鋼機構設計原理-夏志斌_課后習題答案

1、 鋼結構原理與設計 部分答案參考答案13省略 沒有計算4.1解： 焊縫質量為三級，用引弧板施焊。查表得E43焊條的，Q235鋼的。故取。4.2解：焊縫質量為二級，未用引弧板施焊，4.4解：1）焊腳尺寸背部尺寸趾部尺寸為方便備料，取，滿足上述要求。2）軸心力N的設計值按角鋼背與趾部側面角焊縫內力分配系數(shù)可知:等邊角鋼內力分配系數(shù) 對角鋼趾部取力矩平衡得: 3)焊縫長度。當構件截面為一只角鋼時，考慮角鋼與節(jié)點板單面連接所引起的偏心影響， 應乘以折減系數(shù)0.85。角鋼趾：取 （，取10mm的整數(shù)倍）角鋼背：取 （，取10mm的整數(shù)）4.5解：腹板受到軸心拉力作用焊腳尺寸， 取時，不可行；取時，可行，

2、取取時，可行，取故最小的焊腳尺寸可取，鋼板搭接長度為最大的焊腳尺寸可取，鋼板搭接長度為4.7解：（1）直接計算法解得：采用，可（2）試算法取，可故4.8解： 取焊腳尺寸 （1）幾何關系水平焊縫計算長度全部焊縫計算長度全部焊縫有效截面形心位置略去項焊縫有效截面對形心O的極慣性矩（2）強度驗算 剪力和扭矩共同作用下的強度條件，可5.1解：則：查表，得：鋼板螺栓孔壁承壓承載力設計值：螺栓的強度設計值為：取需要的螺栓數(shù)目： 最少采用試取螺栓距端距邊距因為板寬，若邊距為則不滿足間距不大于要求，故最外排每列螺栓應設3個，取螺栓橫向間距為，端距為，螺栓數(shù)增加為8個。取螺栓縱向間距為，邊距為。第二列布置2個螺

3、栓，符合不大于的構造要求。已知，在最外側螺栓處的截面，鋼板受力最大，截面上有3個螺栓孔，其凈面積為最小，即：凈截面平均拉應力為：，（為鋼板面積，f應該按照鋼板取）可下面再驗算拼接板四角處有無塊狀拉剪破壞的危險。則每一塊板唄抗剪破壞所需之力為拼縫一側上、下兩塊拼接板同時有4角拉剪破壞時所需軸向力為因而此處不會發(fā)生塊狀拉剪破壞。5.4解： 設螺栓單列為n個。 （1）單個螺栓受剪承載力設計值： 螺栓桿被剪斷承載力： 螺栓孔承壓破壞承載力： 單個螺栓受剪承載力：（2）求每列螺栓的個數(shù)n的值。取 由修正公式（5.10）：取n=6（3）強度驗算：螺栓除受扭轉作用外，還受到豎向的剪力。由偏心剪力作用下強度條

4、件：，可5.5解： 設螺栓單列為n個。 （1）單個螺栓受剪承載力設計值： 螺栓桿被剪斷承載力： 螺栓孔承壓破壞承載力： 單個螺栓受剪承載力：（2）單個螺栓受拉承載力（由附表1.4得直徑22mm的螺栓有效截面積）（3）單個螺栓受剪力和拉力的設計值：（4）因為螺栓同時受剪和受拉，需滿足： 解得： 取5.8解：查表得：螺栓抗剪強度一個高強度螺栓的設計預拉力值鋼板螺栓孔壁承壓承載力設計值抗滑移系數(shù)取則（中傳力摩擦面為2，故兩邊一起算，T不需除2）修正 取驗算強度：強度：可，每側所需螺栓數(shù)目為7個。5.9解：預拉力值：螺栓桿被剪斷承載力：單個螺栓受拉承載力：單個螺栓受剪力和拉力的設計值：因為螺栓同時受剪

5、和受拉，需滿足： 解得： 取摩擦型連接無需驗算孔壁承壓強度6.2解:由結點b的力的平衡可得:Ab桿受壓力 Cb桿受拉力需要的構件截面面積：其中Ab桿為壓桿，Cb為拉桿。Cb桿需要的截面回轉半徑為 由截面面積和回轉半徑可選用截面如下:選用供給 A,ix,iy均滿足要求，無需驗算。Ab桿需要的截面回轉半徑為： 可選供給對軸：此截面為B類截面，查表知，穩(wěn)定性符合要求，可。 （同理，可得對軸：此截面為B類截面，查表知，穩(wěn)定性符合要求，可。）6.5解：以實軸為X軸，虛軸為Y軸，則有： 此工字鋼截面對x軸屈曲為B類截面，對y軸屈曲為C類截面。查表知： 解得：6.6解: 此工字鋼對x軸屈曲為b類截面,對Y軸

