武汉理工大学版钢结构课后答案(免费分享)
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b v
9
一个螺栓的承压承载力设计值为：
Ncb d tfcb 2410 305 73.2kN
在T和V作用下，1号螺栓所受剪力最大，
N1Tx N1Ty
Ty1 400100150 50kN 2 2 2 2 2 ( xi yi ) 4(2 50 50 150 ) Tx1 400100 50 16.7kN 2 2 2 2 2 ( xi yi ) 4(2 50 50 150 )
y
2 x 2 60.32 302 52.3 y 1
ix
l0 x
x
750 14.34cm 52.3 14.34 32.6cm 0.44
19
采用肢尖朝内， ix 0.44b, b 取b 330cm
3、 验算对虚轴的稳定 b I x 2[ I1 A1 ( 1 ) 2 ] 2[304.7 48.5 14.262 ] 20334 cm4 2 ix 14.48cm
采用两面侧焊 略。
2
习题3.3
解：（1）对焊缝①的设计 将力F向焊缝形心简化， N 98kN , M 98 20 1962kN mm
hf max 14.4mm, hf min 5.2mm
取hf 6mm, 则
验算焊缝强度
f
lw 200 2 6 188mm
4 5×100 3
400
F
1
2
V F 100kN, T 400F 4 104 kN mm
查表得： f b
v
55 100 50
140N பைடு நூலகம் mm2 , f cb 305N / mm2
一个螺栓的抗剪承载力设计值：
N nv
b v
d 2
3.14 242 f 1 140 63.3kN 4 4
d 2
N 所需螺栓数目n b 3.7个，取4个，单排布置。 N min 构件净截面验算 N 350 103 n 146N / m m2 f 215N / m m2 An （ 2 1390 8 24）
11
3.7(2)
(2)竖向连接板与柱翼缘板 的连接 考虑承托板承担剪力， 故螺栓仅承受轴心拉力 作用， N 350 2 / 2 247.5kN 选M 22螺栓 N tb Ae f t b 3.03170102 51.5kN N 所需螺栓数目 n b 4.8个，取6个，双排布置。 Nt
同理， l
w2
108m m
验算： 8h f 64m m lw1 , lw 2 60h f 480m m 满足构造要求。 焊缝的实际长度： l1 lw1 h f 298 8 306m m l2 lw 2 h f 116m m, 取l1 310m m, l2 120m m
5.6 12
Ww
M 11760 103 2 f 117.6 N / mm Ww 100 103 98 103 f 46.9 N / mm 2 2 5.6 186.4
f 2 2 （ ) f 107 N / mm 2 f fw 160 N / mm 2 f
min 0.758 N min fA 0.758 2610 215 425.4kN
能满足要求。
18
4.8 1、 由实轴选分支截面
假定 70， y 0.751 Areq l0 y 750 N 1500103 92.9cm2 , i yreq 10.7cm f 0.751 215 70 选2[32a, A 97cm2 , i y 12.44cm I y1 304.7cm4 , z0 2.24cm 2、 确定两肢间距 l0 y iy 750 60.3 12.44
②竖向连接板与柱翼缘的连接，螺栓承受 拉力和剪力作用
M 350 0.02 2 / 2 4.95kN m N 247.5kN ,V 247.5kN
13
(2)选M 20、 10.9级高强度螺栓，排列如 图。
50
各个螺栓受到的拉力为 N My1 247.5 4.95103 120 N1 2 n yi 8 4 (1202 402 ) 30.94 9.28 40.2kN 0.8P 124kN N My2 247.5 4.95103 40 N2 2 n yi 8 4 (1202 402 ) 30.94 3.09 34kN N 3 30.94 3.09 27.85kN N 4 30.94 9.28 21.66kN N vb 0.9n f (nP 1.25 N i ) 0.9 1 0.3 (8 155- 1.25 247.42） 251.4 V ok
最大拉应力位于焊缝翼缘的上边缘A处，最大压应力位于焊缝腹板下端的B处，
My1 120 F 66 w 2 A f 185 N / mm F 367kN t 4 Iw 1569.7 10
My2 V F 3 B 1.02 10 F , B w 4.43 104 F Iw Af 2256
192
1 5.6 186.43 12 186.4 5.6 42.82 ] 134 5.6 70.82 I w 2[5.6 61 53.22 1363cm 4 I w 1363 = =100cm3 b 13.6 M 98 120 11760kN mm
2、 该用Q345钢 345 166.7 235 min 0.257
y
