中南大学《钢结构设计原理》一、问答题1.钢结构具有哪些特点?2.钢结构的合理应用范围是什么?3.钢结构对材料性能有哪些要求?4.钢材的主要机械性能指标是什么?各由什么试验得到?5.影响钢材性能的主要因素是什么?6.什么是钢材的疲劳?影响钢材疲劳的主要因素有哪些？7.选用钢材通常应考虑哪些因素?8.钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？9.焊缝可能存在的缺陷有哪些？10.焊缝的质量级别有几级?各有哪些具体检验要求?11.对接焊缝的构造要求有哪些？12.角焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要构造要求？13.焊接残余应力和焊接残余变形是如何产生的？焊接残余应力和焊接残余变形对结构性能有何影响?减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有哪些?14.普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接,在抗剪连接中,它们的传力方式和破坏形式有何不同？15.螺栓的排列有哪些构造要求?16.普通螺栓抗剪连接中，有可能出现哪几种破坏形式？具体设计时,哪些破坏形式是通过计算来防止的？哪些是通过构造措施来防止的?如何防止？17. 高强度螺栓的８．８级和１0.9级代表什么含义? 18. 轴心压杆有哪些屈曲形式？19. 在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑哪些初始缺陷的影响？20. 在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时,对虚轴为什么要采用换算长细比？21. 什么叫钢梁丧失整体稳定？影响钢梁整体稳定的主要因素是什么?提高钢梁整体稳定的有效措施是什么?22. 什么叫钢梁丧失局部稳定？怎样验算组合钢梁翼缘和腹板的局部稳定？ 23. 压弯构件的整体稳定计算与轴心受压构件有何不同？ 24. 压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？ 二、 计算题1. 试验算如图所示牛腿与柱连接的对接焊缝的强度。

荷载设计值F ＝2２0kN 。

钢材Q ２３５,焊条E43,手工焊,无引弧板,焊缝质量三级。

有关强度设计值w c f ＝215 N ／mm 2，w t f =185 N/m ｍ2 。

（假定剪力全部由腹板上的焊缝承受）解:一、确定对接焊缝计算截面的几何特性1.计算中和轴的位置(对水平焊缝的形心位置取矩） cm y cm y b a 1.219.931 9.95.01)120(1)130(5.151)130(=-==+⨯-+⨯-⨯⨯-=２.焊缝计算截面的几何特性 全部焊缝计算截面的惯性矩 422347904.91)120(1.61)130()130(1121cm I w =⨯⨯-+⨯⨯-+-⨯⨯=全部焊缝计算截面的抵抗矩2271.214790 4849.9479033cm y I W cm y I W b w bw a w aw ======腹板焊缝计算截面的面积 2291)130(cm A w w =⨯-=二、验算焊缝强度 1.a 点满足）(/185/9.901048410202202234mm N f mm N W M w f a w a =<=⨯⨯⨯==σ 2.b 点满足）(1601596.91)22.17.158()(2222MPa f MPa w f f f f =<=+=+τβσ3. 设计双角钢拉杆与节点板之间的连接角焊缝计算长度L 1＝?,L 2＝? 已知:采用三面围焊：h f =6ｍm,f w ｆ＝160N/ｍｍ2,N=529kN(静载设计值) 解:kN f L h N w f f w f 2.1311016022.116067.07.0333=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=-∑βkN N N K N 7.3042/2.1315297.02311=-⨯=-=ﻩﻩﻩkN NN K N 1.932/2.1315293.02322=-⨯=-= ﻩﻩﻩmm f h N l wff 22716067.02107.3047.02311=⨯⨯⨯⨯=⨯=ﻩ ﻩmm f h l wff 6916067.027.0222=⨯⨯⨯=⨯=４.设计矩形拼接板与板件用三面围焊连接的平接接头。

轴心拉力N=1250kN,(静载设计值),钢材Ｑ23５,焊条E43,手工焊。

有关强度设计值ƒﻩ=２１5 N ／mm 2，f w f =1６０N ／mm 2。

图示尺寸单位mm.(焊缝L W2实际长度取cm 整数)端距 0.4320=d ﻩﻩ 取50ﻩﻩ边距25.325.10=d ﻩﻩ取４0ﻩﻩﻩd) 净截面验算2210618)5.212160( mm A I I n =⨯⨯-=-MPa N 285106003=⨯==σ>2１5M ＰａI Ｉ截面净截面面积为 2098.284.1)15.2225()(cm t d n b A III III n =⨯⨯-=-=三个截面的承载设计值分别为I －I 截面：kN N f A N I n 68868800021510322==⨯⨯== ＩI －II 截面:kN N f A N II n 4.6336334002151046.292==⨯⨯==III －III 截面：因前面I －I 截面已有n 1个螺栓传走了（n １／n)N 的力,故有f A N nn II n =-)1(1kN N nn f A N II n 701701000)9/11(2151098.28)1(21==-⨯⨯=-=构件所能承受的最大轴心力设计值按II-II 截面kN N 4.633= 三、连接盖板所能承受的轴心力设计值（按V-V 截面确定)kNN f A N cm t d n b A vnV v n 1.6386381002151068.2968.298.02)15.2325()(220==⨯⨯===⨯⨯⨯-=-=通过比较可见,接头所能承受的最大轴心力设计值应按构件I Ｉ-II 截面的承载能力取值，即kN N 4.633max =。

