钢结构第三次作业题及答案.doc

1. 低碳钢牌号Q195、Q215、Q235、Q255、Q275排号越大，含碳量 _____ 2. 钢材标号Q235BF中的235表示材料的 ______ 为235N/mm2o 3. 角焊缝屮的最大焊角尺寸其屮t为 ___________________ 焊件厚度。 4. 当钢屋架上弦作用有非节点荷载时，上弦杆应按 ______ 进行设计。

5. 在不同质量等级的同一类钢材（如Q235 A, B, C, D四个等级的钢材），它们 的屈服点、强度和伸长率都一样，只是它们的化学成分和 _______ 指标有所不 同。

二、 名词解释题（本大题共20分，共5小题，每小题4分） 1. 焊接残余变形和应力 2. 钢材的塑性 3. 蓝脆现彖 4. 换算长细比

5. 什么叫做屈曲后强度？

三、 计算题（本大题共30分，共5小题，每小题6分）

1. 在钢结构设计中，钢材的强度设计值是钢材的强度标准值 _______ 抗力分项 系数。

2. 如图屮所示，已知节点板与连接单板为采用4个&8级M16高强螺栓的承压 型连接，剪切而不在螺纹处，

刃夕d尸17mm, =250\\ mnf, f \\ =470X ninr；o t、左打幷出示古工垃

v

孔桎 c 厚连接单板垂直于受 力方向的宽度为150mm,其螺栓孔的端距、边距和间距均满足构造要求；节点 板与连接板钢材为Q235B级，f=215N/mni2。试验算螺栓连接承载力是否能够满 足要求。

求。已知钢材为Q235B级，手工焊，焊条为E43系列，f二160N/mm2。

4・验算柱与牛腿间高强螺栓摩擦型连接是否安全，螺栓M20, 10.9级，摩擦面 的抗

+ + + + + + + + 滑移系数□二0.5,高强螺栓的设计预拉力P=155kNo

5.焊接组合梁的某截面内力设计值：弯矩Mx=470kN-m,剪力V=580kN （沿y轴 向上作用）。已知截面尺寸如图示。钢材的强度设计值：

N=3OOk

f=215N/mm2, fv=125N/mm2o验算梁在该截面的强度是否满足要求（「二1.0）。

N

4 3

ly

7^=523 cm4

四、简答题（本大题共40分，共5小题，每小题8分） 1. 普通螺栓的抗剪连接经历了哪几个阶段？ 2. 残余应力产生的原因有哪些？

3. 梁的抗弯产生的正应力可分为几个阶段，各有何特点？

4•轴心受压构件和受弯构件，在确定工字形截面翼缘的宽厚比值有何不同？

5.对压杆稳定影响最大的因素是什么？各有何影响规律？《规范》是如何考虑缺陷的？

答案:

一、填空题（10分，共5题，每小题2分） 1.

参： 越高

解题方案： 评分标准： 2.

参： 屈服强度

这些 解题方案： 评分标准: 3.

参: 较薄 解题方案: 评分标准: 4.

参: 压弯构件 解题方案: 评分标准: 5.

参： 冲击韧性（Agv） 解题方案： 评分标准：

二、名词解释题（20分，共5题，每小题4分）

1.

参：

钢材经焊接冷却后，在焊件中产生的变形和应力，称为焊接残余变形和应力。

解题方案： 理解概念 评分标准：

钢材经焊接冷却后，在焊件中产牛的变形和应力，称为焊接残余变形和应力。 （4分） 2.

参：

在外力作用下材料产生变形，如取消外力仍能保持变形后的形状和尺寸，并不 产生裂缝的性质，称为钢材塑性。 解题方案： 理解概念 评分标准：

在外力作用下材料产生变形，（1分）如取消外力仍能保持变形后的形状和尺 寸，（2分）并不产生裂缝的性质，称为钢材塑性（1分）。 3.

参：

当温度升高时，在200°C以内钢材性能没有很大的变化，43O°C~O°C之间强度 急剧下降，600°C吋强度很低，不能承受荷载。但在250°C左右吋，钢材的强度 反而略有提高，同时塑性和韧性均下降，材料有转脆的倾向，钢材表面氧化膜 呈蓝色，称为蓝脆现象。 解题方案： 理解概念 评分标准：

当温度升高时，在200°C以内钢材性能没有很大的变化，430°C、0°C之间强度 急剧下降，600°C吋强度很低，不能承受荷载。（1分）但在250°C左右吋，钢 材的强度反而略有提高，同吋塑性和韧性均下降，材料有转脆的倾向，钢材表 面氧化膜呈蓝色，称为蓝脆现象。（3分） 4.

