2022年钢结构设计原理考试复习题及参考答案 .pdf

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1、一、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 Q235 ，焊条 E43,手工焊，无引弧板，焊缝质量三级。有关强度设计值wcf=215 N/mm2，wtf=185 N/mm2 。 （假定剪力全部由腹板上的焊缝承受）2. 试计算如图所示钢板与柱翼缘的连接角焊缝的强度。已知N=390kN（设计值），与焊缝之间的夹角60。钢材Q235 ，焊条 E43,手工焊。有关强度设计值wff=160 N/mm2。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第

2、 1 页，共 20 页 - - - - - - - - - 3. 设 计 双 角 钢 拉 杆 与 节 点 板 之 间 的 连 接 角 焊 缝 计 算 长 度L1=?,L2=? 已知：采用三面围焊： hf=6mm,fwf=160N/mm2,N=529kN(静载设计值) 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 N1250kN， （静载设计值），钢材 Q235 ，焊条 E43,手工焊。有关强度设计值?=215 N/mm2，fwf=160N/mm2。 图示尺寸单位 mm.(焊缝 LW2实际长度取 cm整数) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -

3、- - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 20 页 - - - - - - - - - 5. 设计矩形拼接板与板件用普通螺栓连接的平接接头。（如图所示，单位 mm） 。已知轴心拉力设计值N=600KN,有关强度设计值：?bv=130N/mm2, ?bc=305 N/mm2, ?=215 N/mm2。粗制螺栓d=20mm, 孔径 d0=21.5mm 。6.图示一用 M20 普通螺栓的钢板拼接接头， 钢材为 Q235，?215 N/mm2。试计算接头所能承受的最大轴心力设计值。螺栓 M20,孔径21.5mm, ?bv=130N/mm2, ?b

4、c=305 N/mm2。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 20 页 - - - - - - - - - 7. 若上题的拼接接头改用10.9级 M20 磨擦型高强度螺栓，接触面处理采用钢丝刷清除浮锈。接头所能承受的最大轴心力设计值能增大多少？已知高强度螺栓预拉力设计值P155kN,接触面抗滑移系数3.0。8. 计算图示连接的承载力设计值N。螺栓 M20，孔 21.5mm,材料 Q235A 已知：?215N/mm2, ?bv=130 N/mm2, ?bc=305

5、 N/mm2。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 20 页 - - - - - - - - - 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, ?bv=130N/mm2, ?bc=305 N/mm2. 10. 两端铰接轴心受压柱， 高 9.6m, 钢材为 Q235 ， 强度设计值? =215N/mm2，采用图示截面，尺寸单位mm, 计算可承受外荷载设计值 N= ？注：不计自重稳定系数：72 73 74

6、75 76 77 78 79 80 0.739 0.732 0.726 0.720 0.714 0.707 0.701 0.694 0.688 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 20 页 - - - - - - - - - 11.已知一两端铰支轴心受压缀板式格构柱，长10.0m，截面由2I32a 组成，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 Iy=11080cm4 I

7、X1=460cm4名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 20 页 - - - - - - - - - 12.如图所示为二简支梁截面，其截面面积大小相同，跨度均为12m，跨间无侧向支承点，均布荷载大小亦相同，均作用在梁的上翼缘，钢材为 Q235，试比较梁的稳定系数b，说明何者的稳定性更好？13. 一简支梁的计算简图如下，截面采用普通工字钢I50a，材料为Q235，除两端支承处能阻止梁端截面的扭转外，跨中无任何侧向支承点，试按整体稳定确定荷载P的大小（设计值，不计自

8、重）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 20 页 - - - - - - - - - 已知：钢材强度设计值f215N/mm2 I50a 的Ix46470cm4， Wx1860cm3， Iy1120cm4， Wy142cm3整体稳定系数：b集中荷载作用于上翼缘0.5均布荷载作用于上翼缘0.44 14. 求图示钢梁所能承受的最大均布荷载设计值（含自重），已知梁截面为热轧普通工字钢I45a, 其截面特性为： A=102cm2 IX=32240cm4 wx=1430c

9、m3 Iy=855cm4 wy=114cm3材料为 Q235,强度设计值? =215 N/mm2，梁两端不能扭转，跨中无侧向支撑点，挠度不起控制作用，截面无削弱。整体稳定系数b=0.44. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 20 页 - - - - - - - - - 15. 如图所示的拉弯构件，间接承受动力荷载。横向均布荷载的设计值为 8kN/m。截面为 I22a，无削弱。试确定杆能承受的最大轴心拉力设计值。 已知：cmicmWcmAxx99.8,309,

