1、某工作平台简支梁，截面尺寸如图所示，梁跨度L=20m ，间距5m ，试确定该组合梁混凝土翼板的有效宽度。
解：梁内侧翼缘计算宽度：
b 2＝min （L/6；S 0/2；6h
c ）＝min （20000/6；4400/2；6×200）＝1200mm 混凝土翼板的有效宽度
b e ＝b 2＋b 0＋b 2＝1200＋600＋1200＝3000mm
2、某6m 跨简支组合梁，间距为2m ，截面如图所示。已知混凝土翼板厚度为100mm ，混凝土强度等级为C30；焊接工字钢梁，钢材为Q235。试按塑性方法设计抗剪连接件。
解：钢梁Q235：f ＝215N/mm 2 C30混凝土：f c ＝14.3N/mm 2；E c ＝3×104N/mm 2
钢梁截面积A ＝100×10＋180×8＋120×10＝3640mm 2 1、计算混凝土翼板有效计算宽度
b 2＝min （L/6；S 0/2；6h
c ）＝min （6000/6；1900/2；6×100）＝600mm 混凝土翼板的有效宽度：
b e ＝b 2＋b 0＋b 2＝600＋100＋600＝1300mm
2、抗剪连接件计算
采用栓钉连接件，栓钉选用φ16×70，A s ＝200.96mm 2，材料强度等级 4.6级，γ＝1.67，f ＝215N/mm 2。
栓钉抗剪承载力设计值：
N
f A N f E A N s c c s c v 3
341051.5021567.196.2007.07.0106.563.1410396.20043.043.0?=???=>?=???==γ
所以取N N c v 31051.50?=
简支梁，全梁共两个正弯矩剪跨段，以跨中平分，每个剪跨区内钢梁与混凝土翼板交界面的纵向剪力为：
{}{}N f h b Af V c c e s 31106.7823.141001300,2153640min ,min ?=???==
按完全抗剪连接设计，每个剪跨区段内需要的连接件总数为：
4.1510
51.50106.7823
3
=??==c v s f N V n 取16=f n 个 则全跨应布置32个，栓钉布置方式如下：垂直于梁轴线方向，栓钉单排布置，沿梁轴线方向，（155+31×190+155）mm 。
3、某组合梁截面如图所示。翼板混凝土强度等级为C30，焊接钢梁，钢材为Q235。试按塑性方法计算组合梁的抗弯承载力及抗剪承载力。设施工时钢梁下设足够多的临时支撑。如果抗剪连接程度为0.6，计算该梁的抗弯承载力及抗剪承载力。
解：钢梁Q235：f ＝215N/mm 2 C30混凝土：f c ＝14.3N/mm 2；E c ＝3×104N/mm 2 1、计算混凝土翼板有效计算宽度 b 2＝6h c ＝6×100）＝600mm
混凝土翼板的有效宽度： b e ＝b 2＋b 0＋b 2＝150＋2×80＋600＋600＝1510mm 2、抗弯承载力计算 （1）完全抗剪连接 钢梁截面积：
上翼缘：150×12＝1800mm 2 下翼缘：200×14＝2800 mm 2 腹板：274×10＝2740 mm 2 总面积：A ＝1800+2800+2740=7340mm 2
N f h b N Af c c e 3131021593.141001510101.157********?=??=
所以塑性中和轴在混凝土翼板内 混凝土翼板受压区高度mm f b Af x c e 08.733
.1415107340
215=??==
钢梁截面应力中心至钢梁下边缘的距离：
mm y 14.1317340
72800151274029418001=?+?+?=
钢梁应力合力至混凝土受压区应力合力间距离：
mm y 32.3122
08
.7318014.131300=-+-=
组合梁抗弯承载力：
m KN mm N y xf b M c e u .85.492.1085.49232.3123.1408.7315106=?=???==
（2）部分抗剪连接
完全抗剪连接时，作用在受压区混凝土的压力合力为：
N fA h b f F c e c cf 3101.1578)7340215,10015103.14min(),min(?=???== 如抗剪程度为0.6，则作用在受压区混凝土上的压力合力为：
N F F cf c 331086.946101.15786.06.0?=??== 混凝土翼板受压区高度mm f b F x c e c 85.433.1415101086.9463
=??==
钢梁受压区截面面积：
223
1800150121468215
21086.94621573402mm mm f F Af A c =?≤=??-?=-='
钢梁受压区在上缘缘内
钢梁受压区高度mm x 78.915014681=÷=
钢梁受拉区合力点至下缘缘的距离：
mm x 38.902800
274015022.272800151274011.28915022.23=++??+?+??=
混凝土受压区合力点至钢梁受拉区合力点距离：
mm y 7.3672
85
.4318038.983001=-+-=
钢梁受压区合力点至钢梁受拉区合力点距离：
mm y 73.2042
78
.938.903002=--=
组合梁抗弯承载力：
m
KN mm N y F Af y F M c c r u .78.412.1078.41273.204)1086.9462157340(5.07.3671086.946)(5.06332
1,=?=??-?+??=-+= 3、抗剪承载力计算
KN N f t h V v w w 5.342105.342125274103=?=??==
4-1、已知组合截面如图所示，混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值f c =14.3N/mm 2，钢梁为120b ，截面面积A=3958mm 2，Q235，抗拉强度设计值f=215N/mm 2，求正截面受弯承载力M u 。（13分）
解: I20b:h=200 mm, b=102 mm
1求有效宽度，按单根梁进行计算：
b 1=min(L/6,6h c1,s 1)=min(L/6,480,499)=480 mm b e = b 1+b 0+b 1=480+(102+120*2)+480=1302 mm
2判断塑性中和轴的位置
Af=3958*215=850970 N
b e h c1f
c =1302*80*14.3=1489488 N
Af< b e h c1f c ,即塑性中和轴位于混凝土翼板内
3求混凝土受压区高度
x= Af/b e f c =850970/(1302*14.3)=45.7 mm
4求钢梁截面应力合力作用处到混凝土受压截面应力合力作用处的距离
y=200/2+120+80-45.7/2=277.15 mm
5求正截面受弯承载力
M u =Afy=b e xf c y=1302*45.7*14.3*277.15=235.82 KN.m
4-2、已知组合截面如图所示，混凝土强度等级为C25，轴心抗压强度设计值f c =11.9N/mm 2，钢梁为120b ，截面面积A=3958mm 2，Q235，拉拉强度设计值f=215N/mm 2，求正截面受弯承载力M u 。（13分）
解: I20b:h=200 mm, b=102 mm
1求有效宽度，按单根梁进行计算：
b 1=min(L/6,6h c1,s 1)=min(L/6,480,499)=480 mm b e = b 1+b 0+b 1=480+(102+120*2)+480=1302 mm
2判断塑性中和轴的位置
Af=3958*215=850970 N
b e h c1f
c =1302*80*11.9=1239504 N
Af< b e h c1f c ,即塑性中和轴位于混凝土翼板内
3求混凝土受压区高度
x= Af/b e f c =850970/(1302*11.9)=54.9 mm
4求钢梁截面应力合力作用处到混凝土受压截面应力合力作用处的距离
y=200/2+120+80-54.9/2=272.55 mm
5求正截面受弯承载力
M u =Afy=b e xf c y=1302*54.9*11.9*272.55=231.83 KN.
