钢结构设计原理 刘智敏 第三章课后题答案
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
单个螺栓的最大拉力：
由 ，得。
连接的受剪承载力设计值应按下式计算：
按比例关系可求得：
故有
则受剪承载设计值：
化简得。
综上，查表可知最小螺栓直径为M20，此时 ，满足题意。
21.验算图3-63所示的高强度螺栓摩擦型连接，钢材为Q235，螺栓为10.9级M20，连接接触面采用喷吵处理。
解：查表得抗滑移系数为 ，预应力 。
（1）确定连接盖板的截面尺寸。
（2）计算需要的螺栓数目并确定如何布置。
（3）验算被连接钢板的强度。
解：（1）摩擦型设计
查表得每个8.8级的M20高强度螺栓的预拉力 ，对于Q235钢材接触面做喷砂处理时 。
单个螺栓的承载力设计值：
所需螺栓数：
（2）承压型设计
查表知，。
单个螺栓的承载力设计值：
所需螺栓数：
因其翼缘 ，故取 。
刚度满足要求。
又 ，由其查表可得
故整体稳定性满足要求。
（2）采用热轧H型钢
由于热轧H型钢可以选用宽翼缘的形式，截面宽度较大，因而长细比的假设值可适当减小，假设 ，对宽翼缘截面 ，故构件的截面为类型均为b类。
需要的截面几何量为：
查表，试选 。
截面验算：
因截面无孔削弱，可不验算强度；又因轧制H钢的翼缘和腹板均较厚，可不验算局部稳定，只需进行刚度和整体稳定验算。因其翼缘 ，故取 。
解：假定 ，对轧制双角钢截面，截面分类均为b类
需要的截面几何量为：
查表，选用截面2∟45×3
当 时， ， ，
此时，
故需根据 重选截面。选用截面2∟70×4
当 时， ， ，
此时，
故截面满足要求。
9.某轴心受压柱承受轴向压力设计值 ，柱两端铰接， 。钢材为Q235，截面无削弱。试设计柱的截面：
（1）采用普通轧制工字钢
（2）采用热轧H型钢
（3）采用焊接工字形截面，翼缘板为焰切边
解：（1）采用普通轧制工字钢
假定 ，对热轧工字钢，查表可知：当绕轴x失稳时属于a类截面，当绕y失稳时属于b类截面。
需要的截面几何量为：
查表，选截面为I63c，则有
因截面无孔削弱，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，只需进行刚度和整体稳定验算。
刚度满足要求
又 ，由其查表可得
故整体稳定性满足要求。
局部整体稳定验算：
故局部稳定满足要求。
解：（1）确定焊缝计算截面的几何特征
x轴惯性矩：
中性轴以上截面静矩：
单个翼缘截面静矩：
（2）验算焊缝强度
焊缝最大拉应力（翼缘腹板交接处）：
查表知， ，所以焊缝强度不满足要求。
19.按高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接设计习题18中的钢板的拼接，采用8.8级M20( =21.5mm)的高强度螺栓，接触面采用喷吵处理。
第3章钢结构的连接
12.如图3-57所示的对接焊缝，钢材为Q235，焊条为E43型，采用焊条电弧焊，焊缝质量为三级，施焊时加引弧板和引出板。已知，试求此连接能承受的最大荷载。
解：因有引弧板和引出板，故焊缝计算长度 ，则焊缝正应力应满足：
其中，
故有，
故此连接能承受的最大荷载为 。
13.图3-58所示为角钢2∟140×10构件的节点角焊鏠连接，构件重心至角钢肢背距离 ，钢材为Q235BF，采用手工焊，焊条为E43型， ，构件承受静力荷载产生的轴心拉力设计值为N=1100kN，若采用三面围焊，试设计此焊缝连接。
解：（a）如图所示，截面的几何特性为：
因板件均为焰切边缘，故构件的截ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分类均为b类，
验算局部稳定：
故局部稳定满足要求。
（b）如图所示，截面的几何特性为：
