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同济大学钢结构基本原理(沈祖炎)课后习题答案完全版

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第二章2.1如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力一应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶 段的 关系式。

解：（1）弹性阶段：E tan非弹性阶段：f y （应力不随应变的增大而变化）（2）弹性阶段：E tanf yf y 非弹性阶段：f y E'（ 丄）f y tan '（ 匚）Etan卸载后残余应变： c 0可恢复弹性应变:(2) B 点:（b ）理想弹性强化2.2如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的曲线，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、卸载后残余应变 c 及可恢复的弹性应变y 各是多少?2f y 235N/mm 22c270 N / mm 2F 0.025 E 2.06 105N/mm 2 E' 1000N/mm 2解：（1）A 点：卸载前应f yE235 2.06 1050.001140.00114图图2-35 理想化的 图卸载前应变：F0.025卸载后残余应变：c0.02386E可恢复弹性应变：y c0.00114(3) C点：c fy卸载前应变：F0.025 0.035 0.06 E'卸载后残余应变：c c0.05869 E可恢复弹性应变：y c0.001312.3试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。

答：钢材曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力| | fy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，钢材曲线基本无变化；当I I fy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。

22.6 一两跨连续梁，在外荷载作用下，截面上A点正应力为1 120 N/mm ，2280N / mm ，B点的正应力1220N / mm ，22 120N/mm，求梁A点与B点的应力比和应力幅是多少？解:(1) A点：应力比：28020.6671120应力幅：V max min 12080200 N /mm2(2) B点：应力比：1 2010.167应力幅：V max min201202100N /mm2 2 1202.7指出下列符号意义：（1）Q235AF （2）Q345D （3）Q390E （4）Q235D答：（1）Q235AF：屈服强度f y 235N/mm2、质量等级A （无冲击功要求）的沸腾钢（碳素结构钢）（2 ）Q345D :屈服强度f y 345N/mm2、质量等级D （要求提供-20°C时纵向冲击功A 34J ）的特殊镇静钢（低合金钢）（3）Q390E倔服强度f y 390N/mm2、质量等级E（要求提供-40°C时纵向冲击功A k 27J ）的特殊镇静钢（低合金钢）（4 ）Q235D :屈服强度f y 235N/mm2、质量等级D （要求提供-20°C时纵向冲击功A 27J ）的特殊镇静钢（碳素结构钢）2.8根据钢材下选择原则，请选择下列结构中的钢材牌号：（1）在北方严寒地区建造厂房露天仓库使用非焊接吊车梁，承受起重量Q>500KN的中级工作制吊车，应选用何种规格钢材品种？（2）一厂房采用焊接钢结构，室内温度为 -10°C ,问选用何种钢材？ 答：（1）要求钢材具有良好的低温冲击韧性性能、能在低温条件下承受动力荷载作用，可选Q235D 、Q345D 等；（2）要求满足低温可焊性条件，可选用 Q235BZ 等。

2.9钢材有哪几项主要机械指标？各项指标可用来衡量钢材哪些方面的性能？ 答：主要机械性能指标：屈服强度f y 、极限强度f u 以及伸长率5或10，其中，屈服强度f y 、极限强度f u 是强度指标，而伸长率5或10是塑性指标。

2.10影响钢材发生冷脆的化学元素是哪些？使钢材发生热脆的化学元素是哪些？ 答：影响钢材发生冷脆的化学元素主要有氮和磷， 而使钢材发生热脆的化学元素主要是氧和硫。