5、已知栓钉直径为16mm ，As=201mm 2，γf =1.67×215 N/mm 2，求混凝土等级为C25和C30时该栓钉的抗剪承载力设计值。C25和C30相应的√Ecfc 分别为557N/mm 2和655N/mm 2。（13分） 解： 0.7A s γf=0.7*201*1.67*215=50518.3 N 对于C25混凝土：
N V C =0.43A S √E C f c =0.43*201*577=49870.1 N<0.7A s γ f 取栓钉的抗剪承载力设计值为49870.1 N. 对于C30混凝土：
N V C =0.43A S √E C f c =0.43*201*655=56611.7 N>0.7A s γ f 取栓钉的抗剪承载力设计值为50518.3 N.
6-1．某单跨简支梁，跨度为6m ，自重荷载标准值g k =10kN/m ，荷载分项系数γG =1.2 ，楼面活荷载p k =13kN/m,荷载分项系数γQ =1.4，跨中集中作用的吊车（可变）荷载P k =10kN ，荷载分项系数γQ =1.4，可变荷载的组合值系数ψc =0.7。求梁的跨中弯矩。（12分） 解：1求梁上荷载
梁上均布荷载q=g k γG +p k γQ =10*1.2+13*1.4=30.2 KN/m 梁上跨中集中荷载F=ψc P k γQ =0.7*10*1.4=9.8 KN 2求支座反力
F A =F B =0.5*(30.2*6+9.8)=95.5 KN 3求跨中弯矩
M=1/2 F A l -1/8 ql 2 =150.6 KN.m 方向为逆时针方向
6-2．某单跨简支梁，跨度为6m ，自重荷载标准值g k =8kN/m ，荷载分项系数γG =1.2 ，楼面活荷载p k =13kN/m,荷载分项系数γQ =1.4，跨中集中作用的吊车（可变）荷载P k =10kN ，荷载分项系数γQ =1.4，
可变荷载的组合值系数ψ
c
=0.7。求梁的跨中弯矩。（10分）解：1求梁上荷载
梁上均布荷载q=g
k γ
G
+p
k
γ
Q
=8*1.2+13*1.4=27.8 KN/m
梁上跨中集中荷载F=ψ
c P
k
γ
Q
=0.7*10*1.4=9.8 KN
2求支座反力
F A =F
B
=0.5*(27.8*6+9.8)=88.3 KN
3求跨中弯矩
M=1/2 F
A
l -1/8 ql2 =139.8 KN.m 方向为逆时针方向
1、试验算图示焊缝连接的强度。已知作用力F=150kN(静力荷载)，手工焊，E43 型焊条，w f f =160N/mm 2。(12分) 0.78384A =??()1 0.786W =?截面内力：150,33V KN M KN m ==? 3 2 1501034.9/4300.8 F e F N mm A τ?=== 6 23310119.9/275251.2 M f M N mm W σ ?===故该连接可靠 2、如图所示一梁柱的端板连接，钢材为Q235，采用M20C 级普通螺栓，该连接 所受的偏心力F=150kN ，试验算其连接的强度是否满足要求。 （2 170/b t f N mm =，17.66e d mm =）(12分) 解：偏心距e=80mm ，核心距： ()2221 4801608010160 i y mm ny ρ?+= = =?∑ e ρ=，为小偏心 2 245170416504 b b e t t d N f N π= =?=… () 11222 150000150000801603000010480160b b t t i F Fey N f N N n y ??=+=+=<+∑
3、图示简支梁，不计自重，Q235钢，，受压翼缘有做够约束能保证整体稳定，均布荷载设计值为50kN/m ，荷载分项系数为1.4，f =215N/mm 2。问该梁抗弯强度及刚度是否满足要求。已知： 25N/mm 1006.2,3845,250][?=== E EI ql l x ωω(16分) x x -10×150 -10×150 －8×500 解：截面几何特征值： ()3341 150520142500 278433333.312x I mm = ?-?= 3 1070897.4/2 x x I W mm h ==…截面抗弯强度：取 1.05x γ= ()1 1.450363158M kN m =??=?6 2231510280.1/295/1.051070897.4x x x M N mm f N mm W σγ?===<=?，满足要求 445 5550600011384384 2.0610278433333.30.068250 x ql EI ω??===>??? 梁刚度不满足要求… 1、试设计如图所示角钢与连接板的连接角焊缝。轴心力设计值N ＝900k N （静力荷载）。钢材Q235，焊条E43系列。（采用三面围焊）(12分 ) 解： 由构造要求，定10f h mm =…正面角焊缝受力 330.720.76125 1.22160204960w f w f f N h l f N β=∑=?????= 肢背焊缝所能承担的内力为： 3 11110.720.7101600.79000.5204.965275202 w f w f w N N h l f l k N kN N =∑=????=- =?-?=得：1235.5w l mm =，取124020260w l mm =+=，满足构造要求 肢尖焊缝所能承担的内力为： 120.720.7101600.39000.5204.96167520w f w f w N h l f l kN kN N =∑=????=?-?=得：274.8w l mm =，取1752095w l mm =+=，满足构造要求
《钢结构设计原理计算题》 【练习1】两块钢板采用对接焊缝(直缝)连接。钢板宽度L= 250mm厚度t=10mm。 根据公式f t w移项得： l w t N l w t f t w (250 2 10) 10 185 425500N 425.5kN 【变化】若有引弧板，问N ? 解：上题中l w取实际长度250,得N 462.5kN 解：端焊缝所能承担的内力为： N30.7h f l w3 f f f w2 0.7 6 300 1.22 160 491904N 侧焊缝所能承担的内力为： N10.7h f l w1f f w4 0.7 6 (200 6) 160 521472N 最大承载力N 491904 521472 1013376N 1013.4kN 【变化】若取消端焊缝，问N ? 解：上题中令N30 , l w1200 2 6,得N 弘505.344 kN 2t，即250-2*10mm。 300mm 长 6mm。求最大承载力N 钢材米用Q 235，焊条E43系列，手工焊，无引弧板，焊缝采用三级检验质量标准, 2 185N /mm。试求连接所能承受的最大拉力N 解：无引弧板时，焊缝的计算长度l w取实际长度减去 【练习2】两截面为450 14mm的钢板，采用双盖板焊接连接，连接盖板宽度 410mm中间留空10mm),厚度8mm 钢材Q 235，手工焊，焊条为E43, f f w160N / mm2，静态荷载，h f