因板件均为焰切边缘，故构件的截面分类均为b类，
验算局部稳定：
故局部稳定满足要求。
7.某桁架杆件采用双角钢截面，节点板厚8mm，钢材为Q235。承受轴心压力设计值 ，杆件的计算长度为 。试按容许长细比 选用杆件的最小截面，并验算所选截面。
解:正面角焊缝 且
故可取 ，此时焊缝的计算长度
正面焊缝的作用：
则由平衡条件得：
所以它们的焊缝长度为
，取370mm，
，取95mm。
17.如图3-61所示的焊接工字形梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝，拼接处作用有弯矩 ，剪力 ，钢材为Q235B钢，焊条用E43型，半自动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。
刚度满足要求。
又 ，由其查表可得
故整体稳定性满足要求。
（3）采用焊接工字形截面，翼缘板为焰切边
假设 ，组合截面一般有 ，故构件的截面为类型均为b类。
需要的截面几何量为：
按经验计算，工字形截面：
根据以上参数，设计截面尺寸如右图所示。
截面的几何特性为：
截面验算：
因截面无约束，可不验算强度。
刚度和整体稳定验算：
螺栓排列图如下所示
验算被连接钢板的强度
a.承压型设计
查表可知，当
满足要求。
b.摩擦型设计
净截面强度验算：
满足要求；
毛截面强度验算：
满足要求。
20.如图3-62所示的连接节点，斜杆承受轴心拉力设计值 ，端板与柱翼缘采用10个8.8级摩擦型高强度螺栓连接，抗滑移系数 ，求最小螺栓直径。
解：把力化简至中心点，如右图所示，螺栓群承受拉力、弯矩和剪力的共同作用，
单个螺栓的最大拉力：
连接的受剪承载力设计值应按下式计算：
按比例关系可求得：
故有
则受剪承载设计值：
综上，连接满足要求。
第4章轴心受力构件
6.图4-25所示两种截面，板件均为焰切边缘，面积相等，钢材均为Q235。当用作长度为10m的两端铰接的轴心受压柱时，试计算设计承载力各是多少，并验算局部稳定是否满足要求。
由 ，得。
连接的受剪承载力设计值应按下式计算：
按比例关系可求得：
故有
则受剪承载设计值：
化简得。
综上，查表可知最小螺栓直径为M20，此时 ，满足题意。
21.验算图3-63所示的高强度螺栓摩擦型连接，钢材为Q235，螺栓为10.9级M20，连接接触面采用喷吵处理。
解：查表得抗滑移系数为 ，预应力 。
（1）确定连接盖板的截面尺寸。
（2）计算需要的螺栓数目并确定如何布置。
（3）验算被连接钢板的强度。
解：（1）摩擦型设计
查表得每个8.8级的M20高强度螺栓的预拉力 ，对于Q235钢材接触面做喷砂处理时 。
单个螺栓的承载力设计值：
所需螺栓数：
（2）承压型设计
查表知，。
单个螺栓的承载力设计值：
所需螺栓数：
因其翼缘 ，故取 。
刚度满足要求。
又 ，由其查表可得
故整体稳定性满足要求。
（2）采用热轧H型钢
由于热轧H型钢可以选用宽翼缘的形式，截面宽度较大，因而长细比的假设值可适当减小，假设 ，对宽翼缘截面 ，故构件的截面为类型均为b类。
需要的截面几何量为：
查表，试选 。
截面验算：
因截面无孔削弱，可不验算强度；又因轧制H钢的翼缘和腹板均较厚，可不验算局部稳定，只需进行刚度和整体稳定验算。因其翼缘 ，故取 。
解：假定 ，对轧制双角钢截面，截面分类均为b类
需要的截面几何量为：
查表，选用截面2∟45×3
当 时， ， ，
此时，
故需根据 重选截面。选用截面2∟70×4
当 时， ， ，
此时，
故截面满足要求。
9.某轴心受压柱承受轴向压力设计值 ，柱两端铰接， 。钢材为Q235，截面无削弱。试设计柱的截面：
（1）采用普通轧制工字钢
（2）采用热轧H型钢
（3）采用焊接工字形截面，翼缘板为焰切边
解：（1）采用普通轧制工字钢
假定 ，对热轧工字钢，查表可知：当绕轴x失稳时属于a类截面，当绕y失稳时属于b类截面。
