1、钢结构基本原理主编：董军 副主编：唐伯鉴 主审：曹平周习题答案-P90 习题 3.1解：采用三级对接焊接质量标准和 I50b 型钢， I 字型钢翼缘的对接焊缝的抗拉强度设计值Q，腹板对接焊缝的抗剪强度设计值 ，翼缘和腹板交界处对接焊缝的抗175wtfMPa 125wvfMPa拉强度设计值 。185wtfa假定焊接时采用引弧板，故对接焊缝的计算长度就是原长度。查表可知， ， ，346xScm4860xIc3190xWcm剪力： ；弯矩： 。 10VkN12MkN翼缘最上边至中性轴的距离 。5y最大正应力： ，满足要求。630417519wt tx PafMPaW最大剪应力： ，满足要求。3402
2、.9286wvxwVS fIt上翼缘和腹板交界点处的正应力和剪应力分别为：正应力：61420135xMMPaW面积矩： 3162782xScm剪应力：3314010.6xwVMPaIt该点处的折算应力：满足要求。222133.675.1.85203.wtf Pa由以上可知，此连接安全。-P90 习题 3.2解：采用侧面角焊缝连接。根据两块盖板的截面面积之和应大于或等于钢板截面面积，取盖板的宽度为 350mm，则盖板厚： ，故取 ，则每块盖板的截面尺寸为： 。420135tm12t35012m角焊缝的焊脚尺寸 ：fhax10f mminax.5.26.7ft所以，取 。查表得 。10f0wfMP
3、连接一侧所需的焊缝总计算长度为： 621429.7wefNlh上下两盖板共有 4 条侧面角焊缝， 每条焊缝长度为：Q1293560160wfll mhm考虑起落弧影响，每条焊接的实际长度为：，取为 380mm。1717wflh两块被拼接钢板间留出 10mm 间隙，所需拼接盖板长度：20380Ll m检查盖板宽度是否符合构造要求：盖板厚度 ，宽度 b=350mm，且 ，满足要求。1235042bml-P90 习题 3.3解：(1)采用侧面角焊缝连接。查表得 。160wfMPa确定焊脚尺寸： minax.51.04.7fhtm肢背焊脚尺寸： min2896f肢尖焊脚尺寸： ax8f肢尖和肢背采用
4、。6fh等肢角钢： ,10.7K2.3肢背、肢尖焊缝受力分别为： ， 10.7324NKkN20.3296KkN肢背、肢尖所需焊缝计算长度为： 31240660.7w fefNl mhmh329017.6wefNl mh考虑 ，minax8,4ax86,40fl max60360wflhm肢背、肢尖的实际焊缝长度为：，取 180mm。121679wflh，取 90mm。2 83f m(2)采用三面围焊同上，肢背、肢尖焊脚尺寸依然取 ，取 。6fh36fhm求正面焊缝承载力： 330.791.2047.6wefNl kN此时，肢背、肢尖焊缝受力：，31147.625.2NKk32 .2.NK则肢
5、背、肢尖所需焊缝长度为： 31508761wefl mh325efNl肢背、肢尖的实际焊缝长度为：，取 120mm。11.867.wflhm，考虑 ，取 50mm。252finax8,40max86,40wflhm(3)采用 L 形焊缝此时不先选定正面角焊缝焊脚尺寸，先令 ，即：2N32NK得： 329612NKk由 ，得：wefhl，取 9mm。333119208.60.70.7.1f wf f ml h肢背承载力： 138NkN肢背焊脚尺寸取 ，则焊缝长度：19fhm312806.5.791weflh实际长度： ，取 75mm。1163.5972.wflhm-P90 习题 3.4解：该构件
6、受到轴心力和弯矩共同作用。偏心荷载使焊缝承受剪力： ， 弯矩250VkN250.MVekNm假定剪力仅由牛腿腹板焊缝承受，假设焊脚尺寸为： ， 1fh， minax1.5.6.7fhtmaxmin8ft，满足要求。 则imfff07efh竖向角焊缝有效截面面积： 22.34wAlc对水平角焊缝取面积矩，求焊缝有效截面的形心位置（距离翼缘和腹板交界线处）： 715023.760.53.70159.8.y mc 22341.9.6.30702659.xI cm翼缘焊缝最外边缘的截面模量： 31598xwIWcy翼缘和腹板连接处的截面模量： 32602.4.xIm腹板焊缝最底边缘的截面模量： 335