【练习3】钢材为Q 235,手工焊，焊条为E43, f f 160N/mm"，静态荷载。双角钢2L125X8采用三面围焊和节点板连接，h f 6mm，肢尖和肢背实际焊缝长度 均为250mm等边角钢的内力分配系数0.7，k20.3。求最大承载力N —｝心｝\2LI25x8 解： 端焊缝所能承担的内力为： N30.7h f l w3 f f f" 2 0.7 6 125 1.22 160 204960N 肢背焊缝所能承担的内力为： N10.7h f l w1f f w20.7 6 (2506) 160327936N 根据N1 N3 k1N —3 2 1N31204960 得: N(N13)(3279360 960 )614880N K120.72【变化】若取消端焊缝，问 解：上题中令N3614.88kN N ? 0，l w1 250 2 6，得N 456.96kN 【练习4】钢材为Q 235，手工焊，焊条为E43, f f w 已知F 120kN，求焊脚尺寸h f (焊缝有绕角，焊缝长度可以不减去 2 160N / mm，静态荷载。 2h f ) 解：设焊脚尺寸为h f，焊缝有效厚度为h e 0.7h f 将偏心力移 到焊缝形心处，等效为剪力V= F及弯矩在剪力作用下： 3 120 10 342.9 M=Fe h e l w 在弯矩作用下: M M f W f , 2 0.7h f 250 120 103150 2 h f 1234 2 (N / mm ) IK W f 1 代入基本公式 h f 2 (N /mm ) 得: (1234 )2 (342.9)2 (1.22h f)( h f) 1068 160 h f 可以解得：h f6.68mm，取h f h f mi n 1.5 14 5.6mm h f 【变化】上题条件如改为已知h 7 mm。 h 12 f max 14.4mm，可以。 f 8mm，试求该连接能承受的最大荷载N 12
第四章 轴心受力构件 4.1 验算由2∟635?组成的水平放置的轴心拉杆的强度和长细比。轴心拉力的设计值为270KN ，只承受静力作用，计算长度为3m 。杆端有一排直径为20mm 的孔眼（图4.37），钢材为Q235钢。如截面尺寸不够，应改用什么角钢？ 注：计算时忽略连接偏心和杆件自重的影响。 解：（1）强度 查表得 ∟635?的面积A=6.14cm 2 ，min 1.94x i i cm ==， 22()2(614205)1028n A A d t mm =?-?=?-?=， N=270KN 327010262.62151028 n N Mpa f Mpa A σ?===≥=，强度不满足， 所需净截面面积为3 2270101256215 n N A mm f ?≥==， 所需截面积为21256 2057282 n A A d t mm =+?= +?=， 选636?，面积A=7.29cm 22 729mm =2 728mm ≥ （2）长细比 []min 3000 154.635019.4 o l i λλ= = =≤= 4.2 一块-40020?的钢板用两块拼接板-40012?进行拼接。螺栓孔径为22mm ，排列如图4.38所示。钢板轴心受拉，N=1350KN （设计值）。钢材为Q235钢，解答下列问题; （1）钢板1-1截面的强度够否？ （2）是否需要验算2-2截面的强度？假定N 力在13个螺栓中平均分配，2-2截面应如何验算？ （3）拼接板的强度够否？ 解：（1）钢板1-1截面强度验算： 210min (3)(400322)206680n A b d t mm =-??=-??=∑， N=1350KN
2.1 如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的-关系式。 tgα'=E' f 0f 0 tgα=E 图2-34 σε-图 （a ）理想弹性－塑性 （b ）理想弹性强化 解： （1）弹性阶段：tan E σεαε==? 非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化） （2）弹性阶段：tan E σεαε==? 非弹性阶段：'()tan '()tan y y y y f f f E f E σεαεα =+-=+- 2.2如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？ 2235/y f N mm = 2270/c N mm σ= 0.025F ε= 522.0610/E N mm =?2'1000/E N mm = f 0 σF 图2-35 理想化的σε-图 解： （1）A 点： 卸载前应变：5 2350.001142.0610y f E ε= = =? 卸载后残余应变：0c ε= 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-= （2）B 点： 卸载前应变：0.025F εε==
卸载后残余应变：0.02386y c f E εε=- = 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-= （3）C 点： 卸载前应变：0.0250.0350.06' c y F f E σεε-=- =+= 卸载后残余应变：0.05869c c E σεε=- = 可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-= 2.3试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。 答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；若加载－卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）。钢材σε-曲线会相对更高而更短。另外，载一定作用力下，作用时间越快，钢材强度会提高、而变形能力减弱，钢材σε-曲线也会更高而更短。 