第四章第 94 38-4.3tJ = — X 24()x I (MX)' - — x (240-SjxyfiU' = 2.895lx I trntrn 4 *"12 12口 500W =—xWx9U>3 十240K 霜0=琦472厲血冋由计算简團梅杵截|»1上的星大17280 57V0208搖式14-17)J K. = Af\. = 172MtJx 245 = 423.^6I)()N ( bkM)N _ 1500X101 V7 ~ +2336QOlf cr =il ri|/Y = 65472-OOx 245 = 1604064A' m (IMJl.lkN m)“ +】叽=1N .115 W.=92784J Njm CD.ciil= OJ5>OJ3厂与《芈聲儿4歸3N 伽⑴映心I 8 按式（4-18）N f =钉、=17280x245 = 4253600N按式（卜如）故:当 g W 62827.8 N/m (0.628kN/c■)H ，不 t 出任定问 8 当q > 62827.8\]m 时•应考虑穩定月題第 95 页-4. 4i解：截面峯数A = 3(X)x12x24 8x376 =IO2OS/7//W *r = — x 300x 400^ - — x (300-Six 3761 = 3.065xlO"mm 1 "12 12 聊 =、丄)宀:丨1〔 = ]5325|9伽加彳(1532. 5cm )200W nru =丄X 8X 3762+3(X)X I2X 388 = 1679552mm “ 阿 斗17280x215L 丄理"九1」5口n 空鯉十丄严如如"17280 IJ5 6547200'8x965211,9=120651.5 Njm 仃.2tM>k\/c«)A +2L需&而爲討5»冲9珈心779386J_ ~8"二 97423,3 N/m (0.971kN/cn)I5(MKMX)^ M 172X0 *5790208= U=>M=5026222JVm =>(i =8x502622.2=62827.8 JV/阳8.W柱子两端较接，xy1.0故柱子长细比为卫 g°° 39.6 i x65.7/ 2600 1.0 y ^ l y18.9137.6I.I 亠唯 _ "亠- 亠*?I护 12X3W X2+-X® 0—40丽Q 唤$ 4(l|6x IO3殆]07.0mm f3041 hrri'l评貯.=-x 12 x 3003 x 2+- x 376 x= 54601 fimm■ (1-20 ■竺+鱼JLJ07吠『+⑹X 庇 迪 =3仲对曲 n 附閘 仏 U 102OK 15325193 361) 107,0 ;『强度不潇足聲求E 按式(4-25＞计錚M (1-36)计射 N_ HTTU X HT _I6]X _HTIVM1.2 X16QI 07.0第五章5.1影响轴心受压稳定极限承载力的初始缺陷有哪些 ？在钢结构设计中应如何考虑 ？5.2某车间工作平台柱高2.6m,轴心受压，两端铰接•材料用I16,Q235钢，钢材的强度设计值2f d 215N/mm .求轴心受压稳定系数及其稳定临界荷载.L50N 臥 M f----- + ------------ M- ----------4 U ? tt* ™ jiinf.m畑吠叭竺竺+竺兰亦,讪/167^55154/1016{" *I OMRnnn如改用Q345钢2d310N/mm,则各为多少？解答：查P335附表3-6,知I16截面特性,ix 6.57cm,iy21.89cm, A 26.11cm钢柱轧制，b/h 0.8.对y 轴查pio6表5-4（a ）知为不b 类截面。

故由式5-34b 得Af d 0.257 26.11 102 310 208.0kN5.3图5-25所示为一轴心受压构件，两端铰接，截面形式为十字形•设在弹塑性范围内 E/G 值 保持常数，问在什么条件下，扭转屈曲临界力低于弯曲屈曲临界力，钢材为Q235.5.4截面由钢板组成的轴心受压构件，其局部稳定计算公式是按什么准则进行推导得出的 .5.5两端铰接的轴心受压柱，高10m,截面为三块钢板焊接而成，翼缘为剪切边材料为Q235,强2度设计值fd 205N/mm ,承受轴心压力设计值3000kN （包括自重）.如采用图5-26所示的 两种截面，计算两种情况下柱是否安全.因为x y ,故对于Q235钢相对长细比为137.62352.06 1051.48 1 2尹 231 2 0.965 0.300 1.482 1.480.3541.482_2 _20.965 0.300 1.48 1.4824 1.482137.6，再由附表 4-4查得0.354) 故得到稳定临界荷载为NcrdAf d 0.354 26.11 102 215198.7kN当改用Q365钢时，同理可求得1.792。

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钢结构基本原理第三版课后习题答案

钢结构基本原理第三版课后习题答案

3.1 试设计图所示的用双层盖板和角焊缝的对接连接。

采用Q235钢，手工焊，焊条为E4311，轴心拉力N ＝1400KN(静载，设计值)。

主板-20×420。

解 盖板横截面按等强度原则确定，即盖板横截面积不应小于被连接板件的横截面积．因此盖板钢材选Q235钢，横截面为-12×400，总面积A 1为A1＝2×12×400＝9600mm 2＞A ＝420×20＝8400mm2直角角焊缝的强度设计值wf f ＝160N ／mm 2(查自附表1.3)角焊缝的焊脚尺寸：较薄主体金属板的厚度t ＝12mm ，因此，m ax ,f h = t-2= 12-2=10mm ；较厚主体金属板的厚度t ＝20mm ，因此，m in,f h t ＝≈7mm ，所以，取角焊缝的焊脚尺寸f h ＝10mm ，满足：m ax ,f h ≥f h ≥m in ,f ha)采用侧面角焊缝时 因为b ＝400mm ＞200mm(t ＝12mm)因此加直径d ＝15mm 的焊钉4个，由于焊钉施焊质量不易保证，仅考虑它起构造作用。