10、4232, ?=215N/mm2。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 20 页 - - - - - - - - - 16. 用轧制工字钢 I36a （材料 Q235）作成的 10m长两端铰接柱， 轴心压力的设计值为650kN,在腹板平面承受均布荷载设计值q6.24kN/m。试计算此压弯柱在弯矩作用平面内的稳定有无保证？为保证弯矩作用平面外的稳定需设置几个侧向中间支承点？已知：cmicmicmWcmAyxx69.2,4 .14,875,3.7632, ?=215

11、 N/mm2。三、计算题：1 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）cmycmyba1.219 .9319.95 .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(1121cmIw全部焊缝计算截面的抵抗矩2271.2147904849.9479033cmyIWcmyIWbwbwawaw腹板焊缝计算截面的面积2291) 130(cmAww二、验算焊缝强度名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -

12、- - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 20 页 - - - - - - - - - 1.a 点满足）(/185/9 .901048410202202234mmNfmmNWMwfawa 2.b点2232234b/9.75102910220(/185/8.193102271020220mmNAFmmNfmmNWMwwwfbw满足）折算应力222222/5.2361.1/2.2349.7538.1933mmNfmmNwc2. 解：kNNNx7.33760sin390sinkNNNy19560cos390cos23/7.158)10200(87

13、.02107 .3372mmNlhNwexf23/6.91)10200(87.02101952mmNlhNweyf满足）(1601596.91)22.17.158()(2222MPafMPawffff3. 解：kNfLhNwffwf2.1311016022.116067. 07.0333kNNNKN7.3042/2.1315297.02311kNNNKN1.932/2 .1315293.02322mmfhNlwff22716067 .02107 .3047.02311mmfhNlwff6916067. 02101 .937. 02322名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -

14、- - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 20 页 - - - - - - - - - 4解：端缝：kNfhbNwffe7 .5241016022.167. 03202231侧向：kNNNN3 .7257.524125012cmmmfhNLwffw28275516067. 04103.72557. 04322盖板全长cmcmLLw5712821225解：a)kNfdnNbvvbv7.811013020424322kNftdNbcbc8.1091030518203KNNb7.81minb)KNNNnb3.77.81600m

15、in取 8 个c)排列中距5.6430d取 80 端距0.4320d取 50 边距25.325 .10d取 40d)净截面验算2210618) 5.212160(mmAIInM P aANn2 8 52 1 0 6106003215MPa 说明净截面强度不够，接头不能承受600kN 的拉力 ,经验算，盖板应采用12mm 厚钢板，被连接板应采用25mm 钢板。e)拼接板长mml6901080350226解：一、螺栓所能承受的最大轴心力设计值单个螺栓受剪承载力设计值)(6 .811011304224min22bbvvbvNkNfdnN名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -

16、 - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 20 页 - - - - - - - - - 单个螺栓承压承载力设计值kNftdNbcbc4 .851013054 .12连接螺栓所能承受的最大轴心力设计值kNnNNb4 .7346.819min二、构件所能承受的最大轴心力设计值III II I II VVI II I II VVI-I 截面净截面面积为201324. 1)15.2125()(cmtdnbAInII-II截面净截面面积为22201221146.294.115.235. 75.4)13(52)1(2cmtdneaneAI

17、InIII-III截面净截面面积为2098.284. 1)15.2225()(cmtdnbAIIIIIIn三个截面的承载设计值分别为II 截面：kNNfANIn68868800021510322II II 截面：kNNfANIIn4 .6336334002151046.292IIIIII截面：因前面 I I 截面已有n1个螺栓传走了（n1/n ） N的力，故有fANnnIIn)1(1kNNnnfANIIn701701000)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kNN4.633三、连接盖板所能承受的轴心力设计值（按V-V 截面确定）kNNfAN

18、cmtdnbAvnVvn1.6386381002151068.2968.298 .02)15.2325()(220名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 20 页 - - - - - - - - - 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kNN4 .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。7解：一、摩擦型高强度螺栓所能承受的最大轴心力设计

19、值单个螺栓受剪承载力设计值kNPnNfbv7.831553. 029.09.0连接一侧螺栓所能承受的最大轴心力设计值kNnNNb3.7537 .839min二、构件所能承受的最大轴心力设计值毛截面：kNNAfN5.75275250021514250II 截面净截面面积为9, 1324 . 1)15. 2125()(1201nncmtdnbAIn根据fANnnn11)5. 01 (即kNNnnfANn5 .728728500915 .0121510325.01211II-II截面净截面面积为22201221146.294.115.235. 75.4)13(52)1(2cmtdneaneAIInk

20、NNnnfANIIn1.760760100915.012151046.295.0121III-III截面净截面面积为2098.284. 1)15.2225()(cmtdnbAIIIIIIn因前面 I I 截面已有n1个螺栓传走了（n1/n ）N的力，故有fANnnnnIIInIII)5.01(1kNNnnnnfANIIIIIIn1.801801100)925.09/11(2151098.28)5.01 (21构件所能承受的最大轴心力设计值按II II截面kNN5.728三、连接盖板所能承受的轴心力设计值（按V-V 截面确定）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -

21、- - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 20 页 - - - - - - - - - kNNnnfANnncmtdnbAvvnvVvn7.765765700935.012151068.295. 019, 368.298.02)15.2325()(220通过比较可见，接头所能承受的最大轴心力设计值为kNN5.728max。与上题比较增大。kNN1.954.6335.7288解：单个螺栓受剪承载力设计值kNfdnNbvvbv7.81101130422422单个螺栓承压承载力设计值kNftdNbcbc611013050 .12连接螺栓所

22、能承受的最大轴心力设计值kNnNNb244614min节点板净截面抗拉承载力：kNN675215)5.214400(10故连接的承载力为kNN2449解：单个螺栓受剪承载力设计值kNfdnNbvvbv8.40101130421422单个螺栓承压承载力设计值kNftdNbcbc1221013050.22故应按kNNNbvb8.40min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：cmkNVNTcmekNVcmekNNexeyyx100818365.7485.7,36605318,486054扭矩 T 作用下螺栓“ 1”承受的剪力在x，y 两方向的分力：kNyxTxNkNy

23、xTyNiiTyiiTx51.155.74545100826.235.74545.71008222211222211轴心力 N、剪力 V 作用下每个螺栓承受的水平和竖直剪力：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 20 页 - - - - - - - - - 94361244811kNnVNkNnNNVyNx螺栓“ 1”承受的合力：不满足）(8.4094.42)951.15()1226.23()()(min22211211maxkNNkNNNNNNbVyTyNx

24、Tx10解：kNNfANiLmmAIimmIiLmmAIimmImmAyyxyyyxxxxx44.3787378744021524000734.0734. 0)732.0739.0(17.0739.07 .72132960013224000107.416107 .4165002012122 .392459600245240001014351014352605002025008121240008500)50020(2646364623211解：78.7786.12100086.126711080yyyyiLcmAIi422131070)1567460(2)15(2cmAIIxx66.6523.1

25、5100023.15672310702yxxxiLcmAIi名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 20 页 - - - - - - - - - 53.3062. 28062.26746011111iLcmAIiox78.7741.7253.3066.65max22212yxox12解：一、第一截面：1截面几何特征：47349232102. 73001612121099. 460830016212001012121600101200)30016(2mmImmIm

26、mAyx33698100101.86161099.4cmmmWx2087 .571200077.57 .5721600102.717yyyyilcmmmAIi2梁的稳定系数：76.01232300161200013.069.013.069.011bhtlb29.02352350)12324.416208(1101 .8123221600208432076.0235)4.4(14320262212ybyxybbfhtWAh二、第二截面：1截面几何特征：47349232106 .4240201212100. 561024020212001012121600101200)24020(2mmImmIm

27、mAyx名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 20 页 - - - - - - - - - 33698100101.8620100 .5cmmmWx26146120004621600106 .417yyyyilmmAIi2梁的稳定系数：79.01240240201200013.069.013.069.011bhtlb23.02352350)12404.420261(1101 .8124021600261432079.0235)4.4(14320262212yb

28、yxybbfhtWAh经比较可知，第一截面的稳定性比第二截面的稳定性好。13. 解：PPPM4000200040005. 1maxkNPPWfMfWMxbxbmaz4410186044.021540003max14解：mkNmmNlWfqWfqlMfWMxbxbxbmaz/36.13/36.13900010143044.021588812322max15.解：均布荷载作用下的最大弯矩设计值：mkNqlM36868822max应用拉弯构件强度计算公式fWMANnxnkNNNN4374370002151030905.110361042362名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -

29、- - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 20 页 - - - - - - - - - 刚度验算：满足）(3507 .6699.8600 xoxxil16解：一、验算在弯矩作用平面内的稳定：类截面）按a(842.04 .694 .141000 xxoxxilkNNEANxEx321832180004.69103.76102062232220. 1mx（按无端弯矩但有横向荷载作用时）mkNqlMx7881024.6822满足）(215202)3218/6508.01(1087505.110781103.76842.0106

30、50)/8.01(36231MPafMPaNNWMANEXxxxmxx二、验算在弯矩作用平面外的稳定如不设支承点：刚度不满足）(15037269.21000yyoyil现增设四个侧向支承点，cmloy2005/1000，并取中间段柱验算：类截面）刚度满足）bilyyoy(725.0(1503.7469.2200y94. 0440003 .7407.14400007.122yb0 .1tx（按所考虑构件段内有端弯矩和横向荷载同时作用时）满足）(2152121087594.010781103 .76725.01065036231MPafMPaWMANxbxtxy计算结果表明，设四个侧向支承点，该柱在两个方向基本上可达到等稳定性。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 20 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 20 页 - - - - - - - - -