钢材疲劳强度与反复力大小和作用时间关系：反复应力大小对钢材疲劳强度的影响以应力比或应力幅（焊接结构）来量度。一般来说，应力比或应力幅越大，疲劳强度越低；而作用时间越长（指次数多），疲劳强度也越低。 2.4试述导致钢材发生脆性破坏的各种原因。 答：（1）钢材的化学成分，如碳、硫、磷等有害元素成分过多；（2）钢材生成过程中造成的缺陷，如夹层、偏析等；（3）钢材在加工、使用过程中的各种影响，如时效、冷作硬化以及焊接应力等影响；（4）钢材工作温度影响，可能会引起蓝脆或冷脆；（5）不合理的结构细部设计影响，如应力集中等；（6）结构或构件受力性质，如双向或三向同号应力场；（7）结构或构件所受荷载性质，如受反复动力荷载作用。 2.5 解释下列名词： （1）延性破坏 延性破坏，也叫塑性破坏，破坏前有明显变形，并有较长持续时间，应力超过屈服点fy 、并达到抗拉极限强度fu 的破坏。 （2）损伤累积破坏 指随时间增长，由荷载与温度变化，化学和环境作用以及灾害因素等使结构或构件产生损伤并不断积累而导致的破坏。 （3）脆性破坏 脆性破坏，也叫脆性断裂，指破坏前无明显变形、无预兆，而平均应力较小（一般小于屈服点fy ）的破坏。 （4）疲劳破坏 指钢材在连续反复荷载作用下，应力水平低于极限强度，甚至低于屈服点的突然破坏。 （5）应力腐蚀破坏 应力腐蚀破坏，也叫延迟断裂，在腐蚀性介质中，裂纹尖端应力低于正常脆性断裂应力临界值的情况下所造成的破坏。 （6）疲劳寿命 指结构或构件中在一定恢复荷载作用下所能承受的应力循环次数。 2.6 一两跨连续梁，在外荷载作用下，截面上A 点正应力为21120/N mm σ=，2280/N mm σ=-，B 点的正应力
钢与混凝土组合结构 随着我国经济得快速发展,各种新得结构型式不断涌现。其中刚与混凝土组合结构越来越受到大家得重视,由于组合结构具有许多突出得优点,高层建筑与大型桥梁等建构筑物在我国各地大量兴建,各种型式组合结构逐渐被广泛应用。组合结构已经与钢结构、木结构、钢筋混凝土结构、砌体结构并称五大结构。组合结构主要包括压型钢板与混凝土组合板、组合梁、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构等。一、压型钢板与混凝土组合板。压型钢板与混凝土组合板就是在压成各种形式得凹凸肋与中形式槽纹得钢板上浇注混凝土而制成得组合板,依靠凹凸肋及不同得槽纹使钢板与混凝土组合在一起。 压型钢板安琪在组合楼板中得作用可分为三类、第一类,以压型钢板作为楼板得主要承重构件,混凝土只就是作为楼板得面层以形成平整得表面及起到分布荷载得作用。第二类,压型钢板只作为混凝土得永久性模板,并作为施工时得操作平台。第三类,就是考虑组合作用得压型钢板混凝土组合结构。 其优点在于:１、节省大量木模板及其支撑。２、压型钢板非常轻便,因此堆放、运输及安装都非常方便。3、压型钢板在使用阶段,因其与混凝土得组合作用,还可代替受拉钢筋、４、组合楼板具有较大得刚度,省却许多受拉区混凝土,使组合楼板得自重减轻。5、便于铺设通信、电力、采暖等管线。6、压型钢板作为浇注混凝土得模板直接支撑于钢梁上,而且为各种作业提供了宽广得工作平台,大大加快了施工得进度,缩短了工期。7、压型钢板可直接作顶棚、8。与木模相比,压
型钢板组合楼板施工时,减小了发生火灾得可能性。 二、组合梁。将钢梁与混凝土板组合在一起形成组合梁。组合梁根据混凝土板与钢梁组合连接程度可分为完全剪切连接组合梁与部分剪切连接组合梁;两大类。 组合梁充分发挥了混凝土与钢材得有利性能,因此具有以下优点:1、混凝土板成为组合梁得一部分,比按非组合梁考虑,承载力显著提高。 2、比非组合梁得竖线刚度侧香刚度都明显提高。 3、混凝土与钢梁两种材料都能充分发挥各自得产出,受力合理,节约材料、４、明显得提高了钢梁得整体与局部得稳定性。5、降低梁高与房屋高度。6、大量节约钢材及降低整个工程造价。 三、型钢混凝土结构。型钢混凝土结构就是在混凝土中主要配置型钢,也有构造钢筋及少量受力钢筋。配钢得形式可分为实腹式型钢与空腹式型型钢两大类、实腹式配钢主要工字钢、槽钢、H型钢等。空腹式配钢就是由角钢构成得空间桁架式得骨架。 其优点在于:１、由于截面中配置了型钢,使构件承载力、刚度大大提高,因而大大减小了构件得断面尺寸,明显增加了房间得使用面积,也使房间中得设备、家具更好布置、2、由于梁截面高度得减小,增加房间净空,或降低了房屋得层高与总高。强度、刚度得显著提高,使其可以运用于大跨、重荷、高层、超高层建筑中。3、型钢混凝土结构不仅强度、刚度明显增加,而且延性获得很大得提高,从而成为一种抗震性能很好得结构,所以尤其适用于地震区。4、比起钢结构建筑,采用型钢混凝土不仅节省了大量得钢材,降低了造价,而且避免了钢结
计算题A 1、如图所示用拼接板的平接连接，主板截面为14?400mm，拼接板的尺寸为8?360?300mm；用直角角焊缝三面围焊，每条侧面焊缝的长度为13cm（一边有4条）。承受轴心力设计值kN 920 = N（静力荷载），钢材为Q235，采用E43系列型焊条，手工焊。试验算该连接是否可靠？（设焊缝的焊脚尺寸mm 6 = f h，直角角焊缝的 2 w N=920KN 4 m m 3 6 m m 10mm N=920KN N=920KN N=920KN8 8 1 4 300mm 一条侧焊缝长为130mm 2 3、验算如图所示摩擦型高强螺栓连接是否安全，已知：荷载
N =300kN,螺栓M20，10.9级，μ=0.5，预紧力P =155kN 。 4、如图连接，尺寸为mm ，受静载拉力kN 130=P ，mm 10=f h ，钢 材为Q235BF ，E43焊条，手工焊无引弧板，2N/mm 160=w f f 。试验算焊缝强度。 5、某6m 跨度简支梁的截面和荷栽（含梁自重在内的设计值）如图所示。在距支座2.4m 处有翼缘和腹板的拼接连接，实验算其 10 P 10 110 P 10 A
拼接的对接焊缝。已知钢材为Q235，采用E43型焊条，手工焊，三级质量标准，施焊时采用引弧板。