N min fA 0.257 2610 310 208.9kN 结论：对细长杆，采用 高强度钢材并不能显著 提高压杆的承载力。
17
3、 如轴心压力为 330kN ,16工字钢不能满足要求 可在沿弱轴方向设侧向 支撑，l0 y 1.3m l0 y 130 l0 x 260 x 39.6, y 68.8 ix 6.57 i y 1.89
N b N1Ty ) 2 ( N1Tx ) 2 57.9kN N min min(N vb , N cb ) 63.3kN n
N1 (
10
习题3.7(1)
解： (1)角钢与节点板的连接， 螺栓轴心受剪 选M 22螺栓
2 3 . 14 22 N vb nv f vb 2 140 106.4kN 4 4 N cb d t f cb 2214 305 93.9kN b N min 93.9kN
12
习题3.8(2)
解：①角钢与节点板的连接，选M22，8.8级螺栓，
接触面做喷砂处理 0.45
一个螺栓的承载力设计值为：
N vb 0.9n f P 0.9 2 0.45155 125.55kN 所需螺栓数 n N 350 2.78, 取3个，单排布置 b N v 125.55
折算应力：
2 2 B 3 B 1.1 ft w 1.1185 203.5 N / mm2
由此得到：
F 185.3kN
故该连接能承受的最大荷载为185.3KN
8
习题3.6
解：选M24普通螺栓（C级），螺栓布置如图 【分析：根据已知条件，牛腿与柱的螺栓连接承 受由偏心力F产生的剪力和扭矩的作用。剪力V由 每个螺栓平均承担；在扭矩T作用下，四个角螺 栓（1、2、3、4）所受的剪力最大，且沿垂直于 旋转半径r的方向受剪，为了简化计算，可将其分 解为x轴和y轴方向的两个分量，1、2号螺栓的竖 向分力与V产生的剪力同向，故1、2号螺栓为最 危险螺栓，验算1号或2号螺栓的强度即可。】 将偏心力F向螺栓群形心简化得：
1
3×80 50
14
• 方法二：
Ntb 0.8P 0.8 155 124kN
Nt1 40.2kN
b NV 0.9 n f P 0.9 1 0.45155 62.8kN
Nv
247.5 30.9kN 8
NV Nt 30.9 40.2 b 0.82 1 b NV Nt 62.8 124 ok
N 6M 2 0.7 6 188 2 0.7 6 1882 62.1 39.6 101.7 N / mm2 f f fw 195.2 N / mm2
满足要求，故焊缝①可以采用6mm的焊脚尺寸
3
61
5.6 12
a
5.6
186.4
b
192
5.6 12
焊缝2和焊缝3有效截面如图所示，设焊脚尺寸尺寸hf=8mm。 求出形心位置：
习题3.1
解：① 确定焊脚尺寸
h f min 1.5 tmax 5.2m m, h f max 1.2tmin 1.2 10 12m m 又沿边缘施焊， h f max t (1 ~ 2) 8 ~ 9m m 取h f 8m m
②计算焊缝长度 ⑴用三面围焊：正面角焊缝所能承受的内力为
16
习题4.5
1、 16工字钢A 26.1cm2 , ix 6.57cm, i y 1.89cm 对x轴a类，y轴b类。 l0 y 260 l0 x 260 x 39.6, y 137.6 ix 6.57 i y 1.89
min 0.355 N min fA 0.355 2610 215 199.2kN
15
习题4.3
(1)构件净截面强度验算 N ' 600103 (1 0.5 3 / 9) n 205.2 N / m m2 f 215N / m m2 An 24014 3 14 22 (2)构件毛截面强度验算 N 600103 178.6 N / m m2 f 215N / m m2 A 24014 盖板不需验算
134 5.6 2.8 2 5.6 61 20.4 2 5.6 186.4 116.4 134 5.6 2 5.6 61 2 5.6 186.4 73.6mm a
则b=136mm
4
134 61 a 5.6 186.4 b 5.6 12
6
126
A
y1 12
y2 12 B
188
求惯性矩：
1 188 3 I w 126 12 (66 6) 188 12 188 12 (134 ) 1569.7cm4 12 2
腹板焊缝截面面积
2 Aw 188 12 2256 mm f
7
由强度计算公式求最大荷载F
5
满足要求
习题3.4 解：该连接为对接焊缝连接，受偏心力作用，将F向焊缝形心简 化，则焊缝受V和M共同作用。其中V=F，M=Fe=120F
126
12
y1
y2 12
188
求形心位置：
188 126 12 6 188 12 ( 12) 2 y1 66mm 126 12 188 12 y2 188 12 y1 134mm
N 3 0.7 h f 2b f f fw 2 0.7 8 1251.22 160 273280 N 肢背、脂尖焊缝的内力 N 273.28 N1 1 N 3 0.67 1000 533.36kN 2 2 N 273.28 N 2 2 N 3 0.33 1000 193.36kN 2 2 焊缝的计算长度 N1 533.36 lw1 298m m w 2 0.7 h f f f 2 0.7 8 160