侧面角焊缝的计算长度w l 为w l ＝N ／(4f h wf f ×106／(4×0.7×10×满足m in ,w l = 8f h = 8×10 ＝80mm ＜w l ＜60f h ＝60×10＝600mm 条件。

侧面角焊缝的实际长度f l 为f l ＝w l + 2f h mm,取340mm如果被连板件间留出缝隙10mm ，则盖板长度l 为l = 2f l +10 = 2×340+10 = 690mmb)采用三面围焊时 正面角焊缝承担的力3N 为3N ＝e h B f βw f f ××10×400×1.22×160××106N 侧面角焊缝的计算长度w l 为w l ＝(N -3N )／(4e h w f f )×106×106)/(4×0.7×10×160)＝69mm w l =80mm w ,min l ≤＝ 8f h ＝8×10＝80mm ，取w l =m in ,w l =80mm由于此时的侧面角焊缝只有一端受起落弧影响，故侧面角焊缝的实际长度f l 为f l ＝w l ＋f h = 80＋10 ＝ 90mm ，取90mm ，则盖板长度l 为 l ＝2f l +10＝2×90十10＝190mm3.2 如图为双角钢和节点板的角焊缝连接。

《钢结构基本原理》作业解答

《钢结构基本原理》作业解答

《钢结构基本原理》作业解答[判断题]18、在格构式柱中,缀条可能受拉，也可能受压,但设计时缀条应按拉杆来进行设计。

参考答案:错误［论述题］14、工字形截面绕强轴的塑性发展系数与绕弱轴的塑性发展系数哪个大？为什么？15、对于轴压构件，有时也常采用格构式截面(1)请说明什么情况下比较适合采用格构式截面？（2）采用格构式截面时,为什么采用换算长细比来计算虚轴的稳定承载力?(3）在已知双肢格构柱截面形式的条件下，如何计算换算长细比和验算绕虚轴的稳定性？（4）对于双肢缀条柱，除了上一问的验算外还需验算哪些内容？答：14、答：绕弱轴的塑性发展系数大;绕强轴受弯,翼？发生屈服以后截面继续发生塑性发展的潜力不大。

16、答：（1）A 、柱的计算长度较大 B 、柱所承受的轴向荷载较大 C 、对柱的刚度要求较严格，这样情况下截面强度富余，由稳定控制做实腹式浪费材料,所以采用格构式。

（2）构件在微弯的临界平衡状态外，将在截面上产生剪力,从而产生剪切变形。

对于实腹式构件而言，剪力由腹板承担，而腹板的剪切刚度又很大,所以剪切变形小可以忽略不计，但是对于由缀材组成的格构式截面,剪力由缀材承担变形较大不能忽略。

考虑剪切变形的影响，构件的临界承载力降低了,规范用增大长细比的方法考虑这种影响，所以绕虚轴失稳时,采用换算长细比。

1227A A x ox +=λλ（3)缀条柱 （4)还需验算：A 、格构柱的净截面强度；B 、格构柱绕实轴的稳定性 C 、格构柱绕两个轴的长细比是否需要满足刚度要求 D 、单肢的稳定 E 、缀条的稳定 F 、缀条与柱肢连接的强度验算.论述题］13、某焊接工字形截面柱，截面几何尺寸如图所示。

柱的上、下端均为铰接，柱高4。

2m,承受的轴心压力设计值为1000kN ，钢材为Q235，翼缘为火焰切割边，焊条为E43系列,手工焊。

试验算该柱的整体稳定性。

参考资料： f=215N/mm 2【论述题]12、分析图示实腹轴心受压柱头的传力路线，写出焊缝①、②的计算表达式。

钢结构基本原理(第二版)习题参考解答第二章

钢结构基本原理(第二版)习题参考解答第二章

钢结构基本原理（第二版）习题参考解答第二章第二章钢结构的基本材料和构件习题参考解答1. 钢材的基本性能指标有哪些？请简要描述各项性能指标的含义。

答：钢材的基本性能指标包括强度、韧性、可塑性和耐腐蚀性。

- 强度：钢材的强度是指钢材抵抗外力的能力，通常以屈服强度、抗拉强度和抗压强度来表示。

屈服强度是指钢材在受到外力作用时，开始产生塑性变形的应力值；抗拉强度是指钢材在拉伸状态下最大的抵抗外力的应力值；抗压强度是指钢材在受到压缩状态下最大的抵抗外力的应力值。