参：

轴心受压构件整体弯曲后，沿杆长各截面上将存在弯矩和剪力。在格构式柱的 设计中，剪力造成的附加影响不能忽略，因此对虚轴失稳的计算通常以加大长 细比的办法来考虑剪切变形的影响，加大后的长细比称为换算长细比。 解题方案： 理解概念 评分标准：

轴心受压构件整体弯曲后，沿杆长各截而上将存在弯矩和剪力。（1分）在格 构式柱的设计中，剪力造成的附加影响不能忽略，（1分）因此对虚轴失稳的 计算通常以加大长细比的办法来考虑剪切变形的影响，加大后的长细比称为换 算长细比。（2分） 5.

参：

宽而薄的板件，挠度较大，在板件中间形成的应力有利影响比较显著，因此宽 薄板在屈曲后仍能继续承担更大的荷载，即具有屈曲后强度。

解题方案： 屈曲后强度

评分标准：

宽而薄的板件，挠度较大，在板件中间形成的应力有利影响比较显著，因此宽 薄板在屈曲后仍能继续承担更大的荷载，即具有屈曲后强度。（4分）

三、计算题（30分，共5题，每小题6分）

1.

参：

除以

解题方案: 理解概念

评分标准:

每空一分

2.

参:

W：嫖栓承载力验算：“

^•162

7

二 一x 250 = 50265A （3 分）卩

4

—个高毎煤栓承压承载力：疋二〃、於二16x8x470二60160N （3分），

此连接的承载力：〃・mm{M，M} = 4x50.265 =201伽＞尸二180応¥ （4分）

頁疋要求U 3

解题方案：

评分标准:

3.

参：

历的分解：水平拉力和竖向剪力为N = V = F

= 180000/JLV,绕中点的弯矩为

M = Ne = 180000x 50/（2 分）

最危险点为焊缝最上端处（1分）

匕十亠斗 N N 180000 V? ” n 2 /<■>△、 此应力为：CTf = ----------- = ---------------------- = 66.5N/ Jinn （2 分）

2 • 0.7x6x（240-12）

180000/72

<2

2x0\"几-2x0.7x6x（240-12） ~ \"\"\" 分〉

00

f

f

2x0.7%

2 fw* 二一E - 2 -二」⑸川（SM 2x0.7x6x （240 -12）2

7 或 =87.5N/〃〃〃2 （2 分〉 2 x 0.7 hl

87.5 + 66.5 、1Q 丿

2

I Pf ,

所以焊缝强度满足要求

解题方案:

+ 66.52 =142.7N/〃〃/v f； （2 分）

评分标准:

4.

参:

餌：煤栓群形心处0的内力有：轴心拉力r = 3/5Ar = 3/5X 300 = 1 SOkN，

剪力 17 = 4/5A^= 4/5x300 = 240ALV；弯矩 M = Te = 180x7 / 2 = 630kN.cm （2 分）“ 一个缥栓所受的剪力为：A； = r/;/ = 240/8 = 30AW （2分）\"

一个高强摞程受扌立承载力设计值：A^ = 0.8P = 0.8X155 = 124ZLV （2分八 一个直强雛烹畦载立设计值：疋二09〃/>二0.9dx0.5xl55二69.75的（2分八 所以高强螺栓同时承受拉剪时：^- + ^ = 30/69.75 + 36.5/124 = 0.72< 1,此连接安全

（2 分）.

解题方案： 评分标准： 5.

参:

4^0 v 1 A6

昇益心/沁.523加/270\"96W 〃加丿住分八

S；二 20x2x（25 + 1） + 25x1x12.5二 1352.5c肿（1 分）“

二忆S；/厶心=580x10?x 1352.5x 10?/523x104 x 10 = 121.62/〃〃/ <尤（2 分人 验算翼缘与狼板交界处的折算应力卬=①趣x 25/27 = 196.7x 25/27 = 182.LV/z//7//2 （1 分）“

目二 20x2x（25 + 1）二 1040C〃F （1 分）“

T1 = VS. /Ixtw = 580x 103 x 1040x IO3 /523x 104 x 10 = 93.5N/〃加 < 尤（i 分）\"

Jb： + 3彳二 J182.12 + 3X93.52 二 2437V/〃〃/ = 1 1/二 236.5N/〃〃/ （2 分）“ 解题方案： 评分标准:

四、简答题（40分，共5题，每小题8分）

参：

（1）摩擦传力的弹性阶段（2）滑移阶段（3）栓杆直接传力的弹性阶段 （4）弹塑性阶段 解题方案：

从螺栓传力的力学机理上来考虑 评分标准：

1）摩擦传力的弹性阶段（2分）（2）滑移阶段（2分）（3）栓杆直接传力 的弹性阶段（2分）（4）弹塑性阶段（2分） 2.

