钢结构第三章答案
钢结构(第三版)戴国欣主编 课后习题答案
第三章 钢结构的连接3.1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3.80）。
钢材为Q235B ，焊条为E43型，手工焊，轴心力N=1000KN （设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。
解：（1）三面围焊 2160/w f f N mm = 123α=213α= 确定焊脚尺寸：,max min 1.2 1.21012f h t mm ≤=⨯=，,min 5.2f h mm ≥==， 8f h mm =内力分配：30.7 1.2220.78125160273280273.28w f f f N h b f N KN β=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯==∑ 3221273.281000196.69232N N N KN α=-=⨯-= 3112273.281000530.03232N N N KN α=-=⨯-=焊缝长度计算：11530.032960.720.78160w wf fN l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为 1296830460608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取310mm 。
22196.691100.720.78160w wf f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为 2110811860608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取120mm 。
（2）两面侧焊确定焊脚尺寸：同上，取18f h mm =， 26f h m m = 内力分配：22110003333N N KN α==⨯=， 11210006673N N KN α==⨯= 焊缝长度计算：116673720.720.78160w wf f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑，则实际焊缝长度为:mm h mm l f w48086060388283721=⨯=<=⨯+='，取390mm 。
223332480.720.76160w wf f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为:mm h mm l f w48086060260262481=⨯=<=⨯+='，取260mm 。
2023年开放大学钢结构(本)单元小练习题目与答案
钢结构（本）章节小练习第一章绪论1．世界第一座铸铁拱桥是（）正确答案是：雪纹桥2．在公元前60年前后，我国就修建了（）正确答案是：铁链桥1．最早的钢结构由铁结构发展而来。
（）正确的答案是“对”。
2．钢结构的广泛应用源自于钢材的优异性能、制作安装的高度工业化、结构形式的丰富多样以及对复杂结构的良好适应等特点。
（）正确的答案是“对”。
1．下面关于钢结构特点说法有误的一项是（）正确答案是：耐热性差、耐火性好2．相比较来讲，最适合强震区的结构类型是（）正确答案是：钢结构3．相比较来讲，钢结构最大的弱点是（）正确答案是：易于锈蚀4．相比较来讲，当承受大荷载、动荷载或移动荷载时，宜选用的结构类型是（）正确答案是：钢结构5．下列均为大跨度结构体系的一组是（）正确答案是：网壳、悬索、索膜6．通常情况下，输电线塔和发射桅杆的结构形式属于（）正确答案是：高耸结构1．钢材在冶炼和轧制过程中质量随可得到严格控制，但材质波动范围非常大。
（）正确的答案是“错”。
2．钢材质地均匀、各向同性，弹性模量大，具有良好的塑性和韧性，可近似看作理想弹塑性体。
（）正确的答案是“对”。
3．结构钢具有良好的冷、热加工性能，不适合在专业化工厂进行生产和机械加工。
（）正确的答案是“错”。
4．钢结构在其使用周期内易因温度等作用出现裂缝，耐久性较差。
（）正确的答案是“错”。
5．钢材是一种高强度高效能的材料，可以100%回收再利用，而且没有资源损失，具有很高的再循环价值。
正确的答案是“对”。
6．钢材轻质高强的特性使钢结构在跨度、高度大时体现出良好的综合效益。
（）正确的答案是“对”。
1．结构在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的能力，称为结构的（）正确的答案是：可靠性2．结构可靠性主要包括（）正确的答案是：安全性、适用性和耐久性3．下列均为承载能力极限状态范畴的一组是（）.正确的答案是：构件或连接的强度破坏、疲劳破坏、脆性断裂1．钢结构设计的目的是保证结构和结构构件在充分满足功能要求的基础上安全可靠地工作。
(完整版)钢结构基础第三章课后习题答案
习题参考答案3.1题：答：（1）按制作方法的不同分为型钢截面和组合截面两大类。
型钢截面又可分为热轧型钢和冷弯薄壁型钢两种。