7、9.18.xwIcy，满足要求6135019.21.260.2.7fwMMPaMPaW2.4wf fVA62350175wPa，满足要求633.891.26095.29. wfMMMPaW，满足要求2275.5.1.f ff Pa由以上可知，该角焊缝满足要求。-P90 第 3.6 题解：由附表 5 查得： ，2140/bvfNm2305/bcfNm（1）螺栓强度验算一个螺栓的抗剪承载力设计值为：2233.140126.4bbvvdnf kN一个螺栓的承压承载力设计值为： 354.bbccNtf一个螺栓的抗剪承载力控制值为： min,in126.,126.vvkNk而又 ，故螺栓的承载力不折减。
8、0115382.60dml每侧有 12 个螺栓，一个螺栓所受的剪力为：，满足要求。.5in,126.bv vcNkNkNn（2）构件净截面强度验算1-1 截面： 211043.54.7nAdt cm折线 2-2 截面：22212028.81enendc净截面强度： ，与强度设计值321 2min1250.6,64.7nNNmA相接近，可认为强度满足要求。205/fN折线 3-3 截面： 23411023582.61.3nteedcm净截面强度： ，满足33222 2315015084056.nNNfNmA 要求。-P91 第 3.7 题解：牛腿腹板厚 14mm，角钢厚 20mm。（1）验算角钢
9、与牛腿连接处的螺栓强度，此处的螺栓受剪扭作用。一个螺栓的抗剪承载力设计值为：2233.140126.4bbvvdNnf kN一个螺栓的承压承载力设计值为： 3859.4bbcctf在扭矩作用下： 222510ym，max22104.TxNkN1034yFkNn因此， ，满足要求。25.306.i,26.T bxy vc（2）验算角钢与柱翼缘连接处的螺栓强度，此处的螺栓受剪弯作用。一个螺栓的抗拉承载力设计值为： 3352.170bbtetNAf kN，120VFkN31204MFekm在弯矩作用下，受力最大的为螺栓群最上端的两个螺栓，中和轴位于最下一排螺栓处。 2maxmax245.73Mtiy
10、23.1016.44bbvvdNnf kN3854.8bbcctf ，满足要求。12014bv cVkNkmn，满足要求。225.70.49163.vtbbN-P91 第 3.8 题解：一个螺栓的抗拉承载力设计值为： 324.817041.6bbtetNAf kN（1）判定此连接为小偏心或大偏心受拉，222510imycmax15ycax24iMNkn，属于小偏心受拉。mi10k，满足要求。max4041.6btNkkN（2）验算是否属于大偏心受拉 2ax23051.345iMy kNn因 ，属于大偏心受拉，中和轴处于最下排螺栓处。miNk222210380iycm，满足要求。max21534
11、0.741.6btiMeykNk-P91 第 3.9 题解：（1）采用高强度螺栓摩擦型连接 0.9.20.4586.bvfNnPkN所需螺栓个数： ，即至少需要 21 个螺栓。13bvN本题才用 12 个高强度摩擦型螺栓远不能满足承载力要求。（2）采用高强度螺栓承压型连接 2233.146501.54bbvvdNnf kN307.4bbcctfmin,1.5vkN所需螺栓个数： ，即至少需要 14 个螺栓。min31.40.b本题才用 12 个高强度承压型螺栓不能满足承载力要求。-P91 第 3.10 题解：螺栓布置如下图，螺栓间距均在容许距离范围内。xy45107（1）螺栓强度验算受扭矩、剪
12、力作用，共有两块板上的螺栓承担。每一块板所受剪力为 ，扭矩为1052FVkN50.31TVekNm一个高强度摩擦型螺栓的抗剪承载力： 0.9.45bvfnP在剪力作用时，每个螺栓所受的剪力为： 1628yk在扭矩作用时，最外排的螺栓受剪力最大： 3112222150.584TxiiyNkN31122221.350Tyiiy受力最大螺栓所受的剪力合力为：，满足要求。2222111.6.5.7.845TvT bxy vN kNk（2）连接板强度验算计算 1-1 净截面，M16 螺栓的孔径取为 01dm, 3241.021.083.5.89nI c3max18092.65nIWcmy3.107.64
13、nS截面最外边缘正应力： ，满足要求。22354.3102.nTNfNW截面形心处的剪应力： ，满足要32240187.60.89vnVSmfmIt求。综合上述，螺栓受力及净截面强度均满足要求，设计满足要求。-P91 第 3.11 题解：螺栓群承受剪力为 V，弯矩 0.2MeV（1）采用高强度螺栓摩擦型连接一个高强度摩擦型螺栓的抗拉承载力： .80.125btNPkN一个高强度摩擦型螺栓的抗剪承载力： 9.450.6vfnk弯矩作用下，受拉力最大螺栓所承担的拉力为： 61220.140.8577tiMyVNVkm每个螺栓承受的剪力： vNk受力最大螺栓强度计算： 10.285716tbv所以