解： ①计算焊缝截面处的内力 m kN m kN qab M ?=?-???== 8.1036)]4.20.6(4.22402 1 [21 ()[]kN kN a l q V 1444.2324021=-?=?? ? ??-= ② 计算焊缝截面几何特征值： () 464331028981000240103225012 1 mm mm I W ?=?-??= () 363610616.5516102898mm mm W W ?=÷?= ()363110032.250816250mm mm S W ?=??= ()363110282.325010500mm mm S S W W ?=??+= ③ 计算焊缝强度 查附表得2/185mm N f w t = 2/125mm N f w v = 2266max /185/6.18410616.5108.1036mm N f mm N W M w t W =<=??? ? ????==σ 2 26 63max /125/3.1610 10289810282.310144mm N f mm N t I VS w v w W W =<=?????==τ 2max 01/9.1786.1841032 1000mm N h h =?== σσ
《钢结构》 一、单选题 1.钢结构最大的优点在于（）。 A.塑性和韧性好 B.接近匀质等向体 C.钢材具有可焊性 D.钢材强度高自重轻 2.钢结构的最大缺点是（）。 A.造价高，不经济 B.防火性能差 C.耐腐蚀性能差 D.脆性断裂 3.在其他条件（如荷载、跨度等）相同的情况下，自重最轻的是（）。 A.木结构 B.钢筋混凝土结构 C.钢结构 D.砖石结构 4.钢材的性能因温度而变化，在负温范围内钢材的塑性和韧性（）。 A.不变 B.降低 C.升高 D.稍有提高，但变化不大 5.钢结构表面长期承受某一温度下的辐射热时，需加隔热保护层。该温度是（）。 A.150°C B.250°C C.320°C D.600°C 6.大跨度结构应优先选用钢材，其主要原因是（）。 A.钢结构具有良好的装配性 B.钢材的韧性好 C.钢材接近各项均质体，力学计算结果与实际结果最符合 D.钢材的重量与强度之比小于混凝土等其他材料 7.钢中主要的有害元素是（）。 A.硫、磷、碳、锰 B.硫、磷、硅、锰 C.硫、磷、氮、氧 D.硫、磷、硅、碳 8.钢中硫和氧的含量超过限值时，会使钢材（）。 A.变软 B.热脆 C.冷脆 D.变硬 9.在常温和静载作用下，焊接残余应力对下列哪一项无影响（）。 A．强度B．刚度 C．低温冷脆D．疲劳强度 10.在钢构件中产生应力集中的因素是（）。 A．构件环境温度的变化B．荷载的不均匀分布 C．加载的时间长短D．构件截面的突变 11.目前结构工程中钢材的塑性指标，最主要用（）表示。 A.流幅 B.冲击韧性 C.可焊性 D.伸长率 12.进行疲劳验算时，计算部分的设计应力幅应按（）计算。 A.荷载标准值 B.荷载设计值 C.考虑动力系数的标准荷载 D.考虑动力系数的设计荷载 13.对于承受静荷常温工作环境下的钢屋架，下列说法不正确的是（）。 A.可选择Q235钢 B.可选择Q345钢 C.钢材应有负温冲击韧性的保证 D.钢材应有三项基本保证 14.在构件发生断裂破坏前，无明显先兆的情况是（）的典型特征。 A.脆性破坏 B.塑性破坏
钢结构复习题 一、填空题： 1.钢结构计算的两种极限状态是和。 2.提高钢梁整体稳定性的有效途径是和。 3.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。 4.钢材的破坏形式有和。 5.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用的方法来保证，而腹板的局部稳定则常采用的方法来解决。 6.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。 7角焊缝的计算长度不得小于，也不得小于；侧面角焊缝承受静载时，其计算长度不宜大于。 8.轴心受压构件的稳定系数φ与、和有关。 9.钢结构的连接方法有、和。 10.影响钢材疲劳的主要因素有、和。 11.从形状看，纯弯曲的弯矩图为，均布荷载的弯矩图为，跨中央一个集中荷载的弯矩图为。 12.轴心压杆可能的屈曲形式有、和。 13.钢结构设计的基本原则、、和。 14.按焊缝和截面形式不同，直角焊缝可分为、、和 等。 15.对于轴心受力构件，型钢截面可分为和；组合截面可分为和。 16.影响钢梁整体稳定的主要因素有、、、 和。 二、问答题： 1.高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？ 2.焊缝可能存在哪些缺陷？ 3.简述钢梁在最大刚度平面内受荷载作用而丧失整体稳定的现象及影响钢梁整体稳定的主要因素。
4.建筑钢材有哪些主要机械性能指标？分别由什么试验确定？ 5.什么是钢材的疲劳？ 6.选用钢材通常应考虑哪些因素？ 7.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？ 8.焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要求？ 9.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？ 10.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？ 11.轴心压杆有哪些屈曲形式？ 12.压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？ 13.在抗剪连接中，普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接的传力方式和破坏形式有何不同？ 14.钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？ 15.对接焊缝的构造有哪些要求？ 16.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？ 17.什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？ 三、计算题： 1.一简支梁跨长为5.5m，在梁上翼缘承受均布静力荷载作用，恒载标准值为10.2kN/m（不包括梁自重），活载标准值为25kN/m，假定梁的受压翼缘有可靠侧向支撑。梁的截面选用I36a 轧制型钢，其几何性质为：Wx=875cm3，tw=10mm，I / S=30.7cm，自重为59.9kg/m，截面塑性发展系数 x=1.05。钢材为Q235，抗弯强度设计值为215N/mm2，抗剪强度设计值为125 N/mm2。试对此梁进行强度验算并指明计算位置。（恒载分项系数G=1.2，活载分项系数Q=1.4） 2.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，Ix1 = 460cm4
