钢结构设计原理的习题答案-新版教材

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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，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拉强度设计值。

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，，， 

剪力：；弯矩：。 

翼缘最上边至中性轴的距离。

最大正应力：，满足要求。

最大剪应力：，满足要求。

上翼缘和腹板交界点处的正应力和剪应力分别为：

正应力： 

面积矩： 

剪应力： 

该点处的折算应力：

   满足要求。

由以上可知，此连接安全。

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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：。

角焊缝的焊脚尺寸： 

所以，取。查表得。

连接一侧所需的焊缝总计算长度为：

上下两盖板共有4条侧面角焊缝，每条焊缝长度为：

考虑起落弧影响，每条焊接的实际长度为：

，取为380mm。

两块被拼接钢板间留出10mm间隙，所需拼接盖板长度：

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。

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P90习题3.3

解：

(1)采用侧面角焊缝连接。

查表得。

确定焊脚尺寸： 

肢背焊脚尺寸： 

肢尖焊脚尺寸： 

肢尖和肢背采用。

等肢角钢：,

肢背、肢尖焊缝受力分别为：，

肢背、肢尖所需焊缝计算长度为：

考虑， 

肢背、肢尖的实际焊缝长度为：

，取180mm。

，取90mm。

(2)采用三面围焊

同上，肢背、肢尖焊脚尺寸依然取，取。

求正面焊缝承载力： 

此时，肢背、肢尖焊缝受力：

， 

则肢背、肢尖所需焊缝长度为：

肢背、肢尖的实际焊缝长度为：

，取120mm。

，考虑，取50mm。

(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： 

得： 

由，得：

，取9mm。

肢背承载力： 

肢背焊脚尺寸取，则焊缝长度： 

实际长度：，取75mm。

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P90习题3.4

解：

该构件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

假定剪力仅由牛腿腹板焊缝承受，假设焊脚尺寸为：， 

，

，满足要求。  则

竖向角焊缝有效截面面积： 

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）：

翼缘焊缝最外边缘的截面模量： 

翼缘和腹板连接处的截面模量： 

腹板焊缝最底边缘的截面模量： 

，满足要求

，满足要求

，满足要求

由以上可知，该角焊缝满足要求。

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P90第3.6题

解：

由附表5查得：， 

（1）螺栓强度验算

一个螺栓的抗剪承载力设计值为： 

一个螺栓的承压承载力设计值为： 

一个螺栓的抗剪承载力控制值为： 

而又，故螺栓的承载力不折减。

每侧有12个螺栓，一个螺栓所受的剪力为：

，满足要求。

（2）构件净截面强度验算

1-1截面： 

折线2-2截面： 

净截面强度：，与强度设计值相接近，可认为强度满足要求。

折线3-3截面： 

净截面强度：，满足要求。

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P91第3.7题

解：

    牛腿腹板厚14mm，角钢厚20mm。

（1）验算角钢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： 

一个螺栓的承压承载力设计值为： 

    在扭矩作用下： 

     ， 

    因此，，满足要求。

（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： 

， 

    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。

，满足要求。

，满足要求。

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P91第3.8题

解：

一个螺栓的抗拉承载力设计值为： 

（1）判定此连接为小偏心或大偏心受拉

， 

，属于小偏心受拉。

，满足要求。

（2）验算是否属于大偏心受拉

因，属于大偏心受拉，中和轴处于最下排螺栓处。

，满足要求。

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P91第3.9题

解：

（1）采用高强度螺栓摩擦型连接

    所需螺栓个数：，即至少需要21个螺栓。

    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

所需螺栓个数：，即至少需要14个螺栓。

本题才用12个高强度承压型螺栓不能满足承载力要求。

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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。

（1）螺栓强度验算

受扭矩、剪力作用，共有两块板上的螺栓承担。

每一块板所受剪力为，扭矩为

一个高强度摩擦型螺栓的抗剪承载力： 

在剪力作用时，每个螺栓所受的剪力为： 

在扭矩作用时，最外排的螺栓受剪力最大：

受力最大螺栓所受的剪力合力为：

，满足要求。

（2）连接板强度验算

计算1-1净截面，M16螺栓的孔径取为

,  

截面最外边缘正应力：，满足要求。

截面形心处的剪应力：，满足要求。

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。

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P91第3.11题

解：

螺栓群承受剪力为V，弯矩

（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： 

一个高强度摩擦型螺栓的抗剪承载力： 

弯矩作用下，受拉力最大螺栓所承担的拉力为：

每个螺栓承受的剪力： 

受力最大螺栓强度计算： 

所以，取设计值

（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：

在弯矩作用下，受拉力最大螺栓所承担的拉力为：

每个螺栓承受的剪力： 

受力最大螺栓强度计算：

所以，取设计值

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