14、，取设计值208.3Vk2Vk（2）采用高强度螺栓承压型连接一个高强度承压型螺栓的承载力： 2233.1405178.54bbvvdNnf kN3794bbcctf2233.1.65017.44bbettdf k在弯矩作用下，受拉力最大螺栓所承担的拉力为： 6122085710tiMyVNVkNm每个螺栓承受的剪力： vNk受力最大螺栓强度计算： 22 2210.8751314.7.91 784.1.2vtbbcvNVVVkN所以 ，取设计值34Vk30kN-P129 习题 4.1 解：设该拉杆所用钢材为 Q235, 215fNm查表： 213.944=27.888A2cm-2821.5=27
15、.888-3.44=24.448n1、强度校核=nNA223415fN结论：该拉杆强度不满足要求。2、刚度校核：取 7.6oxim39.5oyoximi故刚度满足要求。x902.10.oli-P129 习题 4.2解： 1、截面计算：102502+6200=6200A2m62203+10244(105)22=5.91261072xI 4m102503+ 20063=2.604107y11775.90=.62.41.8mxyIiAi80.97.63xli 81.94235yxf查表：对 X 轴，对 y 轴均属于 b 类截面。.5x140=69.3.8y169.4325yf10.75y25.y 2
16、yf2.8y结论：不满足整体稳定性要求。3 210=6.8m15m.67xNNfNA局部稳定校核：翼缘：1(2506)1,0,81.94bmt235894).t腹板： 023.(5+0.)6.976w yht f故：满足局部稳定要求。-P130 习题 4.3解：1、强度验算： 162500+450162=30400215fNmA2m=nNA3226097.154fN结论：强度满足要求。2、整体稳定校核： 337411508264501.2xI m48y 71.20=91.33xIiA7.6.8m4yIi6031.9.xli31.425yxf0.932x=.5168y 0.yf.y32201.m
17、15m.94yNNfNA3226=.70.2x f结论：满足整体稳定要求。3、局部稳定验算：即0354ybtf0-2235=9.4016yf结论：满足局部稳定性要求。-P130 习题 4.4解：对（a） 2502+.850=4cmA3342411168.2.8 13502416.=38c05.m2xyxyI cmIiAi整体稳定验算： 806.71352.yxlii由 ，按 C 类截面查表得6070.743.421562.xNAf kN对（b） 201+2.5=0cm334241.44670102.5510687.52xyI ccm87.9.5403.21.yxlii由 ，按 C 类截面查表得
18、： ，7590.645160NAk30.642151xNAf k在相等面积的材料下，对于工字型钢，腹板和翼缘宽度适当减小，反而能增大其轴心抗压承载力。- -P189 习题 5.1解：1、截面特性： 23014+2081=460Am形心轴位置（对上翼缘中心线取面积矩）：1248(57)()56061ym 3223329496312 1840590421806.310.5.17xxI mwyI631 263430.8047.10Sm2、集中荷载：,均布荷载：165(.)9FkN.241.75gkNmmaxmax7,13.75VkM3、验算截面强度：（1）：抗弯强度：（不满足）622max1.040
19、5521NfNmw（2）：抗剪强度：支座处剪应力最大。36222max29.7.315()08wvsIt 满 足（3）：局部承压强度：仅需计算支座处截面的局部承压应力。 3222.51.5416278.7515()8zycwzlhmFNNmtl 满 足（4）：折算应力：支座处弯矩很小，正应力近似为零。 22221c1+36.3.6c(满足)22.5.5Nm4、刚度验算：max1203254TlvV单独由可变荷载产生的挠度39ax9516012.4860v m故1205Qlvmax254Qv满足要求。-P189 习题 5.2解：因为该简支梁为轧制普通工字型简支梁，故梁的整体稳定系数 可直接查表。