第45卷第6期2012年6月 土木工程学报 CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL Vol．45Jun．No．62012 基金项目：国家自然科学基金重点项目（51138007），清华大学自主科 研计划（20101081766） 作者简介：聂建国，博士，教授收稿日期：2010- 12-09钢-混凝土组合结构桥梁研究新进展 聂建国 1 陶慕轩 1 吴丽丽 2 聂鑫 1 李法雄 1 雷飞龙 1 （1．清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室，北京100084； 2．中国矿业大学（北京），北京100083） 摘要：钢-混凝土组合结构桥梁近年来在我国得到了迅速的发展。在传统桥梁结构形式的基础上，发展多种新型组合结构桥梁形式，拓宽组合结构桥梁的应用领域。介绍近年来在钢-混凝土组合结构桥梁方面的最新研究进展，内容包括波形钢腹板组合梁桥、槽型钢-混凝土组合梁桥、钢-混凝土组合刚构桥、双重组合作用连续组合梁桥和大跨斜拉桥组合桥面系。通过对传统结构形式的改进和发展，可充分发挥组合结构桥梁的综合优势，研究结果表明，钢-混凝土组合结构桥梁具有广阔的推广应用前景。 关键词：钢-混凝土组合结构；桥梁；波形钢腹板；槽型组合梁；组合刚构桥；双重组合；组合桥面系中图分类号：U448．38 文献标识码：A 文章编号：1000- 131X （2012）06-0110-13Advances of research on steel-concrete composite bridges Nie Jianguo 1 Tao Muxuan 1 Wu Lili 2 Nie Xin 1 Li Faxiong 1 Lei Feilong 1 （1．Key Laboratory of Civil Engineering Safety and Durability of the Ministry of Education ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China ； 2．China University of Mining ＆Technology ，Beijing ，Beijing 100083，China ） Abstract ：Steel-concrete composite bridges have been developed rapidly in recent years in China．Several new types of composite bridges have been developed on the basis of traditional structures to broaden the application area of composite bridges．In this paper ，some recent advances in research of steel-concrete composite bridges are summarized．The main research work involves composite girder bridges with corrugated steel webs ，channel-shaped steel-concrete composite girder bridges ，steel-concrete composite rigid frame bridges ，continuous composite bridges with double composite action and composite deck systems for large-span cable-stayed bridges．Through improvement and development of the traditional structural forms ，the comprehensive advantages of composite bridges can be fully displayed ，which demonstrates a good prospect of application and extension for steel-concrete composite bridges． Keywords ：steel-concrete composite structure ；bridge ；corrugated steel web ；channel-shaped composite girder ；composite rigid frame bridge ；double composite ；composite deck system E-mail ：dmh03@mails．tsinghua．edu．cn 引言 钢-混凝土组合结构桥梁（简称组合桥）是指将钢 梁与混凝土桥面板通过抗剪连接件连接成整体并考 虑共同受力的桥梁结构形式。相对于不按组合结构设计的纯钢桥，组合桥可以有效减小结构高度、提高结构刚度、减小结构在活荷载下的挠度。通过抗剪连接件的连接作用，混凝土桥面板对钢梁受压翼缘起到约束作用，从而增强了钢梁的稳定性，有利于材料强度的充分发挥。截面高度的降低，使结构外形更加纤 巧，改善桥梁的景观效果，有利于增加桥下净空或降 低桥面高程。组合桥相对于混凝土桥， 上部结构高度降低、自重减轻、地震作用减小、结构延性提高、基础造价降低。同时，组合桥便于工厂化生产、现场安装质量高、施工费用低、施工速度快，并可以适用于传统砖石及混凝土结构难以应用的情况 ［1］ 。 组合桥自20世纪50年代之后得到了迅速的发展， 从20 25m 跨径的中小跨径梁桥到跨径近千米的斜拉桥，都有组合结构的应用 ［2］ 。近年来，除常用的 组合板梁桥和组合箱梁桥之外，相继研发了波形钢腹板组合梁桥、组合桁梁桥、组合刚构桥等一系列新的结构形式，拓宽了组合桥的应用领域。而在国内，随着道路等级的不断提高和建设规模的扩大，桥梁呈现出跨径不断增大、桥型不断丰富、结构不断轻型化的发展趋势，同时对桥梁建设的经济性和综合效益也越
