划分为上盖板、下底板和翼缘三种部分。

一般情况下，上盖板和下底板的有效截面形状为矩形，中央翼缘的有效截面形状则为梯形或直角三角形。

2. 抗剪截面工字形构件在横向受力情况下，中间翼缘承担的主要作用是抵抗剪力。

因此，工字形构件的抗剪截面通常为梯形或等距矩形。

在设计时，应根据结构的要求和受力情况正确地选择有效的抗剪截面，以保证整个结构的稳定性和安全性。

3. 抗扭截面工字形构件在承受扭矩时，其受力状态比较复杂，因此有效截面的计算也受到很大的影响。

计算抗扭截面应综合考虑中央翼缘的宽度、高度、腹板厚度、夹板宽度等多个因素，以确保整个结构的强度和稳定性。

三、工字形构件的有效截面计算方法在实际工程中，计算工字形构件的有效截面时，需要综合考虑其受力情况、材料的强度和稳定性等多种因素。

常用的有效截面计算方法主要包括弯曲底线法、弯矩比法和刚度比法等。