强度的高低决定了钢材的承载能力。

- 韧性：钢材的韧性是指钢材在受到外力作用时，能够发生塑性变形而不断延展的能力。

韧性的好坏决定了钢结构在受到冲击或震动时的抵抗能力。

- 可塑性：钢材的可塑性是指钢材在受到外力作用时，能够发生塑性变形而不断延展的能力。

可塑性的好坏决定了钢材的加工性能和成型性能。

- 耐腐蚀性：钢材的耐腐蚀性是指钢材在受到各种腐蚀介质（如大气、水、酸等）的侵蚀时，能够保持其力学性能和表面的完整性。

耐腐蚀性的好坏决定了钢结构的使用寿命。

2. 钢材的分类方法有哪些？请简要描述各种分类方法。

答：钢材的分类方法有按化学成分分类、按用途分类和按加工方法分类。

- 按化学成分分类：钢材按化学成分可分为碳素钢、合金钢和不锈钢。

碳素钢的主要成分是碳和铁，其含碳量通常在0.08%~2.11%之间；合金钢是在碳素钢中添加其他合金元素（如铬、钼、锰等）来改善钢材的性能；不锈钢是指含有至少12%的铬元素，在大气或酸性介质中形成一层致密的氧化铬膜，起到防腐蚀的作用。

- 按用途分类：钢材按用途可分为结构钢、机械钢、特种钢和工具钢等。

结构钢是用于制造各种钢结构的钢材，如建筑、桥梁、船舶等；机械钢是用于制造机械零部件的钢材，如轴承、齿轮、轴等；特种钢是用于特殊工作条件下的钢材，如高温、低温、高压等环境下的钢材；工具钢是用于制造各种切削工具和模具的钢材，如刀具、冲压模具等。

- 按加工方法分类：钢材按加工方法可分为热轧钢材、冷轧钢材和锻制钢材。

(完整版)同济大学第八章(焊缝、螺栓连接)--钢结构习题参考解答汇总

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nt8.4 有一工字形钢梁，采用I50a （Q235钢），承受荷载如图8-83所示。

F=125kN ，因长度不够而用对接坡口焊缝连接。

焊条采用E43型，手工焊，焊缝质量属Ⅱ级，对接焊缝抗拉强度设计值，抗剪强度设计值。

验算此焊缝受力时是否2205/w t f N mm =2120/w v f N mm =安全。

解：依题意知焊缝截面特性：A=119.25cm 2，Wx ＝1858.9cm 3,Ix=46472cm 4,Sx=1084.1cm 3,截面高度h=50cm ，截面宽度b=158mm ，翼缘厚t=20mm ，腹板厚tw=12.0mm 。

假定忽略腹板与翼缘的圆角，计算得到翼缘与腹板交点处的面积矩S 1=20×158×（250－10）=7.584×105mm 3。

对接焊缝受力：；125V F kN ==2250M F kN m =⨯=⋅焊缝应力验算：最大正应力：622325010134.5/205/1858.910w tx M N mm f N mm W σ⨯===<=⨯最大剪应力：33224125101084.11024.3/120/464721012w x v x w VS N mm f N mm I t τ⨯⨯⨯===<=⨯⨯折算应力：22127.2/205/w zs t N mm f N mm σ===<=故焊缝满足要求。

8.5 图8-84所示的牛腿用角焊缝与柱连接。

钢材为Q235钢，焊条用E43型，手工焊，角焊缝强度设计值。

T=350kN ，验算焊缝的受力。

2f 160/w f N mm =图8-84 习题8.5 图8-84-1 焊缝截面计算简图解：（注：焊缝上下翼缘长度114mm有些问题，应取，黄钜枝06年6月192130210110l t mm-=-⨯=日）此注错误，应取消。

罗烈08年10月28日如图8-84-1，截面特性计算如下：2(11425242882)0.75667.2fA h mm=⨯+⨯+⨯⨯=228820.73225.6w fA h mm=⨯⨯=3274 1288288[2882114(16)252()4]0.77.913101222f fI h mm=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯=⨯焊缝受力：；；247.5N kN==247.5V kN=49.5M V e kN m=⋅=⋅应力验算：危险点为a、b两点，下面分别验算：对a点：32247.51043.67/5667.2NaNN mmAσ⨯===62749.510160100.09/7.91310M aafMyN mmIσ⨯⨯===⨯2243.67100.09143.76/195.2/N M wa a f fN mm f N mmσσβ+=+=<=对b点：32247.51076.73/3225.6VbwVN mmAτ⨯===243.67/N Nb aN mmσσ==62749.51014490.16/7.91310M bbfMyN mmIσ⨯⨯===⨯22133.87/160/wfN mm f N mm==<=故焊缝强度满足要求。