参：

（1）焊接时不均匀的加热和冷却（2）型钢热轧后不均匀的冷却（3）板边缘 经火焰切割后热塑性收缩（4）板件经冷却校正产牛的塑性变形 解颗方案.

从残余应力的特点上来考虑 评分标准：

（1）焊接时不均匀的加热和冷却（2分）（2）型钢热轧后不均匀的冷却（2 分）（3）板边缘经火焰切割后热塑性收缩（2分）（4）板件经冷却校正产 生的塑性变形（2分） 3.

参：

梁的弯曲正应力可分为三个阶段：1.弹性工作阶段：应力和应变成正比，梁全 截面弹性工作。2•弹塑性工作阶段：弯矩进一步增加，截面上、下缘有一个高 为a的塑性区域。3•弹塑性工作阶段：弯矩再増加，梁的塑性区不断向内发 展，弹性核心完全消失，形成塑性较，达到承载力的最大值。 解题方案：

应力不断增加可以分为三个阶段1 •弹性2•部分塑性3•全塑性 评分标准：

梁的弯曲正应力可分为三个阶段：1.弹性工作阶段：应力和应变成正比，梁全 截面弹性工作。（2分）2.弹塑性工作阶段：弯矩进一步增加，截面上、下缘 有一个高为a的塑性区域。（2分）3.弹塑性工作阶段：弯矩再增加，梁的塑 性区不断向内发展，弹性核心完全消失，形成塑性较，达到承载力的最大值。 （2分） 4.

参：

轴心受压构件和受弯构件，在确定工字形截面翼缘的宽厚比值所用的条件是不同 的，前者用J\"*后者用务厂厶即有时取板的临界应力和屈服点相等，有 时取板的临界应力和构件临界应力相等。利用前者关系可得到一个确定的数值，帀 利用后者关系，则得到一个与构件长细比相关的表达式。卩 解题方案：

轴心受压构件和受弯构件，在确定工字形戳面翼缘的宽厚比值所用的条件是不同 的，前者用2“（2分）后者用弔严厶即有时取板的临界应力和屈服点相 等，（2分）有时取板的临界应力和构件临界应力相等。利用前者关系可得到一个 确定的数值，而利用后者关系，则得到一个与构件长细比相关的表达式。（2分）♦

评分标准： 5.

参：

包括初弯曲、残余应力和初偏心。（1）残余应力的产牛原因：焊接影响、热轧 影响、切割影响、冷校正影响（2）初弯曲（正弦分布）实际的轴心受压构件在 加工制作和运输及安装过程中，构件不可避免地会存在微小弯曲，称为初弯 曲。其影响特点是：一经加载产生挠度，先慢后快，偏心距越大，挠度越大， 临界承载力小于欧拉力。（3）初偏心：由于构造上的原因和构件截而尺寸的变 异等，作用在构件上的轴心压力不可避免地会偏离截面形心而形成初偏心。荷 载初偏心对轴心受压构件的影响与初弯曲的影响类似。只是曲线通过坐标原 点，为了简化分析，可取一种缺陷的合适值代表这两种缺陷的影响。《规范》 中实际轴压杆稳定承载力计算的初始缺陷只考虑初弯曲和残余应力，用最大强 度准则，采用数值计算方法计算。 解题方案：

对压杆稳定影响最大的因素是初弯曲、残余应力和初偏心。 评分标准：

包括初弯曲、残余应力和初偏心。（3分）（1）残余应力的产生原因：焊接影 响、热轧影响、切割影响、冷校正影响（2分）（2）初弯曲（正弦分布）实际 的轴心受压构件在加工制作和运输及安装过程中，构件不可避免地会存在微小 弯曲，称为初弯曲。（1分）其影响特点是：一经加载产牛挠度，先慢后快， 偏心距越大，挠度越大，临界承载力小于欧拉力。（2分）（3）初偏心：由于 构造上的原因和构件截面尺寸的变异等，作用在构件上的轴心压力不可避免地 会偏离截面形心而形成初偏心。（1分）荷载初偏心对轴心受压构件的影响与 初弯曲的影响类似。只是曲线通过坐标原点，为了简化分析，可取一种缺陷的 合适值代表这两种缺陷的影响。（2分）《规范》中实际轴压杆稳定承载力计 算的初始缺陷只考虑初弯曲和残余应力，用最大强度准则，采用数值计算方法 计算。（3分）