9
一个螺栓的承压承载力设计值为：
Ncb d tfcb 2410 305 73.2kN
在T和V作用下，1号螺栓所受剪力最大，
N1Tx N1Ty
Ty1 400100150 50kN 2 2 2 2 2 ( xi yi ) 4(2 50 50 150 ) Tx1 400100 50 16.7kN 2 2 2 2 2 ( xi yi ) 4(2 50 50 150 )
y
2 x 2 60.32 302 52.3 y 1
ix
l0 x
x
750 14.34cm 52.3 14.34 32.6cm 0.44
19
采用肢尖朝内， ix 0.44b, b 取b 330cm
3、 验算对虚轴的稳定 b I x 2[ I1 A1 ( 1 ) 2 ] 2[304.7 48.5 14.262 ] 20334 cm4 2 ix 14.48cm
采用两面侧焊 略。
2
习题3.3
解：（1）对焊缝①的设计 将力F向焊缝形心简化， N 98kN , M 98 20 1962kN mm
hf max 14.4mm, hf min 5.2mm
取hf 6mm, 则
验算焊缝强度
f
lw 200 2 6 188mm
4 5×100 3
400
F
1
2
V F 100kN, T 400F 4 104 kN mm
查表得： f b
v
55 100 50
140N பைடு நூலகம் mm2 , f cb 305N / mm2
一个螺栓的抗剪承载力设计值：
N nv
b v
d 2
3.14 242 f 1 140 63.3kN 4 4
d 2
N 所需螺栓数目n b 3.7个，取4个，单排布置。 N min 构件净截面验算 N 350 103 n 146N / m m2 f 215N / m m2 An （ 2 1390 8 24）
11
3.7(2)
(2)竖向连接板与柱翼缘板 的连接 考虑承托板承担剪力， 故螺栓仅承受轴心拉力 作用， N 350 2 / 2 247.5kN 选M 22螺栓 N tb Ae f t b 3.03170102 51.5kN N 所需螺栓数目 n b 4.8个，取6个，双排布置。 Nt
同理， l
w2
108m m
验算： 8h f 64m m lw1 , lw 2 60h f 480m m 满足构造要求。 焊缝的实际长度： l1 lw1 h f 298 8 306m m l2 lw 2 h f 116m m, 取l1 310m m, l2 120m m
5.6 12
Ww
M 11760 103 2 f 117.6 N / mm Ww 100 103 98 103 f 46.9 N / mm 2 2 5.6 186.4
f 2 2 （ ) f 107 N / mm 2 f fw 160 N / mm 2 f
min 0.758 N min fA 0.758 2610 215 425.4kN
能满足要求。
18
4.8 1、 由实轴选分支截面
假定 70， y 0.751 Areq l0 y 750 N 1500103 92.9cm2 , i yreq 10.7cm f 0.751 215 70 选2[32a, A 97cm2 , i y 12.44cm I y1 304.7cm4 , z0 2.24cm 2、 确定两肢间距 l0 y iy 750 60.3 12.44
②竖向连接板与柱翼缘的连接，螺栓承受 拉力和剪力作用
M 350 0.02 2 / 2 4.95kN m N 247.5kN ,V 247.5kN
13
(2)选M 20、 10.9级高强度螺栓，排列如 图。
50
各个螺栓受到的拉力为 N My1 247.5 4.95103 120 N1 2 n yi 8 4 (1202 402 ) 30.94 9.28 40.2kN 0.8P 124kN N My2 247.5 4.95103 40 N2 2 n yi 8 4 (1202 402 ) 30.94 3.09 34kN N 3 30.94 3.09 27.85kN N 4 30.94 9.28 21.66kN N vb 0.9n f (nP 1.25 N i ) 0.9 1 0.3 (8 155- 1.25 247.42） 251.4 V ok
最大拉应力位于焊缝翼缘的上边缘A处，最大压应力位于焊缝腹板下端的B处，
My1 120 F 66 w 2 A f 185 N / mm F 367kN t 4 Iw 1569.7 10
My2 V F 3 B 1.02 10 F , B w 4.43 104 F Iw Af 2256
192
1 5.6 186.43 12 186.4 5.6 42.82 ] 134 5.6 70.82 I w 2[5.6 61 53.22 1363cm 4 I w 1363 = =100cm3 b 13.6 M 98 120 11760kN mm
2、 该用Q345钢 345 166.7 235 min 0.257
y
N min fA 0.257 2610 310 208.9kN 结论：对细长杆，采用 高强度钢材并不能显著 提高压杆的承载力。
