同济大学钢结构基本原理(沈祖炎)课后习题答案完全版.doc 21页

'《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案第二章2.1如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的关系式。图2-34图（a）理想弹性－塑性（b）理想弹性强化解：（1）弹性阶段：非弹性阶段：（应力不随应变的增大而变化）（2）弹性阶段：非弹性阶段：2.3试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。答：钢材曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材曲线基本无变化；当时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材曲线也基本无变化；若加载－卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）。钢材曲线会相对更高而更短。另外，载一定作用力下，作用时间越快，钢材强度会提高、而变形能力减弱，钢材曲线也会更高而更短。钢材疲劳强度与反复力大小和作用时间关系：反复应力大小对钢材疲劳强度的影响以应力比或应力幅（焊接结构）来量度。一般来说，应力比或应力幅越大，疲劳强度越低；而作用时间越长（指次数多），疲劳强度也越低。2.4试述导致钢材发生脆性破坏的各种原因。答：（1）钢材的化学成分，如碳、硫、磷等有害元素成分过多；（2）钢材生成过程中造成的缺陷，如夹层、偏析等；（3）钢材在加工、使用过程中的各种影响，如时效、冷作硬化以及焊接应力等影响；（4）钢材工作温度影响，可能会引起蓝脆或冷脆；（5）不合理的结构细部设计影响，如应力集中等；（6）结构或构件受力性质，如双向或三向同号应力场；（7）结构或构件所受荷载性质，如受反复动力荷载作用。2.5解释下列名词：第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案（1）延性破坏延性破坏，也叫塑性破坏，破坏前有明显变形，并有较长持续时间，应力超过屈服点fy、并达到抗拉极限强度fu的破坏。（2）损伤累积破坏指随时间增长，由荷载与温度变化，化学和环境作用以及灾害因素等使结构或构件产生损伤并不断积累而导致的破坏。（3）脆性破坏脆性破坏，也叫脆性断裂，指破坏前无明显变形、无预兆，而平均应力较小（一般小于屈服点fy）的破坏。（4）疲劳破坏指钢材在连续反复荷载作用下，应力水平低于极限强度，甚至低于屈服点的突然破坏。（5）应力腐蚀破坏应力腐蚀破坏，也叫延迟断裂，在腐蚀性介质中，裂纹尖端应力低于正常脆性断裂应力临界值的情况下所造成的破坏。（6）疲劳寿命指结构或构件中在一定恢复荷载作用下所能承受的应力循环次数。2.7指出下列符号意义：(1)Q235AF(2)Q345D(3)Q390E(4)Q235D答：（1）Q235AF：屈服强度、质量等级A（无冲击功要求）的沸腾钢（碳素结构钢）（2）Q345D：屈服强度、质量等级D（要求提供-200C时纵向冲击功）的特殊镇静钢（低合金钢）（3）Q390E：屈服强度、质量等级E（要求提供-400C时纵向冲击功）的特殊镇静钢（低合金钢）（4）Q235D：屈服强度、质量等级D（要求提供-200C时纵向冲击功）的特殊镇静钢（碳素结构钢）2.8根据钢材下选择原则，请选择下列结构中的钢材牌号：（1）在北方严寒地区建造厂房露天仓库使用非焊接吊车梁，承受起重量Q>500KN的中级工作制吊车，应选用何种规格钢材品种？（2）一厂房采用焊接钢结构，室内温度为-100C，问选用何种钢材？答：（1）要求钢材具有良好的低温冲击韧性性能、能在低温条件下承受动力荷载作用，可选Q235D、Q345D等；（2）要求满足低温可焊性条件，可选用Q235BZ等。2.9钢材有哪几项主要机械指标？各项指标可用来衡量钢材哪些方面的性能？答：主要机械性能指标：屈服强度、极限强度以及伸长率或，其中，屈服强度第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案、极限强度是强度指标，而伸长率或是塑性指标。2.10影响钢材发生冷脆的化学元素是哪些？使钢材发生热脆的化学元素是哪些？答：影响钢材发生冷脆的化学元素主要有氮和磷，而使钢材发生热脆的化学元素主要是氧和硫。第五章5.5两端铰接的轴心受压柱,高10m,截面为三块钢板焊接而成,翼缘为剪切边,材料为Q235,强度设计值,承受轴心压力设计值(包括自重).如采用图5-26所示的两种截面,计算两种情况下柱是否安全.图5-26题5.5解答:截面特性计算:对a)截面:对b)截面:第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案整体稳定系数的计算:钢柱两端铰接,计算长度对a)截面:对b)截面:根据题意,查P106表5-4(a),知钢柱对x轴为b类截面,对y轴为c类截面.对a)截面:对x轴:(或计算,再由附表4-4查得)对y轴:(或计算,再由附表4-5查得)故取该柱的整体稳定系数为对b)截面,同理可求得,,故取该柱截面整体稳定系数为第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案整体稳定验算:对a)截面。对b)截面。5.8验算一轴心受压缀板柱.柱肢采用工字型钢,如图5-29所示.已知轴心压力设计值(包括自重),计算长度,(轴为虚轴),材料为Q235,,.图5-29题5.8解答:一、整体稳定验算截面及构件几何性质计算:截面面积:I40a单肢惯性矩:绕虚轴惯性矩:绕实轴惯性矩:回转半径:长细比:缀板采用。计算知，由P111表5-5得第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案(其中)构件相对长细比:因,只需计算:查P106表5-4(a)可知应采用b类截面(或计算,再由附表4-4查得)故，满足。二、局部稳定验算:1)单肢截面板件的局部稳定单肢采用型钢,板件不会发生局部失稳.2)受压构件单肢自身稳定单肢回转半径长细比满足：,且满足故单肢自身稳定满足要求.3)缀板的稳定轴心受压构件的最大剪力:缀板剪力:缀板弯矩:缀板厚度满足:，故只作强度验算:第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案故由以上整体稳定验算和局部稳定验算可知,该缀板柱满足要求.