第二章钢结构的材料（仅供参考） 一、选择题 1、碳含量在（）范围内的碳素钢的可焊性最好。 A.0.12%~0.15% B.0.10%~0.15% C.0.12%~0.20% D.0.10%~0.20% 2、下列不属于钢材中的有害化学成分的是（）。 A.硫 B.磷 C.硅 D.氧、氮 3、在钢材的力学性能指标中，既能反应钢材塑性又能反应钢材冶金缺陷的指标是（）。 A.屈服强度 B.冲击韧性 C.冷弯性能 D.伸长率 4、下列钢结构的破坏属于脆性破坏的是（）。 A.轴压柱的失稳破坏 B.疲劳破坏 C．钢板受拉破坏 D.螺栓杆被拉断 5、大跨度结构应优先选用钢材，其主要原因是( )。 A.钢结构具有良好的装配性 B.钢材的韧性好 C.钢材接近均质等向体，力学计算结果与实际结果最符合 D.钢材的重量与强度之比小于混凝土等其他材料 6、钢材的设计强度是根据确定的。 A. 比例极限 B. 弹性极限 C. 屈服强度 D. 抗拉强度 7、钢材的伸长率 用来反映材料的。 A.承载能力 B.弹性变形能力 C.塑性变形能力 D.抗冲击荷载能力 8、钢材的三项主要力学性能指标为。 A. 抗拉强度、屈服强度、伸长率 B. 抗拉强度、屈服强度、冷弯性能 C. 抗拉强度、冷弯性能、伸长率 D. 冷弯性能、屈服强度、伸长率 9、在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是的典型特征。
A. 脆性破坏 B.塑性破坏 C. 强度破坏 D.失稳破坏 10、以下关于应力集中的说法中正确的是。 A.应力集中降低了钢材的屈服强度 B.应力集中产生同号应力场，使塑性变形受到限制 C.应力集中产生异号应力场，使钢材变脆 D.应力集中可以提高构件的疲劳强度 11、钢材在低温下，冲击韧性。 A. 提高 B. 下降 C. 不变 D. 可能提高也可能下降 12、钢材经历了冷作硬化之后。 A. 强度提高 B. 塑性提高 C. 冷弯性能提高 D. 可焊性提高 13、下列因素中与钢构件发生脆性破坏无直接关系。 A.钢材的屈服点的大小 B.钢材含碳量 C.负温环境 D.应力集中 14、钢材牌号Q235、Q345、Q390、Q420是根据材料命名的。 A.屈服强度 B.设计强度 C.抗拉强度 D.含碳量 15、型钢中的H型钢和工字钢相比，。 A.两者所用的钢材不同 B.前者的翼缘相对较宽 C.前者的强度相对较高 D.两者的翼缘都有较大的斜度 二、填空题 （1）假定钢材为理想的弹塑性体，是指屈服点以前材料为。 （2）如果钢材具有性能，那么钢结构在一般情况下就不会因偶然或局部超载而发生突然断裂。 （3）碳对钢材性能的影响很大，一般来说随着含碳量的提高，钢材的塑性和韧性逐渐。（4）钢材的硬化，提高了钢材的，降低了钢材的。 （5）应力集中易导致钢材脆性破坏的原因在于应力集中处受到约束。 （6）符号L125×80×10表示。 （7）随着时间的增长，钢材强度提高，塑性和韧性下降的现象称为时效硬化。 （8）钢结构除容器类结构外，可以划分为两大类，即和。 （9）钢结构用钢的含碳量一般不大于。
1、某6m 跨度简支梁的截面和荷栽（含梁自重在内的设计值）如图所示。在距支座2.4m 处有翼缘和腹板的拼接连接，实验算其拼接的对接焊缝。已知钢材为Q235，采用E43型焊条，手工焊，三级质量标准，施焊时采用引弧板。 解： ①计算焊缝截面处的内力 m kN m kN qab M ?=?-???== 8.1036)]4.20.6(4.22402 1 [21 ()[]kN kN a l q V 1444.2324021=-?=?? ? ??-= ② 计算焊缝截面几何特征值： () 464331028981000240103225012 1 mm mm I W ?=?-??= () 363610616.5516102898mm mm W W ?=÷?= ()363110032.250816250mm mm S W ?=??= ()363110282.325010500mm mm S S W W ?=??+= ③ 计算焊缝强度 查附表得2/185mm N f w t = 2/125mm N f w v = 2 266max /185/6.18410616.5108.1036mm N f mm N W M w t W =<=??? ? ????==σ
2 26 63max /125/3.1610 10289810282.310144mm N f mm N t I VS w v w W W =<=?????==τ 2max 01/9.1786.1841032 1000mm N h h =?==σσ 26 6 311/1.1010 10289810032.210144mm N t I VS w W W =?????==τ 折算应力： 22222121/5.2031851.11.1/8.1791.1039.1783mm N f mm N w t =?=<=?+=+τσ 2、设计图示双盖板对接连接。已知钢板宽a =240mm ，厚度 t =10mm ，钢材为Q235钢，焊条为E43，手工焊，轴力设计值N =550kN 。 解： （1）确定盖板尺寸 为了保证施焊，盖板b 取为b=240mm-40mm=200mm 按盖板与构件板等强度原则计算盖板厚度 mm t 6200210 2401=??≥ 取 t1=6mm (2) 计算焊缝
Q235 用。由于翼缘处的剪应力很小，假定剪力全部由腹板的竖向焊缝均匀承受，而弯矩由整个T 形焊缝截面承受。分别计算a 点与b 点的弯矩应力、腹板焊缝的剪应力及b 点的折算应力，按照各自应满足的强度条件，可以得到相应情况下焊缝能承受的力F i ，最后，取其最小的F 值即为所求。 1．确定对接焊缝计算截面的几何特性 (1)确定中和轴的位置 ()()()()80 10 102401020160)10115(1010240510201601≈?-+?-+??-+??-= y mm 160802402=-=y mm (2)焊缝计算截面的几何特性 ()6232 31068.22)160115(230101014012 151602301014023010121mm I x ?=-??+??++-??+??= 腹板焊缝计算截面的面积： 230010230=?=w A mm 2 2．确定焊缝所能承受的最大荷载设计值F 。 将力F 向焊缝截面形心简化得： F Fe M 160==（KN·mm） F V =（KN ）
查表得：215=w c f N/mm 2，185=w t f N/mm 2，125=w v f N/mm 2 点a 的拉应力M a σ，且要求M a σ≤w t f 18552.010 226880101604 31===???==w t x M a f F F I My σ N/mm 2 解得：278≈F KN 点b 的压应力M b σ，且要求M b σ≤w c f 215129.110 2268160101604 32===???==w c x M b f F F I My σ N/mm 2 解得：5.190≈F KN 由F V =产生的剪应力V τ，且要求V τ≤w V f 125435.010 23102 3===??=w V V f F F τ N/mm 2 解得：7.290≈F KN 点b 的折算应力，且要求起步大于1.1w t f () ()()w t V M b f F F 1.1435.03129.132 22 2=?+= +τσ 解得：168≈F KN