17
3、 如轴心压力为 330kN ,16工字钢不能满足要求 可在沿弱轴方向设侧向 支撑，l0 y 1.3m l0 y 130 l0 x 260 x 39.6, y 68.8 ix 6.57 i y 1.89
N b N1Ty ) 2 ( N1Tx ) 2 57.9kN N min min(N vb , N cb ) 63.3kN n
N1 (
10
习题3.7(1)
解： (1)角钢与节点板的连接， 螺栓轴心受剪 选M 22螺栓
2 3 . 14 22 N vb nv f vb 2 140 106.4kN 4 4 N cb d t f cb 2214 305 93.9kN b N min 93.9kN
12
习题3.8(2)
解：①角钢与节点板的连接，选M22，8.8级螺栓，
接触面做喷砂处理 0.45
一个螺栓的承载力设计值为：
N vb 0.9n f P 0.9 2 0.45155 125.55kN 所需螺栓数 n N 350 2.78, 取3个，单排布置 b N v 125.55
折算应力：
2 2 B 3 B 1.1 ft w 1.1185 203.5 N / mm2
由此得到：
F 185.3kN
故该连接能承受的最大荷载为185.3KN
8
习题3.6
解：选M24普通螺栓（C级），螺栓布置如图 【分析：根据已知条件，牛腿与柱的螺栓连接承 受由偏心力F产生的剪力和扭矩的作用。剪力V由 每个螺栓平均承担；在扭矩T作用下，四个角螺 栓（1、2、3、4）所受的剪力最大，且沿垂直于 旋转半径r的方向受剪，为了简化计算，可将其分 解为x轴和y轴方向的两个分量，1、2号螺栓的竖 向分力与V产生的剪力同向，故1、2号螺栓为最 危险螺栓，验算1号或2号螺栓的强度即可。】 将偏心力F向螺栓群形心简化得：
1
3×80 50
14
• 方法二：
Ntb 0.8P 0.8 155 124kN
Nt1 40.2kN
b NV 0.9 n f P 0.9 1 0.45155 62.8kN
Nv
247.5 30.9kN 8
NV Nt 30.9 40.2 b 0.82 1 b NV Nt 62.8 124 ok
N 6M 2 0.7 6 188 2 0.7 6 1882 62.1 39.6 101.7 N / mm2 f f fw 195.2 N / mm2
满足要求，故焊缝①可以采用6mm的焊脚尺寸
3
61
5.6 12
a
5.6
186.4
b
192
5.6 12
焊缝2和焊缝3有效截面如图所示，设焊脚尺寸尺寸hf=8mm。 求出形心位置：
习题3.1
解：① 确定焊脚尺寸
h f min 1.5 tmax 5.2m m, h f max 1.2tmin 1.2 10 12m m 又沿边缘施焊， h f max t (1 ~ 2) 8 ~ 9m m 取h f 8m m
②计算焊缝长度 ⑴用三面围焊：正面角焊缝所能承受的内力为
16
习题4.5
1、 16工字钢A 26.1cm2 , ix 6.57cm, i y 1.89cm 对x轴a类，y轴b类。 l0 y 260 l0 x 260 x 39.6, y 137.6 ix 6.57 i y 1.89
min 0.355 N min fA 0.355 2610 215 199.2kN
15
习题4.3
(1)构件净截面强度验算 N ' 600103 (1 0.5 3 / 9) n 205.2 N / m m2 f 215N / m m2 An 24014 3 14 22 (2)构件毛截面强度验算 N 600103 178.6 N / m m2 f 215N / m m2 A 24014 盖板不需验算
134 5.6 2.8 2 5.6 61 20.4 2 5.6 186.4 116.4 134 5.6 2 5.6 61 2 5.6 186.4 73.6mm a
则b=136mm
4
134 61 a 5.6 186.4 b 5.6 12
6
126
A
y1 12
y2 12 B
188
求惯性矩：
1 188 3 I w 126 12 (66 6) 188 12 188 12 (134 ) 1569.7cm4 12 2
腹板焊缝截面面积
2 Aw 188 12 2256 mm f
7
由强度计算公式求最大荷载F
5
满足要求
习题3.4 解：该连接为对接焊缝连接，受偏心力作用，将F向焊缝形心简 化，则焊缝受V和M共同作用。其中V=F，M=Fe=120F
126
12
y1
y2 12
188
求形心位置：
188 126 12 6 188 12 ( 12) 2 y1 66mm 126 12 188 12 y2 188 12 y1 134mm
N 3 0.7 h f 2b f f fw 2 0.7 8 1251.22 160 273280 N 肢背、脂尖焊缝的内力 N 273.28 N1 1 N 3 0.67 1000 533.36kN 2 2 N 273.28 N 2 2 N 3 0.33 1000 193.36kN 2 2 焊缝的计算长度 N1 533.36 lw1 298m m w 2 0.7 h f f f 2 0.7 8 160