第八章连接的构造与计算8.1、下图中I32a牛腿用对接焊缝与柱连接。钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊，用II级焊缝的检验质量标准。对接焊缝的抗压强度设计值，抗剪强度设计值。已知：I32a的截面面积；截面模量，腹板截面面积。试求连接部位能承受的外力F的最大值（施焊时加引弧板）。图牛腿连接示意图解：，(1)第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案(或：(2)(3)折算应力（在顶部中点亦可）得：（）由T1、T2、T3中取最小值，得T＝426.1（KN）8.3、有一支托角钢，两边用角焊缝与柱连接（如图）。，钢材为Q345钢，焊条为E50型，手工焊，。试确定焊缝厚度。图支托连接示意图解：第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案，，取.8.5、如图所示的牛腿用角焊缝与柱连接。钢材为Q235钢，焊条用E43型，手工焊，角焊缝强度设计值。，验算焊缝的受力。图牛腿角焊缝示意图解：焊缝所受内力为：，，焊缝有效厚度：第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案上翼缘最外侧焊缝：上翼缘与腹板交界处：折算应力：牛腿角焊缝满足要求。8.6、计算如图所示的工字形截面焊接梁在距支座5m拼接处的角焊缝。钢材为Q345钢，焊条为E50型，，。问：（1）腹板拼接处是否满足要求？（2）确定翼缘图简支梁拼接示意图第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案解：，设腹板受弯、剪，翼缘仅受弯。1．分配弯矩，按腹板刚度与整体刚度之比：(1)腹板：(2)翼缘：2．强度计算：(1)翼缘强度计算：由设即，得：，取(2)腹板连接强度也可直接略去中间段竖焊缝，按下面方法计算：第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案由引起的：(两侧有板)由V引起：，满足强度要求。8.7、验算如图所示桁架节点焊缝“A”是否满足要求，确定焊缝“B”、“C”的长度。已知焊缝A的角焊缝，焊缝B、C的角焊缝。钢材为Q235B钢。焊条用E43型，手工焊，。在不利组合下杆件力为，，，，。图桁架受力示意图解：（1）焊缝A的受力：第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案（2）确定焊缝“B”、“C”的长度：等边角钢双面焊。焊缝B：肢背，肢尖，焊缝C：肢背，肢尖，8.9、下图所示为一梁柱连接，，。钢材为Q235C钢。剪力V由支托承受，焊条用E43型，角焊缝的强度设计值，端板厚14mm，支托厚20mm。（1）求角焊缝“A”的。（2）弯矩由螺栓承受，4.8级螺栓M24，验算螺栓强度。。第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案图梁柱连接示意图解：(1)，取10mm(2)螺栓强度满足要求。8.10、确定如图所示A级螺栓连接中的力F值。螺栓M20，，钢板采用Q235B，厚度为t=10mm，螺栓材料为45号钢（8.8级），，。第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案图螺栓连接示意图解：(1)抗剪：(2)承压：(3)净截面：（后线）（前线）（折线）最终取8.12、如图所示的螺栓连接采用45号钢，A级8.8级螺栓，直径，，。钢板为Q235钢，钢板厚度12mm，抗拉强度设计值。求此连接能承受的值。第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案图螺栓连接示意图解：(1)抗剪：(2)承压：(3)净截面：选用若用M16替M20，则：选用1163KN。8.13、第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案8.14、下图梁的拼接用高强度螺栓承压型连接，F=200kN，构造如下图所示，高强度螺栓的钢材为10.9级，梁的钢板用Q235B，螺栓M20，梁连接处的接触面采用喷砂处理，螺栓的强度设计值，。（1）确定翼缘接头处螺栓数目和连接板尺寸；（2）验算腹板拼接螺栓是否满足要求。第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案图梁拼接示意图解：，腹板，翼缘(1)计算翼缘连接：取M20，（查表）i）摩擦型：承压型：（注：新规范取此值，但荷载性质同普通螺栓）按，取第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案单面连接：，取M20，16个，布置情况如下图所示：ii）净截面：（注：按平列；按错列第一排）(1)抗剪（腹板）连接：，，满足。8.15、下图所示为屋架与柱的连接节点。钢材为Q235B，焊条用E43型，手工焊。C级普通螺栓用Q235BF钢。已知：，。（1）验算角焊缝A的强度，确定角焊缝B、C、D的最小长度，焊缝厚度。（2）验算连接于钢柱的普通螺栓强度，假定螺栓不受剪力（即连接处竖向力由支托承受）。螺栓直径为24mm。第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案图屋架节点示意图解：(1)验算承托两侧焊缝：不满足。用三面围焊，承托宽度为150mm。，满足。(2)斜杆肢背焊缝验算，焊缝C（肢尖焊缝不必计算）注：此处按构造焊缝厚度不得大于，略超出。(1)水平杆肢背，焊缝D(2)焊缝A：第21页共21页 《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答：第二、五、六、七、八章习题答案(1)螺栓验算：先设拉力和M作用下螺栓全部受拉，绕螺栓群形心转动。说明螺栓不是全部受拉，另行假设绕顶排螺栓转动：查表得：所以，满足强度要求。第21页共21页'