钢结构的材料 1. 在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是______的典型特征。 脆性破坏塑性破坏强度破坏失稳破坏 2. 建筑钢材的伸长率与______标准拉伸试件标距间长度的伸长值有关。 到达屈服应力时到达极限应力时试件断裂瞬间试件断裂后 3. 钢材的设计强度是根据______确定的。 比例极限弹性极限屈服点极限强度 4. 结构工程中使用钢材的塑性指标，目前最主要用______表示。 流幅冲击韧性可焊性伸长率 5. 在钢结构房屋中，选择结构用钢材时，下列因素中的______不是主要考虑的因素。 建造地点的气温荷载性质钢材造价建筑的防火等级 6. 热轧型钢冷却后产生的残余应力______。 以拉应力为主以压应力为主包括拉、压应力拉、压应力都很小 7. 型钢中的钢和工字钢相比，______。 两者所用的钢材不同前者的翼缘相对较宽前者的强度相对较高两者的翼缘都有较大的斜度 8. 钢材内部除含有Fe、C外，还含有害元素______。 N,O,S,P N,O,Si Mn,O,P Mn,Ti 9. 有二个材料分别为3号钢和16Mn钢的构件需焊接，采用手工电弧焊，焊条应选用______型。
E43E50 E55 T50 10. 在低温工作的钢结构选择钢材除强度、塑性、冷弯性能指标外，还需______指标。 低温屈服强度低温抗拉强度低温冲击韧性疲劳强度 11. 钢材脆性破坏同构件______无关。 应力集中低温影响残余应力弹性模量 12.普通碳素钢标号C3表示______。 甲类平炉3号沸腾钢乙类氧气顶吹3号沸腾钢特类平炉3号沸腾钢丙类平炉3号镇静钢 13. 3号镇静钢设计强度可以提高5%，是因为镇静钢比沸腾钢______好。 脱氧炉种屈服强度浇注质量 14. 钢材的理想σ－ε曲线（包括考虑焊接应力和不考虑焊接应力）是______。 A B C D 15. 普通碳素钢强化阶段的变形是______。 完全弹性变形完全塑性变形弹性成分为主的弹塑性变形塑性成分为主的弹塑性变形 16. 下列因素中，______与钢构件发生脆性破坏无直接关系。 钢材屈服点的大小钢材含碳量负温环境应力集中
钢结构设计原理计算题 第3章 连接 1、试计算题1图所示角焊缝连接的焊脚尺寸。已知：连接承受静力荷载设计值300P kN =， 240N kN =，钢材为Q235BF ，焊条为E43型，2160w f f N mm =，设计算焊缝长度为实际焊缝长度减去10mm 。 2、计算如2题图所示角焊缝连接能承受的最大静力设计荷载P 。已知：钢材为Q235BF ，焊条为E43型，2/160mm N f w f =，考虑到起灭弧缺陷，每条角焊缝计算长度取为mm 290。 2 解：120P 53M ,P 53V ,P 54N ?=== p 33.0290 67.0210p 54A N 3e N =????==σ p 25.0290 67.0210p 53A N 3e N =????==τ p 61.029067.06 1210120p 53W M 23f M =??????==σ 题2图 题1图 1
2w f 222V 2M N mm /N 160f )P 25.0()22 .1P 61.0P 33.0()()22.1(=≤++=τ+σ+σ kN 5.197P ≤ 3、图示角焊缝连接，承受外力kN N 500=的静载，mm h f 8=，2160mm N f w f =，没有采用引弧板，验算该连接的承载力。 3 解：400,300x y N kN N kN == 23 65.90) 82410(87.0210400mm N l h N w e x f =?-????==∑σ 23 98.67)82410(87.0210300mm N l h N w e y f =?-????==∑τ w f f f f f mm N ≤=+=+222227.10098.67)22 .165.90()(τβσ 4、计算图示角焊缝连接中的f h 。已知承受动荷载，钢材为Q235-BF ，焊条为E43型，2 160mm N f w f =，偏离焊缝形心的两个力kN F 1801=，kN F 2402=，图中尺寸单位：mm ，有引弧板。 4解：将外力1F ，2F 移向焊缝形心O ，得： kN F N 1801==；kN F V 2402== kN F F M 0902401201809012021=?-?=?-?= 题3图
图示焊接工字形截面轴压柱，在柱1/3处有两个M20的C 级螺栓孔，并在跨中有一侧向支撑，试验算该柱的强度、整体稳定？已知：钢材Q235AF ，26500mm A =， mm i x 2.119=，mm i y 3.63=，2/215mm N f y =，kN F 1000=。 解： 34.502.119 6000 ===x ox x i L λ，查表855.0=x ? 39.473.633000 ===y oy y i L λ 2 60702105.216500mm A n =??-= 223 /215/1806500855.0101000mm N f mm N A N x =<=??=? 2 23 /215/1656070 101000mm N f mm N A N n =<=?=
Ａ为柱的截面积（按实计算），x 0、y 0为柱在x 、y 方向的计算长度。 ⑵ 验算时将上述过程倒过来即可。为方便计算，单位采用cm 。 ① 截面积： 2 846.0202.1302cm A =?+??= ② 惯性距： 43 356.849812 204.29124.2230cm I x =?-?= 43 540012 302.12cm I y =??= ③ 回转半径： cm A I i x x 06.1084 56.8498=== cm A I i y y 02.8845400=== ④ 长细比： []15070.4905 .10500=<===λλx ox x i l []15017.3102 .8250=<===λλy oy y i l ⑤ 稳定系数：b 类截面，由最大长细比70.49=x λ查附表得：