再者,若连接盖板不取2块8mm 厚钢板而去2块7mm,即与构件等厚，则会因开孔最多其承载力最小。

四、螺栓所能承受的最大轴心力设计值截面净截面面积为 2098.284.1)15.2225()(cm t d n b A III III n =⨯⨯-=-=三个截面的承载设计值分别为I-I 截面:kN N f A N I n 68868800021510322==⨯⨯==ＩＩ－II 截面：kN N f A N II n 4.6336334002151046.292==⨯⨯==III-III 截面：因前面I-I 截面已有n 1个螺栓传走了(ｎ1／n)N 的力，故有f A N nn II n =-)1(1kN N nn f A N II n 701701000)9/11(2151098.28)1(21==-⨯⨯=-=构件所能承受的最大轴心力设计值按ＩI-II 截面kN N 4.633= 六、连接盖板所能承受的轴心力设计值（按V －V 截面确定）kNN f A N cm t d n b A vnV v n 1.6386381002151068.2968.298.02)15.2325()(220==⨯⨯===⨯⨯⨯-=-=通过比较可见,接头所能承受的最大轴心力设计值应按构件II-ＩI 截面的承载能力取值，即节点板净截面抗拉承载力:kN N 675215)5.214400(10=⨯⨯-⨯= 故连接的承载力为kN N 244=9.试计算下图所示连接中C 级螺栓的强度。

已知荷载设计值F=60KN,螺栓M2０,孔径21.5ｍm ， ƒb ｖ＝1３０N ／m ｍ2, ƒb c =305 N/mm ２.单个螺栓受剪承载力设计值 kN f d n N b vv b v8.40101130421422=⨯⨯⨯⨯==ππ 单个螺栓承压承载力设计值 kN f t dN b c b c 1221013050.22=⨯⨯⨯=⋅=∑ 故应按kN N N bv b 8.40min ==进行验算偏心力Ｆ的水平及竖直分力和对螺栓群转动中心的距离分别为：cm kN V N T cme kN V cm e kN N ex ey y x ⋅=⨯+⨯=+===⨯===⨯=100818365.7485.7,36605318,486054扭矩T 作用下螺栓“１”承受的剪力在ｘ,y 两方向的分力:kN y x Tx N kN y x Ty N i i T yi i T x 51.155.74545100826.235.74545.71008222211222211=⨯+⨯⨯=+==⨯+⨯⨯=+=∑∑∑∑轴心力N 、剪力V 作用下每个螺栓承受的水平和竖直剪力：9436 1244811kN n V N kN n N N Vy N x ======螺栓“1”承受的合力:不满足）(8.4094.42)951.15()1226.23( )()(min22211211max kN NkN N N N N N bV y T y N x T x =>=+++=+++=成，两肢件之间的距离30０ｃm,如图所示，尺寸单位mm。

试求该柱最大长细比。

注：一个Ｉ32ａ的截面面积Ａ=67cm2惯性矩I y=11０８0ｃｍ４ＩX1=460cm4挠度不起控制作用,截面无削弱。

整体稳定系数ϕb ＝0.44．m kN mm N l W f q W f ql M f W M x b xb x b maz /36.13/36.13900010143044.021588812322max ==⨯⨯⨯⨯==⋅⋅==⇒=ϕϕϕ刚度验算: 满足）(350][7.6699.8600=<===λλx ox x i l4．钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。

其中屈服点、抗拉强度和伸长率由一次静力单向均匀拉伸试验得到;冷弯性能是由冷弯试验显示出来;冲击韧性是由冲击试验使试件断裂来测定。

5．影响钢材性能的主要因素有:错误!化学成分错误!钢材缺陷错误!冶炼,浇注,轧制错误!钢材硬化错误!温度错误!应力集中错误!残余应力错误!重复荷载作用6．钢材在连续反复荷载作用下，当应力还低于钢材的抗拉强度，甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏,这种现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏。

影响钢材疲劳的主要因素是应力集中、应力幅（对焊接结构)或应力比(对非焊接结构）以及应力循环次数。

7．选用钢材通常考虑的因素有：错误!结构的重要性错误!荷载特征错误!连接方法错误!结构的工作环境温度错误!结构的受力性质8. 钢结构常用的连接方法有:焊接连接、铆钉连接和螺栓连接三种。

焊接的优点：＼o＼ac(○,1)不需打孔，省工省时;错误!任何形状的构件可直接连接,连接构造方便;错误!气密性、水密性好,结构刚度较大，整体性能较好。

焊接的缺点：＼o＼ac(○,1)焊缝附近有热影响区,材质变脆;错误!焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏,残余变形使结构形状、尺寸发生变化;错误!焊接裂缝一经发生，便容易扩展。