组合截面按连接方法和使用材料的不同，可分为焊接组合截面（焊接截面）、铆接组合截面、钢和混凝土组合截面等。
（2）型钢和组合截面应优先选用型钢截面，它具有加工方便和成本较低的优点。
3.7题：解：由附录1中附表1可得I20a 的截面积为3550mm 2，扣除孔洞后的净面积为3249275.213550A n =⨯⨯-=mm 2。
工字钢较厚板件的厚度为11.4mm ，故由附录4可得Q235钢材的强度设计值为215f =N/mm 2，构件的压应力为2155.138324910450A N 3n <≈⨯==σN/mm 2，即该柱的强度满足要求。
新版教材工字钢为竖放，故应计入工字钢的自重。
工字钢I20a 的重度为27.9kg/m ，故19712.19.8169.27N g =⨯⨯⨯=N ；构件的拉应力为215139.113249197110450A N N 3ng <≈+⨯=+=σN/mm 2，即该柱的强度满足要求。
3.8题：解：1、初选截面假定截面钢板厚度小于16mm ，强度设计值取215f =，125f v =。
可变荷载控制组合：24kN .47251.410.22.1q =⨯+⨯=， 永久荷载控制组合：38.27kN 250.71.410.235.1q =⨯⨯+⨯=简支梁的支座反力（未计梁的自重）129.91kN ql/2R ==，跨中的最大弯矩为m 63kN .1785.547.2481ql 81M 22max⋅≈⨯⨯==，梁所需净截面抵抗矩为36x max nx 791274mm 2151.051063.178f M W ≈⨯⨯==γ，梁的高度在净空方面无限值条件；依刚度要求，简支梁的容许扰度为l/250，参照表3-2可知其容许最小高度为229mm 24550024l h min ≈==， 按经验公式可得梁的经济高度为347mm 3007912747300W 7h 33x e ≈-=-=，由净截面抵抗矩、最小高度和经济高度，按附录1中附表1取工字钢 I36a ，相应的截面抵抗矩3nx 791274m m875000W >=，截面高度229mm 360h >=且和经济高度接近。
钢结构第3章作业参考答案
腹板下口的压应力： 腹板下口的压应力：
M 11.76 ×106 σf下 = ⋅ xo = ×144.48 = 93.82 Mpa < 160Mpa 4 I 1811×10
σf βf 93 .82 2 2 +τ = + 43 .75 = 104 .3Mpa < 160 Mpa 1 .0
533.35 × 103 < 60 h f = 480 mm (满足 ) lw1 = = 298mm >8 h =64 mm且 > 40 mm (满足 ) f 2.3 N3 N1 = a1 N − = 0.67 ×1000 − = 533.35 KN 2 2
N3 273 .3 N 2 = a2N − = 0.33 × 1000 − = 193 .35 KN 2 2
'
σ
' 拉
M ' 120 ⋅ F 6548.4 = ⋅x = × 200 145.43 = ⋅F （ － ） 4 4 I 1955.7 ×10 1955.7 ×10
Q
σ
' 2 拉
+ 3τ
'2
≤ 1 .1 ⋅ f t w
2 2
6548.4 9085.5 ∴ ⋅ F + 3× ⋅ F ≤ 1.1× 185 4 4 1955.7 × 10 1955.7 × 10 ∴ F ≤ 267.9 KN
2 2 I = 0 .56 × 15 × 21 .2 14 .45） + 0 .56 × 13 .8 × 200－ .45） + 14 （ － （
2 × 0 .56 × 20 3 + 2 × 0 .56 × 20 × 14 .45 10） = 1811 cm 4 （ － 2 12
钢结构第三章
第三章习题参考答案注意：①要求学生尽量图示；②若无特别说明，焊缝计算长度可不考虑起弧、落弧的影响。
③题中“（考虑荷载分项系数后）”的意思为荷载设计值，时刻提醒学生别忘了结构可靠度理论。
3.1 解：①对接焊缝：3125010208.318550012w t w N MPa f MPa l t σ⨯===>=⨯，不满足要求，改用斜对接焊缝，取切割斜度为1.5:l ，即5.1tan =θ、o 56=θ。
②围角焊缝、双拼接板：设盖板宽2460b mm =，注意拼接板截面面积必须验算：2246050012t ⨯≥⨯，取28t mm =（常用的板厚以偶数居多）。
角焊缝的焊脚尺寸h f 应根据板件厚度确定：由于此处的焊缝在板件边缘施焊，且拼接盖板厚度t 2=8mm>6mm ，t 2< t 1，则()()max 21~281~26~7f h t mm mm =-=-=min 5f h mm ===取角焊缝的焊脚尺寸h f ＝6mm ，角焊缝的强度设计值2/160mm N f wf =，则()f e w f e w f f h l h f b h f N -=-422β代入数据，注意围焊缝只有一个起弧点和一个落弧点，有()31250102 1.221600.7646041600.766l ⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯-解、取整得 l ＝195mm上、下各一块拼接板的长度为 2l 10219510400mm L =+=⨯+= 最后选定的上、下拼接板的尺寸为2—460×8×400。