需要的截面几何量为：
查表，选截面为I63c，则有
因截面无孔削弱，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，只需进行刚度和整体稳定验算。
刚度满足要求
又 ，由其查表可得
故整体稳定性满足要求。
局部整体稳定验算：
故局部稳定满足要求。
解：（1）确定焊缝计算截面的几何特征
x轴惯性矩：
中性轴以上截面静矩：
单个翼缘截面静矩：
（2）验算焊缝强度
焊缝最大拉应力（翼缘腹板交接处）：
查表知， ，所以焊缝强度不满足要求。
19.按高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接设计习题18中的钢板的拼接，采用8.8级M20( =21.5mm)的高强度螺栓，接触面采用喷吵处理。
第3章钢结构的连接
12.如图3-57所示的对接焊缝，钢材为Q235，焊条为E43型，采用焊条电弧焊，焊缝质量为三级，施焊时加引弧板和引出板。已知，试求此连接能承受的最大荷载。
解：因有引弧板和引出板，故焊缝计算长度 ，则焊缝正应力应满足：
其中，
故有，
故此连接能承受的最大荷载为 。
13.图3-58所示为角钢2∟140×10构件的节点角焊鏠连接，构件重心至角钢肢背距离 ，钢材为Q235BF，采用手工焊，焊条为E43型， ，构件承受静力荷载产生的轴心拉力设计值为N=1100kN，若采用三面围焊，试设计此焊缝连接。
解：（a）如图所示，截面的几何特性为：
因板件均为焰切边缘，故构件的截ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分类均为b类，
验算局部稳定：
故局部稳定满足要求。
（b）如图所示，截面的几何特性为：
因板件均为焰切边缘，故构件的截面分类均为b类，
验算局部稳定：
故局部稳定满足要求。
7.某桁架杆件采用双角钢截面，节点板厚8mm，钢材为Q235。承受轴心压力设计值 ，杆件的计算长度为 。试按容许长细比 选用杆件的最小截面，并验算所选截面。
解:正面角焊缝 且
故可取 ，此时焊缝的计算长度
正面焊缝的作用：
则由平衡条件得：
所以它们的焊缝长度为
，取370mm，
，取95mm。
17.如图3-61所示的焊接工字形梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝，拼接处作用有弯矩 ，剪力 ，钢材为Q235B钢，焊条用E43型，半自动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。
刚度满足要求。
又 ，由其查表可得
故整体稳定性满足要求。
（3）采用焊接工字形截面，翼缘板为焰切边
假设 ，组合截面一般有 ，故构件的截面为类型均为b类。
需要的截面几何量为：
按经验计算，工字形截面：
根据以上参数，设计截面尺寸如右图所示。
截面的几何特性为：
截面验算：
因截面无约束，可不验算强度。
刚度和整体稳定验算：
螺栓排列图如下所示
验算被连接钢板的强度
a.承压型设计
查表可知，当
满足要求。
b.摩擦型设计
净截面强度验算：
满足要求；
毛截面强度验算：
满足要求。
20.如图3-62所示的连接节点，斜杆承受轴心拉力设计值 ，端板与柱翼缘采用10个8.8级摩擦型高强度螺栓连接，抗滑移系数 ，求最小螺栓直径。
解：把力化简至中心点，如右图所示，螺栓群承受拉力、弯矩和剪力的共同作用，
单个螺栓的最大拉力：
连接的受剪承载力设计值应按下式计算：
按比例关系可求得：
故有
则受剪承载设计值：
综上，连接满足要求。
第4章轴心受力构件
6.图4-25所示两种截面，板件均为焰切边缘，面积相等，钢材均为Q235。当用作长度为10m的两端铰接的轴心受压柱时，试计算设计承载力各是多少，并验算局部稳定是否满足要求。