6、屈曲為c類截面（1）試取查附表1.20可知： 需要翼緣板寬度：需要腹板寬度：需要截面面積：試選截面： （2）試取查表知: 故（b取340mm）考慮到容許寬厚比，不宜取太小，故取t=14mm，取試選截面： （3）略經(jīng)比較，方案二較為合理，采用第二個方案截面尺寸： 查表知：，（4）驗算整體穩(wěn)定：，可（5）驗算局部穩(wěn)定：，可（6）強度不需驗算。6.7解：（1）軸心壓力設計值，（2）對截面實軸的穩(wěn)定性選用分肢的截面假設，則需要分肢截面面積：需要回轉半徑：根據(jù)，選擇I50a：，說明所選過大。假設，選用工字鋼I45a： 此處A略小于需要的, 略大于需要的, 工字鋼I45a可能是合適的截面。（3）由等穩(wěn)定原

7、則確定兩工字鋼中心線距b對x軸和y軸屈曲時均為b類截面，等穩(wěn)定原則要求由分肢長細比要求:取 取所以解出: 取整數(shù)（4）截面驗算:1)長細比 2)構件的穩(wěn)定驗算由得到在允許范圍之內 , 可以3)分肢驗算: ，可（5）綴板連接及驗算1)確定綴板尺寸分肢軸線距綴板高度采用(盡量取大的,使角焊縫不容易達到強度設計值)綴板厚度采用綴板中心距綴板長度 其中為工字鋼的翼緣長度.采用綴板的尺寸為: 2)綴板內力幾角焊縫連接計算:柱中剪力: 每個綴板平面分擔的剪力: 綴板的內力: 其中18mm為工字鋼45a的翼緣平均厚度.取角焊縫長度:，可3)綴板剛度驗算:兩綴板慣性距 及線剛度分肢工字鋼線剛度線剛度比，可。6

8、.8解：(1)由等穩(wěn)定原則確定工字鋼軸線間距b采用 查表 解出: 取(2)截面驗算 由得在允許范圍之內，可(3)驗算局部穩(wěn)定為保證斜綴條與分肢軸線夾角為左右，采用，可(4)綴條穩(wěn)定驗算兩工字鋼腹板內側間距綴條長度綴條內力查表得單面連接等邊角鋼強度設計值折減系數(shù)穩(wěn)定驗算:，可7.1解：查表得槽鋼： (1)抗彎強度初判斷點1為最先達到強度最大值的點， (2)剪切強度 查表得: 槽鋼： (3)撓度由兩個方向合成總撓度7.3解： I56a查表1.10可以得到（1）Q235，上翼緣承受滿跨均布荷載，跨度中間無側向支承點 需要驗算整體穩(wěn)定性（2）Q345鋼，需要驗算整體穩(wěn)定性，（3）Q345鋼，集中荷載作

9、用于跨中的下翼緣,跨中有一側向支承點，則自由長度 對于Q345鋼 （4）Q345，鋼集中荷載作用于跨中的下翼緣,無側向支承點 對于Q345鋼 7.5解：規(guī)范規(guī)定軋制普通槽鋼簡支梁的整體穩(wěn)定性系數(shù) 按照公式(7.32)整體穩(wěn)定性要求驗算此槽鋼梁的整體穩(wěn)定性不滿足整體穩(wěn)定要求采取措施：在跨中加側向支承則可得，故，可7.7解：樓蓋自重標準值可變荷載標準值（1）荷載和內力荷載標準值荷載設計值最大彎距標準值最大彎距設計值（2）試選截面假設次梁自重引起的彎距為。即最大彎矩標準值為，最大彎矩設計值。次梁上鋪設鋼筋混凝土預制樓板，樓板與次梁的上翼緣牢固相連，故對次梁不必計算整體穩(wěn)定性。由抗彎強度確定需要的截面

10、模量為由均布荷載下簡支梁的撓度條件確定所需要的慣性矩按需要的和查附表2.4，得最輕的熱軋普通工字鋼為I45b 取自重：（3）截面驗算彎距設計值彎矩標準值剪力設計值抗彎強度：5%以內，符合要求?？辜魪姸龋?，可。撓度：，可。7.9解： 樓蓋自重標準值可變荷載標準值荷載和內力：荷載標準值荷載設計值次梁梁端剪力設計值（1）截面尺寸的選定1）腹板截面主梁受到次梁傳遞過來的的荷載為集中力P彎矩1.02為主梁自重引起的彎矩增大系數(shù)假設翼緣板厚，則取截面塑性發(fā)展系數(shù)所需截面模量梁的經(jīng)濟高度由附表1.7得，由（7.51）式得梁的最小高度，梁最大高度沒有要求。采用腹板高度考慮翼緣厚度后梁高h滿足腹板厚度：1. 2