3.2 解：注意仅腹板在此拼接、翼缘在此无拼接，即翼缘处无焊缝、当然也无需验算，但截面依然是工字形的，不少同学仅按腹板矩形截面计算是完全错误的。
焊缝处1026.375M kN m =⋅、172.5V kN =3394112801032(2808)1000 2.979101212x I mm =⨯⨯-⨯-⨯=⨯ 63x S 280165085008250 3.27610mm =⨯⨯+⨯⨯=⨯ 63x1S 28016508 2.27610mm =⨯⨯=⨯最大剪应力为：3622max9172.510 3.2761023.7N/mm 125N/mm 2.979108w x v x VS f I t τ⨯⨯⨯===<=⨯⨯ 上翼缘和腹板交接处“l ”点的正应力：621191026.37510500172.3N/mm 2.97910x My I σ⨯⨯===⨯ 剪应力：362119172.510 2.2761016.5N/mm 2.979108x x VS I t τ⨯⨯⨯===⨯⨯ 由于“1”点同时受有较大的正应力和剪应力(无需单独验算)，故应验算折算应力：22174.7/ 1.1185204/N mm N mm =<⨯=均满足要求。
第三章 钢结构的连接课后习题答案
第三章 钢结构的连接3.1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3.80）。
钢材为Q235B ，焊条为E43型，手工焊，轴心力N=1000KN （设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。
解：（1）三面围焊 2160/w f f N mm = 123α=213α= 确定焊脚尺寸： ,max min 1.2 1.21012f h t mm ≤=⨯=， ,min min 1.5 1.512 5.2f h t mm ≥==， 8f h mm = 内力分配：30.7 1.2220.78125160273280273.28w f f f N h b f N KN β=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯==∑3221273.281000196.69232N N N KN α=-=⨯-= 3112273.281000530.03232N N N KN α=-=⨯-= 焊缝长度计算：11530.032960.720.78160w w f fN l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为 1296830460608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取310mm 。
22196.691100.720.78160w w f f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为 2110811860608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取120mm 。
（2）两面侧焊确定焊脚尺寸：同上，取18f h mm =， 26f h mm = 内力分配：22110003333N N KN α==⨯=， 11210006673N N KN α==⨯= 焊缝长度计算： 116673720.720.78160w w f f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑，则实际焊缝长度为:mm h mm l f w48086060388283721=⨯=<=⨯+='，取390mm 。
钢结构第三章课后作业
l lw1 2hf 131mm 2 10mm 151mm , 取160mm。
两块被拼接钢板间留出10mm间隙，则拼接盖板的长度为：
L 2l 10mm=2 160mm+10mm=330mm 。
3.3
查表，Q235钢材，E43焊条，
N=320kN
N3 192 103 hf3 7.8mm ，端、背都取8mm。 w 0.7 2lw3 f ff 0.7 2 90 1.22 160
N1 N N3 320 192 128kN
N1 128 103 计算长度：lw1 = 71.4mm， 48mm lw1 360mm。 w 2he ff 2 0.7 8 160
翼缘与腹板连接处的折算应力：
My 260 106 230 2 = =123.05N / mm Ix 48600 104 VSx1 130 103 160 20 240 2 = =14.67N / mm I xt 48600 104 14
w 2 +3 2 123.052 +3 14.67 2 =125.65N / mm 2 1.1 f t2 203.5N/mm 2
两块被拼接钢板间留出10mm间隙，则拼接盖板的长度为：
L 2l 10mm=2 380mm+10mm=770mm 。
（2）采用三面围焊 已知正面角焊缝的长度
' lw 370mm ，两条正面角焊缝所能承受的力为：