20、b（1 ） 1. 跨中无侧向支撑 2.均布荷载作用于上翼缘 3. ，Q235.50a自由长度 16,=0.9bLm查 表 得（2 ） Q345 钢，故 235.4b（3 ） 集中荷载作用于跨度中点，下翼缘，自由长度 ，Q345 钢。13Lm查表 故235=.10.6,4b 0.28.2=7-=0.85bb（4）自由长度 ，16Lm.2.6,b 1-7-.26bb-P189 习题 5.3解： ， ，A21460m1y452y57m，xI942.y 33741 0.9112,xw65.08mxw6.98m73.9=514yIiA6015.42ylmi稳定系数 12130.795864.210bIl
21、th查附表 8 可知 .7b截面不对称影响系数： 0.8(2.791)0.45b=2.550.6124303)4.yb byx ytAhwf需换算成 .8.2=107-=0.965bb验算整体稳定：（不满足）62213.17150920xbMNmfNmw-P189 习题 5.4解： 2402+1560=Am3 94156491.0xI y 84.12963.40.73xIwm82.1=.60yIiA.49.3ylmi=3.39580.61224035().yb byx ythwf 0.280.28=17-=.9635bb0.645b 0.280.817-.bb356.49y21.07-0.48
22、35ybf精度 。9486=.9.w-P215 习题 6.1 解：1、截面几何特性，查表得：b50,15wmt, , 14302.46Ac80.4kgmxw3cQ235 钢， ,2fN215vf80.21.q2、内力计算 max.536.91.4Mm3ax169.10()(25)24.617.8NNfAw所以 27.8-P215 习题 6.2 解：1、截面几何特性： 215fNm5062+40=6A33232841086508169.011xI m34.22y m8639.04.1xIw88.=2m63.107xyIiAi2、刚度验算：054.801967.21oyxlii满足要求。3、强度验
23、算： 36 2901014.81526.542xnMNfNmAW4、面内稳定验算：，按 b 类截面查表，5.8x.30 (4.8)0.345x5222.06116791.48EXxNkN取 ，1mx3 69011301290.8426(10.).542(.8)7mxxEXMN fNAW (满足)2155、面外整体稳定性验算：，按 b 类截面查表， ，非箱型47.y0.8765.(4.27)0.869y1.0，取21.0-1.035ybftx.,1b(满足)36tx9.5097.8.86242ybMNAW25Nm6、局部稳定计算：（不满足）1502351.12bt腹板： 3620max90413
24、.526.92xMhNNmAW3620in 1xmaxin0.5+26=.30046(1.)7.08()wyht f满 足结论：本压弯构件翼缘局部稳定性不满足要求。-P216 习题 6.5解：（1）弯矩作用平面内和平面外的计算长度平面内： 15oxlm平面外： 5oylm（2）钢材为 Q345A，初步估计板件 ，采用双轴对称焊接工字型截面。216,95tmfN（3）初选截面， ，初步采用3oxyl 03hb2 3500.41,69.8,.752214.,4.x xxx xihmwwAmA500.47,69.,0.7572yyyib21.-.3ybf根据设计经验，可近似取 10.8.9EXN荷载
25、设计值 2, M52k4NkPLm弯矩作用平面内，两端部无弯矩，但有横向荷载作用 ，1x.05x由36621049.752.8.9(10.8)mxxEX fNmAAAWN求之 2594（4 ） 初选截面的验算与修改1 初选截面的参数计算 23 847480+601=420.312197.30=215.m6xyxAmI mIiA79.1yi863.230.9105xIwy2 强度验算：36 21205210234.956.89xnMNfNmAW3 刚度验算： 059.15021.763.oyxlii4 面内稳定验算：b 类截面， 0.754x222.61631.9EXxANkN6 01250286.1.754(0.8).89(.)35mxxEXM fNW 2955 面外整体稳定验算：b 类截面， 0.764y，21.07-0.91435ybf36tx 521028.1.69ybMNAW295Nm6 局部稳定验算：翼缘： 1452357.10.7204t腹板： 3620max 82501.76.xMhNNmAW3620in 8124.7.xmaxin08.7+4=.10023546(1.)67.()wyht f满 足结论：所选截面满足各项要求，弯矩作用平面内外计算应力与强度设计值较接近，设计合理。