11、.宜取為2mm的整數(shù)倍，故取腹板截面：2）翼緣截面由（7.57）式得單個翼緣所需截面時，可不計算梁的整體穩(wěn)定性。時，翼緣不會局部失穩(wěn)。宜在內b 260 280 300 320t 16.07 14.93 13.93 13.06t取 16 16 14 14A 41.6 44.8 42 44.8 13.8 11.25 22.86 3）綜上采用翼緣截面：所以，梁截面為： （2）強度、整體穩(wěn)定、折算應力梁自重1）抗彎強度2）抗剪強度3）同位連接不需驗算腹板計算高度邊緣的局部承壓強度4）整體穩(wěn)定性：，可不驗算。5）折算應力次梁作用點處的主梁截面，該截面處的彎矩和剪力分別為驗算該截面腹板頂端0點處的折算應力

12、6）撓度驗算次梁對主梁的荷載標準值彎矩標準值撓度，可綜上可知所選板梁截面合適。（3）翼緣截面改變及改變后折算應力驗算1）試改變截面在處改變翼緣寬度，此時彎矩設計值 過小，不滿足，不可采用此改變截面方法。2）取改變后翼緣寬得實際改變點位置改變后截面改變截面后板梁截面積改變截面段內梁自重改變截面后梁慣性矩改變截面后梁截面模量改變截面后截面能抵抗的彎矩又因，將值代入解得構造要求由過渡到需做成不大于1:2.5的斜坡，故實際改變點位置3）截面改變后折算應力截面改變處的腹板頂端的正應力考慮截面改變引起的自重改變對截面改變處剪力的影響截面改變處腹板和翼緣連接處的折算應力（4）撓度驗算由前面可知，未改變截面時

13、相對撓度為截面改變引起的撓度增大系數(shù)截面改變后相對撓度，可（5）翼緣焊縫的計算因在第（6）步中將設置橫向加勁肋以傳遞集中力P，故在（7.61）式中取F為零，則（7.61）式簡化為梁端截面：截面改變引起自重變化使梁端剪力變小，偏于安全考慮，仍取，翼緣改變處截面：，構造要求：最后取（6）中間加勁肋的布置以及截面尺寸的選定1）加勁肋布置按照構造要求設置加勁肋間距要求考慮到集中力作用點位置，取2）局部穩(wěn)定驗算受壓翼緣未受扭轉約束由（7.67b）又，則由（7.72b），按照局部壓應力計算要求（7.11）式可知，無需計算局部壓應力區(qū)格1處彎矩梁端彎矩，截面慣性矩為，區(qū)格1和區(qū)格2交界處左邊的剪力由局部穩(wěn)定

14、驗算條件（7.81），可區(qū)格2處彎矩，截面彎矩為區(qū)格2和區(qū)格3交界處（集中力P作用點）左邊的剪力，可區(qū)格3區(qū)格2和區(qū)格3交界處（集中力P作用點）右邊的剪力,可3）加勁肋的尺寸選定由（7.88）式考慮加勁肋與改變后的截面翼緣平齊，?。?）端部支承加勁肋（突緣式）計算1）支承加勁肋截面尺寸由附表1.1得支座反力支承加勁肋截面寬度，需要支承加勁肋截面厚度為保證梁在支座處有較強剛度，取支承加勁肋厚度與翼緣板厚度相同，加勁肋端面刨平頂緊，突緣伸出板梁下翼緣底面長度取20mm，滿足故支承加勁肋截面取2）支承加勁肋在腹板平面外的穩(wěn)定，這里計算長度偏安全地取為C類截面，查表得，可3）與腹板的角焊縫連接橫向加勁

15、肋與腹板的角焊縫連接，取由附表1.2得由（7.94）式按照構造要求最后取8.1解： : 由熱軋工字鋼，可知，對x軸屈曲屬于a類截面，查表得：對y軸屈曲屬于b類截面，查表：（1）彎矩作用平面內穩(wěn)定由、均為順時針方向且 可。（2）彎矩作用平面外穩(wěn)定側向支承處彎矩（逆時針） 要求查表得。由跨中有側向支承，查表得（線性內插法） 可?！?若按照近似公式5%以內，可?！浚?）截面強度，可。（4）局部穩(wěn)定翼緣板的局部穩(wěn)定腹板的局部穩(wěn)定 成立，可。（5）可以看出，彎矩作用平面外穩(wěn)定最接近限值，故截面尺寸應由彎矩作用平面外穩(wěn)定條件控制。【*撓度驗算：兩端彎矩作用撓度為 由可知，處 ，可?！?.2解：查表 ： （1）彎矩作用平面內穩(wěn)定 故取點2（背風面）為計算點對x軸屈曲均b類截面 兩端支承無彎矩只有橫向荷載，（2）彎矩作用平面外穩(wěn)定無端彎矩有橫向荷載，單軸對稱截面，以換算長細比代替按c類截面查取由（6.52a）不滿足彎矩作用平面外穩(wěn)定要求。（3）截面強度，可（4）對受拉翼緣的補充驗算，可8.5解： 查表得： 由題目知：格