' N ' =0.7hf lw f ffw 0.7 10 2 370 1.22 200 1263.9kN
200 55 50 100 100 100 50 40 F 14 55 55
（完整版）钢结构课后习题第三章
（完整版）钢结构课后习题第三章第三章部分习题参考答案3.8 已知A3F 钢板截⾯mm mm 20500?⽤对接直焊缝拼接，采⽤⼿⼯焊焊条E43型，⽤引弧板，按Ⅲ级焊缝质量检验，试求焊缝所能承受的最⼤轴⼼拉⼒设计值。
解：焊缝质量等级为Ⅱ级，抗拉的强度设计值20.85182.75/w f f f N mm == 采⽤引弧板，故焊缝长度500w l b mm ==承受的最⼤轴⼼拉⼒设计值3500*20*182.75*101827.5N btf kN -===3.9 焊接⼯字形截⾯梁，在腹板上设⼀道拼接的对接焊缝(如图3-66)，拼接处作⽤荷载设计值：弯矩M=1122kN ·mm ，剪⼒V=374kN ，钢材为Q235B ，焊条为E43型，半⾃动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。
解：（1）焊缝截⾯的⼏何特性惯性矩3341(28102.827.2100)26820612x I cm =-= ⼀块翼缘板对x 轴的⾯积矩3128 1.4(507)2234.4X S cm =??+=半个截⾯对x 轴的⾯积矩31500.8253234.4X X S S cm =+??=（2）焊缝强度验算焊缝下端的剪应⼒33214374102234.41038.9/268206108x x w VS N mm I t τ===?? 焊缝下端的拉应62max4112210500209/0.852********x M h N mm f I σ??=?==>? 所以，该焊缝不满⾜强度要求（建议将焊缝等级质量提为⼆级）则 max σ2209/N mm =<215f =2/N mm下端点处的折算应2222max 3219.6/ 1.1236.5/N mm f N mm στ+=<=且焊缝中点处剪应⼒33224374103234.41056.3/125/268206108w x v x w VS N mm f N mm I t τ===<=??3.10 试设计如图3-67所⽰双⾓钢和节点板间的⾓焊缝连接。
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所有习题中为计算方便，仅3.10考虑了重力，大家做题时根据实际情况判断是否考虑重力。
第三章
3.9图为一两端铰接的焊接工字形等截面钢梁，钢材为Q235。
梁上作用有两个集中荷载P =300 kN （设计值），集中力沿梁跨度方向的支承长度为100mm 。
试对此梁进行强度验算并指明计算位置。
解：首先计算梁的截面模量，计算出梁在荷载作用下的弯矩和剪力，然后按照规定的计算公式
度、局部承压强度和折算应
力强度等。
（1）计算截面模量
324x 1
8800228010404
1255342933mm 12
I
=
⨯⨯+⨯⨯⨯= 334
y 11
210280800836620800mm 1212I =⨯⨯⨯+⨯⨯=3x1280104041131200mm S =⨯⨯=
3x2400
113120040081771200mm 2
S =+⨯⨯
= （2）验算截面强度
梁上剪力和弯矩图分布如图所示，由此确定危险点。
①弯曲正应力
B 、
C 两点间梁段弯矩最大
()128010213.51310
b t -==>，不考虑截面发展塑性 6x max x nx 60010410
196MPa 215MPa 11255342933
M f W σγ⨯⨯===<=⨯
②剪应力
A 、
B 两点间梁段和
C 、
D 两点间的梁段上的剪力最大
3x2max
v x w 30010177120052.9MPa 125MPa 12553429338
VS f I t τ⨯⨯===<=⨯ ③局部承压
在集中力作用B 、C 两点处没有加劲肋，应验算局部承压应力。
x y R 52100510150mm l a h h =++=+⨯=
3
c z w 130010250MPa>215MPa 1508
F
f l t ψσ⨯⨯====⨯
④折算应力
B 左截面、
C 右截面处同时存在较大的弯矩、剪力和局部压应力，应计算腹板与翼缘交界处的折算应力。
局部承压验算已不满足，此处不必验算折算应力。
3.10一焊接工字形截面简支梁，跨中承受集中荷载P=1500kN （不包含自重），钢材为Q235，梁的跨度及几何尺寸如图所示。
试按强度要求确定梁截面。
解：①内力计算
梁的支座反力（未计主梁自重）： 1.21500
900kN 2
R ⨯== 跨中最大弯矩：max 1.2150083600kN m 44
PL M ⨯⨯===⋅ ②初选截面
梁所需要的净截面抵抗矩为：6
33x nx x 36001015946843.85mm 15946.8cm 1.05215
M W f γ⨯===≈⨯
梁的高度在净空上无限制，按刚度要求，工作平台主梁的容许挠度为l /400，则梁容许的最小高度为：（参照均布荷载作用）
min 8000
533.3mm 1515
l h ≥
==
按经验公式，可得梁的经济高度：e 3030146.2cm h ===
参照以上数据，考虑到梁截面高度大一些，更有利于增加刚度，初选梁的腹板高度h w =150cm 。
腹板厚度按抗剪强度：max w v 1.2 1.2900000
5.76mm 1500125
w V t h f ⨯≥
==⨯
考虑局部稳定和构造因素： 1.11cm w t === 取腹板t=14mm 。
根据近似公式计算所需翼缘板面积：2w w x w 15946.8 1.4150
71.31cm 61506
t h W bt h ⨯=
-=-= 翼缘板宽：b =(1/2.5~1/6)h =250~600mm ，取b=420mm 。
翼缘板厚：t =7131/420=16.9mm ，取t=16mm 。
翼缘外伸宽度：b 1=(420-14)/2=203mm 。
1203
12.71316
b t ==<=
③截面验算
截面的实际几何性质：
2w w 2150 1.4242 1.6344.4cm A h t bt =+=⨯+⨯⨯=
2
3
2
34112()1221150 1.61.4150242 1.61165964cm 122x w w w I t h bt h t ⎡⎤=++⎢⎥
⎣⎦+⎛⎫=
⨯⨯+⨯⨯= ⎪⎝⎭
3x 116596412812.8cm 91
W ==
3115004201685093760mm 2S ⎛⎫
=⨯⨯+= ⎪⎝⎭
321500150042016815001420843760mm 22S ⎛⎫
=⨯⨯++⨯⨯= ⎪⎝⎭
主梁自重估算：
单位长度梁的质量为：344.4×100×7850×10-6×1.2＝324.4kg/m
式中1.2为考虑腹板加劲肋等附加构造用钢使自重增大的系数，则梁的自重为：g ＝324.4kg/m ×9.8＝3.18kN/m
由梁自重产生的跨中最大弯矩：22max 11
3.18 1.2830.5kN m 88
M ql =
=⨯⨯⨯=⋅ 由梁自重产生的支座剪力：11
3.18 1.2815.3kN 22
V ql ==⨯⨯⨯=
跨中最大弯矩：max 300030.53030.5kN m M =+=⋅
弯曲应力：6
22x 3
x nx 3030.510225N/mm 215N/mm 1.0512812.810M f W σγ⨯===>=⨯⨯ 225215
100% 4.7%5%215
-⨯=<，所选截面符合要求，截面尺寸如图所示。
（也可重新选较大截面再进行验算） 支座处最大剪应力：
()3
max
v x w 90015.31020843760116.9MPa 125MPa 1165964000014
VS f I t τ+⨯⨯===<=⨯ 次梁处放置支承加劲肋，不需验算腹板的局部压应力。
跨中左侧和右侧截面处的弯矩和剪应力均最大，故需验算腹板与翼缘交界处的折算应力： 跨中截面腹板边缘正应力：
62
x 4
nx 3030.510750194.9N/mm 116596410
M W σ⨯⨯===⨯
跨中截面腹板边缘剪应力：
()3
max
x w 90015.310509376028.6MPa 1165964000014
VS I t τ+⨯⨯===⨯
跨中截面腹板边缘折算应力：
22z 201.1N/mm 1.1 1.1215236.5N/mm f σ===<=⨯=
3.11某两端铰接的拉弯构件，截面为I45a 轧制工字形钢，钢材为Q235。
作用力如图所示，截面无削弱，要求确定构件所能承受的最大轴线拉力。
解：由附表查得I45a 型钢的截面特性：243
x x 102cm 32240cm 1430cm A I W ===，，
翼缘平均厚度18mm>16mm ，钢材的强度设计值f =205N/mm 2。
根据强度条件有：
x 23n x nx 0.25200020510210 1.05143010
M N P P A W γ⨯+=+<⨯⨯⨯ 解得P <475.6KN ，所以该压弯构件所能承受的最大轴线拉力为475.6 KN （设计值）。
V
求如图所示T 形截面的形心、惯性矩、截面抵抗矩系数。
解：相对翼缘外边缘的x ′- x ′轴，翼缘：2
f 200102000mm A =⨯=，f 5mm y =-；腹板：
2w 240102400mm A =⨯=，f 130mm y =-，则截面形心到翼缘外边缘的距离：
f w w 1f w 20005240013073.2mm 20002400
A y A y y A A +-⨯-⨯===-++
则22401073.2176.8mm y =+-=
()()23x 2
341200102001073.2512
11024024010176.812028582123mm 12I =
⨯⨯+⨯⨯-+⨯⨯+⨯⨯-=
()334
y 2
3411
10200240106686667mm 1212
11024024010176.812028582123mm 12
I =⨯⨯+⨯⨯=+⨯⨯+⨯⨯-=
3x x1128582123390466mm 73.2I W y ===
3x x 2228582123161664mm 176.8
I W y ===
y y。